СПОСОБ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
PROCEDURE OF BOREHOLE HYDRAULIC EXTRACTION OF MINERALS

Изобретение относится к способам разработки полезных ископаемых россыпных и осадочных месторождений с устойчивой кровлей. К такому типу месторождений относятся, например, фосфоритовые, касситеритовые, золотосодержащие россыпи и др., продуктивный пласт которых может быть представлен не только плывунами или водонасыщенными песками, но и более плотными и достаточно устойчивыми вмещающими породами.
Известен способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых, включающий бурение скважин и их обсадку, выполнение наклонного днища, приемной камеры и выпускных выработок в подстилающих продуктивный пласт породах, гидроразмыв и гидротранспорт полезного ископаемого в виде пульпы до всаса выдачного агрегата и последующий ее подъем на поверхность (Патент США №3155177, кл. 175-67, опубл. 1964 г.).
Известен также способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых, включающий бурение скважин с заглублением в подстилающие пласт породы и их обсадку, выполнение наклонного днища и приемной камеры в указанных породах, гидравлический размыв и выдачу полезного ископаемого на поверхность. В подстилающих породах с помощью гидромонитора вымывают приемную камеру, из которой к продуктивному пласту снизу вверх проходят наклонные выпускные выработки. Угол наклона выпускных выработок должен обеспечивать самотечную доставку полезного ископаемого от забоя к всасу выдачного устройства. Над приемной камерой и выпускными выработками оставляют предохранительный целик из пустых пород. После завершения подготовительных работ производят гидроразмыв продуктивного пласта через выпускные выработки (Патент США №4906048, кл. 299/17, опубл. 1990 г.).
Недостатком этого способа является то, что область применения ограничена месторождениями, продуктивные пласты которых сложены рыхлыми породами, плывунами и т.п. Но даже в указанных условиях потери полезных ископаемых над целиком составляют 10-15% при угле естественного откоса пород продуктивного пласта 2-5°. С увеличением крепости и устойчивости пород потери будут возрастать.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение - повышение эффективности и расширение области применения способа, технический результат - увеличение объема выемки на одну добычную скважину с одновременным уменьшением энергозатрат, потерь и разубоживания полезного ископаемого.
Технический результат достигается тем, что в способе скважинной гидродобычи полезных ископаемых, включающем вскрытие участка продуктивного пласта основной скважиной с ее заглублением в подстилающие указанный пласт породы и оборудованием обсадной колонной, с установкой башмака последней в пределах заглубленной части скважины, образование в подстилающих породах приемной камеры с наклонными выпускными выработками, пройденными до почвы продуктивного пласта, с оставлением над ними предохранительного породного целика, установку в приемной камере основного гидромонитора и пульпоподъемного устройства, гидроразмыв основных запасов полезного ископаемого, последующий гидроразмыв полезного ископаемого, расположенного над целиком, и подъем пульпы по основной скважине из приемной камеры на поверхность, разработку ведут покамерно, для чего вокруг основной скважины бурят вспомогательные скважины диаметром меньшим, чем основная, в которых устанавливают вспомогательные гидромониторы, из каждой скважины производят размыв запасов соответствующей камеры, а перед размывом запасов камеры над целиком производят подъем обсадной колонны и устанавливают башмак последней и основной гидромонитор над целиком в пределах мощности продуктивного пласта.
В указанную совокупность включены все существенные признаки, каждый из которых необходим, а все достаточны для достижения технического результата.
Изобретение поясняется чертежами:
на фиг.1 изображена схема отработки камер, расположенных вокруг вспомогательных скважин - далее первичных камер (в разрезе);
на фиг.2 - схема отработки запасов над целиком (в разрезе);
на фиг.3 - разрез по I-I фиг.1.
Способ осуществляется следующим образом. Основной скважиной 1 с поверхности производят вскрытие продуктивного пласта 2 полезного ископаемого. Основную скважину проходят с перебуром 3 в почву пласта. Основную скважину 2 оборудуют обсадной колонной 4 с установкой башмака 5 в пределах перебура 3. Заглубление обсадных колонн в подстилающие породы 6 осуществляют на глубину, исключающую попадание пластовых, поверхностных и грунтовых вод в перебур 3. Последний осуществляют на глубину, равную мощности предохранительного целика 7 и приемной камеры 8. После обсадки скважины 1 ее оборудуют основным гидромонитором 9 и подъемным устройством 10, всас которого располагают у забоя скважины 1.
В центре каждой запроектированной добычной камеры 11 бурят вспомогательную скважину 12.
Обсаженную основную скважину 1 оборудуют рабочими колоннами - трубой 13 подачи напорной жидкости и подъемной трубой 14. На трубе 13 устанавливают основной гидромонитор 9, а на подъемной трубе 14 - подъемное устройство 10.
В каждую вспомогательную скважину 12 помещают напорный водовод 15 с вспомогательным гидромонитором 16 на конце.
С помощью основного гидромонитора 9 или другим известным способом, например бурением с расширением скважины и т.п., осуществляют выемку в подстилающих породах 6 приемной камеры 8. Выбор размеров приемной камеры 8 осуществляют из условий обеспечения заданной производительности подъемного устройства 10, а также конструктивных параметров всасывающего наконечника подъемного устройства и основного гидромонитора 9.
Геометрические размеры предохранительного целика 7 определяют из горногеологических условий - крепости, устойчивости подстилающих пород и т.д., а также технологических параметров оборудования.
После образования приемной камеры 8 проходят выпускные выработки 17 с сечением, обеспечивающим доставку максимального куска по пропускной способности подъемного устройства 10. Их проходку осуществляют с уклоном в сторону приемной камеры 8 основным гидромонитором 9 либо любым другим известным способом. Угол наклона выработок 17 должен обеспечивать самотечную доставку полезного ископаемого от добычного забоя в приемную камеру 8, к всасывающему наконечнику подъемного устройства 10. Количество выпускных выработок 17 зависит от устойчивости пород продуктивного пласта 2 и окружающих его пород. Например, при слабой устойчивости покрывающих и подстилающих пород, или в случае водонасыщенного и плывунчатого состояния продуктивного пласта 2 количество выпускных выработок 17, а следовательно, и добычных камер 11 принимают равным 3-4. По мере увеличения прочности окружающих пород и продуктивного пласта 2 количество выработок 17 увеличивают. Устье каждой выпускной выработки 17 является выпускным отверстием 18 соответствующей добычной камеры 11. Первоначальное расстояние выпускных отверстий 18 от центра приемной камеры 8 выбирают в зависимости от конструктивных параметров способа и эффективности гидроразмыва основным гидромонитором 9.
После завершения подготовительных работ с помощью основного гидромонитора 9 осуществляют размыв нижней части продуктивного пласта 2 до сбойки с вспомогательной скважиной 12. Образовавшаяся пульпа через выпускные отверстия 18 и выпускные выработки 17 поступает в приемную камеру 8 и далее во всас приемного устройства 10, который поднимает продукты добычи на поверхность земли. В дальнейшем размыв продуктивного пласта 2 производят, в основном, вспомогательными гидромониторами 16 последовательным чередованием гидроразмыва и выпуска продуктов добычи из зоны выпуска через выпускные отверстия 18 и выпускные выработки 17. Это позволяет обеспечить равномерный выход горной массы из добычной камеры 11 (зоны выпуска) и достичь примерно равных и устойчивых пролетов кровли на всей площади отработки.
После отработки всех периферийных добычных камер 11 осуществляют добычу полезного ископаемого, оставшегося над предохранительным целиком 7. Для этого производят извлечение вспомогательных гидромониторов 16 с напорным водоводом 15 и подъем обсадной колонны 4. Подъем обсадной колонны осуществляют на высоту, достаточную для ведения добычных работ основным гидромонитором 9, который после подъема обсадной колонны 4 поднимают и устанавливают выше уровня предохранительного целика 7, при этом подъемное устройство 10 оставляют в приемной камере 8. Для отработки полезного ископаемого, оставшегося над предохранительным целиком 7, кроме описанных операций, возможна перфорация или разрушение участка обсадной колонны 4.
После описанных операций осуществляют гидроразмыв оставшегося массива полезного ископаемого. Часть продуктов добычи в виде пульпы поступает в приемную камеру 8 через основную скважину 1, а другая часть - через выпускные отверстия 18 и выпускные выработки 17.
После отработки запасов пролет кровли достигает предельных значений и, используя кратковременную устойчивость кровли, из основной скважины 1 удаляют гидромониторную и подъемную установки.
Использование вспомогательных гидромониторов и извлечение в последнюю очередь запасов, используемых в качестве временного целика, расположенного над предохранительным целиком 7 без его разрушения, значительно увеличивает объем добычи из одной скважины, позволит более рационально использовать недра путем уменьшения потерь полезного ископаемого и уменьшения объема выдачи пустых пород на поверхность, а также расширить область применения за счет обеспечения отработки месторождений, продуктивный пласт которых может быть представлен не только плывунами или водонасыщенными песками, но и более плотными и достаточно устойчивыми вмещающими породами. Кроме того, предложенный способ исключает разрушение предохранительно целика, сложенного пустой породой, что снижает непроизводительные энергозатраты, разубоживание пульпы пустой породой и улучшению процесса переработки.