Способ подземной добычи марганца Советский патент 1991 года по МПК C22B3/00 E21C41/22 

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к микробиологическому выщелачиванию металлов из руд и может быть использовано для подземной добычи марганца в сложных горно-геологических условиях.

Наиболее близким по технической сущности является способ химического выщелачивания, заключающийся в том, что с поверхности грунта над рудной залежью бурят нагретательные и отсасывающие скважины, причем первые до границы кровля-рудная залежь, а вторые - до границы рудная залежь - почва.

Недостатками известного способа являются неполная выемка полезного ископаемого, обусловленная расположением скважин относительно пласта, отсутствие управления горным давлением, что приводит к смещению окружающих пород.

Цель изобретения - повышение эффективности добычи марганца.

Изобретение заключается в том, что скважины бурят на всю мощность марганце- ворудного пласта до пород почвы, обсажиON Ю Оч

СЛ 00 N)

вают их трубами, причем нижний участок труб длиной, равной мощности пласта, выполняют перфорированным, затем путем нагнетания скрепляющего раствора на границах пласта с породами почвы и кровли создают водонепроницаемый экран, после чего производят бактериальное выщелачивание марганца микроорганизмами Achromobacter delicaxulur 182-А, а после отсасывания марганца на поверхность через указанные скважины производят гидравлическую закладку отработанного участка.

На чертеже приведена схема осуществления способа.

На схеме обозначены массив 1 горных пород, пласт 2 марганцевой руды, почва 3 пласта, нагнетательные скважины 4, отсасывающие скважины 5, обсадные трубы 6, перфорированный участок 7 обсадной трубы, водонепроницаемые экраны 8, контрольно-измерительная аппаратура 9.

Способ осуществляется следующим образом.

В массиве 1 с поверхности земли на всю мощность пласта 2 до пород почвы 3 бурят нагнетательные 4 и отсасывающие 5 скважины. Пробуренные скважины обсаживают трубами 6, причем нижний участок 7 труб длиной, равной мощности пласта 2, выполняют перфорированным. Затем на границе пласта 2 с породами кровли и почвы создают водонепроницаемые экраны 8. Для этого часть отверстий перфорации нижнего участка 7 труб 6 перекрывают, а через оставшиеся отверстия под некоторым давлением, величина которого зависит от размеров отверстий и физико-механических свойств породы, нагнетают скрепляющий раствор, который после затвердевания образует про- тивофильтрационную завесу. Перекрытие отверстий осуществляют, например, опусканием в скважины дополнительного перфорированного отрезка с двумя горизонтальными сегментными прорезями, расстояние между которыми равно мощности пласта, и поворотом этого отрезка трубы вокруг своей оси относительно перфорации основных обсадных труб 6. Таким поворотом производят как перекрытие, так и открытие отверстий нижних участков обсадных труб 6.

После создания водонепроницаемых экранов 8 отверстия на перфорированных участках 7 труб 6 открывают и в пласт 2 по скважинам 4 нагнетают взвесь микроорганизмов, одновременно создавая вакуум в скважинах 5,

Взвесь микроорганизмов начинает движение по направлению от нагнетательных 4 к отсасывающим 5 скважинам, выщелачивая при этом марганец из пласта 2. Далее по скважинам 5 раствор полезного компонента подают на поверхность. Содержание марганца в растворе определяют и контролирую.т аппаратурой 9. При достижении содержания марганца в растворе минимально допустимых значений нагнетание микроорганизмов и отсасывание раствора полезного компонента прекращают, после

0 чего по скважинам 4 и 5 в выработанное пространство подают твердеющую закладку. После полного заполнения отработанного участка гидрозакладкой обсадные трубы 6 из скважин извлекают.

5 Далее цикл повторяют на следующем участке.

В примере конкретной реализации отражена разработка Никопол ьского и Большого Токмакского месторождений

0 марганцевых руд, характеризующихся сложными горно-геодогическими условиями, большая водообильность (300-350 м3/ч) и неустойчивость вмещающих пород, породы представлены пластическими разновид5 ностями глин, небольшая глубина залегания марганцеворудного пласта. Никопольское и Большое Токмакское месторождения марганцевых руд идентичны по своей структуре, отличие составляет только пре0 обладание на Большом Токмакском месторождении карбонатных руд, где они составляют 90%. Руды з алегают в виде одного пласта, приуроченного к нижней части прибрежно-морских песчано-глинистых по5 род. Рудный пласт перекрыт песчано-глини- стыми породами, мощность которых изменяется от 40 до 100 м и составляет в среднем 84 м. Марганцеворудный пласт представлен тремя типами руд: окисными,

0 смешанными и карбонатными. Окисные руды сложены окислами и гидроокислами марганца, Среди них выделяются землистые,- кусковатые и оолитовые разности. Карбонатные руды представлены, в основном,

5 менганитами и кольцевым родохрозитом, преобладает желтоватая разность. Мощность марганцеворудных пластов не превышает 3,0 м. Среднее содержание марганца, %: окисные руды 31,11; смешанные руды

0 27,75; карбонатные руды 23-25%.

Нагнетательные и отсасывающие скважины диаметром 250-390 мм пробуривают на максимальную глубину 103 м. Затем производят их обсадку металлическими

5 трубами, нижний участок которых выполняют перфорированным.

Формирование водонепроницаемых экранов осуществляют нагнетанием химических реагентов, например мочевино-фор- мальдегидной смолы или карбамидной

смолы, и отвердителя - раствора щавелевой кислоты или хлорного железа,

После этого в скважины нагнетают взвесь микроорганизмов Achromobacter delicaxulur 182-A, обладающих способно- стью выщелачивать марганцевые минералы, причем растворы, содержащие указанные микроорганизмы, обладают хорошими диффузионными свойствами и проницаемостью ввиду малого размера микробной клетки (0,5-1,5 мк).

Концентрация марганца в полученном растворе достигает 5-10 г/л.

В каждом конкретном случае отработки марганцеворудного пласта фильтрация и диффузия раствора будут различны и описываются уравнениями:

уравнение фильтрации

d Р Кп dt

d P

га)

mnfi d x

где Kn - проницаемость среды; mn - пористость; jU - вязкость растовра; Р - давление нагнетания раствора; t - время процесса;

уравнение диффузии (на основе перво- го уравнения Фика для одномерного пространства по оси X)

Q -DL ±±, d x

где Q - количество диффузированного через поверхность L за единицу времени раствора; D - коэффициент диффузии; С - градиент концентрации.

Расстояние между скважинами I являет- ся функцией, зависящей от ряда величин:

l f(Kn, mn, ,P).

г

и выражается формулой

h$+Ј510

15

0

5

0

5

0

5

где Ар - производительность выщелачивающего раствора в горном массиве;

А - производительность откачивающей скважины;

Аа - производительность откачивающего насоса;

h - мощность марганцеворудного пласта;

Кп - проницаемость марганцевой руды;

mn - пористость;

ju - вязкость выщелачивающего раствора.

Использование способа позволит значительно повысить полноту выемки такого ценного металлургического сырья, как марганец в сложных горно-геологических условиях, осуществляя при этом планомерное управление горным давлением. Помимо этого отпадает необходимость строить дорогостоящие шахты и карьеры, что значительно снижает капитальные затраты, способ является экологически чистым, позволяет сохранить территории сельскохозяйственных земель и угодий. Производительность одной откачивающей скважины составляет 25,98 т/сут при расстоянии между нагнетательной и откачивающей скважинами 10 м.

Формула изобретения.

Способ подземной добычи марганца, предусматривающий бурение с поверхности грунта нагнетальных и отсасывающих скважин, обсадку их трубами, нагнетание бактериального выщелачивающего раствора и отсасывание раствора, содержащего марганец, на поверхность, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности добычи марганца, скважины бурят на всю мощность марганцеворудного пласта, причем нижний участок обсадных труб выполняют перфорированным, создают водонепроницаемые экраны на границах пласта с породами почвы и кровли, нагнена- ют взвесь бактерий Achromobacter delicaxulur 182-A.

6596

55964

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к микробиологическому вы- щелачиванию металлов из руд. Целью изобретения является повышение эффективности добычи марганца. Для этого с поверхности грунта бурят нагнетательные и отсасывающие скважины, на определенном расстоянии между ними обсаживают их трубами, причем нижний их участок длиной, равной мощности пласта, выполняют перфорированным Затем на границе пласта с породами почвы и кровли путем нагнетания скрепляющего раствора создают водонепроницаемый экран, позволяющий исключить потери полезного ископаемого и выщелачивающего раствора. После этого производят бактериальное выщелачивание марганца микроорганизмами Achromobacter delicaxulur 182-A, обладающими способностью растворять марганцевые минералы. При достижении содержания марганца в растворе минимально допустимых значений нагнетание микроорганизмов и отсасывание раствора полезного компонента прекращают и по скважинам в выработанное пространство подают твердеющую закладку 1 ил. сл С