Научная статья на тему 'Дезинтеграция железных руд КМА при СГД с учетом горного давления и волновых технологий'

Дезинтеграция железных руд КМА при СГД с учетом горного давления и волновых технологий Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
87
18
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
BOREHOLE HYDRAULIC MINING / ЖЕЛЕЗНЫЕ РУДЫ / IRON ORE / ДЕЗИНТЕГРАЦИЯ / DISINTEGRATION / ГОРНОЕ ДАВЛЕНИЕ / GROUND PRESSURE / ВОЛНОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ / WAVE TECHNOLOGIES / СКВАЖИННАЯ ГИДРОДОБЫЧА

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Петриченко Виталий Павлович, Стрельцов Владимир Иванович

Обосновываются способы дезинтеграции руд КМА за счет: режимов работы эрлифта, влияющих на реализацию горного давления; использования волновых технологий воздействия на рудное тело.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Iron ore disintegration during borehole hydraulic mining in the Kursk Magnetic Anomaly, considering ground pressure and wave technologies

The article substantiates methods of the Kursk Magnetic Anomaly ore disintegration using: air lift operating regimes that influence ground pressure; wave action on ore body.

Текст научной работы на тему «Дезинтеграция железных руд КМА при СГД с учетом горного давления и волновых технологий»

© В.П. Петриченко, В.И. Стрельцов, 2013

УДК 622.23 (621.22)

В.П. Петриченко, В.И. Стрельцов

ДЕЗИНТЕГРАЦИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД КМА ПРИ СГД С УЧЕТОМ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ И ВОЛНОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Обосновываются способы дезинтеграции руд КМА за счет: режимов работы эрлифта, влияющих на реализацию горного давления; использования волновых технологий воздействия на рудное тело.

Ключевые слова: скважинная гидродобыча, железные руды, дезинтеграция, горное давление, волновые технологии.

Опытные работы по скважин-ной гидродобыче (СГД) железных руд на КМА начаты в 1987 г. [1, 2]. Глубина залегания рыхлых руд ((ож = 0 - 3 МПа) 400—800 м. Статические уровни подземных вод 30— 70 м.

Перенос опыта скважинной гидродобычи полезных ископаемых на глубинах десятков метров [3], где продуктивный пласт представлен преимущественно неустойчивыми плывунными породами, а дезинтеграция основана на действии гидравлической струи, практически неприемлем для добычи железных руд на больших глубинах.

В ФГУП ВИОГЕМ проведен анализ исследований нефтяников по действию гидромониторной струи на разрушение пород в забое [4]. Выполнены расчеты применительно к разрушению рыхлых руд в условиях КМА [5]. Установлено, что при глубинах более 500 м, струя, выходящая из сопла со скоростью 100 м/с, будет разрушать руды прочностью на одноосное сжатие 0-3 МПа на расстоянии не более 0,5—0,8 м, затухая до нуля. Причем, давление струи на расстоянии три радиуса сопла от оси падает

до 10 %, а на расстоянии 10 радиусов — до 3 %. Приближение гидромонитора к разрушаемой стенке скважины (камеры) на метры практически невозможно. Увеличение скорости струи также не эффективно. Дезинтеграция гидромониторными струями на Шемраевском участке КМА не превышала 0,13 м3/ч (450 кг) [1].

Примененный на Шемраевском участке КМА депрессионный метод воздействия на рудный пласт, основанный на отжатии воздухом уровня воды в скважине на 300—400 м с последующим выпуском воздуха и снижением давления в скважине, существенно не увеличивал объем дезинтегрированной руды из-за быстрого подъема уровня в скважине (кратковременного действия депрессии). Пневмогидроимпульсное воздействие гидромониторной струи также оказалось малоэффективным.

ВИОГЕМ разработал и запатентовал «Способ образования камеры в скважине» [6], заключающийся в том, что после сооружения гидродобычной скважины в пласте рыхлых руд мощностью 15 и более метров создается блок, который перфорируется наклонными скважинами (рис. 1).

вода воздух

Рис. 1. Сечение камеры вертикальной плоскостью оси:

1 - вертикальная скважина; 2 - наклонные скважины; Н - высота блока перфорируемого массива; Д - диаметр блока перфорируемого массива

Рис. 2. Конструктивное исполнение ГДС-2 для образования пульпы на всасе:

1 - пульпоподъёмная колонна; 2 - обсадная колонна; 3 - воздухопадающая колонна; 4 -водоподающая колонна; 5 - долив воды в скважину; 6 - гидродинамический уровень во-

ды в скважине, Ьа.

Начиная с нижнего ряда наклонные скважины бурятся гидродвигателем с отклонителем долотом диаметром 150—190 мм на разных уровнях по кругу с отходом от оси гидродобычной скважины на 7—10 м. Величины угла наклона скважин и количество их и кольцевых рядов зависят от Д и прочностных свойств руды. Этим достигается перфорация и расслабление массива блока (будущей камеры). Затем производится пневно- и гидродезинтеграция его в пределах камеры. Гидроподъем рудной массы составит до 10—15 тыс. т.

При проведении опытнодобычных работ на Шемраевском и Большетро-ицком участках было отмечено, что при остановках работы гидродобычных скважин в них происходит самопроизвольное осыпание стенок до-

бычных камер в зонах рыхлых руд, заполняя их до уровня осыпающегося рудного пласта.

С цель интенсификации процесса извлечения руд разработана технология [7], в основе которой заложен принцип управления режимами работы эрлифтной системы, при которых в гидродобычной скважине поддерживается динамический уровень (),

влияющий на реализацию горного давления в добычной камере, приводящее к потере прочности рыхлых руд (рис. 2).

Динамический уровень в скважине поддерживается на глубине, при которой разность горного давления в отрабатываемом пласте и гидростатического давления столба равна не менее прочности руды пласта на одно-

осное сжатие, что регламентируется поддержанием уровня воды (6) в скважине. При этом параметры режима эрлифта соответствуют объему дезинтегрированной рудной массы, которая составляет до 29 т/ч при глубине гидродобычной скважины до 800 м и диаметре добычной камеры в рудной зоне 400 мм. Максимальный расход потребляемой мощности не превышает 100 кВт на 1 т рудной массы.

Учитывая что, рудный массив глубоких месторождений КМА представлен наклонным напластованием рыхлых и скальных руд под углом 450 на Шемраевском участке, и от 200 до 700 на других участках Большетро-ицкого месторождения, ВИОГЕМ-ом предложена система отработки пластов рыхлых руд блоками [8] с несколькими вертикальными гидродобычными скважинами, расположенными ниже по падению пластов и выше расположенными вспомогательными скважинами малого диаметра, пройденными по пласту, которые в процессе проходки дезинтегрируют рыхлые руды буровыми долотами и гидромониторными струями за счет постоянного контакта с рыхлыми рудами и подают дезинтегрированную массу в отрабатываемые полости гидродобычных скважин.

При этом, возможно использование многих методов дезинтеграции рыхлых руд, в том числе за счет горного давления, путем снижения уровня воды во вспомогательных скважинах, которые гидравлически связаны с гидродобычными скважинами. Движение потока пульпы с дезинтегрированной рудной массой по вспомогательным в гидродобычные скважины также способствует дезинтеграции пласта рыхлых руд.

Намечены другие мероприятия по дезинтеграции рудного массива, например, по патенту № 2310078 [9]

на «Способ образования пульсирующей струи и устройство для его осуществления». В патенте прямо указано на применение устройства при скважинной гидродобыче полезных ископаемых. С автором и патентообладателем ведутся переговоры об опытном использовании изобретения при гидродобыче железных руд на КМА, в частности для дезинтеграции руд в массиве образуемой камеры по патенту [6].

В последние годы Научным центром нелинейной волновой механики и технологии РАН (НЦ НВМТ РАН) разработана технология по волновому воздействию на горные массивы [10]. Научный центр разработал гамму генераторов для различных целей, в том числе для обработки призабойной зоны нефтяных скважин для интенсификации добычи нефти и повышения скорости роторного бурения.

Конструктивно генераторы не содержат подвижных частей, отличаются простотой, не требуют больших затрат и являются весьма долговечными устройствами. При прокачке жидкости волны давления, источником которых являются генераторы, проникают в пористую среду массива со сложной его геометрией сквозь различного рода трещины, обеспечивая в рабочей зоне рождение и схло-пывание кавитационных пузырей, значительное вихреобразование и различные формы движения жидкости. Амплитуды волн могут достигать значений десятков атмосфер. Частота от 100 Гц до 3 кГц и 5-15 кГц.

Практическое применение генераторов имеет место на нефтепромыслах Башкиртостана для интенсификации нефтедобычи и для очистки каналов движения в пористой среде.

Используются генераторы волновой технологии для повышения скорости роторного бурения скважин,

как наддолотное устройство для прохождения промывочной жидкости. В результате скорость бурения возрастает на 40—60%. Приведенное выше свидетельствует, что кавитационное воздействие в пористой среде, даже в породах большой прочности, вызывает увеличение трещиноватости, что повышает скорость бурения за счет потери прочности массива. Можно полагать, что применение волновых генераторов для возникновения кавитационных процессов в порах рыхлых руд будет вызывать интенсивную дезинтеграцию рудного массива при СГД.

Выводы

1. В настоящее время имеется ряд теоретических разработок по техно-

1. Арене В.Ж., Пашков A.B., Балашов А.Г. и др. Опыт скважинной гидродобычи руд на Шемраевском участке КМА. Горный журнал — № 1. — 1995г. — С. 23—26.

2. Арене В.Ж. Физико-химическая геотехнология. — М.: Изд. МГГУ, 2001. — 656 с.

3. Советеко-Югоелавекий симпозиум по проблеме скважинной гидравлической технологии. М. МРТИ. 1991. — 126 с.

4. Козодой А.К., Зубарев A.B., Федоров B.C. Промывка скважин при бурении. Гостопиздат, 1963. — 172 с.

5. Разработка, освоение новых конкурентоспособных технических средств и технологии скважинной гидродобычи с глубокой переработкой руд, обеспечивающих отработку месторождений на глубинах свыше 800 м с получением высококачественного металлургического сырья. Отчет НИР. Рук. Стрельцов В.И. ВИОГЕМ. ГР № 01200310704. г. Белгород, 2004. — 251 с.

логии и технике гидродобычи железных руд КМА, разработке гидродобычных снарядов, эрлифтной системы подъема рудной массы с больших глубин с производительностью по руде до 60 т/ч, на основе разработанной волновой технологии воздействия на рудный массив с целью дезинтеграции рыхлых руд.

2. Необходимо централизованное решение организационных вопросов выполнения НИР, ОКР, проектных и опытных работ по технологии и технике для рудников СГД с целью ориентации на проведение добычи руды способом СГД до 4 млн. т/год и промышленного внедрения технологии.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

6. Петриченко В.П., Стрельцов В.И., Балашов А.Г., Колесников В.И. Патент на изобретение «Способ образования камеры в скважине» № 2242612 от 20.12.2004 г. Роспатент РФ.

7. Исследование технологии и разработка модели скважинной гидродобычи руды Большетроицкого месторождения. Отчет НИР. Рук. Стрельцов В.И. ВИОГЕМ. г. Белгород. — 2008. — 132 с.

8. Балашов А.Г., Петриченко В.П., Стрельцов В.И. Заявка на изобретение «Способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых при наклонном залегании пластов» № 2009118242/03(025022) от 05.2009 г.

9. Камалов Р.Н. Патент РФ № 2310078 «Способ образования пульсирующей струи и устройство для его осуществления».

10. Публикация в Интернете на сайте НЦ НВМТ РАН. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Петриченко Виталий Павлович - доктор технических наук, профессор, Стрельцов Владимир Иванович - доктор технических наук, профессор.

Всероссийский научно-исследовательский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, защите инженерных сооружений от обводнения, специальным горным работам, геомеханике, геофизике, гидротехнике, геологии и маркшейдерскому делу» (ВИОГЕМ) лаборатория «Геотехнология, сдвижение горных пород и горное давление», lgsgd@mail.ru.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.