Перспективные направления интенсификации разработки богатых железных руд

АЖИННАЯ: ГИДРОДОБЫЧА :

В

настоящее время в технологической скважине 4Т возобновлены опытные работы по скважинной гидродобыче (СГД) на Шемраев-ском месторождении. Они направлены на разработку и испытание технических средств и технологических процессов, повышающих производительность добычи и продуктивность скважины, так как задачи завершенного в прошедшие годы опытно-методического этапа гидродобычных работ в скважинах 6М, 1Т, 2Т, 3Т были решены не полностью. В частности, не достигнуты расчетные (запланированные) объёмы извлечения руды из каждой добычной скважины - 70 тыс. т, не получена объективная оценка работоспособности используемых гидродобычных снарядов в разных горнотехнических условиях и на различных этапах, не осуществлен выбор оптимальных технологических параметров, не испытывался двухскважинный вариант технологии. Поэтому на начальной фазе нового этапа работ в качестве базовой принята наиболее простая, менее энергоемкая и испытанная технология выемки «самообру-шающихся» руд. В процессе опытных работ в соответствии с технологическим регламентом намечено решить задачи по изоляции продуктивных горизонтов с созданием искусственных забоев, снижению энергетических затрат и улучшению баланса рабочего

времени. Но одной из кардиналь-

ных задач остается испытание технических средств и технологических приемов, направленных на интенсификацию процессов разрушения руд.

Производительность гидродобычного процесса зависит от трех основных факторов: конструктивных особенностей ГДС; энергетических режимов работы; темпов поступления на забой руды, пригодной для подъема на поверхность. Возможности используемой технологической системы определены в предшествующих опытах. Максимальная суточная добыча составляла 300-400 тонн при среднечасовой производительности до 17,9 т/час, а максимальная месячная добыча - 3200 т. В связи с этим ожидается, что отработка одного рабочего горизонта займет с учетом выполнения экспериментов 3-4 месяца при среднечасовой производительности около 12 т/час. Это почти в два раза больше достигнутой средней производительности в скважинах 1Т и 2Т. Рост производительности планируется получить за счет перехода на более эффективную модель снаряда «Крот», а также за счет совершенствования других тех-нических средств и технологических процессов.

Продуктивность каждого эксплуатационного горизонта определяется, в основном, физическими свойствами руд, устойчивостью потолочины и положением забоя в завершающей стадии работы на горизонте при заданных параметрах рабочего и энергетического оборудования. Оценочно,

предельная продуктивность рабочего горизонта ожидается 8,0-8,5 тыс. т, если забой будет удерживаться на проектном уровне. Удельная продуктивность ожидается около 500 т/м. Повышение уровня забоя на метр от проектного положения будет приводить к снижению продуктивности на 5-6 %. Поэтому поддержание уровня забоя является важной задачей. В настоящее время она решается путем размыва обрушившихся руд гидромониторной струей, что не эффективно при наличии крепких обломков.

Главная задача ГДС в системе «самообрушение-пульпопригото-вление на забое» - доставка пульпы к всасу пульпоподъемно-го устройства (колонны). Поэто-му, при прочих равных услови-ях, эффективность ГДС будет зависеть от его рабочей базы. В предельном случае вообще можно обойтись без специаль-ных воздействий для пульпо-приготовления. Неоднократно испытывался "Пульпосос", который подхватывал руду с забоя за счет турбулентных потоков в зоне всасывания. Однако, из-за высокой плотности руд и малой энергии потоков, процесс был недостаточно эффективным. При пульпоприготовлении с помощью высоконапорной струи воды и ГЖС при малой рабочей базе (0,15-0,30 м) снаряды работали неустойчиво, поток пульпы пульсировал, пульпа имела повышенную плотность и снаряды "захлебывались" с образованием внутри их рудных пробок. Снаряды типа «Гидромонитор» в скв.1Т и 2Т продуктивно работали лишь при рабочей базе до трех метров, при больших ее значениях плотность пульпы резко падала.

Таким образом, регулируя рабочую базу снарядов и энергетику напорного воздействия, можно добиться оптимальных энергетических затрат в процессе гидродобычи и максимальной производительности в конкретной рабочей системе. Для этого пригодны снаряды типа «Крот», которые показали наибольшую производительность и позволяют фиксировать любые размеры рабочей базы.

Опытов по подбору рациональной рабочей базы снарядов в

скважинах 1Т-3Т не производилось. Сейчас ее можно лишь ориентировочно оценивать в пределах 0,7-1,5 м. Поэтому необходимо опытным путем найти ее целесообразную величину, а также выполнить разработки и испытания снарядов с переменной (регулируемой на забое) рабочей базой. Рациональный пульпоподъем должен соответствовать темпам обрушения (рудопоступления); его избыточная мощность - это непроизводительные затраты энергии на перекачку воды в разжиженной пульпе. Так как в любом случае необходимо обеспечивать скорость потока, достаточную для подъема рудных частиц, то соотношение Т:Ж в пульпе можно регулировать внутренними отверстиями пульпоподъемных труб и рабочей базой гидродобычного снаряда.

Например, при экспериментах в скважине 6М (1989 г.) через пульпоподъемные трубы диаметром 108 мм при рабочей базе "Крота" 0,3-0,5 м средняя производительность гидродобычи составляла около 6 т/час, то есть была того же порядка, что и в скв.1Т и 2Т при диаметрах пульпоподъемных труб 168 и 219 мм, но при более низкой плотности пульпы. В настоящее время нельзя однозначно назвать оптимальный диаметр пульпоподъемных труб. Для этого необходимо выполнение специальных работ.

Оптимизация энергетических затрат требует перехода на систему плавного регулирования энергетических потоков, которые представлены напорной водой и сжатым воздухом. Нецелесообразно тратить энергию на приготовление «облака» пульпы, далеко выходящего за пульпоприемные окна ГДС. Выгоднее иметь его меньше по размерам, но большей плотности. Это может достигаться регулированием подачи рабочих агентов. Регулирования энергетики требует также постоянно изменяющаяся динамика поступления руды на забой и другие нестабильные условия.

Действующая система, по сути, пригодна для статических режимов работы и строго привязана к техническим характеристикам

оборудования, которые выбирались для обеспечения заданных предельных условий. Даже грубое ступенчатое изменение энергетических потоков требует остановки процесса.

Интенсификация процессов обрушения руд, находящихся в естественном состоянии, без нарушения сил сцепления в объеме массива способна увеличивать производительность гидродобычи и сокращать сроки отработки скважин. Все возможные способы, так или иначе, связаны с гидродинамическими явлениями. В опытных скважинах испытывались различные устройства и приемы для интенсификации обрушения руды: свабирование, пневмоимпульсные воздействия, пневмоимпульсная депрессия, высоконапорные воздействия на массив, нагнетания воздуха в камеру и соседние скважины. Все они давали эффект, однако, он не обеспечивал стабильность процесса гидродобычи, а количественная оценка реальной эффективности этих способов не производилась.

Очевидно, что свабирование (расходка ГДС) останется важным элементом в технологическом процессе, благодаря своей простоте и пользе. Выполненные пневмоимпульсные воздействия имели низкую разовую мощность (эквивалент-ную взрыву 3-4 грамм тротила) поэтому не могли обеспечить существенного разрушение рудного массива, но давали краткосрочные повышения плотности пульпы. Пневмоимпульсная депрессия (сбросы давления в камере за счет нагнетания и последующего стравливания воздуха из колонны труб) является наиболее мощным способом воздействий, однако, ее результирующее влияние осталось неизученным. Есть признаки того, что они способствуют быстрому развитию камеры вверх, а также подработке руд непосредственно под известняками.

Таким образом, на текущий момент не выявлено достаточно надежных способов интенсификации обрушения руд при СГД, которые обеспечивали бы стабильность гидродобычного процесса. Их поиск является самостоятельной задачей. Ограниченность за-

пасов «само-обрушающихся» руд определяет необходимость разработки и внедрения способов принудительного обрушения.

Одним из перспективных направлений интенсификации разрушения руд является вибровол-новое воздействие (ВВВ) на рудный массив. Наиболее пригодным для СГД может стать генератор, использующий в качестве энергоносителя воду. «АРМС-Медит» и «Ойл-Инжиниринг» передали и провели первые технологические испытания генератора низкочастотных гидравлических колебаний ГЖ-4 на скважине 4Т.

Опытные работы в скважине 4Т, начатые в ноябре 1999 года с использованием снарядов «Крот» и «Гидромонитор», генератора ГЖ-4 при опробовании горизонтов 700-720 и 650-700 м показали положительное влияние, но не позволили пока достичь промышленной производительности добычи. Это объясняется в первую очередь тем, что работы были начаты с самого нижнего горизонта неблагоприятного по прогнозам с точки зрения прочности руд, а также непродолжительным временем опытных работ в скважине. В интервале 650-700 м эксперименты были более успешны - происходило обрушение руды, перекрывающее ствол скважины после гидродинамического воздействия на массив с последующим ростом производительности пульпоподъ-ема. Поднимаемый рудный и нерудный материал свидетельствует о неблагоприятной по прочности зоне для гидродобычи. Вместе с тем, испытания генератора ГЖ-4 оценены положительно и работы были продолжены. В качестве основных методов воздействия на массив используются также пнев-моимпульсная депрессия (ПИД), расходки снаряда. Получены вполне обнадеживающие показатели добычи. При работе ГДС «Крот» в интервале 652-668 м после ПИД производительность по твердому составила 7 т/час., а после воздействия ГЖ-4 около - 11 т/час. За время опытных работ добыто около 300 т руды.

Отрабатываются новые режимы гидродобычи, позволяющие сохранять стабильный уро-

вень плотности пульпы на протяжении суток и более. Ранее использовали для этого значительные по несколько суток остановки после длительных непрерывных откачек, и это давало положительные результаты, например, в скважине 1Т. В скважине 4Т отмечены периодические изменения в сторону уменьшения плотности пульпы после нескольких часов работы, что связано с цикличностью поступления руды к пульпоприемным каналам ГДС. Предпринятые кратковременные остановки без сброса давления в скважине позволили восстанавливать плотность пульпы. Объяснение этого явления в свое время было изложено ВНИИВОДГЕО: обрушение про-

исходит в момент стабилизации и затухания откачки, хотя закономерности во многом остались не раскрытыми. Другое мнение заключается в том, что скорость извлечения руды превышает скорость их разуплотнения и после извлечения подготовленного объема руды производительность снижается, т.к. реологические процессы подтекания к скважине в начальной стадии ее работы протекают медленно и не обеспечивают необходимую концентрацию пульпы. Можно предположить, что более длительные остановки через большие промежутки времени могут привести к существенным объемам обрушений и более опасным, нежели более кратковременные. Поэтому при

выбранном режиме можно рассчитывать на более стабильную и безаварийную работу.

Таким образом, работы по созданию и испытанию методов и средств с целью интенсификации разработки богатых железных руд при СГД необходимо развивать и ускорять, считая это наиважнейшей задачей. Перспективными направлениями интенсификации являются пневмоимпульсная депрессия, свабирование, вибро-волновое воздействие, а также ряд методов намеченных для испытаний, в частности, локальные пневмоимпульсные и гидромониторные воздействия, взрывные способы, гидромеханические воздействия.

........................................../

Аллилуев В.Н. - кандидат технических наук, Научно-исследовательский институт по проблемам Курской магнитной аномалии.

Британ И.В. _ кандидат геолого-минералогических наук, Научноисследовательский институт по проблемам Курской магнитной аномалии. Лейзерович С.Г. - зав. лабораторией. технологии подземных горных работ, ОАО «НИИКМА им. Л.Д. Шевякова».

Гостюхии П П _ директор ООО «НИИКМЛ.Гипрорупа»