Способ подземной разработки рудных месторождений подземным выщелачиванием

)5 Е 21 В 43/28 НТН ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ПАТЕНТУ(56) Строительство и эксплуатация рудников подземного выщелачивания. М.; Недра, 1987, с. 25-29.Авторское свидетельство СССР М 1794182; кл. Е 21 В 43/28, 1989.(54) СПОСОБ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОДЗЕМНЫМ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕМ(57) Изобретение относится к.горной промышленности и может быть использовано при добыче полезных ископаемых подземным выщелачиванием, Способ включает буИзобретение относится к горному делу и может быть использовано для извлечения полезных компонентов из подземных формаций бесшахтным способом с использованием упругого миграционного геоэффекта и эффектов кавитации во флюидосодержащих породах,Цель изобретения - повышение эффективности разработки за счет увеличения проницаемости и трещиноватости руд и вмещающих пород и улучшения гидро- и аэродинамических связей пласта.На фиг. 1 приведена схема реализации способа, где 1 - горный массив; 2 - рудный пласт; 3- скважина; 4 - обсадная труба: 5- тампонажный раствор в виде редкоземельного веществаили из соединений, заполняющих заколонное пространство между рение вокруг рудного тела скважин, размещение в них невзрывных сейсмических источников с ориентированием их осей в направлении максимального главного на.пряжения и обработку пласта вибровоэдействиями в диапазоне 60 - 1500 Гц при нагнетании раствора ПАВ. Затем подают выщелачивающий раствор и одновременно воздействуют колебаниями на частоте, равной частоте собственных колебаний рудного тела. Новым является то, что перед закачкой выщелачивающего раствора на глубине расположения рудного тела осуществляют гидроразрыв, при этом в рабочую жидкость добавляют 50 - 70 азота или углекислоты при низких или высоких скоростях инжекции соответственно. 6 з.п. ф-лы, 5 ил. стенкой скважины и обсадной трубой; 6 - виброисточники; 7 - компрессор высокого давления ЭУили ЭУ; 8 - электронный пульт управления для синхронизации работы группы виброисточников; 9 - информационно-вычислительный комплекс; 10 - импульсный источник напряжения; 11, 12 - электроды; 13 -лазернакачки; 14 -световод для подачи луча лазера в жидкость скважины,На фиг. 2 приведено сечение обсадной трубы 4 с нанесенной на ее поверхность слоев 15, 16 редкоземельного вещества, обладающего гигантской магнитострикцией.На фиг, 3 приведены пороги кавитации для различных диапазонов частот в массиве горных пород; на фиг, 4 - экспериментальные результаты поведения радиуса кавита 1834972ционного пузырька Р во времени при постоянном давлении Ро на частоте 5 кГц, где кривая 1 получена при Ро = 10 Па, кривая 25- Ро510 Па, кривая 3 - при Ро = 10 Па,5 6Способ осуществляют следующим образом,С помощью датчиков давления горных пород, устанавливаемых в контрольную скважину, определяют поле напряжений и главные векторы 1 и 2 в рудном пласте, где требуется вызвать колебания и повысить проницаемость руд и вмещающих пород.В пласте 2 бурят скважину 3, армируют ее обсадной трубкой 4 и заполняют пространство между обсадной трубой 4 и стенкой скважины 3 . редкоземельным веществом или их соединениями, обладающими гигантской магнитострикцией, применив в качестве вяжущего тонкозернистый цемент в количестве 5-7 О, вставляют в редкоземельное вещество электроды 11, 12 от источника возбуждающего импульсного напряжения 10.и подают на редкоземельное вещество возбуждающее напряжение от 500 до 5000 В и возбуждают мощные упругие колебания в рудном пласте.По глубине скважины 3 с шагом 1/8 длины волны основной частоты, излучаемой в пласт, размещают невзрывные сейсмические источники 6 с частотами 60-1500 Гц, причем, от 3 до 160 всей запасенной в источник энергии подаваемой от компрессора 7 высокого даеления ЭУили ЭУ- от 60 до 300 атмосфер и более переходит в сейсмические колебания в рудный пласт 2. Глубина размещения источников - давлением столба жидкости в скважине оказываемой на виброисточник б,регулируют частоту колебаний в выбранном диапазоне частот, причем,давление для диапазона частот 60-1500 Гц составляет 10-250 атмосфер, Источники 6 при скорости Р-волн равной в жидкости 1500 м/с и длинах волн на частотах 60 - 1500 Гц равных соответственно 1 и 25 м разме,. щают на удалении друг от друга примерно 3 мчто в свою очередь вызвано тем, что на таких удалениях поле упругих напряжений, генерируемое источником, распределено равномерно и работу группы таких виброисточников легко синхронизировать. Время воздействия - время синхронной работы группы виброисточников 6 контролируют с использованием электронного пульта управления 8.и ИВК 9, и оно зависит от обводненности пласта и геомеханических условий его залегания - горным давлением, обусловленным весом вышележащих пород на пласт. С помощью ИВК 9 осуществляется синхронизация работы группы источников 6 посредством сопоставления эталонных импульсов давления, полученных в лабораторных условиях и импульсами давления, получаемыми в скважине 3, причем по заранее введенной в ИВ К 9 программе осуществля ют корректировку работы группы виброисточников в процессе воздействия в выбранном диапазоне частот. С использованием Фурье преобразователей, входящих составной частью в ИВК 9, определяют 10 спектры получаемых сигналов, сопоставляют их с эталонными и производят корректировку синхронизации работы группы виброисточников при вибровоздействиях на пласт 2 в совокупности с нагнетанием в 15 пласт разупрочняющих растворов - ПАВ,горячей воды при Т С, кислот гидроокиси натрия или гидроокиси натрия с метанолом нагретых до 180 С и вибровоэдействия осуществляют в течение времени, при кото ром деформации сжатия пласта переходят вдеформации растяжения, что соответствует оптимальной проницаемости пласта, после чего переходят на частоту вибровоздейст, вия, равную частоте собственных колебаний 25 пласта, и вибровоздействия производят всовокупности с нагнетанием выщелачивающих растворов, Для повышения эффективности способа вибровоздействия осуществляют из скважин 17 с размещенны ми в них виброисточниками, и заполненными жидкостью 18 см. фиг. 5), окаймляющих пласт с его торцов, при этом встречные вибровоздействия осуществляют попеременно сначала с одной стороны, а затем с другой 35 рудного пласта, настраивая колебания в резонанс с собственными колебаниями рудного тела. При подаче в скважины выщелачивающего раствора время вибровоздействия с каждой стороны пласта огра ничивают временем миграции растворов попласту, что в свою очередь позволяет сни-зить расход реагента за счет его непроизводительных по сравнению потерь при обычных условиях, когда реагент нерацио нально расходуется при растекании в порыи трещины вмещающих йород за пределамипласта.В тех случаях, когда проницаемость руди вмещающих пород очень незначительна - 50 породы и пласт находятся в значительнойглубине - в пласте производят импульсный массированный гидрораэрыв (ИМГ), для чего приводят локальный участок рудного пласта в возбужденное состояние в диапазоне 55 60-1500 Гц и нагнетают в скважину рабочуюжидкость с добавкой в нее 50-75 газов под давлением, причем при низких скоростях инжекции нагнетают азот, а при высоких - углекислоту, что позволяет снизить вязкость пластовой жидкости и увеличить ее1834972 30 35 50 55 тичными для всех виброисточников в группеи вибровоздействия производят при неизменных контактных условиях в режиме напления упругой энергии, что позволяет качать упругую энергию в пласт достаточю для того, чтобы эффективно воздействого пласта и увеличения его гидро- и аэроди- ко намических свойств в разупрочняющие и за аыщепачиаающие реотеоры при нагнетании ну диффузионные свойства - проникания в поры и трещины пласта. При нагнетании рабочей жидкости в скважину гидроразрыва вибровоэдействия осуществляют на частоте собственных колебаний нагнетания жидкости, причем, с помощью И 8 К 9 осуществляют синхронизацию работы группы виброисточников и при этом выбирают оптимальный режим нагружения, при котором не индуцируются остаточные напряжения и осуществляют контроль скорости нагружения пород в пласте месте проведения импульсного гидроразрыва; скорость изменения поперечного сечения магистральной трещины гидроразрыва; определяют ширину трещины в процессе гидроразрыва для пористой руды и вмещающих пород, степень ее раскрытия, коэффициент интенсивности напряжений, поле напряжений в месте гидроразрыва, энергию, затрачиваемую на гидроразрыв, изменение вязкости жидкости гидрорэзрыва, перенос тепла в пористой руде и вмещающих породах и распределение температурь 1 на поверхности трещины гидроразрыва.При синхронной работе группы виброисточников их амплитуду медленно поднимают от минимального до максимального уровня, определяемого уровнем достижения напряжения в пласте равном не менее 0,5 от разрушающих для руд и пород. слагающих пласт с таким условием, чтобы не вызвать динамических проявлений горного давления и не разрушить стенки скважины,Колебания вызывают в пласте относительную подвижку структурных элементов, перераспределение поля упругих напряжений на пути распространения упругих волн и частичную дегацию пласта, Эти явления имеют место как при работе группы виброисточников, так и в случае работы одиночного источника.Для того, чтобы снизить вязкость выщелачивающих растворов и увеличить их диффундирующую способность в поры и трещины пласта посредством редкоземельного вещества 5. размещенного в заколонном пространстве скважины 2 либо нанесенным в виде слоев 15, 16 на поверхность обсадной трубы 4 посредством подведенного к редкоземельному веществу возбуждающего напряжения через электроды 11, 12 от источника 10 возбуждают мощные ультразвуковые колебания в диапазоне от 0,9 до 12 кГц, что снижает вязкость растворов 10-60Для увеличения трещиноватости рудчо 5 10 15 20 добавляют до 1; раскликивающих агентов с размерами частиц 0,03 - 0,5 мм и плотностью 2600-4800 кг/м, чтобы не дать порамзи трещинам закрыться, и кроме того, оки служат новыми концентраторами трещин и способствуют увеличению проницаемости пласта,Размещение редкоземельных веществ в заколонном пространстве осуществляют при низком уровне вибровоздействий составляющих 0,1-0,2 от разрушающих напряжений для руд и пород, слагающих пласт, и в совокупности с нагнетанием в заколонкое пространство редкоземельного вещества с вяжущим в виде тонкоземельного цемента в количество 5 - 7 и заполняют пространство между стенкой скважины, и обсадной, трубой.Нанесение редкоземельного вещества толщиной 3-5 см на поверхность обсадной трубы производят посекционно с шагом 7- 12 м на глубине размещения обсадных труб на глубике рудного пласта и подавая на редкоземельное вещество возбуждающее напряжение посредством электродов от источника напряжения возбуждают электромагнитные колебания до 50;Р энергии которых переходят в упругие колебания и работают в выбранном диапазоне частот,изменяя частоту и величину возбуждающего напряжения возбуждают частоты от 900 до 12000 Гц,причем, если упругая волна встречает на своем пути участки нагретых руд и пород в пласте возникают каватирующие процессы в виде микро- и макроударных волн и потоков флюидов - жидкостей и газов, содержащихся в порах и трещинах пласта, и способствующих резкому увеличению проницаемости рудного пласта и вмещающих пород и повышения КПД извлечения полезного компонента из пласта,Работу группы виброисточников контролируют до, во время и после вибровоздействия геомеханическими и геофизическими методами исследований: методом разгрузки с использованием тензодатчиков; сейсмическими методами или методами с использованием сейсмоакустической или электромагнитной эмиссии, измеряя при этом температуру и химический состав реагента и скважинах, что позволяет судить об эффективности процесса выщелачивания, Параметры вибровоздействия - частоту, интенсивность и длительность - задают идек 1834972вать на процессы перемещения-миграции флюидов во всем обьеме пласта, отчего зависит КПД извлечения полезного компонента при разработке рудных месторождений подземным способом.Таким образом, пласт обрабатывается всеми видами сжимающих и растягивающих нагрузок, что способствует увеличению трещиноватости и проницаемости пласта и повышению КПД извлечения полезного компонента до 98% по сравнению с известными классическими способами выщелачивания.В случае расположения .пласта на значительной глубине и низкой проницаемости руд и вмещающих пород перед нагнетанием в них реагентов осуществляют термоциклическое воздействие на пласт в совокупности с вибровоздействиями, причем;холодную и горячую воду нагнетают в пласт из скважин, окаймляющих пласт на его торцах (фиг. 5),и термоциклическое нагнетание осуществляют в течение времени, при котором достигают положительного эффекта - оптимальной проницаемости пласта. При нагнетании в пласт холодной воды в объемах, превышающих 10 м величины главных напряжений уменьшаются в охлажденной руде и породе на 20 - 60, что облегчает создание трещин в рудном пласте и удержание их в зоне охлаждения в течение 4-6 ч.Комплексное использование целого ряда способов вибровоздействия на пласт в сочетании с нагнетанием разупрочняющих и выщелэчивающих растворов позволит значительно снизить энергоемкость процесса и увеличить его производительность. Сущность способа состоит в том, что при распространении мощных вибрационных колебаний в пласте возникают волны растяжения и сжатия, которые воздействуют на флюиды - жидкости и газы, содержащиеся в порах и трещинах пласта, как тектонический насос способствующий ихУмиграции в массиве на несколько порядков сильнее, чем в отсутствие волны. Миграция флюидов в порах и трещинах приводит к изменению порового давления и, как.правило, к изменению прочностных свойств руд и пород, окружающих эти поры и трещины, то есть на пути мигрирующих флюидов имеют место перераспределение поля упругих напряжений на пути распрастранения упругих волн; частичная дегэзация локального участка пласта или массива, подверженного вибровоздействиям, то есть истечение газов из пор и трещин пород; кавитирующие процессгя при определенных начальных и граничных условиях, Для того, чтобы инициировать кавитирующие процессы в пласте возбуждают мощные ультразвуковые колебания лучом лазера от лазера накачки 13 и посредством световода 14 возбуждают в жидкости скважины свегидравлический эффект, результатом чего являются мощные упругие колебания в ультразвуковом диапазоне частот от 1 до 20 кГц, причем параметрами 10 кавитирующих процессов управляют, изменяя частоту и интенсивность луча лазера,Преимущества способа состоят в том, что размещение виброисточников по предлагаемому способу позволяет создать оптимальные условия для генерации колебаний 15 в выбранном диапазоне частот в режиме накопления; управляют состоянием и свойствами рудного пласта в процессе выщелачивания; улучшить гидро- и из пласта и снизить энергоемкость процесса. Использование изобретения позволит25 значительно снизить энергоемкость процесса, увеличить его производительность и снизить сроки отработки месторождения по сравнению с известными классическими, традиционными способами выщелачивания."Э о рмул а из о бр ете н и я1. Способ подземной разработки рудных месторождений подземным выщелачиванием, включающий бурение вокруг рудного тела скважин, размещение в них невзрывных сейсмических источников с ориентированием их осей в направлении максимального главного напряжения рудного тела и обработку пласта вибровоздей 30 35 ствиями в диапазоне 60-1500 Гц при нагнетании в него раствора поверхностно- активного вещества до смены деформаций сжатия в рудном теле деформациями растяжения, заполнение скважин упруговязкой 40 средой, подачу выщелэчивающего раствора с обработкой рудной массы вибровоздействиями на частоте, равной частоте собственных колебаний рудного тела, и откачку продуктивного раствора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения эффективности разработки за счет увеличения и роницаемости и трещиноватости руд и вмещающих пород и улучшения гидро- и аэродинамических связей пласта, перед подачей выщелачивающего раствора на глубине расположения рудного тела осуществляют импульсный гидроразрыв, при этом в рабочую жидкость гидроразрыва добавляют 50- 70 азота при низких скоростях инжекции или углекислоты при высоких скоростях,50 55 29; аэродинамические свойства пласта; повысить КПД извлечения полезного компонента, 1834972 102. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щи й с я тем, что в упруговязкой среде скважины на глубине разработки пласта возбуждают мощные ультразвуковые колебания и снижают вязкость пластовой жидкости на 10 - 60 6.3. Способ по и. 1, отл ич а ю щ и й с я тем, что, с целью облегчения создания в рудном пласте трещин и их удержания в течение 4 - 6 ч путем уменьшения величины главных напряжений на 20-60, в рудный пласт нагнетают воду в объемах, превыша 103 34. Способ поп.З, отл ич а ю щийс я тем, что осуществляют циклическое нагнетание холодной и горячей воды в пласт, причем холоДную водунагнетают из скважин, окаймляющих рудный пласт на одном его торце, в горячую воду иэ скважин, окаймляющих пласт на другом его торце, и термоциклическое нагнетание холодной и горячей воды осуществляют в течение времени, при котором достигают оптимальную проницаемость рудного пласта.5, Способ по и. 1, отл ич а ю щийс я тем, что в разупрочняющие растворы ПАВ добавляют до 1,0; расклинивающим агентов с размерами частиц 0,03-0,5 мм плотностью 2600 - 4800 кг/м,з 5 6. Способ по и. 4, о т л и ч а ю щ и й с я,тем, что инициируют в рудном пласте при нагнетании нагретых растворов кавитирующие процессы, которые имеют место на пути распространения в пласте мощных 10 ультразвуковых колебаний в диапазоне 0,9 -12 кГц и определяют энергию кавитирующего пузырька, образующегося в зоне разрежения и схлопывающегося в зоне сжатия упругой волны из соотношения 15Е -ПРОИ 4/3,где РО - геостатическое давление в порах итрещинах пласта в отсутствие упругой волны, кг/см;20 В - . размер кавитирующего пузырька,мм.7, Способ по и. 1, о тл и ч а ю щи й с ятем, что до, во время и после вибровоздействия на рудный пласт измеряют напряжен 25 но деформированное состояние,температуру и химический состав реагента.1834972 Составитель А.БакулиТехред М.Моргентал Корректор М.Андрушенк лако кт твенно-издательский. комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Про Заказ 2708 Тираж ВНИИПИ Государственного ком 113035, Мось оР) ф Подписноеа по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССЖ, Раушская наб 4/5