CC BY
50
- © Н.Г. Малухин, Ю.А. Мухин, А.Л. Вильмис,
Ю.К. Щербаков, 2013
УДК 622.24
Н.Г. Малухин, Ю.А. Мухин, А.Л. Вильмис, Ю.К. Щербаков СКВАЖИННАЯ ГИДРОДОБЫЧА
ЯНТАРЕСОДЕРЖАЩИХ ГЛИН ПЛЯЖЕВОГО УЧАСТКА ПАЛЬМНИКЕНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Предложен способ скважинной гидродобычи (СГД) включающий ряд последовательных неразрывно связанных во времени процессов: гидравлическое разрушение продуктивного пласта струей энергетической жидкости, самотечного или принудительного гидротранспортирования по почве очистной камеры к всасу подъемного устройства (эрлифта или гидроэлеватора), пуль-поприготовление, всасывание и дальнейший гидроподъем разрушенной горной массы на поверхность через специальные геотехнологические скважины. Ключевые слова: месторождение янтаря, скважинная гидродобыча, пульпопри-готовление, гидроподъем.
Крупнейшее Пальмникенское месторождение янтаря расположено в северо-западной части Самбийского полуострова.
Будучи расположено в прибрежной зоне, оно уходит под уровень моря, где янтареносные слои обнажаются на глубине 8 м и более.
Вдоль современного клифа в пля-жевой зоне и на подводном склоне находится Пляжевый участок Пальм-никенского месторождения промышленные запасы которого занимают площадь протяженностью 5 км и шириной 700 м, причем большая часть их располагается в прибрежной зоне акватории. Янтареносный горизонт — толща сильно глинистых кварц-глауконитовых песков залегает практически горизонтально.
В прибрежно-пляжевой зоне промышленные запасы ограничиваются мощностью 5—6 м с содержанием янтаря в геологических блоках 2,24— 2,58 кг/м3. Отметки его подошвы составляют 12—19 м, кровли соответственно — 6 м и 13 м. Эта часть рос-
сыпи была защищена со стороны моря намывной дамбой (волнозащитным целиком) в данный момент разрушенной, поэтому отработать запасы Пля-жевого участка карьером не представляется возможным.
Коллективом кафедры геотехнологии и комплексного освоения месторождений полезных ископаемых РГГРУ для освоения запасов Пля-жевого участка предложен способ скважинной гидродобычи (СГД) включающий ряд последовательных неразрывно связанных во времени процессов: гидравлическое разрушение продуктивного пласта струей энергетической жидкости, самотечного или принудительного гидротранспортирования по почве очистной камеры к всасу подъемного устройства (эрлифта или гидроэлеватора), пульпоприготовление, всасывание и дальнейший гидроподъем разрушенной горной массы на поверхность через специальные геотехнологические скважины.
Все варианты СГД можно разделить на три основные технологические схемы:
• с разрушением пласта полезного ископаемого свободными незатоплен-ными струями в осушенном очистном пространстве;
• с разрушением полезного ископаемого в затопленной камере;
• с использованием плывунных свойств пород за счет наличия гидравлического градиента (создаваемого или естественного) в соседних скважинах.
Для каждой технологической схемы характерны специфичное оборудование и технология, а также определенная область применения в зависимости от горно-геологических факторов.
Эффективность способа СГД зависит от многих факторов, в том числе от первичного звена — гидроразмыва, который определяет максимально достижимую производительность всего комплекса скважинной гидродобычи. Основная задача состоит в том, чтобы сохранить максимально необходимую мощность параметров разрушения (напор и расход воды на гидромониторной насадке) на возможно большем расстоянии в направлении действия струи в очистной камере.
При оценке эффективности разрушения янтаресодержащих глин учитывались следующие горно-геологические факторы:
• размываемость горных пород, т.е. при каком минимальном давлении струи в забое возможен размыв массива;
• мощность размываемого массива. При значительных мощностях горных пород возможности технологических приемов гидроразмыва и манипуляций гидродобычного агрегата в целом существенно расширяются;
• угол падения размываемого пласта; что непосредственно связано с са-
мотечным гидротранспортом по почве очистной камеры и сеткой расположения эксплуатационных скважин;
• обводненность массива, что обусловливает не только производительность гидроразмыва, но и возможность ведения СГД в осушенных очистных камерах, т.к. расчетная производительность гидроподъема может не справиться с большими водопритоками.
• Диаметр насадки скважинного гидромонитора, длина и диаметр его ствола, а также тип струеформирующе-го устройства выбирался с учетом габаритов эксплуатационной скважины.
При ведении очистных работ в затопленных камерах радиус гидромониторного размыва Я обычно не превышает 10—20<< насадки гидромонитора. В таких условиях струя не сколько размывает массив, столько участвует в процессе пульпоприготовления в плоскости всасывания.
Гидроподъем является одним из основных процессов, определяющих эффективность всей технологии. При этом используются гидроэлеваторный, эрлифтный подъем или их комбинация.
Глубина залегания промышленного пласта определяет тип и конструкцию добычного оборудования и влияет на экономическую эффективность этого способа. Гидроэлеваторный подъем обычно ограничивается глубинами 90—100 м, эрлифтный — используют, как правило, при затопленных очистных камерах с достаточно значительной глубиной разработки — 300 и более метров.
В целом, факторами, влияющими на производительность гидроподъема, являются:
1. Горно-геологические (глубина отработки, плотность руды, наличие водопритоков).
2. Конструктивные:
Рис. 1. Скважинные гидродобычные снаряды::
А - гидроэлеваторный, Б - эрлифтный
• тип гидроэлеватора (кольцевой, центральный, комбинированный);
• тип эрлифта (нагнетательный, всасывающий).
3. Технологические (взаимосвязь со смежными технологическими процессами — всасыванием и поверхностным гидротранспортом).
Проводя анализ способов размыва янтаресодержащих пород в осушенном и затопленном забоях выявлено, что для первого случая радиус размыва должен составлять 4,5 м, вследствие подъема пульпы гидроэлеватором; эрлифт не создает благоприятных условий для формирования осушенного забоя. Поэтому радиус размыва в затопленной среде составляет 10—20< насадки гидромонитора. При этом насадка гидромонитора должна быть максимально приближена к забою. Однако, учитывая технические возможности эрлифтного подъема (значительная глубина разработки и большая производительность), нами разработаны и предложены к испытанию два скважинных гидродобычных агрегата (эрлифтный и гидроэлеваторный снаряды) (рис. 1) для получения исходных данных при обосновании возможности применения данного способа для промышленного применения.
В 2010 году Российским геологоразведочным университетом (РГГРУ) на прибрежном участке начаты опытные работы по СГД на глубинах до 19 м. На опытном участке ударно-канатным способом пробурено две эксплуатационные скважины из четырех, запланированных по проекту. Так как работы проводились в зимний период, то ввиду неблагоприятных погодных условий бала отработана одна скважина.
Крепление скважин осуществлялось обсадной колонной диаметром 508 мм с муфтовыми соединениями до кровли рудного пласта. После обсадки скважины производилось вскрытие продуктивного пласта с углубкой в подстилающие породы на 0,3 м.
Первый этап работ заключался в апробации эрлифтного гидродобычного снаряда (рис. 1, Б).
Гидродобычной снаряд включающий: пульповод < = 219 мм, водовод гидромонитора < = 143 мм с гидромонитором < = 50 мм, воздуховод < = 60 мм и водовод гидровзвешиваю-щей насадки < = 108 мм собирался на поверхности и монтировался в эксплуатационной скважине с помощью автокрана. Учитывая, что горнотехнические условия экспериментального
Рис.2. Предохранительный настил с лебедкой и мачтой для управления гидродобычным снарядом
участка возможно связаны с неустойчивым состоянием разрабатываемого массива, то в целях безопасности ведения работ был оборудован предохранительный настил из двутавров, на который после спуска ГДА в скважине монтировалась мачта и лебедка для управления работой скважинного снаряда (рис. 2).
При монтаже снаряда на проектную отметку 19 м было выявлено, что горизонтальное перемещение снаряда в скважине из-за деформации башмака обсадной колонны в широких пределах невозможно. Максимальный угол поворота составлял 250. Рабочее давление на насадке гидромонитора составляло
в среднем 0,9 МПа, что не позволило в широких пределах исследовать разрушающую способность струи.
Производительность гидродобычного снаряда по воде составляла — 400 м3/час, а по твердому около 8 м3/час. Гидроподъем разрушенной янтаресо-держащей породы осуществлялся эрлифтом с всасывающим отверстием 219 мм. Чистое время размыва очистной камеры составило 4 часа.
Концентрация твердого в пульпе была неравномерной и увеличива-лась при манипуляции ГДА в вертикальном и горизонтальном направлении.
Так как перемещение ГДА в скважине в вертикальной и горизонтальной плоскости было затруднено, то размывался ограниченный сектор с углом раскрытия приблизительно 250, что в сою очередь приводило к неконтроли-руему размыву пород кровли и разу-боживанию янтаресодержащих глин выщележащими породами и в конечном итоге выходу зоны обрушения на дневную поверхность.
Таким образом на основании результатов этих опытных испытаний для возможного эффективного применения СГД в данных условиях в 2011 г. планируется продолжить опытные работы с эрлифтным и гидроэлеваторным гидродобычными снарядами, гттез
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Малухин Николай Григорьевич — профессор, доктор технических наук, Вильмис Александр Леонидович — доцент, кандидат технических наук, drobadenko@mail.ru
Российский государственный геологоразведочный университет имени Серго Орджоникидзе Мухин Юрий Александрович — директор ГУП, Щербаков Ю.К. — заместитель директора ГУП,
Калининградский янтарный комбинат, Калининградская обл., пос. Янтарный, mailto:yantar@baltnet.ru
