СПОСОБ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ ТВЁРДОГО ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО ИЗ НАКЛОННОГО ПЛАСТА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2004 года по МПК E21C45/00 

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 не глубоко 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). 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 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.

Известен также способ опробования мощных подземных формаций (А.С. №1318689 с приоритетом от 11.02.86г., МПК Е 21 С 45/00 - прототип). Сущность способа заключается в следующем. Мощную наклонную формацию вскрывают добычной и выдачной скважинами. Добычную скважину проводят наклонной по падению формации у висячего бока последней до нижней границы опробования. В добычной скважине размещают гидромонитор, а в выдачной скважине - пульпоподъемную колонну. У нижней границы опробования производят сбойку добычной и выдачной скважин, а затем приступают к размыву пород формации из добычной скважины с образованием выемочной камеры. Размыв пород осуществляют по восстанию от выдачной скважины, при этом породы размывают располагаемой вкрест падения формации секторообразной заходкой с размещением дуги сектора заводки у лежачего бока формации. По мере размыва пород гидромонитор поднимают по добычной скважине. Размытая горная масса по пульпоподъемной колонне выдается на поверхность.

Основные недостатки способа по А.С. №1318689: трудность сбойки добычной и выдачной скважин, малая эффективность при промышленной разработке месторождения 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 сбойки добычной и выдачной скважин,

- упростить управление работой добычных скважин в процессе отработки глубокозалегающей части пласта полезного ископаемого.

Сущность предложенного изобретения заключается в следующем. Выемочный блок располагают на уступе карьера и ориентируют в направлении падения пласта полезного ископаемого (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. В борту карьера по пласту ПИ бурят одну или несколько добычных скважин до сбойки их с приемной камерой выдачной скважины, причем угол наклона добычных скважин равен углу падения пласта ПИ. Добычную скважину оборудуют гидромониторным снарядом с боковыми насадками. Гидроотбойку ПИ производят в процессе перемещения гидромониторного снаряда в добычной скважине по восстанию пласта. Образующаяся пульпа самотеком поступает в приемную камеру выдачной скважины, а из нее с помощью пульпоподъемного оборудования выдается на поверхность.

Исходя из количества и взаимного расположения добычных скважин в пласте ПИ предлагаемое изобретение может быть реализовано в двух вариантах:

Вариант 1. Пласт ПИ вскрывается одной выдачной и одной добычной скважинами.

Вариант 2. Пласт ПИ вскрывается одной выдачной и несколькими добычными скважинами, траектории которых (в плане) представляют собой лучи, идущие от борта карьера и сходящиеся в приемной камере выдачной скважины.

Далее сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

на фиг.1 - план расположения выдачной и добычной скважин в выемочном блоке (вариант 1);

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

- на фиг.3 - план расположения выдачной и добычных скважин в выемочном блоке (вариант 2).

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, что проекция оси блока на пласт совпадает с линией его падения (фиг.1, 2). На границе 3 выемочного блока 1 в падающем крыле пласта, т.е. в глубокозалегающей его части, бурят вертикальную или наклонную (в зависимости от угла падения пласта) выдачную скважину 4 до входа ее в почву 5 пласта (фиг.2). Диаметр скважины составляет 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 производится гидроразмыв с целью формирования приемной камеры 6. Скважину оснащают пульподъемным оборудованием (эрлифтом, землесосом, гидроэлеватором).

В борту 7 карьера по пласту 2 ПИ до сбойки с приемной камерой 6 бурится добычная скважина 8 диаметром 150-200 мм. Угол наклона скважины равен углу падения пласта ПИ. Добычная скважина проходится вращательным способом, сплошным забоем, с промывкой жидкостью или продувкой воздухом. После того как скважина пробурена и сбита с приемной камерой 6, ее оснащают гидромониторным снарядом с боковыми насадками. Гидроотбойку ПИ производят в процессе перемещения гидромониторного снаряда в добычной скважине 8 по восстанию пласта 2 ПИ, т.е. в направлении к борту 7 карьера. Образовавшаяся пульпа самотеком поступает в приемную камеру 6, а из нее - с помощью пульпоподъемного оборудования подается на поверхность.

В процессе отработки пласта ПИ могут быть применены следующие системы отработки: панелями (столбами) с оставлением целиков, с оставлением временных целиков и закладкой выработанного пространства, с обрушением кровли. В первых двух системах расстояние между параллельными добычными скважинами в пласте ПИ составляет 40-50 метров, в третьей системе - 20-25 метров.

Предлагаемый способ Томской горнодобывающей компанией планируется использовать в процессе разработки глубокозалегающей части пластов ПИ Таловского буроугольного месторождения и Георгиевского месторождения цирконильменитовых песков (Томская область) после отработки их восстающего крыла открытым способом. Условие использования способа - уклон почвы пласта ПИ должен составлять не менее 4%.

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, что проекция оси блока на пласт совпадает с линией его падения (фиг.1, 2, 3). На границе 3 выемочного блока 1 в падающем крыле пласта, т.е. в его глубокозалегающей части, бурят вертикальную или наклонную (в зависимости от угла падения пласта) выдачную скважину 4 до входа ее в почву 5 пласта (фиг.2). Диаметр скважины составляет 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 производится гидроразмыв с целью формирования приемной камеры 6. Скважину оснащают пульподъемным оборудованием (эрлифтом, землесосом, гидроэлеватором).

В борту 7 карьера по пласту 2 ПИ до сбойки с приемной камерой 6 выдачной скважины 4 бурятся несколько добычных скважин 8 диаметром 150-200 мм. Устья добычных скважин рассредоточивают по борту карьера вдоль пласта 2 ПИ (фиг.3), причем направление скважинам задают в сторону приемной камеры 6. Таким образом, траектории добычных скважин представляют собой лучи, исходящие из борта 7 карьера и сходящиеся в приемной камере 6 выданной скважины. По аналогии с конструкцией лучевого водозабора эти скважины можно называть лучевыми скважинами. Расстояние между устьями добычных скважин по борту карьера зависит от системы разработки пласта ПИ (с обрушением кровли пласта, с оставлением целиков и др.) и составляет от 20-30 до 50-60 метров. Угол наклона скважин к горизонту равен углу падения пласта ПИ. Добычные скважины 8 проходят вращательным способом, сплошным забоем, с промывкой жидкостью или продувкой воздухом. После того как скважины пробурены, их оснащают гидромониторным снарядом с боковыми насадками. Гидроотбойку ПИ производят в процессе перемещения гидромониторного снаряда в добычных скважинах 8 по восстанию пласта 2 ПИ, т.е. по направлению к борту 7 карьера (фиг.2). Образующаяся пульпа самотеком поступает в приемную камеру 6 выдачной скважины 4, а из нее с помощью пульпоподъемного оборудования выдается на поверхность.

Предлагаемый способ Томской горнодобывающей компанией планируется использовать в процессе разработки глубокозалегающей части пластов ПИ Таловского буроугольного месторождения и Георгиевского месторождения цирконильменитовых песков (Томская область) после отработки их восстающего крыла открытым способом. Условие использования способа - уклон почвы пласта ПИ должен быть не менее 6%.

Преимущества предлагаемого способа:

- сокращается объем буровых работ за счет проходки добычных скважин по пласту ПИ,

- упрощается процесс сбойки добычных и выдачной скважин благодаря исключению транспортной горной выработки, служащей связующим звеном между добычными и выдачными скважинами,

- упрощается управление работой добычных скважин в процессе отработки пласта ПИ,

- снижается себестоимость добычных работ.

Изобретение относится к способам разработки месторождений твердых полезных ископаемых методом СГД и может найти применение при разработке наклонных пластов после отработки неглубоко залегающего их крыла открытым способом. Задача - при разработке способом СГД падающего крыла наклонного пласта полезного ископаемого после отработки его восстающего крыла карьерным способом сократить объем буровых работ, упростить процесс сбойки добычной и выдачной скважин, упростить управление работой добычных скважин. Сущность изобретения заключается в следующем. Выемочный блок располагают на уступе карьера и ориентируют в направлении падения пласта полезного ископаемого (ПИ). На границе блока в глубоко залегающей 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. В борту карьера по пласту ПИ бурят одну или несколько добычных скважин до сбойки их с приемной камерой выдачной скважины, причем угол наклона скважин равен углу падения пласта. Добычные скважины оборудуют гидромониторным снарядом с боковыми насадками. Гидроотбойку ПИ производят в процессе перемещения гидромониторного снаряда в добычной скважине по восстанию пласта. Образующаяся пульпа самотеком поступает в приемную камеру выдачной скважины, а из нее с помощью пульпоподъемного оборудования выдается на поверхность. Исходя из количества и взаимного расположения добычных скважин в пласте ПИ изобретение реализуется в двух вариантах: пласт ПИ вскрывается одной выдачной и одной добычной скважинами или одной выдачной и несколькими добычными скважинами, устья которых рассредоточены по простиранию пласта в борту карьера, а забои направлены в приемную камеру выдачной скважины. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ скважинной гидродобычи твердого полезного ископаемого из наклонного пласта, заключающийся в том, что на границе выемочного блока в падающем крыле пласта полезного ископаемого бурят выдачную скважину до входа в почву пласта, ствол которой до кровли пласта крепят обсадными трубами, оснащают выдачную скважину пульпоподъемным оборудованием, бурят добычную скважину по падению наклонного пласта полезного ископаемого, образуют связанную с выдачной скважиной приемную камеру посредством гидроразмыва пласта, затем производят гидроотбойку полезного ископаемого путем перемещения гидромониторного снаряда с боковыми насадками вдоль добычной скважины в направлении от приемной камеры, при этом образовавшаяся пульпа самотеком поступает в приемную камеру, откуда с помощью пульпоподъемного оборудования пульпа по выдачной скважине выдается на поверхность, отличающийся тем, что после отработки восстающего крыла наклонного пласта полезного ископаемого открытым способом с образованием карьера, добычную скважину бурят в борту карьера по пласту полезного ископаемого до сбойки ее с приемной камерой выдачной скважины, которую образуют в призабойной зоне выдачной скважины посредством гидроразмыва, а гидроотбойку полезного ископаемого осуществляют путем перемещения гидромониторного снаряда вдоль добычной скважины в направлении от приемной камеры к борту карьера.2. Способ скважинной гидродобычи твердого полезного ископаемого из наклонного пласта, заключающийся в том, что на границе выемочного блока в падающем крыле пласта полезного ископаемого бурят выдачную скважину до входа в почву пласта, ствол которой до кровли пласта крепят обсадными трубами, оснащают выдачную скважину пульпоподъемным оборудованием, бурят добычную скважину по падению наклонного пласта полезного ископаемого, образуют связанную с выдачной скважиной приемную камеру посредством гидроразмыва пласта, затем производят гидроотбойку полезного ископаемого путем перемещения гидромониторного снаряда с боковыми насадками вдоль добычной скважины в направлении от приемной камеры, при этом образовавшаяся пульпа самотеком поступает в приемную камеру, откуда с помощью пульпоподъемного оборудования пульпа по выдачной скважине выдается на поверхность, отличающийся тем, что после отработки восстающего крыла наклонного пласта полезного ископаемого открытым способом с образованием карьера, бурят в борту карьера по пласту полезного ископаемого добычные скважины, устья которых рассредотачивают по простиранию пласта полезного ископаемого, до сбойки их с приемной камерой выдачной скважины, которую образуют в призабойной зоне выдачной скважины посредством гидроразмыва, а гидроотбойку полезного ископаемого осуществляют путем перемещения гидромониторного снаряда вдоль каждой добычной скважины в направлении от приемной камеры к борту карьера.