способ извлечения полезных ископаемых из подводных формаций

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ИЗ ПОДВОДНЫХ ФОРМАЦИЙ, включающий вскрытие формации скважиной, нарезку радиальных вертикальных щелей с формированием блоков и отсечку их с обрушением горизонтальной отрезной щелью, дезынтеграцию обрушенных пород и подъем их на поверхность, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат за счет увеличения периода произвольной дезынтеграции обрушенных пород при контакте с водой и частичной подачи рабочего агента самотечно, вертикальные щели нарезают на всю мощность пласта, формируя блоки в состоянии неустойчивого равновесия, осуществляют орошение обрушенных пород сверху, при этом на отсечку блоков и орошение пород направляют самотечную струю воды из водоема над формацией.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при опробовании и разработке подводных формаций, представленных крупнообломочными породами с включением полезного компонента высокой плотности.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату к предлагаемому является способ гидроотбойки пород при их извлечении из подземных формаций, включающий нарезку радиальных вертикальных щелей, размыв пород в пределах каждой щели в направлении снизу вверх, а затем отсечку от массива образованных между щелями целиков на их верхнем уровне путем последовательного формирования секторообразных горизонтальных прорезей.

Недостатком такого способа является низкая эффективность извлечения полезных компонентов за счет значительных энергозатрат на размыв полезного ископаемого и выдачу пульпы на поверхность.

Цель изобретения - снижение энергозатрат за счет увеличения периода произвольной дезинтеграции обрушенных пород при контакте с водой и частичной подачи рабочего агента самотечно.

Изобретение поясняется графическим материалом.

На фиг.1 показана схема вскрытия формации с проходкой вертикальных щелей в разрезе; на фиг.2 - то же, в плане; на фиг.3 - схема проходки щелевой выработки по контакту с подстилающими породами; на фиг.4 - процесс орошения обрушенных пород сверху.

Способ поясняется на примере обработки одиночными камерами круглого сечения мощной подводной формации, представленной устойчивыми налегающими породами и сложенной крупнообломочными породами с включением полезного компонента высокой плотности. Формацию 1 из плавсредства (на чертеже не показано) вскрывают центральной скважиной 2 с перебуром 3 в подстилающие породы 4. В пределах мощности налегающих пород 5 и 6 скважину 2 обсаживают колонной 7 труб, причем верхняя часть обсадной колонны 8 в непосредственной близости от зеркала 9 акватории водоема делают разъемной. Центральную скважину оборудуют гидродобычным агрегатом 10, состоящим из гидромониторной насадки 11 и гидроэлеватора 12, а также скважинным гидромонитором 13, включающим горизонтально и наклонно расположенные насадки 14 и 15 (фиг.4) соответственно, которые гидравлически связаны с внутренней полостью обсадной колонны 7. Скважинный гидромонитор 13 механически связан с гидродобычным агрегатом 10 с возможностью совместного вращения и возвратно-поступательного движения. Одновременно с проходкой центральной скважины, формацию вскрывают фланговыми скважинами 16, пpоизводят их обсадку колонной 17 труб в пределах налегающих пород 5 и 6, а также оборудуют снарядами 18. Забой фланговых скважин располагают в формации 1 выше поверхности подстилающих пород 4 из условия создания угла наклона днища выемочной камеры (фиг. 4), при котором не происходит потерь полезного компонента при самотечном движении гидросмеси.

Гидродобычным агрегатом 10 производят проходку вертикальных щелей 19 минимального сечения с магазинированием крупнообломочных пород 20 на днище выемочной камеры 21, при этом в качестве рабочего агента используют водовоздушную смесь. Затем агрегатом 10 осуществляют проходку щелевой выработки 22 в массиве формации, расположенном между вертикальными щелями 19 (фиг.2, 3). Основанием щелевой выработки 22 является днище камеры 21. Насадку 11 гидродобычного агрегата 10 устанавливают на контакте подстилающих пород 4 с формацией 1, а гидроэлеватор 12 в перебуре 3 скважины 2. На этом процесс подготовки выемочной камеры к очистной выемке прекращают.

Из условия достижения абсолютного извлечения полезного компонента из выемочной камеры, радиус орошения формации 1 устанавливают максимальным, исходя из гидростатического давления столба жидкости, высота которого регламентируется расстоянием от зеркала 9 экватории до гирдомониторной насадки 14 (фиг.4), а также ее диаметром. При этом производят сравнение предельного пролета кровли выемочной камеры на период полной ее отработки по условиям горного давления с максимальным радиусом орошения. Если предельный пролет кровли окажется меньше двух максимальных радиусов орошения (соотношение справедливо для камер круглого сечения), то производят перерасчет диаметра насадки 14 в сторону его уменьшения.

Очистная выемка включает процесс подъема верхней части обсадочной колонны 8 с возможностью создания канала 23 (фиг.3), через который вода из акватории водоема поступает во внутреннюю полость колонны 7, затем на гидромониторные насадки 14 и 15, с помощью которых формируются струи. Вращением струи, истекающей из насадки 14 по контакту кровли формации 1 с налегающими породами 6, производят создание щели 24 и формирование консольных блоков 25, находящихся в состоянии неустойчивого равновесия. За счет гравитационных сил происходит обрушение блоков 25 на днище выемочной камеры 21, при этом струи гидромониторных насадок 14 и 15 работают в режиме орошения поверхности созданного магазина, а их горизонтальное и наклонное положение позволяет производить равномерное орошение. Дезинтеграцию обрушенных пород производят газожидкостной струей, истекающей из насадки 11. При отработке магазина сжатый воздух, подаваемый на насадки снарядов 18, продавливаясь сквозь магазин крупнообломочных пород 20, сообщается с полостью вертикальной щели 19 и далее по межтрубному пространству между обсадной колонной 17 и добычным снарядом 18 сообщается с атмосферой. В процессе очистной выемки создают дебаланс воды, расходуемой на орошение магазина с производительностью гидроэлеватора 12, из условия превышения уровня воды 26 в камере над поверхностью магазина, что способствует интенсивной дезинтеграции пород, а также возможности создания воздушного пространства между налегающими породами 6 и уровнем воды 26 в камере, которое оказывает положительное влияние на устойчивость кровли.

В процессе дезинтеграции обрушенных пород происходит высвобождение полезного компонента, который вместе с фракцией вмещающих пород, соизмеримой с его крупностью, по поровым пространствам магазина поступают в приемную камеру гидроэлеватора 12 и выдаются на поверхность для обогащения. Процесс очистной выемки прекращается по результатам экспресс анализа пульпы на предмет присутствия в ней полезного компонента.

Использование изобретения в промышленности позволит вовлечь в эксплуатацию месторождения, отнесенные к забалансовым по причине отсутствия техники и технологии их отработки. Кроме того, использование воды акваторий значительно снижает энергозатраты на выполнение процессов очистной выемки.