ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ С УЛЬТРАЗВУКОВЫМ ИНИЦИИРОВАНИЕМ Российский патент 2006 года по МПК E21C45/00 

Изобретение относится к геотехнологическим методам добычи полезных ископаемых из глубокозалегающих высокоглинистых россыпей путем перевода горной массы в подвижное и дисперсное состояние на месте залегания посредством механического и ультразвукового воздействий.

Известны способы скважинной гидродобычи полезных ископаемых, включающие рыхление и доставку полезного ископаемого по трубам на поверхность и интенсификацию процесса добычи путем взрывания зарядов взрывчатого вещества /1, 2/.

Недостатками способа являются низкая эффективность и сложность технологии интенсификации процесса добычи при разработке высокоглинистых россыпей, а также отрицательное экологическое воздействие этой технологии на окружающую среду.

Известен способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых, для осуществления которого используются комплекс оборудования с разупрочняющим породу энергетическим компонентом и генератор упругих колебаний для поддержания породы в устойчивом состоянии с целью нарушения тиксотропности (перехода в пластическом состоянии породы в исходное связное состояние после прекращения механического воздействия) /3/.

Комплекс средств, используемый в данном способе, позволяет решать вопрос разупрочнения и устойчивости горной породы при переходе ее из хрупкого в пластическое состояние. Однако фаза, содержащаяся в вязком состоянии и представляющая собой структурированную и бесструктурную жидкости, остается в неустойчивом состоянии, так как глинистые частицы обладают ярко выраженной тенденцией к коагуляции.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к предлагаемому является комплекс скважинной гидродобычи, содержащий платформу, гидромониторную установку с телескопически подвижной головкой, эрлифт, поворотное устройство, установленное на платформе, систему оборотного водоснабжения /4/.

Данный комплекс позволяет производить разупрочнение породы на месте залегания путем перевода ее в подвижное состояние с помощью гидромониторной струи. При глубоком залегании продуктивного пласта возрастают энергетические затраты и усложняются технологические задачи в связи со значительными потерями напора. Кроме того, прочностные свойства пород колеблются в широком диапазоне, коэффициент крепости по Протодъяконову у аргилита 3-6, прочность при сжатии от 100 до 800 кГ/см², у песчаника коэффициент крепости по Протодъяконову - 1,3-7,8, прочность при сжатии от 390 до 1660 кГ/см². Это создает дополнительные технологические проблемы.

Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении эффективности процесса добычи полезных ископаемых путем перевода продуктивной горной массы в подвижное и дисперсное состояния посредством механического и ультразвукового воздействий.

Технический результат достигается за счет того, что геотехнологический комплекс скважинной гидродобычи с ультразвуковым инициированием, содержащий платформу, гидромониторную установку с телескопически подвижной головкой, эрлифт, поворотное устройство, установленное на платформе, систему оборотного водоснабжения, снабжен системой генерации упругих колебаний и распределительным устройством, связанным с подающими элементами эрлифта и ультразвуковым дезинтегратором, а гидромониторная установка снабжена автоматической системой управления работой гидромонитора, установленной на дополнительной платформе и связанной с исполнительными элементами поворотного устройства гидромониторной установки через гидросистему, причем система генерации упругих колебаний выполнена с возможностью получения колебаний ультразвуковых частот переменной мощности, передаваемых посредством излучателей зоны размыва, излучателя зоны предварительной дезинтеграции и излучателей ультразвукового дезинтегратора первого и второго уровней, при этом излучатели зоны размыва и датчики фиксации динамических свойств зоны размыва установлены на верхней телескопической перекладине Т-образного рычага, закрепленного шарнирно на дополнительном ставе гидромониторной установки и входящего во взаимодействие посредством Г-образной связи с приводом его поворота, а излучатели зоны предварительной дезинтеграции и датчики фиксации динамических свойств зоны предварительной дезинтеграции установлены на телескопическом поворотном устройстве, связанном шарнирно со ставом эрлифта, при этом датчики фиксации динамических свойств зоны размыва и датчики фиксации динамических свойств зоны предварительной дезинтеграции связаны через числовое программное устройство предварительной трансформации с системой регулирования параметров работы ультразвукового генератора и автоматической системой управления работой гидромонитора, а на входе и выходе поверхности первого уровня ультразвукового дезинтегратора установлены датчики динамических свойств среды дезинтегратора, связанные с системой регулирования параметров работы ультразвукового генератора через числовое программное устройство процесса последующей дезинтеграции.

Совокупность новых существенных признаков соответствует требованиям "новизна" и позволяет решить новую техническую задачу - интенсифицировать процесс добычи полезных ископаемых в условиях труднодоступности при сохранении устойчивого равновесия природной системы.

Геотехнологический способ скважинной гидродобычи с ультразвуковым инициированием изображен на чертежах.

На фиг.1 - общий вид комплекса; на фиг.2 - вид А на фиг.1, схема управления процессами скважинного гидроразмыва, ультразвуковой трансформации породы в скважине и последующей дезинтеграции ее на поверхности; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1, гидромониторная головка с излучателями зоны размыва и датчиками фиксации динамических свойств зоны размыва; на фиг.4 - вид В на фиг.3, привод поворота Т-образного рычага; на фиг.5 - вид Г на фиг.1 - излучатели зоны предварительной дезинтеграции и датчики фиксации динамических свойств ее.

Геотехнологический комплекс скважинной гидродобычи содержит платформу 1, гидромониторную установку 2 с телескопически подвижной головкой 3, эрлифт 4, поворотное устройство 5, установленное на платформе 1, систему оборотного водоснабжения 6. Система генерации упругих колебаний 7 включает ультразвуковой генератор 8, преобразователи 9 с излучателями зоны размыва 10, излучателем зоны предварительной дезинтеграции 11, излучателем ультразвукового дезинтегратора поверхности первого уровня 12 и излучателем ультразвукового дезинтегратора поверхности второго уровня 13.

Система генерации упругих колебаний 7 формирует колебания ультразвуковых частот переменной мощности. Распределительное устройство 14 связано с подающими элементами эрлифта 15, ультразвуковым дезинтегратором 16 и осуществляет функцию отделения крупнокусковой фракции от мелкой и дисперсной. Гидромониторная установка 2 снабжена автоматической системой управления работой гидромонитора 17, которая установлена на дополнительной платформе 18 для исключения вибраций, создаваемых поворотным устройством 5 и системой эрлифта 4. Поворотное устройство 5 осуществляет разворот вертикального става 19 гидромониторной установки 2.

Автоматическая система управления работой гидромонитора 17 связана с исполнительными элементами 20 поворотного устройства 5 гидромониторной установки 2 через гидросистему 21. Излучатели зоны размыва 10 и датчики фиксации динамических свойств зоны размыва 22 установлены на верхней телескопической перекладине 23 Т-образного рычага 24. Т-образный рычаг 24 закреплен на штанге 25, связанной щарнирно с дополнительным ставом 26 гидромониторной установки 2 с возможностью поворота и связан посредством Г-образной связи 27 с приводом поворота 28.

Излучатели зоны предварительной дезинтеграции 11 и датчики фиксации динамических свойств зоны предварительной дезинтеграции 29 установлены на телескопическом поворотном устройстве 30. Телескопическое поворотное устройство 30 связано со ставом 31 эрлифта 4 посредством шарнира 32.

Датчики фиксации динамических свойств зоны размыва 22 и датчики фиксации динамических свойств зоны предварительной дезинтеграции 29 связаны через числовое программное устройство предварительной трансформации 33 с системой регулирования параметров работы ультразвукового генератора 34 и автоматической системой управления работой гидромонитора 17. На входе 35 и выходе 36 поверхности первого уровня 37 ультразвукового дезинтегратора 16 установлены датчики динамических свойств среды дезинтегратора 38, 39. Датчики динамических свойств среды дезинтегратора 38, 39 связаны с системой регулирования параметров работы ультразвукового генератора 34 через числовое программное устройство процесса последующей дезинтеграции 40.

Гидромониторная установка 2 связана с насосом 41. Питание всех установок осуществляется посредством электросиловой распределительной установки 42.

Геотехнологический комплекс скважинной гидродобычи с ультразвуковым инициированием работает следующим образом.

После размещения в скважинах эрлифта 4 и гидромониторной установки 2 при достижении кровли залежи включается электросиловая распределительная установка 42, насосом 41 подается вода для образования предварительной выработки. Поворотное устройство 5, установленное на платформе 1, разворачивает гидромониторную установку 2 с телескопически подвижной головкой 3 в сторону эрлифта 4. Подачей напорной воды образуется предварительная выработка, размеры которой позволяют вывести телескопически подвижную головку 3 гидромониторной установки 2 в горизонтальное положение. Телескопическая подвижная головка 3 устанавливается в исходное положение. Посредством привода поворота 28 через Г-образную связь 27 осуществляется разворот Т-образного рычага 24, закрепленного на штанге 25 дополнительного става 26. Предварительная выработка наполняется водой. Включаются датчики фиксации динамических свойств зоны размыва 22, на числовое программное устройство предварительной трансформации 33 подается информация о физическом и структурно-механическом состоянии горной породы на фронте работы. При повышенных параметрах прочности через автоматическую систему управления работой гидромонитора 17 подается сигнал на отключение насоса 41. Посредством числового программного устройства предварительной трансформации 33, которое вычисляет необходимую мощность и время ультразвукового воздействия, через систему регулирования параметров работы ультразвукового генератора 34 ультразвуковой генератор 8 настраивается на нужную мощность, а система генерации упругих колебаний 7 - на частоту излучения. Для большего охвата площади воздействия осуществляются раздвижка верхней телескопической перекладины 23 Т-образного рычага 24 и разворот ее на нужный угол. Электрические колебания посредством преобразователя 9 трансформируются в акустические - на излучателях зоны размыва 10. Подачей сигнала датчиком фиксации динамических свойств зоны размыва 22 (после ультразвукового воздействия) на числовое программное устройство предварительной трансформации 33 корректируется при необходимости мощность излучения. После ультразвукового разупрочнения под действием излучения повышенной мощности происходит дальнейшее разрушение структуры и связей горной породы посредством гидромониторной установки 2. Поворотное устройство 5 с помощью исполнительных элементов 20 поворачивает вокруг оси вертикальный став 19 гидромониторной установки 2 для расширения зоны воздействия и улучшения эффективности разрыхления за счет изменения угла подачи струи. Управление процессом поворота осуществляется через систему датчик фиксации динамических свойств зоны размыва 22 - числовое программное устройство предварительной трансформации 33 - автоматическая систему управления работой гидромонитора 17, установленную на дополнительной платформе 18, и гидросистему 21, получающую питание от электросиловой распределительной установки 42. Состояние поступившей в зону предварительной дезинтеграции горной породы определяется датчиком фиксации динамических свойств зоны предварительной дезинтеграции 29. Информация для аналитической оценки поступает в числовое программное устройство предварительной трансформации 33 и через систему регулирования параметров работы ультразвукового генератора 34 задаются мощность и время излучения. Телескопическое поворотное устройство 30, связанное со ставом 31 эрлифта 4 посредством шарнира 32 устанавливается в горизонтальное положение. Включается ультразвуковой генератор 8. Посредством излучателя зоны предварительной дезинтеграции 11 осуществляется процесс предварительного разупрочнения и диспергации песчано-глинистой породы.

Процесс изменения состояния горной породы, степень ее трансформации периодически регистрируются. Параметры мощности и времени воздействия при необходимости корректируются. Подготовленная к подаче на следующую ступень структурно-механической перестройки горная порода подается эрлифтом 4 через подающие элементы эрлифта 15 и распределительное устройство 14 на ультразвуковой дезинтегратор 16. В ультразвуковом дезинтеграторе 16 в водной среде происходит последующая структурная перестройка для получения заданных параметров дисперсности и распределения по размерам песчано-глинистых частиц для подготовки к извлечению ценных компонентов.

Установленный на входе 35 поверхности первого уровня 37 ультразвукового дезинтегратора 16 датчик динамических свойств среды дезинтегратора 38 фиксирует состояние системы песчано-глинистая порода - вода. Полученные данные поступают в числовое программное устройство процесса последующей дезинтеграции 40. Вычисляются и задаются мощность и время воздействия ультразвукового излучения на поверхность первого уровня 37 ультразвукового дезинтегратора 16. Посредством системы регулирования параметров работы ультразвукового генератора 34 на излучателе ультразвукового дезинтегратора первого уровня 12 формируется излучение заданной интенсивности и временного промежутка. Рабочие поверхности ультразвукового дезинтегратора 16 вращаются. Горная порода, подвергаясь динамическому воздействию центробежных, гравитационных сил и поверхностно-активной среды - воды, последовательно поступает с поверхности первого уровня 37 на второй, где снова фиксируется степень ее трансформации с помощью датчика динамических свойств среды дезинтегратора 39 на выходе 36 поверхности первого уровня 37. Посредством числового программного устройства процесса последующей дезинтеграции 40 через систему регулирования параметров работы ультразвукового генератора 34 и генератор 8 задаются параметры интенсивности для излучателя ультразвукового дезинтегратора второго уровня 13. Система оборотного водоснабжения 6 обеспечивает экономию гидроресурсов и снижает загрязнение окружающей среды токсичными элементами минералов.

Геотехнологический комплекс снижает энергоемкость, улучшает технологичность и повышает эффективность добычи полезных ископаемых путем перевода продуктивной горной массы в подвижное и дисперсное состояние посредством механического и ультразвукового воздействий, позволяет осуществлять добычу высокопрочной песчано-глинистой породы на больших глубинах, обеспечивает экологическую безопасность.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1151674, МПК Е 21 С 45/00, 1983.

2. Авторское свидетельство СССР №1541388, МПК Е 21 С 45/00, 1988.

3. Беленький М.С., Вольницкая Э.М., Сафонов В.И. и др. Способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых. Патент RU 2014456 С1, МПК Е 21 С 45/00, 1994.

4. Хчеян Г.Х., Нафтулин И.С. Геотехнологические процессы добычи полезных ископаемых. М.: Недра, 1983, с.12, рис.1.2. Схема разработки полезных ископаемых методом скважинной гидродобычи (прототип).

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при скважинной гидродобыче полезных ископаемых. Комплекс содержит платформу, гидромониторную установку с телескопически подвижной головкой, эрлифт, поворотное устройство, установленное на платформе, систему оборотного водоснабжения, систему генерации упругих колебаний и распределительное устройство, связанное с подающими элементами эрлифта и ультразвуковым дезинтегратором. Гидромониторная установка снабжена автоматической системой управления работой гидромонитора, установленной на дополнительной платформе и связанной с исполнительными элементами поворотного устройства гидромониторной установки через гидросистему. Система генерации упругих колебаний выполнена с возможностью получения колебаний ультразвуковых частот переменной мощности, передаваемых посредством излучателей зоны размыва, излучателя зоны предварительной дезинтеграции и излучателей ультразвукового дезинтегратора первого и второго уровней. Излучатели зоны размыва и датчики фиксации динамических свойств зоны размыва установлены на верхней телескопической перекладине Т-образного рычага, закрепленного шарнирно на дополнительном ставе гидромониторной установки и входящего во взаимодействие посредством Г-образной связи с приводом его поворота. Излучатели зоны предварительной дезинтеграции и датчики фиксации динамических свойств зоны предварительной дезинтеграции установлены на телескопическом поворотном устройстве, связанном шарнирно со ставом эрлифта. Датчики фиксации динамических свойств зоны размыва и датчики фиксации динамических свойств зоны предварительной дезинтеграции связаны через числовое программное устройство предварительной трансформации с системой регулирования параметров работы ультразвукового генератора и автоматической системой управления работой гидромонитора. На входе и выходе поверхности первого уровня ультразвукового дезинтегратора установлены датчики динамических свойств среды дезинтегратора, связанные с системой регулирования параметров работы ультразвукового генератора через числовое программное устройство процесса последующей дезинтеграции. Изобретение позволяет повысить эффективность процесса добычи полезных ископаемых и обеспечить экологическую безопасность. 5 ил.

Геотехнологический комплекс скважинной гидродобычи с ультразвуковым инициированием, содержащий платформу, гидромониторную установку с телескопически подвижной головкой, эрлифт, поворотное устройство, установленное на платформе, систему оборотного водоснабжения, отличающийся тем, что снабжен системой генерации упругих колебаний и распределительным устройством, связанным с подающими элементами эрлифта и ультразвуковым дезинтегратором, а гидромониторная установка снабжена автоматической системой управления работой гидромонитора, установленной на дополнительной платформе и связанной с исполнительными элементами поворотного устройства гидромониторной установки через гидросистему, причем система генерации упругих колебаний выполнена с возможностью получения колебаний ультразвуковых частот переменной мощности, передаваемых посредством излучателей зоны размыва, излучателя зоны предварительной дезинтеграции и излучателей ультразвукового дезинтегратора первого и второго уровней, при этом излучатели зоны размыва и датчики фиксации динамических свойств зоны размыва установлены на верхней телескопической перекладине Т-образного рычага, закрепленного шарнирно на дополнительном ставе гидромониторной установки и входящего во взаимодействие посредством Г-образной связи с приводом его поворота, а излучатели зоны предварительной дезинтеграции и датчики фиксации динамических свойств зоны предварительной дезинтеграции установлены на телескопическом поворотном устройстве, связанном шарнирно со ставом эрлифта, при этом датчики фиксации динамических свойств зоны размыва и датчики фиксации динамических свойств зоны предварительной дезинтеграции связаны через числовое программное устройство предварительной трансформации с системой регулирования параметров работы ультразвукового генератора и автоматической системой управления работой гидромонитора, а на входе и выходе поверхности первого уровня ультразвукового дезинтегратора установлены датчики динамических свойств среды дезинтегратора, связанные с системой регулирования параметров работы ультразвукового генератора через числовое программное устройство процесса последующей дезинтеграции.