способ разработки месторождения полезного ископаемого

Формула изобретения

1. Способ разработки месторождения полезного ископаемого, включающий проходку скважин в геоструктуру продуктивного железосодержащего пласта, часть скважин используют для нагнетания в пласт рабочей жидкости, другую часть скважин - для добычи полезного ископаемого, подачу его на обогащение, отличающийся тем, что в структуре продуктивного пласта, начиная от забоя эксплуатационных скважин, образуют выработки путем воздействия на рудное тело перегретым газодинамическим рабочим агентом, истекающим в виде струй под давлением из автономного бурового аппарата, термогазогенератор которого оснащен топливными компонентами, в качестве которых используют водород и кислород или воздух, обогащенный кислородом, подаваемым избытком водорода и окиси углерода ведут частичное восстановление полезного ископаемого, подают руду в восходящем потоке бурового шлама к устью скважины в виде газорудной смеси или в виде суспензии, поднимаемой к устью скважины давлением рабочего газового агента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость восходящего потока выбирают превышающей скорость витания частиц руды.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обогащение руды осуществляют на гидропневмоциклоне.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что давление рабочего газа выбирают превосходящим давление, подаваемое на восходящий газовый поток поднимаемой суспензии.

Описание изобретения к патенту

Способ относится к горнодобывающей промышленности, в частности к технологии разработки и добычи железосодержащего полезного ископаемого и других металлсодержащих руд.

Технологии разработки и добычи металлсодержащих полезных ископаемых имеют значительное число направлений развития. При этом выбор способа зависит от мощности, контура, глубины залегания продуктивного пласта. Месторождение глубокого залегания (400-1000 м и более) разрабатывают преимущественно закрытым способом, включающим проходку скважин в геоструктуру продуктивного металлсодержащего пласта, часть пройденных в пласт скважин используют для нагнетания в породы продуктивного пласта рабочей жидкости, преимущественно водных растворов, другую часть скважин и выработок используют для добычи полезного ископаемого, подачу поднятой рудной массы на обогащение [Ржевский В.В. Основы физики горных пород. М.: Недра, 1978; Дмитриев А.П. Термическое и комбинированное разрушение горных пород. М.: Недра, 1978; SU 1358513, 1986; BE 880, 1995; RU 2103481, 1996; RU 2178516, 2001; RU 2240420, 2004; RU 2148699, 30.11.1997].

Последнее из указанных технических решений является по мнению заявителя наиболее близким по технологической сущности и достигаемому результату.

Обладая определенными преимуществами перед аналогами, указанный способ имеет также существенные и очевидные недостатки, заключающиеся в малоэффективности процессов разработки месторождения ввиду отбора незначительных масс пород, а также использования низкопроизводительного рабочего оборудования, не отвечающего современным требованиям горнодобывающих технологий.

Технической задачей и положительным результатом заявляемого способа является совершенствование технологии и технических средств для разработки и добычи металлсодержащего полезного ископаемого (в частности, железорудного); повышение эффективности процесса и увеличение производительности с одновременным сокращением непроизводственных затрат и малопроизводительных операций в технологии разработки и добычи железосодержащего полезного ископаемого.

Указанная техническая задача и достижение положительного результата в решаемой технологической задаче получается за счет того, что способ разработки месторождения полезного ископаемого включает проходку скважин в геоструктуру продуктивного железосодержащего пласта, часть скважин используют для нагнетания в пласт рабочей жидкости, другую часть скважин - для добычи полезного ископаемого, подачу его на обогащение, при этом в структуре продуктивного пласта, начиная от забоя эксплуатационных скважин, образуют выработки путем воздействия на рудное тело перегретым газодинамическим рабочим агентом, истекающим в виде струй под давлением из автономного бурового аппарата, термогазогенератор которого оснащен топливными компонентами, в качестве которых используют водород и кислород или воздух, обогащенный кислородом, подаваемым избытком водорода и окиси углерода ведут частичное восстановление полезного ископаемого, подают руду в восходящем потоке бурового шлама к устью скважины в виде газорудной смеси или в виде суспензии, поднимаемой к устью скважины давлением рабочего газового агента.

Способ характеризуется тем, что скорость восходящего потока выбирают превышающей скорость витания частиц руды.

Способ характеризуется и тем, что обогащение руды осуществляют на гидропневмоциклоне.

Способ характеризуется также тем, что давление рабочего газа выбирают превосходящим давление, подаваемое на восходящий газовый поток поднимаемой суспензии.

Излагаемая сущность способа поясняется прилагаемым графическим материалом, где показана технологическая схема осуществления способа разработки и добычи железосодержащего полезного ископаемого.

Способ разработки месторождения полезного ископаемого включает проходку скважин 1 для подачи в продуктивный пласт 2 рабочей жидкости, в которой проходят также эксплуатационные скважины 3. Породу пласта разрабатывают с помощью автономных буровых аппаратов 4; из боковых пластовых выработок 5 буровой шлам выносят в восходящем потоке к устью скважин 3, направляя далее на обогащение в гидропневмоциклонах 6. Удаление разработанной породы из забоя осуществляют с помощью восходящего газового потока или с помощью этого же отработанного на забое рабочего агента, но вместе с жидкой фазой, поступающей из водоносных горизонтов, содержащей включения руды, которую поднимают к устью скважин 3 давлением газовых фаз, вырабатываемых аппаратом 4, при этом попутно ведут частичное восстановление полезного ископаемого за счет введения в рабочий орган 7 в его газовую среду водорода и окиси углерода и создания условий перегрева частиц породы вырабатываемым высокотемпературным агентом термогазогенератора 8 бурового аппарата 4. Такая технология позволяет существенно повысить эффективность и рентабельность процесса добычи.

Буровой аппарат 4 содержит генератор 8, емкости с кислородом 9, водородом 10, дополнительную емкость 11 с водородом и емкость с окисью углерода 12. Технологическая схема включает пакет вибросит 13 с приводом 14, от которых по магистрали 15 (пульпопровод) рудная мелкофракционная масса (с нижнего сита) отводится на осаждение в гидропневмоциклон 6; с верхних сит материал, отсеянный от пылевидных фракций и жидкости, направляют потребителю (плавка, прокат и т.п.).

Способ разработки месторождения полезного ископаемого осуществляют следующим образом. Ведут проходку скважин, часть из которых - 1 определяют как нагнетательные для подачи рабочей жидкости, газа или газожидкостной смеси в структуру продуктивного пласта 2, в который проходят также добычные (промысловые) эксплуатационные скважины 3. В некоторых случаях совмещают в каждой скважине 1, 3 оба указанных процесса. Проходку скважин и разработку продуктивного пласта ведут с помощью буровых агрегатов 4, используя преимущественно автономные буровые аппараты, которые наиболее эффективно выполняют разбуривание пласта, создавая выработки 5, из которых разработанное рудное тело поднимают к устью скважин в виде бурового шлама и подают на разделение и обогащение с помощью гидропневмоциклонов 6 и других агрегатов (разноячеистых сит грохота, наклонных фракционирующих сит и т.п.), отводят далее в отстойник.

Использование автономных буровых аппаратов делает преимущественным процесс разработки рудного тела (руды) продуктивного пласта благодаря воздействию на породу перегретым газодинамическим рабочим агентом, истекающим в виде струй из рабочего органа 7 аппарата, оснащенным термогазогенератором 8 с топливными компонентами 9 и 10, в качестве которых используют легковоспламеняемое горючее (жидкие углеводороды, сжиженный газ) и окислитель (воздух, обогащенный до 30% кислородом). При этом целесообразно оснастить аппарат 4 баллоном 11 и 12, заполненным водородом и окисью углерода (под давлением), который подают на забой и способствуют протеканию процесса частичного восстановления полезного ископаемого за счет создания условий перегрева частиц руды вырабатываемым высокотемпературным (около 1600°C) агентом термогазогенератора 8 аппарата 4. Подъем рудной массы на дневную поверхность ведут восходящим потоком отработанных газовых и парогазовых фаз на забое, при этом возможна подача воды в выработку, пройденную в структуре рудного пласта, а вынос газожидкостной суспензии (пульпы) к устью скважины ведут восходящим потоком шлама, задавая расходом указанных рабочих агентов скорость подъема шлама, превышающую скорость витания (зависания, осаждения) частиц руды в восходящем потоке (находится в пределах 20÷50 м/с), причем давление рабочего газа из рабочего органа 7 задают превосходящим (в 1,5-2,0 раза) давление, подаваемое на восходящий газовый поток, поднимающий суспензию по стволу скважины.

Пример осуществления способа приводится на разработке железорудного месторождения. В структуру продуктивного пласта, содержащего Fe₂O₃ и залегающего на глубине 500 800 м, проходят технологические скважины, опускают и закрепляют колонну обсадных труб (D_устья ~ 500 мм, D_забоя ~ 250 мм); в структуре пласта 2 разбуривают выработку 5 (D _{выработки} ~ 20-25 м), разбуренную породу подают к устью или в виде газорудной массы, или в виде газожидкостной эмульсии (пульпы). Разработку забоя ведут давлением газовых струй (или парогазовых, или газожидкостных) (Р~70-200 кгс/см² , Т=1200-1600°C), а для частичного восстановления оксида железа в высокотемпературную среду вводят водород и окись углерода - это позволяет вести процесс обогащения, начиная с забоя выработки, что существенно повышает эффективность всех операций способа (на 25-30%), определяет оригинальность операции способа, новизну и прогрессивность процесса разработки указанного железорудного (глубокозалегающего) месторождения, когда традиционные способы добычи оказываются неэффективными ввиду высоких капитальных и текущих затрат.

Таким образом, как показано раскрытием способа, он обладает всеми критериями, позволяющими заявителю взять на него патент.