Область техники

Изобретение относится к горному делу, а именно к геотехнологическим способам отработки месторождений.

При геотехнологических способах ведения горных работ важнейшим фактором успешной отработки месторождения является проницаемость продуктивного горизонта при подземном выщелачивании. Кроме того, при подземном выщелачивании важно наличие частичной или полной обводнённости руды и приуроченности рудной минерализации к порам и трещинам. Известно, что при подземном выщелачивании геофильтрационная среда характеризуется неоднородностью как в плане, так и в разрезе, особенно в её необводнённой части. Поэтому учёт, выявление и использование этих особенностей позволяет сократить затраты при сооружении закачной системы для отработки необъединённой части рудного тела.

Предшествующий уровень техники

Известны способы отработки месторождений, имеющих участки с неглубоким залеганием руд, с использованием инфильтрационных каналов, сооружаемых с поверхности (А.И. Калабин, "Добыча полезных ископаемых подземным выщелачиванием" М.: Атомиздат, 1969, с. 240-245).

Известен способ выщелачивания подземных месторождений в месте их образования (US США JY< 3278233, МПК Е21В43/28, 1966-10- 1 1 ), согласно которому месторождения заливают водой. Через увлажнённое месторождение пропускают воздух для удаления воды, после чего подают

ЗАМ ЕНЯ ЮЩИ Й Л ИСТ (П РАВИЛО 26) кислый газ для образования водного кислого растворителя. Затем подают в месторождение воду и ведут выщелачивание растворённых компонентов. Процесс циклически повторяют.

Недостатками указанного способа являются сложность и длительность процесса.

Известен способ добычи полезных ископаемых с помощью процесса растворения (US JY« 4586752, МПК С22ВЗ/06; С22В60/02; Е21В43/28, опубл. 1986-05-06), который особенно применим для разработки месторождений, хотя бы частично покрытых толщей подземных вод. При этом процесс ведут в три стадии: на первой - нагнетают выщелачивающий раствор и выдают на поверхность продукционный раствор; на второй - осуществляют только выдачу на поверхность продукционного раствора; на третьей- снова приступают к нагнетанию выщелачивающего и откачке продукционного раствора.

Недостатком способа является то, что осуществление на второй стадии процесса только выдачи на поверхность продукционного раствора приводит к его разубоживанию подтягиваемыми со стороны подземными водами, что осложняет технологический процесс их переработки.

Известен способ подготовки технологических растворов для подземного выщелачивания (RU JV2 21 1 1350, МПК6 21В43/28, публ. 20.05.1998), заключающийся в том, что при расположении с рудной залежью или отдельных рудных тел безводного рудного горизонта через закачные скважины осуществляют закачку воды в безводные горные породы, выдерживают её и отправляют растворы в низшую залежь, подлежащую выщелачиванию.

Известен способ подземного выщелачивания металлов из безводных руд (RU JY ^O 2126085, МПК6 Е21В43/28, опубл. 10.02.1999), при котором для отработки безводных пластово-инфильтрационных месторождений через закачные скважины предварительно заводняют безводные части рудного

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) горизонта и после достижения в откачных скважинах уровня воды, соответствующего обеспечению откачки, начинают подачу в закачные скважины выщелачивающих растворов и откачку воды из откачных скважин.

Недостатком этих способов является необходимость использования внешнего источника водоснабжения, возможность забора из него воды и организация мероприятий по предотвращению растекания раствора в безводные части рудовмещающего горизонта. Кроме того, в условиях таких месторождений проблематично соблюдение баланса закачки - откачки растворов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу сооружения закачной системы для отработки необводнённой части рудного тела при подземном выщелачивании, принятым за прототип, является способ искусственного пополнения подземных вод (СНиП 2.04.02-84 Пособие по проектированию сооружений для забора подземных вод, часть 2, п. П ), согласно которому предусматривают сооружения для забора воды из источника, предварительной её подготовки, и собственно инфильтрационные сооружения (закачные системы), через которые производят подачу (инфильтрацию) воды в водоносный пласт. В качестве инфильтрационных систем используют бассейны (прудки), площадки, канавы, борозды, являющиеся открытыми инфильтрационными сооружениями, которые применяют для пополнения запасов подземных вод первого от поверхности земли водоносного горизонта при отсутствии или малой мощности покровных (наносных) слабопроницаемых отложений, а в случае значительной мощности таких отложений используют закрытые инфильтрационные системы, в качестве которых используют трубчатые дрены, галереи, штольни, буровые скважины и шахтные колодцы. Использование открытых или закрытых инфильтрационных систем определяется техническими характеристиками используемого оборудования и геологическими условиями на месте проведения работ. Обязательным

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) условием эффективной эксплуатации таких сооружений является наличие в необводнённой части высокой геофильтрационной однородности горизонта, в который подают воду из источника пополнения, как в плане, так и в разрезе, и отсутствие отложений, препятствующих инфильтрационному движению воды в кровле водоносного горизонта.

Для месторождений полезных ископаемых, отрабатываемых способом подземного выщелачивания, особенно для их необводнённых частей, характерна геофильтрационная неоднородность среды как в плане, так и в разрезе, которую можно использовать для снижения затрат при сооружении закачных систем в процессах подземного выщелачивания.

Геофильтрационная неоднородность создаётся в процессе выветривания различных промежуточных и конечных продуктов разложения минералов и горных пород, которые могут растворяться и выноситься приповерхностными водами. Их миграция осуществляется в виде механических взвесей, коллоидных и истинных растворов, в результате чего формируются зоны с различной фильтрационной проницаемостью. Наибольшему выветриванию обычно подвержена верхняя часть месторождения, которая впоследствии может быть перекрыта последующими покровными (наносными) отложениями.

Таким образом, слои повышенной фильтрационной способности мощностью порядка первых метров в верхней части коры выветривания, образованные естественном путём в результате химического и физического выветривания пород, тонких фракций в ходе корообразования и эволюционного выветривания, могут служить природным коллектором для подачи выщелачивающих растворов в необводненную часть рудного тела, а для отработки месторождений, имеющих участки с неглубоким залеганием руд, при геотехнологических способах добычи полезных ископаемых с использованием инфильтрационных каналов, или траншей, или дрен, или закачных скважин.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) К недостаткам данного способа следует отнести низкий процент извлечения природного компонента, значительные затраты на сооружение закачной системы и плохая экологическая обстановка за счёт организации большого количества закачных выработок, и, как следствие, числа возможных разливов. Кроме того, рядом должен располагаться открытый долговременно действующий источник воды, отбор воды из которого не нанесёт урон окружающей среде.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа сооружения закачной системы для отработки необводненной части рудного тела при подземном выщелачивании.

Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении степени извлечения полезного компонента за счёт вовлечения в отработку необводненной части рудного тела, равномерного распределения выщелачивающего раствора, снижении затрат на сооружение закачной системы и улучшении экологической обстановки на месте производства работ за счет уменьшения количества закачных выработок и, как следствие, числа возможных разливов.

Отличительными признаками заявленного технического решения от ближайшего аналога являются:

- исследование фильтрационной неоднородности необводненной части рудного тела в разрезе и в плане в процессе гидрогеологических и геофизических изысканий на месторождении и выявление наиболее водопроводимого интервала руды;

- возможность подачи выщелачивающего раствора в выявленный наиболее водопроводимый интервал руды с использованием инфильтрационных канав или траншей, или дрен, или закачных скважин; при

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) этом выбор конкретной закачной системы зависит от величины наиболее водопроводимого интервала руды, его расположения и мощности покровных отложений, выявленных при геологических изысканиях.

При этом обводненную часть рудного тела вскрывают как обычно с использованием закачных и откачных выработок.

Для достижения технического результата, согласно способу сооружения закачной системы для отработки необводнённой части рудного тела при подземном выщелачивании, включающему сооружение закачных выработок, согласно изобретению, в необводнённой части рудного тела в процессе гидрогеологических и геофизических изысканий выделяют наиболее водопроводимый интервал, располагаемый, как правило, под покровными отложениями в верхней части необводненного рудного тела, и вскрывают его закачными выработками.

При это :

1 . в качестве закачных выработок применяют инфильтрационные канавы или траншеи, или дрены, или закачные скважины;

2. инфильтрационные канавы или траншеи, или дрены, или закачные скважины сооружают в зависимости от мощности выявленного наиболее водопроводимого интервала, его расположения и мощности покровных отложений.

Краткое описание чертежей

Реализация предлагаемого способа сооружения закачной системы для отработки необводнённой части рудного тела при подземном выщелачивании поясняется рисунками.

На фиг.1 изображена схема инфильтрационной канавы;

на фиг. 2- изображена схема инфильтрационной скважины;

на фиг. 3 изображена схема расположения шурфоскважин на опытных ячейках.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) В Таблице показаны результаты опытных наливов в шурфоскважины Ν°Ν_> 1 , 2, 3.

Схема инфильтрационной канавы (фиг. 1 ) включает: 1 - покровные отложения; 2 - глинистый слой; 3 - зона повышенной водопроводимости; 4 - необводненный горизонт; 5 - обводненный горизонт; 6 - закачной коллектор; 7 - труба; 8 - инфильтрационная канава; 9 - грунт обратной засыпки; 10 - глина обратной засыпки; 1 1 - полиэтиленовая пленка; 12 - фильтрующий материал; 13 - зона растекания.

Схема инфильтрационной скважины (фиг. 2) включает: 1 - покровные отложения; 2 - глинистый слой; 3 - зона повышенной водопроводимости; 4 - необводненный горизонт; 5 - обводненный горизонт; 12 - фильтрующий материал; 13 - зона растекания; 14 -скважина; 15 - обсадная труба с фильтром; 16 - затрубная цементировка.

Схема расположения скважин на опытных ячейках (фиг. 3) включает: 1 - покровные отложения; 2 - глинистый слой; 3 - зона повышенной водопроводимости; 4 - необводненный горизонт; 5 - обводненный горизонт; 12 - фильтрующий материал; 13 - зона растекания; 14 - скважина; 15 - обсадная труба с фильтром; 16 - затрубная цементировка.

Лучший вариант осуществления изобретения

Обязательным этапом отработки месторождения должно являться проведение гидрогеологических исследований известными способами, например, при проведении которых устанавливают степень обводнённости месторождения и возможность его отработки геотехнологическим способом.

При наличии необводненной части месторождения, вовлекаемой в отработку, гидрогеологическими и геофизическими методами выявляют зону повышенной водопроводимости в верхней её части и, в зависимости от глубины и мощности расположения, вскрывают её инфильтрационными

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) канавами, или траншеями, или дренами, или закачными скважинами, а в случае выхода зоны повышенной фильтруемости на поверхность, сооружают прудки.

Закачные выработки сооружают следующим образом (фиг. 1). При небольшой мощности покровных отложений сооружают инфильтрационные канавы 8, вскрывающие выявленную зону повышенной водопроводимости 3, засыпают их фильтрующим кислотоупорным материалом 12, фильтрационные свойства которого выше, чем у выявляенного наиболее водопроводимого интервала, накрывают полиэтиленовой пленкой 1 1, засыпают глиной 10 и грунтом обратной засыпки 9 и укатывают. Выщелачивающие растворы подают в слой фильтрующего материала через трубы 7, соединенные с закачным коллектором 6.

При большой мощности покровных отложений (фиг. 2) бурят скважины 14, обсаживают их трубами 15 с перфорацией в нижней части, располагаемой в зоне выявленной повышенной водопроводимости 3.

Оросительные прудки устраивают в естественных или искусственных выемках на поверхности рудного тела. Целесообразность их использования определяют рельефом местности и свойствами выщелачивающих реагентов.

Количество канав, скважин и прудков выбирают из условия перекрытия в плане инфильтрационных потоков и необходимой плотности орошения.

Предлагаемый способ был опробован в полевых условиях ^' при проведении гидрогеологических работ на частично необводнённом месторождении силикатных никелевых руд.

Необводненная зона располагалась в верхней части рудного тела и перекрыта наносными отложениями мощностью 5-7 метров.

В процессе гидрогеологических исследований были определены мощности необводнённой части рудного тела и его верхней, более проницаемой части, составившие, соответственно, 28-35 и 2-4 м.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Для определения производительности (приёмистости) закачных скважин и площади растекания выщелачивающих растворов были выбраны три ячейки с одинаковыми геологическими условиями и сооружены соответственно три шурфоскважины диаметром 500 мм каждая (фиг. 3).

Через шурфоскважину Ns l подавали раствор в верхнюю, наиболее проницаемую необводненную часть рудного тела, а через шурфоскважины J4b2 и N°3— в нижележащие необводнённые части, располагаемые на десяти и двадцати метровой глубже, соответственно.

В процессе опыта определяли приёмистость шурфоскважин, площадь растекания растворов, время достижения максимальной площади растекания растворов. Площадь растекания растворов определена по геофизическим наблюдениям. Полученные результаты приведены в таблице.

Как видно из данной таблицы, приёмистость и площадь растекания растворов по шурфоскважине N°l , сооруженной в верхней части необводненного рудного тела, существенно выше аналогичных показателей шурфоскважин 2 и Νι_3, что позволяет при одинаковом объёме закачиваемых в рудное тело растворов использовать значительно меньшее количество закачных шурфоскважин, а значит снизить затраты на их сооружение и минимизировать экологические риски, связанные с авариями закачной системы. Кроме того, равномерное распределение выщелачивающих растворов и возможность подачи их в необводнённые горизонты рудного тела позволяют увеличить степень извлечения полезных компонентов.

Таким образом, приведённый пример показывает преимущество предлагаемого способа сооружения закачной системы для отработки необводнённой части рудного тела при подземном выщелачивании перед известными.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Таблица

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)