Кибернетическое устройство для управления процессом подземного выщелачивания и способ его работы Российский патент 2020 года по МПК E21B43/28 

Изобретение относится к геотехнологическому разделу горного дела, а именно, к подземному выщелачиванию (ПВ) руд с использованием автоматизированных технических средств.

Предлагаемое техническое решение целесообразно применять при освоении крупнейших мировых запасов (сотни миллиардов тонн) бурожелезняковых руд оолитового строения различных типов связности оолитов в рыхлом, слабосвязанном и крепкосцементированном состояниях, находящимся в составе Западно-Сибирского железорудного бассейна.

Принципиальная возможность использования метода ПВ и реализующих его технических средств для такого применения была показана как в источниках информации прошлого века, после открытия в середине 50-ых годов Западно-Сибирского железорудного бассейна [1-4], так и в современных источниках [5-20].

Известно техническое решение по управлению процессом ПВ, основанное на данных геологической разведки месторождения бурожелезняковых руд оолитового строения и на результатах лабораторных исследований по выбору режима ПВ на дробленой руде из кернового материала [2]. Режим ПВ моделировался посредством применения метода перколяции - был выбран оптимальный тип выщелачивающего агента и его концентрация, эффективные температура и длительность процесса. Предложен способ подземного дробления упорной руды посредством ядерного взрыва.

Недостатками данного технического решения являются неучет реальных условий залегания продуктивного пласта, затрудняющих ПВ, а также неприменимость ядерного взрыва как по современным экологическим ограничениям, так и по технологическим соображениям из-за утечек в окружающие рудный пласт недра, по образуемым взрывом трещинам, выщелачивающего агента и продуктивного раствора.

Известно предложение [11] по управлению процессом ПВ на базе данных, полученных в работе [2], а именно, провести натурные опытно-методические работы по ПВ в условиях естественного залегания пласта «рудной сыпучки», прогретого до 20°С, с использованием 10%-й соляной кислоты при производительности скважин 10, 15, 20 м³/час в течение суток работы по каждой градации. Недостатками этого предложения являются неучет таких мешающих процессу ПВ факторов как наличие в рыхлой руде линз и пропластков из песчаного и глинистого материала, разубоживающих выщелачивающий агент и продуктивный раствор и кольматирующих, вместе с зародышами оолитов, поровое пространство рудного пласта, а также не принято во внимание наличие в продуктивной толще сцементированных руд, упорных к ПВ в связанном состоянии.

Известно предложение по использованию геотехнологии скважинной гидродобычи (СГД) твердых полезных ископаемых и реализуемых с ее помощью физических эффектов для управления процессом ПВ [9, 16]. Однако, применение метода и технических средств СГД при ПВ мультирудного пласта не адаптировано к его рыхлой, слабосцементированной и крепкосцементированной частям.

Известна геотехнология освоения железорудного месторождения [21], отличающаяся тем, что перед началом освоения месторождения создают на базе имеющихся сведений о природных ресурсах месторождения геотехнологическую модель эксплуатации месторождения, процесс ПВ в которой корректируется в ходе эксплуатации месторождения при дистанционном контроле и управлении работой добычными ячейками сети универсальных эксплуатационных скважин, включая регулирование физических и химических параметров процесса ПВ во взаимодействующих ячейках сети.

В качестве основного недостатка этой компьютерной геотехнологической модели можно отметить отсутствие конкретного предложения по созданию кибернетического устройства, реализующего модель, в том числе в части управления процессом ПВ.

За аналог-прототип можно выбрать устройство, реализующее адаптивную кибермодель добычного промысла [22]. Известное устройство содержит два контура - самонастройки и стабилизации. В состав контура самонастройки входят алгоритм, вычислительный комплекс и блок настройки, в состав контура стабилизации - датчики, измеритель, преобразователь. Исполнительный блок и регулятор. При воздействии факторов, возмущающих процесс ПВ, эта схема автоматически перенастраивает параметры регулятора, обеспечивая адаптивность кибермодели.

Недостатком кибернетического устройства по прототипу является то, что оно представляет собой общее, принципиальное решение технической задачи по управлению процессом ПВ. Однако, как показывает практика [17, 18, 23], без применения конкретных технических средств и способов их эксплуатации в реально встречающихся условиях ПВ, таких как, разубоживание растворов, кольматация продуктивного пласта, упорность руды к действию выщелачивающего агента и других, невозможно добиться эффективного ПВ. Это обстоятельство требует усовершенствования прототипа.

Поставлена задача - предложить кибернетическое устройство по управления процессом ПВ, структура и способ работы которого позволили бы уменьшить негативное действие реальных возмущающих факторов.

Решение сформулированной задачи предложено в нижеследующих пунктах.

1. Кибернетическое устройство для управления процессом подземного выщелачивания полезных компонентов руды, включающее блок самонастройки в составе вычислительного комплекса и блока настройки, блок стабилизации процесса в составе измерителя, преобразователя, исполнительного блока и регулятора, отличающееся тем, что блок самонастройки содержит датчики входных технологических параметров, представленные контроллерами состава выщелачивающего агента, его концентрации, расхода, давления и температуры, датчики выходных технологических параметров, представленные контроллерами состава продуктивного раствора, его концентрации, прихода, давления, температуры и выхода целевого приоритетного полезного компонента руды, а в блоке стабилизации процесса исполнительный блок и регулятор содержат схему режима выщелачивания, схему декольматации, схему деструкции горной породы, соединенные последовательно-параллельно.

2. Кибернетическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что схема режима выщелачивания содержит на закачной скважине автоматические устройства укрепления выщелачивающего агента, нагрева выщелачивающего агента, подачи выщелачивающего агента в продуктивный пласт, включая насос, компрессор и расходомер, соединенные последовательно-параллельно.

3. Кибернетическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что схема декольматации содержит на выдачной скважине автоматические устройства, включающие насос, компрессор, расходомер, скважинный струйный гидромонитор, кавитатор, флоккулятор или коагулятор, соединенные последовательно-параллельно.

4. Кибернетическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что схема деструкции горной породы содержит автоматические устройства, включая скважинный водоструйный резак, устройство для камуфлетного взрывания горной породы, струйную мельницу, соединенные последовательно-параллельно.

5. Способ работы кибернетического устройства по п. 1, включающий взаимодействие контура самонастройки и контура стабилизации регулируемых параметров при реагировании на возмущающее воздействие на процесс подземного выщелачивания полезных компонентов руды, содержит операцию формирования алгоритма эталона поведения добычного промысла в стационарных условиях и в условиях возмущающего воздействия, операцию инсталляции сформированного алгоритма в вычислительных комплекс, операцию регистрации показаний датчиков технологических параметров, операцию сравнения текущего поведения добычного промысла с эталоном поведения и при отклонении от последнего вычислительный комплекс вырабатывает управляющий сигнал для блока настройки и контур самонастройки в составе алгоритма, вычислительного комплекса, датчиков технологических параметров и блока настройки автоматически производит самонастройку контура стабилизации, состоящего из измерителя, преобразователя, исполнительного блока и регулятора, который автоматически обеспечивает стабилизацию режима выщелачивания рыхлой руды, разрушение и извлечение песчаных/глинистых линз и прослоев продуктивного пласта, декольматацию слабосвязанной руды и деструкцию крепкосцементированной руды путем последовательно-параллельного применения схемы режима выщелачивания, схемы декольматации и схемы деструкции горной породы.

6. Способ работы кибернетического устройства по п. 5, отличающийся тем, что алгоритм эталона поведения добычного промысла формируется на базе данных геологоразведки добычного участка и результатов лабораторных исследований и опытно-промышленных испытаний рыхлого, слабосвязанного и крепкосцементированного типов руд.

7. Способ работы кибернетического устройства по п. 5, отличающийся тем, что автоматическая стабилизация режима выщелачивания рыхлой руды выполняется посредством последовательно-параллельной реализации действий по укреплению выщелачивающего агента, по нагреву выщелачивающего агента, по изменению объемов выщелачивающего агента, закачиваемого в продуктивный пласт.

8. Способ работы кибернетического устройства по п. 5, отличающийся тем, что при обнаружении возмущающего воздействия в виде песчаных/глинистых линз и прослоев в продуктивном пласте автоматическая стабилизация режима выщелачивания рыхлой и слабосвязанной руды выполняется путем гидромониторного разрушения линз и прослоев в затопленной горной выработке и эрлифтной выдачи разрушенной породы на дневную поверхность.

9. Способ работы кибернетического устройства по п. 5, отличающийся тем, что при появлении кольматации массива слабосвязанной руды автоматическая стабилизация режима выщелачивания достигается последовательно-параллельной реализацией декольматационных действий, включая создания обратного осмоса, кавитационного вскрытия пор, флоккуляции частиц пустой породы и эрлифтную выдачу флоккул на дневную поверхность.

10. Способ работы кибернетического устройства по п. 5, отличающийся тем, что при выщелачивании крепкосцементированной руды, упорной к действию выщелачивающего агента, автоматическая стабилизация режима выщелачивания производится путем блочной нарезки верхней поверхности продуктивного пласта, камуфлетного взрывного дробления рудного массива и струйного истирания раздробленных кусков руды.

Опишем устройство и порядок его работы.

На Фиг. 1 изображена блок-схема кибернетического устройства для управления процессом ПВ. Здесь обозначено: I - блок самонастройки параметров процесса ПВ; II - блок стабилизации регулируемых параметров процесса ПВ при возмущающем воздействии; 1 - датчики входных технологических параметров; 2 - вычислительный комплекс; 3 - датчики выходных технологических параметров; 4 - блок настройки; 5 - преобразователь; 6 - исполнительно-регулирующий блок; 7 - схема режима выщелачивания; 8 - схема декольматации; 9 - схема деструкции горной породы.

На Фиг. 2 представлена структура схемы режима выщелачивания 7 в составе: 10 - автоматического устройства укрепления выщелачивающего агента; 11 - автоматического устройства нагрева выщелачивающего агента; 12 - автоматического устройства подачи выщелачивающего агента в продуктивный пласт, включая насос, компрессор и расходомер, соединенные последовательно-параллельно; 13 - закачной скважины.

На Фиг. 3 представлена структура схемы декольматации 8 в составе автоматических устройств; 14 - насоса; 15 - компрессора; 16 - расходомера; 17 -скважинного струйного гидромонитора; 18 - эрлифта; 19 кавитатора-флоккулятора и 13 - закачной/выдачной скважины.

На фиг. 4 представлена структура схемы деструкции горной породы 9 в составе автоматического скважинного водоструйного резака 20, автоматического устройства для камуфлетного взрывания горной породы 21, автоматической струйной мельницы 22 и закачной/выдачной скважины 13.

Способ работы кибернетического устройства целесообразно рассмотреть на примере его возможного применения при освоении Бакчарского месторождения бурых железняков оолитового строения (БМ) в Томской области.

БМ открыто в середине двадцатого века, до настоящего времени не разрабатывалось, в качестве способов его освоения рассматриваются и геотехнологии - ПВ и СГД [2-23].

Мощный (до 50 м) железорудный пласт БМ в интервале глубины залегания 150-250 м представлен сверху вниз тремя горизонтами: рыхлым бакчарским, слабосцементированным колпашевским и крепкосцементированным нарымским. Кровля и подошва пласта являются водоупорами, а руда обводнена - напор вод рудной толщи 160-200 м, коэффициент фильтрации 1,6 м/сут, направление грунтового потока Аз=18°, гидравлический уклон равен I=0,001.

Такие условия залегания руды позволяют наиболее эффективно отрабатывать продуктивный пласт методом ПВ сверху вниз перемежающимися параллельными рядами закачных и выданных скважин, пробуренными вкрест направления грунтового потока с межрядными расстояниями в интервале 12-18 м.

Обеспечение работы кибернетического устройства начинается с формирования алгоритма поведения добычного промысла в стационарных условиях ПВ и в условиях возмущающего воздействия. В основу алгоритма закладываются исходные данные в виде результатов геологической разведки месторождения [3; 8-13], лабораторных исследований всех типов руд [2; 5-9], опытно-промышленных испытаний валовых проб [1; 5; 6; 11; 17; 18; 23], натурных испытаний геотехнологий [3; 8; 11; 18], технических характеристик имеющегося и/или разарабатываемого технологического оборудования [19-23], проектных показателей освоения БМ методом ПВ [12-14]. Так предварительные исследования показали, что в ходе реализации ПВ в качестве возмущающих факторов могут выступать:

- при отработке бакчарского горизонта - песчаные и глинистые линзы и прослои;

- при отработке колпашевского горизонта кольматация песчано-глинистым материалом и зародышами оолитов;

- при отработке нарымского горизонта - упорность к выщелачивающему агенту крепкосцементированных руд, а также непредвиденные помехи процессу ПВ.

В алгоритм также закладывают последовательности ответных на возмущение действий, как правило, последовательно-параллельного типа, исключающие наиболее вероятные помехи процессу ПВ последовательно и усиливающие эффект стабилизации процесса ПВ параллельно.

Сформированный алгоритм инсталлируется в вычислительный комплекс 2 и в процессе накопления опыта работы кибернетического устройства корректируется и дополняется в результате самонастройки.

Общий ход технологических процессов ПВ на БМ включает изветстную последовательность операций:

- эксплуатационная разведка;

- вскрытие месторождения добычными скважинами и оборудование скважин;

- подготовка добычного участка к работе - создание инфраструктуры;

- производство выщелачивающего агента;

- закачка выщелачивающего агента в продуктивный пласт, перевод полезного компонента руды в подвижное состояние, выдача продуктивного раствора на поверхность;

- управление горным давлением;

- гидротранспортирование добытого продукта на фабрику/склад;

- переработка добытого продукта на фабрике, размещение в хранилищах отходов и концентратов продукта;

- рекультивация территории добычного участка.

Работа кибернетического устройства (Фиг. 1) реализуется путем взаимодействия контура самонастройки I и контура стабилизации регулируемых параметров II при реагировании на возмущающее воздействие на ПВ. Датчики технологических параметров 1 и 3, которыми оборудованы добычные скважины 13, контролируют входные и выходные регулируемые параметры ПВ. Вычислительный комплекс 2 регистрирует показания датчиков 1 и 3 и производит сравнение текущего поведения добычного промысла, характеризуемого зарегистрированными текущими показаниями датчиков 1 и 3, с эталоном поведения промысла. Если реальные регулируемые параметры процесса ПВ, в пределах допустимой погрешности, совпадают с эталоном, то процесс ПВ продолжается штатно, без управляющего воздействия по сближению параметров реального ПВ к эталонному ПВ. Если же фиксируется отклонение от эталона поведения, то вычислительный комплекс 2 вырабатывает управляющий сигнал для блока настройки 4, который, в свою очередь, генерирует выходной сигнал всего контура самонастройки I, направляемый на вход контура стабилизации II в преобразователь 5. Далее преобразованный сигнал подается в исполнительно-регулирующий блок 6, осуществляющий стабилизацию возмущенных параметров реального процесса ПВ путем использования соответствующих схем 7.8 и 9, а также обратных связей с датчиками 1 и 3. При этом, согласно принятой схеме отработки БМ методом ПВ, схемы 7, 8 и 9 применяются последовательно параллельно.

Сначала, при отработке рыхлого бакчарского горизонта, применяется схема режима выщелачивания (Фиг. 2), обеспечивающая с помощью автоматических устройств 10, 11 и 12 регулирование концентрации, температуры, давления и расхода выщелачивающего агента. Затем, с переходом на отработку колпашевского горизонта слабосвязанной руды, применяется параллельно схема декольматации (Фиг. 3), которая в автоматическом режиме, посредством технических средств 14-19, позволяет нивелировать возмущающие процесс ПВ такие факторы как линзы и прослои глины/песка, кольматацию порового пространства.

На заключительной стадии отработки добычного участка - самого нижнего нарымского горизонта крепкосцементированной руды, параллельно к схеме режима выщелачивания (Фиг. 2) и к схеме декольматации (Фиг. 3), применяется схема деструкции горной породы (Фиг. 4). Здесь выработанное горное пространство бакчарского и колпашевского горизонта выполняет роль компенсатора для отбитой руды нарымского горизонта и газов. Посредством автоматического скважинного водоструйного резака 20 производят нарезку поверхности нарымского горизонта сеткой канавок/шпуров, которые заполняют взрывчатым веществом и, затем, с помощью устройства производят взрывную отбойку верхнего слоя руды. Полученные куски руды измельчают посредством струйной мельницы до размеров, оптимальных для реализации процесса ПВ.

Управление горным давлением при реализации ПВ может быть организовано по трем направлениям. Во-первых, выбором оптимальных межскважинных и межрядных расстояний, размер которых не должен превышать длину устойчивого пролета пород кровли (для БМ величина такого пролета, оцененная по формуле Слюсарева не должна превышать 36 м) и не должен быть менее эффективной длины выщелачивания (для БМ величина этой длины не должна быть меньше 8 м при пятидневном контакте выщелачивающего агента с рудой). Во-вторых, поддержанием напора водного потока, обводняющего рудный пласт. В-третьих, при необходимости, сооружением опорных и упорных площадок на обсадных трубах скважин, например, по техническому решению [12].

Технический результат от использования нового технического решения заключается в реализации кибернетического подхода к освоению месторождений, подобных БМ, на базе виртуального промысла по безлюдной эффективной геотехнологии в круглосуточном круглогодичном режиме.

Источники информации

1. Западно-Сибирский железорудный бассейн / Под ред. Н.Х. Белоус. - Новосибирск: РИО СО АН СССР, 1964.

2. Чинакал НА, Барышников Ф.А., Рузинова И.Я. Извлечение железа из окисленных руд методом выщелачивания. // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 1967 - №2.

3. Вогман Д.А. Железорудная база и геотехнологические методы добычи. / Тез. докл. 11-й Всесоюзн. конф. по геотехнологическим методам добычи. - М., 1976. - С. 39-42.

4. А.с. СССР SU 1218082. Способ подземного выщелачивания железоносных руд. / Авт.: В.П. Небера, И.Г. Абдульманов, К.И. Мусейнов. - Опубл. 15.03.1986.

5. Применение новых технологий для оптимизации освоения Бакчарского железорудного месторождения / Н.Х. Белоус, Е.Я. Горюхин, В.И. Лунёв, М.С. Паровинчак, Ю.В. Чесноков, А.Б. Шашкин // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕСУРС-7-2001): Доклады 7-ой Международ, научн.-практич. конференции (Барнаул, 17-19 сент.2001 г.). - В 2-х ч. - Ч. 1 / Отв. ред. B.Н. Масленников. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2001. - С. 47-50.

6. Паровинчак М.С., Лунёв В.И., Зыков В.М., Даммер В.Х., Чесноков Ю.В., Маслов C.Г., Архипов B.C., Усенко А.И., Руденский Г.Е., Шаманаев С.В., Шашкин А.Б., Шустов М.А. Оценка конкурентоспособности новейших технологий добычи, обогащения и переработки железной руды Бакчарского месторождения // Труды 2--ой Междунар. научн.-практич. конференции «Геотехнологии: проблемы и преспективы» (Тула, 25-28 сент. 2001 г) - Тула - Тул. гос. ун-т, 2001. - С. 133-137.

7. Лунёв В.И., Паровинчак М.С., Зыков В.М. Гидродинамическое выщелачивание //Труды 2-ой Междунар. научн.-практич. конференции «Геотехнологии: проблемы и преспективы» (Тула, 25-28 сент. 2001 г.). - Тула: Тул. гос. ун-т, 2001. - С. 144-145.

8. Тепляков И.М. Домаренко В.А., Молчанов В.И. Геотехнологические методы разработки железорудных месторождений Западно-Сибирского бассейна. // Геология и минеральные ресурсы Центральной Сибири. - Красноярск: КНИИПИМС. - 2001. - Вып. 2 - с. 169-175.

9. Лунёв В.И., Лукьянов В.Г. Перспектива скважинной добычи минерального сырья из томских недр // Вестник РАЕН. Западно-Сибирское отделение. - Вып. 7, 2005. - Кемерово, 2005. - С. 159-162.

10. Современная гидравлическая добыча и обогащение россыпных руд / В.И. Лунёв, И.М. Иванюк, В.Г. Лукьянов, К.А. Костарев, А.И. Усенко, B.C. Скобельский, М.С. Паровинчак, Ю.М. Паровинчак // Материалы Межрегион, науч.-практич. конф. «Проблемы и перспективы развития минерально-сырьевой базы и предприятий ТЭК Сибири» (Томск, октябрь 2005 г.). - Томск: ТПУ, 2005. - С. 209-210.

11. Тепляков И.М., Домаренко В.А., Молчанов В.И. О возможности применения метода ПВ с использованием минеральных кислот при комплексном освоении Западно-Сибирского железорудного бассейна (на примере Бакчарского месторождения). // Проблемы и перспективы развития минерально-сырьевой базы и предприятий ТЭК Сибири: Материалы межрегиональной научно-практической конференции. - Томск: Изд-во Том. политехи, ун-та. - 2005. - С. 310-314.

12. Проект опытно-методических работ по отбору валовой пробы железной руды на Восточном и Западном участках Бакчарской площади Томской области с использованием скважинной гидродобычи (СГД) / Авт.: Л.П. Тигунов, Н.И. Бабичев, В.М. Тищенко, Б.С. Никонов, Е.Н. Юдин, Е.В. Засухина, B.C. Скобельский, Ю.М. Паровинчак, А.И. Усенко, В.И. Лунёв, Е.Я. Горюхин, P.O. Гринев, И.Б. Бондарчук. - М. - Томск, 2006. - 150 с.

13. Проект технологического регламента на геолого-технологические исследования бакчарской железной руды по металлургии в рамках Госконтракта №ТВ-04-04-2006 на выполнение работ по воспроизводству минерально-сырьевой базы для государственных нужд по объекту «Оценка Бакчарского железорудного проявления для отработки методом СГД» на 2006-2009 годы / Авт.: М.С. Паровинчак, В.И. Лунёв, B.C. Скобельский, А.И. Усенко. - Томск: ООО «НПО «Том ГДК руда», 2006. - 8 с.

14. Лунёв В.И. Научные подходы и новые технологии в проектах освоения Бакчарского железорудного проявления // Доклады науч.-практич. Конф. Металлургов Томска «Перспективы развития металлургии в свете стратегии развития Томской области» (Томск, 13-14 янв. 2006 г.). - Томск, 2006. - 6 с.

15. Болотные агенты в гидродобыче металлов из бакчарских руд / P.O. Гринев, В.И. Лунёв, А.И. Усенко, B.C. Скобельский // Материалы Всероссийской с международным участием Шестой научной школы молодых ученых «Болота и биосфера» (Томск, 10-14 сент. 2007 г.). Томск: ТГПУ, 2007. - 3 с.

16. Лунёв В.И., Лукьянов В.Г., Иванюк И.М. Перспективы геотехнологического освоения Бакчарского железорудного проявления // Вестник РАЕН. Западно-Сибирское отделение. - Вып. 9. - Кемерово: РАЕН, ЗСО, 2007. - С. 158-163.

17. Технологические проблемы и перспективы освоения Бакчарского проявления железных руд. - Сборник статей, посвященных 50-летию открытия Западно-Сибирского железорудного бассейна и Бакчарского проявления железных руд / Под общ. ред. В.Г. Емешева, М.С. Паровинчака, научн. ред.: В.И. Лунёв, А.И. Усенко, Сост.: В.И. Лунёв. - Томск: ООО «НПО «Том ГДК руда», 2008. - 356 с. - Рук. Деп. в Депозитарии МГГУ. - Справка №654109-08 от 30.06.2008. - Библиограф, опис. опубл. в «Горном информ, - аналит. бюллетене» №9, 2008.

18. Лунёв В.И. Основные этапы реализации Бакчарского проекта: 2001-2008 гг. Технологические проблемы и перспективы освоения Бакчарского проявления железных руд. - Сборник статей, посвященных 50-летию открытия Западно-Сибирского железорудногобассейна и Бакчарского проявления железных руд / Сост.: В.И. Лунёв. Под общ. ред. В.Г. Емешева, М.С. Паровинчака, научн. ред.: В.И. Лунёв, А.И. Усенко. - Томск: ООО «НПО «ТомГДК руда», 2008. - 356 с. - Рук. Деп. в Депозитарии МГГУ. - Справка №654109-08 от 30.06.2008. - С. 345-351.

19. Подземное скважинное геотехнологическое оборудование для гидравлической добычи твердых полезных ископаемых, охраняемое патентами РФ 7МПК Е21С 45/02: №№67179; 68590; 2301337; 68591; 2302526; 2302527; 73377; 68591; 77351; 2365755; 79942; 84917; 85196; 89610.

20. Решение проблемы освоения Бакчарского железорудного месторождения Томской области в изобретениях / Сборник избранных технологических решений, запатентованных в Российской Федерации. // Под ред. проф. М.А. Шустова. - Составители: И.М. Иванюк, Н.Н. Ильин, В.И. Лунёв, А.И. Усенко. - Томск, 2014. - 343 с.

21. Заявка на выдачу патента РФ на изобретение №2018139445 7 МПК Е21В 43/28 Экологическая геотехнология освоения железорудного месторождения. / Авт.: П.С. Лунёв и В.И. Лунёв. - Опубл. 11.04.2019, Бюл. №11.

22. Лунёв П.С. Адаптивная кибермодель добычного промысла: виртуальный промысел; последовательность действий промысла. // Молодой ученый: Международный научный журнал. - №8 (246). - 2019. - С. 13-15 / URL:https:moluch.ru/archive/246/56771/

23. Отчетные материалы поставщика по Госконтракту №ТВ-04-04-06 от 04.04.2006: Оценка Бакчарского железорудного проявления для отработки методом СГД / Научно-технический отчет: Том «Опытно-методические работы по отбору валовой пробы методом скважинной гидродобычи (ОМР СГД - 2008)». - Отв. исп. В.И. Лунёв. - 157 с., прилож. 128 с. // Томск: ООО «ТомГДКруда» - «Томскнедра», 2009. - Гос. per. №35-06-20.

Изобретение относится к горному делу, а именно к подземному выщелачиванию полезных компонентов руд с использованием автоматизированных систем управления. Технический результат заключается в реализации кибернетического подхода к геотехнологическому освоению месторождения твердых полезных ископаемых безлюдным, эффективным и экологическим способом. Кибернетическое устройство для управления процессом подземного выщелачивания полезных компонентов руды, включающее блок самонастройки в составе вычислительного комплекса и блока настройки, блок стабилизации процесса в составе измерителя, преобразователя, исполнительного блока и регулятора. При этом блок самонастройки содержит датчики входных технологических параметров, представленные контроллерами состава выщелачивающего агента, его концентрации, расхода, давления и температуры, датчики выходных технологических параметров, представленные контроллерами состава продуктивного раствора, его концентрации, прихода, давления, температуры и выхода целевого приоритетного полезного компонента руды, а в блоке стабилизации процесса исполнительный блок и регулятор содержат схему режима выщелачивания, схему декольматации, схему деструкции горной породы, соединенные последовательно-параллельно. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Кибернетическое устройство для управления процессом подземного выщелачивания полезных компонентов руды, включающее блок самонастройки в составе вычислительного комплекса и блока настройки, блок стабилизации процесса в составе измерителя, преобразователя, исполнительного блока и регулятора, отличающееся тем, что блок самонастройки содержит датчики входных технологических параметров, представленные контроллерами состава выщелачивающего агента, его концентрации, расхода, давления и температуры, датчики выходных технологических параметров, представленные контроллерами состава продуктивного раствора, его концентрации, прихода, давления, температуры и выхода целевого приоритетного полезного компонента руды, а в блоке стабилизации процесса исполнительный блок и регулятор содержат схему режима выщелачивания, схему декольматации, схему деструкции горной породы, соединенные последовательно-параллельно.

2. Кибернетическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что схема режима выщелачивания содержит на закачной скважине автоматические устройства укрепления выщелачивающего агента, нагрева выщелачивающего агента, подачи выщелачивающего агента в продуктивный пласт, включая насос, компрессор и расходомер, соединенные последовательно-параллельно.

3. Кибернетическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что схема декольматации содержит на выдачной скважине автоматические устройства, включающие насос, компрессор, расходомер, скважинный струйный гидромонитор, кавитатор, флоккулятор или коагулятор, соединенные последовательно-параллельно.

4. Кибернетическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что схема деструкции горной породы содержит автоматические устройства, включая скважинный водоструйный резак, устройство для камуфлетного взрывания горной породы, струйную мельницу, соединенные последовательно-параллельно.

5. Способ работы кибернетического устройства по п. 1, включающий взаимодействие контура самонастройки и контура стабилизации регулируемых параметров при реагировании на возмущающее воздействие на процесс подземного выщелачивания полезных компонентов руды, содержит операцию формирования алгоритма эталона поведения добычного промысла в стационарных условиях и в условиях возмущающего воздействия, операцию инсталляции сформированного алгоритма в вычислительном комплексе, операцию регистрации показаний датчиков технологических параметров, операцию сравнения текущего поведения добычного промысла с эталоном поведения и при отклонении от последнего вычислительный комплекс вырабатывает управляющий сигнал для блока настройки и контур самонастройки в составе алгоритма, вычислительного комплекса, датчиков технологических параметров и блока настройки автоматически производит самонастройку контура стабилизации, состоящего из измерителя, преобразователя, исполнительного блока и регулятора, который автоматически обеспечивает стабилизацию режима выщелачивания рыхлой руды, разрушение и извлечение песчаных/глинистых линз и прослоев продуктивного пласта, декольматацию слабосвязанной руды и деструкцию крепкосцементированной руды путем последовательно-параллельного применения схемы режима выщелачивания, схемы декольматации и схемы деструкции горной породы.

6. Способ работы кибернетического устройства по п. 5, отличающийся тем, что алгоритм эталона поведения добычного промысла формируется на базе данных геологоразведки добычного участка и результатов лабораторных исследований и опытно-промышленных испытаний рыхлого, слабосвязанного и крепкосцементированного типов руд.

7. Способ работы кибернетического устройства по п. 5, отличающийся тем, что автоматическая стабилизация режима выщелачивания рыхлой руды выполняется посредством последовательно-параллельной реализации действий по укреплению выщелачивающего агента, по нагреву выщелачивающего агента, по изменению объемов выщелачивающего агента, закачиваемого в продуктивный пласт.

8. Способ работы кибернетического устройства по п. 5, отличающийся тем, что при обнаружении возмущающего воздействия в виде песчаных/глинистых линз и прослоев в продуктивном пласте автоматическая стабилизация режима выщелачивания рыхлой и слабосвязанной руды выполняется путем гидромониторного разрушения линз и прослоев в затопленной горной выработке и эрлифтной выдачи разрушенной породы на дневную поверхность.

9. Способ работы кибернетического устройства по п. 5, отличающийся тем, что при появлении кольматации массива слабосвязанной руды автоматическая стабилизация режима выщелачивания достигается последовательно-параллельной реализацией декольматационных действий, включая создание обратного осмоса, кавитационного вскрытия пор, флоккуляции частиц пустой породы и эрлифтную выдачу флоккул на дневную поверхность.

10. Способ работы кибернетического устройства по п. 5, отличающийся тем, что при выщелачивании крепкосцементированной руды, упорной к действию выщелачивающего агента, автоматическая стабилизация режима выщелачивания производится путем блочной нарезки верхней поверхности продуктивного пласта, камуфлетного взрывного дробления рудного массива и струйного истирания раздробленных кусков руды.