Основные понятия и представления

СКВАЖИННАЯ ГИДРОТЕХНОЛОГИЯ

Скважинная гидротехнология (СГТ) является одной из физико-химических технологий, осуществляемых через скважины, в основе которой лежит использование гидравлической энергии для разрушения горных пород на месте их залегания, приготовления пульпы с последующей транспортировкой разрушенного материала на поверхность.

СГТ применяется для скважинной гидродобычи (СГД) полезных ископаемых, строительства и обустройства подземных выработок через скважины.

Скважинная гидродобыча появилась как альтернатива традиционному открытому и подземному способу. Технология СГД включает совокупность известных ранее элементов традиционных технологий, таких как бурение скважин, гидроразрушение, самотечный и принудительный транспорт, гидроподъем, управление горным давлением, переработка рудной пульпы, водоснабжение, средства и способы контроля и управления процессами. Объединенные в рамках новой технологии они образовали новое качество – дистанционность выемки твердого полезного ископаемого, исключающую присутствие человека в месте тяжелых и опасных горных работ, обеспечивая более высокий уровень безопасности и комфортности труда.

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.

Термин гидродобыча при современных технических средствах означает, что основным энергоносителем поточной технологии СГД является вода.

Термин скважинная отличает технологию СГД от известной гидродобычи на подземных (например, подземная гидродобыча угля) и на открытых горных работах, традиционно предусматривающих визуальный контроль и управление разрушающим оборудованием на месте очистных работ.

Основным процессом в технологии очистных работ при скважинной гидродобыче является разрушение руды в камерах. Параметры этого процесса для конкретных горно-геологических условий определяют не только эффективность способа, но и его техническую возможность.

Способы разрушения структуры горных пород могут быть основаны:

• на механическом воздействии (струя, фильтрационный поток, породоразрушающий инструмент, взрыв, вибрация);

• на тепловом воздействиипри плавлении цементирующего вещества (вода, пар);

• на химическом или микробиологическом процессе (растворение или

разложение цементирующего вещества);

• на использовании поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Из всех способов разрушения горных пород и руд для образования гидросмеси наибольшее применение нашло разрушение напорными гидромониторными струями, иногда в сочетании с другими способами (взрывным, механическим).

Специфическими особенностями скважинной гидродобычи являются:

• ограниченность рабочих пространств и конструктивных размеров оборудования (разработка ведется через скважины диаметром не более 500 мм);

• отсутствие возможности визуального контроля и управления работой струи в забое;

• постоянное увеличение расстояния от насадки до забоя в процессе выемки очистных камер.

Все это требует проведения предварительных специальных исследований, направленных на разработку и совершенствование конструкции скважинных гидромониторов и установление закономерностей изменения динамических характеристик сформированных в них струй, а также параметров гидроразрушения для конкретных горно-геологических условий.

Основные технологические процессы при СГД: вскрытие месторождения с помощью скважин, монтаж и демонтаж скважинного гидродобычного оборудования, гидравлическое разрушение горных пород, доставка разрушенных пород в виде гидросмеси к скважине, подъем (транспортирование) их по скважине на поверхность, транспорт и обогащение руды и очистка технологической воды.

В зависимости от места бурения вскрывающих скважин способ подразделяется на два варианта: собственно СГД, при котором бурение скважин производится с земной поверхности, и комбинированный способ, когда скважины бурятся из подземных горных выработок или открытой траншеи.

Примерами комбинированного способа может служить добыча золотосодержащих песков через скважин, пробуренных из подземных горных выработок, пройденных ниже продуктивного пласта на шахте в Иркутской области и отработка целиков через скважины, пробуренные на борту карьера со смывом золотосодержащих песков в отработанный полигон (Магаданская область).

Кроме извлечения полезных ископаемых СГД может применяться и для других целей:

1. При крупно объемном геологическом опробовании. Для повешения степени надежности геологоразведочных данных особенно на крупных глубокозалегающих месторождениях полезных ископаемых строятся разведочные или опытные шахты, цель которых получение крупномасштабной пробы. Использование для этих целей способа СГД позволяет существенно снизить финансовые затраты и время получения крупно объемной пробы. В этом случае обычно применяется автономный комплекс СГД на базе бурового станка, в который входят насосный и компрессорный агрегат с дизельным приводом. В зависимости от крепости пород продуктивного пласта объем поднимаемой пробы может быть от нескольких десятков до нескольких тысяч тонн.

2. Для расширения коллекторной части водозаборных, нефтяных и газовых скважин (в несколько раз увеличивает их дебит и продлевает срок эксплуатации). Применение скважинного гидродобычного снаряда для очистки фильтра и затрубного пространства скважин уже нашло успешное применение для восстановления скважин и увеличения добычи метана.

3. Для создания активной поверхности растворения при подземном растворении соли (ПРС) для быстрого получения кондиционных рассолов. Гидромониторный размыв, особенно незатопленными струями, позволяет существенно сократить продолжительность подготовительного этапа.

4. Создание вертикальных щелей в продуктивном пласте при подземном выщелачивании увеличивает производительность процесса и извлечение полезного компонента благодаря созданию равномерного фронта движения растворителя.

5. Повышение эффективности традиционных способов ведения добычных работ может быть достигнуто также благодаря применению элементов технологии СГД. Диспергирование струей глинистых пород на месте их залегания позволит выщелачивать руды с низкой природной проницаемостью. Размыв мерзлых пород с их осушением позволит подготавливать мерзлые пески к выемке подземным способом без проведения буровзрывных работ.

6. Удаление осадка нерастворимых включений из строящегося подземного резервуара снижает затраты на строительство подземных хранилищ в каменной соли.

Строительство подземных инженерных сооружений в осадочных породах может быть более эффективно реализовано с привлечением отдельных элементов или технологии СПВ в целом.

7.Технология сооружения непроницаемых подземных экранов заключается в размыве грунта водяными, водо-воздушными или растворо-воздушными струями из насадок гидромонитора, перемещаемого по скважине. При подъеме снаряда или его вращении, грунт в зоне действия струи переходит во взвешенное состояние, а связующий раствор, обладая большей плотностью, заполняет пространство под струей. Таким образом можно создавать непроницаемые вертикальные экраны в заданном интервале по глубине скважины или горизонтальные экраны при круговом вращении гидромониторных насадок. В ряде конструкций скважинного гидромониторного снаряда водяную струю можно направлять вниз для проходки скважины этим же снарядом, что позволяет отказаться от применения бурового станка. Создание грунтоцементных или цементных экранов в виде колонн или плоских панелей позволяют решить большой круг инженерных задач. Из них выполняют вертикальные противофильтрационные завесы, горизонтальные водонепроницаемые подземные экраны, искусственные основания, опоры под фундаменты зданий и сооружений, ограждения котлованов, усиление фундаментов существующих зданий и сооружений, подпорные стенки, колодцы, противооползневые сооружения, противоэрозионные сооружения, крепление тоннелей и прочее.

8. Технология СГД применяется для создания подземных резервуаров-хранилищ нефтепродуктов и сжиженных газов в многолетнемерзлых осадочных породах. Она также может быть использована для строительства подземных резервуаров различного назначения в глинистых породах или в проницаемых породах с возведением непроницаемых стенок в грунте. Непроницаемые вертикальные и горизонтальные экраны создаются на основе глинистого или глиноцементного раствора и сооружаются обычно толщиной 0,05-0,3 м. Для возведения устойчивых стен подземного резервуара, воспринимающих давление окружающих пород, применяется система пересекающихся цилиндрических фундаментов на основе цементного раствора с добавками, обеспечивающими герметичность стен, или возведение наклонных стен-экранов.

Дата добавления: 2014-01-03