КОМБИНИРОВАННЫЙ СПОСОБ ПОДЗЕМНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ РУД
COMBINED METHOD OF UNDERGROUND ORE LEACHING

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при проектировании, освоении и отработке руд месторождений различных полезных ископаемых, в том числе таких, как уран, медь, золото и других металлов, методом подземного выщелачивания (ПВ).
Известны различные способы комбинированной отработки руд методом ПВ с использованием горных выработок (см. Справочник по геотехнологии урана / В.И.Белецкий, Л.К.Богатков, Н.И.Волков и др.; Под ред. Д.И.Скороварова, - М.: Энергоатомиздат, 1997, с.332-335). Характерными особенностями этих способов являются подача рабочих растворов и сбор продуктивных растворов через скважины, пробуренные из горных выработок. Основными недостатками этих способов являются необходимость осушения рудных тел от естественных подземных вод, что определяет необходимость сброса загрязненных дренажных шахтных вод в поверхностные водоемы и водотоки, большой объем выемки горнорудной массы при проходке горных выработок и складирования ее на поверхности земли и др. Все это ведет к удорожания отработки месторождений и существенному, долговременному загрязнению окружающей среды.
Известен также способ комбинированной отработки руд методом ПВ, состоящий из проходки горных выработок, бурения скважин с поверхности земли, подачи через них выщелачивающих растворов и улавливания продуктивных растворов ниже расположенными горными выработками (см. Добыча урана методом подземного выщелачивания / Под ред. В.А.Мамилова. - М.: Атомиздат, 1980, с.138, рис.6.13). Этот способ по технической сущности наиболее близок к заявленному изобретению и поэтому принимается за прототип. В этом способе при заметном снижении уровня недостатков относительно аналогов они остаются прежними.
Задачей изобретения является создание способа, позволяющего вести эффектиную отработку месторождений, вскрытых горными выработками, с использованием простой и малозатратной технологии и при минимальном ущербе для окружающей среды.
Решение этой задачи достигается комбинированным способом ПВ руд, включающим осушение рудных тел, проходку в них горных выработок, сооружение геотехнологических скважин, отработку рудных тел посредством закачки и откачки из них выщелачивающих растворов, в котором согласно изобретению после проходки горных выработок их затапливают и отработку рудных тел ведут в водонасыщенных условиях. При этом закачку выщелачивающих растворов ведут в горные выработки, а их откачку ведут из геотехнологических скважин. На первом этапе отработки, при заполнении выщелачивающими растворами горной выработки, закачку их ведут в один из ее концов, а откачку их ведут из другого ее конца. Кроме того, при многоэтажном вскрытии рудных тел горными выработками подачу растворов производят в выработки одного из этажей, а откачку растворов ведут из выработок соседних этажей.
Способ с приведенными выше отличительными признаками имеет ряд достоинств и преимуществ (положительных технических эффектов) перед прототипом и аналогами. К ним относятся следующие.
1. Согласно изложенной сущности изобретения к первому его отличию относится проведение отработки рудных тел после затопления горных выработок и водонасыщения рудных тел, ранее осушенных при проходке этих выработок. Проведение отработки после выполнения этой операции определяет появление ряда следующих положительных свойств у заявленного изобретения.
1.1. Существенное повышение эффективности отработки и улучшение экологической обстановки на территории, прилегающей к отрабатываемому месторождению. Это связано с прекращением водоотлива из горных выработок и сбросом загрязненных шахтных вод в поверхностные водоемы и водотоки. Одновременно прекращается выброс в атмосферу загрязненного воздуха, образующегося при проветривании горных выработок. Существенное улучшение определяется также путем сохранения естественных запасов подземных вод, расходуемых ранее в результате шахтного водоотлива.
1.2. Существенное сокращение затрат и повышение эффективности отработки месторождения, связанное с ликвидацией затрат на поддержание в работоспособном состоянии горных выработок и систем жизнеобеспечения персонала в подземных условиях. Повышение эффективности отработки определяется также за счет улучшения условий труда персонала в связи с его выводом из подземных условий на поверхность земли.
1.3. Появление возможности простого и эффективного вовлечения в отработку большого числа ранее разведанных месторождений, вскрытых подземными горными выработками и отнесенных к нерентабельным по экономическим соображениям. Нерентабельность их определялась в результате использования для их отработки дорогостоящих традиционных систем с очистными подземными выработками. Замена этих систем на комбинированную систему ПВ позволяет перевести такие месторождения в разряд пригодных для высокоэффективной отработки.
2. Использование заявленного способа с учетом его второго отличия, заключающегося в том, что закачку выщелачивающих растворов ведут в горные выработки, а их откачку - через геотехнологические скважины, позволяет получить следующие дополнительные положительные технические эффекты.
2.1. Использование для закачки горных выработок и для откачки скважин позволяет в отличие от прототипа снизить кольматационные явления и тем самым увеличить производительность отработки при меньшем числе геотехнологических скважин. Уменьшение кольматационных процессов при закачке растворов достигается за счет большой площади фильтрации, приходящейся на горные выработки, и за счет использования для откачки геотехнологических скважин. Известно, что для откачных скважин процесс кольматации механическими взвесями, являющийся основным при ПВ, практически не заметен относительно откачных скважин.
2.2. Использование в отличие от прототипа скважин для откачки продуктивных растворов позволяет четко определять интенсивность и степень выщелоченности площадей, приходящихся на каждую откачную скважину, и тем самым регулировать и повышать эффективность процесса ПВ. Например, закрывая непродуктивные скважины и увеличивая производительность продуктивных. Сделать это по прототипу практически невозможно, поскольку сбор растворов идет в общую горную выработку в основном через ее стенки.
3. Согласно третьему отличию закачка выщелачивающих растворов производится в один конец горной выработки, а откачка их ведется из другого ее конца. Такой вариант откачки растворов позволяет сбалансированно заполнить выщелачивающими растворами горные выработки без привлечения геотехнологических скважин. Этот прием дает возможность не только быстро и равномерно заполнить выщелачивающими растворами закачную систему выработок, но и получить в наиболее короткие сроки дополнительные продуктивные растворы. Эти растворы образуются в процессе движения выщелачивающих растворов вдоль выработок и съема ими полезного компонента из руд, прилегающих к стенкам выработок.
4. Согласно четвертому отличию, заключающемуся в том, что при вскрытии месторождения этажно расположенными горными выработками, характерными для месторождений с крутопадающими рудными телами, подают выщелачивающие растворы в выработки одного из этажей, а из выработок соседних этажей производят их откачку. В этом случае положительный эффект возникает в результате выщелачивания межэтажных целиков без дополнительных затрат на геотехнологические скважины. Высокая производительность отработки этих целиков определяется большой площадью фильтрации растворов, приходящейся на стенки выработок, а также практически отсутствием кольматационных явлений.
Изобретение иллюстрируется чертежом. На ней в плане показаны основные элементы комбинированной системы отработки месторождения с пологопадающими рудными телами, вскрытыми горизонтальными горными выработками. На чертеже видно: 1 - площадь распространения рудных тел; 2 - шахтный ствол; 3 - горизонтальная горная выработка (штрек, пройденный по простиранию рудных тел); 4 - раствороподающая в горную выработку скважина, пройденная с поверхности земли; 5 - линия тока выщелачивающего раствора, исходящего из горной выработки; 6 - геотехнологическая скважина, пройденная с поверхности земли до горизонта рудных тел; 7 - скважина для откачки растворов из горной выработки.
3
Применение способа поясняется следующим примером, основанным на природных условиях месторождения «Оловское» в Восточном Забайкалье. Это урановое месторождение с пологопадающими под углом 5-15° рудными телами, приуроченными преимущественно к хорошо сцементированным трещиноватым гравелитам и песчаникам с объемным весом 2,4 т/м, вскрыто двумя шахтными стволами глубиной 100 и 120 м. Из них пройдены по простиранию рудных тел горизонтальные горные выработки общей длиной 2300 м.
3
3
При проходке горных выработок в результате осушения прилегающего к ним подземного пространства приток подземных вод в них достигал 320 м/час, который затем стабилизировался на уровне 250 м/час. Отработка этого месторождения горным способом признана нерентабельной, и поэтому оно остается законсервированным и затопленным после прекращения шахтного водоотлива уже более 45 лет.
В результате предварительного затопления произошло водонасыщение ранее осушенных пород с достижением уровня подземных вод своего естественного положения. В этих условиях до начала отработки рудное поле оборудуют системой скважин по схеме на чертеже.
После этого начинают откачку воды из горных выработок через скважину 7, насыщают эту воду выщелачивающим реагентом и эту воду, ставшую выщелачивающим раствором, подают в скважину 4. Выщелачивающий раствор, двигаясь от скважины по горной выработке к скважине 7, выщелачивает руды, прилегающие к стенкам выработки, и становится продуктивным. Этот раствор откачивают через скважину 7, подают на перерабатывающую установку, где извлекают из него выщелоченные из руды полезные элементы. Затем его снова насыщают выщелачивающим реагентом и подают в скважину 4. Такая отработка, проходящая практически без существенных затрат, продолжается, пока не окажется выщелоченным весь полезный компонент, находящийся вблизи стенок выработки.
Основная же отработка рудных тел начинается после этого посредством включения в откачку геотехнологических скважин 6, располагаемых на удалении от горных выработок. В это время откачка растворов из скважины 7 прекращается. В этих условиях выщелачивающий раствор, двигаясь от горной выработки по рудному телу вдоль линий токов 5, насыщается выщелоченными из руды полезными элементами, становится продуктивным, откачивается из геотехнологических скважин и направляется на перерабатывающую установку. Из этой установки он уже в виде выщелачивающего подается в скважину 4 и так до тех пор, пока вся руда, приходящаяся на данную систему, не окажется выщелоченной.
3
По данному способу отработки становятся реализованными вышеприведенные его преимущества перед прототипом и аналогами. В частности, предотвращается сброс загрязненных шахтных вод в размере не менее 250 м/час, поскольку система работает в сбалансированном режиме (объем откачки воды из недр равен объему ее закачки), повышена эффективность отработки за счет ликвидации быстро кольматирующихся закачных скважин за счет повышения производительности наиболее продуктивных скважин и отключения из работы низкопродуктивных и т.д.
Имеются и другие положительные эффекты, например в результате использования централизованной подачи выщелачивающих растворов в горные выработки существенно облегчается приготовление его с газообразными интенсифицирующими добавками, такими как технический кислород, воздух и другие газы.