CC BY
25
© П. Д. Гостюхин, 2005
УДК 622.234.5.001.2 П.Д. Гостюхин
О ПРОЕКТИРОВАНИИ ПРЕДПРИЯТИЙ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ БОГАТЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД КМА
Семинар № 15
ля внедряющейся технологии скважинной гидродобычи (СГД) богатых железных руд КМА, учитывая активизацию инвестиционных процессов, требуются все более конкретные проектные решения по организации гидродобычного производства. Практика по этому вопросу отсутствует, техникоэкономические расчеты и обоснования приводятся весьма укрупненно, без должного учета специфики технологии производственного процесса.
Обоснования рациональных проектных решений добывающего производства для промышленного (опытно-промышленного) предприятия СГД в настоящее время могут быть получены на базе опытных работ, выполненных на Шемраевском месторождении (Белгородская область).
Согласно действующим нормативным документам на проектные работы (СниП-11-01-98; и др.) основой проекта горно-добычного предприятия является технологический регламент (основные технические решения). К настоящему времени в немногих известных проектных проработках и ТЭО используются технические решения, основанные на технологических процессах, не подтвержденных даже в опытном порядке, что может привести к негативным последствиям.
Технологический регламент горнодобывающего предприятия, в свою очередь, базируется на принятой системе разработки месторождения. Из предлагаемых [1, 2, 3] вариантов систем разработки, наиболее обоснованной представляется камерно-целиковая система сплошной выемки с магазинирова-нием обрушенных руд [2], учитывающая, как горно-геологи-ческие особенности месторождений богатых железных руд КМА, так и специфику технологии скважинной гидродобычи.
При условии принятия для проекта указанной системы, определяется соответственно другой важнейший параметр горно-добычного производства - добычная единица. Для принятой системы - это добычная скважина. Добычных скважин в составе производства в одновременной работе может быть несколько, однако работать они будут, в основном, индивидуально, хотя и не исключается их взаимное влияние.
Основные параметры и продуктивность добычной скважины достаточно освещены в опубликованных работах [4, 5]. Таким образом, задача сводится к обоснованию рациональной, с технологической и экономической точек зрения, структуры производства скважинной гидродобычи.
В добычной скважине совмещаются все элементы добычного процесса [4, 5, 6] - от вскрытия рудного тела до транспортировки рудной массы на поверхность. Скважина технологически жестко связана с одной стороны с энергетическим блоком (насосно-
компрессорная станция), а с другой - с рудоприемным узлом. При этом управление технологическим процессом гидродобычи в добычной скважине осуществляется на основе информации количественного и качественного характера, получаемой на конце технологической цепочки, т.е. в рудоприемном узле.
Таким образом, образуется технологическая линия, состоящая из 6-и звеньев соединенных между собой строго последовательно: насосно-компрессорная станция - нагнетательные трубопроводы высокого давления - добычная скважина - пульпопровод - рудоприемный узел - шламоотстойник. Главное звено технологической линии - добычная скважина. При простом объединении звеньев двух или более таких линий неминуемо будет нарушена возможность регулирования технологического
процесса в добычной скважине, т.е. - в добычной единице.
Тем не менее, возможна группировка основных звеньев технологических линий. Не нарушая технологических связей, в целях оптимизации производственного процесса целесообразно группировать энергетические блоки, добычные установки, рудоприемные устройства нескольких технологических линий; иметь один общий шламоотстойник. Однако, при этом необходимо учитывать, что буровые и гидродобычные установки (ГДУ) имеют достаточно большую массу (60-120 т), занимают значительную (до 1200 м2) рабочую площадку, соединены протяженными трубопроводами (127 мм - от насосно-компрессорной станции -для обеспечения подачи рабочих агентов и 300 мм - до рудоприемного устройства - для пропуска значительного (до 150 л/сек) количества рудной пульпы, в том числе и в зимний период времени).
При достаточно высокой технической производительности гидродобычной установки (до 30 т/час) время полной отработки одной добычной скважины, учитывая возможную ее среднюю продуктивность [4] и полезное время работы ГДУ, определяется в несколько месяцев, после чего установку необходимо передвигать на новую скважину. Даже для установки типа КОРО-1-80, наиболее отвечающей основным требованиям технологического процесса СГД, потребуется площадка для маневров, по размерам, как минимум, вдвое больше рабочей площадки.
Для обеспечения стабильной добычи руды основные звенья технологической линии (энергоблок и добычные скважины) должны быть обеспечены резервом. По классическим меркам эксплуатации оборудования для его бесперебойной работы резерв должен быть не менее 25 %. Для горно-добычного процесса СГД, учитывая постоянную значительную нагрузку на энергетическое оборудование (насосы и компрессоры), необходимость проведения систематических вспомогательных работ в добычных скважинах, связанных с перемонтажем добычных снарядов (ГДС), гидродобычных агрегатов (ГДА) и гидродобычных установок в целом, с ликвидацией возможных технических и геологических осложнений в скважинах, с регламентными наблюдениями за состоянием горного массива, резерв должен быть на уровне 30 %.
Резюмируя, логично сделать вывод, обоснованный, по крайней мере, для современного состояния технологии СГД, о том, что добычное производство предприятия, использующего для разработки богатых железных руд КМА технологию СГД, целесообразно проектировать по модульному принципу, включая в состав модуля несколько технологических линий. При этом в число основных критериев оптимальности состава модуля, наряду с результирующими экономическими показателями, входят управляемость технологическим процессом гидродобычи в рамках принятой системы разработки и организационно-технические условия производства работ.
С учетом изложенного, рассматривается технологический модуль, объединяющий три технологические линии. Основное звено модуля - гидродобычные установки (ГДУ). Их в составе модуля 3, в том числе одна - резервная, а двумя постоянно ведется добыча. Увеличение числа технологических линий в модуле более трех (но до 6-ти) вызовет либо недостаток резерва основного оборудования (если его не увеличивать), либо избыток, если добавлять. И то, и другое отрицательно отразится на эффективности работы модуля. При объединении в модуль 6-ти технологических линий (при, соответственно, 2-х резервных скважинах) равновесие восстановится, однако становится проблематичным обеспечить рациональную организацию и ведение добычных работ в пределах ограниченного участка месторождения и эффективное управление добычным процессом в каждой скважине в рамках принятой системы разработки.
Основываясь на расчетных параметрах технологического процесса [5, 6], данных опытных работ и исследований по продуктивности добычных скважин, обоснованных и частично апробированных при опытных работах, известных требованиях по безопасности производственного процесса, определяются капитальные вложения, комплектация модуля технологическим инструментом, штатный состав обслуживающего персонала, расход эксплуатационных материалов. С использованием компьютерных технологий создается соответствующая база данных и модель для расчета и оптимизации проектных технико-экономических показатели работы такого модуля. Модель можно также использовать в последующем для анализа эф-
№ Наименование показателей Единица из- Показатели Обслуж. персонал смены,
п/п мерения чел
Основное оборудование и штаты
1 Добычные установки (ГДУ) на добыче шт 2 6
2 Добычные установки (ГДУ) на вспомогательных операциях шт 1 4
3 Буровые установки, шт шт 1 4
4 Компрессоры типа 7ВП- 20/220, шт шт 3 2
5 Компрессоры типа 305ВП - 16/70, шт шт 3
6 Насосы, типа НБТ-600, шт шт 6 2
7 Рудонакопитель м3 3500 4
т 8000
8 Установленная электрическая мощность кВа 7100 4
9 Прочие обслуживающие подразделения 8
10 Геологическая, технологическая служба 4
11 Оперативное управление ИТОГО 2 40
Технико-экономические показатели
№ п /п Наименование показателей Един. измерения Показатели
1 Годовая производительность Тыс.т 481,8
2 Капитальные вложения $ тыс 5560,0
3 Сроки строительства лет 1,0
4 Срок освоения мощностей лет 0,25
5 Численность персонала чел. 185
6 Удельный расход электроэнергии кВт-ч/т 43,0
7 Себестоимость продукции $ 8,5
8 Эксплуатационные затраты $ тыс 4095,3
9 Цена продукции $ 20,0
10 Стоимость продукции годового объема $ тыс 9636,0
11 Балансовая прибыль $ тыс 5540,7
12 Чистая прибыль $ тыс 4155,5
13 Рентабельность к затратам % 101,5
14 Рентабельность к основным фондам % 74,7
15 Срок окупаемости капвложений от начала строительства лет 2,6
фективности деятельности добывающего производства.
В качестве примера приводятся (таблица) основные технико-экономические показатели гидродобычного модуля, рассчитанные для условий Шемраевского месторождения. Как видно из таблицы, модуль обеспечивает добычу на уровне 450-500 тыс. т руды (по качеству соответствующей качеству высокосортных концентратов) при достаточно высоких экономических показателях даже при условии, что весь
концентрат будет использоваться в традиционных технологиях.
Модульный принцип проектирования добычного производства предприятия СГД позволяет при сравнительно небольших инвестициях в короткие сроки начать производство продукции, наращивая в последующем мощности, используя собственные средства. Кроме того, в динамично развивающейся технологии СГД в ближайшие годы возможны новые, более прогрессивные решения, которые можно эффективно внедрять на вновь вводимых модулях при развитии предприятия, не нарушая процесса добычи в действующих модулях.
Для начальной стадии организации добычного производства можно использовать модули меньшей мощности (до 200 тыс. т), однако экономическая эффективность их будет ниже.
При условии, что с 1 га площади месторождений способом СГД в среднем может добываться около 1 млн т богатой руды [4, 7], под гидродобычной модуль предлагается отводить участок месторождения, площадью 5-7 га, что с одной стороны обеспечивает достаточную
свободу маневрирования добычных и буровых установок, с другой - срок работы модуля в пределах одного участка, соразмеримый со сроком службы основного оборудования.
Конкретные решения по организации работы на месторождении несколькими модулями
1. Колибаба В.Л. Технология скважинной гидродобычи с обрушением руды и налегающих пород.
Горный журнал, №1, 1995, с.19-22.
2. Британ И.В. О факторах, влияющих на выбор систем разработки при скважинной гидродобыче. Горный информационно-аналитический бюллетень, № 1, М., изд-во МГГУ, 2003, с. 213-217.
3. Аллилуев В.Н. Лейзерович С.Г. Обоснование и
выбор систем разработки при скважинной гидродобыче богатых железных руд. Горный информационно-
аналитический бюллетень, № 7, М., изд-во МГГУ, 2003, с. 223-225.
4. Британ И.В., Гостюхин П.Д. Прогноз продуктивности скважин и оценка экономической эффективности скважинной гидродобычи богатых железных
зависят от ряда факторов: горно-геологические условия месторождения; рельеф поверхности; условия землепользования; масштабы предприятия, - и определяются проектом.
----------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
руд КМА. Горный информационно-аналитический бюллетень, № 9. М, изд-во МГГУ, 2001, с. 121-129.
5. Гостюхин П.Д., Болотов В. А., Росляков О. А. Технологический комплекс для скважинной гидродобычи глубокозалегающих месторождений богатых железных руд. Горный информационно-аналитический бюллетень, № 7, М., изд-во МГГУ, 2003, с. 206-209.
6. Аренс В Ж. Физико-химическая геотехнология. М., изд-во МГГУ, 2001, с. 656.
7. Британ И.В. Руды для скважинной гидродобычи. В сб. «Геотехнология: нетрадиционные способы освоения месторождений полезных ископаемых». Материалы Международного симпозиума, Москва, 17-19 ноября 2003 г. М., изд-во РУДН, 2003, с. 118-119.
— Коротко об авторах -------------------
Гостюхин П.Д. - директор ООО "НИИКМА-ГИДРОРУДА".
----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ВостНИИ
ДИНГЕС Владимир Рудольфович Обеспечение безопасного выхода горнорабочих из аварийных выработок большой протяженности 05.26.02 к. т. н.
СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ЗИНОВЬЕВ Василий Васильевич Методология повышения надежности безопасности эксплуатации подземных хранилищ газа на стадии развития и окончания строительства 25.00.17 25.00.15 д.т.н.
