СПОСОБ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
HYDRAULIC BORE MINING OF MINERALS

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке россыпных месторождений, представленных суглинистыми отложениями.
Известен способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых (патент РФ 2525398, опубл. 10.08.2014), включающий бурение рядов технологических скважин, последовательное размещение в них гидродобычных агрегатов, размыв полезного ископаемого струями жидкости из встроенного в агрегат гидромонитора, доставку пульпы по скважине на поверхность. Характерные особенности способа включают наклонное расположение скважин в плоскости, перпендикулярной простиранию ряда скважин, размыв в сторону висячего бока скважины в восходящем направлении для обеспечения самотечной доставки пульпы в зумпф скважины, подъем пульпы из зумпфа на поверхность по скважине шнеком.
Таким способом обеспечивается повышение надежности выдачи полезного ископаемого на поверхность и осуществление работ по размыву при осушенном забое.
Недостатками известного способа являются ограниченная область его применения и конструктивные особенности гидродобычного агрегата. Способ рассчитан на разработку слабопрочных, слабосцементированных и сыпучих пород, при этом мощность струи встроенного гидромонитора ограничивается диаметром технологической скважины и не обеспечивает эффективный размыв суглинистых пород.
При доставке пульпы на поверхность шнеком неизбежно образование зазора между лопастями шнекового става и стенкой скважины, что повлечет стекание жидкой составляющей пульпы в зумпф и забой, при этом исключается производство работ в осушенном забое.
Известно также устройство для скважинной гидродобычи полезных ископаемых (патент РФ 2111359, опубл. 20.05.1998), включающее став с каналами для подачи воды и подъема пульпы, гидромониторные насадки, гидроэлеватор и всасывающую камеру с окнами в виде продольных щелей. Изобретение относится к оборудованию для скважинной добычи полезных ископаемых и рассчитано на повышение эффективности работы гидродобычного оборудования за счет устройства щелевидной конструкции на входных окнах всасывающей камеры. Гидродобычное устройство размещается в пробуренной и обсаженной скважине; при подаче энергетической воды через насадки гидромонитора производится размыв продуктивного пласта; образовавшаяся пульпа вместе с негабаритными кусками полезного ископаемого поступает к щели всасывающей камеры; негабаритные куски, не прошедшие через щели, частично измельчаются при ударе о заостренные штыри, установленные на устройстве, проходят через щели; недоизмельченные куски выпадают в осадок.
Недостатком известного устройства является низкая кинетическая энергия удара для измельчения негабаритных кусков, которая сообщается кускам, потерявшим энергию в забое оттекающим потоком пульпы, что приведет к засорению приемных щелей всасывающей камеры и снижению эффективности работы гидродобычного агрегата.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, принятым за прототип является способ, в котором отработку полезного ископаемого производят поинтервально в горизонтально-наклонной скважине в направлении от забоя к устью скважины, где заблаговременно создают условия образования воздушной среды для эксплуатации гидромониторной струи при помощи дренажной скважины (патент РФ 2499140, опубл. 20.11.2013).
Недостатками данного способа являются:
- сооружение большего числа гидродобычных скважин, что вызвано эксплуатацией скважин меньшего диаметра и расположенных внутри их гидродобычных агрегатов с ограниченной размерами скважины низкой производительностью;
- необходимость в предварительном осушении рабочей зоны;
- необходимость в эксплуатации дренажных скважин;
- потребность в использовании обсадных труб.
Целью изобретения является повышение эффективности скважинной гидродобычи из суглинистых россыпных месторождений путем формирования мощной гидромониторной струи для размыва и дезинтеграции суглинистых пород и извлечения полезных минералов большой плотности из трещин и западений плотика, обеспечения напорно-самотечного транспортирования пульпы.
Поставленная цель достигается тем, что при скважинной гидродобычи полезных ископаемых из суглинистых россыпных месторождений осуществляется бурение технологических скважин, размещение в них гидростволов и напорных трубопроводов, размыв продуктивного пласта, при этом размыв продуктивного пласта производится в направлении от борта разрезной траншеи к выходу на поверхность, при этом формируется горная выработка, устойчивость свода которой определяется параметрами размыва по ширине и высоте продуктивного пласта и физико-механическими свойствами разрабатываемых пород, пульпа доставляется к пульпоприемной канаве через формируемую горную выработку в напорно-самотечном режиме. Для манипулирования гидростволом в скважине размещается канат.
Подготовка к скважинной гидродобыче из суглинистого россыпного месторождения включает: разделение выемочного участка в плане на заходки; вскрытие участка по границе плотика и продуктивного пласта разрезной траншеей, размещаемой в наименьшей абсолютной отметке вертикальной мощности продуктивного пласта; бурение горизонтально-направленных пилотных скважин вдоль заходки и перпендикулярно борту разрезной траншеи по подошве продуктивного пласта и далее наклонно до выхода на поверхность; обратным ходом бурения наклонная и горизонтальная часть пилотной скважины расширяется до диаметра в соответствии с размерами гидромониторного ствола, применяемого при гидромеханизации открытых разработок, с поверхности через скважину протягивают напорный водовод к разрезной траншее, далее к трубопроводу присоединяется гидромониторный ствол для формирования напорной струи воды. Гидромониторный ствол соединяется с канатом, протянутым по всей скважине вдоль трубопровода для управления гидростволом.
Отработка полезного ископаемого осуществляется заходками в направлении от устья к забою скважины. Струей гидроствола подрезается откос разрезной траншеи на длину, равную ширине заходки, обрушающаяся горная масса размывается и образующуюся пульпу выгоняют гидромониторной струей из забоя в сторону разрезной траншеи, затем пульпа транспортируется в напорно-самотечном режиме к пульпоприемной канаве. При этом гидромониторной струей производится также извлечение зерен полезных минералов большой плотности из щелей, неровностей и западений плотика россыпного месторождения.
По мере обрушения и размыва продуктивных отложений россыпи напорный водовод и гидроствол втягиваются вглубь массива на всю длину горизонтальной части скважины в направлении от борта разрезной траншеи к выходу на поверхность.
Совокупный технический результат - повышение эффективности скважинной гидродобычи за счет размещения в горизонтальной части скважины гидромониторного ствола с целью формирования мощной гидромониторной струи, обеспечивающей размыв и дезинтеграцию суглинистых пород, напорно-самотечное транспортирование пульпы, а также извлечение зерен ценных минералов большой плотности из щелей и западением плотика россыпного месторождения.
Изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг. 1, 2, 3, 4. На фиг. 1 показана схема вскрытия и подготовки месторождения к выемке, на фиг. 2 показана очистная выемка продуктивных отложений (главный вид), на фиг. 3 - очистная выемка продуктивных отложений (вид сбоку), на фиг. 4 - очистная выемка продуктивных отложений (вид в плане).
Способ включает разбивку полигона разработки в плане на выемочные участки - заходки 4 и их поочередную выемку (I, II, III, IV). Ширина заходки зависит от физико-механических свойств непродуктивных отложений россыпи (торфов) 14, залегающих выше границы продуктивного пласта 1. Расчетная ширина заходки соответствует устойчивому пролету камеры высотой, равной мощности продуктивного пласта 15. По длине граница заходки 3 ограничивается техническими параметрами машин горизонтально-направленного бурения.
В приплотиковой части выемочного участка вкрест простирания заходок проходится наклонная съездная 7 и горизонтальная разрезная 6 траншеи, предназначенные для сбора пульпы, обеспечения грузотранспортной связи с поверхностью и формирования площадок для бурового станка 2.
Между намеченными к выемке заходками 4 производится горизонтально-направленное бурение скважин 5 с борта разрезной траншеи 6 к поверхности. Вначале бурится пилотная скважина диаметром 100-150 мм. Скважина состоит из наклонного 9 и горизонтального 10 участка, горизонтальный участок в приплотиковой части бурится от борта разрезной траншеи 6 под наклоном плотика (обычно 5-10°) для обеспечения напорно-самотечного транспортирования пульпы. Наклонный участок от подошвы до поверхности бурится под углом 10-25° (уклон 32%).
Пилотная скважина от поверхности до разрезной траншеи 6 расширяется до диаметра гидромониторного ствола (гидроствола) 11, применяемого при гидромеханизации открытых разработок (до 300-500 мм). На поверхности от насоса 8 в скважину протягивается напорный трубопровод 16 и канат 17 до разрезной траншеи к устью скважины 5. Гидроствол соединяется с трубопроводом для формирования струи воды и с канатом для поворота гидроствола. Гидромониторной струей подрезается откос 18 разрезной траншеи для образования вруба 19. Вруб углубляется вдоль скважины до обрушения продуктивных отложений. Обрушение вышележащих слоев происходит самопроизвольно и регулируется размерами забоя и глубиной вруба.
Устойчивость свода формируемой горной выработки определяется параметрами размыва по ширине и высоте продуктивного пласта и физико-механическими свойствами разрабатываемых пород.
Размытая горная масса в виде гидросмеси (пульпа) выгоняется гидромониторной струей от забоя 12 и транспортируется в напорно-самотечном режиме в пульпоприемную канаву 13. По канаве пульпа поступает в зумпф землесоса.
Источники информации
1. Патент РФ 2525398, публ. 10.08.2014.
2. Патент РФ 2111359, публ. 20.05.1998.
3. Патент РФ №2499140, публ. 20.11.2013.