Технология отработки мощных многолетнемерзлых россыпей способом скважинной гидродобычи Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Усовершенствована методика расчета осаждения и выноса нерастворимых включений из подземной выработки, учитывающая влияние гидродинамических процессов в рассоле.

Экспериментально определено значение скорости конвективных потоков вдоль соляной поверхности от плотности растворителя и угла наклона поверхности.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что на начальных стадиях строительства (до получе-

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------

Салохин В.И., Хрулев А.С., Каналин Д.В. - ООО «Пс

ния насыщенного рассола), конвективными потоками, возникающими у поверхности соли, может переноситься значительная часть осадка нерастворимых включений.

Выполнена оценка гидродинамической обстановки в подземной выработке в зависимости от стадии строительства и применяемой схемы подачи растворителя.

© А.С. Хрулев, 2002

УЛК 532.5

А.С. Хрулев

ТЕХНОЛОГИЯ ОТРАБОТКИ МОЩНЫХ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ РОССЫПЕЙ СПОСОБОМ СКВАЖИННОЙ ГИЛРОЛОБЫЧИ (СГЛ)

О

бъектами СГД в настоящее время являются мощные многолетнемерзлые россыпи двух типов: погребенная золотосодержащая россыпь ручья Болотный (Магаданская область) и мощные касситеритовые россыпи Депутатского ГОКа (Республика Соха-Якутия). россыпь ручья Болотный при мощности продуктивного пласта 15-17 м (максимальная до 30 м) имеет большой коэффициент вскрыши от 8 до 15. Касситеритовая россыпь, в частности россыпь Терехтях, при большой мощности пласта от 30 до 80 м имеет коэффициент вскрыши от 0,5 до 2. В основе скважинной технологии выемки песков из этих россыпей лежит водно-тепловое оттаивание мерзлых пород с различными технологическими схемами подачи воды, влияющими на формирование подземной камеры.

С начала 70-х годов технология отработки подземных камер в мерзлых осадочных породах на основе водно-теплового оттаивания исследовалась во ВНИИПромгазе на моделях, стендах и в натурных условиях при строительстве подземных резервуаров-хранилищ. В результате этих работ была разработана и внедрена технология, предусматривающая создание гидровруба в нижней части камеры, отработку камеры с заглубленной водоподачей в нижней

части камеры и формированием свода в кровле камеры с помощью газообразного теплоизолирующего слоя. По данной технологии было создано в мерзлых осадочных породах около десяти подземных резервуаров объемом до 5 тыс. м на глубине до 160 м. Данная технология позволяла формировать подземные камеры заданной устойчивой формы. Однако, принятая схема подачи воды сближенным противотоком для размыва оседающих на дне камеры песков, делала выемку малопроизводительной.

Для определения влияния различных факторов на процесс отработки подземной камеры в мерзлых породах во ВНИИ-1 был проведен комплекс исследований, включающих физическое моделирование, стендовые исследования по размыву мерзлых песков в затопленных условиях, опытные работы по отработке подземных камер в мерзлых осадочных породах на прииске «Экспериментальный» и на кассите-ритовой россыпи карьера «Мамонт» (Депутатс-кий ГОК). Были обработаны материалы по строительству подземных резервуаров - хранилищ (ВНИИПром-газ).

На рис. 1 показана зависимость изменения производительности по пескам при создании подземного резервуара объемом 4000 м3. Характер данной зависимости может быть объяснен на основе расчета затрат тепла при отработке камеры.

Анализ тепловых затрат при отработке подземной камеры показывает, что тепло, подводимое в камеру при закачке воды Ов расходуется на оттаивание породы Ол, нагревание оттаявшей породы до температуры воды в камере Оп и нагревание массива пород вокруг отрабатываемой камеры Ом.

Ов= Ол + ^п + Ом

Производительность размыва, м3/ч (3,4)

Время размыва, мин

Количество тепла, отдаваемого водой в подземной камере, зависит от коэффициента теплоотдачи

а, температуры воды АТв и площади поверхности Б камеры.

На графике 2, отображающем динамику изменения затрат тепла при создании подземного резервуара видно, что общее количество затрачиваемого

Рис. 1. Изменение суточной добычи при отработке камеры

Рис. 2. Изменение суточных общих затрат тепла (1), затрат тепла на нагревание массива пород вокруг камеры (2) и на оттайку песков (3)

Рис. 3. Зависимость дальности и производительности разрушения мерзлых песков в затопленных условиях от времени размыва (С=350кг/м3, Т=-40С, ё=40 мм, Р=2,3 МПа)

Рис. 4. Форма камер при водно-тепловой оттайке (А) и при размыве пласта гидромонирорной струей и последующей водно-тепловой оттайкой (Б)

Рис. 5. Изменение производительности отработки камеры при различных технологиях их отработки

Рис. 6. Изменение объема подземных камер камеры при различных технологиях их отработки

тепла первоначально растет по мере увеличения поверхности теплообмена, а затем остается постоянным. Предельное количество тепла, которое может отдать подаваемая в камеру вода зависит от теплоемкости св, массы воды или расхода воды на время и разности температур воды на входе и выходе из камеры. Таким образом повысить производительность добычи можно путем увеличения расход воды или повышения ее температуры, в частности уменьшив потери тепла в скважине.

Затраты тепла на оттайку песков зависят от теплоты плавления Лл и массы льда Мл и может быть выражена через площадь боковой поверхности камеры и скорость ее оттаивания:

Ол = А,ЛМЛ = ^ЛПСТ = Л^даБСТ

где П - производительность по пескам, С - льди-стость (содержание льда в песках), т - время и ш -скорость оттаивания боковой поверхности, зависящая от параметров массива и температуры воды.

В начальный период отработки с ростом боковой поверхности камеры растет расход тепла на оттайку песков, но , по мере снижения температуры воды в камере, скорость оттайки и затраты тепла начинают снижаться. Здесь наиболее существенно влияет рост потерь тепла в окружающий камеру массив мерзлых пород.

Количество теплоты, поглощаемое мерзлым массивом, зависит от коэффициента теплопроводности Л, температуры внутри мерзлого массива АТм и площади камеры Б. С увеличением площади поверхности камеры возрастают затраты тепла на нагрев массива и снижаются затраты тепла на оттайку песков (рис. 2), что приводит к постепенному снижению производительности добычи (рис. 1)

Исследования по разрушению мерзлых осадочных песков затопленными гидромониторными

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------

Хрулев А.С. - ООО «Подземгазпром».

"Высокотемпературное" выщелачивание

Термодинамические расчеты недостаточны для реальной оценки протекания отмеченных реакций, так как при этом не могут быть уточнены кинетические осложнения, с которыми приходится сталкиваться в практических условиях, особенно если окислителем является кислород. Поэтому необходимо изучение золота в тиосульфатных растворах для получения необходимых сведений о характере процесса и выяснения влияния некоторых факторов на его скорость. Толчком к этому послужил установленный факт растворения благородных металлов в автоклавном процессе разложения сульфидов цветных металлов в аммиачной среде.

струями показали, что при ограниченной дальности размыва (до 6 м) может быть обеспечена достаточно высокая производительность по пескам 20-25 м3/ч (рис. 3).

Применение гидромониторного размыва пласта мерзлых песков на первом этапе отработки камеры позволяет поддерживать высокую производительность в течение всего времени ее отработки и создать достаточную поверхность камеры для эффективной высокопроизводительной оттайки песков на втором этапе (рис. 5). На первом этапе отработки камеры производится круговой размыв пласта сверху вниз. При этом, когда гидромонитор достигнет подошвы пласта, верхняя часть камеры увеличится за счет водно-тепловой оттайки, происходящей за время гидромониторного размыва (рис. 4). Это позволяет исправить грушевидную форму камеры на цилиндрическую и увеличивает объем добычи с 4 до

6,5 тыс. м3 при одинаковом пролете кровли камеры (рис. 6).

Исследованиями канадских ученых, в частности Ф.А. Форварда, показано, что норным продуктом окисления сульфидной серы в аммиачной среде является тиосульфат, который последовательно окисляется до тионата, сульфита и сульфата. Образование тиосульфата в процессе аммиачного автоклавного разложения сульфидного сырья явилось причиной перехода в раствор благородных металлов. При этом Ф. Форвардом установлено ярко выраженное каталитическое действие ионов меди, присутствие которых в 18-20 раз увеличивало скорость растворения благородных металлов. Это подтверждено в работе [1].

Как было отмечено выше, нормальный потенциал золота в тиосульфатной среде понижается до величины 0,14 В. В реальных же условиях растворения величина равновесного потенциала золота приближается к -0;1 В.

В этих условиях, казалось бы, достаточно эффективным окислителем может быть растворенный кислород (нормальный потенциал 0,4 В). Процесс растворения золота в этом случае протекает по реакции:

© А.Е. Воробьев, К.Г. Картинов, А.А. Щелкин, Т.В. Чекушина, Е.В. Чекушина, 2002

УЛ 532.5

А.Е. Воробьев, К.Г. Картинов, А.А. Щелкин,

Т.В. Чекушина, Е.В. Чекушина

КИНЕТИКА ПРОЦЕССА ТИОСУЛЬФАТНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ И ПУТИ ЕГО ИНТЕНСИФИКАЦИИ