Comprendere la geologia dei cantieri è fondamentale nella perforazione esplorativa. Di seguito, una rassegna di come il lavoro è influenzato dalle condizioni rocciose prevalenti.
Le condizioni geologiche nell'estrazione mineraria a cielo aperto hanno un effetto diretto sull'efficienza e l'efficacia del lavoro di esplorazione. Dalle condizioni più favorevoli a quelle peggiori, le formazioni rocciose nella fossa determinano le strategie di perforazione esplorativa, i requisiti delle attrezzature e la qualità dei campioni che ci si può ragionevolmente aspettare.
La produttività nella carotaggio dipende da molti parametri diversi, ma le condizioni della roccia sono normalmente il fattore più importante che influisce sulla velocità di perforazione e quindi sul livello di produttività e sul costo. Minerali e geologia dei 118 elementi conosciuti, alcuni dei quali non si verificano naturalmente, l'ossigeno è di gran lunga il più comune, costituendo circa il 50% della crosta terrestre in peso. Il silicio forma circa il 25% e gli altri elementi comuni come alluminio, ferro, calcio, sodio, potassio, magnesio e titanio costituiscono il 99% della crosta terrestre. Silicio, alluminio e ossigeno si trovano nei minerali più comuni come quarzo, feldspato e mica. Questi fanno parte di un grande gruppo di silicati che sono composti di acido silicico e altri elementi. Anfiboli e pirosseni contengono alluminio, potassio e ferro.
Alcune delle rocce più comuni del pianeta, granito e gneiss, sono composte da silicati. L'ossigeno si trova anche comunemente in combinazione con elementi metallici, che sono spesso fonti importanti per scopi minerari. Questi composti possono far parte di minerali ossidati, come i minerali di ferro magnetite ed ematite.
Lo zolfo si combina facilmente anche con elementi metallici per formare minerali solforati, tra cui galena, sfalerite, molibdenite e arsenopirite. La calcopirite (CuFeS2) è anche un minerale molto importante e abbondante che contiene rame. Altri grandi gruppi minerali importanti nell'estrazione mineraria includono alogenidi come la fluorite e l'halite; carbonati come calcite, dolomite e malachite; solfati come la barite; tungstati come asscheelite; e fosfati come l'apatite. Raramente, alcuni elementi possono verificarsi naturalmente, senza combinazione. I più importanti sono i metalli oro, argento e rame, più carbonio sotto forma di diamanti e grafite. Proprietà e caratteristicheÈ vero che la mineralizzazione è raramente pura. Invece, di solito è misto, costituito da strutture sia omogenee che eterogenee. Il feldspato rappresenta quasi il 50% della composizione minerale della composizione minerale della Terra, seguito da pirosseni e minerali anfiboli e poi quarzo e mica, che costituiscono circa il 90% della crosta terrestre.
Inoltre, i minerali hanno un'ampia varietà di proprietà e caratteristiche, e sono questi che determinano il modo migliore per estrarli.
Le caratteristiche tipiche sono:
• Durezza
• Densità
• Colore
• Striscia
• Lucentezza
• Frattura
• Scissione
• Cristallino
La dimensione delle particelle e la misura in cui il minerale è idratato (mescolato con acqua) indicano il modo in cui la roccia si comporterà quando viene scavata (vedi metodi geologici, p.25).
La durezza è comunemente classificata secondo la scala a 10 punti di Mohs. La densità dei minerali di colore chiaro è solitamente inferiore a 3. Le eccezioni sono barite o longherone pesante (solfato di bario – BaSO4 – densità 4,5 g/cm3), scheelite (tungstato di calcio – CaWO4 – densità 6,0 g/cm3) e cerussite (carbonato di piombo – PbCO4 – densità 6,5 g/cm3).
I minerali di colore scuro con un po 'di ferro e silicato hanno densità comprese tra 3 e 4. I minerali minerali metallici hanno densità superiori a 4 e l'oro ha una densità molto alta di 19,3.
I minerali con tungsteno, osmio e iridio sono normalmente ancora più densi. Sebbene la densità minerale che forma minerali possa essere elevata, la densità totale del minerale dipende interamente dalla roccia ospite in cui esistono questi minerali.
La striscia è il colore della polvere minerale prodotta quando un minerale viene graffiato o strofinato contro la porcellana bianca non smaltata che può essere diversa dal colore della massa minerale.
La frattura è la caratteristica superficiale prodotta dalla rottura di un pezzo del minerale e di solito è irregolare in una direzione o nell'altra. La scissione denota le proprietà di un cristallo
che consente di dividerlo lungo superfici piane. Sia la frattura che la scissione possono essere importanti per la struttura delle rocce contenenti notevoli quantità di minerali in questione. La roccia è normalmente composta da una miscela di materiali. La roccia può non solo combinare le proprietà di questi minerali, ma anche esibire proprietà derivanti dal modo in cui le rocce si sono formate o successivamente alterate dal calore, dalla pressione e da altre forze nella crosta terrestre. È relativamente raro trovare una massa rocciosa omogenea e le discontinuità come faglie piene di materiale frantumato, giunzioni importanti e non conformità della lettiera sono difficili da prevedere.
Queste discontinuità sono anche importanti, non solo per l'integrità strutturale di una miniera e l'accesso ai depositi minerari, ma anche come percorsi per fluidi che causano concentrazioni di minerali nella Terra. Affinché l'estrazione mineraria sia economicamente sostenibile, i minerali devono essere presenti in concentrazione sufficiente per essere degni di essere estratti e all'interno di strutture rocciose che possono essere scavate in modo sicuro ed economico. Deve anche essere possibile arricchire i minerali in modo economico. Per lo sviluppo della miniera e la perforazione della produzione, la roccia deve essere valutata correttamente perché i risultati influenzeranno i tassi di penetrazione della perforazione previsti, la qualità del foro e i costi dell'acciaio di perforazione. Al fine di determinare le caratteristiche generali della roccia, è necessario distinguere tra proprietà microscopiche e macroscopiche.
Poiché la roccia è composta da grani di vari minerali, le sue proprietà microscopiche includono:
• Composizione minerale
• Granulometria
• La forma e la distribuzione del grano
• Se i grani sono sciolti o cementati insieme Collettivamente, questi fattori comprendono le proprietà della roccia come durezza, abrasività, resistenza alla compressione e densità. A loro volta, queste proprietà della roccia determinano il tasso di penetrazione che può essere raggiunto durante la perforazione di fori di esplorazione e l'entità dell'usura dell'attrezzatura di perforazione. In alcune circostanze, alcune caratteristiche del minerale influenzeranno direttamente il metodo di estrazione. Molti sali, ad esempio, sono particolarmente elastici e possono assorbire gli urti della sabbiatura. Buone e cattive condizioni Di gran lunga la migliore formazione per la perforazione è la roccia dura e solida. Il tasso di penetrazione è più alto, l'usura dei materiali di consumo bassa e la deviazione del foro inferiore. Al contrario, se la formazione è più morbida e presenta crepe e strati, la deviazione del foro aumenta, i materiali di consumo si consumano più velocemente, i tassi di penetrazione sono inferiori e il rischio di rimanere bloccati o di perdere parti del nucleo è più alto. Potrebbe anche essere più difficile mantenere il foro aperto e impedirne il collasso. Anche il lavaggio del foro è estremamente importante e può fare la differenza tra successo o fallimento durante la perforazione. Un problema comune è la perdita d'acqua. Ciò si verifica quando la perforazione viene effettuata in cattive formazioni rocciose con molte fessure attraverso le quali gran parte dell'acqua può defluire. Maggiori sono le crepe, più acqua andrà persa. In condizioni di roccia più frammentata, l'acqua può spesso essere persa completamente, il che ha un effetto estremamente negativo sul processo di perforazione, danneggiando le attrezzature e bloccando le aste di perforazione nel foro. La tecnica di lavaggio dell'acqua differisce notevolmente a seconda della formazione rocciosa. In condizioni di roccia dura la possibilità di utilizzare solo l'acqua è più alta, mentre nelle formazioni rocciose morbide c'è spesso la necessità di utilizzare polimeri o fango. Il lavaggio viene eseguito per diversi motivi. Raffredda il bit,
pulisce la faccia davanti alla punta e porta i trucioli in superficie, riduce l'attrito tra l'asta e il foro e riduce le vibrazioni nella corda del trapano.
Il lavaggio dei fori in formazioni instabili è molto più complicato che nelle formazioni dure poiché è necessario tenere traccia della densità e della viscosità del fluido utilizzato per lavare il foro. È inoltre necessario che il perforatore comprenda la relazione tra questi parametri e la stabilità nel foro, la capacità del fluido di trasportare sabbia e trucioli in superficie, la capacità di controllare la perdita di acqua e la capacità di costruire una torta filtrante nel foro. Il lavaggio in queste condizioni avverse viene utilizzato anche per altri motivi, come stabilizzare il foro, sigillare le fessure e aumentare la capacità di portare le talee in superficie.
La sfida del perforatore Oggi, i perforatori di esplorazione affrontano una serie di sfide diverse, non ultimo il fatto che i geologi richiedono campioni di carote sempre più grandi. Più grande è il campione, più informazioni possono essere ottenute. Ciò presuppone, ovviamente, che ci siano carri di perforazione in grado di gestire questi nuclei di grandi dimensioni alle profondità specificate.
Anche le profondità richieste stanno diventando più profonde a causa del fatto che i depositi meno profondi vengono già estratti. Inoltre, le formazioni rocciose avverse rendono il lavoro del perforatore più complicato poiché è quindi più difficile estrarre campioni di carote di buona qualità e intatti a un costo accettabile. I carri di perforazione esplorativi di oggi fanno molto per soddisfare queste esigenze e aumentare la produttività allo stesso tempo, consentendo così al perforatore esplorativo di aumentare i guadagni. Uno dei principali vantaggi è che questi carri forniscono informazioni più dettagliate sui vari parametri che consentono al perforatore di monitorare gli eventi più da vicino durante la perforazione e di intraprendere qualsiasi azione necessaria prima che qualcosa vada storto. Inoltre, l'innovazione per quanto riguarda la tecnica In-The-Hole (ITH) sta anche semplificando la vita aiutando il perforatore a garantire che l'overshot sia collegato correttamente durante il recupero del nucleo. Ciò riduce la necessità di manutenzione sull'apparecchiatura ITH e migliora le punte di diamante. Se è possibile migliorare le prestazioni delle punte di diamante, la stessa punta durerà più a lungo. Ciò significa che gli intervalli tra le modifiche di bit diventano più lunghi e la produttività aumenta. La modifica del bit richiede molto tempo. Più profondo è il buco, più tempo viene speso a far inciampare le aste dentro e fuori di esso. La visione dell'automazione Non c'è dubbio che la maggior parte delle aziende che sviluppano attrezzature per carotaggio sono fortemente focalizzate sull'aumento del livello di automazione nell'esplorazione. Inizialmente, questo può essere limitato, ad esempio per consentire a un carro di forare automaticamente un'asta durante un cambio di turno. Ma è chiaro che l'obiettivo è quello di automatizzare di più, alla fine per consentire di completare automaticamente un intero viaggio di andata e ritorno.
Tuttavia, essere in grado di gestire un carro di perforazione in modo completamente autonomo è una visione a lungo termine. I carri di carotaggio sono molto più complessi di quelli progettati per la perforazione e la sabbiatura. Probabilmente, lo sviluppo di attrezzature per carotaggio è più focalizzato sull'estrazione di dati dettagliati dal carro che possono consentire al perforatore di analizzare esattamente ciò che sta accadendo durante il processo di perforazione. Oltre a questo, gli sviluppatori si concentrano anche sull'aumento della quantità di dati che possono essere estratti da ciascun carro, in modo da poter studiare le differenze tra diversi perforatori e formazioni rocciose. Altre innovazioni in fase di sviluppo includono il trasferimento di dati a siti remoti per informare i perforatori di quando è il momento della manutenzione e quando un evento può potenzialmente portare a un guasto.
Fonte: Epiroc Cina
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