СПОСОБ ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
METHOD FOR GEOTECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF DEPOSITS

Изобретение относится к области разработки коренных месторождений и может быть использовано при кучном выщелачивании.
Известны способы подземного выщелачивания полезных компонентов (Горная энциклопедия в 5 т., т.1, С.465-467), включающие проходку скважины, подачу реагента и его фильтрационный поток в массиве, растворение и перевод в жидкую фазу полезных компонентов и откачку продуктивных растворов на поверхность.
Недостатком известных способов являются высокие затраты на подъем продуктивных растворов на поверхность.
Более близкими аналогами по технической сущности являются технологические решения по подземному выщелачиванию металлов, использующие напорную фильтрацию через массив пород между выработками с подачей и отводом растворов (В.Ж.Аренс. Физико-химическая геотехнология. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2001. - 656 с.); технологические решения по капиллярному поливу (см., например, пат. 2137354), использующие подачу воды к растениям снизу по капиллярам, также известны и природные законы водообмена подземных вод в недрах с атмосферой через зону аэрации (С.Л.Шварцев. Общая гидрогеология. - М.: Недра, 1996. - 423 с.)
Недостатком этих решений является их неприспособленность для разработки месторождений золота с малыми запасами.
Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности разработки месторождений.
Поставленная цель достигается тем, что после рыхления массива с поверхности удаляют верхний слой пород массива до уровня подземных вод, проходят скважину в нижнюю часть зоны оруденения и через нее производят осушение массива. Разрыхленный трещиноватый массив обеспечивает более высокую скорость перемещения жидкой фазы в недрах. Это обеспечивает более быстрое осушение участка недр, минимально затрагивая прилегающие к нему ненарушенные недра. Осушение участка недр подготовит массив к контакту по поверхностям трещин с выщелачивающим раствором. Закачивают выщелачивающий раствор в массив через скважину и одновременно укладывают по поверхности гигроскопический материал с гидроизоляцией его поверхности. Заполнение массива выщелачивающим раствором сразу после удаления подземных вод снизу позволит заполнить практически всю рудную зону выщелачивающим раствором, не допуская при этом попадания внешних подземных вод в область зоны оруденения. За время заполнения осушенной области недр выщелачивающим раствором по всей поверхности укладывают гигроскопический материал. Слой из гигроскопического материала обеспечит капиллярное впитывание продуктивного раствора по всей площади поверхности участка. Наличие гидроизоляции внешней поверхности гигроскопического слоя предотвратит попадание осадков и впитывание влаги из атмосферы. После заполнения массива начинают подавать выщелачивающий раствор соразмерно скорости впитывания жидкой фазы гигроскопическим слоем на поверхности. Накапливающийся продуктивный раствор из гигроскопического слоя удаляют и подают на извлечение из него полезного компонента и восстановление свойств самого раствора, после чего восстановленный раствор вновь подают в массив через скважину.
Удаляют верхний слой породы массива выше уровня подземных вод, а в слое гигроскопического материала обеспечивают уровень давления ниже атмосферного. Силы капиллярного смачивания обеспечивают подъем жидкой фазы над уровнем поверхности подземных вод в массиве. Используя это свойство, слой гигроскопического материала может быть размещен выше уровня подземных вод в зоне высоты капиллярного подъема. При этом если капиллярные свойства гигроскопического материала выше свойств массива в зоне капиллярного подъема, то процесс подъема продуктивного раствора и его накапливания в слое гигроскопического материала будет осуществлен уверенно, хотя со скоростью, которую способен обеспечить массив в зоне капиллярного подъема. Кроме того, наличие слоя гигроскопического материала, обладающего более высокой энергией капиллярного подъема по сравнению со свойствами материала массива, обеспечивает понижение давления в зоне капиллярного подъема (над уровнем подземных вод), что, в свою очередь, обеспечит поднятие самого уровня подземных вод до уровня слоя гигроскопического материала.
При удалении верхнего слоя пород массива осуществляют планировку поверхности с уклоном к месту сбора продуктивного раствора, а из гигроскопического материала продуктивный раствор удаляют самотеком в зумпф, откуда его подают на извлечение. Удаление продуктивного раствора самотеком снижает затраты на извлечение продуктивного раствора и обеспечивает поточность технологии.
В массив подают выщелачивающий раствор под избыточным давлением. Избыточное давление при подаче в скважину обеспечивает сдерживание от смешивания подземных вод с выщелачивающим раствором и сохраняет постоянное вертикальное направление движения раствора снизу вверх к поверхности. Также избыточное давление в скважине позволяет обеспечить гарантированное поднятие уровня подземных вод вне зависимости от исходной или меняющейся гидрогеологической ситуации в локальном участке недр и тем самым повысить надежность протекания процесса выщелачивания по всей зоне участка.
В заполненной выщелачивающим раствором скважине при подаче периодически формируют гидроудары. Проведение периодических гидроударов при подаче раствора в скважину позволяет снизить сопутствующую кальматацию пор массива в области выхода раствора из скважины.
Рассмотрим способ на примере конкретного исполнения.
На фиг.1 показана схема осушения участка недр перед разработкой, на фиг.2 - схема разработки месторождения, где 1 - зона оруденения, 2 - уровень подземных вод, 3 - скважина, 4 - депрессионная воронка, 5 - гигроскопический материал, 6 - зумпф.
Перед началом работ область рудной зоны оруденения 1 подвергают взрывному рыхлению. Это повышает пористость массива и обеспечивает сокращение времени осушения участка с минимальным захватом смежных областей недр, повышает доступ выщелачивающего реагента к полезным компонентам в массиве и увеличивает скорость движения выщелачивающих и продуктивных растворов в недрах. Затем удаляют поверхностный слой горной породы до уровня подземных руд 2. По разрыхленному участку недр осуществляют проходку скважин 3 до нижней зоны оруденения 1. Через скважины 2 проводят осушение участка недр с зоной оруденения 1. Благодаря предварительному рыхлению массива область действия депрессионной воронки 4 не выходит далеко за пределы зоны оруденения 1 и не затрагивает экологическую обстановку за пределами участка работ. После проходки скважины 3 по всей поверхности участка укладывают в слой гигроскопический материал 5. Сразу после завершения осушения через скважины 3 в массив начинают подавать выщелачивающий раствор. Выщелачивающий раствор заполняет массив в зоне оруденения 1, препятствуя по мере заполнения попаданию в эту зону внешних подземных вод. После заполнения выщелачивающим раствором зоны оруденения до уровня подземных вод 2 гигроскопический материал 5 начинает впитывать продуктивный раствор по всей поверхности и накапливать его внутри слоя. По мере заполнения гигроскопического слоя 5 продуктивный раствор удаляют либо принудительно методом отжима, либо самотеком по сформированным уклонам поверхности к месту сбора в зумпф 6. Из зумпфа 6 продуктивный раствор откачивают на извлечение из него полезных компонентов и восстановление выщелачивающих свойств. Восстановленный выщелачивающий раствор вновь подают в массив через скважину 3.
Представленный способ геотехнологической разработки месторождений позволяет:
- перемещения горной массы и нарушения геологических условий в недрах;
- повысить эффективность добычи за счет использования природных механизмов и ресурсов недр;
- расширить минерально-сырьевую базу за счет вовлечения в разработку месторождений с низким содержанием и малыми запасами.