Проблемы и перспективы скважинной гидродобычи полезных ископаемых

Дробаденко В.П. — зав. кафедрой геотехнологии и комплексного освоения месторождений полезных ископаемых, профессор, д.т.н., Малухин Н.Г. — профессор, д.т.н., Вильмис А.Л. — доцент, к.т.н.
Золотодобыча, №155, Октябрь, 2011

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: 10878, комментариев: 38       

Комментарии, отзывы, предложения

Александр В. Левиков, 11.06.17 15:57:39 — Иван Иванычу

спасибо за ссылку. Ну для мартитовых руд КМА эта добыча может и подходит... А по золоту россыпному? При такой лихой подаче - в призабойной части разреза будет гарантирована дезинтеграция с просадкой золота на плотик.

Николай Бычек, 16.06.17 09:41:12 — Ольга

Анализируя опыт прошлых лет, связанный с развитием СГД в СССР, а после и в России, не могу не сказать о том, что работы по усовершенствованию и применения скважинной гидродобычи не прекращались даже в 90-е годы. Так в 1998-2001 г.г. АО "Сапропэк" и Центр по сапропелю осуществили свой проект по СГД лунного камня в Шри Ланке, подготовили к опытному апробированию проект разработки россыпных месторождений драгоценных камней в Камбодже, с 2004 по 2015 г.г. выполнили и внедрили более 4 проектов добычи через скважины реликтового сапропеля в России, в 2013-2015 г.г. разработали технологию и предложили ее к внедрению на добыче янтаря в Украине. Сейчас проходит госэкспертизу проект СГД песка в Курчатовском районе Курской области, коллектив приступает к работам по разработке предложения для скважинной гидродобычи драгоценных камней на Мадагаскаре. Опыт применения геотехнологических способов добычи ПИ в России набирается, даже если судить только по одному этому предприятию.

Николай Бычек, 02.02.18 08:33:27

С применением новых технологических решений и оборудования скважинной гидродобычи (СГД) россыпного золота разработка многих "бросовых" месторождений с малыми запасами или содержанием стала вполне доходным бизнесом и может оживиться при заинтересованности золотодобывающей отрасли.

Известно, что используя данный метод можно сокращать освоение горных отводов во времени, совмещая поисково-оценочные работы с опытно-эксплуатационными и эксплуатационными. Зачастую, для добычи на малых россыпях понадобиться всего лишь один или два мобильных комплекса на базе буровых установок с подготовительными и капитальными затратами в бизнес в пределах 100-140 млн. руб. Комплексы позволяют проводить поисковую апробацию месторождений россыпного золота, опытно-промышленную и промышленную добычу, его прискважинное обогащение.

Не исключается эффективное применение СГД россыпного золота на забалансовых участках месторождений, на россыпях с повышенным содержанием валунов, обводненных участках в труднодоступных местах. Для этого оборудование может быть выполнено с учетом геологии и факторов местности на санном, гусеничном или пневмоходу.

Остается не понятным, почему способ СГД россыпного золота в России не находит применения. Может для этого уже настало время? Коллектив разработчиков различных технологических решений в этой области ждет предложений.

Брат, 02.02.18 10:01:04 — Николай Бычек, 2.02.2018

Огорчительно, что для вас это остается непонятным; об этом уж столько говорено... Настоящих буйных мало, пел покойный Высоцкий.

Добытчик , 02.02.18 13:46:07

Совершенно не разбераясь в теме... Боремся за извлечении процентов. Здесь технология десятки процентов в недобытые скидывает. На кой х.. така хидромудроглубокозалегающая технология?!

Николай Бычек, 25.04.18 14:48:16

Возвратились из Монголии. Думаю, что при заинтересованности золотодобывающих компаний, в этом регионе можно идеально отработать метод СГД на разработке месторождений с залеганием продуктивного пласта до 120 м и мощностью от 1 до 4 м.

Александр Левиков, 25.04.18 15:38:42 — Николай Бычек

Николай, когда с монголами договоритесь (на Заамаре небось?), станете проектировать - зовите. Приму участие в бурении.

Николай Бычек, 24.06.18 15:09:17

Кто что-то знает по добыче сапфиров методом СГД в Африке или Ю-В Азии - напишите. Есть большой интерес к этой теме.

999, 24.06.18 20:01:02 — .

Для начала, хотелось бы узнать какие потери при скважинной гидродобыче (процент извлекаемости) и как собирается самый смак с плотика или коренных пород.

Николай Бычек, 24.06.18 20:10:06

По промышленно-экспериментальным работам потери равнялись 30-36%. Но это ведь зависит от геологии и технологических свойств подстилающих пород. надо конкретно иметь в виду Ваше месторождение...

Александр Левиков, 24.06.18 20:52:27 — Николай Бычек

Посмею напомнить: потери свыше 8% от производственных запасов рассчитанных на стадии проекта разработки россыпного месторождения считаются неприемлемыми.

999, 24.06.18 21:44:19 — Николай Бычек

А Вы напишите при добыче чего и в каких условиях определили потери в 30-36%. Подозреваю, что в самых удачных.

Николай, 15.02.19 12:10:51 — Александр Левиков

Готовим проект по добыче россыпного аллювиального золота в Суринам. Нужно будет и бурение. Чем обладаете? есть навыки в поисковой разведке забалансов?

Денис, 25.05.19 15:15:52

Здравствуйте коллеги! Интересно, есть ли бушующее у СГД на мерзлотах в нашем Заполярье?

bae47, 26.05.19 05:23:58 — авторам

Технология добычи россыпного золота из аллювиальных россыпей с размером золотин от мелкого до крупного бесперспективна. Во-первых, как справедливо отмечает Александр В. Левиков, будет гарантирована дезинтеграция с просадкой относительно крупного золота на плотик, который в большинстве трещиноватый и вряд ли его возможно доставить на поверхность. Во-вторых, радиус отработки одной скважины составляет несколько метров и отрабатывается эта площадь в течение нескольких часов, поэтому к этому времени должны быть подготовлены следующие скважины. Скважины должны быть подготовлены по сети минимум 20х20 м по всему полигону добычи, что при глубинах несколько десятков метров в валунистых ледниковых и водноледниковых образованиях практически невыполнимая дорогостоящая задача. В-третьих, как правило мощность песков в аллювиальных россыпях составляет в большинстве не более 1,5-2 м и выше лежащие породы (торфа) не связаны и они будут обрушаться и выкачиваться на поверхность сильно разубаживая пески.

Экономист, 26.05.19 07:24:18 — Денис, 25.05.19

Поддерживаю мнение bae47, 26.05.19. Стоимость проходки скважин для реальных содержаний выше, чем стоимость добытого золота. Подземная гидродобыча уже не раз испытана на россыпях, но реально нигде не работает.

Сергей инженер НБ, 04.06.20 10:17:43

Уважаемые коллеги, если есть заинтересованные в изучении метода СГД по россыпям, особенно СГД в мерзлых грунтах, не могли бы поделиться опытом по работе либо теоретическими данными. Fly-fox999@mail.ru

ЛДН, 09.06.20 10:52:06 — Сергей инженер НБ

То о чем пишет bae47, Александр Левиков и другие посетитили - это всего лишь жирный минус для СГД. Они определяют экономическую эффективность, а не техническую возможность применения. А ведь для применения СГД на мерзлых россыпях устойчивость и время «жизни» скважин и прискваженных поверхности самый глобальный вопрос определяющий вопрос применения способа в принципе. И предыдущие попытки по СГД стопорились именно на этом пункте. Сважины увеличивались за счет оттайки до неприемлимых размеров и были похожи больше на воронки. И этот вопрос, насколько мне известно, в настоящий момент не решен.

Что же касается бурения скважин, то чисто в техническом плане проблем вроде нет. Особенно сейчас при наличии буровых станков типа Sonic.

ЛДН, 09.06.20 11:49:18

Относительно значительных потерь при СГД на мерзлых россыпях. Пока это все предположения, не основанные на данных даже единичных опытов. Плотик трещиноватым становится после выемки и глубокой оттайки на открытой поверхности. В естественном мерзлом состоянии никакой трещиноватости нет, все заполнено льдоцементом. Из опыта - при проходке горизонтальных гидроскважин (штолен) по пескам под взрывные работы никаких западений, трещин не наблюдалось за весь период проходки скважин. Так что, вопрос требует практического ответа. Где, что и сколько западает.

При классической открытой гидроразработке, условия гидротранспорта пульпы и золота в чем- то схожи с СГД. Но на гидроразработке о потерях, так категорично вопрос не ставился, хотя там изначально все талое и плотик действительно трещиноватый в момент отработки. Есть много мест для осаждения, проседания золота. То есть условия хуже с точки зрения потерь. Давайте в предположениях учитывать и опыт открытой гидроразработки.

Так, что может быть СГД не так уж бесперспективно на мерзлых россыпях? Особенно с учетом экологии.

Инженер, 11.06.20 12:12:15

На мерзлых россыпях скважины станком СБШ - 200 (250) проходятся моментально. Их бурят под взрывчатку по сети 5х5 м без всяких проблем. Проблема оттаять мерзлоту, чтобы ее размыть. Надо будет греть воду. Сколько это будет стоить? Почем золото обойдется? Летом бурить - станок утонет. Зимой - мыть нечем.

Уважаемые посетители сайта! Пожалуйста, будьте как дома, но не забывайте, что в гостях. Будьте вежливы, уважайте родной язык и следите за темой: «Проблемы и перспективы скважинной гидродобычи полезных ископаемых »


Имя:   Кому:


Введите ответ на вопрос (ответ цифрами) "один прибавить 7":