Увеличение производительности при подземном выщелачивании руд

Речь идет об изобретении из области горнорудного дела, применяемое при проектировании, освоении и обработке горных пород месторождений различных полезных ископаемых – урана, меди, золота и других металлов с помощью метода подземного выщелачивания.

Комбинированный метод подземного выщелачивания состоит из этапов осушения рудного тела, проходку в этих рудных телах горных выработок, бурение геотехнологических скважин, отработку рудных тел способом затопления, подачи и последующего извлечения из них выщелачивающих растворов. После проходки горной выработки месторождения и бурения технических скважин их затапливают, после чего дальнейшая обработка происходит в водонасыщенных растворах. Выщелачивающие материалы подают в один коней выработки, затем извлекают их из другого конца. После этого откачку выщелачивающих растворов прекращают, для чего перекрывают нужные скважины, при этом происходит перенаправление выщелачивающих растворов в пробуренные до самого горизонта технологические скважины, уже из которых и выкачивают готовый к дальнейшей обработке раствор. Изобретение позволяет значительно увеличить эффективность отработки рудных тел, положительно влияет на экологическую обстановку в районе выработки, дает возможность снизить затраты на производственный процесс, уменьшить кольматационные явления, повысить производительность отработки.

Способов комбинированной отработки руд металлов методом подземного выщелачивание имеется несколько. Все они обладают общей характерной особенностью – подача рабочего раствора и сбор отработанных продуктивных растворов происходит через технологические скважины, пробуренные из горных выработок. Общий недостаток этих методов  - необходимость предварительного осушения горных тел от  естественных подземных вод. Такая операция требует сбрасывать загрязненные дренажные воды из подземных выработок в водоемы и водотоки, находящиеся на поверхности. К недостаткам можно отнести и большие объемы выработки руды, и последующее их складирование на поверхности земли. Это ведет к удорожанию обработки рудных материалов, а также к долговременному немалому загрязнению окружающей территории.

Существует другой комбинированный способ отработки руд методом подземного выщелачивания. Первый этап – такой же, как у предыдущего – проходка горной выработки, затем бурятся технологические скважины с поверхности, через которые происходит подача выщелачивающих растворов. А вот сбор продуктивных растворов осуществляется через нижестоящие выработки, а не через скважины. Этот метод по техническим свойствам наиболее близок к рассматриваемому изобретению, по этой причине он взят как прототип. Недостатки этого  метода аналогичны предыдущим, но уровни влияния на внешнюю среду несколько меньше.

Целью изобретения является нахождение такого способа эффективной отработки руд, пройденных с помощью горных выработок, при котором возможно использование сравнительно простой и малозатратной технологии, с минимальным экологическим уроном для окружающей среды.

Достичь поставленных целей можно, используя комбинированный метод подземного выщелачивания, суть которого состоит из первоначального осушения рудных масс, проходку горных выработок, бурение геотехнологических скважин, отработку материала с помощью закачки в него выщелачивающего раствора и выкачки продуктивных растворов. Согласно изобретению после прохождения горной выработки их затапливают и обработку горного материала производят в водонасыщенном растворе. Закачка выщелачивающих растворов согласно изобретению производят непосредственно в горные выработки, а извлечение – через технологические скважины. На первой стадии обработки, когда происходит заполнение выработки выщелачивающими растворами, закачку производят в один конец, а откачку – из другого. Кроме того, комбинированность способа состоит в том, что при многоэтажном прохождении месторождения горными выработками закачку раствора производят в выработку одного из этажей, а выкачку – из выработки соседнего этажа.

Такой способ имеет перед прототипом и аналогами свои преимущества (положительные технические эффекты). Перечислим их:

1. Согласно вышеописанному изобретению, первым его отличием является проведение отработки месторождения после затопления горных выработок и процесса водонасыщения рудных тел, осушенных ранее при прохождении горных  выработок. Отработка после проведения операции просушки имеет ряд положительных свойств для заявленного изобретения.

1.1. Значительное увеличение эффективности отработки руд металлов и улучшение экологической обстановки на окружающей месторождение территории. Достигается это благодаря отказу от водослива из горных выработок и сброса загрязненных вод из шахт в поверхностные водоемы. При этом снижается выброс в атмосферу загрязненного воздуха за счет ненужности операции проветривания горных выработок. К положительным моментам отнесем и сохранение естественных запасов подземных вод, которые при других способах шли на шахтный водоотлив.

1.2. Происходит значительное снижение затрат и повышение эффективности процесса, связанное с исключением затрат, необходимых для поддержания в работоспособном состоянии как самих горных выработок, так и систем жизнеобеспечения персонала в шахтах. Большая эффективность отработки достигается также благодаря улучшению условий труда рабочих за счет вывода большей части работ из подземных условий на поверхность.

1.3. В связи с появлением данного метода появляется возможность вовлечения в разработку месторождений, признанных нерентабельными по экономическим причинам, если они были вскрыты подземными горными выработками. Причина их нерентабельности состояла в том, что они использовали для отработки дорогостоящие методы с использованием очистных подземных выработок. Замена таких шахт на комбинированную систему ПВ позволит изменить их статус на пригодный для рентабельной отработки.

2. Второе отличительное свойство данного метода, которое заключается в том, что закачка ВР происходит через горные выработки, а выкачка – через технологические скважины, позволит получить следующие дополнительные преимущества:

2.1. Применение метода закачки через шахты и откачки через скважины дает возможность снизить кольматационные явления, а значит, увеличить производительность процесса отработки при использовании меньшего количества скважин. Снижение кольматационных процессов при закачке выщелачивающих растворов возможно благодаря увеличенной площади фильтрации, приходящейся на единицу площади выработки, а также за счет использования для откачки геотехнологических скважин. Это происходит потому, что для откачанных скважин кольматация механическими взвесями, значительная при ПВ, становится практически незаметной относительно откачанных скважин.

2.2. Использование для откачки рабочего раствора скважин, в отличие от прототипа, позволяет точно определять интенсивность и меру выщелоченности площадей, приходящихся на одну откачанную скважину. Тем самым достигается возможность регуляции процесса и повышения его эффективности. К примеру, перекрывать непродуктивные скважины, что автоматически увеличивает производительность продуктивных. На прототипе такой процесс выполнить не удастся, так как сбор растворов происходит в общую шахту через ее стенки.

3. Третье отличие состоит в том, что закачка ВР происходит в один конец горной выработки, а откачка – из другого конца. Это дает возможность равномерно заполнить выщелачивающими растворами шахты без использования технологических скважин. Такой прием позволяет не только очень быстро и равномерно наполнить растворами закачную систему выработок. Но и получить в сжатые сроки дополнительные продуктивные растворы, которые образуются во время движения выщелачивающих растворов вдоль шахт и забора полезного компонента из руд, прилегающих к стенкам выработки.

4. Четвертое отличие состоит в том, что при прохождении месторождения поэтажными горными выработками, которые характерны для месторождений с рудными телами, имеющими крутые наклоны, в них подают выщелачивающие растворы в выработку одного этажа, а откачку готового раствора производят из выработок соседних этажей. При этом возникает положительный эффект из-за выщелачивания межэтажных целиков без затрат на бурение геотехнологических скважин. Большая производительность отработки этих целиков возможна по причине больших площадей фильтрации растворов, которая приходится на стенки выработок, а также  практически полному отсутствию кольматационных явлений.

Изобретение хорошо иллюстрируется чертежом. На нем в плане видны основные элементы комбинированной системы отработки месторождений с пологими рудными телами, которые проходятся горизонтальными горными выработками. На чертеже показаны: 1 – общая площадь, занимаемая рудными телами; 2 – главный шахтный ствол; 3 – горизонтальная горная выработка (штрек, который пройден по простиранию горных  руд); 4 – геотехнологическая скважина, пробуренная с поверхности земли для подачи выщелачивающего раствора; 5 – линия протекания выщелачивающего раствора, исходящего из шахты; 6 – скважина, пройденная с поверхности земли до горизонта залегания горных руд; 7 – геотехнологическая скважина для откачки готовых растворов из горный выработок.

Применения улучшенного способа поясняется примером, основанным на естественных природных условиях месторождения «Оловское», расположенном в Восточном Забайкалье. Это урановое месторождение, в котором рудные тела залегают под пологим углом 5-15° в хорошо сцементированных гравелитах и песчаниках, имеющих объемный вес 2.4 т/м. куб. Месторождение вскрыто двумя шахтными стволами глубиной 100 и 120 метров. Из них проложены горизонтальные горные выработки вдоль рудных тел общей  протяженностью 2300 метров.

Во время производства работ по проходку горных выработок в результате осушения прилегающего подземного пространства скорость притока подземных вод достигала 320 м3/час, впоследствии она стабильно установилась на уровне 250 м3/час. По этой причине разработка данного месторождения горным способом признана нерентабельной. На данный момент месторождение законсервировано и остается затопленным более 45 лет после прекращения шахтного водоотлива.

Как следствие предварительного затопления, ранее осушенные горные породы подверглись водонасыщению, уровень подземных вод достиг своего прежнего состояния. В этом случае да начала отработки усовершенствованным методом рудное тело снабжают системой скважин согласно схеме.

После этого следующим этапом является откачка воды из горных выработок через седьмую скважину, насыщение этой воды выщелачивающим раствором, и подачей полученного раствора в скважину 4. Выщелачивающий раствор по мере прохождения по горной выработке к седьмой скважине, выщелачивает руды, прилегающие к стенам выработки, и таким образом становится продуктивным, после чего он выкачивается через 7 скважину на перерабатывающую установку, где подвергается дальнейшей обработке – извлечению полезной массы. После этого раствор опять насыщают выщелачивающим реагентом, и он  снова подается в четвертую скважину, образуя замкнутый цикл. Отработка, характеризующаяся практически полным отсутствием затрат, продолжается до тех пор, пока не будут выщелоченными все полезные элементы, прилегающие к стенкам выработки.

После этого начинается основная отработка рудного тела, для этого в откачку включают геотехнологическую скважину 6, располагающуюся на удалении от горных выработок. К этому времени откачка выщелоченного раствора из 7 скважины уже закончена. Раствор, двигаясь по горной выработке вдоль линий токов 5, опять насыщается выщелоченными из стен шахты горной породы полезными элементами и становится продуктивным. После откачки через скважины он опять направляется в перерабатывающее устройство. После него он опять насыщается выщелачивающим реагентом и подается в 4 скважину. Процесс продолжается, пока вся руда в месторождении не окажется выщелоченной.

При данном способе отработки руды становятся реализованными все его преимущества:

Становится ненужным сброс загрязненных шахтных вод со скоростью водотока 250 м3/час, так как вся система работает в сбалансированном режиме, то есть объем откачки воды из недр равен объему ее обратной закачки. Увеличена эффективность отработки за счет полного прекращения процесса кольматации закачных скважин по причине повышения производительности самых продуктивных скважин и выпадение из процесса непродуктивных.

Способ имеет и другие положительные моменты: например, по причине использования централизованной подачи выщелачивающих растворов намного облегчается приготовление раствора с применением газообразных интенсифицирующих добавок – технического кислорода, воздуха и других газов.

По материалам promvest.info