Скважинная гидродобыча богатых железных руд КМА проблемы и перспективы

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 99» МОСКВА, МГГУ, 25.01.99 - 29.01.99_______

Д.В. Труфанов, С.Г. Лейзерович, В.Н. Аллилуев, И.В. Британ, П.О. Гостюхин, НИИКМА

СКВАЖИННАЯ ГИДРОДОБЫЧА БОГАТЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД КМА - ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Успешные эксперименты 1988 года по скважинной гидродобыче (СГ Д) богатых железных руд на Шемраевском месторождении были итогом тесного скоординированного сотрудничества производственных и научно-исследовательских коллективов. За короткое время, анализируя ранее выполненные работы по СГД фосфоритов и других материалов, удалось разработать концептуальные положения, теоретические посылки, подготовить опытный полигон, сконструировать и изготовить гидродобычные снаряды, используемые до настоящего времени, добыть первую тысячу тонн руды с глубин до 800 метров. Получены важные научные знания и практические результаты, сформулированы подходы и направления дальнейших исследований: подтвердились принципы самопод-держания очистного пространства, заложенные в основу технологии; установлено, что в процессах разрушения, пульпообразования и подъема на поверхность руды происходит повышение качества; выявлено, что на больших глубинах и при больших давлениях в трехфазной среде протекают сложные газо-гидродинамические явления; в силу ограниченности доступа к объекту добычи и неоднородности рудного массива необходима более достоверная геологическая и геофизическая информация.

В 1989 году Министерство геологии СССР и Министерство черной металлургии СССР утвердили совместную программу создания к 2000 году промышленной технологии СГД и организовали Координационный совет. Программа объединила усилия Белгородской геологоразведочной экспедиции,

104

Производственного геологического объединения "Центргеология", Производственного объединения "Центроруда", многих научнопроизводственных и научноисследовательских организаций и высших учебных заведений: НИИКМА, ВИОГЕМ, ВИМС, ГИГХС, Белмеханобрчермет, ВНИПИпромтехнология, ВНИ-ПИвзрывгеофизика, ВИРГ, Каз-ВИРГ, ВНИИГИС, ВНИИводгео, ВНИИгеофизика, Центрогипрору-да, ВНИИБТ, ИПКОН АН СССР, МГРИ, ВГУ и др. Концентрация усилий больших разносторонних коллективов соответствовала сложности и практической значимости научно-технической проблемы.

К концу 1991 года удалось выйти на производительность добычной скважины до 12-20 тонн в час и до 300 тонн в сутки. В геологическом плане работы базировались на традиционной структуре рудного тела, принятой для мощных месторождений богатых руд. Но к этому времени, накопилась информация, основанная на анализе данных многочисленных скважин, пробуренных на опытном участке, которая свидетельст-вала о том, что внутреннее строение рудного массива сложнее, чем это представлялось ранее, а физические и технологические свойства руд более изменчивы. Было установлено, что в рудной залеже, имеющей на Шемраевском месторождении мощность 150-400 метров, самообрушающиеся и само-измельчающиеся руды, на которые была ориентирована технология СГД, образуют 1-3 наклонно залегающих горизонта, разделенных более прочными рудами с прослоями сланцев или их оруде-нелых реликтов. Положение в

пространстве таких горизонтов контролируется геолого-структур-ными факторами и особенностями вторичных преобразований, свойственных рудам остаточных линейных кор выветривания, к которым относятся Шемраевское и другие подобные месторождения КМА, в том числе Яковлевское и Гости-щевское. Суммарная мощность таких горизонтов по стволу скважин изменяется в пределах 15-60 м.

При селективной добыче само-обрушающихся и самоизмель-чающихся руд, после извлечения из камеры 5-8 тысяч т руды, происходило обрушение потолочин. Прочный обломочный материал перекрывал доступ в камеру и разрушал находящееся там скважинное оборудование. Этим объективно ограничивалась для испытанной технологии СГД продуктивность отдельных горизонтов и скважин, которая не могла превышать соответственно 8-9 и 2025 тыс. т. Кроме того, неуправляемые процессы самообрушения поставляли руду на забой неравномерно, а в периоды временной устойчивости стенок камер ее приток прекращался. Следовательно, гидродинамические процессы, происходящие при гидродобыче, достигнутые параметры откачки, на которые была ориентирована концепция разработки, оказались недостаточными для эффективной дезинтеграции рудных масс и высокой производительности системы, без специальных физических воздействий на рудную залежь.

Поэтому за пределами рудной базы СГД оставалась подавляю-щаю часть руд, так как самообру-шающиеся и самоизмельчающие-ся разновидности составляют не более 2-3% от запасов линейных

ГИАБ

залежей Шемраевского, Яковлев-ского и возможно, Гостищевского месторождений. Лишь в особых условиях их доля в разрезах достигает 10-15%.

Необходимость перехода от пассивных к активным способам работы с рудным массивом стала очевидной. В соответствии с упомянутой программой были начаты опыты по пневмоимпульсному, высоконапорному и другим способам воздействия на рудный массив. Однако, организационные перестройки и финансовые катаклизмы в 1992 г., выход научнопроизводственного предприятия "Гидроруда" из структур министерств, которые объединяли отраслевые научно-исследовательские институты, акционирование предприятий привели к быстрому выходу соисполнителей из единой программы. Все это привело к тому, что целенаправленные научные исследования и опыты прекратились, началась эксплуатация добычных скважин с использованием наработанных приемов и технических средств, унаследованных от Белгородской геологоразведочной экспедиции. Опытноконструкторские работы по созданию специальных скважинных снарядов прекратились.

Попытки увеличить в 19941995 гг. объемы производства путем ввода в работу еще двух добычных скважин показали, что они пробурены без должного учета геологической ситуации и реальных технологических возможностей.

Стало очевидным, что переход к промышленному производству невозможен без восстановления ведущих позиций научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ и решения ряда важнейших задач, таких как:

♦ создание геотехнологической классификации природных типов богатых железных руд и геотехно-логических карт на основе детального анализа опытной эксплуатации скважин, уточненных данных по геологии и структуре рудных массивов, выявленных закономерностей размещения в проcтранстве

разновидностей руд;

♦ переход от пассивных способов СГД к активным, к управляемому разрушению руд и к их принудительной дезинтеграции;

♦ создание технических средств, в том числе операционных механизмов, обеспечивающих управление технологическими процессами в широком диапазоне непрерывно изменяющихся условий.

В практическом плане требуется доработать или усовершенствовать, или создать новые методы, средства и способы:

♦ геологического обеспечения, включающего методику и технологию получения достаточных знаний о горном массиве, а также комплекс нормативных документов и требований, позволяющих осуществлять геолого-промышлен-ную оценку месторождений богатых железных руд, применительно к СГД;

♦ вскрытия руд месторождений линейных кор выветривания, отличающихся сложными изменчивыми горно-геологическими условиями;

♦ принудительного обрушения и управления формированием выработанного пространства,

обеспечивающих необходимый рост продуктивности и производительности скважин;

♦ рудоподготовки и пульпопри-готовления, существенно усиливающих дезинтеграционные возможности процесса СГД;

♦ рудного подъема, учитывающего изменчивость состава и темпы поступления рудной массы на забой;

♦ контроля выработанного пространства, действующего без остановки добычного процесса или с минимальными непроизводительными затратами рабочего времени;

♦ специальные операционные механизмы и энергетическое оборудование, способные обеспечивать плавное регулирование энергетических потоков.

Требуют решения и другие вопросы, связанные с управлением скважинным оборудованием, опробованием и приемом пульпы на

поверхности, контролем состояния окружающей среды, техники безопасности и т.д.

В настоящее время опытный участок СГД на Шемраевском месторождении восстанавливается. Методическое руководство работами осуществляет Научноисследовательский институт по проблемам КМА им. Л.Д. Шевя-кова. Разработана программа создания и освоения технологии СГД богатых железных руд на основе системного подхода к решению всего комплекса проблем. Она предусматривает завершение к середине 1999 г. опытно-методической стадии работ с попутной добычей около 20-40 тыс. тонн руды в год. В 2000-2002 гг. намечается осуществить эксплуатацию опытного рудника, мощностью 100-250 тыс. тонн руды в год, а к 2005 году перевести его в промышленное предприятие. В итоге продуктивность добычной скважины должна приблизиться к 100 тыс. тонн, а удельная продуктивность к 700800 тонн на метр продуктивного горизонта. Уже в 2001-2002 г.г. рудник сможет осуществлять свое развитие за счет самофинансирования.

Реализация программы по созданию технологии с управляемым обрушением руды позволит включить в сырьевую базу СГД до 300 млн.т разведанных запасов Шем-раевского месторождения и прогнозировать до 1500-2000 млн. т запасов руд пригодных для СГД на других месторождениях КМА (Яковлевское, Гостищевское и другие).

При проектировании новых предприятий для СГД богатых железных руд необходимо учитывать, что практический опыт эксплуатации скважин получен лишь для Шемраевского месторождения. Другие перспективные месторождения и участки имеют заметные отличия в геологии, морфологии и структуре залежей, в вещественном составе и других особенностях руд. Их изучение и оценка производились в основном в 50-60 годы по редким разведочным сетям и в кондициях для

103

традиционных способов добычи, для которых по нормативам тех лет не было необходимости тщательно учитывать изменчивость руд по физическим свойствам. Поэтому выбор и подготовка месторождений или их участков к СГД должны быть обеспечены соответствующим комплексом исследований на стадии специальных разведочных работ, включающих

опытные геотехнологические исследования руд в скважинах.

В настоящее время на Шемра-евское месторождении имеется участок с достаточной степенью изученности. Здесь в 1988-1989-годах был создан уникальный полигон из трех десятков скважин, глубиной 700-1000м, который позволяет апробировать и внедрять научные и технические разработ-

ки, изучать реакцию горного массива на технологические процессы, организовать соответствующий экологический мониторинг в процессе отработки промышленной технологии. Именно здесь имеются наиболее благоприятные условия для сооружения промышленного предприятия СГД богатых железных руд.

© Д.В. Труфанов, С.Г. Лейзерович, В.Н. Аллилуев, И.В. Британ, П.О. Гостюхин