Министерство образования и науки республики

КАЗАХСТАН

КАРАГАНДИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Хамимолда Б.Ж., Баизбаев М.Б.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к курсовой работе

по дисциплине “Геотехнологические способы разработки

месторождений полезных ископаемых”

Караганда – 2006 год

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский Государственный технический университет

Кафедра разработки месторождений полезных ископаемых

Хамимолда Б.Ж., Баизбаев М.Б.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к курсовой работе

по дисциплине “Геотехнологические способы разработки

месторождений полезных ископаемых”

для студентов специальности - 050707 «Горное дело»

форма обучения – очная, заочная

Караганда – 2006 г.

УДК 622.234.4.42.44

Хамимолда Б.Ж., Баизбаев М.Б. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Геотехнологические способы разработки месторождений полезных ископаемых»

Методические указания составлены в соответствии с требованиями учебного плана и программой дисциплины «Геотехнологические способы разработки месторождений полезных ископаемых» и включают все необходимые сведения по выполнению курсовой работы.

Методические указания предназначены для студентов специальности 050707 «Горное дело»

Рецензент – член Редакционно-издательского совета КарГТУ Исабек Т.К., д.т.н. профессор кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых»

Утверждено редакционно-издательским Советом университета

© Карагандинский государственный технический университет

Общее положение

Курсовая работа является завершающей стадией подготовки студента по дисциплине «Геотехнологические способы разработки месторождений полезных ископаемых».

Цель работы: Закрепление теоретического материала и умение решать практические задачи по геотехнологии.

Объекты работы: Залежи руд цветных и черных металлов, угольные пласты.

Основным содержанием курсовой работы является обоснование технологических схем вскрытия, подготовки и отработки запасов месторождений полезных ископаемых геотехнологическими методами.

При составлении курсовой работы следует руководствоваться “Основными техническими направлениями развития угольной промышленности”, “Правилами безопасности при горных работах”, “Правилами технической эксплуатации” и другими нормативными документами.

Значения исходных данных для выполнения работы устанавливаются руководителем и выдаются каждому студенту индивидуально - в соответствии с порядком выдачи заданий, принятом кафедрой РМПИ или допускается использовать данные производственной практики.

Для студентов заочной формы обучения допускается принимать исходные данные по месту работы (горные предприятия).

Необходимые и дополнительные знания по предметам:

- системы разработки традиционной технологии;

- процессы открытой и подземной разработки при традиционной технологии;

- основные законы физики, химии, термодинамики, механики;

- горно-геологические и физико-химические свойства минералов.

Содержание курсовой работы

Введение

1. Анализ горно-геологических условий месторождения по видам минерального сырья.

2. Основы применения методов геотехнологии и применяемые способы.

3. Обоснование метода геотехнологии к конкретным условиям.

4. Технологические схемы вскрытия, подготовки и разработки залежи по геотехнологическому способу.

5. Расчет параметров разработки извлечения полезных ископаемых.

Заключение

Введение

Горную науку можно разделить на геологические, горно-технические, экономические и экологические дисциплины, связанные с технологией разведки, подготовки, разработки, первичной переработки полезных ископаемых на месте выемки. Технология разработки месторождений полезных ископаемых – это открытая, подземная комбинированная и скважинная технология добычи, причем последняя включает технологию добычи воды, нефти, газа и твердых полезных ископаемых. Процесс добычи твердых полезных ископаемых через скважины получило название «геотехнология», т.е. наука о физических, химических и физико-химических методах воздействия на продуктивную залежь для перевода полезных ископаемых в подвижное состояние и последующее извлечение его через скважины.

Совершенствование технологии открытой и подземной добычи не может обеспечить резкого повышения производительности труда и снижения себестоимости полезных ископаемых от достигнутого уровня. Поэтому, так актуально именно сейчас вести поиск новых путей добычи полезных ископаемых, позволяющих избежать перемещения масс пустых пород, исключить присутствие под землей человека, резко повысить производительность труда.

При традиционных процессах добычи не происходит изменения качественных, физических или химических свойств добываемого продукта, поскольку последний извлекается из недр земли в виде дробленой кусковатой массы и только при дальнейшей переработке (ДСФ, ОФ) продукт труда приобретает новые свойства, форму и качества. На современном этапе развития, когда добытое полезное ископаемое обходится очень дорого и малое количество полезного компонента, его последующая переработка требует затрат, несопоставимых с ценностью извлекаемых продуктов. Поэтому становится невыгодным извлекать из недр горную массу, а потребуется избирательное извлечение из недр только полезных компонентов, т.е. добыча должна соединиться в недрах земли с процессом первичной переработкой горной массы. Осуществление этого перехода должно сопровождаться новыми качественными изменениями в горной практике и рассмотрение процесса добычи полезных ископаемых по новым принципам.

Существенные отличия геотехнологических методов от метода открытой и подземной разработки обуславливают определенную специфичность способов сравнительной экономической оценки их. При открытой или подземной разработке получают горную массу, а при геотехнологических методах – готовый продукт. Естественно, сравнение различных технологий разработки продукта, включая добычу, обогащение также будет иметь свою специфику. Эффективность разработки оценивается по удельным капитальным вложениям, себестоимости и производительности труда. Кроме того при оценке вариантов следует учитывать рентабельность, срок окупаемости затрат, время строительства предприятия, коэффициент фондоотдачи, годовой экономический эффект и снижение потребности в дефицитном оборудовании и материалах. Необходимо также учитывать и социальные факторы – условия труда рабочих. С этой точки зрения геотехнологические методы перспективнее других, так как они не требуют присутствия людей в очистных выработках. Геотехнологии принадлежит будущее и она позволит оптимально реализовывать идею рационального использования недр.

На основании вышесказанного студенту предлагается самостоятельно провести анализ состояния геотехнологии в РК, СНГ и за рубежом.

1. Анализ горно-геологических условий месторождения по видам минерального сырья

Для наиболее полной характеристики условия залегания месторождения полезных ископаемых можно использовать понятие «физико-геологическая обстановка», которое включает в себя характеристику геологических, гидрогеологических и геотермических условий залегания месторождения, а также физические и химические свойства массива- полезного ископаемого и вмещающих пород, рассматриваемых всевозможными методами разработки, в т.ч. и геотехнологическими.

Решение вопроса разработки месторождений геотехнологическими методами невозможно без детального изучения их геологического строения и гидрогеологических условий, физических и химических свойств массива.

Свойства полезных ископаемых, определяющие их способность переходить в подвижное состояние с помощью размыва, растворения, выщелачивания, горения, плавления, возгонки и т.д., мы называем геотехнологическими свойствами полезных ископаемых.

Не всякое месторождение эффективно разрабатывать геотехнологическими методами, а именно определяют граничные условия применения этих методов и дают методику их нахождения. Получение достоверных исходных данных о физико-геологических условиях месторождения главная задача перед выполнением проектных работ по разработке. Решение этой задачи сводится к исследованию физико-геологических факторов, определяющих возможность использования геотехнологических методов.

По первому разделу студент самостоятельно анализирует комплекс условий по рассматриваемому месторождению, используя данные производственной практики или по заданию преподавателя.

2. Основы применения методов геотехнологии

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

В настоящее время наибольшее применение нашли следующие геотехнологические методы: подземное выщелачивание - применяется для добычи цветных, редких и радиоактивных металлов; подземное растворение – для разработки соляных месторождений и создания подземных емкостей; подземная выплавка – применяется для добычи серы; подземная газификация – метод добычи полезного сырья из угля, сланца, торфа путем перевода их в газообразное состояние; скважинная гидродобыча – метод добычи, основанный на приведении полезного ископаемого в подвижное состояние путем гидромеханического разрушения.

Полезные ископаемые чаще всего находятся в недрах Земли в виде каких-то соединений, которые возникли в результате конкретных геологических процессов - магматизма, метаморфизма, разрушения и седиментации. Число устойчивых природных соединений – минералов – не превышает трех тысяч. Каждый минерал характеризуется своими химическим составом, физическими свойствами и внутренним строением.

По химическому составу минералов выделяют простые вещества – сульфиды, галоиды и кислородные соединения, являющие основной массой земной коры. Большинство минералов имеют кристаллическое строение и только некоторые – аморфное.

Физические свойства минералов чрезвычайно разнообразны и зависят от их химического состава и строения. Минералы полезных ископаемых находятся в земной коре в виде отдельных кристаллических выделений.

Для геотехнологических методов важно знать строение горных пород, которая определяется размерами, формой и взаимным расположением зерен, агрегатов, включений, их сложение и форму залегания.

В геотехнологии рассмотрение отдельно взятых горных пород и полезных ископаемых неприемлемо, необходимо исследовать горную среду, представляющих собой одну или несколько гетерогенных систем с различными компонентами, присутствующими в твердой, жидкой или газообразной фазах. При этом наибольшее значение имеют геотехнологические свойства полезных компонентов, поскольку именно они определяют способность полезного ископаемого к фазовым превращениям.

По второму разделу студент анализирует основы методов геотехнологии.

3. Обоснование метода геотехнологии к конкретным условиям

В основе каждого геотехнологического метода лежит тот или иной физический или химический процесс. Для его осуществления необходимо знать влияние горной среды на параметры и показатели технологии. Используемый метод должен обеспечивать заданное извлечение полезно ископаемого из недр и быть экономичным; химический и минералогический состав полезного ископаемого должен обеспечивать возможность перевода его в подвижное состояние, вмещающие породы должны обеспечивать возможность проведения технологического процесса по извлечению полезного ископаемого; морфология залежи, текстура и структура руд должны обеспечивать доступ рабочих агентов к полезному ископаемому. Перечисленные требования конкретизируются применительно к каждому геотехнологическому методу.

К требованиям, предъявляемым к качеству полезного ископаемого относятся: минимальное промышленное содержание полезного компонента в блоке, необходимое для экономичной разработки месторождения; минимальная величина промышленного извлечения полезного компонента; технологичность полезного ископаемого; бортовое содержание полезного компонента в пробе для включения в промышленный контур запасов.

К требованиям, предъявляемым к горно-геологическим условиям залегания месторождения относятся: глубина залегания; физические свойства полезного ископаемого и вмещающих пород; минимальная промышленная мощность залежи; гидрогеологические параметры залежи – степень раскрытости, расстояние до контуров питания и разгрузки и др. Важным требованием является также минимальная производительность пласта, отражающая связь содержания полезного компонента с мощностью залежи.

Здесь перечислены самые основные требования, определяющие условия разработки месторождений, общие для большинства методов. Остальные требования устанавливаются на основании технологических исследований в полевых условиях для конкретных месторождений.

В третьем разделе студент из многообразия геометодов обосновывает наиболее приемлемый.

4. Технологические схемы вскрытия, подготовки и разработки залежи по геотехнологическому способу

Подготовка месторождения к эксплуатации – комплекс работ, связанный с доразведкой месторождения и его вскрытием, т.е. сооружением добычных скважин, их заканчиванием, исследованием, оборудованием и подготовкой к эксплуатации.

В геотехнологических методах скважина – основная выработка, вскрывающая залежь полезного ископаемого, подготавливающая ее к разработке и служащая для транспортировки рабочих и продуктивных флюидов. При решении основных проблем сооружения скважин приходится вести поиск в области способов и технологии проходки скважин. Решение этой проблем сложно, так как более 99% скважин бурится за счет разрушения забоя горных пород сжатием, т.е. самым невыгодным способом воздействия.

Общее представление о тех условиях, в которых приходится осуществлять вскрытие, и характеристику экономической эффективности системы вскрытия дает коэффициент вскрытия.

Различают несколько коэффициентов вскрытия: геологический, технологический и экономический.

Геологический коэффициент вскрытия – это отношение мощности покрывающих пород к мощности пласта. Определяется из выражения

где Н – мощность покрывающих пород, м; m – мощность залежи, м.

Технологический коэффициент вскрытия показывает, какая длина скважины приходится на тонну добываемых запасов. Он определяется из выражения

т/м,

где l – длина добычной скважины, м; -коэффициент извлечения полезного ископаемого в пределах отрабатываемого участка одной скважины; П – производительность пласта полезного ископаемого, определяемая по формуле

П = m γ, т/м²;

где γ – объемная масса полезного ископаемого, т/м³; S – площадь зоны действия скважины, определяемая из выражения:

S = π R², м²;

где R – радиус участка, разрабатываемого одной скважинной, м; с - среднее содержание полезного ископаемого, %.

Экономический коэффициент вскрытия определяется как отношение затрат на сооружение и оборудование добычной скважины и стоимости полезного ископаемого. Он определяется из выражения

где С – суммарные затраты по бурению, подготовке и оборудованию скважины, тг; Ц_и – стоимость запасов полезного ископаемого, извлекаемого из скважины, тг.

где С_Б – стоимость бурения 1 м скважины, тг/м;

С₀ – стоимость оформления 1 м скважины (цементация, обсадка труб), тг/м;

L – глубина скважины, м

Ц_и = 0,01 с Ц_пр V m;

где Ц_пр – отпускная цена продукта (руды, флюида, газа).

Вскрытие месторождения является наиболее ответственным этапом при геотехнологии. Малейшие упущения в работах по бурению и подготовке могут привести к ее потере или вызвать необходимость в производстве длительных и трудоемких работах.

Выбор места заложения скважин всегда связан с применяемой системой разработки, принятой на данном участке или месторождении.

Под системой разработки месторождений полезных ископаемых геотехнологическими методами понимается порядок расположения, проходки и включения в работу добычных и вспомогательных скважин. Система разработки может быть признана рациональной, если она выбрана в результате комплексного анализа показателей возможных вариантов залежи с учетом геологических, гидрогеологических, технологических и экономических факторов.

Исходными данными для выбора системы разработки служит плановая производственная мощность предприятия и физико-геологическая обстановка залежи полезного ископаемого. При выборе системы разработки – это значит определить направление отработки залежи в целом и установить сетку размещении скважин. Основными элементами системы разработки являются: направление отработки, сетка скважин, порядок ввода скважин в эксплуатацию во времени и пространстве.

При выборе элементов системы разработки необходимо учитывать следующих факторов: глубины залегания залежи, технологичности процесса добычи, извлекаемости полезного ископаемого, производительность пласта, условий залегания, неоднородности пласта, рельефа почвы залежи.

Математически проблема выбора более рациональной системы разработки сводится к максимизации целевой функции при наличии начальных и конечных условий. Максимизируемой функцией обычно служит прибыль. Суммарная прибыль за весь срок эксплуатации месторождения определяется из выражения

где Т – число периодов при отработке месторождения; Ц_i – цена продукции в i-й период эксплуатации месторождения, тг/т; С_i – себестоимость продукции в i-й период эксплуатации месторождения, тг/т; Б_i – балансовые запасы, отрабатываемые в i-й период эксплуатации месторождения, т; η_i – коэффициент извлечения запасов, отрабатываемых в i-й период эксплуатации месторождения.

При выборе последовательности отработки отдельных участков необходимо стремиться к обеспечению минимального числа стыковок отработанных и вновь вводимых участков, поскольку это ведет к потери рабочих агентов и продуктивных растворов.

Скважины располагаются по площади залежи по какой-то определенной геометрической сетке, например, кольцами или рядами.

Сетка расположения скважин в зависимости от производительности пласта и других физико-геологических условий разработки может быть равномерная и неравномерная. Равномерная сетка может быть квадратной, треугольной, пяти- и шестиугольной. Геометрический расчет показывает, что треугольная сетка скважин в сравнении с квадратной позволяет более полно охватить месторождение зоной отработки, в то же время при треугольной сетке на 15.47% возрастает число скважин, приходящихся на единицу площади. При равномерном расстоянии между скважинами l (м) площадь S (м²) ее охвата определяется по формуле

При наклонном расположении пластов или направленной фильтрации скважины целесообразно располагать по вершинам не равносторонних, а равнобедренных треугольников. В этом случае расстояние между рядами берется больше, чем между скважинами.

Расстояние между скважинами, с одной стороны, определяют наименьшее число скважинами для разработки залежи, а с одной стороны - обеспечивают технологические требования метода, т.е. являются компромиссом между ними.

При определении расстояние между скважинами учитываются: глубина залегания залежи, технологичность процесса добычи, извлекаемость полезного ископаемого при различных сетках скважин, производительность пласта, условия залегания.

Помимо перечисленных факторов при выборе сетки скважин следует учитывать неоднородность пласта и особенно характер рельефа его почвы, располагая добычные скважины в углублениях почвы рудного тела. В общем случае чем выше проницаемость пласта, тем больше могут быть расстояния между скважинами.

Методика выбора метода разработки. Существенные отличия геотехнологических методов от методов открытой и подземной разработки обуславливают определенную специфичность способов сравнительной экономической оценки их. При открытой или подземной разработке, как правило, получают горную массу, а при геотехнологических методах – готовый продукт.

Варианты разработки месторождения различными методами следует прежде всего сравнивать по экономической эффективности Э_r, определяемой по формуле

Э_{r =} (с₁ + Еk₁) – (c₂ + Ek₂),

где с₁, с₂ – себестоимость; k₁, k₂ – удельные капитальные затраты по вариантам; Е – нормативный отраслевой коэффициент.

Экономические последствия от потерь могут быть выражены разностью между ценностью теряемой части запасов и денежным выражением возмещения, которое допускается в результате допущенных потерь:

Э_п = Б_п Ц_п – Б_н b_п,

где Б_п, Б_н – соответственно количество потерянного и извлеченного полезного ископаемого; Ц_п – ценность 1т потерянного полезного ископаемого; b_п – величина возмещения на 1т добытого полезного ископаемого.

Ценность 1 т потерянных в недрах запасов определяется сложением затрат: на разведку 1 т балансовых запасов, удельных капитальных затрат на добычу 1т балансовых запасов, величины недополучаемой прибыли от реализации 1т полезного ископаемого.

Затраты на недополучаемую прибыль З_пр могут быть определены как разность между оптовой ценой и себестоимостью добычи 1т полезного ископаемого. Однако эта величина является лишь условной прибылью. При постоянной добыче потерянная прибыль проявится только в конце отработки балансовых запасов через время . Поэтому в расчете недополучаемой прибыли следует учитывать коэффициент приведения К_пр, который определяется сроком отработки месторождения и коэффициентом эффективности капитальных затрат. В результате получаем

При сравнении традиционных способов добычи с геотехнологическими необходимо учитывать разницу в ценности теряемых балансовых запасов

Э_п = Б_и^г Ц_п^г - Б_п^тЦ_п^т - Б_и^гb_п^г,

где индексы «т» и «г» - соответствуют традиционным и геотехнологическим методам разработки

При определении сравнительной экономической эффективности этот фактор можно учитывать следующими образом:

где n_н – нормативная прибыль, приходящаяся на одного работающего в сфере материального производства за год; N₁, N₂ – число работающих на сравниваемых предприятиях.

При сравнительной оценке методов разработки месторождений необходимо учитывать также показатель рентабельности Э_р

Э_р = (с'₀ - с') / (Ф₀ - Ф_об),

где с'₀ и с' – соответственно стоимость и себестоимость годового объема продукции; Ф₀ и Ф_об – соответственно среднегодовая стоимость основных производственных фондов и нормируемых оборотных средств.

Важное значение имеет сокращение срока окупаемости капиталовложений

= 1 / Э_р

Экономическая эффективность капиталовложений зависит не только от снижения себестоимости и удельных капиталовложений, но от времени, по истечении которого предприятие начинает приносить доход.

Важным значением экономической эффективности методов разработки является коэффициент фондоотдачи Э₀ определяемый по формуле

Э₀ = А_год с'_r / К₀

При оценке различных методов следует принимать во внимание также показатели, характеризующие производительность труда, безопасность работ и др.

При проектировании рациональной системы разработки должны удовлетворяться следующие условия: соблюдение правил эксплуатации охраны недр; учет максимального числа производственных, экономических, географических и физико-геологических особенностей разработки залежи, обеспечение максимального экономически целесообразного извлечения полезного ископаемого.

В четвертом разделе студент обосновывает вариант расположения вскрывающих скважин, их комбинации, привязка к элементам традиционной технологии.

5. Расчет параметров разработки извлечения полезных ископаемых

Для бурения добычных скважин применяются станки, обычно используемые при поисковом глубинном бурении. Целесообразно использование самоходных и передвижных буровых установок, выбираемых в зависимости от глубины скважины и крепости покрывающих пород. При небольшой глубине продуктивного пласта под слоем прочных покрывающих пород, весьма эффективен буровой станок типа СБШ. При слабых покрывающих породах можно использовать станки шнекового вращательного бурения типа СБР. В породах мягких и средней крепости при глубине бурения до 500 м используются роторные буровые установки типа УРБ, УБВ-600, 2БА-15В, РА–15.

Для бурения глубоких добычных геотехнологических скважин был модернизирован станок СБШ. Опыт его эксплуатации показал эффективность работы и необходимость изготовления ряда таких станков для бурения скважин на 100, 200 и 400 м.

Все буровые установки состоят из следующих основных узлов: вышки или мачты, механизмов подъема, вращения и промывки, двигателя с трансмиссией, генераторной и компрессорной установок, контрольно-измерительных приборов, превенторов и вспомогательного оборудования. Циркуляция промывочной жидкости осуществляется с помощью поршневых насосов двойного действия. Наибольшее применение находят насосы 11ГР, 9МГР, ЦНС.

Наиболее простым и эффективным подъема является нагнетательный эрлифт. Воздух подается по воздухопроводу, а продукт поднимается по кольцевому пространству между воздухоподающей и обсадной трубами. Нижняя часть воздухопровода перфорирована.

Достоинствами эрлифтного подъема являются: простота, надежность в работе, отсутствие движущихся частей, возможность свободного выноса частиц пород, сопутствующих продуктивным растворам.

Недостатками эрлифтного подъема являются: относительно низкий КПД(не более 10%); необходимость наличия специального компрессорного оборудования.

Работа эрлифта в основном заключается:

а) в определении глубины погружения смесителя Н;

б) в определении количества и давления сжатого воздуха, требуемого для нормальной работы установки;

в) в определении диаметра нагнетательного трубопровода и воздухопровода.

Для того чтобы продуктивный раствор поднимался вверх и выливался из нагнетательного трубопровода эрлифта, необходима определенная глубина погружения смесителя для соблюдения следующего условия:

где - удельный вес воды;

-удельный вес смеси воздуха и воды (продуктивного раствора);

Н – глубина погружения смесителя ниже уровня воды в скважине, м;

Н₀ – рабочая высота подъема продуктивных растворов (от уровня раствора в скважине до уровня слива ее на поверхности), м.

Отношение называется процентом погружения смесителя эрлифта.

По данным практики и испытаний, наиболее выгодный процент погружения находится в пределах от 40 до 70.

При более низком проценте погружения резко уменьшается КПД эрлифта и соответственно возрастает расход сжатого воздуха.

В таблице приводятся значения для различных высот подъема воды.

Таблица – Значения для различных высот подъема воды

Высота подъема воды, м	Процент погружения смесителя		Высота подъема воды, м	Процент погружения смесителя
	Допустимые пределы	наивыгоднейший		Допустимые пределы	наивыгоднейший
6	55-70	65-70	76	40-60	55-60
9	55-70	65-70	91	37-55	50-55
12	50-70	65-70	106	37-55	50-55
15	50-70	65-70	123	37-50	45-55
18	50-70	65-70	137	36-45	40-45
24	50-70	65-70	152	35-45	40-45
30,5	45-70	65-70	168	35-45	40-45
38	45-65	65	183	35-45	40-45
46	40-65	60-65	198	35-45	40-45
53	40-60	55-60	213	35-40	40
61	40-60	55-60

Длина нижнего нагнетательного трубопровода (считая от середины смесителя) должна составлять 2-3 м. Требуемый расход сжатого воздуха с достаточной для практики точностью определяется по формуле

где V-объем воздуха при атмосферном давлении, требуемый для подъема 1 м³ продуктивного раствора, м³;

k – опытный коэффициент, определяемый по эмпирической формуле

k = 2,17 + 0,0164 H₀;

H₀ – рабочая высота подъема воды, м;

Н – глубина погружения смесителя, м.

Необходимое для работы эрлифта избыточное давление сжатого воздуха у компрессора определяется по формуле

,

где - избыточное давление сжатого воздуха у компрессора, кг/см²;

- потери напора в воздухопроводе на пути от компрессора до смесителя, кг/см².

Для выбора диаметра нагнетательного трубопровода можно руководствоваться следующими соображениями. По мере продвижения эмульсии (продуктивного раствора) вверх по трубопроводу пузырьки воздуха расширяются и, следовательно, удельный вес смеси становится меньше и давление воздуха падает.

На сливе нагнетательного трубопровода воздух имеет приблизительно атмосферное давление.

Благодаря расширению воздуха в процессе подъема скорость движения смеси в трубопроводе (с постоянным диаметром) постепенно увеличивается вплоть до уровня водослива. Эта скорость может достигнуть значительной величины, что вызывает снижение КПД и производительности эрлифта. Оптимальные условия работы эрлифта создаются при скоростях истечения эмульсии из трубопровода 6-8 м/сек и непосредственно над смесителем 3-6м/сек.

Если скорость движения эмульсии (продуктивного раствора) превышает указанный оптимальный предел, что может иметь место при откачке глубоких скважинах, рекомендуется применять ступенчатые нагнетательные трубопроводы, увеличивая диаметр по мере подъема их вверх и обеспечивая на отдельных участках оптимальные скорости движения эмульсии. В таких случаях диаметр нагнетательного трубопровода в верхней части должен быть примерно 1,5-2 раза больше диаметра трубопровода в нижней его части (непосредственно над смесителем).

Скорость движения воздуха в воздухопроводе составляет 15-20 м/сек.

Коэффициент полезного действия эрлифта весьма низок и обычно находится в пределах 0,2-0,3, но если рассматривать детально вопросы проектирования и эксплуатации эрлифтов при буровых скважинах, КПД эрлифта при правильном расчете и выборе основных элементов эрлифтной установки может достигать величины 0,35-0,38 и как максимум 0,42.

Максимальная производительность эрлифта (при 60-40% погружения смесителя) достигает 1,0-1,2 м³/час на 1 см² сечения водяного става.

Для условий месторождения можно определить основные показатели эрлифта:

Требуемый расход сжатого воздуха для подъема 1 м³ продуктивного раствора при условиях:

Статистический уровень продуктивного горизонта 63 м.

Производительность откачной скважины 4,5 м³/ час.

Высота подъема продуктивного раствора с учетом высоты депрессионной воронки 68 м.

1. Определяют необходимость экономически выгодную высоту погружения эрлифта в продуктивный раствор

в данном случае наиболее экономически процент погружения при высоте статического уровня продуктивных растворов 63,0 м находится в пределах 55-60%

отсюда глубина погружения форсунки эрлифта

Н= 1,35 Н₀, м Н=85,1 м

2. Определяют необходимый объем сжатого воздуха для подъема 1 м³ продуктивного раствора по формуле:

м³/м³

При производительности скважин 4,5 м³/час и при концентрическом трубопроводе с центральной подачей воздуха:

Диаметр нагнетательной трубы – 38 мм;

Минимальный диаметр обсадных труб – 76,0 мм;

Диаметр воздухопровода – 9,5 мм;

Диаметр впускной трубы (у смесителя) – 36,0 мм;

Общая длина смесителя – 205 мм.

Таким образом откачные скважины диаметром 160 мм вполне удовлетворяет требуемого условия для установки эрлифта.

Транспортирующее оборудование предназначено для доставки продуктов от скважины до места складирования или переработки. Такое оборудование представлено: насосными агрегатами, компрессорными и газовоздушными агрегатами, сгустителями, классификаторами, обезвоживателями, трубами и арматурой и т.п.

Конкретная схема транспортировки, оборудование и его характеристики определяются геотехнологическим способом и условиями его применения.

Так, например, при подземной выплавке серы вся разводка трубопроводов для доставки добытого полезного ископаемого от скважины до склада осуществляется по металлическим трубам различных размеров.

При скважинной гидродобыче (СГД) возможны следующие способы доставки разрушенной руды напорной водой.

При подземном выщелачивании вся трубная разводка осуществляется из полиэтиленовых или пластмассовых труб или других кислоустойчивых материалов.

При подземной газификации после предварительный очистки и переработки технологический газ отводится по трубам, где находится под высоким давлением.

Расчет параметров технологии подземного выщелачивания. Для выщелачивания обычно пользуются водные растворы минеральных кислот или солей карбонатов щелочных металлов.

Кислотный способ дает более высокое извлечение, но отличается меньшей, чем у карбонатного способа, селективностью.

Процесс выщелачивания в недрах сводится к переводу минералов из твердой фазы в жидкую за счет их взаимодействия с химическим реагентом.

Увеличение концентрации кислоты при выщелачивании повышают скорость растворения урановых минералов и уменьшает период насыщения пласта химическими растворителем, повышая в то же время его расход на реакцию породой.

К основным геотехнологическим показателям относятся:

- концентрация металла в продуктивных растворах;

- суммарный дебит скважины;

- дебит откачной скважины;

- число одновременно работающих скважин;

- продолжительность отработки блоков, рядов, ячеек;

- время появления продуктивных растворов и окислителя;

- размеры повышения и понижения уровня в рабочих скважинах.

Расчет основных параметров выщелачивания ведется в следующей последовательности.

Концентрация металла в продуктивных растворах

где Е – коэффициент извлечения металла; Р – запасы металла на отрабатываемой площади, т; d – плотность продуктивного раствора, т/м³; f - отношение массы выщелачиваемого раствора к массе руды; М – средняя мощность пород, прорабатываемая выщелачивающим раствором, м; γ – объемная плотность руды, т/м³; F – отрабатываемая площадь, м².

Суммарный дебит откачных скважин при эксплуатации

т/сут,

где М_е – проектная годовая производительность предприятия по металлу, т; Т – расчетное число рабочих дней в году, сут.

Дебит откачной скважины

т/сут,

где b – средняя ширина потоков растворов, двигающихся к откачной скважине, м; V – оптимальная скорость фильтрации растворов, м/сут.

Число одновременно работающих откачных скважин

Продолжительность отработки площади, приходящейся на одну откачную скважину:

где F₀ = площадь отработки, приходящаяся на одну откачную скважину, м².

Время проявления продуктивных растворов в откачных скважинах

сут,

где n – эффективная пористость; l - среднее расстояние между откачными и закачными скважинами, м.

Суммарный дебит непродуктивных растворов

, т/сут.

Уточнение значение средней концентрации металла в растворе при отводе непродуктивных растворов по отдельному трубопроводу:

Затраты растворителя на химические реакции с горно-рудной массой и на заполнение продуктивного горизонта

м³,

где С_р – заданная концентрация растоворителя в выщелачивающем растворе; С_к – концентрация растворителя в извлекаемом растворе.

Методика расчета основных параметров подземной газификации угля. Сущность метода подземной газификации угля (ПГУ) заключается в процессе превращения угля на месте его залегания в горючий газ.

Основными стадиями ПГУ являются: бурение с поверхности земли на угольный пласт скважин; соединение этих скважин каналами, проходящими в угольном пласте; нагнетание в одни скважины воздушного или парокислородного дутья; получение из других скважин газа.

При подземной газификации угля основным параметром процесса является интенсивность процесса газификации.

При отсутствии данных об элементарном составе газифицируемого угля теоретический удельный объем сухого воздуха, т.е. без паров воды, подаваемого в блок сжигания для полного сгорания угля, определяется по формуле

, нм³ / кг,

где - низшая теплота сгорания рабочей массы угля, Дж/кг;- влажность рабочей массы угля, %;- опытный коэффициент, зависящий от марки угля; принимается в диапазоне значений= 1,081,11.

Определяем коэффициент избытка воздуха:

,

где х' – опытный коэффициент, определяемый в зависимости от типов угля в диапазоне значений 18,2-19,9; - содержание в сухом газе ПГУ по объему О₂, %; СО' – то же СО, %; - то же СН₄, %; - то же Н₂, %; - то же С₂Н₄, %; - то же Н₂S, %.

Коэффициент, учитывающий утечки газа в подземном газогенераторе:

,

где - утечка газа, %.

Реальный выход сухого газа ПГУ из газифицируемого угля:

кг.

Химический КПД процесса газификации

,

где - теплота сгорания газа газификации, Дж/м³,

Скорость выгазовывания угольного пласта

, т/ч,

где - абсолютный водоприток в зоны газификации, м³/ч; m – мощность угольного пласта, м.

Исходные данные для расчета интенсивности выгазовывания угольного пласта для следующих условий:

1) низшая теплота сгорания рабочей массы угля = 28900000 Дж/кг;

2) влажность рабочей массы угля =8%;

3) содержание горючих газов в продукте: - 0,20 %; СО' – 9,06 %;-14,45%;- 0,07%;- 2,72%;- 1,02%;

4) утечка газа =6,9 %;

5) теплота сгорания газа газификации =4190000 Дж/м³;

6) абсолютный водоприток в зоны газификации =5 м³/ч;

7) мощность пласта m = 2,0 м.

Расчет технико-экономических показателей геотехнологии. Существенные отличия геотехнологии от открытой и подземной разработки обуславливают определенную специфичность способов сравнительной оценки методов. Основное отличие в том, что при геотехнологии получают готовый продукт, а при открытой и подземной разработке – горную массу.

При сравнении необходимо учитывать затраты на весь передел руды до конечного продукта.

Эффективность разработки основывается на трех основных показателях:

- удельные капиталовложения;

- себестоимость;

- производительность труда.

Кроме этих основных показателей необходимо также учитывать: рентабельность, срок окупаемости затрат, время строительства предприятия, коэффициент фондоотдачи, годовой экономический эффект, снижение потребности и дефицита в оборудовании и материалах.

Недостатки традиционных методов по сравнению с геотехнологией:

- не обеспечивают высоких технико-экономических показателей;

- неудовлетворительная динамика фондоотдачи из-за высокого удельного веса пассивных фондов (горных выработок);

- высокая фондоемкость и капиталоемкость;

- в течение всего периода эксплуатации приходится регулярно подготавливать все новые и новые участки для добычи, привлекая большие средства.

Коэффициент фондоотдачи определяется по формуле

,

где М – годовой объем конечной продукции, т; С₀ – оптовая цена конечной продукции, тг/т; К – капитальные затраты, тг

Показатель рентабельности определяется из выражения

где С – себестоимость готовой продукции, тг/т; Ф₀ – среднегодовая стоимость основных производственных фондов, тг; Ф_об – среднегодовая стоимость нормируемых оборотных средств, тг

Срок окупаемости капиталовложений является величиной, обратной показателю рентабельности:

, лет

Приведенная себестоимости готовой продукции

, тг/т,

где -нормативный отраслевой коэффициент экономической эффективности,=0,15.

Ценность месторождения определяется из выражения

Ц=(С₀ – С_п) З, тг

где З – промышленные запасы полезного ископаемого;

Допустимая себестоимость полезного ископаемого определяется по формуле:

, тг/т.

Экономическая эффективность геотехнологического метода рассчитывается по соотношению

, тг/т,

где С₁ – себестоимость готовой продукции при традиционных методах разработки месторождений полезных ископаемых, тг/т; К₁ – капитальные затраты при традиционных методах, тг; М₁ – годовой объем конечной продукции на предприятии при традиционной технологии, т.

Варианты исходных данных приведены в таблице.

Вариант	Исходные данные
	М, тыс.т	С0, тг/т	К, млн.тг	С, тг/т	Ф0, млн. тг	З, млн. т	С1, тг/т
1	500	2000	60	1700	20	150	1650
2	720	1800	70	1500	30	250	1400
3	480	2500	55	2200	25	180	2300
4	650	2250	50	1950	18	400	1750
5	725	1850	62	1550	22	320	1650
6	545	2200	52	1900	17	170	1800
7	520	1700	48	1400	15	200	1500
8	620	2000	54	1700	20	140	1800
9	560	1900	57	1600	26	210	1700
10	560	1850	45	1550	24	150	1650

В данном разделе студент приводит расчеты параметров выбранного способа геотехнологии по своему месторождению.

Заключение

В заключении студент приводит основные полученные результаты, описывает перспективу развития способа.

Используемая литература

1. Аренс В.Ж. «Скважинная добыча полезных ископаемых» - М: Недра, 1986

2. Л.А. Пучков, И.И. Шаровар, В.Г. Виткалов В.Г. «Геотехнологические способы разработки месторождений» - М: Изд-во “Горная книга”, 2006

3. Аренс В.Ж. «Физико-химическая геотехнология» - М: МГГУ, 2001

4. Лазченко К.Н. «Геотехнологические способы разработки месторождений полезных ископаемых: учебное пособие» - М: МГГУ, 2002

5. Шаровар И.И. «Геотехнологические способы разработки пластовых месторождений»: Учебное пособие – М: МГГУ, 2002

Казақстан республикасы білім жэне ғылым министрлігі карағанды мемлекеттік техникалық университеті Хамимолда б.Ж., Баизбаев м.Б.

“Пайдалы кен орындарын геотехнологиялық қазып-өндіру әдістері”

пәні бойынша

Әдістемелік нұсқау

Карағанды – 2006 ж.

УДК 622.234.4.42.44

«Геотехнология әдісімен пайдалы кен орнын қазу»

пәніне арналған әдістемелік нұсқау»

Әдістемелік нұсқау 050707 – «Тау-кен ісі» мамандығында

оқитын студенттерге арналған

Әдістемелік нұсқау оқу жоспарымен «Геотехнология әдісімен

пайдалы кен орнын қазу» пән программасы талаптарымен әзірленген.

Пікір беруші – т.ғ.д., ПКҚӨ каф. проф. Исабек Т.К.

Университеттің РШК бекітілген

Жалпы қағидалар

Курстық жұмыс (К.Ж) студенттің «Геотехнология әдісімен пайдалы кен орнын қазу» пәні бойынша соңғы дайындалу қадамы ретінде саналады.

К.Ж негізгі мазмұны – геотехнология әдісіне сәйкес кен орынын ашу, дайындау және қазу технологиялы схемалары.

К.Ж. жүзеге асырғанда «Тау жұмыстарында қауіпсіздік тәртіптері»,

«Техникалы жұмыстардың тәртіптері», «Кен, көмір жатыстарын қазып өндіру» және басқа нормативті құжаттардың қағидаларын қолдану қажет.

Курстық жұмыс мазмұны.

Кіріспе

1. Минералды шикізаттың жатыстағы тау-геологиялық жағдайын талдау.

2. Геотехнология әдістерін қолдану негіздері.

3. Нақты жағдайға геотехнология әдісін дәлелдеу.

4. Геотехнология әдісінің ашу, дайындау және қазып өндіру технологиясы.

5. Қазып өндіру көрсеткіштерін есептеу.

Тұжырым.

Жұмыс мақсаты: Геотехнология әдістерін тәжірибелі есептерді шешу және териятикалы

Жұмыс нысандары: Кен, көмір жатыстары.

Қосымша керекті білімдер:

• Белгілі әдетті қазу жүйелері

• Ашық, жер астындағы әдетті технология процестері

• Физика, химия, термодинамика, механика негізгі заңдары.

• Геология, минералдардың физикалық және химиялық қасиеттері.

ҚЫСҚАША ТАРАУЛАР МАЗМҰНЫ

Кіріспе

Кіріспеде студент өздігімен қазіргі ҚР, ТМД және шетелдердегі геотехнология дәрежесін талдайды. Геотехнология әдістерінің қолдану себептерін қандай екенін анықтайды және әдеттегі технологиямен салыстырғанда әдістің артықшылығы мен кемшілігін көрсетеді.

1.Тау – геология жағдайын талдау

Оқытушы берген кен орны бойынша немесе студент өндірістік тәжірибеде болған кен жатыстарының тау – геология сипаттамаларын талдайды. Яғни – минерал түрі (поли, моно металлды, көмір түрі т.б), жатыс құлама бұрышы мен қалыңдығы, құрылысы, бұзылыстар барлығы, жану-өртенуге қабілетті, жарықшақтығы, қаттылығы т.б.

2. Геотехнология қолдану негіздері

Бұл тарауда студент геотехнология негіздерін келтіреді. Оған жататындар – еріту, балқыту, селтендіру, газдандыру әдістері. Көрсетілген әдістерге кеннің қандай қасиеттері сәйкес келетінін көрсету керек. Яғни, жылжымалы қалыпқа келтіру үшін қандай жағдай туғызу қажет – ыстық (жылы) су беру, Құрғақ жылу немесе тоқ арқылы ысыту, балқыту, қышқыл- сілті қоспамен сілтендіру, ашық ортпен жалындыру.

Процестерді толық анықтау үшін химия, физика, термодинамика заңдарын келтіру қажет.

3. Нақты жағдайда геотехнология әдісін дәлелдеу

Бірінші және екінші тарау мазмұнын біріктіріп, студент мына тарауда керекті әдісті тандап алады, яғни:

• Балқыту, еріту;

• Сілтендіру;

• Газдандыру.

Тағайындаған әдіске қосымша мәлімет – қандай химиялы реогений қолданбалы немесе физикалы әсер және аралас қоспалар арқылы жұмыс қалай атқарылады(қышқыл, тұз, су, сілті, электроток, бактериялы сілтендіру, газ шығу т.б)

4. Ашу, дайындау, қазып өндіру геотехнологиялары

Кен жатыс жағдайларына ыңғайлы келетін ашу, дайындау схема схемалары талқыланады, яғни:

• Жекеленгін, қос, топты скважиналармен

• Құлама бұрышына сәйкес тек, еңісті, аралас скважиналармен

• әдеттегі қазбалармен скважиналар (оқпан, штрек, бремсберг т.б.)

Қазу схемалары деп студент скважиналардың бір біріне байланысын (үш, төрт, нента, гекса бұрышты), қандай салада кенжардың жылжуын, флюидті шығару т.б. процестерді көрсетеді.

5. Көрсеткішті есептеу

Бесінші тарауда келесі көрсеткіштер анықталады (есептеледі):

• реагенттін керекті көлемі

• реагенттегі метал барлығы

• шығару скважинаның өнімділігі

• бір мезгілдегі жұмыстағы скважина саны

• кен алатын қазу мезгілі (уақыты)

• көмір қабатының газдандыру жылдамдығы

• жануға керекті ауа көлемі

• флюидтің шығын бағасы, пайда мөлшері

• ж. б.

Тұжырым

Тұжырымда студент істеген жұмыстың негізгі көрсеткіштерін келтіреді. Және ұсынған әдістің даму саласын көрсетеді. Ол үшін әлемдегі жаңа инновациялы технологияларды көру керек.

РАССМОТРЕНО ОДОБРЕНО

на заседании кафедры РМПИ учебно-методическим бюро ГФ

«____»_____________2006 г. Протокол №___________

Протокол №__________ Председатель учебно-методического

Зав. кафедрой РМПИ бюро ГФ

_______________В.Ф. Демин _________________К.А. Калмурзаев

Методические указания

к курсовому работе по дисциплине «Геотехнологические способы

разработки месторождений полезных ископаемых»

Разработали: Хамимолда Б.Ж., Баизбаев М.Б.

Редактор

Подписано к печати Формат 60х90х16 Тираж 100 экз.

Объем 0,5 уч.-изд. Заказ №_________ Цена договорная

Печатно-множительная мастерская КарГТУ, Караганда, Б. Мира, 56

1

28

2

27

3

26

4

25

5

24

6

23

7

22

8

21

9

20

10

19

11

18

12

17

13

16

14

15

29

52

30

51

31

50

32

49

33

48

34

47

35

46

36

45

37

44

38

43

39

42

40

41