Скважинная гидродобыча

СКВАЖИННАЯ ГИДРОДОБЫЧА (а. hydraulic well mining, hydraulic borehole mining; н. hydraulische Воhrlochgewinnung; ф. exploitation hydraulique par forage; и. extraccion hidraulica de pozos) — способ подземной гидравлической разработки месторождений твёрдых полезных ископаемых, при котором полезное ископаемое переводится на месте залегания в гидросмесь. Основные технологические процессы при скважинной гидродобыче (рис. 1): вскрытие месторождения с помощью скважин; гидравлическое разрушение (размыв) напорной струёй воды (в осушенном или затопленном очистном пространстве), дезинтеграция и перевод в забое разрушенной массы в гидросмесь; транспортирование (самотёчное или напорное) гидросмеси от забоя до пульпоприемной скважины (выработки); подъём гидросмеси на поверхность; обогащение; складирование хвостов обогащения; осветление оборотной воды и водоснабжение; управление горным давлением (см. Скважинный гидродобычный агрегат).

Способ предложен в CCCP инженером В. Г. Вишняковым в 1935. Способ скважинной гидродобычи использовался при разработке месторождений фосфоритов и песков для стекольной промышленности в 60-х гг. в ПНР и россыпного золота в 70-х гг. в Канаде. Разработка промышленных образцов технических средств и технологических схем относится к 70-м гг. С 1970 в США серийно выпускают установки скважинной гидродобычи, используемые для добычи мягких бокситовых руд, нефтеносных песчаников, урана. Промышленная разработка месторождений ураноносных песчаников способом скважинной гидродобычи начата в США с конца 1979. В CCCP скважинную гидродобычу осуществляют при добыче фосфоритов, а также обводнённых крупнозернистых песков, залегающих под слоем многолетней мерзлоты в районе нефтяных месторождений Тюменской области для создания промышленных площадок буровых установок.

Для скважинной гидродобычи перспективны все легко диспергируемые, пористые, рыхлые и слабосвязные залежи полезных ископаемых К ним относятся месторождения торфа; фосфорит- и марганецсодержащие отложения; россыпные месторождения золота, олова, янтаря, алмазов, титана; осадочные месторождения редких и радиоактивных руд; мягкие бокситовые руды, битуминозные песчаники, угли, сланцы и т.п.

Скважинная гидродобыча может применяться: как самостоятельный способ разработки месторождений; в комбинации с последующим выщелачиванием подземным в песчано-глинистых и глинистых непроницаемых отложениях; для повышения эффективности подземного выщелачивания в теле полезных ископаемых с недостаточной естественной проницаемостью; для разведки (опробования) осадочных и россыпных месторождений в сложных горно-геологических условиях, позволяющих повысить достоверность геологоразведочных данных и поднимать большие технологические пробы (до 100 и более т).

По состоянию очистного пространства в процессе разработки выделяют 3 технологические схемы скважинной гидродобычи: с отбойкой массы в осушенном очистном пространстве свободными струями, в затопленном очистном пространстве свободными затопленными струями, а также с использованием плывунных свойств полезных ископаемых и разрушением несвободными затопленными струями.

Схема скважинной гидродобычи с отбойкой полезных ископаемых в осушенном забое, применяемая при небольших притоках воды, позволяет разрабатывать полезные ископаемые значительной крепости, осуществлять эффективную доставку отбитой горной массы, легко управлять очистными работами и горным давлением.

Схема скважинной гидродобычи с отбойкой горной массы в затопленном забое позволяет вести отработку несвязных залежей полезных ископаемых на больших глубинах в условиях больших водопритоков (под водоёмами и на шельфе Мирового океана).

Схема скважинной гидродобычи с использованием плывунных свойств полезных ископаемых, а также с превращением полезных ископаемых в псевдоплывунное (подвижное) состояние за счёт управляемого разрушения естественной структуры массива в связных полезных ископаемых применяется при достаточной мощности залежи полезных ископаемых пласта (более 3 м). Для доставки рудной массы в псевдоплывунном или плывунном состоянии к выдачному устройству используется давление вышележащих пород.

Отработку очистных камер осуществляют встречным, попутным или боковым забоями (рис. 2).

При встречном забое направление самотёчного движения потока пульпы противоположно движению гидромониторной струи. Отработка встречным забоем эффективна при разработке мощных залежей полезных ископаемых (более 3 м) любого залегания, а также маломощных наклонных (более 6-8°) и крутопадающих залежей, когда уклон почвы забоя обеспечивает эффективный самотёчный транспорт отбитой горной массы. При попутном забое направление движения потока пульпы совпадает с направлением струи и её энергия используется не только для отбойки, но и для принудительной доставки отбитой массы полезного ископаемого к выдачному устройству, что позволяет вести отработку маломощных (менее 1 м) пологозалегающих (уклон менее 6°) или горизонтальных залежей полезных ископаемых с минимумом потерь и разубоживания. При боковом забое по контуру очистной камеры или центре ее до начала очистной выемки ниже почвы рудной залежи проходятся транспортные щели с уклоном более 6° в сторону зумпфа выдачного устройства. Отбитая рудная масса смывается струёй гидромонитора в указанную щель, где обеспечены условия для эффективного самотёчного гидротранспорта.

В связи с отсутствием в очистном пространстве людей и сложной техники размыв очистных камер скважинной гидродобычи ведётся непрерывно вплоть до обрушения кровли, что с учётом кратковременности обработки позволяет отрабатывать месторождения с неустойчивыми вмещающими породами, разработка которых традиционным подземным способом не эффективна.

По аналогии с традиционным подземным способом при скважинной гидродобыче может быть применён ряд систем разработки (с открытым очистным пространством, с креплением, с закладкой, с обрушением руды и вмещающих пород и комбинированных), видоизменённых в связи с особенностями вскрытия и очистной выемки при новом способе добычи (рис. 3).

В 80-х гг. 20 века способ скважинной гидродобычи используется в CCCP и США в основном при разработке месторождений фосфоритов, когда традиционно открытые и подземные работы не эффективны по горно-геологическим или экономическим факторам.