способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых

Формула изобретения

1. Способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых, включающий бурение добычной скважины, размещение в ней гидродобычного устройства, одновременный размыв и гидроподъем слабых полезных ископаемых, обрушение и магазинирование крепких крупнообломочных полезных ископаемых в отрабатываемой камере, отличающийся тем, что размыв и обрушение на забой слабых и крепких полезных ископаемых ведут в восходящем порядке, одновременно на забое по оси скважины производят дезинтеграцию слабых полезных ископаемых, пульпоприготовление и магазинирование крепких крупнообломочных полезных ископаемых.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что замагазинированные в камере крепкие крупнообломочные полезные ископаемые разупрочняют взрывом или химическим способом и выполняют их гидродобычу через скважину.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при скважинной гидродобыче (СГД) мощных обводненных месторождений неоднородных по прочности полезных ископаемых с тяжелыми минералами.

Известен способ СГД полезных ископаемых, включающий бурение добычной скважины, размещение в ней гидродобычного устройства, размыв пород слоями в восходящем порядке, магазинирование пород в отрабатываемой камере, гидроподъем пород, причем добычную камеру выполняют с перебуром нижней границы извлечения, крупную фракцию слабых пород временно магазинируют, а магазинирование крепких негабаритных включений производят в перебур (см. авторское свидетельство СССР 1408071, МПК Е21С 45/00, публ. 1988).

Недостатком известного способа является его низкая производительность, так как операции по размыву и гидроподъему выполняются последовательно; этим способом нерационально разрабатывать мощные месторождения с большим количеством слабосцеметированных и крепких включений, поступающих на забой в виде обломочного материала, а также невозможно производить добычу полезных ископаемых, состоящих из тяжелых минералов, которые быстро оседают и не могут быть подняты с забоя без специальных процессов пульпоприготовления.

Известен способ, содержащий бурение добычной скважины, размещение в ней гидродобычного устройства, одновременный размыв и гидроподъем слабых пород, обрушение и магазинирование крепких крупнообломочных пород в отрабатываемой камере, причем гидроотбойку и магазинирование крепких пород выполняют после гидроотбойки и гидроподъема слабых пород (см. авторское свидетельство СССР 1305349, МПК Е21С 45/00, публ. 1987).

Известный способ, принятый за прототип, имеет недостатки и ограничения по условиям применения при отработке залежей неоднородных по прочности полезных ископаемых, состоящих из перемежающихся слабых (рыхлых и слабосцементированных) и прочных разновидностей, а также состоящих из тяжелых минералов, что не позволяет обеспечивать высокопроизводительную гидродобычу. Это связано с тем, что предусматривается последовательность в выполнении процессов гидроотбойки слабых и прочных пород, а также бокового размыва и гидроподъема поступившей на забой дезинтегрированной при обрушении массы. Кроме того, это связано с невозможностью гидроподъема с забоя полезных ископаемых, состоящих из тяжелых минералов без специальных процессов пульпоприготовления. Невозможно также без доизмельчения осуществить подъем с забоя слабосцементированных и прочных пород, не получивших достаточной дезинтеграции при обрушении.

Примером мощных обводненных залежей, сложенных неоднородными по прочности полезными ископаемым, состоящими из тяжелых минералов, являются месторождения богатых мартитовых железных руд КМА. Мартит, имеющий плотность 4,8-5,1 г/см ³, составляет 80-95% рудной массы. Рудные залежи представлены чередованием горизонтов различной прочности, а также зон вторичной цементации и разуплотнения, связанных с тектоническими нарушениями. Прочность зависит от количества и состава цементирующих минералов. Состав цемента может быть различным; силикаты и гидроокислы железа, карбонаты и др.

К слабым рудам по геотехнологическим характеристикам, выявленным в реальном процессе СГД, отнесены рыхлые (самообрушающиеся и самоизмельчающиеся), слабосцементированные (принудительно сдвигаемые самоизмельчающиеся), к прочным - сцементированные (каменистые). Рыхлые при размыве и обрушении поступают на забой в форме рудного песка, слабосцементированные частично дезагрегируются, а частично обрушаются на забой в виде обломочного материала. Прочные руды образуют обломки, которые не поддаются дезинтеграции в процессе перемешивания рудной массы струями с целью пульпоприготовления.

Задача изобретения - создание способа, обеспечивающего производительную гидродобычу из мощных обводненных неоднородных по прочности месторождений полезных ископаемых с тяжелыми минералами за счет улучшения дезинтеграции пород и процесса пульпоприготовления.

Поставленная задача достигается тем, что в способе скважинной гидродобычи полезных ископаемых, включающем бурение добычной скважины, размещение в ней гидродобычного устройства, одновременный размыв и гидроподъем слабых полезных ископаемых, обрушение и магазинирование крепких крупнообломочных полезных ископаемых в отрабатываемой камере, размыв и обрушение на забой слабых и крепких полезных ископаемых ведут в восходящем порядке, одновременно на забое по оси скважины производят магазинирование крепких крупнообломочных полезных ископаемых, дезинтеграцию полезных ископаемых и пульпоприготовление.

Другим отличием является то, что замагазинированные в камере крепкие крупнообломочные полезные ископаемые разупрочняют взрывом, химическим или иным способом и выполняют их гидродобычу через ранее пробуренные добычные скважины.

На фиг.1 и 2 показаны схемы, иллюстрирующие способ в начале и в конце отработки камеры.

Способом отрабатывается мощное обводненное месторождение неоднородного по прочности полезного ископаемого с тяжелыми минералами, например богатых железных руд КМА в остаточных корах выветривания, которое содержит горизонты слабых (рыхлых и слабосцементированных) 1, горизонты с отдельными включениями крепких 2 полезных ископаемых и прочные породы кровли 3.

Месторождение вскрывают добычной скважиной 4 до нижнего горизонта отработки. В скважине 4 размещают гидродобычное устройство, содержащее внешнюю пульповыдачную трубу 5, напорную колонну 6 с осевой 7 и боковой 8 гидромониторными насадками, расположенными ниже приемного отверстия 9 пульповыдачной трубы 5. При разработке глубокозалегающих мощных месторождений пульповыдачная труба выполняется с телескопической нижней частью, жестко соединенной с напорной колонной (не показаны). Струей из гидромониторной насадки 8 производится круговой размыв пород в боковом направлении и образуется цилиндрическая полость, заполненная жидкостью. Разрушенные породы обрушаются и попадают в зону действия осевой гидромониторной насадки 7, струя воды или газожидкостной смеси продолжает дезинтеграцию слабосцементированных полезных ископаемых и осуществляет пульпоприготовление - процесс интенсивного перемешивания тяжелых частиц породы и воды. Приготовленная таким образом пульпа поднимается восходящими потоками к приемному отверстию 9 и выдается на поверхность по пульповыдачной трубе 5.

Крепкие крупнообломочные фракции полезного ископаемого 2 скапливаются на забое и магазинируются 10 до конца выемки из камеры слабых полезных ископаемых. Размыв и обрушение полезного ископаемого ведут в восходящем порядке. Забой постепенно поднимается по мере накопления замагазинированного материала 10. Осевая струя воды воздействует на дезинтегрируемый материал, находящийся на подстилке из крепкого материала, чем создается эффект молота и наковальни и повышается производительность дезинтеграции и пульпоприготовления. Способствует процессам и присутствие в перемешиваемой массе крепких включений, которые, соударяясь со слабосцементированными обломками, ускоряют процесс их дезинтеграции.

Процессы размыва, обрушения, магазинирования, дезинтеграции, пульпоприготовления и гидроподъема ведут одновременно, что обеспечивает высокую производительность гидродобычи. Крепкие крупнообломочные породы извлекаются только после выемки всех слабых пород, что позволяет на первой стадии добычи производительно работать при относительно невысоких давлениях в напорной системе.

Замагазинированные крепкие крупнообломочные полезные ископаемые могут дезинтегрироваться более эффективными методом, чем воздействие водяной струей. Например, они могут разупрочняться взрывом или дезагрегироваться путем химического разложения цементирующих минералов, или другими известными способами. После дезинтеграции выполняется их скважинная гидродобыча одним из известных способов через ранее пробуренную скважину.