Способ подземной разработки рудных материалов подземным выщелачиванием Советский патент 1993 года по МПК E21B43/28 

Изобретение относится к геотехнологии и геомеханических методов разведки месторождений полезных ископаемых в частности добычи полезных ископаемых специальными способами.

Известен способ подземной разработки рудных месторождений подземным выщелачиванием, включающий бурение нескольких вертикальных скважин в рудном пласте для нагнетания выщелачивающего раствора и скважин для откачки и выдачи на поверхность продуктивного раствора (Лунев Л.И. Подземные системы разработки месторождений выщелачиванием. Основы научного направления в создании и освоении минерально-сырьевой базы страны, М., 1988, с. 189-208).

Недостатками способа являются трудоемкость и нетехнологичность, низкая проницаемость рудного пласта, невысокий КПД

извлечения полезного компонента из рудного пласта.

Известен способ подземной разработки рудных месторождений подземным выщелачиванием, включающий вскрытие рудного пласта вертикальными скважинами, обсадку и герметизацию скважин, подачу в рудный пласт кислородсодержащего газа, окисление полезного компонента в границах зоны фильтраций по рудному пласту, последующую подачу в рудный пласт реагента и выдачу продуктивного раствора на поверхность, причем одновременно с подачей кислородсодержащего газа в подошве рудного пласта гидравлическим способом формируют подсечные камеры, давление кислородсодержащего газа поддерживают не меньше величины горного давления на уровне рудного пласта и после окисления полезного компонента в кровле подсечных камер периодически снижают и

VI

О

4

00

го

СА)

восстанавливают до полного обрушения рудного пласта в подсечные камеры.

Недостатками известного способа являются трудоемкость и нетехнологичность способа, низкая проницаемость рудного пласта, невысокий КПД извлечения полезного компонента из рудного пласта.

Цель изобретения - повышение эффективности выщелачивания за счет увеличения КПД извлечения полезного компонента одновременно с повышением проницаемости рудного пласта.

Поставленная цель достигается тем, что осуществляют проходку двух вертикальных стволов, окаймляющих рудный пласт, вскрывают рудный пласт горизонтальными скважинами, пробуренными из вертикальных стволов, производят массовый взрыв в рудном пласте из горизонтальных скважин, бурят с земной поверхности вертикальные закачные скважины, а также скважины для невзрывных сейсмических источников, размещают в них источники, производят определение векторов максимальных и минимальных главных напряжений, ориентируют оси источников в направлений действия максимальных главных напряжений, заполняют основания скважин с источниками упруго-вязким телом, осуществляют проходку подготовительных выработок, разбуривают из них .откачные скважины, присоединяя возбуждают колебания в рудном пласте и окружающем их горном масби- ве на частотах от 60 до 1500 Гц. параметры вибровоздействия задают во всех скважинах идентичными, а воздействие на рудный пласт осуществляют поэтапно, вначале для приведения рудного пласта в колебательное состояние, а затем переходят на частоту, равную частоте собственных колебаний рудного пласта, и осуществляют его в течение времени, необходимого для повышения Проницаемости рудного пласта и контролируемого по объему выхода продуктивного раствора из откэчных скважин, в совокупности с закачкой выщелачиваемых реагентов через нагнетательные скважины с земной поверхности.

При низкой проницаемости горных пород в рудном пласте возбуждают встречные колебания, генерируемые источниками из скважин, окаймляющих рудный пласт, оси источников ориентируют соосно навстречу друг другу и настраивают в резонанс с собственными колебаниями рудного пласта.

При низкой проницаемости рудного пласта через закачные скважины нагнетают растворы поверхностно-активных веществ в совокупности с вибрационными воздействиями на рудный пласт,

При низкой проницаемости рудного пласта нагнетание выщелачивающих реагентов осуществляют в совокупности с обработкой рудного пласта колебаниями в

несколько этапов: в течение времени, необходимого для окисления полезного компонента, обработку осуществляют встречными колебаниями посредством направленных импульсов на частоте собственных колеба0 ний рудного пласта, затем обработку осуществляют на частоте собственных колебаний рудного пласта попеременно слева или справа от рудного пласта из скважин с размещенными в них невзрывными источника5 ми в течение времени, обусловленного скоростью фильтрации выщелачиваемых реагентов в пределах зоны рудного пласта, контролируя время обработки рудного пласта реагентами в каждом направлении воз0 действия по объемам выхода продуктивного раствора из откачных скважин.

Для более полного извлечения полезного компонента из рудного пласта откачные скважины герметизируют и подсоединяют к

5 вакуумному насосу.

На чертеже приведена схема, реализующая заявляемый способ, где 1 - горный массив, 2 - рудный пласт, 3 - закачные скважины, 4 и 5 - вертикальные стволы, 6 0 горизонтальные скважины, 7 - подготовительные выработки, 8-11 - скважины 8с размещенными в них невзрывными сейсмическими источниками 9 со встроенными,в них тензодатчиками 10 и заполненными уп5 pyro-вязким телом 11, 12 - пульт управления, 13 - компрессор, 14 - откачные скважины, 15- вакуумный насос. . Способ осуществляют следующим образом,

0 с помощью датчиков давления горных пород, устанавливаемых в контрольной скважине, определяют поле напряжений и главные векторы в горном массиве, где требуется повысить проницаемость горных по5 род. Затем осуществляют проходку двух вертикальных стволом 4 и 5, окаймляющих рудный пласт 2 в горном массиве 1, из стволов 4 и 5 бурят горизонтальные скважины 6 на всю длину рудного пласта 2, производят

0 в них массовый взрыв, чтобы разрушить рудный пласт 2 и создать в нем искусственную трещиноватость. Затем бурят с поверхности закачные скважины 3, осуществляют проходку подготовительных выработок 7, из

5 которых разбуривают в рудном пласте откачные скважины 14. Затем бурят скважины 8, размещают в них невзрывные сейсмические источники 9 со Встроенными в них тензодатчиками 10, служащие для синхронизации работы источника. Импульс давления воздуха, поступающий из компрессора 13, преобразуется тензодатчиком 10 в источнике 9 в электрический сигнал, поступающий на вход пульта управления 12, имеющего обратную связь с компрессором 13. Затем ориентируют оси источников 9 в направлении действия максимальных главных напряжений, заполняют скважины 8 упруго-вязким телом 11 (водой, мокрым песком или буровым раствором с 90% содержанием кварцевого песка), что создает оптимальные условия передачи (закачки) энергии упругих волн в рудный пласт 2. Возбуждают колебания источниками 9 в горном массиве, синхронизируют работу группы источников 9 - добиваются идентичности их параметров, а именно: частоты, интенсивности и длительности зондирующих импульсов при неизменных контактных условиях источников с горным массивом 1 посредством упруго-вязкого тела 11,

При работе вибровозбудители вызывают колебания части горного массива 1 и рудного пласта 2, что влечет за собой подвижку отдельных элементов рудного пласта, перераспределения поля напряжений в горном массиве 1 и его частичную дегазацию, что в свою очередь способствует фильтрации закачиваемых реагентов в рудный пласт 2 и мигрируемых по пласту 2 под воздействием вибрационных нагрузок. Рудный пласт 2 и окружающие их вмещающие породы подвергаются воздействию всех видов напряжений, что способствует перемещение реагентов по всей площади рудного пласта.

Вибровоздействия на рудный пласт 2 осуществляются поэтапно: сначала осуществляют обработку пласта колебаниями с частотами от 60 до 1500 Гц и приводят его в колебательное состояние, затем переходят на частоту воздействия, равную частоте собственных колебаний рудного пласта 2, что способствует повышению проницаемости рудного пласта в совокупности с закачкой реагента через скважины 3, далее переходят к обработке пласта 2 встречными коле- .баниями, настроенными в резонанс с колебаниями рудного пласта, что позволяет. повысить проницаемость пород и охранять большую площадь при воздействии реагента с рудным пластом, причем об эффективности процесса выщелачивания судят по объему выхода продуктивного раствора из откэчных скважин 14, присоединенных к вакуумному насосу, что в свою очередь способствует фильтрации реагента по рудному пласту и предотвращает его растекание за

пределы рудного пласта, поскольку образующиеся перепады давления в трещинах и порах рудного пласта при отсосе раствора вакуумным насосом 15 способствуют концентрации реагента в откачные скважины 14.

Затем осуществляют обработку рудного пласта 2 на частоте его собственных колебаний попеременно слева и справа из скважин 8, окаймляющих рудный пласт 2, в которых размещены невзрывные сейсмические источники 9, причем время воздействия определяется скоростью фильтрации реагентов по рудному полу в пределах зоны

рудного пласта 2 по простиранию.

Зная объемы полезного ископаемого в рудном пласте, время воздействия определяют исходя из объемов выхода продуктивных растворов из откачных скважин 14 и

концентрации в них полезного ископаемо- то.

Эффективному применению колебаний для увеличения проницаемости рудного пласта способствует анизотропия руд во

вмещающих породах, внутренние напряжения, обусловленные как весом вышележащих пород, так и наличием тектонических напряжений в массиве горных пород. Встречные колебания, настроенные в резоианс с собственными колебаниями рудного пласта, способствуют возникновению зоны напряжений, возникновению микротрещин, вокруг которых происходит образование новых трещин, снижение сил сцепления

между отдельностями рудного пласта, раскрытие трещиноватости в рудном пласте, что позволяет равномерно увеличивать зону искусственной трещиноватости рудного пласта путем создания гармонических стоячих волн давления в местах скопления ре- агента в порах и трещинах пласта, что приводит к накоплению энергии и распространению ее по пласту в виде чередующихся волн вжатия и растяжения. Увеличение

зоны трещиноватости в рудном пласте повышает эффективность процесса выщелачивания, в результате чего снижается время отработки пласта и увеличивается КПД извлечения полезного компонента из

рудного пласта.

Использование заявляемого способа способствует повышению эффективности процесса выщелачивания, что приводит к увеличению КПД извлечения полезного компонента и уменьшению времени отработки рудного пласта по сравнению с имеющимися способами выщелачивания,

Формула изобретения

1. Способ подземной разработки рудных месторождений подземным выщелачиванием, включающий бурение скважин, размещение в них невзрывных сейсмических источников, заполнение скважин упруго-вязкой средой, обработку рудной массы вибровоздействиями в период подачи выщелачивающего раствора и откачку продуктивного раствора, отличающийся тем. что, с целью повышения эффективности разработки за счет увеличения проницаемости горных пород и улучшения гидро- и аэродинамических связей, скважины для размещения сейсмических источников бурят вокруг рудного тела, определяют направление вектора максимального главного напряжения в рудном массиве, ориентируют оси сейсмических источников в направлении максимального главного напряжения, перед подачей выщелачивающего раствора производят обработку пласта вйбровоздействиями в диапазоне 60-1500 Гц, при этом в пласт нагнетают раствор поверхностно-активного вещества, контролируют напряженно-формированное состояние рудного тела, указанную обработку производят до смены деформаций сжатия деформациями растяжения, а при подаче выщелачивающего раствора вибровоздействие осуществляют на частоте, равной частоте собственных колебаний рудного тела.

2. Способ по п. 1, о т Л и ч а ю щ и и с я тем, что вибровоздействие осуществляют встречными колебаниями из скважин, окаймляющих рудное тело, при этом частоту виб- ровоздёйствия настраивают в резонанс с собственными колебаниями рудного тела,

3. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ И и с я тем, что при подаче выщелачивающего раствора вибровоздействие осуществляют по- переменно сначала с одной стороны рудного тела затем с другой, а время обработки с каждой стороны ограничивают временем миграции раствора по пласту.

Изобретение относится к добыче полезных ископаемых выщелачиванием. Бурят скважины вокруг рудного тела и размещают в них невзрывные сейсмические источники. Заполняютскважиныупруго-вязкой средой. Определяют направление вектора максимального главного напряжения. Ориентируют оси сейсмических источников в направлении максимального главного напряжения. Перед подачей выщелачивающего раствора производят обработку пласта вибровоздействиями в диапазоне 60- 1500 Гц. При этом в пласт нагнетают раствор ПАВ. Контролируют напряженно-деформированное состояние рудного тела и указанную.- обработку производят до смены деформаций сжатия деформациями растяжения, При подаче выщелачивающего раствора вибровоздействие осуществляют на частоте собственных колебаний рудного тела. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.