CC BY
68
УДК 622.016.25-047.44
A.Б. Копылов, д-р техн. наук, проф., зам. декана, (4872) 35-20-41, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
О.В. Коновалов, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-20-41, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
B.С. Сальников, аспирант, (4872) 35-20-41, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
КРАТКИЙ АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ СКВАЖИННОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ
Рассмотрены основные области применения скважиной гидротехнологии на настоящий момент, перспективы этой области геотехнологии и ее проблемы.
Ключевые слова: скважинная геотехнология, скважинная гидродобыча.
В настоящее время в странах СНГ произошло резкое сокращение объемов производства минерального сырья, причем не столько вследствие экономических обстоятельств, сколько в силу политических причин. Это усугубляется усложнением горногеологических условий разрабатываемых месторождений, моральным и физическим износом горной техники, потерей квалифицированных кадров, неблагоприятным действием существующей налоговой системы, особенно в России.
Возобновление объемов добычи многих полезных ископаемых, особенно титана, циркония, урана, марганца, хромитов и ряда других видов рудного и нерудного сырья является одной из приоритетных задач горной промышленности России.
В связи с тем, что на территории России в настоящее время геологоразведочные paботы по выявлению новых месторождений ведутся в небольшом объемах, некоторый прирост добычи минерального сырья может быть обеспечен за счет промышленного освоения уже разведанных запасов, залегающих на значительных глубинах, путем перехода на подземную безлюдную гидравлическую добычу их при активном использовании новейших достижений горной науки и техники - скважинную гидротехнологию.
Началом развития скважинной гидротехнологии можно считать открытие эрлифтного водоподъема в 1797 г. германским горным инженером Карлом Лошером. Вследствие слабого развития компрессорной техники того периода эрлифтный способ гидроподъема развития не получил и был вытеснен насосным способом.
Впервые широкое применение эрлифтов началось в нефтяной промышленности на Бакинском месторождении нефти с 1897г. Этот способ добычи нефти был предложен русскими инженерами В.Г. Шуховым и А.В. Бари, о чем писал еще в 1886 г. известный химик Д.И. Менделеев. Вначале
в качестве рабочего агента в этих эрлифтах применяли сжатый воздух, а в 20-х годах XX века наряду с воздухом на нефтяных промыслах нашел применение естественный или попутный газ, почему эрлифты получили название газлифты.
Статус технологии скважинная гидродобыча приобрела в 1932 году в США работами инженера Э. Клайтора и в 1 9 3г.6 в СССР П.М. Тупицыным был предложен способ скважинной гидродобычи (СГД) -один из вариантов скважинной геотехнологии, в результате использования которого, через скважины на поверхность земли поступают разрушенные на месте залегания горные породы и руды в виде гидросмеси. Лишь спустя 30 лет была начата разработка технологии СГД в горном Бюро США и, начиная с 1964 г., сотрудниками ГИГХСа на месторождениях фосфоритов в Прибалтике. В 70-х годах сотрудники кафедры «Геотехнология» Московского геологоразведочного института под руководством Н.И. Бабичева начали разработку технологии и технических средств СГД для месторождений урано-фосфорных руд. С 1987 г. началось интенсивное использование новой технологии в организациях геологоразведочной отрасли, прежде всего для извлечения технологических проб объемом от сотен килограмм до нескольких тысяч тонн, позволяющих повысить достоверность геологоразведочных данных, отказавшись от проходки дорогостоящих разведочных шахт, шур фзв, штолен, а также карюров. Способом СГД подняты: большие технологические пробы титано-цирконовых песков на Туганском месторождении (Томская ГРЭ), на Тарском месторождении (Омская ГРЭ), технологическая проба богатых железных руд на Большетроицком месторождении КМА (Белгородская ГРЭ); кимберлитов из двух алмазоносных трубках месторождения им. Ломоносова (ПГО «Архангельскгеология»), технологическая проба полиметаллических руд из кор выветривания Жа-на-Аркалыкского рудного поля (Тургайская ГРЭ, Казахстан)) Аналогичные работы были выполнены на Лукояновском (ПГО «Волгогеология», Малы-шевском месторождении (Украина), Унечском месторождении (ПГО «Центргеология»). Опыт применения показал, что новый способ обходится в несколько раз дешевле и требует значительно меньших затрат времени и капиталовложений.
Технология СГД прошла также успешное опытно-промышленное опробование при добыче богатых железных руд КМА.
Россыпное золото в Якутии, урано-фосфорные руды в Казахстане, угли в Приморье и Казахстане, алмазы в Архангельской области, фосфориты на Украине и в Кировской области, кварцевые пески в СФРЮ - далеко неполный перечень полезных ископаемых, на которых была испытана технология СГД. В 1 99 5г. на базе запасов Тарского месторождения акционерным обществом «Цирконгеология» построен и пущен в эксплуатацию опытно-промышленный участок по скважинной гидродобыче тита-но-цирконовых песков с производственной мощностью 40 тыс. м3 песков в
год, который фактически является единственным в настоящее время действующим предприятием СГД в России.
Нынешнее состояние железорудной отрасли свидетельствует о необходимости корректировки стратегии дальнейшего освоения месторождений руды - об этом заявили ученые горной науки на прошедшей недавно в Москве серии научных симпозиумов и круглых столов, посвященных технологии добычи полезных ископаемых. По всеобщему мнению, этого настоятельно требуют интересы как самой отрасли, стремящейся занять лидирующие позиции в мире, так и российской металлургии. Богатые запасы железорудного сырья (ЖРС) в бассейне Курской магнитной аномалии (КМА) - более 30 млрд руд, являются основной сырьевой базой для металлургической отрасли, а потому дальнейшие перспективы ее развития сегодня во многом зависят от эффективности разработки этих месторождений.
Освоение руд КМА преимущественно ведется открытой разработкой со строительством карьеров. Экономическая эффективность этой технологии доказана давно и во всем мире - стоимость открытой добычи руды в два раза дешевле, чем при подземной разработке. Однако, она требует больших инвестиций, а потому этот главный недостаток открытого метода толкает некоторых разработчиков к использованию нетрадиционных методов добычи, таких, как СГД. Однако он доказал свою низкую эффективность и производительность при добыче железной руды.
Об этом свидетельствуют весьма небольшие объемы добычи ЖРС по технологии СГД на Гостищевском месторождении, разработку которого ведет "Белгородский ГОК" ("БелГОК"). Коэффициент извлечения запасов здесь составляет всего 2...3 %. Соответственно потери в недрах доходят до 80 процентов.
Экспериментальные работы по внедрению данного метода разработчики Гостищевского месторождения начали с момента его открытия в 1953 году. Тем не менее, нынешнее руководство "Белгородского ГОКа", не беря в расчет весь предшествующий негативный опыт, решило продолжить эксперимент, по-прежнему возлагая на него большие надежды.
По словам начальник горного отдела института НИИ КМА Серго Лизеровича, горняки должны делать выбор в пользу традиционных технологий добычи. Начальник технического отдела Качканарского ГОКа Геннадий Махрин добавляет, что метод скважиной гидродобычи в настоящее время существует "лишь виртуально" и говорить о его промышленном применении пока не имеет смысла.
К числу явных недостатков СГД специалисты относят образование воронок в результате просадок подмытой кровли (такие факты, в частности, были отмечены на Тарском, Тарнобжегском и других месторождениях), что делает невозможным проведение дальнейших работ на поверхности, а также приводит к порче скважинного оборудования.
При значительных глубинах скважин, как, например, на Гостищев-ском руднике, где она составляет 800.1000 м, серьезно деформируется нижняя часть скважинного гидродобычного агрегата, а рудный материал в результате обрушения кровли серьезно обедняется из-за неуправляемого разубоживания.
Ученые и отраслевики уверены, что время освоения ЖРС с помощью скважинной гидродобычи еще не пришло. Прежде всего, это объясняется низким уровнем ее промышленной обкатки, что, в свою очередь, вызвано отсутствием серьезной научно-экспериментальной базы. Технологию СГД изобрели, а вот создать и подготовить кадровый и технический потенциал для сопровождения соответствующих работ так и не смогли. Единственный вывод, к которому пришли участники научных симпозиумов, продолжать осваивать богатые запасы КМА комбинированием традиционных способов добычи - открытой и подземной разработки.
Одновременно с разработкой технологии и технических средств, способ прошел промышленную проверку при добыче строительных материалов и нерудного сырья. В 1988-1991 гг. в СФРЮ на предприятии «Ко-лубара» (данный угольный разрез принадлежит Сербии, на работы по реконструкции которого Германией выделен кредит) велась успешная добыча кварцевого песка, залегающего на глубине 50.60 м ниже дна действующего карьера по добыче бурового угля. Производительность добычи составляла 60-80 м /час при объеме добычи из одной скважины 500.750
33
м (1000.1500 т). Себестоимость производства 1 м составляла 2-3 доллара США при цене около 25 долларов.
Силами Усинской ГРЭ ПГО «Поляруралгеология» по проекту НПЦ «Геотехнология» в сентябре - октябре 1990 г. успешно выполнены опытные работы по гидродобыче разнозернистых песков из-под слоя многолетнемерзлых пород с глубины 7 0 - 75 м в районе Харьягинской нефтяной структуры для строительства дорог и отсыпки оснований под буровые установки.
Опыт этих работ показал, что в определенных горно-геологических условиях технология СГД эффективна. Ей свойственны минимальное воздействие на окружающую среду при значительном сокращении затрат на производство, улучшения качества продукции (за счет отмыва и разделения по классам крупности) а также значительное снижение стоимости продукции и затрат на транспорт.
Организация производства различных строительных материалов и стекольного песка из погребенных месторождений вблизи от места потребления позволила бы существенно уменьшить дефицит сырья для местной промышленности России.
Интенсивные геологоразведочные работы привели к открытию в Архангельской области значительного количества алмазоносных кимбер-литовых трубок. Поисковые работы, выполненные в этот период, выявили
перспективные площади во многих областях Севера европейской части России (Псковской, Новгородской, Вологодской, Тверской и ряде других).
Особенностью этих потенциальных месторождений являются увеличение с севера на юг глубины залегания кровли кимберлитовых трубок с 50-100 м до 300-500 м, что делает неэкономичным разработку их открытым способом. Так, расчеты для самой богатой трубки «Ломоносовская» показывают, что её разработка потребует вложения 700 - 800 млн. долларов США и начнётся при благоприятных обстоятельствах не раньше, чем через 5 - 6 лет.
Однако проблему освоения месторождений алмазов Русского Севера можно было бы решить значительно дешевле и во много раз быстрее (окупаемость капвложений 2 - 5 лет), используя СГД. В 1993 году было создано ЗАО «Зимний берег», которое в том же году разработало проект добычи алмазов из трубки №323 «Снегурочка» способом СГД. В 19931995гг. было организовано строительство основных сооружений и пробурен куст скважин. В мае - июне 1995 года были выполнены пусконаладочные работы и в июне того же года комплекс СГД был принят межведомственной приёмочной комиссией для начала эксплуатации.
Значительно повысить производительность скважин водоснабжения, нефте-газодобычи при снижении стоимости строительства и обслуживания позволяют скважины с увеличенной приемной зоной, приёмником жидких агентов в которых является большая полость, формируемая в продуктивном пласте с помощью скважинной гидротехнологии.
Опыт строительства и эксплуатации таких скважин в Колумбии и США для добычи воды и газа показывают, что они обеспечивают меньшую материалоемкость (отпадает необходимость установки фильтра, снижается диаметр обсадных труб); простоту и снижение времени сооружения скважин, большую (в 2 - 3 раза) производительности; экономическую эффективность (снижение стоимости воды в 2-3 раза.
Разработанные технические средства скважинной гидротехнологии, обеспечивающие проходку подземных полостей в породах любой прочности и сооружение на любой глубине искусственных перекрытий, позволяют оборудовать скважины с увеличенной приемной зоной в любых условиях. При этом в прискважинной зоне создается буферная емкость объемом в десятки кубометров, позволяющая резко интенсифицировать процесс отдачи пласта.
Выводы
При оценке экономических показателей рудников СГД следует обратить внимание на такой важный фактор, как относительно небольшой стартовый капитал, требующийся для организации производства. Это связано с гибкостью производства, небольшим сроком его организации. На месторождениях с необходимыми горно-геологическими условиями добы-
ча полезного ископаемого может быть начата в течение года или даже в более короткий срок с начала работ.
Создание акционерных обществ по добыче различных полезных ископаемых способом скважинной гидродобычи, при использовании собственной буровой техники и специалистов, с привлечением отечественных и зарубежных инвесторов способствовало бы увеличению добычи многих полезных ископаемых, горно-геологические условия которых нахождения которых благоприятны для этой технологии.
Не маловажные перспективы в применение СГД, в связи со сложным положением в геологоразведке, это отработка забалансовых руд и руд залегающих в целиках, отрабатывать которые известными горными способами экономически невыгодно. Здесь технология СГД несмотря на свою недостаточную опытно-эксперементальную базу становится единственным доступным способом отработки
A. Kapylov, O. Konovalov, V. Salnikov
Summary analysis of current state well geo-technology
In article the considered basic scopes a hydro-technology chink currently, prospects of this area of geo-technology and its problem.
Key words: well geotechnology, well hydromining.
Получено 17.03.2010
УДК 622.016.62
В.И. Сарычев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-20-41, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
А.Е. Харламов, ассистент, (4872) 35-20-41, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ И ПАРАМЕТРЫ ПАКЕТИРОВАННОЙ ЗАКЛАДКИ ВЫРАБОТАННЫХ ПРОСТРАНСТВ В ДЛИННЫХ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ
Предложены технологии ведения очистных работ в длинных комплексномеханизированных забоях с пакетированной закладкой выработанных пространств, рассмотрены способы возведения закладочного массива; приведены варианты транспортирования закладочных материалов; дано обоснование параметров пакетированной закладки.
Ключевые слова: комплексно-механизированный очистной забой, пакетированная закладка выработанного пространства, параметры закладки.
Одним из эффективных способов управления горным давлением при ведении очистных работ является закладка выработанных пространств, которая, с одной стороны, способствует снижению проявлений
194
