Phương tiện kỹ thuật thăm dò là một trong những yếu tố cơ bản ảnh hưởng quyết định đến hiệu quả kinh tế của công tác thăm dò địa chất. Phương tiện kỹ thuật thăm dò được áp dụng phù hợp với đối tượng nghiên cứu cho phép nhận được thông tin có độ tin cậy cao và giảm giá thành công tác thăm dò.
Trong thực tế các lỗ khoan thăm dò được thi công nhanh hơn công trình khai đào từ 2 ÷ 3 lần và rẻ gấp 3 ÷ 4 lần hoặc hơn. Song thời gian và chi phí cho thăm dò công trình khai đào cũng không giảm được bao nhiêu, bởi vì khối lượng khoan để thăm dò một mỏ nào đó thông thường lớn hơn nhiều lần so với khối lượng công trình khai đào để thăm dò chính mỏ ấy.
Thăm dò bằng khoan đòi hỏi ít nhân lực, năng lượng và trang bị song kết quả nhận được không đảm bảo độ tin cậy bằng công trình khai đào. Các công trình khai đào có tiết diện lớn hơn rất nhiều so với công trình khoan và tại đó có thể trực tiếp quan sát, thu thập tài liệu địa chất và lấy mẫu. Các công trình khai đào có ưu điểm là rất linh động, tức là khi cần thiết có thể theo dõi thân quặng theo đường phương hoặc phát hiện thân quặng mới… Ngoài ra, một số công trình khai đào được bố trí hợp lý và đào đúng quy cách có thể được sử dụng cho khai thác sau này, khi đó sẽ bù lại được một phần phí tổn cho thăm dò.
Như vậy, để lựa chọn phương tiện kỹ thuật và hệ thống thăm dò hợp lý cần phân tích các yếu tố sau: Địa chất, công nghệ mỏ và yếu tố kinh tế - địa lý.
76 4.2.1. Yếu tố địa chất
Yếu tố địa chất có vai trò quan trọng khi lựa chọn phương tiện kỹ thuật thăm dò, bao gồm:
- Mối quan hệ của quặng hóa với yếu tố cấu trúc địa chất.
- Điều kiện thế nằm của thân quặng, thành phần và cấu trúc thân quặng.
- Hình dạng và kích thước thân quặng.
- Thành phần và cấu trúc thân quặng.
a. Mối quan hệ của thân quặng với yếu tố cấu trúc địa chất
Trong tự nhiên các mỏ khoáng sản được thành tạo có thể có mối quan hệ chỉnh hợp, không chỉnh hợp hoặc xuyên cắt đá vây quanh. Mối quan hệ này là một trong những nguyên nhân chính gây khó dễ đối với công tác thăm dò, vì vậy để lựa chọn phương tiện kỹ thuật thăm dò hợp lý cần hiểu rõ kiểu loại hình nguồn gốc của mỏ và bản chất địa chất của quá trình tạo quặng.
Khi thân quặng nằm chỉnh hợp với đá vây quanh thì thăm dò chủ yếu bằng công trình khoan, bởi vì đặc trưng ổn định và duy trì của đá vây quanh quặng sẽ cho phép theo dõi và liên hệ vỉa trong mặt phẳng mặt cắt đảm bảo độ tin cậy. Trong trường hợp này, các công trình ngầm cũng được sử dụng nhưng chỉ nhằm mục đích chính xác khái niệm về hình dạng và cấu trúc vỉa.
Để thăm dò các thân quặng có hình dạng ổn định, cấu trúc bên trong đơn giản và phân bố trong đới tiếp xúc của đá magma cần sử dụng công trình khoan thăm dò. Đối với các thân quặng dạng vỉa hoặc mỏ sa khoáng có bề mặt đáy vỉa tiếp xúc với đá gốc, còn mái vỉa bị phủ bởi trầm tích bở rời có thể thăm dò bằng hệ thống giếng hoặc lỗ khoan nông. Thăm dò các mỏ skarn quy mô lớn có thể áp dụng tổ hợp công trình khoan với công tình khai đào trên mặt và công trình ngầm. Sự phối hợp hợp lý giữa công trình khoan và khai đào liên quan chặt chẽ với mức độ phức tạp về hình dạng và cấu trúc bên trong của vỉa skarn.
Thân quặng nằm không chỉnh hợp với đá vây quanh và yếu tố cấu trúc khống chế quặng được duy trì thì phương tiện kỹ thuật thăm dò hợp lý là khoan và công trình mỏ. Trong trường hợp này lỗ khoan thăm dò được áp dụng để theo dõi cấu trúc vây quanh quặng và xác định sự tồn tại của quặng hóa công nghiệp ở phần rìa và các tầng dưới sâu, còn làm sáng tỏ cấu trúc cục bộ vây quanh quặng và xác định các thông số tính trữ lượng được dựa trên cơ sở tài liệu công trình khai đào (công trình trên mặt và công trình ngầm).
Các thân và mạch quặng nhỏ xuyên cắt đá vây quanh và yếu tố cấu trúc khống chế quặng phức tạp sẽ được thăm dò chủ yếu bằng công trình mỏ, bởi vì thân quặng kích thước nhỏ và tính không ổn định của đá vây quanh trên mặt cắt sẽ không được làm sáng tỏ bởi các lỗ khoan thăm dò. Trong trường hợp này công trình khoan được sử dụng để tìm kiếm đới khoáng hóa mới và xác định sự tồn tại của quặng hóa ở dưới sâu.
b. Điều kiện thế nằm của thân quặng
Điều kiện thế nằm thân quặng và mối quan hệ của nó với bề mặt địa hình hiện tại có vai trò quan trọng khi lựa chọn phương tiện kỹ thuật và hệ thống thăm dò.
Các thân quặng nằm ngang, dốc thoải và nằm nghiêng được thăm dò bằng công trình khoan thẳng đứng. Các lỗ khoan được bố trí trong mặt cắt thẳng đứng song song, thậm chí không song song hoặc dạng toả tia.
Các thân quặng dốc đứng và có hình dạng phức tạp thường được thăm dò bằng công trình ngầm, khi đó sẽ tạo ra hệ thống mặt cắt song song nằm ngang. Nếu sử dụng công trình khoan lấy mẫu thì sẽ tạo ra hệ thống mặt cắt thẳng đứng, tuy nhiên sử dụng hệ thống khoan sẽ cho hiệu quả không cao.
Quan hệ giữa yếu tố thế nằm của thân quặng với địa hình có ý nghĩa nhất định khi lựa chọn phương tiện kỹ thuật thăm dò. Khi thân quặng có đường phương thẳng góc với sườn dốc
77 địa hình và lộ ra ở mặt đất thì thăm dò bằng công trình thăm dò đặt trực tiếp vào vị trí lộ của thân quặng theo từng mức cao là hợp lý và hiệu quả hơn cả (hình 4.6a).
Đối với các thân quặng có phương kéo dài dọc theo sườn núi và có thế nằm trùng với bề mặt dốc của địa hình thường được thăm dò bằng công trình ngầm ở tầng trên, còn phần dưới sâu thăm dò bằng công trình khoan (hình 4.6b).
Các thân quặng có đường phương kéo dài theo sườn núi và cắm ngược với mặt dốc địa hình (cắm vào trong núi) sẽ được thăm dò bằng công trình lò ở tầng trên, tầng dưới sâu thăm dò bằng công trình khoan xuất phát từ mặt đất hoặc trong lò (hình 4.6c).
Hình 4.6. Ảnh hưởng của điều kiện thế nằm các thân quặng tới việc
lựa chọn phương tiện thăm dò
a. Thân quặng có phương nằm thẳng góc với sườn và lộ ra ở mặt đất;
b. Thân quặng có phương dọc theo sườn và cắm “vào trong núi";
c. Thân quặng có phương dọc theo sườn và cắm “xuống núi”;
1- Thân quặng;
2- Đường đồng mức của sườn;
3- Công trình khai đào (lò);
4- Các lỗ khoan
c. Hình dạng và kích thước thân quặng
Hình dạng và kích thước thân quặng ảnh hưởng lớn đến sự phân bố công trình thăm dò, sự định hướng của mặt cắt và lựa chọn phương tiện kỹ thuật thăm dò. Các thân quặng lớn và rất lớn (diện tích tới một vài km2 và lớn hơn) được thăm dò ưu việt bằng công trình khoan.
Các thân quặng kích thước trung bình (diện tích tới chục hecta) được thăm dò bằng công trình khoan kết hợp với công trình khai đào, còn khi thăm dò các thân quặng nhỏ và rất nhỏ thì công trình ngầm chiếm ưu thế hơn công trình khoan.
Hình dạng thân quặng cũng ảnh hưởng không nhỏ đến sự lựa chọn phương tiện kỹ thuật thăm dò trong mặt phẳng mặt cắt. Các thân quặng có hình dạng đơn giản và duy trì (các vỉa của mỏ trầm tích, thân quặng dạng vỉa…) được thăm dò chủ yếu bằng công trình khoan.
Thân quặng có hình dạng phức tạp và không duy trì thì chỉ có công trình khai đào mới đảm bảo theo dõi mức độ biến đổi mạnh mẽ về hình thái của nó. Trường hợp này sử dụng công trình khoan sẽ không hợp lý bởi vì để đảm bảo độ tin cậy của giá trị trung bình chiều dày thân quặng cần tăng số lượng mặt cắt và rút ngắn khoảng cách giữa các công trình.
d. Cấu trúc và thành phần khoáng sản
Yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến lựa chọn phương tiện kỹ thuật thăm dò và sự định hướng của công trình thăm dò trong mặt phẳng mặt cắt. Thân quặng có cấu trúc đơn giản thường thăm dò bằng công trình khoan được định hướng trong mặt phẳng mặt cắt. Thân quặng có cấu trúc gián đoạn được thăm dò theo hướng kết hợp giữa lỗ khoan thăm dò với công trình khai đào. Để thăm dò các thân quặng phức tạp và cấu trúc gián đoạn mạnh cần áp
78 dụng công trình khai đào và các lỗ khoan có chiều dài ngắn với mục đích tạo hệ các công trình giao nhau trong mặt phẳng mặt cắt.
Trong thực tế tác dụng quan trọng nhất đối với thăm dò không phải chỉ ở mức độ ổn định của hình thái thân quặng, mà còn cả mức độ biến đổi hàm lượng hợp phần có ích. Mức độ biến đổi hàm lượng hợp phần có ích được đánh giá bằng hệ số biến thiên. Hệ số biến thiên của thành phần có ích càng lớn bao nhiêu thì thăm dò càng phức tạp bấy nhiêu và số lượng các mặt cắt càng nhiều.
Tính biến đổi hàm lượng có thể ở dạng điều hòa hoặc có bước nhảy, có quy luật hoặc không có quy luật. Tính chất biến đổi đều và có quy luật của thành phần có ích, cũng như mức độ tập trung cao của chúng sẽ cho phép áp dụng thăm dò bằng khoan và có khả năng giảm tối thiểu số lượng mặt cắt thăm dò. Tính chất biến đổi có bước nhảy hoặc không có quy luật của hợp phần có ích luôn đòi hỏi phải tăng số lượng mặt cắt và phải áp dụng các công trình khai đào trong thăm dò.
4.2.2. Yếu tố công nghệ mỏ
Yếu tố công nghệ mỏ ảnh hưởng đến lựa chọn phương tiện kỹ thuật thăm dò gồm:
- Phương pháp dự kiến mở vỉa và khai thác mỏ.
- Điều kiện địa chất thuỷ văn và địa chất công trình.
Đối với các mỏ dự kiến khai thác lộ thiên thì yêu cầu về chỉ số chỉ tiêu để khoanh nối thân quặng thấp hơn so với khai thác hầm lò, vì vậy ranh giới thân quặng được mở rộng và hình dạng, cấu trúc thân quặng được đơn giản hoá. Trong trường hợp này mỏ được thăm dò ưu việt bằng công trình khoan.
Mỏ được dự kiến khai thác bằng phương pháp hầm lò thì thăm dò chủ yếu bằng công trình mỏ. Các công trình này về cơ bản sẽ là công trình chuẩn bị cho khai thác mỏ sau này.
Mức độ chứa nước của mỏ, độ ổn định và nứt nẻ của đá và chiều dày lớp có ảnh hưởng trực tiếp đến lựa chọn phương tiện kỹ thuật thăm dò.
Mỏ có độ chứa nước lớn sẽ được thăm dò chủ yếu bằng công trình ngầm thì sử dụng lò bằng có hiệu quả hơn cả. Khi chiều dày lớp phủ lớn và chứa nước phong phú thì công trình khoan được sử dụng để thay thế cho công trình ngầm.
Tính chất của đất đá trong mỏ và của thân quặng đôi khi cũng ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương tiện kỹ thuật thăm dò. Các đá và quặng bở rời, dễ bị rửa trôi hoặc bị nứt nẻ rất mạnh sẽ làm giảm hiệu suất lấy mẫu lõi trong khi khoan, đôi khi cản trở việc dùng loại khoan lấy mẫu lõi trong thăm dò. Khi các đá mỏ không bền vững thì khả năng áp dụng công trình khai đào cũng bị hạn chế, bởi vì chi phí cho công tác chống chèn công trình quá lớn. Ngoài ra tính chất của đá và thân quặng cũng ảnh hưởng đến cách bố trí công trình khai đào. Chẳng hạn thân quặng rất cứng chắc, còn đá vây quanh tương đối mềm thì thường đào lò theo vỉa, theo ranh giới tiếp xúc giữa quặng và đá, sau đó đào các lò cúp từ lò theo vỉa để khống chế chiều dày thân quặng (hình 4.7).
Hình 4.7. Sơ đồ thăm dò bằng lò dọc vỉa đào theo ranh giới thân quặng với đá vây quanh và cắt qua chiều dày thân quặng bằng lò cúp
1- Thân quặng; 2- Đá vây quanh; 3- Công trình khai đào
79 4.2.3. Yếu tố kinh tế - địa lý
Yếu tố kinh tế - địa lý chúng bao gồm: Đường giao thông, cơ sở năng lượng, nước, gỗ chống, khí hậu. Những điều kiện này ít ảnh hưởng đến lựa chọn phương tiện kỹ thuật thăm dò.
Cơ sở năng lượng đối với công trình khai đào và khoan đều rất cần thiết, những công trình khai đào cần nhiều hơn so với công trình khoan. Vì vậy, nếu có cơ sở năng lượng tại chỗ thì cũng nên triển khai công trình ngầm.
Công trình khoan và khai đào đều có nhu cầu về nước, những nhu cầu về nước cho công trình khoan lấy lõi lớn hơn rất nhiều sơ với công trình khai đào. Vì vậy, nếu như ở khu vực thăm dò không có nước hoặc thiếu nước thì phải hạn chế sử dụng khoan lấy lõi.
Đối với công trình khai đào thi công trong đá không bền vững thì nhu cầu về vật liệu chống chèn rất lớn. Nếu ở khu vực xung quanh mỏ không có gỗ chống thì vẫn hạn chế thi công công trình khai đào…
Ngoài các yếu tố nêu trên, khi lựa chọn phương tiện kỹ thuật thăm dò cần chú ý đến một số yếu tố khác như: Yêu cầu về mức độ chi tiết, độ tin cậy cũng như thời gian nhận được thông tin và yêu cầu nghiên cứu tính chất công nghệ của khoáng sản.