Розробка твердих корисних копалин через свердловини

В останні роки все більшого поширення у гірському справі отримують численні геотехнологічні методи розробки родовищ твердих корисних копалин: гідравлічні, теплофізичні, гідрохімічні, біохімічні, пірохімічні, органохімічні та їх поєднання (комбіновані). В основі цих методів лежать різні фізико-хімічні процеси, внаслідок яких цінні елементи на місці залягання переводяться в пульпоподібне рідке або газоподібне стан або в хімічний розчин.

Можливі два основних напрямки в застосуванні геотехнологічних методів розробки родовищ: шахтний і безшахтний. Під безшахтним зазвичай розуміють розробку родовищ через свердловини. Фахівці пов’язують з цим методом значні перспективи освоєння підводних родовищ твердих корисних копалин. В даний час у багатьох країнах через свердловини з успіхом добувають фосфорити та уранові руди (гідрорихленням гірських порід); сірку і озокерит (підземною виплавкою); солі (підземним розчиненням); мідь і уран (вилуговуванням металу з вміщуючих порід); вугілля (підземною газифікацією); сланці (підземної перегонкою); нафта (термічними методами); сульфідні мінерали (підземним випалюванням); субліміючі речовини (підземної сублімацією і різними поєднаннями зазначених способів). Існує безліч варіантів перерахованих способів. Наприклад, для вилуговування металів і мінералів, руд використовують кислоти (сірчану, соляну та ін), біологічно активні водні розчини або органічні розчинники.

Сутність геотехнологічних методів розробки зводиться до наступного. Пласт корисних копалин разбуривают серією свердловин в певному порядку залежно від системи розроблення, обраної з урахуванням конкретних гірничотехнічних і гідрогеологічних умов родовища.
Свердловини в породах дна проходять з підстав. До їх числа відносяться підстави, що використовуються для розвідки та розробки нафтогазових родовищ. Це насипні і природні острова, стаціонарні і напівзаглибні підстави, а також природний і намораживаемый лід.

Розробку родовища фосфоритів через свердловини ведуть на обводненій поклади в Ленінградській області. Фосфоритосодержащий пласт родовища представлений дрібнозернистими пісками і перекритий глауконітовими пісковиками, вапняками і четвертинними відкладами.
В комплект добувного обладнання входили: високонапірні насоси для подачі рыхлящей води на розмив, компресор, що постачає стисненим повітрям єрфлітні підйомники, та встановлення первинного збагачення, що відокремлює фосфорити від вміщуючих порід.

Це технічне рішення зберігало і підтримувало мінімально необхідну відстань від насадки гидромонитора до розроблюваних гірських порід. Розпушений матеріал всмоктувався і піднімався эрлифтным методом, тобто подачею повітря в гидроподъемную магістраль.

Свердловинний метод розробки сірковмісних родовищ заснований На здатності сірки плавитися під дією перегрітої (не нижче 160° С) пара. Його вперше застосували в 1937 р. на сірчаних копальнях Флориди (США). Незабаром у багатьох країнах врахували високу економічність цього методу при видобутку сірки, і в даний час через свердловини витягують близько двох третин її загальної кількості. Наприклад, в 1973 р. в капіталістичних країнах було видобуто всього 34,7 млн. т сірки, у тому числі через свердловини — 23,3 млн. т, або 67,3 %.
Метод цей не складний. В пласті буриться свердловина, яку обладнають чотирма колонами труб, вставлених одна в іншу. Першу колону опускають до верхньої межі пласта і використовують в якості обсадної. Внутрішню колону доводять до його нижньої межі, а третю і четверту труби поглиблюють в пласт майже до грунту. Перегрітий пар закачують під тиском 10-15 ат за межтрубному простору між третьою і другою колоною труб. Через отвори в трубах другої колони він проникає в тріщини породи. Під дією температури сірка виплавляється з серонасыщенного пласта і стікає до гирла підйомної труби. Гарячий, стиснутий до 70 ат повітря спінюють серонасыщенную рідина, і вона піднімається по третій колоні труб на поверхню.
Подібним способом США розробляють сірчані родовища під дном Мексиканської затоки. Так, у 1967 р. у цьому районі було отримано 7,1 млн. т сірки, причому в загальній кількості видобутої сірки в США на частку «підводного» припадає 15%. Родовище в Мексиканській затоці приурочено до соляних куполах у крейдяних і третинних породах. Потужність перекривають порожніх порід становить 30 м, потужність рудного покладу коливається в межах від 510 до 750 м. Найбільш збагачений шар потужністю 66-140 м (приблизно 15-30%). Розробки ведуться при глибині води до 15,5 м. Родовище розкривається серією свердловин, що буряться про підстав платформного типу. З однієї платформи проводять за 108 свердловин. Всі 180 платформ з’єднані між собою естакадами.
На платформах розміщуються теплові електростанції, майстерні, вертолітні майданчики, обладнання для подачі гарячої води і повітря в свердловини, приміщення для обслуговуючого персоналу. Електростанції живляться газом з морських свердловин, пробурених поблизу місця розробки. В останні роки на родовищі почали застосовувати не стаціонарні, а самоподнимающиеся бурові підстави. Висувні опори довжиною по 60 м піднімають платформи над поверхнею моря на 20-25 м. Це нововведення дозволяє не тільки вести з платформ розвідувальні та бурові роботи, але і продовжувати видобуток при їх переміщенні на нові ділянки.
Розплавлена сірка подається на берег по трубопроводу, покладеному по дну затоки. Конструкція трубопроводу складається з трьох концентрично розташованих одна в іншій труб. По внутрішній трубі (діаметр 152,4 мм) транспортують розплавлену сірку, закачиваемую в трубопровід при температурі 160° С, причому на зливі вона знижується до 137,8°. Між другою і внутрішньою магістраллю тече гаряча вода, підтримує необхідний температурний режим у внутрішній трубі. Друга труба має ізоляцію і невеликий зазор з зовнішньою трубою, яка служить для оберігання магістралі від механічних пошкоджень.

Паралельно основним трубопроводу прокладено два ставу труб для повернення на рудник охолодженої води і подачі технологічної. Всі частини магістралі з’єднані між собою кожухам для створення загальної опорної поверхні при прокладці системи в м’якому мулистому грунті дна затоки. Магістраль заглиблена в ґрунт на 1,5 м.

Платформи, сполучені між собою перехідними містками, утворюють єдиний сталевий комплекс, винесений над поверхнею затоки за зони впливу найбільш високих хвиль. Загальна маса металоконструкцій перевищує 10 тис. т. Рудник володіє повною автономністю: на ньому є склади з усім необхідним і резервуари для зберігання сірки на випадок непередбачених обставин. Обслуговують цей морський комплекс 250 осіб. Щодоби витягується понад 4 тис. т. сірки. Вона володіє винятковою чистотою до 99,9%, в ній відсутні багато шкідливі домішки, наприклад селен, миш’як і ін
Метод розчинення застосовується в промислових масштабах при розробці родовищ кам’яної солі, каоліну та інших подібних їм корисних копалин. Розчинником для цих речовин служить вода, але фізико-хімічна сутність процесів різна: кам’яна сіль повністю розчиняється у воді, а каолін утворює тонкодисперсную суміш. Виділення цих речовин з розчину відбувається в зворотному порядку — сіль випаровують, а каолін осаджують.
Видобуток солі ведуть через свердловини, пробурені до соляного пласту. У свердловину вводять спочатку обсадну трубу, а потім опускають необхідну кількість концентрично розташованих одна відносно іншої труб. Може бути використана тільки одна труба. У цьому випадку її не доводять до нижнього забою на 2-3 м. Вода, що подається під тиском або за внутрішньої колоні труб, або за межтрубному простору, розчиняє сіль, яку потім у вигляді розсолу відкачують на поверхню. За іншим варіантом видобуток сольових розчинів виробляють нагнітанням через свердловини води, розчинюючої сіль в межах камери заданих розмірів. Для цієї мети передбачають додатковий ставши трубопроводу для подачі, наприклад, нерастворителя-нафти, Нафту размываемой камері спливає наверх і оберігає потолочину камери від розчинення, процес йде тільки вниз і в сторони.

Собівартість солі, яка вилучається через свердловини підземним розчиненням, набагато ніші, ніж у випадку її видобутку шахтним методом. Щорічно в світі підземним розчиненням добувають 25-30 млн. т солі.
Як відомо, більшість речовин не володіють здатністю легко розчинятися у воді при звичайній температурі. У той же час багато тверді мінерали розплавляються навіть при незначному підвищенні температури розчинних речовин (наприклад, асфальт, бура, озокерит плавляться при температурі 80-90″), Але більшість мінералів, що зустрічаються в природі, не розчиняється у звичайній воді навіть при її нагріванні. Видобувати з надр їх допомагають методи вилуговування.
В основі вилуговування лежить здатність багатьох мінералів і металів розчинятися в розчинах кислот, лугів і нейтральних. Наприклад, в якості розчинників, вилуговуючих самородную мідь, солі урану, застосовують слабкі розчини сірчаної кислоти; для оксидів кольорових і рідкісних металів, таких, як молібден, сурма, уран, — розчини соляної кислоти; для оксидів вольфраму, бокситів — лужні. Нейтральними розчинами витравлюють сульфід срібла, міді, сурми, золота.

Посилання на основну публікацію