CC BY
30
© В.И. Колесников, В.П. Петриченко, В.И. Стрельцов, 2003
УАК 622.234.5
В.И. Колесников, В.П. Петриченко,
В.И. Стрельцов
ОСОБЕННОСТИ ГИАРОАОБЫЧНОГО ОБОРУАОВАНИЯ ПРИ СГА ЖЕЛЕЗНЫХ РУА КМА
Технология СГД наиболее представительно апробирована при разработке песков, содержащих фосфориты, других россыпей металлов, находящихся на глубинах до 50 м. Причем добываемые пески находились преимущественно в несвязном, плывунном состоянии с включениями рыхлых сцементированных образований, которые не поднимались на поверхность [1]. Опытно-промышленная разработка богатых железных руд осуществлена на Шемраевском участке КМА.
При гидродобыче богатых железных руд выделяются следующие, влияющие на эффективность способа части технологического процесса:
- разупрочнение рудной залежи в больших объемах в единице длины скважины и придание ей текучего состояния для подъема;
- эрлифтирование рудной пульпы на поверхность;
- гидро-гравитационное обогащение рудной массы [7].
Каждое из этих звеньев технологического процесса СГД важно по-своему, имеет свои особенности и требует детального научнотехнического обоснования размеров трубопроводов и параметров подаваемых в забой рабочих агентов (воды и воздуха), консистенции рудной пульпы и системы ее эрлифтирования, а также апробирования на практике технологии с учетом упомянутых особенностей.
Наиболее сложной и энергоемкой частью технологического процесса, от которого зависит объем и экономичность добычи рудной массы из скважины, является процесс разупрочнения руды в массиве в пределах допустимых размеров очистных камер. Опытнопромышленные работы по гидродобыче рыхлых руд на Шемраев-
ском участке показали, что формирование камер осложнялось наклонным залеганием (50-600 к горизонту) рудной залежи, неоднородностью руд, малой их мощностью и, главное, неэффективностью работы гидродобычного снаряда. Остановимся подробнее на этой части технологического процесса.
Традиционно геологи [2] к рыхлым относят руды со слабым скелетом, для которых численное значение прочности на одноосное сжатие определяется в пределах 1-3 МПа. Такие руды на ряде месторождений КМА оцениваются объемами до 25 % от общих выявленных запасов богатых железных руд (15-16 млрд т).
В процессе проведения опытных работ на КМА [3] было опробовано восемь разновидностей конструкций гидродобычного оборудования. Использован ряд методов импульсного воздействия на рудный массив с целью его разупрочнения. Конструкция, технологический процесс, исполнение и принцип работы гидродобычных устройств были выполнены на основе использованных ранее для добычи песков из неглубоких скважин. Гидродобычное оборудование включало две колонны труб телескопически смонтированных в скважине и соединенных на устье оголовком. По внутренней колонне подавали в скважину воду и воздух для размыва рыхлых руд. По внешней поднимали пульпу. Одновременно использовали обсадную колонну скважины опущенную на 450 м (до рудной залежи) для подачи воздуха в эрлифтную систему. Внутренняя колонна подвижная, внешняя неподвижная. Для подъема с забоя скважины руды в виде пульпы использовали подвеску к внутренней колонне диаметром 114 мм колонны труб диамет-
ром 168 мм, каторая входила в крайнем нижнем положении в неподвижную эрлифтную колонну диаметром 219 мм.
Выполненные в ВИОГЕМ [4, 5] теоретические исследования по разуплотнению руд в скважине гидромониторными струями на глубине 800 м, в том числе водовоздушной смесью, показали, что при параметрах режима работы гидродобычного снаряда, приведенных в [3] как "гидромониторный" с одним соплом диаметром 20 мм, создается сила удара вблизи сопла 480 кг и давление струи на забой 155 кг/см2.
С увеличением расстояния от сопла давление струи на породу уменьшается по квадратичной зависимости. Установка трех гидромониторных сопел на гидродобычном снаряде при неизменной подаче жидкости на забой резко уменьшала давление каждой струи на руду.
Следовательно, гидродобычные снаряды при опытных работах создавали давление на руду вблизи сопла не более 1,7 МПа, а на расстоянии 50 см струя могла б разрушать только рыхлые руды, прочность которых не превышала 0,1 МПа, т.е. практически разрушение рыхлых руд в стенках скважины с образованием камеры могло не происходить.
Объем сжатого воздуха на глубинах 650-750 м составлял и 20 % объема жидкости [3]. И если даже предположить, что струя сжатого воздуха ведет себя аналогично струе воды (как считают некоторые исследователи), то при проводимых опытных работ на подачу воздуха расходовали и 50 % мощности привода насосов, подающих воду. Учитывая то, что давление струи воды в сопле значительно выше гидростатического давления на выходе струи в скважину, неизбежно происходит расширение объема воздуха и разрушение ядра струи, что снижает эффект ее действия. Кроме того, наличие сжатого воздуха в струе снижает плотность струи, что также уменьшает эффект разрушающего действия струи.
Из изложенного следует, что повышение гидромониторного эффекта разрушения руды следует достигать за счет приближения
сопла к руде, а не за счет повышения энергетических параметров струи, тем более, что подача воздуха на забой снижает эффект действия струи гидромонитора.
Можно предположить, что положительным действием подачи воздуха на забой является его проникновение в пористые пласты рыхлых руд и увеличение коэффициента пористости за счет выноса потоком воды мелких частиц рыхлых руд, а также снижение гидростатического давления в пластах рыхлых руд в забое добычной скважины, что может вызывать самообрушение рыхлых руд. Однако, критерии режима процесса СГД и целесообразность этого явления научно не обоснованы, и не подтверждены на практике. Поэтому, на данном этапе освоения технологии гидродобычи руды подачу воздуха в скважину целесообразно использовать только для эрлифтного подъема рудной пульпы на поверхность.
При проведении опытных работ по гидродобыче на Шемраевском участке КМА не отмечены показатели расширения забоев добычных скважин в результате откачки рыхлых руд из-за отсутствия способов и технических средств для этого. Работы по использованию преобразованных каверномеров, применяемых для нефтяных скважин, а также акустических методов измерения для фиксации формы скважинных забоев также не были доведены до завершения в связи с прекращением опытных
работ в начале 90-х годов. Не четко определены интервалы разреза рудной залежи по добычным скважинам, из которых поднято около 100 тыс. т рыхлой руды.
Проведенные исследования показывают, что одним из основных направлений повышения эффективности скважинной гидродобычи рыхлых руд КМА является создание комплекса усовершенствованных технических средств и разработка технологического процесса, обеспечивающих создание на больших глубинах в залежах рыхлых руд цилиндрических камер большого диаметра (10-20 м) на всю мощность (или часть) рудной залежи. Для решения этой задачи нами выполнен анализ патентных материалов и публикаций по гидродобычным снарядам, технике и технологи бурения скважин в нефтяной промышленности, геологии, а также использованы разработки и опыт ВИОГЕМ по бурению наклонных скважин на Североуральских бокситовых рудниках. В результате предложен способ создания цилиндрических камер большого диаметра в скважинах на основе разработанного гидродобычного оборудования для реализации способа [6].
Для разрушения рудного массива, подготовки рудной пульпы и формирования очистной камеры по всей мощности рудного тела при отработке и подъеме руды используются вертлюг, пульпоподъемная и водоподающая колонны труб с устройством на последней
отклонителя с удлинителем, заканчивающимся рудоразрушающим снарядом. Вертлюг и ротор буровой установки обеспечивают поворот внутренней колонны и фиксацию ее на 3600. Компоновка низа колонны позволяет направлять рудоразрушающий инструмент с соплом гидромонитора по дуге от оси пилот-скважины за удаляющимся рудным забоем в процессе разрушения его.
Конструкторская разработка предлагаемого гидродобычного оборудования показывает, что при диаметре пульпоподъемной колонны 245 мм и водоподающей - 114 мм, отклонитель выводит рудоразрушающий инструмент на 7,5 м от оси пилот-скважины при вертикальном углублении на 14 м, что позволяет получить диаметр камеры до 15 м. В пусковом комплексе Гостищевского рудника СГД предусмотрено бурение технологических скважин с выемкой руды цилиндрическими камерами 0 15 м по всей мощности залежи рыхлых руд. Это достигается использованием предложенного гидродобычного оборудования.
Таким образом, предложенное гидродобычное оборудование позволяет увеличить размеры добычного забоя и объем выхода руды из технологических скважин. Перспективными остаются проблемы повышения эффективности работы эрлифтных систем и обогащения добываемой рудной массы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аренс В.Ж. Физико-химическая геотехнология. -М. МГГУ, 2001, с.650.
2. Шевырев И.А., Онищенко В.И, Татьянин В.Д. Гео-технологическая классификация железных руд КМА. 1ый Советско-Югославский Симпозиум по проблеме скважинной гидравлической технологии. - М.: Внешторгиздат, 1991.
3. Аренс В.Ж., Панков А.В., Балашов А.Г., Толокнов ИИ, Петров П.П. Опыт скважинной гидродоюычи руд на Шемраевском участке КМА. - Горный журнал □ 1, 1995.
4. Разработка основных положений подъема рудной массы при доразведке. Отчет. Руководитель Стрельцов В.П. Фонды Белгородского регионального отделения МАМР, - Белгород. 2001.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ---------------------------------
5. Разработка технологического регламента для проектирования опытно-промышленного предприятия по попутной добыче богатых железных руд способом скважинной гидродобычи при доразведке месторождений КМА. Отчет. Руководитель Журин С.Н. Фонды ФГУП ВИОГЕМ. -Белгород. 2001.
6. Гидродобычной снаряд. Заявка на получение патента. ФГУП ВИОГЕМ, 2о02. Авторы Петриченко В.П., Стрельцов В.И., Колесников В.И.
7. 7. Журин С.Н, Колесников В.И, Стрельцов В.И.
Геомеханический мониторинг обводненных массивов. - М.: НИА - Природа, 1997. - 188 с.
Колесников В.П. - кандидат технических наук, ЮНИОНруда. Петриченко В.П. - профессор, доктор технических наук, ФГУП ВИОГЕМ. Стрельцов В.П. - профессор, доктор технических наук, ФГУП ВИОГЕМ.
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Ш
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания:
Число сохранений:
Дата сохранения:
Сохранил:
Полное время правки: 7 мин.
Дата печати: 09.11.2008 1:18:00
При последней печати страниц: 2
слов: 1 496 (прибл.)
знаков: 8 532 (прибл.)
КОЛЕСН~1
G:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB9_03 C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.do Скважинная гидродобыча Николай Антонович
21.07.2003 15:13:00 4
21.07.2003 15:17:00 Гитис Л.Х.
