Гидрогеологические исследования при обосновании добычи полезных ископаемых геотехнологическими методами

Российский государственный геологоразведочный университет имени Серго Орджоникидзе РЕФЕРАТ по курсу: «Гидрогеологические исследования»

Тема Гидрогеологические исследования при обосновании добычи полезных ископаемых геотехнологическими методами

2009 г.

Содержание гидрогеологическое исследование месторождение полезное ископаемое

• Введение
• 1. Гидрогеологические исследования
• 1.1 Гидрогеологические исследования при поисках, разведке и разработке месторождений твердых полезных ископаемых
• 1.2 Общие задачи гидрогеологических исследований
• 2. Геотехнологические методы
• 2.1 Подземное выщелачивание металлов
• 2.2 Подземная выплавка серы
• 2.3 Скважинная гидродобыча рыхлых руд
• Список использованной литературы

Современная горная наука решает теоретические и технические проблемы горного дела и во многом определяет сферу интересов политиков, экономистов, социологов и философов. Её общественное значение для реализации программы развития промышленности огромно. Более того, сегодня, когда остро стоит вопрос о ресурсах сырья, вопросы снижения себестоимости. Роста производительности труда и охраны окружающей среды вышли за рамки только горных проблем и приобрели значение крупной государственной задачи.

Для выработки стратегических принципов развития горной науки — определения генерального направления исследования, а следовательно, перераспределения сил и средств — важно определить уровень НТР в горнодобывающих отраслях промышленности. Для стабильного обеспечения минеральным сырьем необходимо вести поиск в решении нескольких главных проблем горного дела.

Первая проблема — обеспечение сырьем. Мы имеем запасы практически всех полезных ископаемых (ПИ), но, как известно, месторождения ПИ залегают в самых различных условиях и географических точках нашей страны, поэтому решать проблемы ресурсообеспеченности горного производства необходимо комплексно, с учетом полного освоения недр на базе анализа экономики, которая, с одной стороны, связана с характеристикой сырья, условиями его залегания и географической точкой размещения, а с другой — с применяемой технологией производства.

Вторая проблема — технология производства работ. Традиционная технология не обеспечивает резкий рост производительности труда, требуется создание поточного процесса добычи, изменение принципа выемки ПИ из недр и соединение этого процесса с первичной его обработкой.

Третья проблема — обеспечение комфортности производства — играет весомую роль в повышении производительности труда и имеет социальное значение. Именно геотехнологические методы (ГМ) способны создать максимум комфортности обеспечив решение социальной проблемы горного дела. При правильной организации данных работ обеспечивается высокий уровень безопасности труда

Четвертая проблема — проблема экономики. За главный показатель при экономическом анализе технологии производства должна приниматься экономия труда, а поточность и малооперационность процесса добычи и частичной переработки сырья в недрах при ГМ добычи позволяют получить её.

Повышение производительности труда в горной промышленности возможно только на базе создания принципиально новых технологий добычи полезных ископаемых, основанных на комплексной механизации и автоматизации всех трудоемких работ, обеспечивающих кардинальное решение проблемы безопасности горных работ. Это может быть достигнуто на базе научных исслдеований по преобразованию многооперационных процессов в малооперационные с автономным автоматическим управлением и с выводом людей на поверхность. В связи с этим применение гидротехнологий перспективно.

1. Гидрогеологические исследования

Комплекс задач решаемых методами современной гидрогеологии чрезвычайно разнообразен и широк, к ним относится и гидрогеологическое обоснование новых прогрессивных методов добычи полезных ископаемых (химических, гидравлических и т. д.). На проведение гидрогеологических исследований при решении различных задач расходуются значительные средства. Поэтому вопросы экономии материальных средств, рационального их расходования и повышения эффективности выполняемых исследований имеют большое значение. Определение экономической эффективности необходимо на всех этапах, начиная от их планирования и кончая оценкой выполненных работ. Общее требование к эффективности гидрогеологических исследований вытекает из основных принципов их проведения и заключается в обеспечении эффективного решения поставленных геолого-гидрогеологических задач при минимальных затратах труда, времени и средств.

К числу общих принципов, отражающих основы проведения геологоразведочных работ, относятся следующие:

1) полноты исследований

2) последовательных приближений

3) равномерности изучения месторождений

4) наименьших трудовых и материальных затрат

5) наименьших затрат времени

6) рационального и комплексного использования природных ресурсов.

1.1 Гидрогеологические исследования при поисках, разведке и разработке месторождений твердых полезных ископаемых

ГГИ при поисках, разведке и разработке МПИ выполняются в рамках стадийности, установленной для поисково-разведочных работ на данное ПИ. Стадийность ГГИ в каждом случае обосновывается в зависимости от сложности природных условий изучаемой территории, степени их изученности, крупности, важности и сложности проектируемого объекта или мероприятий и других факторов. Принцип рационального и комплексного использования природных ресурсов включает как обязательное требование о необходимости учета и оценки влияния условий эксплуатации одних ПИ на другие и обеспечения условий рационального освоения всех природных ресурсов. Это требование следует прежде всего учитывать при планировании проведения поисково-разведочных работ и при геолого-промышленной оценке любых МПИ.

ГГИ при происках, разведке и разработке МПИ могут проводиться по крайней мере в трех различных аспектах. Различающихся целевой направленностью и характером выполняемых исследований.

1. ГГИ выполняются с целью изучения природных ГГУ месторождения и их всесторонней оценки как одного из основных факторов, определяющих условия разведки, целесообразность и экономическую эффективность последующего освоения и эксплуатации месторождения. Подземные воды рассматриваются как вредный фактор — нерентабельность, осложнение добычи — затраты на осушение, борьба с водопритоками и др.

2. ГГИ выполняются как специальные дополнительные (основные) методы поисков и разведки месторождений ПИ, имеющие целью оценку перспектив той или иной территории на различные ПИ, повышение разрешающей способности и экономической эффективности основного комплекса геологоразведочных работ и выполнение основной их цели — найти и разведать промышленное месторождение ПИ — установление различных аномалий, поисковых признаков и др. Вода рассматривается как важный геологический агент, участник многих гидрогеохимических процессов, определяющих миграцию химических элементов.

3. ГГИ в районах МТПИ могут проводиться в целях изучения и оценки ПВ, как возможных источников для водоснабжения объектов горнорудных и перерабатывающих предприятий. Вода рассматривается как полезное ископаемое.

1.2 Общие задачи гидрогеологических исследований

При планировании и проведении ГГИ в максимально возможной степени ориентироваться на получение необходимой ГГ информации за счет использования предусматриваемых проектами основных геологоразведочных работ (организация ГГ наблюдений и опробования поисковых и разведочных буровых скважин, тщательное обследование и наблюдения в горно-разведочных выработках, использование результатов геофизических работ, опытно-фильтрационные наблюдения в процессе попутных возмущений ПВ и т. д.). При невозможности получения достаточной информации следует проводить специальные гидрогеологические работы и исследования. Таким образом, общими задачами выполняемых в составе комплекса геологоразведочных работ ГГ исследований является: изучение ГГУ района месторождения; всесторонняя оценка этих условий и выполнение необходимых ГГ прогнозов и обоснований, обеспечивающих эффективное выполнение поисково-разведочных работ, объективную геолого-промышленную оценку месторождения и обоснование наиболее благоприятных условий его промышленного освоения.

Существуют следующие основные стадии поисково-разведочных работ на твердые ПИ:

1) региональное геологическое изучение территории

2) поиски (с подстадиями: общие поиски, детальные поиски, поисково-оценочные работы)

3) предварительная разведка

4) детальная разведка

5) эксплуатационная разведка

Соответственно на каждой стадии выполняются определенные ГГИ.

2. Геотехнологические методы

Сущность геотехнологических методов заключается в переводе полезного ископаемого в подвижное состояние. Эти методы имеют следующие особенности:

1. Разработка месторождений ведется через скважины

2. Месторождение — объект добычи полезного ископаемого и место его частичной переработки, так как технология добычи предусматривает избирательное извлечение.

3. Инструментом добычи служат рабочие агенты (энергия или его носители, вводимые в рабочую зону; например, химические растворы, электрический ток, вода-теплоноситель).

4. Под воздействием рабочих агентов ПИ изменяет агрегатное состояние, образуя продуктивные флюиды (раствор, расплав, газ, гидросмесь), которые обладают легкой подвижностью и начинают перемещаться.

5. Разработка месторождения зональна и перемещается во времени у добычных скважин, а сам метод определяет размеры и форму рабочей зоны в эксплуатируемой части месторождения

6. Управление процессом осуществляется с поверхности путем изменения параметров рабочих агентов (расход, температура, давление, концентрация и т. д.) и места его ввода в залежь и отбора продуктивных флюидов.

Геотехнологические методы можно классифицировать по процессам добычи, в основе которых лежат вид и способ перевода полезного ископаемого в подвижное состояние (таблица 1).

Таблица 1. Классификация геотехнологических методов по процессам добычи

Для геотехнологии характерна универсальность подхода к изучаемым явлениям. На основе изучения процессов и средств бесшахтной добычи ПИ и воздействия на их параметры химическими и физическими методами в геотехнологии используются методы физики, химии, геологии и горного дела, что позволяет количественно оценить происходящие процессы и дать возможность их изучить и использовать.

В настоящее время наибольшее применение нашли следующие геотехнологические методы

1. Подземное выщелачивание.

2. Подземное растворение.

3. Подземная выплавка.

4. Подземная газификация.

5. Скважинная гидродобыча.

Также ведутся направления в изучении МГ — добыча тепла Земли, гидрогенизация угля и битумов на месте их залегания, скважинная добыча углей воздействием на них углеводородов. Использование земных недр в качестве реакторов для осуществления технологических процессов, протекающих при высоких температурах и давлениях.

2.1 Подземное выщелачивание металлов

Подземное выщелачивание — метод добычи редких, рассеянных и других элементов путем избирательного растворения их химическими реагентами на месте залегания и последующего извлечения образованных в зоне реакций химических соединений без формирования значительных пустот и без массового сдвижения вмещающих пород.

Каждая скважина оборудуется колонной труб из материала, устойчивого по отношению к применяемому растворителю, с фильтром в рудном интервале. В одни скважины подается растворитель, из других откачиваются на поверхность вначале пластовые воды? а после их полного замещения — продуктивные растворы, сформировавшиеся в процессе фильтрации растворителя по рудовмещающему пласту от закачных скважин к откачным. На поверхности земли продуктивные растворы подвергаются технологическому переделу (извлечению полезного компонента, доукреплению растворителем, другим видам необходимой обработки) и вновь направляются через закачные скважины в пласт для использования в новом цикле выщелачивания.

2.2 Подземная выплавка серы

Для добычи серы на месте залегания методом ПВС использовано ее свойство плавиться при температуре 112,8 — 119 °C. Процесс добычи включает в себя разнородные тепловые и гидродинамические явления, основанные на теплообмене между теплоносителем (горячая вода), подаваемым через скважины, и рудным массивом.

В ходе разработки осуществляется нагнетание воды, ее фильтрация по пласту, разгрузка месторождения за счет работы водоотливных скважин, плавление серы и ее откачка. Все эти процессы связаны между собой. Для обеспечения максимальной добычи серы необходимо регулировать режим работы добычных скважин: изменять число работающих скважин, их расстановку на месторождении и порядок включения в работу, объем подаваемого в скважину теплоносителя, а также режимы откачки серы и водоотлива.

Для организации ПВС требуется добычные скважины, теплоноситель и сжатый воздух для откачку серы. Нагретая вода нагнетается в скважины через КРС, на которых может регулироваться давление и температуру, подается воздух и сера как более тяжелая по отдельной трубе поднимается на высоту, равную гидростатическому напору и под действием воздуха выходит на поверхность, оставшаяся воды расходится по пласту, водоотливные скважины регулируют пластовое давление и технологический процесс добычи серы.

2.3 Скважинная гидродобыча рыхлых руд

СГД является одной из физико-химических технологий, в которой гидравлическая энергия, подводимая через скважины, используется для разрушения ГП в призабойной зоне, приготовления пульпы и для выдачи (в ряде случаев с воздухом) разрушенного материала на поверхность.

Общая технологическая схема СГД. Эксплуатационные скважины бурятся до подошвы продуктивного пласта. В скважине монтируется гидродобычный снаряд, который присоединяется к трубопроводам воды и воздуха (для эрлифта). Вода, взятая из поверхностного водоема. Насосом подается в скважинный гидродобычный снаряд для размыва продуктивного пласта. Образующаяся гидросмесь поднимается на поверхность, где она самотеком или с помощью землесосной установки подается на обогащение. Вода после осветления возвращается в водоем. Управление осуществляется сверху путем изменения расхода и давления рабочих агентов.

1. Климентов П. П., Кононов В. М. Методика гидрогеологических исследований, Высшая школа, 1978 г.

2. Грабовников В. А. Геотехнологические исследования при разведке металлов, Москва. Недра, 1983 г.

3. В. Ж. Аренс и др. Скважинная гидродобыча полезных ископаемых. Горная книга, 2007 г.

4. В. Ж. Аренс. Скважинная добыча полезных ископаемых. Москва, Недра, 1986 г.