Способ добычи полезных ископаемых через скважины и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к геотехнологическим методам добычи полезных ископаемых и может быть использовано при скважинной гидродобыче, подземном выщелачивании и подземном растворении полезных ископаемых. Цель - повышение эффективности добычи за счет увеличения скорости перевода массива полезного ископаемого в подвижное состояние и снижение энергозатрат на импульсную обработку. Рудный пласт вскрывают скважинами (С). По трубопроводам (ТП) 11 в нагнетательную С 3 закачивают рабочую жидкость (РЖ). Из нагнетательной С 3 на РЖ и массив воздействуют гидравлическими импульсами. При этом РЖ в нагнетательную С 3 закачивают с постоянным ее поджатием статическим давлением. Импульсами воздействуют через поджатый столб РЖ с частотой следования импульсов 0,5-80 Гц и энергией единичного удара 5-1500 Дж. Поджатие РЖ, воздействие импульсами и откачку пульпы на поверхность ведут непрерывно до заданного извлечения полезного ископаемого из зоны импульсной обработки. Потоку РЖ в забойной части С придают вращение относительно ее продольной оси. Устройство включает возбудитель импульсов, привод возбудителя и патрубки, соединяющие ТП для нагнетания РЖ в нагнетательную С и откачки пульпы через откачную С. Патрубок 6 нагнетательного ТП выполнен в виде двухступенчатого корпуса с крышкой 15 и дистанционной прокладкой 16 и установлен соосно с нагнетательной С 3. Ступень 17 меньшего диаметра соединена с нагнетательным ТП 11 посредством обратного клапана 10. Ступень 19 большего диаметра расположена под ступенью 17 меньшего диаметра, сообщена с ней и имеет упругие связи. Возбудитель 13 импульсов размещен между упругими связями в ступени 19 большего диаметра и имеет канал 20 для выпуска воздуха. Соосно патрубку в нагнетательной С 3 размещается привод 12 возбудителя 13 импульсов. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Щ) Е 21 С 45/00 43/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTGPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

31 B

Фюзи ляьла

Ю

Я

У

И

° Фее и ю ф 4444

/,Ф

Ф %Ф еГЪФ ° ,г 1 ,фС„е %Ю Ф4% Ф%Ф е ФеФ

Ф 44Ф

° Ф °

Ф ° Ф

Ф °

° Ф

° ° e е 4 ° °

Ф

° ° ° е °

Ф 44 ° e °

° ° ° ° °

° Ф ° ° ee 4 °

° 4 Ф 4

° Ф ° ° ° ° Ф ° ° °

° ° ° °

° ° ° ° ° °

° 4 °

° 4 ° ° ° ФФ ФФ

4 Ф

Ф ° ° °

° ° ° ° ° °

° ° °

° °

° Ф

° Ф °

° Ф °

° °

Ф ф

° °

Ф °

° °

° °

° ° °

4 ° °

° ° ° ° ° 4 4 ° ° ° ° Ф ° ° ° ° °

° °

P е

° °

° ° ° ° ° ° °

° ° ° ° ° ° ° ° ° °

° °

4 °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4477078/23-03 (22) 07 ° 06.88 (46) 07. 08.90. Бюл. У 29 (71) Институт геотехнической механики

АН УССР (72) В.Н, Потураев, И.И. Круш, l0.Я. Ободан, К.A. Киселев, А.А. Взоров, Н.И. Бабичев и A.И. Бажал (53) 622.234.4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР и 989072, кл. Е 21 С 45/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

N 1240900, кл. Е 21 В 43/28, 1985, „.80„„1583608 А 1

2 (54) С ПОСО Б ДО БЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХХ ЧЕРЕЗ СКВАЖИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к геотехнологическим методам добычи полезных ископаемых и м,б, использовано при скважинной гидродобыче, подземном выщелачивании и подземном растворении полезных ископаемых. Цель - повышение эффективности добычи за счет увеличения скорости перевода массива полезного ископаемого в подвижное состояние и снижение энергозатрат на импульсную обработку. Рудный пласт

1583608 вскрывают скважинами (С), По трубопроводам (ТП) 11 в нагнетательную

С 3 закачивают раЬочую жидкость (РЖ).

Из нагнетательной С 3 на РЖ и массив воздействуют гидравлическими импульсами. При этом РЖ в нагнетательную

С 3 закачивают с постоянным ее поджатием статическим давлением. Импульсами воздействуют через поджатый столб 1р

РЖ с частотой следования импульсов

0,5-80 Гц и энергией единичного удара 5-1500 Дж. Поджатие РЖ, воздействие импульсами и откачку пульпы на поверхность ведут непрерывно до заданного извлечения полезного ископаемого из зоны импульсной обработки.

Потоку РЖ в забойной части С придают вращение относительно ее продольной оси. Устр-во включает возбудитель 2р импульсов, привод возбудителя и

Изобретение относится к горному . делу, преимущественно к геотехнологическим методам добычи полезных ископаемых, и может быть использовано при скважинной гидродобыче, подземном вы- 30 щелачивании и подземном растворении полезных ископаемых, Целью изобретения является повы-. шение эффективности добычи эа счет увеличения скорости перевода массива полезного ископаемого в подвижное состояние и снижения энергозатрат на импульсную обработку.

На чертеже приведена схема геотехнологической отработки руды и схема 4р устройства для осуществления способа.

В качестве привода возбудителя импульсов используются известные генераторы импульсов с регулируемыми частотой следования импульсов, амплиту- 45 дой и фазой удара, например гидравлические, пневматические или электромагнитные.

Способ осуществляют следующим образом.

Рудный пласт 1 мощностью 1-15 м залегает на глубине 50-200 м от дневной поверхности. Руда представлена рос-. сыпью тонкозернистого слабооглиненного песка с естественной влажностью

5-71. Покрывающие породы 2 — глины слоистой структуры. С дневной поверхности станками 1БА-15В или аналогичными им бурят сетку скважин диаметром патрубки, соединяющие ТП для нагнетания РЖ в нагнетательную С и откачки пульпы через откачную С. Патрубок 6 нагнетательного ТП выполнен в виде двухступенчатого корпуса с крышкой

15 и дистанционной прокладкой 16 и установлен соосно с нагнетательной

С 3. Ступень 17 меньшего диаметра соединена с нагнетательным ТП 11 посредством оЬратного клапана 10.

Ступень 19 Ьольшего диаметра расположена под ступенью 17 меньшего диаметра, сообщена с ней и имеет упругие связи, ВозЬудитель 13 импульсов размещен между упругими связями в ступени 19 большего диаметра и имеет канал 20 для выпуска воздуха. Соосно патрубку в нагнетательной C 3 размещается привод 12 воэЬудителя 13 импульсов. 2 с.и 3 з.п. ф-лы, 1 ил °

273 мм с расстоянием между скважинами 15-50 м. После осадки скважин 3 и 4 к фланцам 5 обсадных колонн нагнетательных скважин 3 присоединяют патрубки. 6, а к фланцам откачных скважин 4 присоединяют патрубки 7 выдачных устройств. В забое скважины 3 размещают отражатель 8..Через запорный вентиль 9 и обратный клапан 10 патрубка 6 в нагнетательную скважину 3 подается жидкость из нагнетательного труЬопровода 11 с постоянным поджатием.

Приводом 12 и возЬудителем 13 импульсов генерируют гидравлические импульсы в постоянно поджатый столб жидкости, Импульсы распространяются от устья к забойной части скважины 3 и отражаются в рудный пласт отражате-.. лем 8. В качестве привода 12 могут быть использованы ударные устройства пневматического, гидравлического, электромеханического действия, например перфораторы ПК-60, ПК-75, пневмоударные устройства П712, П872, гидроударники "Импульс-9", ГПИ, вибраторы типа ИВ, ВНДВ и др., a том числе навесные на транспортной базе экскаватора ЭС-1 устройства, создающие импульсное воздействие с энергией единичного удара 5-1500 Дж. Нижний предел диапазона энергии обусловлен тем, что при меньших величинах энергии невозможно совершить работу по. 1583608 увеличению эффективной пористости о массива, преодолению порогового со- О противления и продвижению жидкости от р нагнетательных скважин 3 до откачных и скважин 4. Значение 1500 Дж обуслов- к лено прочностными свойствами пород.

При превышении указанного значения . с происходит переуплотнение рудного мас- д сива в призабойной зоне нагнетатель- 10 н ной скважины 3, что снижает фильтраи ционные свойства рудного массива и Н эффективность импульсной обработки.

П

При этом частота следования импуль- м сов составляет 0,5-80 Гц. Нижний 15 т предел частотного диапазона ограни- м чивается временем существования об- P разованной импульсным воздействием эф- н фективной пористости. При значении частоты генерирования импульсов ме- 2Р б нее 0,5 Гц вновь открытые поры вслед- т ствие горного давления успевают пере- в крываться, что снижает эффективность р импульсной обраЬотки и ухудшает и фильтрацию жидкости. Верхнее предель- >5 р ное значение частоты генерирования . и импульсов (80 Гц) обусловлено тем, и что в импульсах более высокой час- и тоты основную энергию переносят вы- с сокочастотные составляющие спектра, 3р и которые поглощаются рудным массивом . у до 90ь в радиусе до 1 м от нагнета- л тельной скважины, что также снижает эффективность импульсной обработки. пе

Таким оЬРазом, пРедлагаемые диа- З5 в пазоны энергии единичного удара (5- м

1500 Дж) и частоты следования имно пульсов (0,5-80 Гц) являются техвн нологически оптимальными для россып- ди ных, осадочных и метаморфических по- 4р по род в рудных пластах большой мощнос- им ти. по

Для тонкозернистого слабооглинен- ди ного песка оптимальными по техноло- . пр гическим показателям процесса явля- 4 св ются энергия единичного удара 450 Дж и частота следования импульсов 5 Гц. ! ны

В результате подачи импульсов через постоянно сжатый столб жидкости рудный пласт 1 в зоне между нагнетательной 3 и откачными 4 скважинами перехорит в подвижное состояние за счет интенсивного насыщения жидкостью и динамического воздействия гидрав- у лических импульсов. Одновременно с процессом нагнетания и непрерывно из откачных скважин 4 при поступлении пульпы в забойную часть производят ткачку пульпы на дневную поверхность ° ткачка пульпы может выполняться гидоэлеваторными или эрлифтным пульпоодъемником, например Т884 через отачной трубопровод 14.

В качестве варианта выполнения пособа для повышения эффективности оЬычи за счет увеличения интенсивости фильтрации жидкости в рудных ластах с низкой проницаемостью для агнетательного сдвига зерен в рудном ласте пульсирующему потоку жидкости ожет быть придано вращение относиельно продольной оси скважины, что ожет Ьыть обеспечено конструкцией отажателя 8 или заЬойной части обсадой колонны нагнетательной скважины 3.

Устройство для осуществления спосоа доЬычи состоит из нагнетательных руЬопроводов 11 и откачных трубопроодов 14, запорной арматуры 9, патуЬков б нагнетательных скважин 3 и атрубков 7 откачных скважин 4. Патубки б нагнетательных скважин 3 меют ступенчатый корпус с крышкой 15 дистанционной прокладкой 16. Стуень .17 меньшего диаметра соединена нагнетательным трубопроводом 11 осредством обратного клапана 10 и становлена на фланце 5 обсадной коонны нагнетательной скважины 3.

Внутренний диаметр меньшей стуни 17 и внутренний диаметр кольцеой упругой связи 18 выбираются не енее диаметра обсадной нагнетательй скважины 3, поскольку уменьшение утреннего диаметра ступени l7 ниже аметра обсадной колонны ведет к тере суммарной энергии генерируемых пульсов, передаваемых через столб джатой жидкости. Ступень 19 большего аметра содержит размещенный между едварительно поджатыми упругими язями 17 возбудитель 13 импульсов каналом 20 для выпуска воздуха. следний связан с атмосферой запорм вентилем 21.

Соосно патрубку 6 нагнетательной скважины 3 размещается привод 12-возбудителя 13 импульсов.

Патрубок б нагнетательной скважины 3 может быть снабжен размещенным в забойной части нагнетательной скважины 3 отражателем 8 импульсов, соединенным с патрубком б упругой связью (тросом) 22 через амортизатор 23 и устройство 24 фиксации. Торец возбудителя 13 импульсов может быть снабжен

i 583608 эластичным элементом 25, позволяющим регулировать длительность и амплитуду механического импульса, передаваемого приводом 12 возбудителю 13.

5 .Устройство работает следующим образом.

При воздействии потока жидкости, поступающего из нагнетательного трубопровода через открытый запорный вен-10 тиль 9, обратный клапан 10 открывается и жидкость заполняет полость патрубка 6 и обсадочную колонну скважины 3 под давлением. При исходно открытом запорном вентиле 21 по каналу

20 после заполнения скважины 3 удаляется воздух, и после появления жидкости вентиль 21 закрывает канал 20.

Приводом 12 воздействуют на торцовую часть возбудителя 13 импульсов, соз- давая осевые возвратно-поступательные перемещения возЬудителя 13 в упругих связях 18. Эти перемещения возбуждают импульсы в постоянно поджатом столЬе жидкости, находящейся в ступени25

17 меньшего диаметра патрубка 6 и обсадной колонне скважины 3. Пульсирующий поток, отражаясь от поверхности отражателя 8, направляется в рудный пласт 1 и фильтруется s объеме 30 пласта между нагнетательной скважиной

3 и откачными скважинами 4, Обратный клапан 10 закрывается периодически, при ходе возбудителя 13 импульсов вниз и повышении давления в ступени

17 меньшего диаметра до величин превышающих давление в нагнетательном трубопроводе 11. Клапан 10 открывается при ходе вверх возбудителя 13, т.е. при снижении давления в ступени gp

17, чем обеспечивает постоянное поджатие столЬа жидкости в нагнетательной скважине 3 и эффективную передачу гидравлического импульса в рудный пласт 1 ° При этОм пичество и . 45 расположение откачных скважин обусловлено заданными технологическими параметрами процесса добычи, горногеологическими условиями залегания месторождения и физико-механическими свойствами руд и вмещающих пород, Например, откачные скважины могут располагаться по прямоугольной или гексагональной сетке, а также. радиально-симметрично по отношению к нагHe тательным скважинам для одновременной добычи руды из всего объема отрабатываемого блока. После перевода полезного ископаемого в подвижное состояние в зоне между нагнетатель-ной и откачными скважинами за счеТ интенсивного насыщения руды жидкостью и динамического воздействия гидравлических импульсов, полученную пульпу откачивают на поверхность через откачные р важины 4, патрубки 7 выдачных устройств и откачной трубопровод 14, Толщина дистанционной прокладки (шайЬы) 16 выбирается иэ условия герметичности патрубка 6 при осевых перемещениях воэЬудителя 13 под действием привода 12. В качестве варианта устройства патрубок 6 нагнетательной скважины 3 может быть снабжен отражателем 8, который размещается в забойной части скважины в зоне рудного пласта и связан с патрубком 6 стальным тросом 22 и упругим амортизатором 23. Такое выполнение отражателя позволяет обеспечить сочетание направленного излучения гидравлических импульсов в обрабатываемый рудный пласт и самоочистки отражающей поверхности от заплывания рудной пульпой. При воздействии гидравлического импульса на отражатель 8 поток жидкости в импульсе отражается от рабочей поверхности отражателя и направляется в оЬраЬатываемую зону рудного пласта,.1.

Кроме того, переменный во времени главный вектор давления на рабочую поверхность отражателя 8 вызывает осевые колебания корпуса отражателя за счет податливости упругого амортизатора 23 и стального троса 22, Другим вариантом устройства, позволяющим реализовать вариант способа доЬычи с приданием вращения потоку жидкости, эакачиваемому импульсами, является снаЬжение поверхности отра жателя 8 винтовыми спиральными выступами, радиус кривизны которых увеличивается от продольной оси отражателя 8 к его максимальному диаметру.

При воздействии гидравлического импульса на снабженную спиральными выступами рабочую поверхность отражателя 8 поток жидкости s импульсе отражается, закручивается относительно продольной оси скважины и направляется в обрабатываемую зону рудного пласта. Тем самым на зону разрушения полезного ископаемого в рудном пласте воздействуют сдвиговыми разрушающими нагрузками, что в сочетании с осевыми разрушающими нагрузками поз1583608

Составитель Н. Руденко

Техред Л.Сердюкова Корректор С. Черни

Редактор С. Пекарь

Заказ 2239. Тираж 402 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 8-35, Раушская наб., д ° 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент, r Ужгород, ул.Гагарина,101 воляет переводить рудный пласт в пОдвижное состояние с меньшими энергетическими затратами. формула изобретения

1. Способ добычи полезных ископаемых через скважины, включающий вскрытие рудного пласта скважинами, закачку в нагнетательную скважину рабочей жидкости, воздействие на жидкость и массив из нагнетательной скважины гидравлическими импульсами, перевод полезного ископаемого в подвижное состояние и откачку пульпы через откачную скважину на дневную поверхность, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности добычи за счет увеличения скорости перевода массива полезного ископаемого в подвижное состояние и снижения энергозатрат на импульсную обработку, раЬочую жидкость в нагнетательную скважину закачивают с постоянным ее 25 поджатием статическим давлением, а импульсами воздействуют через поджатый столб жидкости с частотой следования импульсов 0,5-80 Гц и энергией единичного удара 5-1500 Дж, при этом 30 поджатие. рабочей жидкости в скважине статическим давлением, воздействие импульсами и откачку пульпы на поверхность ведут непрерывно до заданного извлечения полезного ископаемого из зоны импульсной обработки.

2. Способ по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что потоку рабочей жидкости в забойной части скважины 40 придают вращение относительно ее продольной оси.

3. Устройство для добычи полезных ископаемых через скважины, включающее трубопроводы для нагнетания рабочей жидкости в нагнетательную скважину и откачки пульпы через откачную скважину с запорной арматурой, патрубки, соединяющие скважины с нагнетательным и откачным трубопроводами, возбудитель импульсов и привод возбудителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, патруЬок нагнетательного трубопровода выполнен в виде двухступенчатого корпуса с крышкой и дистанционной прокладкой и установлен соосно с нагнетательной скважиной, ступень меньшего диаметра соединена с нагнетательным трубопроводом посредством обратного клапана, ступень большего диаметра расположена над ступенью меньшего диаметра, сообщена с ней и снаЬжена у ругими связями, возбудитель импульсов размещен между упругими связями в ступени большего диаметра и имеет канал для выпуска воздуха, причем внутренний диаметр меньшей ступени равен или больше диаметра скважины, а дистанционная прокладка размещена между крышкой и упругими связями в ступени Ьольщего диаметра.

4, Устройство по и. 3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что патрубок нагнетательной скважины снабжен отражателем, соединенным с последним посредством дополнительной упругой связи и амортизатора.

5. Устройство по пп. 3 и 4, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что поверхность отражателя снаЬжена не менее чем двумя винтовыми выступами, имеющими в плане вид спирали,