Способ извлечения материалов из мощных подземных формаций

Авторы патента:

E21C45 - Способы гидравлической добычи полезных ископаемых; гидромониторы (E21C 25/60 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2447287:

Общество с ограниченной ответственностью "Сибирский промышленный холдинг" (ООО "Сибирский промышленный холдинг") (RU)

Изобретение относится к горному делу, в частности к скважинной гидродобыче полезных ископаемых в условиях неустойчивых покрывающих пород. Способ извлечения материалов из мощных подземных формаций осуществляют путем вскрытия формации скважиной, размещения в ней скважинного гидромониторного агрегата, формирования свода естественного равновесия над добычной камерой в пределах продуктивного горизонта и размыва пород формации с выдачей пульпы на поверхность. Для повышения эффективности скважинной гидродобычи полезных ископаемых в добычной камере создают избыточное давление, соответствующее условию: Р_камер.≥Р_пласт.+0.03 МПа, где P_камер. - давление рабочей жидкости в добычной камере, Р_пласт. - пластовое давление. При этом давление в камере постоянно контролируют датчиками, установленными в нижней и верхней частях подвижной трубы гидромониторного агрегата, а избыточное давление в добычной камере обеспечивают регулированием подачи рабочей жидкости в скважину, при качественной гидроизоляции затрубного пространства растворами на основе бентонитовых порошков с условной вязкостью от 50 сек до состояния «не течет». Обеспечивается повышение эффективности скважинный гидродобычи полезных ископаемых. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горному делу, в частности к скважинной гидродобыче полезных ископаемых в условиях неустойчивых покрывающих пород.

Известно устройство для крепления кровли добычных камер при скважинной гидродобыче полезных ископаемых, обеспечивающее устойчивость свода добычной камеры созданием искусственной кровли. В скважину на обсадных трубах опускается устройство в виде перевернутого зонтика, после его развертывания подают твердеющие смеси, создавая крепь кровли добычной камеры (RU, патент на изобретение №2101507, МПК⁶ Е21С 45/00, опубл. 10.11.1998). Недостатком способа является то, что обсадные трубы при этом извлечь невозможно или приходится с помощью специального инструмента отрезать нижнюю часть труб, что приводит к значительному удорожанию работ.

Известен также способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых, где устойчивость кровли достигается при поочередной отработке добычных камер в виде вертикальных щелей. После выемки первой очереди и их закладки производят отработку щелевых камер второй очереди под защитой искусственного целика (RU, патент на изобретение №2081324, МПК⁶ Е21С 45/00, опубл. 10.06.1997).

Недостатком данного способа является его ограниченное применение, так как в слабосвязанных обводненных породах происходит оплывание пород и щелевых камер не образуется.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ извлечения материалов из мощных подземных формаций, который включает вскрытие продуктивного горизонта добычной скважиной, размещение в ней гидродобычного оборудования, размыв пород кровли в пределах свода естественного равновесия над добычной камерой, гидравлический размыв продуктивного горизонта и подъем пульпы на поверхность с формированием добычной камеры (RU, авторское свидетельство №1372045, МПК Е21С 45/00, опубл. 07.02.1988).

Указанный способ предлагает ведение скважинной гидродобычи под сводом естественного равновесия, который формируют в непосредственной кровле до начала размыва продуктивной формации; при этом предполагается, что заранее сформированный свод обладает несущей способностью и препятствует обрушению покрывающих пород в выработанное пространство (за исключением пород, заключенных в объеме свода).

Однако этот способ имеет исключительно малую область применения, при этом его реализация сопряжена с низкой эффективностью или невозможностью применения в условиях неустойчивых вмещающих пород из-за непрогнозируемых обрушений кровли в процессе размыва продуктивной формации. Это в первую очередь связано с тем, что породы кровли, в которых предварительно формируют свод естественного равновесия путем размыва, обладают как малой устойчивостью, так и ярко выраженными реологическими свойствами, т.е. быстро теряют несущую способность при временном протекании процесса. Это приводит к тому, что первоначально сформированный свод естественного равновесия быстро теряет свою устойчивость и перестает выполнять функцию поддержания покрывающих пород, которые, попадая в выработанное пространство камеры, приводят к разубоживанию руды, препятствуют размыву продуктивной формации, либо приводят к поломке гидродобычного оборудования.

Задачей данного изобретения является повышение эффективности скважинной гидродобычи полезных ископаемых.

Технический результат достигается тем, что в способе извлечения материалов из мощных подземных формаций, включающем вскрытие формации скважиной, размещение в ней скважинного гидромониторного агрегата, формирование свода естественного равновесия над добычной камерой в пределах продуктивного горизонта формации, размыв пород формации с выдачей пульпы на поверхность, в добычной камере создают избыточное давление, соответствующее условию:

Р_камер.≥Р_пласт.+0.03 МПа,

где Р_камер. - давление рабочей жидкости в добычной камере,

Р_пласт. - пластовое давление.

При этом давление в камере постоянно контролируют датчиками, установленными в нижней и верхней частях подвижной пульпоподъемной трубы гидромониторного агрегата. Избыточное давление в добычной камере обеспечивают регулированием подачи рабочей жидкости в скважину, при качественной гидроизоляции затрубного пространства растворами на основе бентонитовых порошков с условной вязкостью от 50 сек до состояния «не течет». Формирование свода естественного равновесия над добычной камерой начинают с низа продуктивного горизонта.

Сущность изобретения заключается в создании условий, обеспечивающих устойчивость свода естественного равновесия над добычной камерой за счет создания избыточного давления в камере при условии герметизации полости добычной камеры.

Создание избыточного давления в камере, соответствующего условию

Р_камер.≥Р_пласт.+0.03 МПа,

где Р_камер. - давление рабочей жидкости в добычной камере,

Р_пласт. - пластовое давление,

позволяет предотвратить или значительно уменьшить обрушение пород кровли и снизить разубоживание руды пустыми породами, таким образом, позволяет повысить эффективность технологического процесса и безопасность проводимых работ.

Постоянный контроль давления в добычной камере датчиками, установленными в нижней и верхней частях подвижной пульпоподъемной трубы гидромониторного агрегата, позволяет сделать технологический процесс более управляемым.

Обеспечение избыточного давления в добычной камере регулированием подачи рабочей жидкости в скважину создает превышение давления технологической жидкости в добычной камере над пластовым давлением. Качественная гидроизоляция затрубного пространства растворами на основе бентонитовых порошков (тампонажная смесь) с условной вязкостью от 50 сек до состояния «не течет» обеспечивает герметизацию добычной камеры и позволяет создавать в камере небольшое избыточное давление.

Формирование свода естественного равновесия над добычной камерой с низа продуктивного горизонта формации позволяет предотвратить разубоживание полезного ископаемого породами кровли.

Из анализа научно-технической и патентной информации заявляемой совокупности приемов обеспечения устойчивости свода естественного равновесия над добычной камерой нами не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется следующим рисунком, где представлен схематический разрез, поясняющий способ извлечения материалов из мощных подземных формаций (скважинная гидродобыча полезных ископаемых в условиях неустойчивых покрывающих пород).

Скважинный гидромониторный агрегат содержит водоподающую колонну (1) с гидромониторными насадками: боковой размывающей (2) и нижней пульпообразующей (3), воздухоподающую колонну (4) со смесителем (5) и пульпоподъемную колонну. Пульпоподъемная колонна состоит из подвижной пульпоподъемной трубы (6), жестко закрепленной на водоподающей колонне (1), и неподвижной пульпоподъемной трубы (7). Затрубное пространство между стволом скважины и неподвижной пульпоподъемной трубой (7) герметизируется тампонажной смесью (8) (раствором на основе бентонитовых порошков с уловной вязкостью от 50 сек до состояния «не течет»), а зазор между подвижной (6) и неподвижной (7) пульпоподъемными трубами - специальным уплотнением (9). В верхней и нижней частях подвижной пульпоподъемной трубы (6) гидромониторного агрегата устанавливаются датчики давления (10, 11).

Изобретение осуществляют следующим образом. С поверхности до продуктивного горизонта известными способами бурят скважину, после проработки ствола скважины, опускают скважинный гидромониторный агрегат.

Зазор между подвижной (6) и неподвижной (7) пульпоподъемными трубами герметизируют специальным уплотнением (9).

Затрубное пространство (кольцевой зазор) гидроизолируют тампонажной смесью (8) на основе бентонитового порошка с максимальной условной вязкостью от 50 сек до положения «не течет», обеспечивающей герметизацию добычной камеры на период ее отработки. Подачу тампонажной смеси в затрубное пространство осуществляют известными способами. После стабилизации тампонажной смеси производят вскрытие подземной формации с помощью скважинного гидромониторного агрегата, при этом разрушение рыхлых или слабо сцементированных пород производится с помощью нижней пульпообразующей гидромониторной насадки (3). После достижения заданной глубины производится размыв продуктивной формации через гидромониторную боковую насадку (2). Для рудных горизонтов, сложенных рыхлыми или слабо сцементированными породами, отработку предпочтительно проводить размывкой рудной формации от подошвы (с низа продуктивной формации). Нижняя насадка (3) поддерживает разрушенную породу во взвешенном состоянии и обеспечивает подачу пульпы к всасывающим окнам (12) подвижной пульпоподъемной трубы (6) пульпоподъемной колонны скважинного гидромониторного агрегата. Подъем пульпы на поверхность осуществляют по неподвижной трубе (7) пульпоподъемной колонны скважинного гидромониторного агрегата за счет подачи сжатого воздуха по воздухоподводящей колонне (4) через смеситель (5). На основе показаний датчиков давления (10 и 11), установленных в верхней и нижней частях подвижной пульпоподъемной трубы (6), регулируют подачу рабочей жидкости (воды) в скважину по водоподводящей колонне (1), обеспечивается небольшое превышение давления в добычной камере над пластовым давлением. При этом давление в добычной камере, в ее нижней части, несколько ниже, чем в верхней части, за счет некоторого разрежения, создаваемого всасывающим устройством добычного снаряда. Разница в отметках между боковой размывающей насадкой (2) и всасывающим окном (12) скважинного гидромониторного агрегата обеспечивает небольшой перепад давлений в камере и формирует движение потока жидкости от забоя (боковых стенок камеры) к подошве формации («всасу» агрегата), при этом происходит формирование нижней части добычной камеры в виде перевернутого конуса. Избыточное давление в верхней части добычной камеры обеспечивает устойчивость пород кровли.

Данный способ был апробирован при добыче погребенных циркон-титановых песков Лукояновского месторождения в Нижегородской области, на Тарском месторождении Омской области и Ордынском месторождении в Новосибирской области.

На Лукояновском месторождении добыча материалов из подземных формаций велась при Р_пласт.=0,15 МПа, с давлением Р_камер. до 3,0 МПа, но не ниже Р_камер.=Р_пласт.+0,03 МПа=0,15+0,03=0,18 МПа, что достигалось непрерывностью технологического процесса и поддержанием уровня воды в скважине при спускоподъемных операциях с гидромониторным агрегатом, обеспечивая избыточное давление в камере более 0,03 МПа.

Применение данной технологии обеспечило низкие потери руды и ее незначительное разубоживание пустой породой при средней производительности по твердому - 23.3 м³/час, без нарушения поверхности на отработанном блоке.

Данное изобретение при отработке месторождений, залегающих среди неустойчивых вмещающих пород, позволяет обеспечить повышение эффективности скважинной гидродобычи полезных ископаемых при сравнительно низких затратах за счет предотвращения от разубоживания руды пустыми породами кровли. Кроме того, применение данного способа повышает безопасность при проведении добычных работ и отвечает требованиям охраны окружающей среды, так как не происходит просадки пород кровли и, соответственно, не происходит нарушения почвенно-растительного слоя.

Способ извлечения материалов из мощных подземных формаций, включающий вскрытие формации скважиной, размещение в ней скважинного гидромониторного агрегата, формирование свода естественного равновесия над добычной камерой в пределах продуктивного горизонта, размыв пород формации с выдачей пульпы на поверхность, отличающийся тем, что в добычной камере создают избыточное давление, соответствующее условию
Р_камер.≥Р_пласт.+0.03 МПа,
где Р_камер. - давление рабочей жидкости в добычной камере;
Р_пласт. - пластовое давление,
при этом давление в камере постоянно контролируют датчиками, установленными в нижней и верхней частях подвижной трубы гидромониторного агрегата, а избыточное давление в добычной камере обеспечивают регулированием подачи рабочей жидкости в скважину при качественной гидроизоляции затрубного пространства растворами на основе бентонитовых порошков с условной вязкостью от 50 с до состояния «не течет».

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование свода естественного равновесия над добычной камерой начинают с низа продуктивного горизонта.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при повторной подземной разработке маловалунистых техногенных россыпных месторождений, включающих ленточные целики, оставленные при первичной отработке россыпей.

Способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых при наклонном залегании пластов // 2425222

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для добычи рыхлых, сыпучих или дезинтегрированных различными способами полезных ископаемых через добычные скважины.

Устройство для создания подземного резервуара в многолетнемерзлых осадочных породах // 2413844

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при строительстве подземных резервуаров-хранилищ и разработке полезных ископаемых способом скважинной гидродобычи.

Способ создания подземного резервуара в многолетнемерзлых осадочных породах // 2413843

Способ выемки угля подэтажной гидроотбойкой с попутной добычей метана // 2411361

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке полезного ископаемого. .

Очистной механизированный комплекс с добычей ископаемого крупными блоками и доставкой эскалаторами // 2398107

Изобретение относится к горному делу, в частности к очистным механизированным комплексам для подземной разработки залегающего пологими пластами ископаемого. .

Способ разработки россыпных месторождений // 2396431

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, в частности к разработке россыпных месторождений полезных ископаемых, в том числе к разработке аллювиальных россыпей ценных минералов и благородных металлов, включая золото, серебро, платину и др.

Насадка гидромониторного долота // 2393323

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для промывки бурового долота. .

Способ селевой геотехнологической подготовки месторождений // 2391511

Изобретение относится к области разработки месторождений, также может быть использовано для повторной разработки техногенных объектов и для добычи строительных материалов.

Способ скважинной гидродобычи твердых полезных ископаемых // 2386813

Изобретение относится к горному делу и может применяться при скважинной гидродобыче любых полезных ископаемых при разработке их на больших глубинах или в сложных горно-геологических условиях с помощью направленных (вертикально-горизонтальных) скважин, где создаются зоны дробления добываемой породы, которая размывается гидродобычным агрегатом и в виде гидросмеси или пульпы выдается на земную поверхность.

Способы запуска глубоководного эрлифта // 2471071

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано непосредственно в сфере разработки подводных месторождений полезных ископаемых, подъем элементов которых осуществляют при помощи эрлифта

Способ разработки крутых пластов скважинной гидродобычей с попутной добычей метана // 2473806

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено при отработке оставляемых целиков угля с высокой газоносностью, отработка которых по тем или иным причинам не может быть произведена традиционными способами

Способ скважинной добычи угля и газа из пластов, склонных к газо- и геодинамическим явлениям // 2474691

Изобретение относится к подземной разработке месторождений полезных ископаемых, склонных к газо- и геодинамическим явлениям, в частности к скважинной разработке угольных месторождений

Способ комбинированной разработки свит пластов // 2477793

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при комбинированной разработке свиты пластов

Система для извлечения гидротермальной энергии из глубоководных океанических источников и для извлечения ресурсов со дна океана // 2485316

Способ гидравлической выемки угольных пластов // 2498066

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для безлюдной выемки крутых и наклонных пластов угля. Сущность изобретения заключается в том, что сначала проводят подготовительные полевые выработки - этажные откаточный и вентиляционный штреки с одинаковыми геодезическими отметками, блоковые квершлаги и аккумулирующие штреки с уклоном под самотечный гидротранспорт, бурят вскрывающие скважины под прямым углом к плоскости паста, затем гидравлическим способом вымывают щелевые врубы. Этажные откаточный и вентиляционный штреки проходят на одинаковых геодезических отметках для формирования схемы проветривания с горизонтальной депрессией. Площадь щелевых врубов увеличивают до инициирования процесса самообрушения нависающего массива в очистной камере. Дно очистной камеры формируют вымыванием щелевых врубов с уклоном, обеспечивающим накопление обрушенного угля самотеком. Обрушенный уголь магазинируют для управления сдвижением боковых пород в очистной камере. Смежные с выработанным пространством камеры отделяют ограждающими целиками. Негабариты дробят и периодически дозированно выгружают угольную массу в аккумулирующий штрек для обеспечения продвижения забоя камеры по восстанию. Техническим результатом изобретения является исключение утечек воздуха через выработанное пространство, снижение засорения угля обрушенными породами, повышение надежности функционирования очистных забоев и безопасности труда. 2 ил.

Устройство для гидравлической выемки угольных пластов // 2498070

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для безлюдной выемки крутых и наклонных пластов угля. Устройство содержит станок с гидроприводом возвратно-поступательного и возвратно-поворотного перемещения, двухканальный трубчатый став, струйный рабочий орган, систему подвода и распределения напорной жидкости. Рабочий орган оснащен основным и вспомогательными струеформирующими стволами с насадками и обособленными каналами подвода напорной жидкости к ним. Основной ствол установлен под углом 90°, а вспомогательные стволы - под углами соответственно 45° и 3-10° к продольной оси рабочего органа. Подача напорной жидкости к каналам регулируется двухпозиционным распределителем, установленным на валу гидропривода возвратно-поворотного перемещения. Обеспечивает упрощение конструкции, повышение надежности конструкции, а также повышение безопасности и производительности труда. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ скважинной гидродобычи из горных выработок с предварительным осушением полезного ископаемого // 2499140

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и предназначено для использования при скважинной гидродобыче полезных ископаемых. Способ скважинной гидродобычи обводненных полезных ископаемых, включающий вскрытие продуктивного пласта добычной скважиной, оборудованной гидромонитором, размыв полезного ископаемого гидромониторной струей. У почвы отрабатываемой толщи из шахтного ствола или горизонтальной горной выработки закладывают горизонтальную дренажную скважину, предназначенную для предварительного осушения рабочей зоны и создания условий для эксплуатации гидромониторной струи в воздушной среде, при этом разрушение полезного ископаемого происходит под воздействием гидромониторной струи, силы тяжести и возрастающего горного давления в результате снижения уровня подземных вод, что обеспечивает возможность разработки полезного ископаемого с прочностью 3-5 МПа, гидродобычную полого-наклонную скважину сооружают в одной вертикальной плоскости с дренажной скважиной с уклоном к устью, обеспечивающим истечение гидросмеси самотеком и накопление ее в отстойнике, эксплуатация скважин гидродобычного комплекса осуществляется поочередно, в начале включают дренажную скважину, после снижения уровня воды ниже сопла гидромонитора в работу вводят гидромониторное устройство, отработку полезного ископаемого производят поинтервально в направлении от забоя к устью добычной скважины, соответственно извлекая обсадные трубы на отрабатываемый интервал. Повышение эффективности скважинной гидродобычи полезного ископаемого. 1 ил.

Способ скважинной гидродобычи твердых полезных ископаемых // 2517728

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при отработке месторождений полезных ископаемых методом скважинной гидродобычи. Способ скважинной гидродобычи твердых полезных ископаемых включает вскрытие залежи центральной и периферийными технологическими скважинами, установку в них оборудования и отработку в несколько этапов слоями снизу вверх несмежных камер, начиная с периферийных, с образованием перед отработкой очередного слоя контурной щели на всю мощность слоя, подсечного пространства у почвы образуемой камеры и параллельной ему искусственной потолочины из твердеющего материала, с наклоном от периферии к центру, магазинирование обрушенной горной массы и закладку выработанного пространства твердеющим материалом, отработку и закладку центральной камеры, при отработке каждой камеры, после создания искусственной потолочины, по высоте технологических скважин создают несколько гидроврубов, после образования подсечного пространства из нижнего гидровруба производят гидроразрыв пород и нагнетают в полученную трещину жидкость до обрушения горной массы в подсечное пространство, обрушенную горную массу частично заводняют за счет жидкости гидроразрыва и из гидромониторов, которыми производят размыв горной массы, по мере дезинтеграции последней производят выдачу пульпы на поверхность, при понижении уровня магазина ниже проектной отметки, повторяют операции по гидроразрыву из гидровруба ближайшего к выработанному пространству, магазинированию, размыву и выдаче пульпы, далее операции повторяются до достижения выработанным пространством искусственной потолочины, после чего производят полный размыв замагазинированной горной массы, выдачу пульпы и закладку выработанного пространства. Обеспечивается селективность добычи, уменьшение потерь полезного ископаемого, снижение затрат на добычу и транспортировку и уменьшение вредного воздействия на окружающую среду. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ разработки метангидратов и устройство для его реализации // 2520232

Изобретение относится к техническим средствам освоения ресурсов Мирового океана и может быть применено для добычи метангидратов. Способ разработки залежей метангидратов основан на их дроблении струями воды при температуре выше 285К со скоростью более 1 м/с в пульсирующем режиме с частотой в диапазоне от 1 до 200 Гц, газификации и подъеме с морского дна. Устройство для разработки метангидратов содержит плавсредство, подъемно-транспортное оборудование, энергоблок, трубопроводы, блок управления и агрегат подводной разработки метангидратов, в корпусе которого установлены инфракрасный нагреватель, водоструйный монитор со средствами подвода воды под давлением и газоотводчик. Технический результат заключается в повышении энергоэффективности подводной разработки метангидратов и подъеме их на плавсредство. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.