Устройство для скважинной гидродобычи полезных ископаемых

Изобретение относится к горному делу и предназначено для разработки методом скважинной гидродобычи мощных глубокозалегающих месторождений рыхлых самообрушающихся или предварительно обрушенных полезных ископаемых с тяжелыми минералами. Устройство содержит внутреннюю подвижную напорную колонну с гидромониторной насадкой на конце, внешнюю пульповыдачную трубу с телескопической нижней частью с приемным отверстием. Нижняя часть напорной колонны, жестко соединенная с телескопической нижней частью пульповыдачной трубы, выполнена телескопически выдвижной относительно колонны и снабжена ограничительно-направляющими кольцами. Напорная колонна может быть выполнена с телескопически выдвижным хвостовиком-стволом и ограничительно-направляющими кольцами. Телескопическая нижняя часть пульповыдачной трубы имеет ограничительно-направляющие кольца и элементы крепления к нижней части напорной колонны. Устройство обеспечивает существенное снижение затрат и трудоемкости процесса гидродобычи, а также повышение производительности скважин по твердым продуктам, это связано с уменьшением технологических операций, выполняемых с поверхности и вызывающих остановки процесса добычи, а также повышением эффективности разрушения крупного материала, интенсивности перемешивания твердого и жидкого с выдачей оптимальной по плотности пульпы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для разработки методом скважинной гидродобычи мощных глубокозалегающих месторождений рыхлых самообрушающихся или предварительно обрушенных полезных ископаемых с тяжелыми минералами.

Известно устройство для скважинной гидродобычи (СГД) полезных ископаемых, содержащее внутреннюю подвижную напорную колонну с гидромониторной насадкой, внешнюю пульповыдачную трубу с телескопической нижней частью с приемным отверстием, соединенной с напорной колонной, причем гидромониторная насадка выполнена боковой с осью, перпендикулярной оси напорной колонны (см. патент РФ № 2181434, кл. Е 21 С 45/00, опубл. 07.12.2000).

Недостатком известного устройства является его низкая эффективность при разработке самообрушающихся или предварительно обрушенных неоднородных по прочности полезных ископаемых с тяжелыми минералами вследствие: плохой измельчаемости боковой гидромониторной насадкой горной массы, расположенной на забое; забиваемости кусковым материалом приемного отверстия, расположенного ниже насадки; невозможностью осуществлять внедрение устройства в обрушенную горную массу с целью понижения рабочего забоя и полной отработки полезного ископаемого; нерационального расположения приемного отверстия для забора пульпы, приготавливаемой из горной массы с тяжелыми минералами.

Известна установка для СГД, включающая внутреннюю напорную колонну с телескопической нижней частью, имеющей гидромониторную насадку на конце, пульповыдачную трубу с приемным отверстием и механизм поворота телескопической части в боковое положение (см. Аренс В.Ж. и др. Скважинная гидродобыча твердых полезных ископаемых. М.: Недра, 1980, с.112, рис.4.33.).

Установка обеспечивает оптимальное положение гидромониторной насадки относительно забоя. Недостатком известной установки является то, что для перемещения заборного отверстия нужно перемещать всю пульповыдачную трубу. При разработке глубокозалегающих месторождений это трудоемкая операция, а установка заборного отверстия на заданном расстоянии от забоя с достаточной точностью - процесс сложный и не всегда может быть реализован. Кроме того, расстояние от гидромониторной насадки до приемного отверстия не ограничено, что неприемлемо для добычи полезных ископаемых, особенно состоящих из тяжелых минералов, когда зона пульпы с плотностью, достаточной для эффективной добычи, имеет ограниченные размеры.

Известно устройство для СГД, включающее внутреннюю подвижную напорную колонну с гидромониторной насадкой на конце, внешнюю пульповыдачную трубу с телескопической нижней частью с приемным отверстием, жестко соединенной с нижней частью напорной колонны, причем гидромониторная насадка жестко соединена с напорной колонной, а нижняя часть напорной колонны составляет жесткую конструкцию со всей колонной (см. Аренс В.Ж. Физико-химическая геотехнология. М.: Издательство МГРУ, 2001, с.486, рис.19.11 - II, а также Информационный листок №195-89 Белгородского ЦНТИ, г. Белгород, 1989).

Недостатком устройства, принятого за прототип, является недостаточно эффективное пульпоприготовление и прием пульпы. Не обеспечивается оптимальное расстояние от насадки до забоя. Расстояние между гидромониторной насадкой и приемным отверстием можно изменять, только подняв устройство на поверхность.

Задача изобретения - создание надежного и производительного устройства для скважинной гидродобычи рыхлых самообрушающихся или предварительно обрушенных полезных ископаемых с тяжелыми минералами из мощных глубокозалегающих месторождений.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для скважинной гидродобычи полезных ископаемых, содержащем внутреннюю подвижную напорную колонну с гидромониторной насадкой на конце, внешнюю пульповыдачную трубу с телескопической нижней частью с приемным отверстием, жестко соединенной с нижней частью подвижной напорной колонны, нижняя часть подвижной напорной колонны, жестко соединенная с телескопической нижней частью пульповыдачной трубы, выполнена телескопически выдвижной, с ограничительно-направляющими кольцами.

Другим отличием является то, что телескопически выдвижная часть подвижной напорной колонны выполнена с телескопическим хвостовиком, снабженным ограничительно-направляющими кольцами.

На чертеже показано устройство для скважинной гидродобычи полезных ископаемых в рабочем положении.

Устройство содержит внутреннюю подвижную напорную колонну 1 с гидромониторной насадкой 2 на конце, внешнюю пульповыдачную трубу 3 с телескопической нижней частью 4 с приемным отверстием 5. Нижняя часть 6 подвижной напорной колонны 1, жестко соединенная с телескопической нижней частью 4 пульповыдачной трубы 3, выполнена телескопически выдвижной относительно подвижной напорной колонны 1 и снабжена ограничительно-направляющими кольцами 7 и 8. Подвижная напорная колонна 1 и ее нижняя часть 6 может быть выполнена с телескопически выдвижным хвостовиком-стволом 9 и ограничительно-направляющими кольцами 10, 11, 12. Телескопическая нижняя часть 4 внешней пульповыдачной трубы 3 имеет ограничительно-направляющие кольца 13, 14 и элементы крепления 15 к нижней части 6 внутренней подвижной напорной колонны 1.

Устройство работает следующим образом.

Глубокозалегающее мощное обводненное месторождение, представленное рыхлым несцементированным или слабосцементированным, в том числе неоднородным по прочности, самообрушающимся полезным ископаемым 16 с тяжелыми минералами, например, богатые железные руды КМА в остаточных корах выветривания, вскрывается скважиной, в которую опускается устройство. Башмак внешней пульповыдачной трубы 3 устанавливается ниже кровли отрабатываемой залежи, представленной прочными вмещающими породами или прочным полезным ископаемым 17 и оставляется в таком положении до полной отработки определенного рабочего горизонта. Опускание внутренней подвижной напорной колонны 1 с закрепленной на ней телескопической нижней частью 4 внешней пульповыдачной трубы 3 производят при предельном верхнем положении гидромониторной насадки 2. Этим устанавливается минимальное расстояние между гидромониторной насадкой 2 и приемным отверстием 5, которое обеспечивает стабильную работу устройства без закупорки и зашламования пульповыдачной трубы 3, 4. Гидромониторная насадка 2 располагается непосредственно над забоем. Ствол 9 гидромониторной насадки 2 и нижняя часть 6 подвижной напорной колонны 1 под напором рабочего агента, которым может быть вода или газожидкостная смесь, выдвигаются; гидромониторная насадка 2 приближается к забою, и струя из гидромониторной насадки производит размыв коренной горной породы 16 или обрушенной горной массы 18. Следуя постоянно за забоем с поддержанием оптимального расстояния, гидромониторная насадка 2 позволяет производить эффективное пульпоприготовление и разрушение крупного относительно прочного материала. Приемное отверстие 5 перемещается за гидромониторной насадкой 2 и постоянно находится в зоне оптимальной плотности пульпы. Ствол 9 выдвигается до контакта ограничительно-направляющих колец 11 и 12. Этим достигается предельно допустимое расстояние между гидромониторной насадкой 2 и приемным отверстием 5. Продвижение нижней части пульповыдачной трубы 4 вслед за гидромониторной насадкой 2 может продолжаться до контакта ограничительно-направляющих колец 13 и 14. Размер нижней части пульповыдачной трубы 4 должен, как правило, соответствовать мощности отрабатываемого горизонта, обеспечивая полную отработку горизонта за одну установку гидродобычного устройства. При необходимости дальнейшей углубки забоя или поднятия, например, в случае обрушения на забой горных масс, производится необходимый подъем или опускание внутренней подвижной напорной колонны 1, и процесс может продолжаться в описанном выше порядке. При наличии подвижного ствола 9 гидромониторной насадки 2 автоматически поддерживается оптимальное, по условиям пульпоприема, расстояние между гидромониторной насадкой 2 и приемным отверстием 5. В процессе работы гидромониторной насадки создается "облако" пульпы, плотность которого уменьшается с высотой. Конструкция устройства непрерывно и автоматически обеспечивает положение приемного отверстия 5 в зоне оптимальной плотности пульпы.

Подъем пульпы может осуществляться эрлифтом с подачей в пульповыдачную трубу сжатого воздуха.

Устройство обеспечивает существенное снижение затрат и трудоемкости процесса гидродобычи, а также повышение производительности скважин по твердым продуктам. Это связано с уменьшением технологических операций, выполняемых с поверхности и вызывающих остановки процесса добычи, а также повышением эффективности разрушения крупного материала, интенсивности перемешивания твердого и жидкого с выдачей оптимальной по плотности пульпы, что обусловлено обеспечением в автоматическом режиме оптимального положения рабочих органов устройства по отношению к отрабатываемому горизонту и забою.

1. Устройство для скважинной гидродобычи полезных ископаемых, содержащее внутреннюю подвижную напорную колонну с гидромониторной насадкой на конце, внешнюю пульповыдачную трубу с телескопической нижней частью с приемным отверстием, жестко соединенной с нижней частью напорной колонны, отличающееся тем, что нижняя часть напорной колонны, жестко соединенная с телескопической нижней частью пульповыдачной трубы, выполнена телескопически выдвижной с ограничительно-направляющими кольцами.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что телескопически выдвижная часть напорной колонны выполнена с телескопическим хвостовиком, снабженным ограничительно-направляющими кольцами.