Исследование и совершенствование технологических процессов крупнообъемного опробования и отработки месторождений твердых полезных ископаемых способом скважинной гидродобычи

• Автор: Горшенин, Николай Евгеньевич
• Шифр специальности: 25.00.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 158 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Современное состояние проблемы скважинной гидродобычи полезных ископаемых
1.1 Анализ опыта ранее проведенных работ по скважинной гидродобыче и современное состояние технологии скважинной гидродобычи
1.2, Объекты для скважинной гидродобычи при разведке и отработке месторождений полезных ископаемых
1.3. Выводы. Цели и задачи исследований
2. Анализ процессов скважинной гидродобычи
2.1. Системный анализ работы гидродобычного агрегата
2.2. Механика и технические средства разрушения горной породы
2.3. Подъем пульпы на поверхность
2.4. Массоперенос в очистной камере
2.5. Всасывание горной массы
2.6. Транспортные магистрали снаряда СГД
2.7. Форма и размеры очистного пространства
2.8. Фильтрация
Выводы
3. Исследование процессов массопереноса при скважинной гидродобыче в затопленных очистных пространствах
3.1. Методика исследований процессов массопереноса в затопленных очистных пространствах
3.2 Гидравлическое моделирование и исследование скоростного поля в придонной области очистного пространства
3.3 Гидравлическое моделирование процесса массопереноса при СГД на
основании результатов проведенных экспериментов
3.4. Разработка методики эффективного массопереноса в очистном пространстве
при СГД
Выводы
4. Аналитическое исследование гидродобычных агрегатов на основе математического моделирования процесса гидродобычи
4.1. Обобщенная методика математического моделирования
4.2. Цели, задачи и границы моделирования
4.3. Синтез математической модели процесса СГД
4.4. Выбор оптимального соотношения режимных параметров гидромониторной
струи
4.5. Выбор рационального соотношения диаметров колонн в скважине
4.6. Оценка влияния на технологический процесс СГД взаимодействия с водоносными горизонтами
4.7. Выбор макро-режимных параметров работы эжекторного снаряда СГД
4.8. Работа снарядов СГД в несбалансированных и переходных режимах
4.9. Анализ работы эрлифтного снаряда СГД
Выводы
5. Практические рекомендации по проектированию геотехнологических комплексов и перспективы развития технологии скважинной гидродобычи
Заключение

Введение
Актуальность. Характерной чертой современного горного производства является усложнение горно-геологических и горно-технических условий разработки месторождений, выражающееся в снижении содержания полезных компонентов в добываемых рудах, росте глубины отработки, увеличении удароопасности, обводненности месторождений; расширение объемов и усложнение процессов первичной переработки добываемого минерального сырья; росте материальных, трудовых и финансовых затрат на производство товарной продукции; недостаточные полнота извлечения, качество перерабатываемого сырья и комплексность использования минерально-сырьевых ресурсов; увеличение отрицательного влияния горных выработок на окружающую среду.
Задаче интенсификации горного производства и повышения эффективности разведки и последующей разработки месторождений полностью отвечают развивающиеся в последние годы геотехнологические способы добычи сырья, в том числе способ скважинной гидродобычи (СГД).
Скважинная гидродобыча - способ подземной гидравлической разработки месторождений твёрдых полезных ископаемых, при котором полезное ископаемое переводится на месте залегания в гидросмесь. Основные технологические процессы при СГД: вскрытие пласта; гидроразмыв, пульпоприготовлеяие, транспортировка от забоя до всасывающего устройства; подъём гидросмеси на поверхность; обогащение; складирование хвостов обогащения; осветление оборотной воды и водоснабжение; управление горным давлением. Непосредственно процесс приготовления пульпы в подземных полостях и выдача ее на поверхность через скважину осуществляются с помощью специального скважинного гидродобычного снаряда (СГС). СГС в совокупности с механизмами и агрегатами, обеспечивающими его работу с поверхности, образует гидродобычной агрегат (ГДА).
На сегодняшний день способ СГД является перспективным способом опробования месторождений с целью отбора крупнообъемных проб.
Способ СГД позволяет коренным образом преобразовать технологию опробования и добычи полезных ископаемых и исключить присутствие людей под землей, а также свести к минимуму вредные экологические последствия ведения горных работ. На территории Томской области данным способом возможно эффективно начать разработку рудных песков Туганского и Георгиевского месторождений, разрабатывать значительные запасы железной руды Бакчарского рудопроявления, производить добычу песков для строительных нужд в условиях северных районов Томской области.

Несмотря на то, что первые работы по СГД были произведены в первой половине XX века, до настоящего времени данная технология не получила достаточного внедрения и должного уровня теоретической проработки. Огромный вклад в теоретическое осмысление технологии СГД внесли ученые - исследователи В .Ж. Арене, Н.И. Бабичев, Н.Г. Малухин, A.C. Хрулев.
Глубокое теоретическое и практическое изучение технологии выполнено в работах А.Л. Вильмиса, A.B. Пинчука, Ю.Б. Фомина, И.В. Британа, И.И. Бройда, В.И. Колесникова; С.Н. Журина; И.А. Сергиенко и др. В общую теорию СГД были включены результаты фундаментальных исследований, специальных исследований в горной промышленности.
Часть технических решений, заложенных в метод СГД, была опробована и доказала свою эффективность при гидромеханизации шахт.
Актуальность данной работы заключается в том, что предложены решения по повышению качества организации процессов массопереноса в очистном пространстве и созданию методики комплексного проектирования технологии СГД с учетом воздействия всех воздействующих факторов.
Целью данной работы является повышение эффективности технологии опробования и последующей отработки месторождений методом СГД за счет формирования методологической базы проектирования, улучшения условий массопереноса и рациональной координации технологических процессов.
Предметом данного исследования являются процессы массопереноса в затопленных очистных пространствах, взаимодействия в гидравлической системе скважинного гидродобычного снаряда.
Для достижения поставленной цели необходимо решить задачи:
• выполнить анализ современного состояния технологии СГД, расчетных методов для каждого из технологических подпроцессов с определением их надежности и достоверности;
• аналитически исследовать взаимосвязь технологических процессов при СГД на основании ранее разработанных математических моделей;
• исследовать процессы придонного массопереноса и сопутствующие гидродинамические процессы с целью выявления путей повышения эффективности придонного гидротранспорта;

Рис. 6. Расходная (1) и энергетическая (2) характеристика эрлифта Многообразие форм течения газожидкостной смеси в подъемной трубе эрлифта определило различные трактовки физической сущности процесса подъема жидкости. Выполненный в ДПИ анализ работ по теории движения двухфазных (вода, воздух) смсссй, начиная с момента появления первой работы Г. Лоренца Г141], позволяет сделать вывод о существовании, по крайней мере, четырех точек зрения на физическую сущность движения аэрогидросмеси в подъемной трубе эрлифта:
• подъем жидкости происходит за счет энергии расширения газа. Эта энергия через трение и лобовое давление передается жидкости и тем самым осуществляется ее конвекционный перенос;
• первопричиной подъемного действия газа является относительная скорость жидкостной и газовой фаз гидросмеси;
• комплекс газовых пузырей работает как негерметичный поршень, теряющий по пути часть поднимаемой жидкости;
• вводимый в подъемник газ, смешиваясь с жидкостью, создает столб смеси, плотность которой меньше плотности жидкости. За счет снижения плотности смеси в подъемной трубе, при сохранении давления на входе в смеситель, возникает возможность подъема жидкости на большую высоту.
Различие точек зрения на физическую сущность процесса подъема жидкости в эрлифте может быть связано с тем, что либо каждая из указанных формулировок, отражает разные стороны одного и того же явления, либо некоторые из них неверны [33, 214]. Кроме того, возможна работа эрлифта в периодическом режиме, где имеет место