Скважинная гидродобыча на месторождениях стекольных песков и железных руд

© Н И. Бабичев, Ю.В. Либср, 2012

УДК 622.271.6:622.341

Н.И. Бабичев, Ю.В. Пибер

СКВАЖИННАЯ ГИДРОДОБЫЧА НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ СТЕКОПЬНЫХ ПЕСКОВ И ЖЕПЕЗНЫХ РУД

Приведены результаты опытных работ по скважинной гидродобыче кварцевых песков. Ключевые слова: месторождение, скважинная гидродобыча, затрубное пространство.

В течение 2006—2007 гг. НПЦ «Геотехнология» провела работы по скважинной гидродобыие опыггно-методические работы на месторождении стекольных песков «Горошек», расположенном в Тверской области, и подъем большой технологической пробы на Бочкарском месторождении железных руд в Томской области.

Месторождение «Горошек» представлено кварцевыми песками с топкими прослоями углисто-глинистых алевритов. Пески серо-белого цвета по зерновому составу мелкие и очень мелкие, хорошо окатанные. Мощность песков изменяется от 12,6 до 16м. В кровле общей мощностью 49—55 м залегают породы, представленные глинами с прослоями песка, угля и известняками. Известняки образуют от 2-х до 3-х пачек общей мощностью от 3-х до Юм.

По горно-геологическим условиям для разработки месторождения может быть принят метод скважинной гидродобычи. Для обоснования этого метода и определения основных параметров были проведены опытно-методические работы.

Принципиальные технологические решения при проведении опытно-методических работ были основаны на ранее выполненных работах и исследованиях НПЦ «Геотехнология» по СГД на Тарской россыпи и других месторождениях.

Для проведения работ был построен опытный участок, на котором

были пробурены технологические скважины, оборудована карта намыва, подготовлен насосный агрегат отрыт котлован для технической воды.

С целью получения более достоверной информации по геологическому строению и качеству песков на опытном участке были пробурены три разведочные скважины диам. 151 мм с отбором керна.

Для добычи песков применялся добычной снаряд СГС-4 с гидроэлеваторным подъемом пульпы.

Подача напорной воды непосредственно в снаряд осуществлялся по гибкому рукаву высокого давления диам. 100 мм. Отвод пульпы от снаряда производился рукавами низкого давления диам. 150мм. Расстояние транспортирования пульпы до карты намыва составляло около 50 м.

Технологическая скважина бурилась ниже кровли продуктивного песка на 2—3 м и обсаживалась трубами диам. 273 мм. После цементации за-трубного пространства производилось вскрытие пласта песков с перебуром в подстилающие породы на 0,5 м.

Для предотвращения аварийной ситуации при возможной просадке поверхности буровая установка размещалась на опорной платформе длиной 25 м.

При отработке скважин были приняты: • нижняя подсечка пласта секторами с использованием псевдоплывунных свойств песков.

• отработка первой скважины двумя секторами с углом раскрытия каждого сектора в пределах 45°;

• отработка второй скважины тремя секторами с углом раскрытия каждого сектора в пределах 45°;

• размыв и извлечение песка в каждом направлении до появления в пульпе пород кровли.

Такая технология позволила достичь следующих результатов:

• при отработке первой скважины извлечено 450 м3 или 700 т песка за 13 часов непрерывной работы;

• при отработке второй скважины извлечено 1100 м3 или 1700 т песка за 32 часа непрерывной работы.

В первом случае средняя производительность добычи составила 34,6 м3/час, во втором 34,3 м3/час а при отработке одного из секторов второй добычной камеры-центрального — 40 м3/час. Соотношение Т:Ж при этом составляло в среднем 1:5.

Направление струи гидромонитора менялось после 6—7 часов работы в каждом секторе при снижении Т:Ж до 1:10—1:15 или появлении в пульпе пород кровли.

Пески складировались в карту намыва и после обезвоживания опробовались для определения качества песков. Объем намытого песка на карте рассчитывался по делениям вешек, установленных по всей площади карты намыва. Карта намыва песка представлена на рис. 1.

Всего было проанализировано 12 проб из керна и 24 с карт намыва.

Результаты сравнительных анализов песков керна и с карт намыва представлены в табл. 1 и 2.

Анализы кварцевых песков на соответствие требованиям ГОСТ 22551-77 «Песок кварцевый, молотые песчаник, кварцит и жильный кварц для стекольной промышленности» проводились в лаборатории

ООО «НИИ Стекла», г. Гусь-Хрустальный, Владимирская область.

По заключению ООО «НИИ Стекла», исходные пески по химическому и гранулометрическому составам соответствуют требованиям ГОСТа, и могут быть отнесены к марке «Т», т.е. стеклу низшей марки. Пески этой марки применяются при производстве зеленой и коричневой бутылки.

Как видно из таблиц, в результате скважинкой гидродобычи песков за счет дезинтеграции и частичного удаления глинистой фракции увеличилось содержание кремнезема, уменьшилось содержание окиси железа, глинозема. Добытые пески по своему качеству были отнесены уже к марке ПБ-150 (ГОСТ 22551-77), т.е. качество песка повысилось. Область применения такого песка — производство оконного и технического стекла, стекловолокна для строительных целей, стеклотары, изоляторов, пеностекла.

Таким образом, в ходе опытно-методических работ по скважинной гидродобыче, из двух скважин добыто около 1550 м3 кварцевых песков с глубины 60 м. При средней мощности залежи песка 11 м и рабочем давлении 3,6—3,8 МПа, средняя производительность добычи составила 35 м3/час, достигая при отработке отдельных секторов 40.0 м3/час

За время наблюдений при общем объеме добычных камер 1500—1600 м выхода сдвижения на поверхность не произошло.

Отсутствие просадок поверхности в течение производства добычных работ и расчеты показывают, что с одной скважины возможно добывать до 2500 м3.

Результаты работ сведены в табл. 3.

Добычной гидроэлеваторный снаряд СГС-4 показал устойчивую и надежную работу при незначительном износе проточных частей.

Таблица 2

Химический состав

_Проба_

Керн

Карта намыва ГОСТ 22551-77, ПБ-150

Таблица 3

Таблица 1

Гранулометрический состав

Проба Номер сита

1,6 1,0 0.8 0.63 0,40 0,315 0,20 0,10 0,05 <0,05

Остаток на сите, масс %

Керн 0.28 0,95 1.03 1,85 5,84 5,28 29,4 42,75 8,81 3,66

Карта намыва 0 0 0,095 0,375 1,3 1,25 10.11 71.8 13,66 1,33

ГОСТ 22551-77. Не более 5 Не более 1 5

ПБ-150

А1,0з Ре,0з тю, СаО МдО К,0 п.п.п.

1,6 0,42 0,16 0,45 0,17 0,03 0,20 1,11

0,6 0,157 0,146 0,040 0,042 0,069 0,075 0,44

1,5 0.15 Не нормируется

БЮ,

95,82 98,4 98,0

Показатели Добычные скважины

1 2

Мощность песков, м 11,0 12,0

Чистое время добычи, час 13 32

Объем добычи, м 450 1100

Производительность снаряда м3/час, средняя/максимальная 34,6 34,3/40,0

Соотношение Т:Ж 1:6 1:5

По результатам опытных работ было составлено «ТЭО разработки кварцевых песков месторождения «Горошек» способом скважинной гидродобычи» и разработан проект опытно-промышленного участка на производительность до 50, 0 тыс. т. песка в год.

Расчеты в ТЭО показали, что разработка месторождения методом скважинной гидродобычи песков рентабельна.

Второе месторождение, где проводились работы с применением скважинной гидродобычи — Полы-нянский участок Бочкарского железорудного месторождения. Пласт полезного ископаемого представлен рудами от крепко сцементированных до слабосцементированных коричневого, черного и темно-зеленого цвета, мощностью до 40 м. Глубина залегания руд до 240 м. Разрез по рудному пласту представлен на рис. 2.

Для отбора технологической пробы был разработан проект наземного комплекса. В качестве технических средств применялись насосная установка цементировочного агрегата ЦА-320 и компрессор СД-9/101. Для обеспечения технической водой была пробурена водозаборная скважина глубиной 60 м.

Отбор технологической пробы производился добычным снарядом СЭС с

Рис. 1. Карта намыва стекольных песков месторождения «Горошек»

200.0—203,9 руда крепко сцементированная бурого цвета, отмечается примесь гравия размером 1 см

оолитов гетита, гидрогетита 50—60 %, цемент сидеритовый 203,9—205,2 руда черного цвета сыпучая гетит гидрогетитовая, оолитов до 80—90 %, из нерудных Р, ПШ

205,2—218,5 руда темно-зеленого цвета, слабосцементированна цемент глинисто-хлоритовый, оолитов до 30—40 %

218.5—219,6 глина черная тугопластичная, оолиты встречаются редко примерно 5 % от общей массы

219.6—227,1 руда темно-зеленого цвета, слабосцементирована цемент глинисто-хлоритовый, оолитов до 30—40 %

227.1—240,0 (алевропесчаник темно-синего цвета крепкосцементи-рованный, оолиты попадаются очень редко, примерно 5 %

Рис. 2. Геологический разрез по рудам Бочкарского месторождения

Рис. 3. Карта намыва с железной рудой Бочкарского месторождения

эрлифтным подъёмом. Внешний диаметр снаряда 114 мм. Диаметр пульповода снаряда 73 мм. Общая длина снаряда (глубина разработки) составила 206 м.

Технологическая скважина глубиной 240 м обсаживалась трубами ди-ам. 168 мм на глубину 200 м. Воздух поступал по воздуховоду диам. 33 мм

под давлением до 10 атм и расходом 9 м /мин.

Добытая руда подавалась на каргу намыва по пульповоду диам.168 мм,

Результаты работ по подъему большой технологической пробы:

• объем валовой пробы более 100 т;

• радиус отработки добычной камеры;

- по рыхлой оолитовой железной

руде до 7 м;

- по слабосцементированной гидро-

гетитлептохлоритовой руде 1,5-2 м;

• производительность добычного снаряда составила 2.5 т /час.

Добытая руда передана для дальнейших исследований в научные ине-титуты Москвы, Новокузнецка и Екатеринбурга..

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Арене В.Ж. Физико-техническая геотехнология. — М. , изд-во МГГУ, 2001.

2. Арене В.Ж., Бабичев Н.И., Башкатов А.Д., Гридин О.М., Хрулев A.C., Хчеян Г.Х. Скважинная гидродобыча полезных ископаемых. М.. изд-во Горная книга, 2007.

3. Бабичев Н.И.. Либер Ю.В.. Кройтор Р.В., Левченко Г.Н. Скважинная технология добычи титано-цирконовых песков Тарского месторождения. Горный информационно-аналитический бюллетень, № 2. 1999. и'.'-1^

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Бабичев Н.И. — доктор технических наук, профессор, действительный член Международной Академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, член-корр. РАЕН, директор по науке, Либер Ю.В. — начальник проектного отдела, НПЦ «Геотехнология»