Разведка в горном деле

работы, производимые с целью ближайшего исследования открытого уже месторождения полезного ископаемого. Открытие же или отыскание самого месторождения по большей части является результатом так называемых поисков (см. Горное дело). Однако в некоторых случаях, напр. при залегании полезного ископаемого под мощными слоями наносов и для открытия месторождения, приходится прибегнуть к Р. В зависимости от того, ограничивается ли Р. определением свойств пластов и жил на незначительной глубине или же точным изучением месторождения на большой глубине, различают: Р. предварительную и Р. детальную.

I. Предварительная Р. ведется: 1) посредством бурения в земной коре отвесных глубоких отверстий 0,1—0,6 м в диаметре, называемых буровыми скважинами. 2) Посредством углубления неглубоких колодцев (шахтообразных выработок), называемых шурфами; при этом способе Р. приходится иногда проводить и штольнообразные выработки — так называемые разведочные штреки. Р. бурением ведется во всех случаях, когда горизонтальные или полого падающие пласты не имеют выхода на поверхность и залегают под мощными наносами. Иногда к бурению приступают после того, как состав пластов был определен при помощи шурфования; это делается, когда желательно исследовать пласты на более значительной глубине. К достоинствам разведочного бурения по сравнению с шурфованием следует отнести то обстоятельство, что часто достаточно 2—3 скважин для определения состава пластов: если же приходится проводить значительное количество скважин, то Р. бурением требует затраты значительного капитала в короткое сравнительно время, и в этих случаях медленное, но не требующее значительных затрат шурфование является почти всегда более выгодным и целесообразным. Шурфование дает более точные указания относительно условий залегания и достоинства найденного пласта полезного ископаемого, его химических и физических свойств, размеров и т. п. Иногда скважины дают неверное представление о месторождении: 1) в случае сброса (см.), проводя скважину ab по сбрасывателю ее, можно не обнаружить присутствия полезного ископаемого (фиг. 1); или же, пересекая 2 раза один и тот же пласт скважиной ab, можно предположить существование в данной местности 2-х пластов g, находящихся в одинаковых условиях и расположенных один над другим (фиг. 2).

Фиг. 1.

Фиг. 2.

2) В случае складки одного пласта скважины укажут на присутствие как бы нескольких пластов. Кроме того, при бурении возможны случаи поломок и обвалов, которые влекут за собой громадные и часто непроизводительные расходы. По-видимому, следует дать предпочтение Р. посредством шурфования, если исследование местности производится при ограниченных материальных средствах и толщине наносов, не превышающей 100 фт. О бурении см. соотв. ст.; здесь же помещены только некоторые замечания относительно особенностей разведочного бурения. Его следует избегать при неправильных залежах, штоках, жилах, гнездах и пр., а также и в тех случаях, когда ис следуемые пласты сильно нарушены. Относительно выбора места заложения скважины трудно установить какие-либо общие правила. Зная геологический характер местности, опытный разведчик всегда в состоянии определить наиболее выгодное место заложения скважины. Так, напр., очевидно, что при правильных отложениях (ф. 3) в мульдах скважины b₁, b₂, b₃ лучше расположить по линии симметрии исследуемой мульды.

Фиг. 3.

При существовании поднятий, образовавшихся после отложения пластов, скважины b₁, b₂, b₃ следует располагать не на возвышениях, где пласты сильно разрушены, а между ними (фиг. 4).

Фиг. 4.

Если пласты образуют складки (фиг. 5) или переломы, то скважины располагают также в более низких местах, ибо на хребтах часто образуются трещины.

Фиг. 5.

Получаемая при бурении буровая мука и обломки пород промываются, тщательно рассматриваются, а иногда даже подвергаются какой-либо простой химической пробе. Более точные данные получаются при помощи пробных столбиков; для определения падения и простирания пласта, прежде чем вынуть пробный столбик, необходимо определить его положение на месте. Это делается следующим образом: в закрепленную трубами скважину опускают осторожно долото, избегая его отклонения, что достигается устройством у устья трубы особых направляющих; опущенное на столбик долото делает на нем отметку, а ориентируя последнюю относительно направляющих, определяют падение и простирание пласта. Самый же столбик получается при помощи цилиндрического бура с режущим стальным башмаком; когда образовался достаточной вышины цилиндрик, то его отделяют от остальной породы при помощи рвателя (см. Бурение). По окаменелостям, заключающимся в столбике, определяют возраст проходимой породы. При современных способах бурения пласт может быть пересечен настолько быстро, что достаточно нескольких минут невнимательности, чтобы не только ошибиться в мощности пласта, но и даже совсем его не заметить.

Р. шурфованием. Этот способ Р., как мы видели, применяется гораздо чаще, нежели бурение; при круто падающих пластах, залегаюших под неглубокими наносами, а также при неправильных залежах, как напр. жилах, штокверках, штоках, гнездах и проч., он имеет исключительное распространение. Ввиду того, что Р. рудоносных жил и золотых россыпей представляет лишь частный случай Р. пластовых месторождений, — мы остановимся лишь на последней. Если в какой-либо местности имеется несколько пластов полезного ископаемого (напр. каменного угля), то согласно принятому в геологии принципу параллелизма можно предположить, что все они имеют более или менее параллельные плоскости наслоения. Задача рациональной и экономической Р. состоит в том, чтобы возможно малым количеством шурфов исследовать все пласты данной местности; для этого шурфы задаются по направлению падения пластов, т. е. вкрест их простирания; линия, на которой располагаются шурфы, называется разведочной линией. Поперечное сечение шурфов обыкновенно прямоугольник, длинные стенки которого должны быть непременно перпендикулярны к направлению простирания пласта. Первый, так называемый пробный шурф, задается обыкновенно на краях исследуемой площади. Этот шурф углубляют до встречи пласта и определяют падение и простирание последнего при помощи горного компаса. Зная направление падения пластов на поверхности земли, провешивают разведочную линию; провешивание это производится при помощи теодолита, нивелира с буссолью по способам, излагаемым в геодезии. Когда разведочная линия провешена и шурф № 1 (пробный) углублен, то на расстоянии 50 или 100 саж. друг от друга по разведочной линии располагают остальные шурфы №№ 2, 3, 4 и т. д. Расстояние, на котором задаются шурфы, уменьшается с уменьшением толщины пластов и увеличением их угла падения; чем значительнее горизонтальный размер пласта по направлению вкрест простирания, тем расстояние между шурфами больше. При обширных Р. желательно шурфы №№ 2, 3, 4, 5 и т. д. углублять единовременно; разделив таким образом разведочную линию на участки, исследуют каждый из них посредством промежуточных шурфов. Такой способ шурфования применяется: 1) когда разведуется обширная площадь в короткое время при больших материальных средствах и небольшой толщине наносов и 2) когда пласты залегают правильно на большом протяжении. В остальных же случаях и при незначительных Р. постепенно подвигаются по разведочной линии, т. е. задают последующие шурфы лишь после точного исследования предыдущего участка. Вообще при заложении новых шурфов следует принять за правило, что расстояние между двумя последующими шурфами должно быть таково, чтобы оба они встретили тот же самый пласт. Профессор Войслав дает следующие из практики выведенные данные:

----------------------------------------------------------------------------------------------------------

| При падении от 0°до 10° расстояние между шурфами | 360 футов   |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| При падении от 10° до 20° расстояние между             | 150 футов   |

| шурфами                                                                    |                    |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| При падении от 20° до 30° расстояние между             | 90 футов     |

| шурфами                                                                    |                    |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| При падении от 30° до 40° расстояние между             | 75 футов     |

| шурфами                                                                    |                    |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| При падении от 40° до 50° расстояние между             | 60 футов     |

| шурфами                                                                    |                    |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| При падении от 50° до 60° расстояние между             | 50 футов     |

| шурфами                                                                    |                    |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| При падении от 60° до 70° расстояние между             | 40 футов     |

| шурфами                                                                    |                    |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| При падении от 70° до 80° расстояние между             | 35 футов     |

| шурфами                                                                    |                    |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| При падении от 80° до 90° расстояние между             | 80 футов     |

| шурфами                                                                    |                    |

----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Иногда при крутом падении пластов и мощных полосах глубина шурфа вызывает столь значительные затруднения в смысле доставки породы на поверхность, что предпочитают приостановить углубление шурфа и вести квершлаги (см. Горное дело) или так называемый разведочный штрек, до встречи с пластом; выработки эти ведутся вкрест простирания пластов и для удобства отлива воды с некоторым уклоном к шурфу, в зумпфе которого собирается вода. Если угол падения пласта более 60° и толщина слоя наносной земли более 3—4 саж., то проведение такого квершлага выгодно. Если толщина наноса не более 5—6 фут. и угол падения пласта превышает 70°, то вместо многочисленных шурфов выгоднее копать рвы или так называемые разрезы, обнажающие выходы пластов, т. е. их верхние части. Рвы эти ведутся по направлению разведочной линии, и после обнажения выходов пластов и определения их падения они постепенно засыпаются землей.

Шурфы бывают прямоугольного или круглого поперечного сечения. Эта последняя форма сечения применяется реже и лишь тогда, когда толщина наносов не превышает 3 саж.; круглые шурфы, или так называемые "дудки", не крепятся совсем, поэтому если имеются легкоосыпающиеся породы, то глубина "дудки" не должна превышать 5—6 футов. Такие "дудки" часто проводились крестьянами при Р. в Подмосковском бассейне, где вследствие дороговизны крепежного леса провод шурфов обходился гораздо дороже. Площадь поперечного сечения круглых шурфов 6—10 кв. фут., прямоугольных же 24 кв. фут. (6'х4'). В прямоугольных шурфах положение пласта и его толщина определяются легче и точнее, нежели в круглых, почему последние и менее рациональны. Углубление шурфов ничем не отличается от провода обыкновенных колодцев: если порода мягка (песок, торф, мягкая глина), то работают лопатой или заступом, при этом углубляют шурф на 5—7 фут. и, закрепив пройденную часть, продолжают углубление. Если порода средней твердости (напр. мел, мергель, плотная глина, каменный уголь), то углубление шурфа ведется без крепления не более как на 20 футов, вообще до тех пор, пока стенки не начинают обваливаться. Работа производится обыкновенной или двулопастной кайлой. Если порода тверда и трещиновата (известняк, сланцы, плотный уголь), то углубление ведется при помощи стальных клиньев и молотка, и, наконец, если породы очень твердые (кварциты, граниты, сиениты), то приходится прибегать к порохострельной работе (см. Горное дело). Что касается углубления шурфов в породах плывучих, представляющих тестообразное смешение песка и глины с водой, то таковое представляет часто непреодолимые трудности; обыкновенно ограничиваются лишь тем, что констатируют факт существования в данном месте плывуна на известной глубине. Шурфы обыкновенно закрепляют так называемой венцевой крепью (см. Горное дело, крепление выработок) из сосновых или еловых пластин диаметром от 5 до 7 дюймов. Размер длинных сторон венца — 6', коротких — 4'; крепление производится участками в 1 саж. глубины (в наносах), начиная снизу и подвигаясь вверх. Пустые места между крепью и стенками шурфа плотно забиваются глиной или кусками проходимой породы. Закрепив стенки шурфа, приступают к его дальнейшему углублению; пока шурф еще не углублен до 7 фт. и рабочий свободно может выбрасывать лопатой породу на поверхность, то достаточно одного рабочего, в особенности при мягких породах. Когда шурф углублен до 1 саж., то требуются уже 2 рабочих: на глубине 5—6 фт. располагают деревянную полку, на которую первый рабочий набрасывает породу, второй же, стоящий на полке, выбрасывает ее на поверхность. В случае дальнейшего углубления шурфа на расстоянии 4—5 фт. от верхней полки устанавливают вторую полку и т. д. (фиг. 6).

Фиг. 6.

В большинстве случаев вместо третьей или четвертой полки оказывается более выгодным установить обыкновенный ручной ворот из соснового или елового дерева. При помощи такого воротка порода доставляется на поверхность в бадьях, привешенных к пеньковому канату. Бадьи делаются из дубовых клепок и оковываются железными обручами; вместимость их 6—8 пуд. породы. Во избежание несчастных случаев при каждой смене в каждую бадью нагружают 10 пуд. камней и, передвигая бадьи вверх и вниз, убеждаются в прочности каната. Если в шурфе воды немного, то ее подымают в тех же бадьях, что и породу; когда же приток воды достигает 5 ведер в час, то отлив ее уже производится при помощи ручного насоса; вода обыкновенно скопляется в углублении, расположенном в каком-либо углу шурфа, — в так назыв. "зумпфе", откуда она вычерпывается или высасывается на поверхность. Если глубина шурфа превышает 10', то приходится и днем работать при искусственном освещении (обыкновенно сальные свечи или масляные лампочки с фитилем). Что касается проветривания, то при неглубоких шурфах (до 3 саж.) свежий воздух получает доступ к забою благодаря частому передвижению бадей вверх и вниз. В более же глубоких шурфах (3 — 10 — 12 саж.) для проветривания применяются вентиляционные печки (см. Горное дело, вентиляция). Большое значение при Р. имет систематическое собирание образчиков пород, проходимых шурфами или штреками; при помощи этих образчиков возможно сравнение пластов, встреченных в различных шурфах, а следовательно, и решение вопроса, насколько следует углубить шурф и когда приостановить в нем работу. Окаменелости, найденные в породах, также сохраняются, как характеризующие их. По мере углубления шурфов производятся измерения угла падения, азимута (угла простирания), толщины пластов, глубины шурфов, длины штреков и проч. Все эти измерения должны производиться до закрепления стенок, в каждом шурфе, и заносятся в шурфовочные журналы, которые ведутся отдельно для каждого шурфа, обозначаемого номером по порядку времени их заложения. В эти же журналы вносится — сколько пройдено в смену, в каких породах, сколько установлено крепи и какое количество ведер воды отлито. Все данные из шурфовочного журнала переносятся ведущим разведку в так назыв. разведочный журнал, служащий уже для составления и черчения исследованных пластов. Если имеется несколько разведочных линий — случай, встречающийся почти всегда при Р. неправильно залегающих пластов, — то приходится делать столько же разрезов, сколько разведочных линий. Правильное ведение всех этих журналов дает возможность постоянно контролировать производимые работы. Исследовав при помощи шурфов пласты полезного ископаемого вкрест простиранию, необходимо определить, какое пространство они занимают в данной местности, т. е. произвести Р. пласта по простиранию. Тут могут быть 2 случая: 1) пласты имеют выходы на поверхность и лишь в некоторых местах залегают под тонкими наносами. В этом случае обнажения трудновыветривающихся пластов, как напр. кварцитов, известняков, в значительной степени облегчают исследование. Открыв по разведочной линии обнажения таких не поддающихся влиянию атмосферных деятелей пластов и определив их положение относительно пласта полезного ископаемого, следят за выходами этих пород по простиранию. По этим выходам при помощи теодолита — не прибегая к шурфованию — легко найти направления простирания пласта полезного ископаемого, в особенности, если пласты имеют согласное напластование. Такого рода случай имеет место в Донецком басейне, где поэтому Р. часто обходится очень дешево. 2) Если пласты залегают под более или менее мощными наносами, тогда, определив в одном из шурфов разведочной линии направление простирания пласта полезного ископаемого, по найденному азимуту провешивают на поверхности линию простирания от устья избранного шурфа. На этой линии на расстоянии от 200 до 400 фт. задается новый шурф № 1 (шурфы по простиранию для различия обозначают римскими цифрами). Чем правильнее залегают пласты, тем расстояние между ними более, хотя в большинстве случаев это расстояние равно 50 саж. Если какой-либо из шурфов по простиранию (№№ II, III, IV и т. д.) не встретит преследуемого пласта, встреченного в предыдущем шурфе, и перережет вместо него какой-либо другой пласт, положение которого уже известно из общего разреза (поперечного) исследованных пластов, то рядом с этим шурфом задается новый шурф; этот последний задается в таком месте, где, судя по общему разрезу, можно встретить искомый пласт; при этом нужно принять во внимание, что пласты обыкновенно сохраняют один и тот же порядок напластования на значтельном протяжении. Если шурф встретит совершенно новый пласт, не найденный при Р. вкрест простирания, тогда останавливают исследование по простиранию и ведут между двумя последними шурфами промежуточные. Углы падения, азимуты и проч. измеряются, так же как и в Р. вкрест простирания, в каждом шурфе, при чем ведутся такие же журналы. Когда закончены Р. по падению и по простиранию, то по составленным журналам ведущий Р. составляет пластовую карту. Для составления последней требуется план и вертикальный разрез всех пластов исследуемой местности, т. е. необходимы все данные и измерения, полученные при Р. по разведочным линиям и по простиранию. По такой карте уже можно вычислить объем каждого пласта и определять, на какой глубине в любой точке поверхности можно встретить пласт полезного ископаемого.

II. Детальная разведка отличается от предварительной лишь тем, что при первой работы ведутся на большей глубине, так что возможность точной экономической оценки месторождения является после окончания детальной Р. (при глубоко залегающих пластах). При жильных месторождениях очень часто детальную Р. ведут при помощи штольни по простиранию или штрека по падению; шахтой, квершлагом и штреками по простиранию разведывают свиту жил или параллельных пластов. В местах гористых прибегают к штольне вкрест простирания и к штреку по пласту. В местностях более или менее ровных проводят, смотря по падению пластов, их мощности, твердости, трещиноватости пород и притоку воды, либо вертикальную шахту, квершлаг и штреки, либо одну или две наклонные шахты в лежачем боку пласта. Глубоко залегающие штоки, штокверки исследуются вертикальной шахтой и квершлагами. Р. наклонными шахтами ведется лишь при пластах круто падающих, сильно нарушенных, с небольшим притоком воды и при очень твердой пустой породе; в этом случае работа ведется по самому пласту полезного ископаемого, поэтому и затраты на провод самой шахты не столь обременительны, как при вертикальных шахтах, где все время идут по пустой породе. Все вышеприведенные выработки обыкновенно служат не только для Р., но и для подготовки и очистки добычи самого месторождения; поэтому при проводе их нужно поступать сообразно обстоятельствам, принимая во внимание рельеф местности, характер залежей и будущий способ разработки. Более подробные данные, касающиеся провода и крепления шахт, штолен, штрек и пр. см. Горное дело. При оценке разведанных залежей необходимо иметь в виду, что полезность каждого ископаемого большей частью зависит: от местных экономических условий; от процентного содержания полезного ископаемого в месторождении и от свойства окружаюших пород; от величины месторождения. Так напр. чистый песок, фарфоровая глина, торф в некоторых местностях представляют ничтожную стоимость, в других же местах дороги. Пласт лучшего каменного угля тоньше 0,25 метра нельзя разрабатывать, между тем как серебро-свинцовые жилы мощностью в 0,02 метра эксплуатируются с выгодой; для золота и платины пределы еще ниже. Железные руды, содержащие менее 20% Fe, не имеют ценности и т. д. В заключение приведем, в каких геологических формациях встречаются главнейшие полезные ископаемые: 1) каменный уголь и антрацит в системе каменноугольной и реже в юрской; 2) бурый уголь чаще всего в третичной системе; 3) железные руды во всех формациях, но чаще в архейской, каменноугольной и юрской формации; 4) каменная соль в пермской, триасовой и третичной формациях; 5) рудные жилы серебра, меди, свинца, цинка и пр. — обыкновенно в кристаллических породах, реже в осадочных образованиях; медные руды в последних были найдены преимущественно в силурийской и девонской формациях. Серебряные и свинцовые руды в каменноугольной и девонской; 6) золото платина и азмаз: коренные месторождения в архейских городах; вторичные в третичной и послетретичной системе; 7) нефть в девонской и третичной системе.

Литература. Gaetzschman, "Die Auf- und Untersuchung von Lagerstaetten nutzbarer Mineralien"; Bernhardt von Cotta, "Die Lehre von den Erzlagerstaetien"; Fried Mohs, "Anleitung zum Scilürfen" (Вена, 1838); Demanet (русск. перев. Г. Кондратовича, СПб., 1883); De Launoy et Fuchs, "Traité des gîles mineraux et metallières" (1893); F. Cambessedesse (русск. пер. H. Гана и А. Митинского, вып. 1, l896); С. Войслав, "Разведка полезных ископаемых посредством шурфования" (1881); А. Гроддек, "Руководство к изучению рудных месторождений" (пер. Ю. И. Эйхвальда, СПб., 1889).

Е.