Спосіб свердловинного видобутку твердих корисних копалин та пристрій для його здійснення

МПК б Е21С 45/00 Спосіб свердловинного видобутку твердих корисних копалин та пристрій для його здійснення Винахід відноситься до гірничої справи і може використовува тись для видобутку руд твердих корисних копалин рихлого стану че рев буроЕІ свердловини. Відомий спосіб видобутку корисних копалин через свердловини ЕІЗ, згідно якого руду розмивають струменями води і відкачують гідросуміш на поверхню. Недоліком відомого способу є відсутність операції по підтримці покриваючих порід що призводить до обрушення останніх , і робить неможливим здійснення способу в реальних геологічних умовах. Відомий також спосіб свердловинного видобуку корисних копа лин CS3, що включає розмив руди близько підошви рудного пласту та нагнітання твердіючої суміші в тріщину гідророзриву біля покрівлі пласту., причому нагнітання твердіючої суміші проводять одночасно з розмивом руди. Недоліки відомого способу полягають у відсутності засобів управління гідророзривом , що робить процес некерованим , а також у необхідності процесу розмиву руди, щ о призводить до значних витрат енергії і впливав на економічність способу в цілому . Найближчим технічним рішенням до запропонованого є спосіб свердловинного видобутку твердих корисних копалин СЗЗ що включає , буріння експлуатаційних та допоміжних свердловин , видачу руди з утворенням вийомочних камер шіяхом самообрушення руди і закладку виробленого простору . Видачу руд спочатку ведуть без закладки , а потім, коли ослаблена зона виходить на рівень покрівлі рудного покладу , видобуток продовжують з одночасною подачею в ослаблену зону закладочного матеріалу. Проте, відсутність засобів контролю за переміщенням масиву руди і ослабленої зони призводить до помилок у визначенні моменту -2досягнення ослабленою БОНОЮ покрівлі покладу, що впливає на економічність способу , викликаючи необхідність підтримувати закла дочке господарство в постійно підготовленому до закладки стані . Відомий пристрій - свердловина для видобутку солі шляхом підземного розчинення [4], яка включає обоадну колону труб, по якій подають нерозчинювач , проміжну колону труб , по якій подають воду, робочу (розсолопідйомну ) колону труб, по якій піднімається розсіл. - Проте, відомою конструкцією пристрою не передбачено забійно го елементу для управління процесом видобутку руди Окрім того., . жорстке з'єднання труб на усті не дозволяє пересувати труби по вертикалі , а також повертати їх, що робить неможливим управління технологічним процесом. Як прототип пристрою для свердловинного видобутку твердих корисних копалин прийнято свердловину для видобутку сірки підзем ною виплавкою [53, яка включає обсадну колону труб (вона не використовується) , проміжну колону труб, по якій подають воду, робочу колону труб, по якій відкачують сірку, ерліфтну колону труб, по якій подають повітря . На усті проміжна і робоча колони в"єднані за допомогою сальника, який забезпечує можливість вертикального переміщення колон при нерівному температурному видовженні . Забійний елемент свердловини включає два перфоровані інтервали на проміжній колоні і жорсткий пакер на який спирається робоча ко , лона. Конструкція забійного елементу у прототипі не забезпечує можливості змішування руди з водою і керування цим процесом . В основу винаходу покладено завдання вдосконалення технології свердловинного видобутку твердих корисних копалин та прист рою для його здійснення в напрямку підвищення керованості техно логічного процесу шляхом аміни конструкції робочої колони , попереднього розміщення в масиві руди глибинних реперів і визначення "іх відносного зміщення, що дає можливість розрахувати момент по чатку закладки і зменшити витрати на підтримування закладочного господарства в постійно підготовленому до закладки стані , тобто забезпечує здешевлення технологічного процесу в цілому . Покладене завдання вирішується тим що в способі свердловин , ного видобутку твердих корисних копалин що включає буріння екс , плуатаційних та допоміжних свердловин , видачу руди з утворенням ЕИЙОМОЧКИХ камер шляхом самообрушенкя і закладку виробленого прос -з тору, згідно винаходу, в рудному покладі попередньо розміщують глибинні репери, видобуток руди ведуть спочатку без закладки і по відносному зміщенню реперів визначають кількість руди яку , потрібно видобути , щоб ослаблена зона вийшла на рівень покрівлі покладу, а закладку виробленого простору починають після видобутку визначеної кількості руди і додатково контролюють по зміщенню репера, встановленого на рівні покрівлі рудного покладу Покладене . завдання вирішується також тим що в пристрої для видобутку , твердих корисних копалин, що включає обсадну і проміжну колони труб, робочу колону труб із забійним елементом і ерліфтну колону •труб, згідно винаходу забійний елемент робочої колони труб вико нують лдугоподібним, із загнутим всередину труби ріжучим елемен том, який частково перекриває вхід в трубу . Попереднє розміщення глибинних реперів у рудному покладі дав можливість визначити момент досягнення ослабленою зоною покрівлі покладу, підготувати до цього моменту необхідний запас закладоч ного матеріалу і в необхідний момент розпочати закладку виробле ного простору, що забезпечує економію витрат для підтримки закла дочного господарства в постійно підготовленому до закладки стані і підвищує безпеку при зміщенні порід покрівлі . .'' -'_ * : Забійний . елемент робочої колони запропонованого пристрою забезпечує змішування руди з водою для підйому П на по верхню, а також можливість регулювати щільність гідросуміші в процесі видобутку руди шляхом розрихлення плугоподібним низом ко лони із загнутим всередину ріжучим елементом , який частково перекриває, вхід в трубу, що запобігає попаданню включень міцної руди в колону, тобто попереджає вихід її з ладу . Таким чином , пристрій, що заявляється, забезпечує , згідно з запропонованим способом свердловинного видобутку твердих корисних копалин , підвищення керованості технологічного процесу і досяг нення вказаного технічного результату, що свідчить про те, що запропоновані винаходи пов'язані єдиним винахідницьким задумом . Спосіб пояснюється кресленням , де на фіг.1 зображено схему свердловинного видобутку корисних копалин * зокрема схему рудника з видобутку апатитової руди. Рудник включає свердловини для видобутку твердих корисних копалин , вузол приготування закладочного матеріалу> освітлювач води, вузол промивки, склад концентрату і компресор. Свердловина складаться з: обсадної колони 1, проміжної коло -4ни 2, робочої колони 3, ерліфтної колони 4. Проміжна і робоча колони з'єднані на усті сальником 5. Обсадна колона заглиблена до контакту між покриваючими породами 6 і рудою 7, а всі інші колони труб спущені до контакту між рудою 7 і підстеляючими породами S. Окрім того в руді встановлені репери 9 на різних глибинах, в тому числі на рівні покрівлі руди. Для підтвердження промислової придатності винаходу та можли вості досягнення вказаного технічного результату наводимо послідовність виконання операцій технологічного процесу і приклад конкретного виконання способу . Спосіб здійснюється таким чином : подають Еоду по трубі 2 і повітря по трубі 4. Вода виходить в труби 2, вмішується в рудою 7 і створена гідросуміш всмоктується трубою 3 під впливом аерації . Навколо свердловини створюється зона самообрушеної руди поверхня , якої (ослаблена зона) просувається вгору від забою свердловини. Де просування контролюють глибинними реперами 9, по зміщенню яких розраховують момент , коли ослаблена зона на поверхні ядра досягне покриваючих порід 6. Цей момент додатково контролюють по зміщенню репера, встановленого на рівні контакту руди з покриваючими поро дами. Коли починається зміщення ., приводять в дію вузол приготу вання закладочного матеріалу і починають закачку останнього по трубі 1 в ослаблену зону 10- Закпадочний матеріал 11 заміщає руду в зони самообрушення. Приклад конкретного виконання способу Досіїідно-промисловІ випробування запропопонованого способу проведені на Ниьиаилі-сшиякому родовищі апатиту з такими основними даними по геологічному розрізу : глибина до покрівлі руди м 61 , глибина до підошви руди м 13£ , потужність рудного покладу, м 71 Згідно способу, що заявляється, поряд з експлуатаційною свердловиною попередньо були пробурені ще три свердловини в яких , розмістили репери на глибинах : L1-63 м, L2-90 м, L3-120 м. Почали видобуток руди спочатку без закладки виробленого простору. Через деякий час почалось зміщення реперу N3. Продовжували видобуток руди без закладки до початку вміщення реперу N2, За цей період репер N 3 поглибився на 3 м. Розрахували коефіцієнт -5розрихлення руди по формулі; K-(L3-L2+a)/(L3-L2) - (120-90+3)/(120-90) - 1.1 Об'єм виробленого простору визначили по емпіричній формулі V - 0.35 МЛ 3 , де М - потужнлсть покладу, Л - знак ступені, V 0.35*71*71*71- 125 268 мЗ. При розрихленні руда займе об'єм K*V 125268*1.1-137794 мЗ. Приріст об'єму дорівнює 12526 мЗ. Тобто вихід ослабленої зони під покрівлю здійсниться після видобутку вказаного об'єму руди. Спрогнозований таким чином термін досяг нення ослабленою зоною покрівлі пласта дозволив підготувати засоби для закладки виробленого простору Після того, як видобули . вказану кількість руди, ввели в дію змішувачі, а коли почалось зміщення реперу і, встановленого на рівні покрівлі покладу вклю, чили насос для подачі закладочного матеріалу . Запропонований пристрій для здійснення способу свердловинно го видобутку твердих корисних копалин зображено на фіг-2 - загальний вигляд - і фіг.З/Нгзабійний елемент робочої колони . Пристрій для видобутку твердих корисних копалин включає : - обсадну колону і , яка служить для подачі закладочного ма теріалу; - проміжну колону 2., яка служить для подачі води в нижню частину рудного покладу; - робочу колону 3, яка служить для відкачки суміші води з рудою; - ерліфтну колону 4, по якій подають стиснуте повітря для аерації гідросуміші, тобто її відкачки ерліфтом. На усті проміжна колона труб 2 з'єднана з робочою колоною З сальником 5, який дозволяв повертати останню колону навколо осі та пересувати її вверх або вниз. Забійний елемент робочої колони 3 виконаний плугоподібним , із загнутим всередину труби ріжучим елементом , який частково пе. рекриває вхід в трубу. Пристрій працює таким чином. В проміжну колону труб 2 подають воду. Вона виходить з нижнього отвору і змішується з рудою яка в результаті саморозру , шення під дією сини тяжіння припливає до забою Суміш руди з во. дою (пульпа) всмоктується в отвір робочої колони 3, Тут пульпа змішується зі стиснутим повітрям яке подають по ерліфтній колоні , 4. Різниця цільностей аерованої пульпи і води викликає фонтанування пульпи. Управління щільністю гідросуміші здійснюється по _ p. — вертанням робочої колони труб навколо власної осі Якщо до . верхньго кута вирізу підходить міцне включення яке не дає змоги , розрихленій руді входити до середини труб колону повертають, і , включення залишається поза трубою, а всмоктування проходить в іншому місці. При повороті плугоподібний забійний елемент роерих лює міцні включення і піднімає руду знизу до всмоктуючого отвору . Якщо щільність гідросуміші недостатня робочу колону 3 опус, кають, вона занурюється в руду а вода, яку подають по колоні 2, , розтікається в покладі руди 7. Це призводить до збільшення вмісту твердих частинок в пульпі, тобто підвии^є її щільність* Якщо щільність гідросуміші дуже велика і вона перестає текти , робочу колону піднімають П кінець входить у проміжну колону2 і вода, , не попадаючи в рудний поклад, всмоктується в робочу колону. Це призводить до зменшення щільності гідросуміші . Запропонований спосіб видобутку твердих корисних копалин та при стр ій дл я йог о зді йс нен ня за бе зпе чу є м ож лив іс ть ос воє нн я найбільшого в Україні Новополтавського родовита апатитів . джерела інформації, прийняті до уваги при експертизі : 1. Арене В.Ж., Исмагилов Б.В., Шпак Д.Н. Скважинная гидродо быча твердых полезных ископаемых М.Недра, 1980; . 2. Авторское с видетел ьство СС СР N 16 54578, Е 21 С 4 5/00, 1991 г.; 3. Патент України N 23922, 1998 р. (прототип): 4. Пермяков Р.С , Романов B.C., Бельди M.IL Технология добы чи солей. М.Недра, 1981, о. 172; 5. Горная энциклопедия, ТІ, с. 459 (прототип). Спосіб свердловинного видобутку твердих корисних копалин та пристрій для його здійснення. Освітлювач Вузол приготування С к л а д концентрата за кл а дк и Автор: Гайрвн A.M. Спосіб свердловинного видобутку твердих корисних копалин та пристрій для його 4 здійснення. ПОВІТРЯ 0140 •о пульпо 2(9 вода 0324 поста КРОНШТЕЙН Фіг.З. X • X -X о* о' X X' X X -X X X X • X -X х.х X -Х_ X X -X .6 їм Автор; Г'айдин A.M. 130 СІ Ю) М Ш/////77777Т////Ш/ Фіг.2."