Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современного состояния и особенности применения технологии СГД при разработке россыпей 9
1.1 Современное состояние технологии выемки и технических средств скважинной гидродобычи полезных ископаемых 9
1.2. Особенности СГД при разработке россыпей 21
1.3. Анализ исследований технологических процессов с учетом особенностей разработки погребенных россыпей 25
2. Исследование технологических процессов выемки при разработке россыпей способом СГД 47
2.1. Исследование параметров гидромониторной струи из кольцевой насадки 47
2.2. Исследование процессов гидравлического разрушения золотосодержащих пород 60
2.3. Исследования по доставке песков в камере 80
2.4. Исследования по подъему песков из скважины 87
3. Исследование технологических схем выемки и параметров систем разработки при скважинной гидродобыче золота 105
3.1. Исследования технологических схем выемки песков из россыпей малой мощности 105
3.2. Исследование технологических схем выемки из мощных россыпей 105
3.3. Классификация систем разработки многолетнемерзлых россыпей 119
3.4. Методики расчета параметров выемки при разработке мерзлых погребенных россыпей способом СГД 122
4. Оборудование скважинной гидродобычи 130
4.1. Состав оборудования скважинного гидродобычного комплекса 130
4.2. Испытания скважинного оборудования при разработке россыпей 132
5. Проектирование технологических комплексов при разработке мерзлых россыпей 147
Заключение 156
Литературные источники 162
Приложения 171
- Анализ исследований технологических процессов с учетом особенностей разработки погребенных россыпей
- Исследование процессов гидравлического разрушения золотосодержащих пород
- Исследование технологических схем выемки из мощных россыпей
- Испытания скважинного оборудования при разработке россыпей
Введение к работе
Скважинная гидродобыча (СГД) является одной из физико-химических геотехнологий, осуществляемых через скважины с помощью гидравлической энергии, используемой для разрушения горных пород, доставки разрушенных пород к скважине и подъема их на поверхность.
Основные преимущества СГД: низкие капитальные вложения при отработке глубокозалегающих пластов, возможность применения мобильного и автономного скважинного гидродобычного комплекса, использование серийного технологического оборудования (буровые станки, насосы, компрессоры с электрическим и дизельным приводом), более высокий уровень безопасности при производстве горных работ.
Сырьевой базой для СГД являются месторождения, представленные легко разрушаемыми породами, к которым относятся осадочные месторождения строительных и стекольных песков, золота, алмазов, олова, титана, фосфоритов, урана, мягкие бокситовые и марганцевые руды, зоны выветривания железистых кварцитов, месторождения угля и битуминозных песчаников и т.п.
По своим горно-геологическим условиям россыпные месторождения являются наиболее благоприятными объектами для скважинной гидродобычи. Продуктивный пласт в них представлен легко разрушаемыми несвязными или слабо связными породами, талые россыпи обычно обводнены, что позволяет применять для подъема песков высокопроизводительное эрлифтное оборудование, мерзлые россыпи имеют преимущество устойчивой кровли продуктивного пласта, что позволяет извлекать из скважины значительные объемы песков, покрывающие породы относятся к III -IV категории буримости, что делает относительно недорогим бурение по этим породам.
В последнее время выявлены и разведываются все новые погребенные месторождения золота, залегающие на глубине от 40 до 250 м. Содержание в них металла нередко достигает десятков грамм на квадратный метр пласта, что делает эти россыпи весьма перспективными для отработки способом СГД. Запасы золота на этих месторождениях достигают нескольких десятков тонн. Так, прогнозные запасы в погребенных россыпях Бодайбинского района составляют более тысячи тонн золота. На фоне сокращения запасов для отработки открытым и дражным способом и больших технических трудностей, значительных капиталовложений и эксплуатационных затрат при подземной разработке талых погребенных россыпей, возрастают перспективы золотодобычи способом СГД. В отличие от открытого и подземного способа, мобильные комплексы СГД обеспечат рентабельную добычу даже на небольших по запасам золота погребенных россыпях.
Все это говорит об актуальности создания эффективной технологии скважинной гидродобычи полезных ископаемых из россыпных месторождений.
Развитие технологии СГД неразрывно связано с созданием скважинного добычного оборудования, обеспечивающего эффективность технологии выемки в конкретных горно-геологических условиях, и, как свидетельствует вся история развития скважинной гидродобычи, эти два направления требуют совместной разработки.
Цель работы - установление закономерностей изменения параметров технологии добычи золотосодержащих песков от комплекса горно-геологических факторов и теплофизических свойств мерзлых золотосодержащих и покрывающих пород для разработки рациональных вариантов и обоснования параметров технологии скважинной гидродобычи золота, обеспечивающих эффективную и безопасную разработку погребенных многолетнемерзлых россыпей.
Идея работы заключается в использовании тепло-массообменных процессов в технологии скважинной гидродобычи золота и выявлении на основе теплофизических свойств мерзлых золотосодержащих и покрывающих пород закономерностей изменения параметров выемки золотосодержащих песков способом СГД из погребенных россыпей.
Основные задачи исследований:
1. Анализ технологических и конструктивных решений по СГД и разработка систематизации технологических операций скважинной гидродобычи золота из погребенных многолетнемерзлых россыпей.
2. Определение параметров струи из кольцевой насадки для повышения эффективности работы скважинного гидромонитора.
Установление закономерностей гидравлического разрушения мерзлых золотосодержащих осадочных пород в затопленных и незатопленных условиях.
Установление закономерностей гидравлического разрушения песчано-глинистых сланцев струями среднего давления.
5. Установление закономерностей гидравлической доставки золотосодержащих песков в добычных камерах.
Усовершенствование методик расчета параметров подъема гидросмеси пород с различной плотностью и крупностью.
Обоснование выбора технологических схем скважинной гидродобычи и разработка методик расчета параметров выемки в зависимости от горногеологических условий погребенных многолетнемерзлых россыпей.
8. Обоснование выбора конструктивных решений скважинного гидродобычного оборудования в зависимости от горно-геологических условий россыпных месторождений.
9. Разработка рекомендаций по унификации проектных решений по скважинной гидродобычи золота из погребенных многолетнемерзлых россыпей.
Методы исследования
В работе использован комплекс научных методов, включающий обобщение производственного опыта скважинной гидродобыче полезных ископаемых с учетом горно-геологических условий погребенных многолетнемерзлых россыпей, методы физического моделирования, математической статистики, корреляционного и регрессивного анализа, лабораторные и натурные эксперименты в производственных условиях, выполненные по апробированным и разработанным автором методикам.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1. При выемке золотосодержащих песков из маломощных мерзлых россыпей способом СГД определяющим процессом является гидромониторный размыв пород незатопленной струей, а при разработке мощных
5 многолетнемерзлых россыпей - тепло-массообменный процесс в затопленной камере.
2. Экспериментально обоснована гипотеза, согласно которой механизм гидромониторного разрушения мерзлых осадочных пород заключается в понижении их прочности в результате теплообмена между струей и мерзлым массивом до величины, при которой происходит разрушение мерзлых пород под действием кинетической энергии струи.
При размыве мерзлых осадочных пород в затопленных и незатопленных условиях дальность и производительность разрушения зависят от температуры воды и мерзлых пород, а также от их льдистости.
При разработке мощных многолетнемерзлых россыпей на основе водно-теплового оттаивания пород в затопленной камере, ее форма и производительность добычи по пескам определяются уровнем подачи воды в подземной камере.
Интенсивность тепло-массообмена в затопленной гидродобычной камере определяется радиусом камеры и потерями тепла при подъеме гидросмеси песков по скважине на поверхность.
6. При гидроэлеваторном подъеме крупнообломочных пород производительность подъема не зависит от угла наклона плоскости входа в камеру смешения в диапазоне от 0 до 45, при этом с возрастанием угла наклона снижается вероятность заклинивания в камере смешения негабаритных кусков породы.
7. Увеличение производительности и высоты гидроэлеваторного подъема достигается применением эжектирующей струи из кольцевой насадки.
Научная новизна работы: - впервые установлено, что размыв мерзлых песков струями среднего давления происходит в результате совместного теплового и механического воздействия струи на забой, при этом с повышением температуры воды, при теплообмене с мерзлыми породами, понижается прочность мерзлых песков, что увеличивает скорость размыва; выявлены впервые закономерности изменения дальности и производительности размыва мерзлых осадочных пород струями среднего давления в затопленных и незатопленных условиях в зависимости от диаметра насадки, давления воды, температуры воды и породы, льдистости песков, что позволяет рассчитать параметры гидромониторного разрушения при СГД; впервые установлены закономерности изменения дальности и производительности гидромониторного разрушения песчано-глинистых сланцев разной степени трещиноватости струями среднего давления от диаметра насадки, давления воды и направления трещиноватости, что позволяет обосновать параметры подработки и зачистки плотика подземной камеры при СГД; впервые установлены закономерности изменения дальности и производительности смыва золотосодержащих крупнообломочных пород струями среднего давления от диаметра насадки (10-40 мм) и давления воды (0,5-2,5 МПа), являющиеся основой для определения параметров процесса доставки песков в подземной камере к скважинному гидроэлеватору; разработана методика обоснования параметров технологии скважинной гидродобычи золота из маломощных многолетнемерзлых погребенных россыпей, в основе которой лежит определение расходно-напорных характеристик подъема и размыва песков для получения максимального объема добычи из подземной камеры; при разработке мощных многолетнемерзлых россыпей впервые выявлены закономерности изменения формы подземных камер при водно-тепловом оттаивании пород от уровня подачи воды в камеру и обоснована зависимость изменения производительности по пескам в процессе отработки камеры от затрат тепла на оттаивание и нагревание породы и теплообмен в скважине при подъеме гидросмеси песков на поверхность; разработана методика обоснования технологических параметров выемки песков из мощных погребенных россыпей, основанная на определении характеристик процесса оттаивания, размыва и эрлифтного подъема песков в затопленной камере; - разработаны научные основы систематизации технологических операций и систем разработки погребенных многолетнемерзлых россыпей способом СГД, позволяющей выбрать эффективную технологию для конкретных горногеологических условий россыпи.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: представительным объемом экспериментальных данных, полученных при опытно-промышленном испытании технологии СГД (работы проводились на четырех опытных участках прииска «Экспериментальный» с различными горногеологическими условиями залегания мерзлых россыпей в течение 6 лет); удовлетворительной сходимостью расчетных параметров технологических процессов скважинной гидродобычи золотосодержащих песков с натурными данными при проведении опытных работ по скважинной гидродобыче золотосодержащих песков (отклонение расчетных параметров технологических процессов размыва мерзлых осадочных пород, гидромониторного разрушения песчано-глинистых сланцев и доставки крупнообломочных пород в камере от экспериментальных данных не превышает 15-20%); положительными результатами опытно-промышленных испытаний технологии и оборудования СГД на горнодобывающих предприятиях Магаданской области, Чукотской А.О., Якутия, Иркутской и Омской областях.
Научное значение работы состоит в разработке методологической базы для обоснования вариантов и параметров скважинной гидродобычи и систем разработки золотосодержащих песков из погребенных многолетнемерзлых россыпей.
Практическое значение работы заключается в следующем:
1. Разработаны, запатентованы и испытаны в опытно-промышленных условиях технологические схемы скважинной гидродобычи золота из погребенных маломощных и мощных многолетнемерзлых россыпей.
2. Разработаны методики обоснования технологических параметров выемки золотосодержащих песков из маломощных и мощных мерзлых погребенных россыпей.
3. Разработан, запатентован и испытан на различных горнодобывающих предприятиях комплекс скважинного гидродобычного оборудования для добычи песков из погребенных россыпей с различными горно-геологическими условиями.
4. Результаты исследований реализованы в проектах эффективной отработки погребенных многолетнемерзлых россыпей малой и большой мощности.
Реализация результатов работы.
Разработанные в диссертационной работе технология скважинной гидродобычи золота из погребенных многолетнемерзлых россыпей, методики расчета параметров выемки золотосодержащих песков и конструктивные параметры скважинного гидродобычного оборудования использованы в проектах отработки полигона месторождения «Ручей Болотный-Раковский».
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались и получили одобрение на: The International Arctic Technology Conference held in Anchorage, Alaska, USA, May 29-31,1991; на конференции SMRI, Spring meeting Krakow, Poland, May 11-14, 1997; на научных конференциях в рамках «Дня горняка» в МГГУ, Москва (1998-2002); при рассмотрении проектов на предприятиях ОАО «Якутзолото», ОАО «Северовостокзолото», Итера, ВНИИ-1.
Публикации. Основные положения работы опубликованы в 31 печатной работе, в том числе в 11 изобретениях.
Хочу выразить искреннюю благодарность моему научному консультанту и учителю профессору Аренсу Виктору Жановичу и многим моим коллегам, поддержавшим меня при выполнении данной работы: профессору Смирному Вячеславу Ивановичу, Генеральному директору ОАО «Северовостокзолото» Брайко Валерию Николаевичу, директору ВНИИ-1 Лаврову Николаю Платоновичу, д.т.н. Хчеяну Георгию Хачатуровичу, к.т.н. Шпаку Дмитрию Николаевичу, к.т.н. Исмагилову Бурзяну Валиахметовичу, конструктору многих скважинных снарядов Старикову Владимиру Александровичу, профессору Бабичеву Николаю Игоревичу, профессору Малухину Николаю Григорьевичу и многим специалистам, с кем вместе мы решали проблемы скважинной гидродобычи.
Анализ исследований технологических процессов с учетом особенностей разработки погребенных россыпей
К характеристикам покрывающих пород относятся устойчивость к обрушению и мерзлое или талое их состояние. В погребенных россыпях, как правило, золото содержится в нижней части аллювиальных отложений, поэтому породы непосредственной кровли в талых россыпях относятся к неустойчивым. Если мощность аллювия мала и он перекрыт моренными глинистыми отложениями, то, даже в талом состоянии, породы кровли могут допускать
определенное обнажение. Породы в мерзлом состоянии, в зависимости от их температуры и льдистости, остаются устойчивыми при пролете кровли камеры до 20-30 м. При большей величине обнажения происходит плавное опускание кровли, иногда с вывалами. Мерзлое состояние пород кровли предъявляет дополнительные требования к способу подъема и конструкции скважины, так как тепловое воздействие приводит к оттаиванию пород вокруг скважины и их обрушению. С другой стороны мерзлые породы являются практически непроницаемыми, что позволяет применить способ подъема вытеснением гидросмеси или комбинированный способ вытеснение-эрлифт.
Анализ исследований технологических процессов выемки проводился с учетом рассмотренных выше особенностей отработки россыпей. Гидравлическое разрушение В практике гидромеханизации открытых и подземных горных работ и скважинной гидродобычи накоплен большой объем исследований по гидромониторному разрушению пород незатопленными и затопленными гидромониторными струями [55,95,97]. Эти исследования проводились в ИГД им. ААСкочинского (Г.Н.Никонов, И.А.Кузьмич, С.С.Шавловский, В.Е.Бовталовский), в МГРИ (СМ.Шорохов, В.Ф.Хныкин, Н.И.Бабичев, Н.Г.Малухин), в МГИ (Г.А.Нурок), во ВНИИГидроугле (В.С.Мучник, Н.Ф.Цапко), в ГИГХСе (Б.В.Исмагилов), во ВНИПИГорцветмете (Г.М.Лезгинцев), в ЛГИ и ряде других институтов. В основном эти исследования устанавливали эмпирические зависимости между параметрами гидромониторной струи и прочностными характеристиками разрушаемого массива. При скважинной гидродобыче конструктивные особенности гидромониторного снаряда, габариты которого ограничены диаметром скважины и мощностью пласта, не позволяют получить струю с высокими гидродинамическими характеристиками. В таблице 1-3 приведены расчетные значения длины струи с одинаковой осевой скоростью для встроенных и выводных конструкций скважинного гидромонитора [10,11], для гидромонитора, применяемого на подземной [52,53] и открытой [55,96] добыче полезных ископаемых. Диаметр насадки гидромонитора 20 мм, давление воды на насадке 3 МПа, давление воды на забое 0,3 МПа. Приведенные данные показывают важность решения задачи по повышению качества гидромониторной струи при скважинной гидродобыче. Одним из способов повышения качества струи является добавка в воду полимерных водорастворимых добавок (полиакриламид ПАА) [11]. Другим способом является применение различного рода успокоителей перед насадкой и внутри нее. Так сотрудниками МГГА было получено, что при установке перед насадкой сетки с малым размером ячейки значительно возрастает длина начального участка и дальность струи. Однако, обеспечить высокую степень очистки оборотной воды при СГД, чтобы не происходило забивание ячеек сетки, весьма сложно. Балаев В.А. предлагает устанавливать по оси гидромониторной насадки трубку, один конец которой заканчивается у среза сопла насадки, а другой связан через ствол гидромонитора с атмосферным воздухом [19]. По мнению автора, в результате эжектирования гидромониторной струей по трубке воздуха, на выходном конце трубки образуется пузырь в виде сферы-обтекателя с изменяющейся геометрией, что уменьшает турбулентность струи и увеличивает ее эффективную дальность. Исследовались насадки d0 от 12,5 до 21 мм и эжектирующие трубки dd от 6 до 11 мм т= стА = 0,5 - 0,57. Создание гидромониторных струй со стабилизатором потока и ввод в него абразивных частиц позволяет увеличить производительность разрушения в 1,4-2,0 раза. Таким образом, можно ожидать улучшения параметров струи при больших диаметрах гидромониторных насадок, что требуется определить при проведении дальнейших исследований. Для определения параметров размыва необходимо правильно представлять механизм разрушения породы гидромониторной струей. В КузНИУИ проводились работы по изучению механизма гидравлического разрушения угля и других материалов в лабораторных и шахтных условиях [26]. В результате исследований был сделан вывод, что при гидроотбойке трещиноватых углей средней крепости струя выполняет работу по разборке отдельностей массива гидравлическим отжимом (гидравлический клин). Исследования выполненные во ВНИИГидроугле и ДонУГИ показывают, что для минимальной энергоемкости врубообразования скорость перемещения струи по забою должна быть в интервале 0,5-2,5 м/с [23,24,90,91]. В результате исследований, выполненных в ИГД им. А.А.Скочинского предложена следующая схема механизма разрушения в пределах начального участка струи [54]. При воздействии струи воды на массив по площади круга в массиве образуется зона скалывания угля или горной породы по периферии площади контакта струи с массивом. Дальнейшее разрушение оконтуренного массива облегчается наличием двух обнаженных плоскостей и протекает от периферии струи к ее оси путем скалывания угля на глубину первоначального выкола. В результате турбулентности потока воды, характеризуемого скоростью истечения струи, диаметром и вибрацией насадки, вся струя колеблется, что придает дополнительную динамичность разрушению массива в целом. После того, как процесс разрушения первого слоя массива струей воды закончился, начинается разрушение последующего слоя по описанной последовательности. Толщина разрушаемого начального и последующих слоев определяется параметрами струи воды, физико-механическими свойствами угля или горной породы и горно-геологическими и горнотехническими условиями залегания и разработки разрушаемого массива.
Исследование процессов гидравлического разрушения золотосодержащих пород
Таким образом, наибольшая дальность полета струи достигается при положении конца эжекторной трубки у среза насадки. При перемещении конца эжекторной трубки внутрь насадки увеличивается диаметр струи за счет увеличения расхода эжектируемого воздуха с одновременным ухудшением компактности струи из-за увеличения разряжения в трубке. Максимальное значение разряжения достигается при положении конца трубки на расстоянии 30 50 мм внутри насадки и с уменьшением диаметра трубки. С увеличением диаметра эжекторной трубки с М21 до 3/4; для насадки диаметром 60 мм, несмотря на уменьшение выходного сечения насадки, увеличивается дальность полета струи и производительность по размыву. Результаты испытаний гидромонитора ГМН-250 при промывке золотосодержащих песков на приборе ГЭП-50. Гидромонитор ГМН-250 с эжекторной трубкой диаметром V и сменными насадками 60 и 65 мм был использован при промывке песков в течение трех месяцев с 15 июля по 10 октября 1994 года на приборе ГЭП-50 месторождения «ручей Кириллыч» старательской артели «Искра» прииска «Экспериментальный» (фото 2-6). При работе гидромонитора на промывке песков использовалась вода под давлением 0,25 МПа и 0,6 МПа при последовательном включении вспомогательного насоса 8 НДв. Применение насоса, повышающего давление, связано с наличием большого количества крупногабаритных валунов, размеры которых иногда превышали проходное сечение гидровашгерта. Замеры объемов промывки при одинаковом расходе воды через гидромонитор показали, что применение гидромонитора с эжекторной трубкой диаметром V увеличивает производительность промывки в среднем в 1,5 раза по сравнению с гидромонитором без эжекторной трубки для одного и того же типа грунта. Кроме этого возрастает динамическая сила удара струи на расстоянии до 10 м от гидромонитора, что позволяет снизить примерно в 2 раза время на перемещение валунов по гидровашгерту. При перемещении конца трубки внутрь насадки, несмотря на увеличение диаметра струи, снижается производительность промывки из-за более рыхлой структуры аэрированной струи, что связано с избытком эжектируемого через трубку воздуха. При выходе конца трубки из насадки уменьшается диаметр струи, а более тонкая струя хуже перемещает пески по перфорации гидровашгерта (Фото 2-7). Применение насадки диаметром 60 мм с эжекторной трубкой диаметром 1; приводит к снижению производительности промывки на 25-30% по сравнению с насадкой диаметром 65 мм несмотря на то, что давление при насадке 60 мм возрастает с 0,25 до 0,32 МПа без вспомогательного насоса и с 0,6 до 0,7 МПа с насосом 8 НДв, что соответствует снижению расхода воды соответственно на 8 % и 12% . Проведенные исследования показывают, что применение эжекторной трубки позволяет получить на выходе из насадки компактную струю с высокими гидродинамическими характеристиками. Положение, при котором конец эжекторной трубки находится у среза насадки, соответствует случаю, когда количество эжектируемого воздуха является оптимальным для распределения давления как по оси струи, так и по ее сечению. Образования «воздушного пузыря» перед насадкой, при обтекании которого, по мнению В.А.Балаева, происходит гашение пульсаций и повышение компактности струи, не наблюдалось. Более того, после выхода струи из кольцевой насадки прослеживается сужение струи, что объясняется низким давлением по ее оси. Благодаря пониженному осевому давлению уменьшается рассеивание струи при взаимодействии с окружающим воздухом, что увеличивает длину начального участка и дальность полета струи в целом. На рис.2-8 показана эпюра динамического давления по сечению струи на выходе из насадки и на основном участке струи при обычной и кольцевой насадке гидромонитора. При перемещении трубки внутри насадки увеличивается количество эжектируемого воздуха, в результате чего из-за аэрации снижается плотность струи и более интенсивно происходит ее распад на основном участке. При выходе конца трубки из насадки эжекция снижается до нуля и происходит интенсивное подмешивание в струю окружающего воздуха, что приводит к ее распаду, как в случае выхода струи из насадки без эжекторной трубки. Сбалансированное воздействие на кольцевую струю эжектируемого воздуха имеет место, когда срез эжекторной трубки находится около среза насадки, что и приводит к сохранению компактности струи на большем расстоянии от насадки. Подтверждение такого механизма движения струи из насадки с эжекторной трубкой служит тот факт, что при перекрытии входного отверстия эжекторной трубки, даже при нахождении среза трубки у среза насадки, струя теряет свою компактность. Еще одним положительным качеством кольцевой струи является увеличение ее диаметра на начальном и основном участках. Увеличение площади сечения струи, на котором динамическое давление достаточно для размыва и перемещения породы, приводит к повышению производительности разрушения и доставки при гидродобыче. Промышленные испытания гидромонитора с кольцевой струей выявили недостаток эжекторной трубки, имеющей входное отверстие, связанное с атмосферным воздухом. При отрицательных температурах в октябре происходило обледенение входного отверстия трубки, что ухудшало параметры струи. Этот недостаток может быть устранен размещением входного отверстия трубки в стволе гидромонитора. Вода, движущаяся по центральной трубке с постоянным сечением, будет иметь меньшую скорость, чем вода в кольцевой насадке. При этом динамическое давление по оси струи будет ниже давления в кольцевой части струи, что способствует повышению компактности струи и увеличению ее диаметра на основном участке. Сужением входного отверстия центральной трубки можно уменьшить динамическое давление по оси струи для получения наибольшей ее дальности. Данный вариант может быть применен в гидромониторной насадке скважинного гидродобычного снаряда.
Исследование технологических схем выемки из мощных россыпей
Для оценки возможных потерь в плотике при разработке россыпных месторождений способом СГД испытывались технологические схемы выемки встречным и попутным забоем на вскрытом полигоне (Фото 3-1).
Оценка потерь металла велась по опробованию на золото и имитатор в виде свинцовой дроби диаметром 8 мм, вносимой на участок перед его размывом из расчета 10 штук на 1 м2.
Особенности применения схемы выемки встречным забоем исследовались путем гидромониторного размыва продуктивного пласта с самотечным транспортом разрушенных песков в сторону гидромонитора. Эксперименты показали, что в процессе размыва перед забоем образуется навал из крупнообломочных пород, что значительно снижает производительность и дальность разрушения, так как энергия струи затрачивается на перемещение и дробление отбитых крупнообломочных пород. Для эффективного транспортирования крупных кусков пород и частиц металла с большой плотностью уклон плотика должен быть не менее 0,15-0,2.
При исследовании схемы выемки попутным забоем была размыта квадратная в плане камера площадью 100 м2. Продуктивный пласт состоял из осадочных отложений в виде суглинка с включениями гальки и сланцевого щебня (0,6 м) покрывающих глинистые сланцы. Участок был опробован по сетке 4x4 м на глубину 1,2 м. Первоначально гидромонитором с насадкой 40 мм при давлении 2,2 МПа был смыт осадочный материал и на поверхность глинистых сланцев была насыпана свинцовая дробь диаметром 8 мм из расчета 10 дробин на 1 м2. После этого песчано-глинистые сланцы внутри камеры были разрушены на глубину 0,6 м и смыты гидромонитором в сторону гидроэлеватора.
Для актировки плотика камеры бульдозером Т-130 был снят слой сланцев на глубину 0,2 м, из которого равномерно отобраны пробы общим объемом 1,5 м3, промытые на сепараторе РС-400 с доводкой концентрата на лотке. Опробование показало отсутствие имитатора (дроби) и только знаковое содержание золота в плотике. Таким образом, при отработке добычной камеры попутным забоем практически не происходило просадки металла в породы плотика, что свидетельствует о возможности достичь высокую степень извлечения золота при скважинной гидродобыче. Для обеспечения максимального извлечения золота разработан вариант панельной системы разработки мерзлой маломощной россыпи с применением технологии выемки попутным забоем. Гидромониторные скважины располагаются по углам квадрата на расстоянии друг от друга, определяемом эффективной дальностью разрушения мерзлых пород продуктивного пласта, а в центре квадрата бурится гидроэлеваторная скважина (Рис.3-3). Размыв производился скважинными секционными гидромониторами, установленными на передвижных манипуляторах с электроприводом, обеспечивающих выведение ствола гидромонитора из вертикального положения в горизонтальное, перемещение снаряда в скважине на высоту до 2 м и его круговое вращение.
Особенность данной панельной системы разработки заключается в том, что применяется не совмещенная, а раздельная конструкция скважинного оборудования: гидроэлеватора и гидромонитора, поэтому вначале отработки блока у первой гидроэлеваторной скважины бурится в непосредственной близости одна гидромониторная скважина. Производится сбойка гидроэлеваторной и гидромониторной скважин, а затем из гидромониторной скважины проходятся сбоечные выработки до гидромониторных скважин по краям панели. В последующем, после отработки квадратной камеры, гидромониторами производится сбойка со следующими гидромониторными скважинами по краям панели.
При расчете себестоимости бурение технологических скважин осуществляется канатно-ударным станком БУ-20-2У. При глубинах до 25 м применение более производительного станка СБШ-320 позволит снизить затраты на бурение.
Анализ статей затрат на добычу песков способом СГД показывает, что большую часть их составляют расходы на электроэнергию (таблица 3-2).
Испытания скважинного оборудования при разработке россыпей
Скважинный гидродобычной комплекс - комплекс оборудования, необходимого для скважинной гидродобычи твердых полезных ископаемых. Он включает: оборудование для вскрытия продуктивного пласта (буровые станки и агрегаты для извлечения обсадных колонн скважин); оборудование для планировки добычного полигона и монтажа технологических трубопроводов (бульдозер, автокран и др.) энергетическое и насосно-компрессорное оборудование; скважинный гидродобычной агрегат; обогатительное оборудование. Кроме скважинного гидродобычного агрегата остальное оборудование является типовым и серийно выпускаемым. Скважинный гидродобычной агрегат состоит из наземной управляющей установки и скважинного снаряда. Тип и конструкция агрегата выбираются в зависимости от горно-геологических условий залегания полезного ископаемого.
Наземная управляющая установка используется для вертикального перемещения и вращения гидродобычного снаряда в процессе выемки полезного ископаемого, а также, в ряде случаев, для монтажа и демонтажа гидродобычного снаряда в скважине. В качестве управляющей установки может быть использован буровой станок, например 1БА-15в, или специально разработанное устройство. Иногда наземную управляющую установку совмещают с землесосной установкой. Управляющая установка может быть самоходной, например, с ходовой базой от гусеничного крана в болотном исполнении, или перемещаться по полигону с помощью бульдозера. Монтаж и демонтаж добычного снаряда в скважине может производиться с помощью автокрана, бурового станка или специализированной управляющей установки.
Скважинный гидродобычной снаряд обычно состоит из конструктивно совмещенного гидромонитора и пульпоподъемника. Однако, в ряде случаев, например на Кингисеппском месторождении фосфоритов и при скважинной гидродобыче золота из многолетнемерзлых россыпей, применялся двух скважинный вариант, когда в одной скважине монтировался гидромонитор, а в другой пульпоподъемник. Скважинный гидромонитор со встроенным стволом имеет цилиндрический патрубок с успокоителем и насадкой, который автоматически выводится в рабочее положение за счет давления воды. При спускоподъемных операциях в скважине он находится в транспортном положении внутри гидродобычного снаряда под углом 90 к его оси. Для различных горно-геологических условий было разработано несколько типов таких гидромониторов. Выводной скважинный гидромонитор имеет ствол, располагаемый шарнирно на добычном снаряде. При спуске и подъеме снаряда в скважине он занимает вертикальное положение, помещаясь в специальном углублении на внешней трубе снаряда и не выходя за его габариты. В рабочее горизонтальное положение этот гидромонитор выводится за счет реактивной силы струи, ось которой смещена от оси патрубка или с помощью специальной тяги. При отработке Кингисеппского месторождения фосфоритов подобный гидромонитор имел сменные стволы длинной 0,5; 1,5 и 2,5 м при мощности отрабатываемого пласта 2,5-3 м. Разработана конструкция выдвижного телескопического многосекционного гидромонитора, который раздвигался за счет давления воды до 6 м, а собирался с помощью тросовой системы. В качестве пульпоподъемника в зависимости от горно-геологических условий используется эрлифт, гидроэлеватор, землесос и устройства, работающие на принципе вытеснения гидросмеси на поверхность при создании избыточного давления в подземной камере водой или сжатым воздухом. Скважинный гидродобычной снаряд для добычи с глубины более 20 м изготавливается секционным. Он состоит из нижней (рабочей) секции, имеющей гидромонитор и устройство для приготовления и забора гидросмеси, промежуточных секций в виде колонн труб, и верхней (выдачной) секции, предназначенной для отвода гидросмеси и подвода энергетических агентов: воды и воздуха. В гидроэлеваторных снарядах, как правило, применяется соосное расположение труб. По межтрубному пространству подается вода на гидромониторную и гидроэлеваторную насадку, а эжектируемая гидросмесь поднимается по центральной колонне труб. Главной особенностью работы скважинного оборудования при разработке россыпей способом СГД является большая крупность пород продуктивного пласта при относительно низкой консистенции поднимаемой гидросмеси.
Эрлифтные снаряды используются при отработке мощных мерзлых и талых обводненных россыпей. Испытывал ись эрлифтные снаряды двух типов: 1) со свободной пульпоподъемной колонной для подъема крупнообломочных пород и 2) с подвижным всасывающим наконечником, закрепленным на конце водоподающей трубы и подъемом гидросмеси по обсадной колонне скважины.
Первый снаряд состоял из пульпоподъемной трубы 0 219 мм, двух водоподающих и одной воздухоподающей труб 0 89 мм. Водоподающие трубы в нижней части шарнирно соединены с гидромониторным стволом длиной 1,5 м. Выбор данной конструкции определялся необходимостью обеспечения скорости для подъема золота и крупного валунно-галечного материала при максимальном проходном сечении пульпоподъемной колонны и заданной производительности подъема. Работу оборудования обеспечивала насосная установка ЦНС 300-240 и два компрессора 14 ВК с суммарной производительностью по воздуху 20 м3/мин. Производительность эрлифта по гидросмеси составила 200 м3/ч, по пескам - 15 м3/ч (фото 4-1, 4-2). В поднимаемой пульпе содержались частицы золота размером до 2 мм, что соответствовало данным опробования кернового материала при бурении скважин. Максимальный размер поднятого эрлифтом мелкого валуна 140x220 мм (фото 4-3). Работа эрлифтного снаряда была неустойчива из-за накопления у всаса крупногабаритного материала. Перевод же его в подвижное состояние с помощью гидромониторной струи требует больших расходов и затрат времени, что нецелесообразно с учетом общей малой консистенции поднимаемой пульпы (т:ж=1:8-1:10).
