Особенности скважинной гидродобычи золотосодержащих песков из мощных глубокозалегающих россыпей Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

СЕМИНАР 16

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"

МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.

© А.С. Хрулев, 2001

УДК 622.234.5

А.С. Хрулев

ОСОБЕННОСТИ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ ПЕСКОВ ИЗ МОЩНЫХ ГЛУБОКОЗАЛЕГАЮЩИХ РОССЫПЕЙ

Э

ффективность применения способа скважинной гидродобычи определяется максимально возможным объемом добычи полезного компонента из скважины, обеспечивающим рентабельность отработки россыпи. В этой связи мощные глубокозалегающие россыпи золота являются наиболее перспективными для применения способа скважинной гидродобычи.

При отработке мощных пластов применяется технология выемки встречным забоем, поэтому форма выработки близка к цилиндрической с возможным для условий данной россыпи диаметром. Часто мощные пласты относятся к подвесным, в которых золото не проникает в коренные породы, что позволяет создавать зумпф в донной части камеры ниже продуктивного пласта и улучшить условия доставки полезного компонента к скважинному снаряду.

К мощным россыпям, отрабатываемым способом СГД, можно отнести россыпи с выемочной мощностью 3 и более метров. В выемочную мощность могут входить легко разрушаемые породы ниже продуктивного пласта, в которых создается уклон для транспортирования песков к скважине.

Для мощных пластов количество добываемого из скважины золота Д может быть определено как произведение площади горизонтального сечения камеры на вертикальный запас Св (г/м2): Д=^к2.Св = К (Ьр + Ьст)2* Св « «

К (Ьр +т)2* Св,

где Rк - радиус цилиндрической камеры; Ьр - дальность гидромониторного разрушения; Ьст - длина гидромониторного ствола; М -выемочная мощность.

В затопленных условиях радиус размыва продуктивного пласта песков обычно составляет 4-6 м, поэтому увеличение объема добычи возможно путем применения управляемого гидромониторного ствола, длина которого соизмерима с мощностью продуктивного пласта.

Непосредственная кровля на россыпях представлена легко разрушаемыми породами, что позволяет применять гидромониторный ствол, длина которого может превышать мощность продуктивного пласта.

В незатопленных условиях радиус камеры определяется балансом воды на разрушение и подъем гидросмеси на поверхность. В зависимости от глубины россыпи, расход воды на подъем может составлять 70-80 % от общего расхода, что ограничивает возможности гидромониторного

разрушения. Кроме глубины россыпи, на параметры подъема оказывает влияние крупность поднимаемых песков. Для подъема песков, представленных крупнообломочными породами (100 мм и более) требуется применение гидроэлеваторов с большими проходными сечениями в горловине, что дополнительно увеличивает расход воды на подъем песков.

В 70-80-х годах при проведении опытно-промышлен-ных работ на Кингисеппском месторождении фосфоритов были выработаны приемы размыва продуктивного пласта гидромониторными стволами длиной до 2,5 м, которые могут быть использованы при отработке россыпей. Длина ствола в данном случае была ограничена мощностью фосфоритового пласта, в кровле которого залегали крепкие доломиты, а в подошве - не менее крепкие песчаники.

Гидромониторный ствол соединялся с вертикальным водоводом через поворотное колено с горизонтальной осью и был связан со снарядом жесткой шарнирной тягой. При опускании вертикального водовода, ствол перемещался из вертикального в горизонтальное положение. Наиболее интересными приемами работы с гидромониторным стволом являются следующие:

1. Размыв камеры с постепенным выводом ствола в горизонтальное положение (рис. 1). Снаряд устанавливался так, чтобы гидромониторная насадка ствола, находящегося в вертикальном положении, находилась у кровли пласта. При круговом вращении снаряда в скважине производилось ее расширение в интервале пласта. После этого снаряд опускался на 0,5-1 м, ствол выводился на угол 15-200 и производилось дальнейшее расширение камеры при круговом движении снаряда. Таким

образом, постепенно опуская снаряд и выводя ствол в горизонтальное положение, камера размывалась без замены короткого ствола на более длинный.

2. Вторым приемом размыва камеры гидромониторным стволом был посекторный размыв. Данный прием может быть интересен при неустойчивой непосредственной кровле пласта и для улучшения условий доставки песков к всасывающему наконечнику. Гидромониторный ствол периодически выводился в горизонтальное и вертикальное положение, затем, при вертикальном положении ствола, снаряд поворачивался на угол

15-200 и ствол вновь многократно выводился в горизонтальное положение. Данный прием позволяет активизировать пески гидромониторной струей в зоне всасывания.

На Кингисеппском месторождении фосфоритов в продуктивном пласте встречались трудно размываемые песчаники, поэтому не всегда удавалось осуществить круговой размыв камеры гидромониторным стволом. Снаряд в подобных случаях должен иметь возможность вра-

щения в скважине в обоих направлениях.

Система разработки при отработке россыпей мощностью 3-6 м обычно предусматривает сплошную выемку одиночными камерами без оставления в пласте устойчивых целиков. Потери в этом случае могут составлять 30-35 %. На более мощных россыпях такая система разработки приведет к большим по величине потерям, поэтому наиболее приемлема отработка россыпи в две стадии: сначала отдельными камерами или панелями с оставлением устойчивых меж камерных или меж панельных целиков, затем закладка отработанных камер и выемка камер в целиках. Закладка отработанных камер может осуществляться как хвостами обогащения (эфелями), так и путем обрушения пород в кровле отработанных камер. Система разработки с закладкой целесообразно применять на глубокозалегающих россыпях (более 100 м) или при устойчивых покрывающих породах, чтобы избежать провалов на поверхности в процессе отработки целиков.

Конструкция эрлифтного снаряда во многом определяется

Рис. 1. Размыв камеры с постепенным выводом гидромониторного ствола в горизонтальное положение

крупностью поднимаемых песков. В практике скважинной гидродобычи в основном применяются два типа эрлифтных снарядов: в первом, внутри пуль-

поподъемной колонны устанавливаются водо - или воздухоподающие колонны, и гидросмесь поднимается по межтрубному пространству, во втором, подъем гидросмеси производится по свободной пульпоподъемной колонне (рис. 2).

Первый вариант применяется для подъема сравнительно мелких песков, т.к. проходное сечение в нем обычно не превышает 100 мм (рис. 2,А). Положительными моментами данной конструкции является сравнительно небольшой вес снаряда, состоящего из воздухо- и водоподающих колонн и всасывающего наконечника. При этом в скважину первоначально монтируется пульпоподъемная колонна, в качестве которой может служить и обсадная колонна скважины, а затем в нее опускается снаряд. Отвод гидросмеси от скважины на промприбор производится через неподвижный оголовок, устанавливаемый на обсадной колонне.

Второй вариант при обеспечении той же скорости движения гидросмеси в пульпоподъемной колонне, что и в первом варианте, позволяет поднимать породы крупностью до 200-230 мм за счет применения отдельной пульпоподъемной трубы круглого сечения (рис. 2,Б). Однако в этом случае существенно увеличивается вес снаряда за счет пульпоподъемной колонны и увеличения диаметра наружной водоподающей колонны.

В обоих вариантах забор гидросмеси песков должен производится в нижней части снаряда, чтобы обеспечить всасывание частиц золота. Кроме этого в нижней части снаряда устанавливается долото, обычно типа «ласточкина хвоста», обеспечивающее погружение снаряда при образовании под ним навала из крупнообломочных пород.

Особенности технологии СГД при разработке погребенных россыпей мощностью 3-5 м можно показать на примере месторождения Ар Наймган в

Монголии. Подвесной пласт аллювиальной россыпи мощностью от 3-5 м залегает на глубине 60-80 м. Пласт сложен крупной калькой с песчаноглинистым заполнителем. Мощность аллювиальных отложений, нижняя часть которых имеет промышленное содержание золота, около 8-10 м. Аллювий обводнен. Над ним залегают плотные вязкие глины мощностью до 20 м, являющиеся основной кровлей. Ширина россыпи 50-60 м. Данную россыпь предполагается отрабатывать

одиночными камерами без оставления устойчивых целиков. Россыпь вскрывается скважинами по сетке 15 м. По ширине россыпи бурятся 4 скважины. Эфеля после обогащения направляются на отработанный полигон, для частичного заполнения отработанных камер и уменьшения объема рекультивации. Это также позволяет поднять уровень затопления скважин на полигоне, для повышения производительности эрлифтного подъема. Из-за большой крупности галечника, слагающего продуктивный

пласт, выбрана конструкция снаряда со свободной пульпоподъемной колонной диаметром 219-245 мм. Снаряд имеет выводной гидромониторный ствол длинной до 3 м, что позволяет отрабатывать камеры диаметром до 16 м. Ориентировочный объем добычи по пескам из скважины 750-1000 м3.

Для месторождения руч. Болотный (Магаданская область) предлагается другой вариант системы разработки: одиноч-

ными камерами с оставлением устойчивых целиков, которые отрабатываются во вторую очередь. Данное месторождение представляет собой мерзлую глубокозалегающую аллювиальную россыпь. Мощность продуктивного пласта на отдельных участках достигает 30 м (в среднем 13,5 м), а глубина залегания 250 м. Для обеспечения максимального объема добычи из скважины камера отрабатывается в 2 этапа с применением сменных гидромониторных

стволов. На первом этапе размывается цилиндрическая камера диаметром 12-15 м горизонтальной гидромониторной насадкой. Затем вместо насадки используется выводящийся гидромониторный ствол длиной 5 -7 м и диаметр камеры увеличивается до 25 м. При этом средний

объем добычи из скважины составит около 6,5 тыс. м3 песков, что обеспечит высокорентабельную отработку данного месторождения способом СГД. По окончании отработки камеры производится циркуляция воды в скважине с последующим извлечением обсадной колонны. При этом происходит оттаивание пород в кровле камеры, и камера в интервале продуктивного пласта заполняется грунтом. Отработку меж камерных целиков планируется провести через 2 года после замерзания грунта в ранее отработанных камерах.

Выводы

1. В основе технологии отработки мощных глубокозале-гающих россыпей лежит выемка цилиндрических камер по схеме размыва встречным забоем.

2. Основным фактором, для определения объема добычи в затопленных условиях, является мощность продуктивного пласта, а для незатопленных условий -глубина подъема и крупность поднимаемых песков.

3. Опыт применения выводящихся управляемых гидромониторных стволов для увеличения дальности разрушения при отработке мощных пластов позволил выработать ряд технических приемов размыва камер.

4. В зависимости от крупности поднимаемых песков, в конструкции эрлифтных снарядов для подъема пульпы может быть использовано межтрубное пространство между обсадной и подвесной колонной труб, а так же отдельная труба круглого сечения. Для эффективной добычи золота всасывающее отверстие

должно находится в низу снаряда. Необходимо обеспечить вращение всасывающего наконечника, разрушение или удаление из зоны всасывания крупногабаритных кусков.

5. Особенность технологии СГД на месторождении Ар Найм-ган (Монголия) связана с применением сплошной системы разработки и размыве камер сменными гидромониторными стволами при неустойчивой непосредственной кровле продуктивного пласта и созданием зумпфа ниже подошвы пласта.

6. Особенность технологии СГД на многолетнемерзлой россыпи ручья Болотный заключаются в отработке одиночными камерами с последующей их закладкой и отработкой меж камерных целиков.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

,________________________________________________________________________

Александр Сергеевич Хрулев - кандидат технических наук, вед. научный сотрудник ООО «Подземгазпром».