Совершенствование горно-буровой системы разведки рудных месторождений на основе новой технологии алмазного бурения скважин различной ориентации

• Автор: Власюк, Виктор Иванович
• Шифр специальности: 05.15.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 43 с. : ил.; 20х15 см

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Развитие минерально-сырьевой базы благородных, цветных и редких металлов, которые в соответствии с решением Правительства РФ № 50-Р от 16.01.1996 г. отнесены к стратегическому сырью, всегда являлось актуальной проблемой, обеспечивающей экономическую безопасность государства.
Тематика исследований соответствует «Приоритетным направлениям развития науки и техники» и «Перечню критических технологий федерального уровня», утвержденными председателем Правительственной комиссии по научно-технической политике В.С.Черномырдиным 21.07.1996 г. за № 2727п-П8 по разделу «Технологии ускоренной оценки и комплексного освоения стратегически важного горно-рудного (алмазы, золото, платина) и техногенного сырья».
Эффективность технологии разведки рудных месторождений названных металлов, которые в большинстве своем характеризуются сложным геологическим строением, достигается при рациональном сочетании горных выработок и буровых скважин различной ориентации. Горно-буровая система разведки месторождений предполагает многие варианты сочетания горных выработок и буровых скважин как взаимодополняющего комплекса разведочных единиц в зависимости от возможностей каждой из них в конкретных геологических, горно-технических и географо-экономических условиях.
Геолого-технические условия бурения разведочных скважин в горно-буровой системе разведки названных металлов и задачи, решаемые ими, весьма разнообразны. Основным способом бурения таких скважин является вращательное алмазными коронками. Начальный этап развития алмазного бурения в СССР был связан с острой необходимостью ускорения разведки месторождений руд различных металлов и увеличения объема бурения неглубоких скважин в твердых породах из подземных горных выработок.
Следующим этапом совершенствования методов изучения геологически сложных рудных месторождений стала разработка и освоение техники и технологии алмазного бурения скважин различной ориентации глубиной до 1000 м и более с поверхности и из подземных горных выработок.
В совершенствовании и развитии горно-буровой системы разведки таких месторождений автор ] принимал активное творческое участие.
Новые технологии поисков и изучения руд благородных, цветных и редких металлов в условиях рыночной экономики приобретают существенно большее значение.
Разработанные автором диссертации методические и технологические решения, позволяющие значительно увеличить эффективность горно-буровой системы разведки : ных месторождений за счет повышенной геологической информативности скважин личной ориентации при новой технологии их бурения, представляют собой научное . дение, которое способствует решению крупной народно-хозяйственной пробле-«нтенсификации процесса разведки геологически сложных месторождений благо-: ЫХ, цветных И реДКИХ МеТЯЛЛОВ.

Цель работы - разработать научные основы повышения эффективности горно-буровой системы разведки месторождений благородных, цветных и редких металлов на основе выявленной геологической информативности скважин различной пространственной ориентации при новой технологии их бурения.
Задачи исследования. В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:
исследование достоверности геологической информации скважин различной ориентации и разработка рациональных методов получения высококачественного керна руд и вмещающих пород;
теоретические и экспериментальные исследования и разработка оптимальных технологических режимов алмазного бурения скважин при изменении ориентации их осей от нисходящего положения до восходящего;
исследование и оптимизация основных технологических факторов с целью повышения геологической информативности и экономической эффективности алмазного бурения скважин различной ориентации;
совершенствование горно-буровой системы разведки месторождений цветных, благородных и редких металлов на основе использования выявленных закономерностей.
Исходный фактический материал и вклад автора Научный доклад обобщает научные положения, выводы и рекомендации, которые содержатся в опубликованных с 1966 по 1998 г. работах автора. Исходный фактический материал собирался и обобщался автором как специалистом и руководителем геолого-разведочных предприятий в процессе разведки крупнейших месторождений благородных, цветных и редких металлов, так и в качестве сотрудника и руководителя научно-исследовательских организаций (САИГИМС, Тульский филиал ЦНИГРИ, ТулНИГП).
Методы исследований. Для решения поставленной проблемы использовался комплексный метод исследований, включающий:
научный анализ и обобщение результатов своих работ, результатов работ других авторов, опубликованных в отечественной и зарубежной литературе по методике и технологии разведки геологически сложных рудных месторождений с использованием подземных горных выработок и буровых скважин и обоснование на этой основе задач исследований по повышению эффективности горно-буровой системы разведки геологически сложных месторождений металлов;
аналитические и экспериментальные исследования качества керна, полученного с различных рудных месторождений, с целью выявления закономерностей влияния на него ориентации оси скважины, типоразмера бурового снаряда и технологии бурения;
экспериментальные исследования на стендах с использованием естественных изотропных блоков твердых пород с целью оптимизации процесса алмазного бурения скважин различной ориентации;
математико-статистический анализ экспериментальных и производственных данных для определения степени их достоверности и вывод эмпирических формул и поправочных коэффициентов;

достаточно высоком уровне достоверности определить вероятное качество скважины (керна) по результатам предшествующих работ с учетом выявленных закономерностей.
Изложенное подтверждено практикой геолого-разведочных работ на месторождениях. приводимых далее в качестве примера [2, 5, 35, 39, 42, 43, 48, 51].
Для эффективного производства геолого-разведочных работ скважины и горные выработки желательно располагать так, чтобы с их помощью решать как поисковые, так и разведочные, а иногда и эксплуатационные задачи. Поэтому горизонты горно-разведочных выработок следует располагать по отношению к предполагаемой рудной залежи с максимальным разрежением, а необходимую геологическую информацию получать с помощью восходящих и нисходящих скважин минимального технически возможного диаметра.
На роль восходящих скважин в совершенствовании технологии разведочных работ впервые в отечественной практике в 60-х годах указал А.Й.Гольдфельд на примерах детальной и эксплуатационной разведки полиметаллических месторождений Прииртышья [2, 5].
Весьма эффективной оказалась новая технология горно-буровой разведки сурьмяно-ртутного месторождения Джижикрут, основанная на бурении крутовосходящих скважин уменьшенного против рекомендуемого инструкциями диаметра (59 мм) [2, 3, 5, 12]. Рудные тела месторождения представлены пологонаклонными пластообразными залежами интенсивно окварцованных пород (роговиков и джаспероидов), расположенными в зоне контакта подстилающих известняков и перекрывающих их сланцев. Распределение основных рудных минералов (киновари и антимонита) отличается крайней неравномерностью, рудные тела не имеют четких геологических границ и выделяются по данным опробования с учетом требования кондиций. Промышленное оруденение распределяется в основном в роговиково-джаспероидных толщах, ко иногда встречается в сланцах висячего бока и в подстилающих известняках. Предварительная разведка участка Центральный этого месторождения была выполнена с помощью нисходящих, скважин глубиной до 400 м с поверхности на высотах с абсолютными отметками около 3000 м. Резкорасчлененный рельеф, тяжелые климатические условия и большие объемы вспомогательных работ сильно затрудняли организацию работ. Выход керна колебался от 40 до 50 % по сланцам и известнякам и до 77% - по рудовмещающим джасперо-идам, что было недостаточно. Поэтому методика детальной разведки участка была изменена. Для этого было изучено качество керна нисходящих и восходящих скважин и разработана новая технология алмазного бурения очень твердых и малоабразивных рудовмещающих пород, позволяющая сохранять основной рудный минерал (антимонит) с низкой твердостью. Процесс разрушения и выноса керна был смоделирован на стенде в САИГИМС путем разрушения и уменьшения начальной массы пробы. При снижении начальной массы пробы до 80% содержание ртути снижается на 3%, а сурьмы - на 10%, что находилось в допустимых пределах. Поэтому был сделан вывод о необходимости получения керна не менее 80%.
Поскольку разработанная технология алмазного бурения восходящих скважин позволяла получить выход керна по рудовмещающим породам более 80% даже при уменьшении диаметра коронок до 46 мм (см. табл. 13) при хороших технико-экономических показателях, то для детальной разведки участка было принято и реализовано решение