CC BY
36
© Н.И. Бабичев, Ю.В. Либер, 2008
УДК 622.234.5
Н.И. Бабичев, Ю.В. Либер
ОТБОР БОЛЬШОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОБЫ КВАРЦЕВЫХ ПЕСКОВ МЕСТОРОЖДЕНИЯ «ГОРОШЕК» МЕТОДОМ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ
Приведены результаты работы добычного гидроэлеваторного снаряда СГС-4 при скважинной гидродобычи кварцевых песков.
Семинар № 19
Летом 2006 года НПЦ «Геотехнология» провела работы по отбору большой технологической пробы кварцевых песков методом скважинной гидродобычи на месторождении «Горошек», расположенном в Андреаполь-ском и Пеновском районах Тверской области. Месторождение находится в уникальной природной зоне, верховьях рек Западная Двина и Волга.
Месторождение было выявлено в ходе поисково-оценочных работ для обеспечения стекольных заводов Тверской и Центральных областей качественными песками для производства оконного стекла и стеклотары. По горногеологическим условиям одним из возможных способов разработки месторождения является метод скважинной гидродобычи.
Продуктивный пласт представлен кварцевыми песками с тонкими прослоями углисто-глинистых алевритов. Пески по зерновому составу мелкие и очень мелкие, хорошо окатанные и отмытые, серого до белого цвета. Мощность песков изменяется от 12,6 до 16 м. Мощность налегающих пород 49-50 м.
В кровле залегают терригенно-карбонатные комплексы пород, представленные, главным образом, глинами
с прослоями песка и угля и известняками. Последние образуют от 2-х до 3-х пачек общей мощностью от 3-х до 10 м.
Принципиальные технические и технологические решения были основаны на ранее выполненных работах и исследованиях НПЦ «Геотехнология» по СГД на Тарской россыпи и других месторождениях.
Для проведения работ был построен опытный участок: сооружены карта намыва с прудом-отстойником, пруд-накопитель, проложены водовод и пульповод, планированы рабочая площадка. Для водоснабжения использовалась гидромелиоративная канава, проходящая по территории участка.
С целью получения более достоверной информации по геологическому строению и качеству песков на опытном участке были пробурены три разведочные скважины диам. 151 мм с отбором керна.
Из-за отсутствия электроэнергии для подачи воды была изготовлена дизельная насосная установка АДНУ-180/383, производительностью по воде 180 м3/час и давлением 3,7-4,0 МПа. Для бурения добычных скважин, спуско-подъемных операций, управления добычным снаря-
1. Внешний диаметр става с муфтовым соединением обс. труб
2. Диаметр внутреннего пульповода (обс. трубы)
3. Диаметр камеры смешения
4. Диаметр насадки гидроэлеватора
5. Диаметр насадки гидромонитора
6. Расстояние между всасом гидроэлеватора и насадкой гидромонитора
7. Расход воды (расчетный)
8. Давление воды
9. Поворот снаряда вокруг оси
дом и процессом добычи использовался буровой агрегат 1БА - 15В.
Для добычи песков был применен гидроэлеваторный добычной снаряд СГС-4, диаметром 219 мм, разработанный для Тарского месторождения на производительность до 80 м3/час с расходом по воде 300 м3/час. Но из-за ограничения мощности привода, для подачи воды на снаряд был выбран насос ЦНС-180/383, для которого были пересчитаны параметры добычного снаряда.
Вертлюг снаряда соединялся с подводящим водоводом рукавом высокого давления диаметром 150 мм и с пульповодом рукавами низкого давления.
Насосная установка подавала техническую воду из водоема по трубопроводам непосредственно на добычной снаряд. Пульпа поступала от снаряда на карту намыва, Расстояние транспортирования составляло около 30 м.
Конструкция технологической скважины была разработана исходя из геологического разреза месторождения.
Технологическая скважина бурилась ниже кровли продуктивного песка на 2-3 м и обсаживалась трубами диам. 273 мм. Далее производилась цементация за-трубного пространства на высоту до 3 м, и после затвердевания цемента произво-
245 мм (муфта) 146 мм 50 мм 16 мм 12 мм 1 м.
180 м3/час 3-5 МПа 3600
дилось вскрытие пласта песков с пере-буром в подстилающие породы на 0,5 м.
На основании ранее проведенных работ по СГД на Тарской россыпи, на Ма-лышевском месторождении (Украина) и других, когда при подработке неустойчивых налегающих пород, выход сдвижения на поверхность происходил через 4-7 дней после отработки, а в некоторых случаях и в процессе отработки скважин, при извлечении от 250 до 400 м3, для обеспечения безопасности работ на опытном участке была сконструирована и изготовлена опорная платформа длиной 23 м, на которой размещался буровой агрегат. Платформа устанавливалась над скважиной и перекрывала возможную зону сдвижения поверхности.
Принципиальными технологическими решениями при отработке скважин были приняты:
* нижняя подсечка пласта секторами с использованием псевдоплывун-ных свойств песков.
* отработка первой скважины
двумя секторами с углом раскрытия каждого сектора в пределах 45 о;
* отработка второй скважины
тремя секторами с углом раскрытия каждого сектора в пределах 45 о.
Карта намыва участка опытно-методических работ
* размыв и извлечение песка в каждом направлении до появления в пульпе пород кровли.
Такая технология позволила достичь следующих результатов:
* при отработке первой скважины извлечено 450 м3 или 700 т песка за 13 часов непрерывной работы;
* при отработке второй скважины извлечено 1100 м3 или 1700 т песка за 32 часа непрерывной работы.
В первом случае средняя производительность добычи составила 34,6 м3/час, во втором 34,3 м3/час а при отработке одного из секторов второй добычной камеры - центрального - 40 м3/час. Соотношение Т : Ж составляло в среднем 1 : 5.
Направление размыва менялось после 6 -7 часов работы в каждом направлении при Т: Ж = 1 : 10 + 1 : 15 или появлении в пульпе пород кровли.
Пески складировались в карту намыва и опробовались для определения изменения качества песков, происшедшее
в результате гидроклассификации. Для определения объемов намытого песка на карте по всей площади были установлены вешки с делениями.
Для определения влияния метода СГД на качество песков, были проведены сравнительные анализы проб природных песков из керна буровых скважин и взятых на карте намыва.
Пробы отбирались для определения химического состава, гранулометрического состава и содержания оксида железа по фракциям. Всего было опробовано из керна 12 проб, с карт намыва -24.
Анализы кварцевых песков на соответствие требованиям ГОСТ 22551-77 «Песок кварцевый, молотые песчаник, кварцит и жильный кварц для стекольной промышленности» проводились в лаборатории ООО «Научноисследовательский институт стекла», г. Гусь-Хрустальный, Владимирская область.
Таблица 1
Гранулометрический состав
Проба Номер сита
1,6 1,0 0,8 0,63 0,40 0,315 0,20 0,10 0,05 <0,05
Остаток на сите, масс %
Керн 0,28 0,95 1,03 1,85 5,84 5,28 29,4 42,75 8,81 3,66
Скважины 1,2 0 0 0,095 0,375 1,3 1,25 10,11 71,8 13,66 1,33
ГОСТ 22551-77, ПБ-150 Не более 5 Не более 15
Таблица 2
Химический состав
Проба бю2 Л1203 Ре203 Ті02 СаО 1^0 Ыа20 К20 п.п.п.
Керн 95,82 1,6 0,42 0,16 0,45 0,17 0,03 0,20 1,11
Скважины 1,2 98,4 98,4 0,157 0,146 0,040 0,042 0,069 0,075 0,44
ГОСТ 22551-77, ПБ-150 98,0 1,5 0,15 Не нормируется
По заключению ООО «НИИ Стекла» исходные пески по химическому и гранулометрическому составам соответствуют требованию ГОСТа и относятся к марке «Т». Пески таких марок применяются при производстве зеленой и коричневой бутылки.
На карте намыва отбор проб производился по сетке, образованной мерными рейками. Опробовалась карта намыва после отработки каждой добычной скважины путем отбора рядовой пробы весом 2-3 кг с глубины 10-20 см от поверхности. Результаты сравнительных анализов песков керна и с карт намыва представлены в табл. 1 и 2.
Как видно из таблиц, в результате скважинной гидродобычи песков за счет дезинтеграции и частичного удаления глинистой фракции произошло существенное улучшение качества кварцевых песков: увеличилось содержание кремнезема, уменьшилось содержание окиси железа, глинозема. Добытые пески по
своему качеству относятся к марке ПБ-150 (ГОСТ 22551-77), т.е. произошло улучшение качества песка на две ступени.
Преимущественная область применения такого песка - производство оконного и технического стекла, стекловолокна для строительных целей, стеклотары, изоляторов, пеностекла.
В ходе работ по скважинной гидродобыче из двух скважин добыто кварцевых песков в объеме около 1550 м3 с глубины 60 м. При средней мощности залежи песка 11 м и рабочем давлении 3,6-3,8 МПа средняя техническая производительность добычи составила 35 м3 /час. достигая при отработке отдельных секторов 40,0 м3 /час
За время наблюдений при общем объеме добычных камер 1500-1600 м3 выхода сдвижения на поверхность не произошло.
Отсутствие просадок поверхности в течение производства добычных работ
Показатели Добычные скважины
1 2
Мощность песков, м 11,0 12,0
Чистое время добычи, час 13 32
Объем добычи, м3 450 1100
Производительность снаряда м3/час, средняя/максимальная 34,6 34,3/40,0
Соотношение Т : Ж 1 : 6 1 : 5
показывает, что с одного положения гидромонитора можно добывать до 1000 м3 песка, а в целом из камеры до 2500
м3.
Результаты работ сведены в табл. 3. Добычной гидроэлеваторный снаряд СГС-4 показал устойчивую и надежную работу при незначительном износе проточных частей.
1. Аренс В.Ж. Физико-техническая геотехнология. - М. , изд.-во МГГУ, 2001.
2. Бабичев Н.И. Проектирование геотех-нологических комплексов, Учебное пособие. М., изд-во МГРИ, 1985.
3. Бабичев Н.И., Либер Ю.В., Кройтор Р.В., Левченко Е.Н. Скважинная техно-
Учитывая, что метод скважинной гидродобычи сравнительно новый, для успешного применения метода СГД на месторождении необходимо активно использовать геофизические исследования для определения размеров добычных камер, определения изменения состояния массива горных пород в процессе и после добычных работ.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
логия добычи титано-цирконовых песков Тарского месторождения. Горный информационно-аналитический бюллетень, № 2, 1999.
4. Огородников С.Л. Гидромеханизация разработки грунтов, М., Стройиздат 1986. иш=1
— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------------
Бабичев Н.И. - профессор, доктор технических наук, действительный член Международной Академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, член-корр. РАЕН, директор по науке. НПЦ «Геотехнология»,
Либер Ю.В. - начальник проектного отдела НПЦ «Геотехнология».
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 19 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. В.Ж. Аренс.
