Способы добычи полезных ископаемых в скважинах

Что может быть нового и научного в технологиях добычи полезных ископаемых на россыпных и осадочных месторождениях алмазов, золота, платины, янтаря, фосфоритов…?

Сотни лет ведется разработка столь важного в мире сырья, месторождения истощаются, увеличивается глубина добычи, уменьшается концентрация полезного компонента на 1 м3 вынимаемых вмещающих его пород. Если не предлагать горной промышленности новые технические разработки в этой области, человечество может однажды остаться без столь важных промышленности и повседневной жизни материалов.

Все «лакомые куски» известных месторождений россыпного золота, алмазов, платины, сапфиров давно выработаны. Горнодобывающая промышленность переходит на забалансовые и малые по запасам месторождения. При этом очень важно, чтобы добыча полезных ископаемых на таких месторождениях была рентабельна, безопасна и технологична. Ни подземная (шахтами), ни открытая (карьерами) добыча не может быть в данном случае пригодна для освоения природных россыпей или осадочных продуктивных пластов. Первая, практически не пригодна, вторая – экономически не выгодна в условиях мерзлоты, обводненности, малого содержания и количества полезного ископаемого на выявленных участках месторождений.

Вот в таких случаях на помощь горнякам приходят геотехнологические способы добычи полезных ископаемых, в частности – скважинная гидродобыча (СГД). Способ заключается в бурении технологических скважин, вскрывающих россыпное или осадочное месторождение того или другого полезного компонента, установку в скважины высоконапорного гидромонитора, размывающего полезный пласт и превращающего породы и воду в гидросмесь, элеваторного или эрлифтного подъемника гидросмеси на поверхность к перерабатывающему или обогатительному комплексу.

Оборудование для СГД может быть выполнено в стационарном, модульно-передвижном и мобильном виде. По производительности такие комплексы могут соперничать с открытыми горными разработками, но, как правило, ограничиваются 150-600 м3/ч по пульпе.

На сегодняшний день СГД особо важна при добыче россыпного золота в Монголии, Центральной Африке и России, сапфиров и рубинов — в странах Ю-В Азии, лунного камня, сапфиров, рубинов, др. – на Шри Ланка, алмазов – в Якутии, на Мадагаскаре, в африканских странах. Скважинная гидродобыча позволяет эффективно отрабатывать участки месторождений на больших глубинах, с малым содержанием полезного компонента, на незначительных площадях его распространения, в труднодоступных районах…

Себестоимость добычи данным методом в несколько раз ниже традиционных: подземной и открытой разработки. Капитальные вложения — в десятки раз ниже общепринятых.

Не зря к таким способам добычи полезных ископаемых сегодня обращаются в се чаще и чаще. СГД набирает популярность, усовершенствуется и может быть применено даже малым и средним бизнесом.

Так, например, для добычи обводненных строительных песков в Курской области с глубины до 20 м при мощности вскрышных пород 6-8 м и продуктивного пласта — 12-14 м рационально был использован модульно-передвижной комплекс на базе бурильно-крановой техники УБМ-85-17 и гидромонитора АД-300. Достигнута производительность по песку – 45-60 м3/час. Себестоимость песка составила не более 120 руб/м3. Капитальные вложения в добывающе-обогатительный комплекс составили не более 18 млн. рублей.

С 2018 года специалистами Центра по сапропелю по приглашению золотодобывающих предприятий Монголии были обследованы ряд тальвеговых месторождений страны на предмет их разработки при помощи скважинной гидродобычи. При мощности вскрышных пород 60-140 м и продуктивного золотовмещающего слоя – 1-3 м добыча открытым способом полезного ископаемого стала не эффективной и привела к полной остановке работ. Подземная добыча золота в данных горно-геологических условиях не возможна. Первый проект СГД россыпного золота в Монголии показал высокую эффективность его применения. Достигнута производительность по пульпе до 300-440 м3/ч, выемка золота отлажена на уровне 18-20% потерь, в основном, из-за высокой трещиноватости подстилающих пород. Добычное оборудование выполнено мобильным, на пневмоколесном ходу. Проектные капитальные вложения составили 36 млн. руб. Способ только начал применяться и постоянно усовершенствуется.

Скважинная гидродобыча сапфиров в одной из стран Ю-В Азии с глубины 26-78 м при слабосвязных вскрышных породах мощностью 12-14 м спроектирована под мобильную буро-добычную установку на пневмоходу и модульный промывочно-обогатительный узел на санных салазках. Технология позволяет ведение работ с плавной просадкой поверхности и образования на месте добычи водоема. Достигнута пректная производительность по пульпе в 300 м3/ч. Капитальные вложения в оборудование и проектное обоснование бизнеса оцениваются в 38-43 млн. руб.

Пробная скважинная гидродобыча гравийных отложений с содержанием сапфиров, рубинов, «кошачьего глаза», других хризобериллов, гранатов, турмалинов, топазов, кварцев, бериллов также проведена Центром по сапропелю в Шри Ланка. Работы были выполнены в 2004-2006 г. в провинции Балангода и Элахер и длились втечение 6 месяцев мобильным добычным комплексом на базе буровой установки российского производства, промывка и обогащение осуществлялась на российском оборудовании типа «Новомакс». Глубина разработки продуктивного слоя достигала 16-18 м, средняя мощность продуктивного пласта 16-11 м. Капитальные вложения в оборудование комплекса составили 23 млн. руб. За время пробной работы комплекс полностью окупил себя.

Также на Шри Ланке в провинции Ратнапура были проведены работы по СГД аллювиальных россыпей под руслом реки. При ее ширине в 8-22 м и глубине 0.4-1 м удалось сохранить экостабильную обстановку и отработать технологический режим гидродобычи полезного ископаемого, не меняя природного ландшафта. Для этого использовалось оборудование горизонтально-наклонного бурения с одновременной обсадкой скважины.

Сегодня Центр по сапропелю выполняет ряд проектов по СГД россыпного золота в Монголии, алмазов – в России, сапфиров и рубинов – в Камбодже.

Работы проходят успешно, везде достигнуты проектные показатели. Из этого следует, что СГД россыпных и осадочных полезных ископаемых приобретает всеобъемлющий характер и является одним из перспективных методов освоения природных богатств на планете.

ВИДЕООБОЗРЕНИЕ СГД

Скважинная гидродобыча россыпного золота в Монголии

Скважинная гидродобыча полезных ископаемых

Источник

Друзья, всем привет. Сегодня я расскажу вам о том, какие существуют способы добычи полезных ископаемых, и их влияние на окружающую среду, но прежде всего эти способы зависят от самих ископаемых, их физико-химических свойств, мест размещения и развития технического прогресса.

Еще совсем недавно добыча природных ресурсов производилась вручную, что требовало больших физических усилий и немалых трудозатрат, а сама она имела достаточно низкую производительность труда.

В современных же условиях все изменилось коренным образом: с развитием мощных технических средств и применением специальных машин трудозатраты снизились, а производительность и объемы добычи ископаемых значительно возросли.

Основные способы и технология добычи природных ресурсов

Все минеральные ресурсы, как твердые, так и жидкие, и газообразные на нашей планете располагаются неравномерно и находятся либо на поверхности, либо глубоко под землей, и в зависимости от их мест размещения и залегания для их добычи используют тот или иной способ. Минеральные ресурсы Самими распространенными способами добычи природных ресурсов можно считать:

открытый способ либо карьерный способ,
закрытый способ либо подземный или шахтный способ,
комбинированный способ либо открыто-подземный способ,
геотехнологический способ либо скважинный способ,
дражный способ.

Все эти способы имеют как свои преимущества, так и недостатки, поэтому технология добычи полезных ископаемых открытым способом предполагает создание на местах разработки и добычи природных ресурсов глубоких котлованов в виде больших карьеров или разрезов, размеры которых зависят от относительно небольшой глубины и протяженности, а также мощности пластов залегания ископаемых. Открытый способ Преимуществом такого способа добычи является его относительная дешевизна, наибольшая производительность и трудоемкость, безопасные условия труда, а недостатками — большое снижение качества сырья из-за содержания в нем большого количества пустых пород, негативные последствия по отношению к окружающей среде.

Таким способом обычно добывают природное строительное и индустриальное сырье такое как –

известняк и мел,
песок и глина,
торф и уголь,
медь и свинец,
молибден и никель,
олово и вольфрам,
хром и марганец,
цинк и железо.

Твердые ископаемые, находящиеся на достаточной большой глубине залегания добывают подземным, т.е. закрытым способом, при котором сооружают подземные шахты. Подземная шахта Недостатком такого способа является его огромный риск для горняков, связанный с обрушением и загазованностью, а значит и взрывоопасностью.

Таким способом обычно добывают руды, полиметаллы и минеральное сырье

такие как:

медь и золото,
вольфрам и железо,
каменный уголь и минеральные соли.

Если открытый и закрытый способ добычи полезных ископаемых не подходит для данного месторождения промышленного сырья, то применяют комбинированный открыто-подземный способ, где сначала добываются открытым способом сырье из верхних слоев, а затем уже шахтным методом дорабатывают оставшиеся запасы металлических руд, залегающие на достаточно большой глубине.

Достоинствами такого способа являются большие объемы добычи природного сырья, а таким способом обычно добываются многие цветные металлы и алмазы.

Геотехнологический или скважинный способ используют при добыче специальных видов сырья, имеющих газообразное или жидкое состояние с помощью такой процедуры как бурение глубоких скважин, где при помощи физико-химического метода осаждения, выщелачивания и плавления извлекают из недр земли на поверхность выходящие по трубам полезные ископаемые.

Таким способом обычно добываются:

газ и нефть,
сера и литий,
фосфор и уран.

И наконец, отдельный дражный способ, где горное предприятие одновременно осуществляет как добычу сырья, так и его обогащение, т. е. с помощью специального оборудования первично происходит отделение ценной породы от сопутствующей пустой.

Таким способом обычно разрабатываются месторождения россыпей:

золота и алмазов,
платиноидов и касситерита.

Влияние на окружающую среду добычи полезного сырья

Добыча полезных ископаемых любым способом не может не оказывать на окружающую среду своего негативного воздействия, так как занимает огромные площади хозяйственных земель, доходящие порой до десятков тысяч квадратных километров. Такая техногенная нагрузка на природную среду нарушает естественный ход саморегуляции жизненных процессов окружающей среды и порой приводит к ее быстрой деградации.

Как правило, под их разработками находятся самые продуктивные почвенные черноземы:

полей и пашен,
лесов и водоемов,
дорог и населенных пунктов.

Производство добычи начинается с подготовительных очистных работ, где на местности удаляются все искусственные преграды, так:

вырубаются многолетние леса с ценными породами деревьев,
осушаются вековые водоемы в виде болот, рек и озер,
прокладываются инженерные коммуникации в виде водоотводящих канав и подъездных путей.

Затем производят вскрышные работы, целью которых служит послойное удаление и перемещение в отвалы пустой породы открывающей доступ к самим природным ресурсам:

мягкую и легкую породу разрабатывают при помощи бульдозеров и землеройных машин,
скальную и твердую породу сначала взрывают при помощи буровзрывной техники, а потом разрабатывают при помощи экскаваторов и скреперов,

уже обнаженные полезные ископаемые добывают и грузят на специальные транспортные средства — карьерные самосвалы,

которые везут добытое сырье на обогатительные предприятия и металлургические комбинаты.

Добыча природного сырья имеет еще и такие негативные последствия для окружающей среды как загрязнение почвы, воды и воздуха химическими элементами отвалов, что пагубно влияет как на растительный, так и животный мир данной местности.

Это негативное воздействие на окружающую среду отрицательно влияет и на здоровье людей, живущих в близлежащих местностях – повышением заболеваемости местного населения.

Поэтому в период разработки месторождений полезных ископаемых необходимы такие регулярные мероприятия как — проведение наблюдений и экологический мониторинг.Уменьшить негативное влияние на окружающую среду в дальнейшем можно усовершенствованием методов разработки, а также с помощью рекультивации этих земель, возвратом и приведением их в первоначальное состояние, однако на это нужны огромные финансовые средства и немалый временной интервал.

Поэтому добывающие предприятия согласно закону охраны недр и окружающей среды обязаны после всех проведенных работ по добыче сырья обеспечить восстановление естественного ландшафта местности, где за свой счет они сажают леса и разбивают лесопарки с созданием в последствие зон отдыха, а также восстанавливают плодородный слой почвы, вовлекая его в сельскохозяйственный оборот.

Надеюсь, вам понравилась моя статья о способах добычи полезных ископаемых, и вы узнали из нее много полезного для себя. Может быть, и вы знаете какие–то новые способы добычи природного сырья. Расскажите мне об этом в комментарии к статье, мне будет любопытно их узнать. Разрешите на этом с вами попрощаться и до новых встреч дорогие друзья.

Предлагаю Вам подписаться на обновления блога, чтобы получать мои статьи на свою почту. А также вы можете поставить свою оценку статье по 10 системе, отметив ее определенным количеством звездочек.

Приходите ко мне в гости и приводите друзей, ведь этот сайт создан специально для вас. Я всегда рада видеть вас и уверена, что вы обязательно найдете здесь много полезной и интересной информации.

Источник

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)

Способы добычи полезных ископаемых в скважинах

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: 10857, комментариев: 38

Содержание сайта
Комментарии
Главная страница

Источник