Введение к работе
Актуальность работы.
Освоение Архангельской алмазной провинции является одной из приоритетных задач в проблеме коэволюционного развития минерально- сырьевого комплекса (МСК) России в третьем тысячелетии.
Сложные горно-геологические и гидрогеологические условия, эколого-экономические и временные критерии освоения месторождений алмазов требуют не традиционных подходов.
Значительная заболоченность местности, неустойчивость и небольшая крепость алмазосодержащих брекчий и ксенотуфобрекчий, содержание до 80% во вмещающих породах саппонитовых и монтмо-риллонитовых глин, склонных к значительному (в 5-Ю раз) увеличению в объеме при их увлажнении, пегролого-геохимические и минералогические оценочные критерии требуют поиска новых технологий.
В отличие от имеющихся предложений по открытому способу добычи (трубка Архангельская), скважинной гидродобыче (трубки им. М.В.Ломоносова, Пионерская и Поморская) нами предложена, разработана и проведена в опытно-промышленном объеме разведочно-эксплуатационная технология (трубка Карпинского-1), предусматривающая органическую взаимосвязь отбора крупномасштабной технологической пробы (соизмеримой с объемом при добычных работах) с элементами возможной последующей отработкой трубки выбуриванием скважинами большого диаметра.
Широко известная практика проходки вертикальных горных выработок (стволов шахт, восстающих и др.) скважинами большого диаметра в условиях алмазоносных Архангельских месторождений дополнительно потребовали изучения и решения задач недопущения переизмельчения алмазов, особенностей транспортирования гидросмеси, обоснования параметров эрлифтирования технических средств и скорости бурения, а также обеспечения устойчивости выбуренной скважины на весь ее эксплуатационный период.
Цель работы заключается в создании новой разведочно-эксплуатационной технологии освоения месторождений алмазосодержащих руд горнотехническими скважинами большого диаметра, базирующейся на физико- аналитическом обосновании взаимозависимых параметров допустимого измельчения кристаллов алмазов, эрлифтирования гидросмеси, давления бурового раствора и кратковременного поддержания выбуренного пространства в кимберлитовой трубке.
]
Идея работы заключается в использовании потенциальной возможности вязко-пластичного циркуляционного потока гидросмеси для предотвращения переизмельчения выбуриваемой алмазосодержащей горной массы на забое и обеспечение эффективного выноса ее по стволу горнотехнической скважины.
Работа выполнена в ОАО «Атомредметзолото» и на объектах ОАО «Севералмаз». Основные положения диссертации базируются на результатах исследований, выполненных с личным участием автора в 1984-1988 гг. в соответствии с приоритетнеым направлением Российской академии наук «Создание комплексных технологий выявления и оценки забалансовых запасов алмаза и вовлечения их в эксплуатацию и создание рациональных схем утилизации отходов алмазодобывающей промышленности» в рамках государственной подпрограммы «Экогорметкомплекс будущего» Миннауки и технологий РФ, «Ресурсосберегающие и экологически безопасные процессы горнометаллургического производства (1992-1995гг.), в рамках всесоюзной программы «Лампроит» (1985-1990гг.), а также по проектам №ЗЮ и 77-05 Федеральной целевой программы «Интеграция» (1997-2000 гг.).
Цель исследований в соответствие с идеей обуславливает решение следующих задач:
обоснование методических принципов ведения разведочно-эксплуатационных работ выбуриванием горнотехнических скважин большого диаметра;
обоснование и разработка научной концепции необходимых и достаточных условий эффективной транспортабельности и кондиционной сохранности алмазного сырья в призабойной зоне скважины;
разработка аналитической модели эрлифтного гидроподъема крупнокусковой алмазосодержащей горной массы;
обоснование технологии гидрозакладки выбуренного пространства кимберлитовой трубки шлюзовыми камерными аппаратами.
Метод исследования. При решении задач использовался комплексный метод исследований, включающий; изучение и анализ литературных и патентных материалов, инженерный анализ и обобщение результатов экспериментальных и опытно-промышленных работ, аналитическое обоснование параметров технологических процессов.
Основные научные положения, защищаемые в диссертации:
-
Концепция разведочно-эксплуатационного освоения алмазосодержащих брекчий горнотехническими скважинами большого диаметра должна основываться на создании транспортирующей способности призабойного потока жидкости, соответствующему наибольшему куску твердого, образующегося в результате механического скола породораз-рушающего инструмента без ухудшения природного качества алмазного сырья.
-
Характер изменения площади поперечного сечения горнотехнической скважины в процессе ее выбуривания большим диаметром может рассматриваться как стационарный процесс взаимодействия гидростатического давления бурового раствора и сопротивления податливости глинистой корки на стенке скважины, что имеет важное значение при определении кратковременной ее устойчивости на весь срок эксплуатации.
-
Степень управления процессом эрлифтирования определяется взаимосвязанными параметрами диаметра эрлифта, длиной линии всасывания и нагнетания, крупностью куска твердого, плотностью несущей жидкости, а также абсолютной длиной эрлифта.
-
Гидрозакладка выбуренных горнотехнических скважин шлюзовыми аппаратами обеспечивает процесс перемещения высоконасыщенной крупнокусковой гидросмеси и предопределяется расходной сбалансированностью входного водяного и потока гидросмеси на выходе из аппарата при создании нисходящего движения твердого в очистном пространстве от состояния псевдоожижения до транспортного в плоскости вытеснения его в магистральный трубопровод.
Достоверность и обоснованность паучных положений, выводов и рекомендаций подтверждается результатами теоретических и экспериментальных исследований выбуривания горнотехнические скважин большого диаметра в Архангельских ксенотуфобрекчиях в лабораторных и опытно-промышленных условиях.
Относительная ошибка вариации расчетных значений от фактических составляет в среднем около 7 % при максимальной 13 %.
Научное зпачение работы - заключается в теоретическом обосновании основных положений процесса выбуривания алмазосо-
держащих пород с учетом сохранности крупнозернистого ценного кристаллосырья при управляемом гидротранспорте его на поверхность как основы создания интенсивной разведочно-эксплуатационнои технологии освоения месторождений алмаза с использованием бурения горнотехнических скважин большого диаметра.
Практическое значение работы заключается в том, что на основе выявленных закономерностей разрушения (скола) алмазосодержащего кимберлита, характерного для процесса выбуривания горнотехнических скважин большого диаметра, и созданных аналитических моделей процесса забойного выноса крупнозернистого ценного кристаллосырья с последующей закладкой очистного пространства разработаны и созданы технические средства и высокопроизводительная разведочно-эксшгуатационная экологизированная технология освоения алмазосодержащих месторождений Архангельской алмазоносной провинции.
Реализация работы в промышленности.
Результаты диссертационной работы использованы в рабочей документации скважинного аппарата (породоразрушающего инструмента и эрлифта) и в регламенте разведочно-эксплуатационных работ при выбуривании горнотехнических скважин большого диаметра в алмазосодержащих кимберлитах на трубке им. Карпинского-1 Архангельского региона, а также при работах на кимберлитовых трубках «Снегурочка», «Первомайская», «402» и «им. В.Гриба».
Апробация основных положений диссертации осуществлена на семинарах и технических совещаниях в ОАО «Севералмаз», научных конференциях МГГУ и МГГА в 1998-2000гг., при обсуждении проектных решений на предприятиях ОАО «Севералмаз», институтов ИПКОН, ВНИПИ-промтехнологии, МГГА.
Публикации. Основные результаты исследований и положений, отраженных в диссертации, опубликованы в 4 печатных работах и восьми научных отчетов.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 121 странице машинописного текста, содержит 12 таблиц, 24 рисунка, библиографический список из 109 наименований и приложений.