Способ добычи полезных ископаемых подземным выщелачиванием Советский патент 1992 года по МПК E21B43/28 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке подземных выщелачиванием месторождений, представленных продуктивными горизонтами, сложенными слабо проницаемыми прослоями, залегающими в толще хорошо проницаемых вмещающих пород.

Известен способ разработки месторождений полезных ископаемых подземным выщелачиванием в слабопроницаемых рудах, включающий формирование щелей путем размыва полезного ископаемого в границах продуктивного горизонта, закладку щелей фильтрующим материалом, оборудование скважин фильтрами с изоляцией от пустых пород установкой пакеров, подачу в закачные скважины выщелачивающего реагента откачку продуктивного раствора из откачных скважин.

Недостатком указанного способа является низкая эффективность его применения при разработке слабопроницаемых рудных прослоев, залегающих в толще хорошо проницаемых вмещающих пород, а также значительная остаточная кислотность, низкое содержание полезных компонентов в продуктивных растворах и большие потери полезных компонентов в недрах.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является способ выщелачивания руд через скважины, включающий вскрытие продуктивного горизонта закачными и от- качными скважинами, размещение в них гидродобычного оборудования, формироваVJ VI VI

О Ю

СО

ние зоны разуплотнения проходкой вертикальных щелей трапециевидной формы с большим основанием у скважины. После проходки каждой щели из этого же гидромонитора осуществляют закладку ее фильтрующим материалом (песком), а после этого размывают и закладывают следующую щель. Производят оборудование скважин фильтрами с изоляцией от пустых пород установкой пакеров, подачу в закачные скважины выщелачивающего реагента и откачку продуктивного раствора от откачных скважин.

Указанный способ обладает существенным недостатком: он не позволяет сформировать хорошо подготовленный к выщелачиванию легкопроницаемый участок рудного тела, т.к. размыв очередной вертикальной щели требует очистки ствола скважины до нижнего основания щелей, при этом происходит вынос закладочного материала (песка), и в случае, если угол нижнего основания трапециевидной щели больше угла естественного откоса закладочного материала, то последний выносится полностью, а если меньше, то закладочный материал выносится частично.

В результате происходит смыкание (схлопывание) стенок вертикальной щели под действием горного давления, что вызывает резкое ухудшение фильтрационных свойств подготавливаемого участка (снижение проницаемости), В дальнейшем, когда на него подают рабочие растворы, последний не контактирует практически совсем с отрабатываемым массивом, что обуславливает недоизвлечение полезного компонента и его потери, повышение расхода выщелачивающих растворов и загрязнение окружающей среды.

Целью изобретения является снижение потерь полезного компонента и расхода выщелачивающих растворов путем обеспечения поддержания повышенной проницаемости выщелачиваемого участка рудного тела в течение всего времени его отработки.

Поставленная цель достигается тем, что в способе добычи полезных ископаемых подземным выщелачиванием, включающем вскрытие продуктивного горизонта откач- ными и закачными скважинами, размещение в скважинах гидродобычного оборудования, формирование щелями зоны повышенной проницаемости, имеющей в сечении форму трапеции с большим основанием у скважин, закладку ее фильтрующим материалом, оборудование скважин фильтрами с изоляцией от вмещающих пород установкой пакеров. подачу в закачные

скважины выщелачивающего реагента и откачку продуктивного раствора из откачных скважин, трапециевидную зону повышенной проницаемости образуют в виде зоны

разуплотнения горизонтальными щелями, которые формируют в виде эллипса, большими основаниями направленного в сторону смежных скважин в ряду, их проходку осуществляют в восходящей последовательности от почвы рудного пласта с последующим обрушением каждого слоя пород, находящегося между вышележащей и нижележащей полостями размыва в выработанное пространство,

Мощность последовательно размываемых полостей (щелей) определяют из выражения

ГП2 гги

1.67 2qn mi -I.y

, м ,

где mi - мощность оставляемого (обрушае- мого) слоя руды, м;

Zqn - распределенная нагрузка оставляемого слоя руды на полость размыва. кН/м;

2у - удельный вес выщелачиваемых руд, кН/м3, а допустимую высоту зоны разуплотнения,

при превышении которой происходит переуплотнение пород, определяют из выражения

Н

разупл

Нлк + Нцк 2 тц

кр(о

м

где Нлк мощность зоны проработки пласта, М, Нпласта Нлк,

Ник. - высота непосредственной кровли, м;

mi - мощность оставляемых прослоев в зоне разуплотнения, м;

Kp(t) 1,7- 0,51° 2 - эмпирический коэффициент разрыхления глинистых пород;

t - время отработки рудного участка, сут.

В случае сложения отрабатываемого участка рудного тела крупными (более 1 мм) и мелкими (более 0,25 мм) фракциями руды

осуществляют естественную закладку полостей (щелей) размыва сегрегации фракций руды с сохранением в них крупных фракций руды, т. к. они сами выполняют роль закладки, а в случае сложения отрабатываемого

участка рудного тела мелкими фракциями руды для предотвращения смыкания стенок щели осуществляют искусственную закладку щелей фильтрующим материалом (песком).

Подача раствора реагента в выщелачивающий участок через трапециевидную зону разуплотнения горизонтальными щелями, в плане имеющих форму эллипса, большими осями направленных в сторону смежных скважин в ряду, позволяет снизить потери полезного компонента и расход выщелачивающих растворов, что повышает эффективность способа подземного выщелачивания в целом, т. к, именно такая форма и расположение полостей размыва в плане позволяют исключить возможность формирования застойных зон в процессе выщелачивания за счет обеспечения одинаковой длины линий тока выщелачивающих раство- ров. Это ведет к более равномерной проработке рудного массива.

В сечении щели, образующие зону разуплотнения рудного массива, располагают горизонтально. Это позволяет предотвра- тить вынос закладочного материала (песка) из щели, что приводит к смыканию (схлопы- ванию) стенок щели под действием горного давления и резкому ухудшению фильтрационных свойств подготавливаемого участка (снижению проницаемости).

Из условия, что разуплотнение должно захватить рудный пласт и частично породы кровли для полной проработки рудной зоны, находим

Нразупл.(Кр(1 - 1) + 2 Ш1 Нлк + Ннк,

где Нразупл. - допустимая высота зоны разуплотнения, при превышении которой про- исходит переуплотнение пород;

Kp(t) 1,7 - 0,3t° 2 эмпирический коэффициент разрыхления глинистых пород как функция времени;

t - время отработки рудного участка, сут;

гтп - мощность оставляемых прослоев в зоне разуплотнения, м;

Нлк. мощность зоны проработки (пла- ста) м;

Ннк - высота непосредственно кровли, м.

Откуда

Нлк + Ннк -Smu

i 1

Kp(t)

На фиг. 1 показана схема расположения трапециевидной зоны разуплотнения горизонтальными щелями, разрез; на фиг. 2 - схема расположения зон разуплотнения, план.

Способ осуществляется следующим образом.

5 10 15

20 25

3Q

35

п

5

0

На площади залежи намечают контуры закачных 1, откачных 2 скважин и будущей зоны разуплотнения горизонтальными щелями 4.

Продуктивный горизонт 3 вскрывают закачными 1а, 16, ... и откачными 2а, 26... скважинами. Из этих скважин формируют трапециевидную зону разуплотнения проходкой горизонтальных щелей 4 и обрушением каждого слоя пород 5, находящегося между выщележащей и нижележащей щелями 4.

Для исключения возможности формирования застойных зон горизонтальным полостям размыва 4, образующим зону разуплотнения выщелачиваемого участка, в плане придают форму эллипсов, большими осями направленных в сторону смежных скважин в ряду, образуемых при размыве пород естественным образом путем снижения скорости поворота гидромонитора ГДА при приближении к оси, связывающей одноименные скважины в ряду.

Такая форма зоны разуплотнения выщелачиваемого участка в плане обеспечивает одинаковых длину линий тока выщелачивающих растворов, что ведет в более равномерной проработке массива руд выщелачивающими растворами, сокращению застойных зон и потерь компонента s недрах.

Мощность последовательно размываемых щелей 4 устанавливают в зависимости от мощности оставляемых слоев руды 5, распределенной нагрузки оставтяемого слоя руды 5 на щель 4, удельного веса выщелачиваемых руд, а допустимую высоту зоны разуплотнения определяют в зависимости от суммарной мощности оставляемых прослоев Ъ в зоне разуплотнения и коэффициента разрыхления глинистых пород.

Горизонтальные щели 4, образующие зону разуплотнения, закладывают естественной сегрегацией фоакций руды, с сохранением в них крупных (+ 10-15 мм) фракций в случае сложения отрабатываемого участка рудного тела крупными (+ 10-15 мм) и мелкими (менее 0,25 мм) фракциями руды, а в случае отсутствия крупных (+ 10-15 мм) фракций руды щели 4 закладывают искусственно хорошо фильтрующим материалом (песком).

Между верхней и нижней границами зоны разуплотнения устанавливают фильтр 7 с пакерами 8 в нижней и серхней частях рудного прослоя, изолирующими его от вмещающих пород 6.

После этого приступают к процессу подземного выщелачивания.

Выщелачивающий реагент под избыточным давлением, созданным у закачных скважин 1, проникает через проницаемую закладку щелей 4 в трапециевидную зону разуплотнения и движется к зонам разуплотнения у откачных скважин 2, частично по рудному массиву 3, а частично через рудный массив с выходом в хорошо проницаемые породы б с возвращением в рудный массив 3 на зону разуплотнения у откачных скважин 2, за счет созданной воронки депрессии, обеспечивая равномерную и полную проработку рудных прослоев 3.

Применение предлагаемого изобретения позволит повысить эффективность способа подземного выщелачивания при отработке слабопроницаемых руд, залегающих в толще хорошо проницаемых вмещающих пород.

Ф о р м у л а и з о б р ет е н и я 1. Способ добычи полезных ископаемых подземным выщелачиванием, включающий вскрытие продуктивного горизонта закач- ными и откачными скважинами, размещение в скважинах гидродобычного оборудования, формирование щелями зоны повышенной проницаемости, имеющей в сечении форму трапеции с большим основанием у скважины, закладку ее фильтрующим материалом, оборудование скважин фильтрами с изоляцией от вмещающих пород установкой пакеров, подачу в закачные скважины выщелачивающего реагента и откачку продуктивного раствора и откачных скважин, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь полезного компонента и расхода выщелачивающих растворов путем обеспечения поддержания повышенной проницаемости выщелачиваемого участка рудного тела в течение всего времени его отработки, трапециевидную зону повышенной проницаемости образуют в виде зоны разуплотнения горизонтальными щелями, которые формируют в виде эллипсов, большими осями направленного в сторону смежных скважин в ряду, причем их проходку осуществляют в восходящей последовательности от почвы рудного пласга с последующим обрушением каждого слоя

пород, находящегося между вышележащей и нижележащей полостями размыва в выработанное пространство.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что мощность последовательно размываемых щелей определяют из выражения

Ш2 пщ

1,67-2дп mi -2y

м

где mi - мощность оставляемого (обрушае- мрго) слоя руды, м;

20п - распределенная нагрузка оставляемого слоя руды на полость размыва,

кНм;

- удельный вес выщелачиваемых руд, кН/м3,

а допустимую высоту зоны разуплотнения, при превышении которой происходит переуплотнение пород, определяют из выражения:

Н

разупл

НЛк + Ннк - 2тк

КрТО

м

где Нлк. мощность зоны проработки (пласга), м;

Ник - высота непосредственной кровли, м;

mi - мощность оставляемых прослоев в зоне разуплотнения, м;

Kp(t) 1,7-0,3 tO,2 - эмпирический коэффициент разрыхления глинистых пород; t - время отработки рудного участка, сут.

3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае сложения отрабатываемого участка рудного тела крупными (+10-15 мм) и мелкими (менее 0.25 мм) фракциями руды

осуществляют естественную закладку щелей сегрегацией фракций руды с сохранением в них крупных фракций руды, выполняющих роль закладки.

4,Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае сложения отрабатываемого

участка рудного тела мелкими (менее 0,25 мм) фракциями руды осуществляют искусственную закладку щелей фильтрующим материалом (песком).

Ннк.

Н пласта Нл.К.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при разработке полезных ископаемых способом ПВ. Цель - снижение потерь полезного компонента и расхода выщелачивающих растворов. Трапециевидную зону разуплотнения вокруг фильтров скважин осуществляют проходкой горизонтальных щелей, которые формируют в виде эллипса, большими осями направленного в сторону смежных скважин в ряду. Проходку щелей осуществляют в восходящей последовательности от почвы рудного пласта с последующим обрушением каждого слоя пород, находящегося между вышележащей и нижележащей щелями, в выработанное пространство. Закладку щелей осуществляют естествен ной сегрегацией фракций руды с сохранением в них крупных фракций руды или искусственным закладочным материалом (песком) в зависимости от крупности слагающих рудное тело фракций 3 з. п ф- лы, 2 ил. Ё

- %l.i