Физико-геологические основы физико-химической геотехнологии

Очевидно, не всякое месторождение целесообразно и эффективно разрабатывать методами ФХГ, и именно физико-геологические основы определяют условия применения этих методов. Получение достоверных исходных данных о физико-геологических условиях существования месторождения в земных недрах - главная задача геолого-гидрологического цикла наук, рассматриваемых в сфере ФХГ. Решение этой задачи сводится к исследованию физико-геологических факторов, определяющих возможность использования методов ФХГ, к оценке месторождений с точки зрения возможности и целесообразности их разработки этими методами, обоснованию требований к изученности месторождений, разработке методики их разведки и подготовки, а также геологического обслуживания предприятий.
Для методов ФХГ чрезвычайно важно знать строение и структуру горных пород, которая определяется размерами, формой и взаимным расположением зерен, агрегатов, включений, их сложение (текстуру) - пространственное взаиморасположение минеральных масс, форму залегания, литологический состав горных пород. При этом наибольшее значение имеет оценка геотехнологических свойств полезных компонентов, способность полезного ископаемого к фазовым превращениям.
Важную роль в отдельных видах технологий играют гидравлические свойства горных пород — способность вмещать и удерживать воду, водоотдача, сохранение связности, консистенции и прочности при взаимодействии с водой, водоустойчивость, капиллярность, набухание и усадка при усыхании, смачиваемость, адсорбция, абсорбция и адгезия.
Тепловые свойства полезных ископаемых лежат в основе методов ФХГ, использующих свойство части горной породы при определенной температуре переходить из твердой в жидкую или газообразную фазу. Способность к фазовым превращениям, имеющим физический характер, подразделяется на плавление, испарение, сублимацию, кристаллизацию и конденсацию. Кроме этого, для расчета технологических параметров, основанных на использовании тепловых свойств горных пород, необходимо исследовать теплопроводность, теплоемкость, тепловое расширение или сжатие при изменении температуры.
Интенсификация химических и физических процессов достигается при наложении электрических, магнитных и радиационных полей на горную породу.
К электрическим свойствам горных пород относятся электропроводность, электрическая прочность, т.е. способность сопротивляться разрушающему действию электрического напряжения, поляризация горной породы; к магнитным свойствам - магнитная восприимчивость и остаточная намагниченность; к радиационным - естественная радиоактивность и способность горных пород поглощать α-, β- и γ-излучение, а также нейтронное излучение.
К механическим свойствам горных пород относятся тиксотропность, прочность, твердость и вязкость разрушения, упругость, пластичность и хрупкость материала, слагающего полезное ископаемое.
Необходимо также знать акустические свойства горных пород, их плотность. Успех разработки месторождений методами ФХГ зависит прежде всего от физико-геологических факторов, т.е. движущих сил какого-либо процесса, а также от условий, в которых этот процесс протекает. Эти факторы подразделяются на внутренние и внешние. Внутренние факторы - это свойства химических элементов и их агрегатов давать подвижные соединения. К внешним факторам относятся параметры среды, физико-геологической обстановки - температура, давление, кислотность и др. Для каждого месторождения выявляется свой перечень факторов, в различной степени влияющих на экономику процесса добычи.
На параметры процесса добычи существенное влияние оказывают следующие физико-геологические факторы:
- химико-минералогический состав залежей и вмещающих пород, определяющих характер их взаимодействия с рабочими агентами;
- содержание полезного компонента в залежи; механические свойства материала залежи и вмещающих пород, определяющие кроме возможности перевода полезного ископаемого в подвижное состояние ход процесса сдвижения налегающей толщи пород, т.е. управление горным давлением при ведении процесса добычи;
- химический состав подземных вод и связанные с ним плотность и вязкость, определяющие скорость и характер распространения по залежи рабочих агентов, а также возможность использования пластовых вод для приготовления рабочих агентов и условия промышленного сброса вод;
- условия питания и разгрузки подземных вод, их связь с выше- и нижележащими горизонтами;
- пористость, текстура и структура залежи; проницаемость залежей, являющаяся для многих геотехнологических методов необходимым условием осуществления процесса добычи;
- неоднородность проницаемости рудной залежи, которая, как правило, затрудняет ведение процесса добычи, поскольку проницаемые участки служат каналами движения рабочих агентов, а непроницаемые - остаются вне сферы их действия.
Таким образом, круг основных факторов, влияющих на условия добычи полезных ископаемых методами ФХГ, охватывает многие свойства залежей. В связи с этим одной из важнейших задач является выявление степени влияния каждого фактора на возможность и эффективность применения конкретных методов и их качественная и количественная оценки, что, в свою очередь, обеспечит возможность установления корреляционных связей между факторами и экономическими показателями отработки месторождения.
Изучение влияния физико-геологических факторов на условия применения методов ФХГ для разработки месторождений позволило уже сейчас сформулировать требования к месторождениям, пригодным к такой отработке, а также установить необходимую степень их изученности.
Используемый технологический способ должен гарантировать заданное извлечение полезного ископаемого из недр и быть экономичным, химический и минералогический состав полезного ископаемого должен обеспечивать возможность перевода его в подвижное состояние, вмещающие породы - возможность проведения технологического процесса по извлечению полезного ископаемого (поддержание необходимой температуры, давления, устойчивости), а морфология залежи, текстура и структура руд - доступ рабочих агентов к полезному ископаемому. Перечисленные требования конкретизируют применительно к каждому методу.

---