УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ МЕТОДОМ ОДНОСКВАЖИННОГО ПОДЗЕМНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ В УСЛОВИЯХ МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ

Полезная модель относится к горному делу и может быть использована при проектировании, освоении и отработке руд месторождений различных полезных ископаемых, таких как уран, медь, золото и др., методом подземного выщелачивания в условиях многолетней мерзлоты, без предварительного прогрева месторождения.
Известно сооружение для кучного выщелачивания полезных ископаемых из руд, при отрицательных температурах окружающей среды, содержащее гидронепроницаемое основание на котором отсыпана куча из подлежащей выщелачиванию рудной массы, в верхней части кучи размещается система орошения, в нижний сборник продуктивных растворов, сооружение снабжено теплонепроницаемым покрытием и по крайней мере одним тепловым элементом [1].
Недостатком этого сооружения является необходимость извлечения рудной массы на поверхность и невозможность адаптации указанного способа для подземного выщелачивания.
Известно так же устройство для добычи полезных ископаемых через скважины, включающее внешнюю рабочую колонну с откачными и закачными отверстиями, внутреннюю рабочую и газоподаюшую колонны, концентрично расположенные во внешней рабочей колонне, а также пакер, установленный в межтрубном пространстве. Полость внутренней рабочей колонны сообщена с внешней рабочей колонной выше пакера [2].
Недостатками указанного устройства является невозможность его использования в многолетнемерзлых вмещающих породах.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемой полезной модели является устройство односкважинного подземного выщелачивания рудных тел описанное в [3]. В данном устройстве в скважину раздельно закачивается выщелачивающий раствор и окисляющий газ. Рудный интервал выполняется открыто сообщенным с рудным телом. Нагрев рудного тела осуществляется за счет предварительного подогрева подаваемого газа. Подъем продуктивного раствора осуществляется по технологии эйрлифт.
Недостатками указанного устройства является, во-первых невозможность использования рудного интервала открыто сообщенного с рудным телом в случае неустойчивых песчаных грунтов, которые обрушатся в рудный интервал. Во-вторых необходимость подачи воздуха даже в случае отсутствия необходимости окислять породу. Теплоемкость воздуха ниже теплоемкости выщелачивающего раствора, и использование его как теплоносителя менее эффективно.
Технический результат полезной модели направлен на создание устройства для добычи полезных ископаемых методом односкважинного подземного выщелачивания в условиях многолетней мерзлоты при одновременном снижении затрат времени на предварительный нагрев месторождения.
Данный технический результат достигается тем, что устройство для добычи полезных ископаемых методом односкважинного подземного выщелачивания в условиях многолетней мерзлоты, содержащее две коаксиально расположенные рабочие колонны внешнюю и внутреннюю, на внешней рабочей колонне размещены два фильтра, верхний фильтр размещен на верхней границе разрабатываемого горизонта, нижний фильтр размещен на нижней границе разрабатываемого горизонта, на внутренней рабочей колонне размещены насос и пакер, внутренняя рабочая колонна над пакером снабжена проточным нагревателем и соединена с внешней рабочей колонной через дистанционно управляемый клапан.
При этом, в одном частном случае внешняя поверхность рабочей колонны покрыта теплоизоляционным материалом на расстоянии от дневной поверхности до разрабатываемого горизонта.
Кроме того, в другом частном случае верхний фильтр может быть дополнительно снабжен аэратором.
Введение в устройство проточного электронагревателя позволяет осуществлять добычу полезного ископаемого с одновременным увеличением растопленной области пригодной для выщелачивания, что сокращает сроки разработки месторождения. При этом наличие управляемого клапана позволяет доводить концентрацию раствора полезного ископаемого до оптимального значения, с одновременным нагревом без подъема выщелачивающего раствора на дневную поверхность, что так же способствует сокращению расходов на добычу полезного ископаемого.
Пример конкретной реализации устройства поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен вариант добывающей скважины оборудованной устройством для добычи полезного ископаемого способом подземного выщелачивания в условиях многолетней мерзлоты.
На фиг. 1 показана обсадная труба 1 опущенная до продуктивного горизонта 2, пространство между обсадной трубой 1 и внешней рабочей колонной 3 заполнено теплоизоляционным материалом 4, внешняя рабочая колонна оборудована двумя фильтрами 5 и 6, расположенными у верхней границы разрабатываемого продуктового горизонта и у нижней границы горизонта, на верхнем фильтре 5 монтируется аэратор 7, во внешней рабочей колонне 3 размещается внутренняя рабочая колонна 8, оборудованная погружным насосом 9, дистанционно управляемым клапаном 10 и регулируемым проточным электронагревателем 11, между насосом и клапаном расположен пакер 12, установленный в межтрубном пространстве, образованном внешней и внутренней рабочей колонной. В межтрубном пространстве так же располагаются трубопровод для подачи сжатого воздуха или технического кислорода в аэратор 7 и кабельные линии для насоса 9, нагревателя 11 и управления клапанным механизмом 10. Трубопровод и кабельные линии на фигуре не показаны. Линии тока движения растворов в рудном теле и в скважине показаны стрелками 13. Фильтрация рабочего раствора в рудном теле происходит в растопленной области с границей 14.
Устройство работает следующим образом. Во внешнюю рабочую колонну 3 подают горячий раствор выщелачивающего реагента, который заполняет межтрубное пространство. В этот момент слой замерзшего рудного тела начинает оттаивать за счет нагрева от рабочей колонны, нагреватель 11 обеспечивает дополнительный нагрев рабочего раствора в нижней части колонны. При необходимости можно организовать циркуляцию разогретого раствора. Открыв управляемый клапан 10 можно обеспечить циркуляцию горячего раствора внутри рабочей колонны. После того, как окружающее рабочую колонну пространство оттает, скважина переводится в основной режим работы, при котором будет обеспечиваться дальнейший нагрев и растопление рудного тела и одновременное выщелачивание полезной компоненты.
В основном режиме работы горячий раствор выщелачивающего реагента через аэратор 7 и верхний фильтр 5 поступает в рудный массив и фильтруется по нему до нижнего фильтра, через который попадает в межтрубное пространство с расположенным там насосом. Насос нагнетает раствор во внутреннюю рабочую колонну 8, где он нагревается электронагревателем 11.
При открытом клапане 10 выше насоса, нагретый рабочий раствор поступает в верхнее межтрубное пространство, где пройдя через аэратор 7 и верхний фильтр 5, опять поступает в рудное тело. Фильтруясь по рудному массиву, раствор насыщается полезными компонентами, из-за присутствия в нем кислорода обеспечивает протекание окислительных реакций и нагревая массив многолетней мерзлоты, увеличивает растопленную область, которая сразу включается в процесс выщелачивания. Циркуляция раствора производится до тех пор, пока концентрация полезного компонента в растворе не достигнет технологически оптимальной величины или пока концентрация активного реагента не упадет ниже необходимого уровня.
При закрытом клапане 10 насыщенный полезными компонентами раствор по внутренней колонне поступает на дневную поверхность для последующего извлечения полезного компонента, обогащения выщелачивающими реагентами и возврата в рабочий процесс.
В промежуточных положениях клапана 10 обеспечивается частичная замена рабочего раствора на новый, подаваемый по внешней рабочей колонне 3. Поднятый по внутренней колонне 8 раствор идет на переработку. Этот режим используется для восстановления концентрации рабочего раствора, которая снижается по причине разбавления его талой водой из размороженного грунта. Также этот режим может использоваться для отбора проб рабочего раствора с целью контроля его химического состава.
Предлагаемое устройство позволяет повысить эффективность добычи полезных ископаемых за счет сокращения расхода реагентов, снижения потребления энергии и сокращения времени начала эксплуатации рудного массива при подземном выщелачивании в условиях многолетней мерзлоты.
Источники информации
1. Свидетельство на полезную модель RU №17711, опубл. 20.04.2001
2. Авторское свидетельство СССР №2069262, опубл. 30.09.1978
3. Патент на изобретение RU №2069262, опубл. 20.11.1996