CC BY
58
© А.Г. Балашов, В.П Петриченко, В.И. Стрельцов, 2011
УДК 669.75
А.Г. Балашов, В.П. Петриченко, В.И. Стрельцов
ОПТИМАЛЬНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ДОБЫЧНЫХ СКВАЖИН ПРИ РАЗРАБОТКЕ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД СПОСОБОМ СГД
Рассмотрен оптимальный режим работы скважин для конкретных условий при разработке месторождений физическим способом скважинной гидродобычи.
Ключевые слова: руда, скважина, добыча, гидродобычный снаряд, горное давление.
Гехнологические решения при разработке месторождений физическим способом скважинной гидродобычи (СГД), подробно освещенные в технической литературе [1, 2, 3], в основном содержат сведения по добыче полезных ископаемых, залегающих на глубине до 200м (строительные пески, россыпные залежи золота, различные конкреции в прибрежных зонах морей, фосфориты, циркониевые пески и др.).
Однако эти ценные технические решения не в полной мере приемлемы для добычи железных руд в основном по причине глубокого их залегания (500^800м), большого их объемного веса (3,5 т/м3 ^5,0 т/м3), необходимости применения скважин и трубопроводов больших диаметров, большой мощности компрессоров и насосов для подачи рабочих агентов, необходимости изменения схемы компановки эрлифтных ставов и учета разнообразной морфологии рудных тел, изменяющихся углов падения и простирания рудных залежей, неодинаковой прочности руд и больших притоков (или поглощения) воды в рудных горизонтах и др., что требует индивидуального подхода к режиму работы скважин.
В связи с этим корректно рассматривать оптимальный режим работы скважин только для конкретных условий, чему и посвящена настоящая статья.
При освоении железорудных месторождений способом СГД работа технологических скважин зависит от многочисленных условий, в том числе [4]:
• глубины подъема рудной пульпы;
• параметры сечения свободного пространства пульпоподъемной колонны;
• консистенции рудной пульпы;
• объема рабочих агрегатов, подаваемых в скважину и параметров работы насосного и компрессорного оборудования;
• давления рабочих агентов;
• объема рудной массы в добычных камерах и поступающей со стенок необ-саженной скважины;
• скорости движения пульпы в пульпоподъемной колонне с учетом изменения ее параметров от «водо-рудно-воздушного» до «водо-рудного» состояний;
• гидростатического давления в за-трубном пространстве пульпоподъемной колонны и гидродинамического внутри
ее;
• контроля режима работы скважинного и поверхностного оборудования.
Главным показателем технологического процесса являются удельные энергозатраты на дезинтеграцию и эрлифт-ный подъем рудной массы, доля которых, в настоящее время составляет 60— 70 % от общих затрат на работу скважины по добыче руды.
Это определяет важность рассмотрения процесса поднятия эрлифтом рудной массы в единицу времени при оптимальных энергозатратах, что, в том числе, зависит от схемы эрлифтной системы и режима ее работы.
В практике работы добычных скважин при СГД железных руд используются компоновка эрлифтных систем, отличающиеся различными схемами подачи рабочих агентов в скважину. Эти схемы в общем виде следующие:
• подача рабочих агентов осуществляется по отдельным трубопроводам, расположенным в пульпоподъемной колонне; подъем пульпы производится по свободному внутреннему пространству
пульпоподъемной колонны, загерметизированном на устье; пульпа через отвод из него поступает в приемную емкость; в скважине уровень воды поддерживается близким к устью;
• вода подается в скважину (камеру) по трубопроводу, расположенному в пульпоподъемной колонне в объеме, составляющем в сумме с объемом с поступающим из рудного массива, равному не менее объема выдаваемого эрлифтной системой; воздух подается в загерметизированное на устье межтруб-ное пространство пульпоподъемной и обсадной колоннами; подъем и выброс пульпы производится аналогично первой схеме.
Удельный расход электороэнергии, кВт на 1 т ^ руды при работе:
Схема компоновки эрлифтной системы: 1 -
обсадная колонна труб; 2 - пульпоподъёмная колонна труб; 3 - воздухоподающая колонна труб; 4 - водоподающая колонна труб; 5 - волновой гидромонитор или винтовой двигатель, струйный аппарат; 6 - уровень воды в скважине; колонны: 7 - воздухоподающая; 8 - водо-подаюшая; 9 - пульпоотводящая; 10 - для до-лива воды в скважину
Эти схемы приемлемы при сыпучих рудах в отрабатываемых пластах или предварительно дезинтегрированных через скважины в камерах.
В приведенных выше схемах создается дополнительное давление в камере, что сдерживает дезинтеграцию рудной залежи непосредственно в камере, в за-трубном пространстве пульпоподъемной
колонны и в рудной толще, не перекрытой обсадной колонной.
Исследователи отмечают [6], что горное давление на стенки скважины по оси возрастает с глубиной, величина которого, в том числе, зависит от выравнивающегося воздействия гидростатических напоров, изменения деформационных свойств пород, релаксации напряжений и др., что способствует возникновению сдвигающих усилий к оси скважины. Понижение гидростатических напоров в скважине способствует дезинтеграции рыхлых руд.
Приведенная исследователями зависимость позволяет принять давление на стенку скважины в рудном массиве на глубине 550 м (надрудный известковоглинистый слой) равном >10 МПа.
Исследования [7] действия струи на породы показали, что они разрушаются в стенках скважины при 25-35 % разрушающей нагрузки на одноосное сжатие их.
Из этого следует, что при снижении гидростатического давления в скважине интенсивность дезинтеграции рыхлых руд возрастает.
Очевидно, схема компоновки эр-лифтных систем при добыче железных руд должна выбираться с учетом достижения уменьшения давления на рудную залежь не менее разрушающего на одноосное сжатие, создаваемого понижением уровня воды в скважине.
С учетом этого нами рассматривается схема компоновки эрлифтной системы на базе гидродобычного снаряда ГДС-2, представленная на рисунке, позволяющая создавать расчетные режимы ее с поддержанием расчетного уровня в скважине и производить дезинтеграцию рудного массива и образование пульпы на всасе пульпоподъемной колонны.
В таблице приведены усредненные расчетные показатели работы добычной скважины и удельные энергозатраты (кВт на 1 т руды) при глубине залегания пластов рыхлых руд 670-790м с прочностью от 0 до 3МПа на примере геологического разреза скважины 2р Большетроицкого рудника БГДК.
Приведенные в таблице показатели отражают оптимальный режим работы скважины с диаметром пульпоподъемной колонны 245 мм, в основу которого положен принцип разности давлений в скважине и окружающем рудном массиве.
Таким образом, создание в скважине гидростатического давления, меньшего суммарного горного давления
1. Аренс В.Ж., Шпак Д.Н. Опытнопромышленная СГД разнозернистых полезных ископаемых при неустойчивой кровле пласта. М.: Горный журнал, 1986. — № 4. - С. 27—29.
2. Бабичев Н.И. и др. Скважинная технология добычи титан-цирконевых песков Тарского месторождения. М.: МГГУ, ГИАБ, 1999. — № 2. — С. 127—129.
3. Аренс В.Ж. и др. Опыт скважинной гидродобычи руд на Шемраевском участке КМА. М.: Горный журнал, 1995. — № 1. - С.
в рудном массиве, позволяет увеличивать интенсивность дезинтеграции рудного пласта, разрабатываемой добычной скважиной.
Выводы
1. Оптимальный режим работы скважины может определяться только для конкретных условий ее работы.
2. При оценке эффективности работы добычных скважин приоритетными являются схема и параметры работы эрлифтной системы.
3. Усредненные показатели работы скважин по энергозатратам и режиму приведены с учетом наличия дезинтегрированной руды в камере.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Стрельцов В.И., Колесников В.И. Скважинная гидродобыча железных руд. - М.: НИА-Природа, 2005. - 280с.
5. Балашов А.Г. и др. Способ дезинтеграции рудного массива и формирования добычных камер при СГД. М.: МГГУ, ГИАБ, 2009.
6. Добровольский Г.Б., Петриченко В.П., Казикаев Д.М. Крепление скважин большего диаметра. М.: Недра, 1988. - 238 с.
7. Козадий А.К., Зубарев А.В., Федоров В.С. Промывка скважин при бурении. Гостоптехиз-дат, 1963. - 172 с. [1Т^
Коротко об авторах
Балашов А.Г. — Белгородская горно-добывающая компания;
Петриченко В.П., Стрельцов В.И. — ФГУП ВИОГЕМ, e-mail: viogem@mail.belgorod.ru.
й
