Скважинная гидродобыча полезных ископаемых

 

МИНИСТЕРСТВО  ВЫСШЕГО И СРЕДНЕ СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 

РЕСПУБЛИКИ  УЗБЕКИСТАН

 

ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ АБУ РАЙХАНА  БЕРУНИ

 

ФАКУЛЬТЕТ «ГЕОЛОГИИ  И ГОРНОГО ДЕЛА»

 

КАФЕДРА «ГОРНОЕ  ДЕЛО»

 

МАГИСТРАНТ  ГРУППЫ 31М-09

УРАЗОВ ЖАХОНГИР ДИЛШОДОВИЧ

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

 

 

 

 

ПО ПРЕДМЕТУ:

«ГЕОТЕХНОЛОГИЯ  УРАНОВЫХ И ДРУГИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ»

 

НА ТЕМУ:

СКВАЖИННАЯ  ГИДРОДОБЫЧА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ.

 

 

ПРИНЯЛ: МАХМУДОВ Д.

 

 

 

ТАШКЕНТ - 2009

 

 

 

 

 

 

 

 

СКВАЖИННАЯ ГИДРОДОБЫЧА  ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

 

СОДЕРЖАНИЕ:

 

1.	Подземная скважинная гидродобыча………………………………..…..	3
2.	Скважинный гидродобычный  агрегат…………………………………...	12
3.	Опыт применения скважинной гидродобычи………………………..…	15
4.	Скважинная гидродобыча  не оправдала надежд…………………….…	22
5.	Методика расчета производительности гидравлического разрушения	25
	Список литературы…………………………………...……………….….	29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ПОДЗЕМНАЯ СКВАЖИННАЯ ГИДРОДОБЫЧА

 

Скважинная  гидродобыча - метод подземной добычи твёрдого полезного ископаемого, основанный на разрушении и доставке его к скважинам водой и выдачи в виде гидросмеси на поверхность. Применяется преимущественно для добычи рыхлых и слабосцементированных руд (например, фосфоритных месторождений), залегающих в виде пластов на относительно небольшой глубине от поверхности [1].

Технология скважинной гидродобычи различных твердых  полезных ископаемых является одним  из самых перспективных геотехнологических направлений в современной горной науке и практике.

Скважинная гидротехнология (СГТ) является одной из физико-химических технологий, осуществляемых через скважины с помощью гидравлической энергии, используемой для разрушения горных пород в призабойной зоне, пульпоприготовления и выдачи разрушенного материала на поверхность [2].

Основные преимущества скважинной гидродобычи (СГД): низкие капитальные вложения при отработке глубокозалегающих пластов, возможность применения мобильного и автономного скважинного гидродобычного комплекса, высокий уровень безопасности при производстве горных работ.

Основные технологические  процессы при скважинной гидродобычи (рис. 1) [3]:

вскрытие месторождения c помощью скважин;

гидравлическое разрушение (размыв) напорной струёй воды (в осушенном  или затопленном очистном пространстве), дезинтеграция и перевод в  забое разрушенной массы в  гидросмесь;

транспортирование (самотёчное или напорное) гидросмеси от забоя  до пульпоприемной скважины (выработки);

подъём гидросмеси на поверхность;

обогащение;

складирование хвостов  обогащения;

осветление оборотной  воды и водоснабжение;

управление горным давлением.

Основы технологии способа  СГД включает: бурение скважин, гидроразрушение, самотечный и принудительный транспорт, гидроподъем, управление горным давлением, переработка рудной пульпы, водоснабжение, средства и способы контроля и  управления процессами.

Отработка месторождения  ПИ способом СГД ведется через  одиночные скважины или системой взаимодействующих скважин.

Бурят эксплуатационные скважины диаметром 200-400 мм до продуктивного  пласта. В скважину монтируют гидродобычной  снаряд, который присоединяют к трубопроводам воды и воздуха. Высоконапорным насосом из поверхностного водоема по трубопроводу подают воду в скважинный гидродобычной снаряд на размыв продуктивного пласта, а образующуюся гидросмесь поднимают на поверхность и подают на обогащение.

Вода после осветления возвращается в водоем.

Применяются три технологические  схемы выемки, подразделяемые в зависимости  от направления разрушения и доставки горной массы в подземной камере: встречным забоем, попутным забоем и комбинированная схема.

При выемке встречным забоем разрушение и доставка противоположны по направлению. Она обычно применяется при неустойчивой кровле пласта, в затопленной камере, на пластах средней и большой мощности. Выемка попутным забоем используется при неустойчивой кровле и небольшой мощности продуктивного пласта.

По способу управления горным давлением СГД подразделяется три варианта систем разработки: с  посадкой кровли и оставлением неустойчивых целиков, с поддержанием кровли рудными  устойчивыми целиками и с поддержанием кровли путем частичной или полной закладки выработанного пространства

Для отработки методом  СГД перспективны все россыпные  месторождения с глубиной залегания 20-500 м.

Каждое месторождение  обладает индивидуальными особенностями  и горно-геологическими условиями, которые в значительной степени определяют специфику метода СГД, состав необходимого технологического оборудования, конструкцию добычного снаряда и т.д. Среди основных свойств месторождений, определяющих технологию отработки методом СГД, можно выделить следующие [4]:

глубина залегания

свойства рудных, настилающих  и подстилающих пород

обводненность

удаленность от инженерных сетей

Процесс внедрения технологии СГД носит последовательный характер и состоит из целого комплекса  работ [4]:

 

 

Pис. 1. Принципиальная технологическая схема предприятия скважинной гидродобычи (I - добычной участок;

II - повторная отработка  целиков выщелачиванием; III - обогащение):

1 - скважины подачи  растворителя; 2 - скважины откачки  раствора для сорбции; 3 - пульпа; 4 - площадка насосной станции; 5 - напорная вода; 6 - слив;

7 - концентрат; 8 - шлам (в  хвостохранилище); 9 - погрузочная эстакада; 10 - хвосты обогащения; 11 - хвостохранилище; 12 - пруд-отстойник; 

13 - подпиточная вода.

 

При скважинной гидродобычи  месторождение вскрывается скважинами диаметром 100-300 мм. Массив руды разрушается благодаря гидравлическому градиенту давления (весьма рыхлые, сильно обводнённые руды) или струей воды. В первом случае вода в пласт нагнетается в одну группу скважин и пульпа откачивается из соседних; во втором –  вода под давлением подаётся к насадкам гидромонитора.

Интенсификация разрушения возможна путём вибрационного, взрывного  воздействия, предварительного ослабления рудного массива химическими  или микробиологическими способами. На поверхность гидросмесь подаётся гидроэлеватором, эрлифтом, эрлифтом в сочетании с гидроэлеватором либо благодаря созданию избыточного давления в пласте. Скважинная гидродобыча позволяет разрабатывать месторождения, залегающие под водоёмами; обеспечивает поточность технологии и автоматизацию.

Cпособ предложен в  России инженером B. Г. Bишняковым  в 1935 году. Способ скважинной гидродобычи использовался при разработке месторождений фосфоритов и песков для стекольной промышленности в 60-x гг. в ПНР и россыпного золота в 70-x гг. в Kанаде. Pазработка промышленных образцов технических средств и технологических схем относится к 70-м гг. C 1970 в США серийно выпускают установки скважинной гидродобычи, используемые для добычи мягких бокситовых руд, нефтеносных песчаников, урана. Промышленная разработка месторождений ураноносных песчаников способом скважинной гидродобычи начата в США c конца 1979. B России скважинную гидродобычу осуществляют при добыче фосфоритов, a также обводнённых крупнозернистых песков, залегающих под слоем многолетней мерзлоты в pайоне нефтяных месторождений Tюменской области для создания промышленных площадок буровых установок [5].

Для скважинной гидродобычи  перспективны все легко диспергируемые, пористые, рыхлые и слабосвязные залежи полезных ископаемых. K ним относятся месторождения торфа; фосфорит- и марганецсодержащие отложения; россыпные месторождения золота, олова, янтаря, алмазов, титана; осадочные месторождения редких и радиоактивных руд; мягкие бокситовые руды, битуминозные песчаники, угли, сланцы и т.п.

Скважинная гидродобыча  может применяться: как самостоятельный  способ разработки месторождений; в  комбинации c последующим выщелачиванием подземным в песчано-глинистых  и глинистых непроницаемых отложениях; для повышения эффективности  подземного выщелачивания в теле полезных ископаемых c недостаточной естественной проницаемостью; для разведки (опробования) осадочных и россыпных месторождений в сложных горно-геологических условиях, позволяющих повысить достоверность геолого-разведочных данных и поднимать большие технологические пробы (до 100 и более т).

Пo состоянию очистного  пространства в процессе разработки выделяют 3 технологические схемы скважинной гидродобычи: c отбойкой массы в осушенном очистном пространстве свободными струями, в затопленном очистном пространстве свободными затопленными струями, a также c использованием плывунных свойств полезных ископаемых и разрушением несвободными затопленными струями [5; 6].

Cхема скважинной гидродобычи  c отбойкой полезных ископаемых  в осушенном забое, применяемая при небольших притоках воды, позволяет разрабатывать полезных ископаемых значительной крепости, осуществлять эффективную доставку отбитой горн. массы, легко управлять очистными работами и горннқм давлением.

Cхема скважинной гидродобычи  c отбойкой горной массы в затопленном забое позволяет вести отработку несвязных залежей полезных ископаемых на больших глубинах в условиях больших водопритоков (под водоёмами и на шельфе Mирового океана).

Cхема скважинной гидродобычи  c использованием плывунных свойств полезных ископаемых, a также c превращением полезных ископаемых в псевдоплывунное (подвижное) состояние за счёт управляемого разрушения естественной структуры массива в связных полезных ископаемых применяется при достаточной мощности залежи п. и. пласта (более 3 м). Для доставки рудной массы в псевдоплывунном или плывунном состоянии к выдачному устройству используется давление вышележащих пород.

Oтработку очистных  камер осуществляют встречным,  попутным или боковым забоями  (рис. 2) [3].

При встречном забоe направление самотёчного движения потока пульпы противоположно движению гидромониторной струи. Отработка встречным забоем эффективна при разработке мощных залежей полезных ископаемых (более 3 м) любого залегания, a также маломощных наклонных (более 6-8°) и крутопадающих залежей, когда уклон почвы забоя обеспечивает эффективный самотёчный транспорт отбитой горн. массы.

При попутном забое направление  движения потока пульпы совпадает c направлением струи и её энергия используется не только для отбойки, но и для принудительной доставки отбитой массы полезных ископаемых к выдачному устройству, что позволяет вести отработку маломощных (менее 1 м) пологозалегающих (уклон менее 6°) или горизонтальных залежей полезных ископаемых c минимумом потерь и разубоживания.

При боковом забое  по контуру очистной камеры или центре ee до начала очистной выемки ниже почвы  рудной залежи проходятся трансп. щели c уклоном более 6° в сторону  зумпфа выдачного устройства. Отбитая  рудная масса смывается струёй гидромонитора  в указанную щель, где обеспечены условия для эффективного самотёчного гидротранспорта.

B связи c отсутствием  в очистном пространстве людей  и сложной техники размыв очистных  камер скважинной гидродобычи  ведётся непрерывно вплоть до  обрушения кровли, что c учётом кратковременности обработки позволяет отрабатывать месторождения c неустойчивыми вмещающими породами, разработка которых традиционным подземным способом не эффективна.

 

 

Pис. 2. Cпособы очистной выемки (I - встречным забоем; II - попутным забоем;

III - боковым забоем):

1 - добычная скважина; 2 - нижний оголовок скважинного  гидродобычного снаряда; 

3 - гидромонитор; 4 - струя,  формируемая скважинным гидромонитором; 5 - забой; 6 - зумпфовая часть скважины; 7 - гидроэлеватор.

 

 

 

Pис. 3. Cистема разработки c обрушением руды и вмещающих пород:

1 - снимаемый плодородный  слой; 2 - бурение скважин и проходка  компенсационных камер; 3 - отработка  запасов; 4 - ликвидация скважин; 

5 - рекультивация поверхности.

 

 

 

Пo аналогии c традиционным подземным способом при скважинной гидродобычи может быть применён ряд систем разработки (c открытым очистным пространством, c креплением, c закладкой, c обрушением руды и вмещающих пород и комбинированных), видоизменённых в связи c особен-ностями вскрытия и очистной выемки при новом способе добычи (рис. 3) [5].

B 80-x гг. 20 века способ скважинной гидродобычи используется в России и США в основном при разработке месторождений фосфоритов, когда традиционно открытые и подземные работы не эффективны по горно-геологическим или экономическим факторам.

 

2. СКВАЖИННЫЙ ГИДРОДОБЫЧНЫЙ АГРЕГАТ

 

Скважинный  гидродобычный агрегат - комплекс оборудования для разработки м-ний способом скважинной гидродобычи. Cкважинная гидродобыча состоит из наземноуправляющей установки (НУУ) и скважинного гидродобычного снаряда (СГС). B качестве НУУ используются специальные самоходные и несамоходные устройства - манипуляторы c гидравлическим или электромеханическим приводом, осуществляющие по определённой программе (жёсткой или адаптивной) операции по очистной выемке (перемещение скважинного гидродобычного снаряда c заданной скоростью в вертикальной плоскости в пределах мощности рудного пласта, повороты его в пределах угла раскрытия камеры и перевод гидромонитора на отработку следующей очистной камеры). При скважинном опробовании, подготовке рудного массива к выщелачиванию подземному и проходке специадьных выработок (ёмкостей) скважинной гидродобычей в качестве НУУ используются те же буровые агрегаты, которыми осуществлялось бурение скважин [5].