способ разработки наклонного пласта твёрдого полезного ископаемого методом скважинной гидродобычи (варианты)

Формула изобретения

1. Способ разработки наклонного пласта твердого полезного ископаемого методом скважинной гидродобычи, заключающийся в том, что в падающем крыле пласта полезного ископаемого бурят выдачную скважину до входа в почву пласта, ствол которой до кровли пласта крепят обсадными трубами, в призабойной зоне выдачной скважины посредством гидроразмыва пласта образуют связанную с выдачной скважиной приемную камеру, оснащают выдачную скважину пульпоподъемным оборудованием, бурят вспомогательные скважины по простиранию пласта и формируют, начиная с ближайшей, по отношению к выдачной скважине, вспомогательной скважины, путем гидроразмыва пласта в призабойных зонах вспомогательных скважин, транспортную выработку для подачи самотеком в приемную камеру выдачной скважины пульпы, образующейся при гидроотбойке полезного ископаемого в добычных скважинах, пройденных по всему выемочному блоку, и выдаваемой на поверхность пульпоподъемным оборудованием, размещенным в выдачной скважине, отличающийся тем, что после разработки неглубоко залегающего крыла наклонного пласта полезного ископаемого малой мощности открытым способом с образованием карьера, выемочный блок располагают на его уступе и ориентируют в направлении падения пласта полезного ископаемого, при этом выдачную скважину бурят на границе выемочного блока, а транспортную выработку располагают на границе падающего крыла пласта полезного ископаемого, причем вспомогательные скважины бурят по простиранию пласта по линии, угол наклона которой по отношению к линии падения пласта полезного ископаемого составляет меньше 90, при этом добычные скважины бурят в борту карьера по пласту полезного ископаемого до сбойки их с транспортной выработкой, а гидроотбойку полезного ископаемого производят посредством перемещения гидромониторного снаряда по добычной скважине от транспортной выработки к борту карьера.

2. Способ разработки наклонного пласта твердого полезного ископаемого методом скважинной гидродобычи, заключающийся в том, что в падающем крыле пласта полезного ископаемого бурят выдачную скважину до входа в почву пласта, ствол которой до кровли пласта крепят обсадными трубами, в призабойной зоне выдачной скважины посредством гидроразмыва пласта образуют связанную с выдачной скважиной приемную камеру, оснащают выдачную скважину пульпоподъемным оборудованием, формируют в пласте транспортную выработку для подачи самотеком в приемную камеру выдачной скважины пульпы, образующейся при гидроотбойке полезного ископаемого в добычных скважинах, пройденных по всему выемочному блоку, и выдаваемой на поверхность пульпоподъемным оборудованием, размещенным в выдачной скважине, отличающийся тем, что после разработки неглубоко залегающего крыла наклонного пласта полезного ископаемого малой или средней мощности открытым способом с образованием карьера, выемочный блок располагают на его уступе и ориентируют в направлении падения пласта полезного ископаемого, при этом выдачную скважину бурят на границе выемочного блока, а в борту карьера по пласту полезного ископаемого проходят добычные скважины, забои которых оставляют на границе выемочного блока в падающем крыле по простиранию пласта полезного ископаемого по линии, составляющей с линией падения пласта полезного ископаемого угол менее 90, путем гидроразмыва в призабойных зонах добычных скважин, начиная с ближайшей по отношению к приемной камере, в пласте полезного ископаемого формируют транспортную выработку, а гидроотбойку полезного ископаемого производят посредством перемещения гидромониторного снаряда вдоль каждой добычной скважины в направлении от транспортной выработки к борту карьера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам разработки месторождений твердых полезных ископаемых, а именно к способу скважинной гидродобычи полезных ископаемых, и может найти применение при разработке наклонных пластов малой и средней мощности после разработки неглубоко залегающего их крыла открытым способом.

Известен способ добычи воды из подземных источников с помощью лучевых горизонтальных скважин и способ строительства лучевых водозаборов (Гидрогеологические исследования для устройства лучевых водозаборов и опыт их эксплуатации. Обзор. ВИЭМС Мингеологии СССР. М., 1997). Способ добычи воды заключается в следующем. С поверхности до водоупорного горизонта проходят водосборный колодец (ствол шахты, шурф большого диаметра), стенки и забой которого закрепляют бетонной крепью. В интервале водоносного пласта в бетонной крепи стенок колодца пробивают окна, через которые осуществляют проходку горизонтальных дренажных скважин, расходящихся лучами от водозаборного колодца. Проходку скважин осуществляют методом задавливания бурового снаряда либо способом вращательного бурения. Скважины оборудуют фильтрами. Протяженность лучевых скважин может достигать 100 и более метров. Через эти скважины вода из водоносного пласта поступает в водосборный колодец, из которого посредством водоподъемного оборудования выдается на поверхность. По аналогии со скважинной гидродобычей твердого полезного ископаемого в этом способе горизонтальные лучевые скважины выполняют роль добычных скважин, а водосборный колодец - выдачной горной выработки.

Недостатки способа: невозможность непосредственного использования при скважинной гидродобыче твердых полезных ископаемых, сложность проходки лучевых скважин в связи со стесненными условиями ведения буровых работ на дне водосборного колодца.

Известен способ гидравлического извлечения материалов из продуктивных горизонтов (А.С. №1343018 с приоритетом от 21.03.86, МПК Е 21 С 45/00). Способ состоит в том, что при отработке крутопадающего продуктивного горизонта бурят добычную и выдачную наклонные скважины. Добычную скважину проводят непосредственно у почвы продуктивного горизонта по его падению. Бурение выдачной скважины осуществляют наклонно вкрест простирания продуктивного горизонта под углом, который равен или меньше угла сдвижения налегающих пород при образовании выемочной камеры под выдачной скважиной. Забой выдачной скважины выводят под забой добычной. Затем в добычной скважине размещают скважинный гидромонитор, а в выдачной скважине пульпоподъемное оборудование. Производят сбойку выдачной и добычной скважин и приступают к гидроотбойке полезного ископаемого. Ее производят из поперечной насадки гидромониторной струей, перемещаемой в секторе, параллельном плоскости сдвижения налегающих пород над выдачной скважиной.

Недостаток способа по А.С. №1343018 - большой объем буровых работ, а также трудность сбойки добычной и выдачной скважин.

Известен способ скважинной гидродобычи из пластовых наклонных месторождений полезных ископаемых (А.С. №1180508 с приоритетом от 31.08.82, МПК Е 21 С 45/00. Прототип). Способ осуществляется следующим образом. Добычной блок ориентируют в направлении падения пласта полезного ископаемого. Проходят выдачную и ряд добычных вертикальных скважин, которые располагают по оси добычного блока, совпадающей с проекцией на горизонтальную плоскость линии падения пласта. При этом выдачную скважину бурят в нижней точке линии пласта при условии входа забоя в почву пласта, а добычные скважины выше по восстанию пласта до почвы пласта. Выдачную скважину обсаживают до кровли пласта и в нижней ее части производят гидроразмыв пласта для образования приемной камеры. После этого производят сбойку добычных скважин с приемной камерой выдачной скважины, в результате чего через весь выемочный блок по падению пласта образуется транспортная выработка, подошвой которой служит почва пласта. Далее производится бурение добычных скважин по всему выемочному блоку по квадратной сетке. Отработку выемочного блока начинают скважинами, расположенными в верхней части пласта по его восстанию, причем сначала производят гидроразмыв полезного ископаемого в скважинах, примыкающих к транспортной выработке, а затем в периферийных скважинах. Под воздействием сил гравитации образующаяся пульпа со всего выемочного блока самотеком доставляется сначала к транспортной выработке, потом по транспортной выработке - в приемную камеру выдачной скважины, откуда с помощью пульпоподъемного оборудования выдается на поверхность.

Недостатки способа по А.С. №1180508: значительный объем бурения за счет большого количества добычных скважин, сложность проводки транспортной выработки и ее сбойки с выдачной скважиной, сложность управления работой добычных скважин в процессе отработки пласта и полезного ископаемого.

Поставлена задача - при разработке способом скважинной гидродобычи падающего крыла наклонного пласта полезного ископаемого после отработки его восстающего крыла открытым способом:

- сократить объем буровых работ,

- упростить процесс проводки транспортной выработки и сбойки с ней добычных скважин,

- упростить управление работой добычных скважин в процессе отработки пласта.

Сущность предложенного изобретения заключается в следующем. Выемочный блок располагают на уступе карьера и ориентируют в направлении падения пласта полезного ископаемого (далее - ПИ). На границе блока в глубокозалегающей части пласта бурят выдачную скважину до входа ее в почву пласта, после чего скважину обсаживают от устья до кровли пласта. В пласте ПИ производят гидроразмыв для образования приемной камеры, скважину оснащают пульпоподъемным оборудованием. Необходимым условием реализации способа является проходка вдоль упомянутой выше границы выемочного блока до сбойки с приемной камерой выдачной скважины транспортной выработки с уклоном 4-8%. Ее образуют посредством гидроразмыва из вспомогательных скважин, проводимых с поверхности по границе выемочного блока, либо из добычных скважин, пробуренных по пласту ПИ из борта карьера. По этой выработке пульпа самотеком будет поступать из периферийной части пласта ПИ в приемную камеру выданной скважины, а из нее с помощью пульпоподъемного оборудования выдаваться на поверхность. Затем в борту карьера по пласту ПИ бурят ряд параллельных добычных скважин, гидравлически связанных с транспортной выработкой. Добычные скважины оборудуют гидромониторным снарядом с боковыми насадками. Гидроотбойку ПИ производят в процессе перемещения гидромониторного снаряда в добычной скважине по восстанию пласта, т.е. по направлению к борту карьера.

Исходя из способа проходки транспортной выработки, предлагаемое изобретение может быть реализовано в двух вариантах:

Вариант 1. Транспортную выработку проходят путем гидроразмыва пласта ПИ из вспомогательных скважин, пробуренных на границе выемочного блока в глубокозалегающей части пласта ПИ.

Вариант 2. Транспортную выработку формируют путем гидроразмыва пласта ПИ в призабойных зонах добычных скважин.

Далее сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

- на фиг.1 - план расположения горных выработок по варианту 1;

- на фиг.2 - разрез выемочного блока по оси добычной скважины в вертикальной плоскости по варианту 1 (разрез А-А);

- на фиг.3 - план расположения горных выработок по варианту 2;

- на фиг.4 - план расположения горных выработок с периферийной выдачной скважиной.

Примеры осуществления способа.

Вариант 1.

Выемочный блок 1 с длиной сторон от 100 до 600 метров располагают на уступе карьера и ориентируют в направлении падения пласта 2 ПИ таким образом, чтобы проекция оси блока на пласт совпадала с линией его падения (фиг.1, 2). На границе 3 выемочного блока 1 (фиг.1, 3) в падающем крыле пласта 2, т.е. в глубокозалегающей ее части, бурят вертикальную или наклонную (в зависимости от угла падения пласта) выданную скважину 4 до входа ее в почву 5 пласта. Скважину располагают либо на оси блока (фиг.3), либо в ее периферийной части (фиг.4). Диаметр скважины 250-300 мм. Скважина проходится вращательным способом, сплошным забоем, с промывкой глинистым раствором. После проходки скважина крепится до кровли пласта обсадными трубами, в скважину опускается гидромониторный снаряд с боковыми насадками и в пласте 2 ПИ производится гидроразмыв пласта с целью формирования приемной камеры 6. Скважину оснащают пульподъемным оборудованием (эрлифтом, землесосом, гидроэлеватором). По границе 3 выемочного блока 1 в глубокозалегающей части пласта 2 ПИ бурят ряд вспомогательных скважин 7 диаметром 150-200 мм. (фиг.1). Этот ряд скважин располагают под определенным углом к линии падения пласта ПИ, который зависит от угла падения пласта, но составляет менее 90. В скважинах 7 последовательно, начиная с ближайшей к приемной камере 6, производят гидроразмыв полезного ископаемого пласта 2 гидромониторным снарядом с боковой насадкой. В результате образуется транспортная выработка 8 (аккумулирующий штрек. Горная энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, т.5, с.437, 1991), которая соединяет периферийные участки пласта 2 с приемной камерой 6 выдачной скважины 4 и служит для доставки в нее самотеком пульпы, образующейся при отработке пласта 2 ПИ. Уклон транспортной выработки 8 в сторону приемной камеры 6, по аналогии с аккумуляционным штреком, должен быть не менее 4%. Это условие необходимо, чтобы обеспечить доставку пульпы к приемной камере самотеком.

В борту 9 карьера (фиг.2) по пласту 2 ПИ бурят ряд выдачных скважин 10, которые располагаются параллельно друг относительно друга. Угол наклона скважин равен углу падения пласта 2 ПИ. Скважины проходят вращательным способом, сплошным забоем, с промывкой жидкостью или продувкой воздухом. После того как забои добычных скважин 10 достигают транспортной выработки 8, их оснащают гидромониторным снарядом с боковыми насадками. Расстояние между добычными скважинами составляет 20-50 метров и зависит от системы разработки пласта (с оставлением временных целиков и закладкой выработанного пространства, с обрушением кровли выработанного пространства и др.).

При перемещении гидромониторного снаряда по скважине 10 от транспортной выработки 8 к борту 9 карьера происходит гидроразмыв ПИ пласта 2. Образующаяся пульпа по почве 5 пласта ПИ самотеком доставляется в транспортную выработку 8, затем по транспортной выработке пульпа самотеком попадает в приемную камеру 6 выдачной скважины 4, откуда с помощью пульпоподъемного оборудования выдается на поверхность.

Вариант 2.

Выемочный блок 1 с длиной сторон от 100 до 600 метров располагают на уступе карьера и ориентируют в направлении падения пласта 2 ПИ таким образом, чтобы проекция оси блока на пласт совпадала с линией его падения (фиг.3, 2). На границе 3 выемочного блока 1 (фиг.1, 3) в падающем крыле пласта 2, т.е. в глубокозалегающей ее части, бурят вертикальную или наклонную (в зависимости от угла падения пласта) выдачную скважину 4 до входа ее в почву 5 пласта. Скважину располагают либо на оси блока (фиг.3), либо в ее периферийной части (фиг.4). После проходки скважина крепится до кровли пласта обсадными трубами, в скважину опускается гидромониторный снаряд с боковыми насадками и в пласте 2 ПИ производится гидроразмыв пласта с целью формирования приемной камеры 6. Затем скважину оснащают пульподъемным оборудованием (эрлифтом, землесосом, гидроэлеватором).

В борту 9 карьера (фиг.2) по пласту 2 ПИ бурят ряд выдачных скважин 10, расстояние между которыми зависит от системы разработки пласта (с оставлением целиков, с обрушением кровли выработанного пространства и т.д.) и составляет 20-50 метров. Угол наклона скважин равен углу падения пласта 2 ПИ. Скважины проходят вращательным способом, сплошным забоем, с промывкой жидкостью или продувкой воздухом. Диаметр скважин 150-200 мм. Забои добычных скважин оставляют на линии, которая расположена по простиранию пласта ПИ под определенным углом к линии его падения менее 90. Затем в скважину вводят гидромониторный снаряд с боковой насадкой и осуществляют гидроразмыв пласта ПИ в призабойной зоне скважин, начиная со скважины, находящейся вблизи приемной камеры 6. В результате образуется транспортная выработка 8 (аккумулирующий штрек. Горная энциклопедия - М.: Советская энциклопедия, т.5, с.437, 1991), которая соединяет периферийные участки пласта 2 ПИ с приемной камерой 6 и служит для доставки в нее самотеком пульпы, образующейся при отработке пласта 2 ПИ. Уклон транспортной выработки 8 по аналогии с аккумуляционным штреком должен быть не менее 4%.

При перемещении гидромониторного снаряда по скважине 10 в пласте 2 от транспортной выработки 8 к борту 9 карьера происходит гидроразмыв ПИ. Образующаяся пульпа по почве 5 пласта ПИ самотеком доставляется в транспортную выработку 8, из транспортной выработки также самотеком пульпа попадает в приемную камеру 6 выдачной скважины 4, откуда с помощью пульпоподъемного оборудования (эрлифт, землесос, гидроэлеватор) выдается на поверхность.

Предлагаемый способ по вариантам 1 и 2 Томской горнодобывающей компанией планируется использовать при разработке глубокозалегающей части пластов ПИ Таловского буроугольного месторождения и Георгиевского месторождения циркон-ильменитовых песков (Томская область) после отработки их восстающего крыла открытым способом. Условие использования способа - уклон почвы пласта ПИ должен быть не менее 4%.

Преимущества предлагаемого способа:

- сокращается объем буровых работ за счет проходки добычных скважин по пласту ПИ, а в некоторых случаях и выдачных скважин;

- упрощается процесс образования гидросистемы “добычные скважины - выдачная скважина”;

- упрощается управление работой добычных скважин при отработке пласта ПИ;

- снижается себестоимость добычных работ.