CC BY
17
© В.И. Стрельцов, С.Н. Журин, А.В. Зинченко, 2003
УЛК 622.234.5
В.И. Стрельцов, С.Н. Журин, А.В. Зинченко
ПРОБЛЕМЫ ВНЕЛРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ СКВАЖИННОЙ ГИЛРОЛОБЫЧИ ЖЕЛЕЗНЫХ РУЛ
В последние годы резко возросло внимание коммерческих фирм к новому способу разработки месторождений богатых железных руд КМА-способу скважинной гидродобычи. Повышенный интерес к технологии гидроизвлечения определяется преимуществом ее перед традиционными открытым и подземным способами разработки, характеризующейся улучшением техникоэкономических показателей добычи руд, в том числе, за счет:
- возможности эффективной разработки залегающих на глубине 800-1000 м в сложных гидрогеологических условиях месторождений железных руд, которые остаются невостребованными обществом уже более 60-ти лет;
- низкой капиталлоемкости производства, не требующего выполнения специальных горных работ на проходку стволов и горноподготовительных выработок;
- снижения в 3-4 раза объема капитальных вложений и ускорения в 1,5 раза срока их окупаемости;
- 100%-го импортозамеще-ния, так как технические средства (оборудование) изготавливаются на отечественных предприятиях;
- ускорения в 2-3 раза сроков строительства (1,5-1,8 года) и ввода в эксплуатацию предприятия (1,5 года);
- улучшения качества металлургического сырья ( до 67,5 -69,0 % Ре) и повышения конкурентоспособности товарных руд (в 1,2-1,6 раза);
- достижения рентабельности предприятий до 30 %;
- 95%-й автоматизации очистных работ и транспортировки руды на склад без присутствия человека;
- снижения в 5-6 раз уровня вредного воздействия производства на окружающие природные ресурсы в районе ведения работ;
- ресурсосбережения при безотходном процессе добычи;
- повышения безопасности ведения горных работ.
В настоящее время способ СГД не может рассматриваться как полный заменитель традиционных технологий. Рождающаяся новая технология требует законодательного, технического, экологического и экономического обоснования условий ее внедрения. Замедленное становление статуса СГД как подземной геотехнологии во многом объясняется предвзятым мнением и инертностью мышления многих специалистов - горняков о степени рациональности этого способа разработки, что в условиях рыночной экономики не способствует ускорению привлечения инвестиций на внедрение технологии.
Эти различные по содержанию мнения отражают отрицательное отношение к этой новой подземной геотехнологии, характеризующееся следующими критическими предпосылками:
• недостаточность геологической информации о месторождениях богатых железных руд;
• низкий коэффициент извлечения руды;
• сомнительность повторной разработки месторождений;
• несовершенство технических средств разуплотнения и транспортировки руды на поверхность;
• невозможность прогноза изменения состояния подрабатываемых массивов горных пород;
• сложность технического обеспечения литомониторинга;
• нереальность достижения рациональности недропользования при СГД.
Полученные положительные результаты опытно-методических работ на КМА и научноисследовательских работ в ВИО-ГЕМ, подтверждающие высокую эффективность СГД, позволяют обобщить важнейшие из этих проблем и пути их решения.
1. Сырьевая база
Запасы месторождений богатых железных руд на КМА, пригодных для отработки способом СГД разведаны и оценены 40-60 лет назад как прогнозные по категориям Р1,Р2, Р3, что определяет значительный риск установления объема промышленных запасов, мест заложения добычных (технологических) скважин и вложения капитальных затрат в целом на производство.
Необходимо доизучение месторождений путем проведения работ по доразведке месторождений, затраты на геологоразведку которых в пределах одного шахтного поля могут составить до 25,0 млн.руб.
Проблема решается путем использования геологоразведочных скважин как разведочно-добычных, что при СГД обеспечивает полную компенсацию затрат на эксплуатационную доразведку.
В настоящее время институтом ВИОГЕМ эта работа выполнена на стадии предпроектной проработки для Белгородской горнопромышленной компании по 10-ти участкам месторождений КМА.
2. Параметры извлечения руды из недр
Специфика технологии СГД заключается в селективной отработке руд (коэффициент извлечения 5-15%), так как извлекается рыхлая и полускальная богатая железная руда ( прочность при одноосном сжатии до 8 сж <5,0 МПа).
С учетом этого для стадии промышленной разработки месторождений необходимо утверждение кондиций с учетом специфики способа СГД. В конечном итоге вопрос упирается в полноту отработки месторождений.
3. Полнота отработки месторождений
С учетом п. 2 необходимо проектное обоснование повторной разработки остающихся в недрах до 80 % железной руды. Решение этой проблемы не представляет технических затруднений, так как возможность повторной в перспективе разработки подтверждается опытом работы на шахтах Кривбасса.
4. Технические средства (оборудование), способы разуплотнения (рыхления) руды в забое скважины
Внедрение технологии СГД обеспечивается 100% импорто-замещением, так как используется отечественное оборудование. Опытно-методические работы показали эффективность формирования рудной пульпы с использованием гидромонитора прямого действия. Дальнейшее совершенствование методов воздействия на рудный массив для этих целей обеспечит дальнейшее повышение эффективности технологии.
Так как при СГД используется в основном оборудование, применяемое при геолого-разведоч-ных работах, проблемы его комплектации также не представляют технических затруднений.
5. Транспортировка руды на поверхность
Технология гидроизвлечения ( эрлифтный подъем рудной пульпы на поверхность) апробирована на практике. Ее эффективность зависит от стабильного объема рудной пульпы, поступающей к всасу, и ее плотности, что достигается решением задач п. 4.
6. Формирование забойного пространства
Геометрия вырабатываемого пространства влияет, с одной стороны, на условия формирования рудной пульпы и, с другой стороны, на устойчивость обнажений (плоскостей) «бортов» формирующейся забойной выемки. В первом случае имеет место улучшение (или ухудшение) условий работы эрлифтной системы из-за возможного изменения консистенции пульпы, во втором случае возможно обрушение
«бортов» выемки, нарушающее весь технологический процесс гидроизвлечения руд.
Таким образом, для подготовки рудной пульпы и поддержания забоя в относительно устойчивом состоянии необходимо управление процессом формирования вырабатываемого пространства, что является определенной проблемой. Однако, как показывают опытные работы, ее решение не является сложной задачей. Отработка и соблюдение регламента работы должна быть направлена на обеспечение управляемого обрушения рудного массива, влияющего не только на стабильность гидродобычного процесса, но и на изменение напряженно-деформированного состояния вышележащего массива горных пород, включающего толщу известняков.
7. Изменение напряженно-деформированного состояния налегающего горного массива
Для условий КМА изменение состояния подрабатываемого массива горных пород во многом зависит от наличия и мощности залежей известняков (~ 40-200 м ) в надрудной толще, инженерногеологические свойства которых положительно сказываются на устойчивость всей подрабатываемой надрудной толщи.
С учетом этого, теоретической основой проведения научно-исследовательский работ по разработке методов управления напряженно-деформированным состоянием подрабатываемых горных массивов было принято положение, что подработка массива горных пород характеризуется следующим:
а) оседание массива горных пород затухает не доходя до известняков, в которых не происходит изменение их фонового состояния;
б) процесс оседания приводит к прогибу известняков без нарушения их монолитности с выходом мульды сдвижения на поверхности;
в) подработка налегающей толщи горных пород сопровождается нарушением монолитности известняков с формированием воронки обрушения в пределах мульды сдвижения.
Проведенные в институте ВИОГЕМ теоретические расчеты и анализ результатов натурных наблюдений [1] позволили установить, что при извлечении из единичной скважины руды в объеме до 500 тыс. т без закладки выработанного пространства происходит оседание налегающей толщи массивов горных пород при отсутствии нарушения монолитности известняков с формированием мульды сдвижения на поверхности и максимальной просадкой до 20-30 см. Эти результаты подтверждают возможность извлечения руды в указанных объемах без закладки выработанного пространства при осуществлении мероприятий по управлению процессом изменения напряженно-деформированного состояния подрабатываемых массивов горных пород, что возможно при организации мониторинга за состоянием геологической среды.
8. Мониторинг эксплуатируемых природных ресурсов геологической среды (мониторинг)
При СГД недропользователи воздействуют на следующие природные ресурсы массивы горных пород, как основание для фундаментов и среда для строительства и эксплуатации горных выработок и формирования рельефа; полезные ископаемые, как минеральные ресурсы; подземные воды, как источник питьевого и промышленного водоснабжения и составной компонент геологической среды, поддерживающий экологическое равновесие в производстве биоты Земли; земельные ресурсы (почвенный покров), как непосредственный производитель биоресурсов [2].
Для рационального использования (эксплуатации) подрабатываемых массивов горных пород необходимо учитывать его состояние во времени с учетом нарастания объемов извлечения руды из недр. Наблюдения за смещением налегающих массивов (см. п. 7) осуществлялись с использованием радиоактивных «реперов». Управление процессом добычных работ для рационального использования подрабатываемых массивов, таким образом, надежно обеспечивается пу-
тем использования прогнозных параметров их смещения по результатам геофизического контроля смещения зон, обладающих естественной радиоактивностью.
Эксплуатация минеральных ресурсов осуществляется с учетом лицензионных условий на основе требований Закона РФ о недрах и существующих нормативных документов. Соблюдение параметров, извлечения (п.п.2,3) обеспечивает рациональное использование руд при их добыче.
Мероприятия по охране подземных водных ресурсов должны предусматривать сохранение их фонового режима, что достигается выполнением мероприятий по недопустимости перетекания воды в смежные водоносные горизонты и организацией мониторинга их состояния с использованием гидронаблюдательных скважин. Решение этой задачи осуществляется путем перекрытия водоносных горизонтов обсадными колонами технологических скважин и их тампонажем.
Охрана почвенного покрова основывается на мероприятиях, предусматривающих недопустимость формирования воронки обрушения в пределах мульды сдвижения (см. п.7) и обеспечивающих защиту плодородного слоя от пыления складов готовой продукции.
Реализация мониторинга за состоянием отмеченных выше природных ресурсов геологической среды является основой для
практического осуществления управления их эксплуатацией и охраны (рационального использования), что также подтверждено опытно-методическими работами на КМА.
9. Рациональное недропользование как гарантия экологической безопасности
Под недропользованием понимается система мер, направленных на реализацию экологически приемлемых действий недропользователей, зависимых от степени изменения ими состояния эксплуатируемых природных ресурсов. Рациональное недропользование, таким образом, достигается реализацией мероприятий, учитывающих с одной стороны, уровень экологической вредности, возникающий при эксплуатации недропользователями природных ресурсов и, с другой стороны, уровень действий недропользователей для предупреждения возможных экологически неприемлемых изменений состояния ресурсов.
Реализация разрабатываемых вышеуказанных мероприятий осуществляется по результатам мониторинга за состоянием природных ресурсов методами геофизическими (п.п. 2,3,8) и гидрогеологическими (п. 8) в наблюдательных и технологических скважинах, маркшейдерско-геодезическими и спутниковых навигационных систем на специальных наблюдательных станциях
[3], что в конечном итоге обеспечивает рациональность недро - и природопользования при СГД.
Сопоставимый анализ влияния различных способов разработки месторождений, включая опыт работы СГД, на ресурсы геологической среды показывает, что технология СГД оказывает значительно меньшее, по сравнению с традиционными технологиями, негативное воздействие на природные ресурсы.
Приведенные выше доводы о важности, возможности и технико-экономической целесообразности внедрения СГД на КМА, позволяют сделать следующие вывод:
1. Ускорение внедрения СГД богатых железных руд должно осуществляться при решении организационно-правовых проблем становления статуса нового способа подземной геотехнологии, особенно на уровне разрешительных органов.
2. Существующие методы мониторинга за технологией гидроизвлечения железных руд и состоянием эксплуатируемых природных ресурсов геологической среды обеспечивают осуществление прогноз их изменения во времени.
3. Рациональность недропользования при СГД достигается на основе управления эксплуатацией природных ресурсов геологической среды.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Журин С.Н, Колесников В.И., Стрельцов В.И. Геоме-ханический литомониторинг обводненных массивов. - М: НИА - Природа, 1997. - 188 с.
2. Гальперин А.М., Стрельцов В.И. Литомониторинг на железорудных карьерах КМА. - Ж. «Инженерная геология», 1987, № 3, с. 3-17.
3. Стрельцов В.И. Колесников В.И. Маркшейдерское обеспечение природопользования при скважинной гидродобыче железных руд. Сборник трудов 11 международного конгресса международного общества маркшейдеров. Краков, Польша, 2000, том 1, с. 15-22.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------
Стрельцов В.И. - доктор технических наук, ФГУН ВИОГЕМ. Журин С.Н. - доктор технических наук, ФГУН ВИОГЕМ. Зинченко А.В. - аспирант, ФГУН ВИОГЕМ.
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Ш
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания: Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
СТРЕЛЬ~1
G:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB7_03 C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.do
ааа
02.06.2003 16:31:00 8
08.11.2008 23:46:00 Таня
Полное время правки: 25 мин.
Дата печати: 09.11.2008 0:05:00
При последней печати страниц: 3
слов: 2 048 (прибл.)
знаков: 11 680 (прибл.)
1
