способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых и скважинный гидродобычной агрегат для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых, включающий вскрытие продуктивного пласта добычными скважинами, бурение вспомогательных скважин, заряжание добычных и вспомогательных скважин зарядами ВВ, формирование вокруг каждой скважины в продуктивном пласте зоны интенсивной трещиноватости взрыванием зарядов ВВ в зажатой среде, монтаж в каждой добычной скважине гидродобычного оборудования, образование добычной камеры в пределах мощности продуктивного пласта с выдачей полезного ископаемого на поверхность по пульповыдачной колонне, размыв нарушенного трещинами продуктивного пласта из вспомогательных скважин, подачу образованной пульпы к всасу пульпоподъемной колонны гидродобычного оборудования и подъем ее на поверхность, отличающийся тем, что разработку ведут длинными столбами с формированием межстолбовых целиков, по меньшей мере одну добычную скважину в каждом столбе бурят большого диаметра в участок продуктивного пласта с наименьшей абсолютной высотной отметкой его почвы, при этом взрывание зарядов ВВ производят короткозамедленно в направлении от добычной скважины к периферии столба, а при подаче разрушенного полезного ископаемого к всасу пульпоподъемной колонны производят его дополнительное дробление.

2. Скважинный гидродобычной агрегат, включающий внешнюю пульпоподъемную колонну, установленную внутри нее с возможностью вращения водоподающую колонну с забойным породоразрушающим инструментом на ее нижнем торце, гидромониторные насадки, гидравлически связанные с водоподающей колонной и приспособление для дробления отбитого полезного ископаемого и подачи его к входу пульпоподъемной колонны, отличающийся тем, что приспособление для дробления полезного ископаемого и подачи его к входу пульпоподъемной колонны выполнено в виде охваченного кожухом шнекового конвейера, размещенного на водоподающей колонне над забойным породоразрушающим инструментом, с уменьшающимися к входу пульпоподъемной колонны диаметром и шагом навивки, при этом кожух выполнен с уменьшающимся к входу пульпоподъемной колонны диаметром и своим верхним торцом прикреплен к нижнему торцу пульпоподъемной колонны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горнодобывающей промышленности и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых, например угольных, россыпных и некоторых типов рудных. Известен способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых, в котором в продуктивный пласт бурят добычную скважину, вокруг которой бурят вспомогательные скважины, размещают в них заряды ВВ и производят дробление массива полезного ископаемого. Затем в добычную скважину опускают гидродобычное оборудование и извлекают полезное ископаемое, которое в виде пульпы подают на поверхность [1].

Недостатком данного способа является большие потери полезного ископаемого в целиках, образующих днище камеры, а также значительные затраты на дробление массива вследствие нерационального расхода энергии ВВ, используемой не только на разрушение массива, но и на доставку отбитого полезного ископаемого.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых, включающий вскрытие продуктивного пласта добычными скважинами, бурение вспомогательных скважин, заряжание добычных и вспомогательных скважин зарядами ВВ, формирование вокруг каждой скважины в продуктивном пласте зоны интенсивной трещиноватости взрыванием зарядов ВВ в зажатой среде, монтаж в каждой добычной скважине гидродобычного оборудования, образование добычной камеры в пределах мощности продуктивного пласта с выдачей полезного ископаемого на поверхность по пульповыдачной колонне, размыв нарушенного трещинами продуктивного пласта из вспомогательных скважин, подачу образованной пульпы к всасу пульпоподъемной колонны гидродобычного оборудования и подъем ее на поверхность [2].

Недостатком данного способа также являются значительные потери полезного ископаемого в днище добычной камеры.

Известен также скважинный гидродобычной агрегат, включающий внешнюю пульповыдачную колонну с гидроэлеватором, размещенную внутри нее водоподающую колонну, установленную с возможностью вращения, с забойной породоразрушающей головкой и гидромониторными насадками (патент US N 4934466, кл. E 21 B 21/12, 1990 г.).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному устройству является скважинный гидродобычной агрегат, включающий внешнюю пульпоподъемную колонну, установленную внутри нее с возможностью вращения водоподающую колонну с забойным породоразрушающим инструментом на ее нижнем торце, гидромониторные насадки, гидравлически связанные с водоподающей колонной и приспособление для дробления отбитого полезного ископаемого и подачи его к входу пульпоподъемной колонны [3].

Недостатком данного устройства является значительный расход воды на дополнительное дробление отделенного от массива полезного ископаемого, так как гидравлическое дробление в условиях затопленного забоя свободных кусков малоэффективно.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, состоит в создании эффективной технологии добычи полезных ископаемых в широком диапазоне горногеологических и горнотехнических условий.

Техническим результатом, получаемым при использовании данного изобретения, является снижение потерь полезного ископаемого в недрах.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе скважинной гидродобычи полезных ископаемых, включающем вскрытие продуктивного пласта добычными скважинами, бурение вспомогательных скважин, заряжание добычных и вспомогательных скважин зарядами ВВ, формирование вокруг каждой скважины в продуктивном пласте зоны интенсивной трещиноватости взрыванием зарядов ВВ в зажатой среде, монтаж в каждой добычной скважине гидродобычного оборудования, образование добычной камеры в пределах мощности продуктивного пласта с выдачей полезного ископаемого на поверхность по пульповыдачной колонне, размыв нарушенного трещинами продуктивного пласта из вспомогательных скважин, подачу образованной пульпы к всасу пульпоподъемной колонны гидродобычного оборудования и подъем ее на поверхность, разработку ведут длинными столбами с формированием межстолбовых целиков по меньшей мере одну добычную скважину в каждом столбе бурят большого диаметра в участок продуктивного пласта с наименьшей абсолютной высотной отметкой его почвы, при этом взрывание зарядов ВВ производят короткозамедленно в направлении от добычной скважины к периферии столба, а при подаче разрушенного полезного ископаемого к всасу пульпоподъемной колонны, производят его дополнительное дробление.

А также тем, что в известном скважинном гидродобычном агрегате, включающем внешнюю пульпоподъемную колонну, установленную внутри нее с возможностью вращения водоподающую колонну с забойным породоразрушающим инструментом на ее нижнем торце, гидромониторные насадки, гидравлически связанные с водоподающей колонной и приспособление для дробления отбитого полезного ископаемого и подачи его к входу пульпоподъемной колонны, приспособление для дробления полезного ископаемого и подачи его к входу пульпоподъемной колонны выполнено в виде охваченного кожухом шнекового конвейера, размещенного на водоподающей колонне над забойным породоразрушающим инструментом, с уменьшающимися к входу пульпоподъемной колонны диаметром и шагом навивки, при этом кожух выполнен с уменьшающимся к входу пульпоподъемной колонны диаметром и своим верхним торцом прикреплен к нижнему торцу пульпоподъемной колонны.

В приведенную совокупность включены все существенные признаки, каждый из которых необходим, а все вместе достаточны для достижение указанного технического результата.

Заявленный способ и устройство поясняются чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез отрабатываемого столба, на фиг.2 - проекция выемочного участка, состоящего из двух смежных столбов, на горизонтальную плоскость при разработке с формированием ленточных межстолбовых целиков, на фиг. 3-то же при разработке с формированием столбообразных межстолбовых целиков, на фиг.4 - продольный разрез скважинного гидромониторного агрегата.

Возможное осуществление способа рассмотрено на нижеследующем примере его конкретного выполнения.

Разведанный в результате проведения геологоразведочных работ и оконтуренный в пределах выемочного поля продуктивный пласт 1 полезного ископаемого разделяют на выемочные участки, которым для данной технологии в наибольшей мере соответствуют длинные столбы 2, столбы 2 целесообразно выделять по простиранию продуктивного пласта 1 с тем, чтобы разработку каждого вести по его восстанию. Для определения места бурения добычной скважины 3 большого диаметра в каждом столбе 2 определяют участок продуктивного пласта 1 с наименьшей абсолютной высотной отметкой его почвы.

Бурение производят посредством скважинного гидродобычного агрегата, снабженного бурильной головкой. Диаметр скважины может быть от 300 до 1000 мм и более, в зависимости от требуемой производительности каждого выемочного участка. Остальной массив продуктивного пласта 1 в пределах столба 2 разбуривают рядами вспомогательных скважин 4 меньшего диаметра. Сетку скважин 4 и их диаметр выбирают из условия размещения в них в пределах мощности продуктивного пласта 1 зарядов ВВ, достаточных для обеспечения заданной степени его трещиноватости, получаемой в результате взрыва. Учитывается также и эффективная дальность струи опускаемого в скважины 4 скважинного гидромонитора, которая должна обеспечить эффективную отбойку нарушенного трещинами полезного ископаемого и его транспортировку к добычной скважине 3 в случае, если угол падения продуктивного пласта не позволяет осуществить самотечный транспорт. Бурение вспомогательных скважин 4 может быть осуществлено в любой временной последовательности относительно времени бурения добычной скважины 3.

После окончания бурения скважин 3 и 4 и извлечения бурового оборудования производят их заряжание зарядами ВВ в пределах мощности продуктивного пласта 1, монтаж взрывной сети и короткозамедленное взрывание зарядов в направлении от добычной скважины 3 к периферии столба 2. Для производства взрывных работ могут быть использованы обычные промышленные взрывчатые вещества, исходя из конкретных условий разработки.

Поскольку взрывание зарядов ВВ производится в условиях зажатой среды, то очевидно, полости каждого предыдущего ряда взрываемых скважин будут заполнены при взрыве зарядов ВВ в каждом последующем ряду замедления. Поэтому эти полости должны быть восстановлены повторным разбуриванием и в необходимых случаях обсажены обсадными трубами в пределах мощности пород, покрывающих продуктивный пласт.

Повторное разбуривание добычной скважины 3 производят тем же скважинным гидродобычным агрегатом, что и бурение и по его окончанию агрегат оставляют в скважине и начинают образование добычной камеры 5 в пределах мощности продуктивного пласта 1 с выдачей полезного ископаемого на поверхность. Формирование добычной камеры 5 ведут путем кругового размыва нарушенного трещинами массива продуктивного пласта 1 высоконапорной струей гидромонитора. Негабаритные куски полезного ископаемого перед подачей к входу пульпоподъемной колонны дополнительно дробят до кондиционного размера.

После окончания формирования добычной камеры 5 начинают соответственно отработку столба 2, используя камеру 5 в качестве технологического пространства для приема отбитого полезного ископаемого. Для этого производят повторное разбуривание вспомогательных скважин 4 (при необходимости), устанавливают в них скважинные гидромониторы и ведут размыв нарушенного трещинами массива полезного ископаемого последовательно от добычной скважины 3 к флангам выемочного столба 2.

Отделенное струей гидромонитора полезное ископаемое поступает в выработанное пространство добычной камеры 5, где производят его дополнительное дробление и подъем на поверхность в виде пульпы по пульпоподьемной колонне. В том случае, когда наклона почвы пласта 1 достаточно для самотечной доставки, отбитое полезное ископаемое самотеком поступает к пульпоподъемной колонне, если наклона недостаточно, то гидромониторы включают не только на размыв, но и на принудительную доставку полезного ископаемого по почве выработанного пространства.

Отработку смежных столбов 2 ведут с формированием между ними межстолбового целика 6. В зависимости от мощности продуктивного пласта 1, устойчивости пород кровли и других горнотехнических факторов, целик 6 может быть ленточным или выполнен в виде ряда отдельных столбчатых целиков. Возможно также формирование целика 6 в виде ряда столбов, соединенных между собой тонкой перемычкой, обеспечивающей гидравлическую изоляцию смежных столбов между собой (см. фиг.3).

Для повышения эффективности работы гидромониторов в скважинах 4 при формировании ленточного целика 6 последний выполняют в поперечном сечении волнистой формы, получаемой за счет бурения поперечных рядов скважин 4 в смежных столбах 2 со смещением друг относительно друга.

Для осуществления способа предложен скважинный гидродобычной агрегат, состоящий из внешней пульпоподъемной колонны 7 и размещенной внутри нее с возможностью вращения водоподающей колонной 8. В своем нижнем торце водоподающая колонна 8 снабжена забойным породоразрушающим инструментом 9, который обеспечивает бурение скважины, в том числе, и скважины большого диаметра.

На внешней колонне 7 размещены гидромониторные насадки (не показаны), гидравлически связанные с водоподающей колонной 8. С помощью насадок производится круговой размыв полезного ископаемого в добычной камере 5. На водоподающей колонне 8 между породоразрушающим инструментом 9 и торцом пульпоподъемной колонны 7 размещено приспособление для дробления полезного ископаемого. В заявленном гидродобычном агрегате это приспособление выполнено в виде шнекового конвейера 10 с уменьшающимися к входу пульпоподъемной колонны 7 диаметром и шагом навивки. Шнековый конвейер 10, в свою очередь, расположен в кожухе 11, который верхним торцом прикреплен к нижнему торцу пульпоподъемной колонны 7 и так же имеет уменьшающийся к входу пульпоподъемной колонны диаметр, соответствующий диаметру шнекового конвейера 10.

Пульпоподъемный механизм агрегата выполнен в виде кольцевого гидроэлеватора 12, размещенного непосредственно после шнекового конвейера 10. При использовании гидродобычного агрегата для разработки полезных ископаемых на больших глубинах он может быть дополнительно снабжен эрлифтом 13, размещаемым в пульпоподъемной колонне на высоте, после которой работа кольцевого гидроэлеватора становится не эффективной.

Скважинный гидродобычной агрегат работает следующим образом.

В режиме бурения скважины - включают вращение водоподающей колонны 8 и забойный породоразрушающий инструмент, разрушая породу, формирует ствол скважины. Подъем разрушенного материала производится вначале шнековым конвейером 10 до входа пульпоподъемной колонны 7, и далее - гидроэлеватором на поверхность. При значительных глубинах разработки дополнительно может быть использован эрлифт 13. В аналогичной последовательности агрегат работает и при повторном разбуривании скважины.

В режиме формирования добычной камеры 5 - выключают вращение водоподъемной колонны 8 и подают напорную воду на гидромониторные насадки. Производят круговой размыв нарушенного трещинами массива продуктивного пласта 1 полезного ископаемого, куски которого поступают на шнековый конвейер 10. За счет уменьшения диаметра и шага навивки куски дополнительно дробятся до кондиционного по условиям транспортировки в потоке пульпы и подаются на вход пульпоподающей колонны 7, где увлекаются гидроэлеватором и транспортируются на поверхность. При значительных глубинах может быть использован эрлифт 13.

Режим подъема отбитого полезного ископаемого на поверхность отличается от вышеописанного тем, что из работы выключают гидромониторные насадки, а полезное ископаемое доставляется самотеком от вспомогательных скважин 4, или гидросмывом при недостаточном наклоне почвы выработанного пространства.

Использование предлагаемого изобретения позволит увеличить сырьевую базу горнодобывающей промышленности и, особенно, угольной, поскольку позволит вовлечь в эксплуатацию месторождения, залегающие на глубинах, не эффективных для разработки открытым способом, без присутствия людей в очистном забое. Это становится особенно актуальным при условии необходимости создания дополнительных рабочих мест.