Бурение скважин для добычи полезных ископаемых

При скважинной гидродобыче технологические процессы разрушения горной массы, пульпо-приготовления, всасывания и гидроподъема осуществляются с помощью напорного потока воды через скважины не­большого диаметра. Технология реализуется следующим образом: в пробуренную и обсаженную скважину опускают специальный гидромонитор и гидроподъемное устройство. При этом массив породы разрушается гидромониторной струей жидкости, а выдача образовавшейся после размыва гидросмеси в очистной камере осуществляется эрлифтом либо эжектором (гидроэлевато­ром) на поверхность [1, 2].

Первые реальные публикации по техно­логии скважинной гидродобычи относятся к 1936 г., в которых инженер-исследователь П. М. Тупицын [3] показал, что для определен­ных горногеологических условий экономи­чески выгодно вести добычу некоторых видов твердых полезных ископаемых (песок, гравий, уголь) через скважины небольшого диаметра (200–300 мм). Причем, что особо отмечалось, добычу можно осуществлять без проведения дорогостоящих вскрышных работ.

В последующем эта перспективная тех­нология стала разрабатываться во многих странах и получила развитие в различных отраслях промышленности: в Японии при до­быче гравийных смесей для намыва прибреж­ных территорий; в Польше и Китае — для до­бычи песка; в Индии и США — при разработке ураноносных и слабосцементированных песчаников. С 1970-х годов Российский государственный геологоразведочный университет (РГГРУ, бывший Московский геологоразведочный институт им. Орджоникидзе) участ-вует в разработке этой технологии при различных горно-геологических условиях.

Скважинная гидротехнология включает следующие процессы:

— гидроразмыв продуктивного массива напорными струями воды с формированием двух- либо трехфазной смеси;

— самотечное или принудительное транс­портирование разрушенного (отделенного от забоя) твердого к зумпфу эксплуатационной скважины (подъемного аппарата);

— пульпоприготовление доставлен­ной в зумпф  горной массы для процесса всасывания;

— всасывание горной массы с учетом энергетических возможностей всасываемого потока и гидравлических характеристик от­дельных кусков твердого материала в объеме горной массы;

— подача гидросмеси на поверх­ность с учетом возможностей подъемного ап­парата, работающего в стесненных условиях эксплуатационной скважины;

— поверхностный напорный гидротранс­порт двух-трехфазного потока.

Эти технологические процессы тесно взаимосвязаны между собой и в своей сово­купности представляют решение сложной задачи — совмещение разноструктурных процессов в единый технологический цикл добычи полезных ископаемых через скважи­ны с учетом различных горно-геологических требований к процессу гидродобычи.

Первым звеном всей техно­логической цепи является процесс гидроразмыва (гидроразрушения) породы. Максимально возможную про­изводительность добычи через скважины оп­ределяет именно процесс гидроразмыва.

Эффективность процесса гидроразмыва определяется:

а) конструктивными особенностями и геометрическими параметрами инструмента разрушения массива — гидромонитора;

б) расходно-напорными и физическими характеристиками агента разрушения — на­порной жидкости;

в) гидростатистической обстановкой в очистной камере и порядком ведения очис­тных работ в ней;

г) взаимодействием со смежными технологическими процессами: предварительной подготовкой массива (или без нее); гидродоставкой (принудительно или под действием сил тяжести) разрушенной горной массы к зумпфу гидродобычного агрегата; возможностью управления процессом пульпоприготовления при всасывании горной массы в режиме работы гидроагрегата «из-под слоя», как наиболее эффективном.

Гидромонитор должен состоять из ствола (длиной не менее 50 его диаметра) и рабочей насадки. Обеспечить гидромонитор мини­мально необходимой длиной ствола в преде­лах диаметра скважины (около 300–350 мм) возможно только при использовании вывод­ного гидромонитора или гибкого ствола. Размывающая способность затопленной гидромониторной струи по мере ее распро­странения в массе окружающей жидкости интенсивно снижается [7]. Так, при рабочих давлениях 7–10 МПа и диаметрах насадки 25–30 мм, на расстояниях 1–1,5 м от выхода из насадки гидромониторная струя уже не может создавать разрушающих усилий на за­бое, и процесс размыва прекращается.

Разработка новых конструкций гидро­мониторов, способных создавать управляе­мое струеформирование для размыва породы и перевода ее в текучее состояние, является важнейшей проблемой технологии скважинной гидродобычи.

Степень насыщения образуемой гидросмеси твер­дой составляющей в значительной степени зависит от условий всасывания и пульпоприготовления, которые должны быть взаи­моувязаны с процессами гидроразрушения и самотечного гидротранспортирования по почве очистной камеры. Анализ практики проектирования скважинной гидродобычи показывает, что непос­редственные расчеты всасывания и пульпоприготовления при этом практически отсутствуют. Так, например, общепринятая методика проектирования скважинной гидродобычи даже не упо­минает об этом процессе, выделяя только следующие методы расчета: свободной незатопленной струи; затопленной гидромо­ниторной струи; доставки руды в очистной камере; эрлифта; гидроэлеватора; укладки руды в карты намыва. Кроме того, все пред­лагаемые расчетные уравнения, зависимости скорости фильтрации с градиентом напора в геотехнологических методах получены эм­пирически — путем подбора по результатам экспериментов, аппроксимирующих уравне­ние, поэтому физическая сущность входящих в него коэффициентов остается нераскрытой. Не составляет исключение такой параметр, как начальный градиент фильтрации. При всей очевидности его физической интерпре­тации, как некоторого сдвигового сопротив­ления жидкости, остается неясной связь его с другими показателями, характеризующими процесс фильтрации.

Исходя из вышесказанного, повышение эффективности скважинной гидродобычи и расширение области ее применения требует в первую очередь решения следующих проблем:

— создания новых гидромониторов с управляемым качеством струеформирования;

— разработки методики проектирования скважинной гидродобычи с учетом расчетов процессов всасывания и пульпоприготовления.

В заключение необходимо отметить, что технология скважинной гидродобычи практически работает уже не одно десятилетие (табл.). Технология чрезвычайно привлекательна тем, что для добычи полезных ископаемых не требует создания карьеров или проведения дорогостоящих и опасных для людей подземных горных работ. Несомненно, область применения технологии скважинной гидродобычи должна расширяться, в том числе она должна найти применение для добычи россыпного золота из погребенных россыпей. Для этого уже в настоящее время могут быть выбраны подходящие объекты.

Апробация скважинной гидродобычи на горнодобывающих предприятиях (по результатам работ Российского государственного геологоразведочного университета МГРИ-РГГРУ)

Литература

1. Арене В.Ж., Гридин О.М., Крейнин Е.В., Небера В.П., Фазлуллин М.И., Хрулев А.С., Хчеян Г.Х. Физико-химическая геотехнология. М., Изд-во МГГУ, Горное образование, 2010.

2. Арене В.Ж., Бабичев Н.И., Башкатов А.Д., Гридин О.М., Хрулев А.С., Хчеян Г.Х. Скважинная гидродобыча полезных ископаемых. М.: Горная книга, 2007.

3. Тупицын П.М. Устройство для подземной разработки полезных ископаемых гидравлическим способом. А.с. № 58591, 1936 г.

4. Бройд И.И. Струйная технология. М.: 2004 г.

5. Хасин М.Ф. Струйная геотехнология в строительстве. Гидротехническое строительство. 2000. № 8. С. 35–42.

6. Малухин Н.Г., Дробаденко В.П., Малухин Г.Н., Вильмис А.Л. Развитие теории и методов расчета скважинной гидротехнологии и их реализация при разработке месторождений полезных ископаемых. Горн, инф.-анал. бюл., Моск. гос. горн, ун-т, 2008. № 12.

7. Дробаденко В.П., Малухин Г.Н., Калинин И.С. Методика и техника морских геологоразведочных и горных работ. Волгоград: 2010 г. Изд. дом. «Ин-Фолио».

-0+1

Просмотров статьи: 10856, комментариев: 38       

• Содержание сайта
• Комментарии
• Главная страница