Экологическая геотехнология освоения железорудного месторождения

1. Экологическая геотехнология освоения железорудного месторождения посредством подземного выщелачивания полезных компонентов руд путем разбуривания эксплуатационными скважинами добычного участка по сети, образуемой параллельными рядами скважин, пробуренных вкрест направления течения обводняющего пласт полезного ископаемого напорного потока, подготовки скважин к добыче полезного ископаемого путем присоединения к устью каждой скважины емкости, оснащенной запорно-регулирующей арматурой, закачки выщелачивающего агента в пласт полезного ископаемого, растворения полезных компонентов руд с образованием продуктивного раствора, выдачи к дневной поверхности получаемого продуктивного раствора, для подачи жидкого выщелачивающего агента в пласт полезного ископаемого и выдачи продуктивного раствора к дневной поверхности используют регулярное суточное действие приливной волны земной поверхности над месторождением путем включения выдачного вентильного клапана в период земного прилива и включения закачного вентильного клапана в период земного отлива, отличающаяся тем, что перед началом освоения месторождения создают на базе имеющихся сведений о природных ресурсах месторождения геотехнологическую модель эксплуатации месторождения, корректируемую в процессе эксплуатации месторождения, на основе которой определяют конструктивное оформление каждой добычной ячейки сети и режим ее работы, причем добычная ячейка сети образуется одной универсальной эксплуатационной скважиной, содержащей вертикальный ствол большого диаметра, пробуренный до подошвы продуктивного пласта с оборудованием опорного башмака из твердеющего материала, имеющий выше кровли продуктивного пласта кондуктор, посредством которого продуктивный пласт в латеральном простирании разбуривается горизонтальными стволами малого диаметра для закачки выщелачивающего агента и выдачи продуктивного раствора, а устье скважины у дневной поверхности оборудуется резервуаром, покрытым не промерзающим слоем торфа, и содержащим две емкости - нижнюю и верхнюю, причем нижняя емкость предназначена для сбора, хранения и закачки в продуктивный пласт выщелачивающего агента, в качестве которого используют болотную воду из перекрывающих месторождение торфяных отложений, а верхняя емкость предназначена для сбора продуктивного раствора и извлечения из него полезных компонентов руды, при этом обе емкости оборудованы автономными контрольно-измерительными приборами и регулирующими устройствами, позволяющими дистанционно контролировать и управлять работой добычными ячейками сети универсальных эксплуатационных скважин.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что геотехнологическую модель эксплуатации месторождения создают на базе ранее разведанных и обновляющихся в процессе освоения месторождения сведений о горно-геологических условиях залегания в земных недрах полезного ископаемого.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что геотехнологическую модель эксплуатации месторождения создают на базе ранее разведанных и обновляющихся в процессе освоения месторождения сведений о гидрологических условиях нахождения подземных и поверхностных вод.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что геотехнологическую модель эксплуатации месторождения создают на базе ранее разведанных и обновляющихся в процессе освоения месторождения сведений о климатометеорологических факторах.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что закачные горизонтальные стволы малого диаметра разбуриваются против и вкрест направления течения, обводняющего пласт полезного ископаемого напорного потока.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выдачные горизонтальные стволы малого диаметра разбуриваются по направлению и вкрест направления течения, обводняющего пласт полезного ископаемого напорного потока.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вертикальный ствол большого диаметра универсальной эксплуатационной скважины обсаживается от устья до подошвы продуктивного пласта толстостенной трубой из долговечного крепкого кислотощелочеупорного материала, например, пластмассы.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что горизонтальные стволы малого диаметра универсальной эксплуатационной скважины обсаживаются трубами из долговечного гибкого кислотощелочеупорного материала, например, пластмассы.
9. Способ по пп. 1, 8, отличающийся тем, что обсадные трубы горизонтальных стволов малого диаметра по мере выработки верхних слоев продуктивного пласта становятся сначала наклонно-горизонтальными, а в завершающей стадии выработки нижних слоев продуктивного пласта - прогибаясь, становятся наклонными и направленными квазиортогонально направлению течения, обводняющего пласт полезного ископаемого напорного потока.
10. Способ по пп. 1, 8, 9, отличающийся тем, что обсадные трубы горизонтальных стволов малого диаметра перфорируются от свободного конца трубы на длину трубы, равную мощности пласта полезного ископаемого.
11. Способ по пп. 1, 8, 9, 10, отличающийся тем, что перфорация стенок обсадных труб горизонтальных стволов малого диаметра производится под углом 45° к оси трубы, обеспечивая эжекционный захват выщелачивающего агента попутным течением, обводняющего пласт полезного ископаемого напорного потока и создавая дополнительный напор при выдаче продуктивного раствора в сборную емкость.
12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что устьевой резервуар выполняется из долговечного прочного кислотощелочеупорного материала с герметическим разделением нижней и верхней емкости.
13. Способ по пп. 1, 12, отличающийся тем, что нижняя емкость устьевого резервуара размещается своей верхней кромкой на уровне или ниже подошвы болотных торфяных отложений, а боковая поверхность нижней емкости окружается дренажно-сборным отстойником болотных вод.
14. Способ по пп. 1, 12, отличающийся тем, что нижняя емкость устьевого резервуара размещается своей верхней кромкой на уровне дневной поверхности, а верхняя часть боковой поверхности верхней емкости оборудуется дренами в виде перфорированных труб малого диаметра, при этом верхняя емкость снабжается съемной герметичной крышкой.
15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что освоение железорудного месторождения начинают от того борта, из которого выходит обводняющий пласт полезного ископаемого напорный поток, далее продолжают отработку по направлению течения этого потока и завершают процесс у того борта, в который входит обводняющий поток.
16. Способ по пп. 1, 15, отличающийся тем, что осуществляют однородное и равномерное движение фронта забоя подземной отработки как в латеральном простирании, так и по мощности пласта полезного ископаемого - от кровли до подошвы.
17. Способ по пп. 1, 16, отличающийся тем, что производят дистанционное регулирование физических и химических параметров процесса подземного выщелачивания во взаимодействующих добычных ячейках сети.
18. Способ по п. 1, отличающийся тем, что добычной процесс организуется посредствам циркуляции водного рабочего раствора, целенаправленно и периодически изменяющего свои свойства на разных стадиях геотехнологии, а именно, сначала болотная вода из поверхностных торфяных отложений аккумулируется в нижней емкости устьевого резервуара, затем ежесуточно, во время земного отлива, она из нижней емкости через вертикальный ствол скважины большого диаметра и горизонтальные стволы малого диаметра подается в пласт полезного ископаемого, где смешиваясь с обводняющим пласт потоком оказывает выщелачивающие действие на железную руду и превращается в продуктивный раствор, которой ежесуточно, во время земного прилива, выдается по горизонтальным и вертикальным стволам малого диаметра в верхнюю емкость устьевого резервуара, где из него извлекается полезные компоненты, а освобожденная от металлов вода дренируется на непромерзающую поверхность торфяной залежи в окрестностях устья скважины и, проходя всю мощность торфяных отложений, снова становится болотной водой, которая повторно аккумулируется в нижней емкости устьевого резервуара и поступает в добычной процесс.
19. Способ по пп. 1, 18, отличающийся тем, что извлечение полезных компонентов из продуктивного раствора производят в приоритетном порядке, определяемом регулярно на очередном этапе освоения месторождения исходя из потребности в конкретном полезном компоненте железной руды, а именно, сначала посредством гидрометаллургии извлекают наиболее ценный в текущий период времени полезный компонент, затем, в порядке убывания ценности, селективно извлекают остальные полезные компоненты, если оказывается, что селективное извлечение средствами гидрометаллургии остальных полезных компонентов неэффективно, то продуктивный раствор, после извлечения самого ценного полезного компонента, в качестве промежуточного продукта, направляется на получение коллективного концентрата полезных компонентов для последующего селективного извлечения полезных компонентов другими способами, при этом концентрирование промежуточного продукта и его хранение осуществляют вблизи от устья универсальной эксплуатационной скважины.
20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что концентрирование промежуточного продукта осуществляется посредством процесса выпаривания по патенту RU 2600229 С2.
21. Способ по п. 19, отличающийся тем, что концентрирование промежуточного продукта осуществляется посредством процесса вымораживания по патенту RU 2600229 С2.
22. Способ по пп. 1-4, 16, 17, отличающийся тем, что дистанционное управление режимом работы добычной ячейки сети универсальных эксплуатационных скважин осуществляется путем регулирования концентрации выщелачивающего агента в пласте полезного ископаемого.
23. Способ по п. 22, отличающийся тем, что болотную воду укрепляют жидким концентратом местной микрофлоры, обсеменяющей болотную воду.
24. Способ по п. 22, отличающийся тем, что болотную воду укрепляют жидким концентратом гуминовых кислот, полученных из местных болотных вод и/или из вытяжек местных торфяных отложений.
25. Способ по п. 22, отличающийся тем, что болотную воду укрепляют путем барботирования собранного в нижней емкости устьевого резервуара водного раствора кислотообразующим газом.
26. Способ по п. 25, отличающийся тем, что в качестве газа используют сжатый хлор.
27. Способ по п. 25, отличающийся тем, что в качестве газа используют сжатый диоксид серы.
28. Способ по п. 25, отличающийся тем, что в качестве газа используют сжатый диоксид азота.
29. Способ по пп. 1, 25-28, отличающийся тем, что применяемый сжатый газ используют для создания противодавления при эжекции выщелачивающего агента в напорный поток, обводняющий пласт полезного ископаемого.
30. Способ по пп. 1-4, 16, 17, отличающийся тем, что дистанционное управление режимом работы добычной сети универсальных эксплуатационных скважин осуществляется путем регулирования давления в нижней и верхней емкостях устьевого резервуара.
31. Способ по п. 30, отличающийся тем, что разряжение атмосферного воздуха в верхней емкости устьевого резервуара создается посредством вакуумированного баллона, открываемого по мере необходимости.
32. Способ по п. 30, отличающийся тем, что повышенное давление атмосферного воздуха в нижней емкости устьевого резервуара создается посредством баллона со сжатым воздухом, открываемого по мере необходимости.
33. Способ по п. 30, отличающийся тем, что давление в емкостях устьевого резервуара регулируется перекачкой воздуха из одной емкости в другую воздушным насосом.
34. Способ по п. 33, отличающийся тем, что воздушный насос приводится в действие посредством ветровой энергии.
35. Способ по п. 33, отличающийся тем, что воздушный насос приводится в действие посредством солнечной энергии.
36. Способ по пп. 1-4, 16, 17, отличающийся тем, что дистанционное управление режимом работы добычной сети универсальных эксплуатационных скважин осуществляется путем регулирования температуры процесса выщелачивания.
37. Способ по п. 36, отличающийся тем, что производят нагрев болотной воды в нижней емкости устьевого резервуара.
38. Способ по п. 37, отличающийся тем, что для нагрева используют непосредственно солнечное тепло, улавливаемое на дневной поверхности, аккумулируемое и переносимое теплоносителем в объем болотной воды.
39. Способ по п. 37, отличающийся тем, что для нагрева используют теплоэлектронагревательные элементы, помещенные в объем болотной воды, потребляющие электроэнергию от солнечных батарей.
40. Способ по пп. 37, 39, отличающийся тем, что теплоэлектронагревательные элементы потребляют энергию от ветроэнергетической установки.
41. Способ по п. 37, отличающийся тем, что для нагрева болотной воды используют тепло, получаемое в процессе сжигания торфа, поверхностные отложения которого перекрывают железорудное месторождение.
42. Способ по п. 37, отличающийся тем, что для нагрева болотной воды используют тепло, получаемое в процессе медленного химического окисления торфа.
43. Способ по п. 37, отличающийся тем, что для нагрева болотной воды используют тепло, получаемое в процессе медленного микробиологического разложения торфа.
44. Способ по п. 37, отличающийся тем, что производят нагрев пласта полезного ископаемого.
45. Способ по пп. 36, 44, отличающийся тем, что для нагрева пласта используют тепло подземных термальных вод.
46. Способ по п. 45, отличающийся тем, что пласт нагревают со стороны водонепроницаемой кровли.
47. Способ по п. 45, отличающийся тем, что пласт нагревают со стороны водонепроницаемой подошвы.
48. Способ по п. 45, отличающийся тем, что пласт нагревают непосредственно путем смешения термальных вод с обводняющим пласт напорным потоком.
49. Способ по пп. 44-48, отличающийся тем, что вертикальную скважину большого диаметра добуривают от подошвы железорудного пласта до водоносного горизонта термальных вод, обсаживают и оборудуют пакерами ниже подошвы, на уровне подошвы и кровли.
50. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выемку из верхней емкости устьевого резервуара извлеченных из продуктивного раствора полезных компонентов руды производят, преимущественно, с воздуха соответствующими воздушными аппаратами, например, дистанционно управляемыми роботизированными комплексами типа ДРОН, вертолетами, дирижаблями.
51. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дистанционный контроль и управление работой добычных ячеек сети универсальных эксплуатационных скважин осуществляют посредством средств околоземного космического базирования, например, группировки спутников и/или обитаемой орбитальной станции.
52. Способ по п. 51, отличающийся тем, что производят наблюдение за изменениями ландшафта и рельефа дневной поверхности железорудного месторождения в течении всего времени его освоения и в постэкплуатационный период.
53. Способ по п. 1, отличающийся тем, что производят комплексный региональный мониторинг природной среды до, во время и после освоения железорудного месторождения.
54. Способ по пп. 1, 44-49, отличающийся тем, что в состав болотной воды, подаваемой в подземное пространство, добавляют органический субстрат, обсемененный метангенерирующими бактериями; образуемую смесь направляют в прогретую до температуры 28-40°С обводненную горную выработку; генерируемый метан выдают в виде газа и/или в составе газовой фазы газированной жидкости в герметичную верхнюю емкость устьевого резервуара, оттуда производят его отбор.
55. Способ по п. 54, отличающийся тем, что органический субстрат производят из возобновляемых биологических ресурсов, востребованных на территории осваиваемого месторождения и в его окрестностях.
56. Способ по п. 54, отличающийся тем, что в качестве возобновляемого биологического ресурса используют торф.
57. Способ по п. 54, отличающийся тем, что в качестве возобновляемого биологического ресурса используют древесные отходы лесопользования, получаемых в результате санитарных рубок ухода за лесом и заготовки древесины.
58. Способ по п. 55, отличающийся тем, что в качестве возобновляемого биологического ресурса используют древесные отходы деревообработки.
59. Способ по п. 55, отличающийся тем, что в качестве возобновляемого биологического ресурса используют отходы животноводческих производств.
60. Способ по п. 55, отличающийся тем, что в качестве возобновляемого биологического ресурса используют отходы растениеводства.
61. Способ по п. 55, отличающийся тем, что в качестве возобновляемого биологического ресурса используют отходы пищевой промышленности.
62. Способ по п. 55, отличающийся тем, что в качестве возобновляемого биологического ресурса используют органические отходы химической промышленности.
63. Способ по п. 55, отличающийся тем, что твердую фазу органического субстрата измельчают до размеров частиц, менее 30 микрометров.
64. Способ по п. 54, отличающийся тем, что базовую часть контаминанта составляют метангенерирующие бактерии местных болотных систем на территории осваиваемого месторождения и его окрестностей.
65. Способ по п. 54, отличающийся тем, что метан, после его отбора из устьевого резервуара, подвергают комплексной подготовке к транспортировке и использованию.
66. Способ по п. 65, отличающийся тем, что газ очищают от механических примесей.
67. Способ по п. 65, отличающийся тем, что производят осушку газа.
68. Способ по пп. 65-67, отличающийся тем, что газ сжимают.
69. Способ по пп. 65-67, отличающийся тем, что газ ожижают.
70. Способ по пп. 65-67, отличающийся тем, что газ транспортируют по трубопроводу.
71. Способ по п. 70, отличающийся тем, что газ транспортируют по трубопроводу по техническому решению RU2001107220.
72. Способ по пп. 65-69, отличающийся тем, что газ транспортируют в баллонах.
73. Способ по пп. 65-69, отличающийся тем, что газ транспортируют в цистернах наземным, водным и воздушным транспортом.
74. Способ по пп. 65-68, отличающийся тем, что газ транспортируют в мягких воздухоплавающих оболочках.
75. Способ по пп. 65-68, 74, отличающийся тем, что газ используют на месторождении по техническому решению RU 19812 U1.
76. Способ по пп. 65-69, отличающийся тем, что газ используют для производства электроэнергии, в том числе непосредственно на месторождении.
77. Способ по пп. 65-69, отличающийся тем, что газ используют для производства тепла, в том числе непосредственно на месторождении.
78. Способ по пп. 65-69, отличающийся тем, что газ используют для производства химических продуктов.
79. Способ по пп. 1, 54, 55, отличающийся тем, что в начале добычных работ геотехнология реализуется путем генерации продуктивного железосодержащего раствора, затем в получаемых горных выработках начинают генерировать метан параллельно с получением продуктивного раствора, и, после отработки всего железосодержащего пласта, генерация метана производится во всем объеме выработки.
80. Способ по пп. 1, 54, 55, отличающийся тем, что в приподошвенном пространстве горной выработки формируют минеральный осадок.
81. Способ по пп. 1, 54, 55, отличающийся тем, что в приподошвенном пространстве горной выработки формируют органический осадок, надлежащий над минеральным осадком.
82. Способ по пп. 1, 54, 55, 80, 81 отличающийся тем, что формируют органоминеральный осадок илово-сапропелевого типа.
83. Способ по п. 82, отличающийся тем, что посредством скважинной гидравлической добычи органоминерального осадка выдают на дневную поверхность илово-сапропелевый субстрат.
84. Способ по п. 83, отличающийся тем, что смешивая илово-сапропелевый субстрат с органическим субстратом и торфом получают почво-грунты.
85. Способ по п. 83, отличающийся тем, что смешивая илово-сапропелевый субстрат с органическим субстратом и торфом получают удобрения.
86. Способ по п. 85, отличающийся тем, что получают жидкие удобрения.
87. Способ по п. 85, отличающийся тем, что получают гранулированные удобрения.
88. Способ по пп. 1, 54, 79, 82, отличающийся тем, что экологическую геотехнологию освоения железорудного месторождения реализуют циклично, в первом цикле посредством подземного выщелачивания железной руды в качестве товарного продукта получают ее полезные компоненты, во втором цикле посредством подземной генерации метана получают товарный газ в качестве энергетического, химического сырья и моторного топлива, в третьем цикле посредством подземного формирования илово-сапропелевого субстрата получают товарный продукт в виде высококачественных органоминеральных удобрений.