Процесс добычи полезного ископаемого геотехнологическими способами
Добычное оборудование включает в себя два типа оборудования:
для отделения от массива и доставки полезного ископаемого к забою скважины;
для подъёма полезного ископаемого на поверхность.
К первому типу относятся, колонны перфорированных труб; скважинные гидромониторы; скважинные нагреватели (горелки, электронагреватели), вибраторы, скважинные излучатели и др.
Ко второму типу относятся: подъёмники, эрлифты, гидроэлеваторы, погружные насосы, колонны эксплуатационных труб.
Тип применяемого добычного оборудования полностью определяется самим способом разработки. Забойное оборудование включает колонну эксплуатационных труб, всевозможные перфорированные фильтры, пакеры и, в отдельных случаях (как при скважинной гидродобыче), исполнительные органы, предназначенные для отделения полезного ископаемого от массива.
Конкретный набор добычного оборудования может быть самым различным, не только при использовании различных методов, но и при отработке разнотипных месторождений одним и тем же методом.
Так, при подземной выплавке серы эксплуатационная колонна включает три концентрических става труб; диаметром 6-8" — для подачи воды; диаметром 3-4" — для выдачи полезного ископаемого; диаметром 1" — для подачи сжатого воздуха, используемого для выдачи полезного ископаемого. В забойной части ставов установлен пакер, отделяющий перфорацию для подвода теплоносителя в пласт, от перфорации для поступления в став расплавленной серы. Конструкции пакеров серодобычных скважин приведены на рис. 1.3.3.
Аналогично выглядит и забойное оборудование при подземном растворении солей.
Выбор оборудования для скважинной гидродобычи зависит от прочностных характеристик полезного ископаемого, глубины залегания и гидростатических условий. Гидродобычной агрегат — гидромонитор — может иметь самую разнообразную конструкцию: телескопический, поворотный, на гибком трубопроводе и т.п. Само забойное оборудование может опускаться в одну или две скважины.
О
Рис. 1.3.3. Конструкция пакеров серодобычных скважин
борудование скважины для подземного выщелачивания включает нагнетательное и откачное. Эксплуатационные трубы изготавливаются из кислотоустойчивых материалов. В скважинах располагаются трубчатые фильтры с круглой или щелевой перфорацией.
Процесс подъёма полезного ископаемого может происходить:
1) энергией нагнетательного рабочего агента;
2) вводимой в скважину энергией сжатого воздуха или газа;
3) погружными насосами;
4) гидроэлеваторами.
Наиболее простым и эффективным средством подъёма является нагнетательный эрлифт. Воздух подаётся по воздухопроводу, а продукт поднимается по кольцевому пространству между воздухоподающей и обсадной трубами. Нижняя часть воздухопровода перфорирована.
Достоинствами эрлифтного подъёма являются: простота, надёжность в работе, отсутствие движущихся частей, возможность свободного выноса частиц пород, сопутствующих продуктивным растворам.
Недостатками эрлифтного подъёма являются: относительно низкий к.п.д. (не более 10 %); необходимость наличия специального компрессорного оборудования
Физика процесса эрлифтного подъёма связана с подъёмом гидросмеси за счёт энергии расширения газа, разности скоростей жидкой и газообразной фаз, работы пузырька газа как негерметичного поршня, снижения удельного веса смеси, поднятия жидкости по закону сообщающихся сосудов. Принципиальная схема гидроэлеваторного подъёма показана на рис 1.3.4 В центральном гидроэлеваторе напорная вода в камеру смешения 1 поступает из насадки 2 При этом в приёмной камере создаётся вакуум, за счет которого засасывается поток гидросмеси, который смешивается с потоком воды в смесительной камере 3. Смесь через диффузор 4 поступает в нагнетательный трубопровод 5, и по нему выдаётся на поверхность. Поток гидросмеси засасывается в приёмную камеру и поступает в конфузор 6 через всасывающий патрубок 7, опущенный в гидросмесь.
Рис. 1.3.4. Принципиальная схема гидроэлеваторного подъема.
Эффективность работы гидроэлеватора определяется соотношением расхода перекачиваемой и рабочей жидкостей, а также площадей поперечного сечения камеры смешения и всасывающей трубы. Кроме того, на к.п.д. гидроэлеватора оказывает влияние подпор перекачиваемой жидкости при работе в затопленной добычной камере, а также крупность транспортируемой руды. Экспериментально установлено, что область наибольших к.п.д не превышает 0,4.
Подъём руды по скважине часто осуществляется комбинацией гидроэлеватора и эрлифта.
В 1971-76 г.г. были проведены большие работы по созданию и изготовлению погружных скважинных насосов в коррозионно-стойком исполнении. Были разработаны конструкции, изготовлены, испытаны в производственных условиях и приняты к серийному производству несколько типоразмеров погружных скважинных электрических насосов: УЭЦНК4-100-80, УЭЦНК-160-80, УЭЦНК6-360-150, ЭЦВ6-25-140ХГ и др.
Эти насосы имеют к.п.д. 36-37 % и могут откачивать из скважин продуктивные растворы, содержащие до 10 % серной кислоты и 0,1 г/л механических примесей.
Принципиальная схема установки УЭЦНК4-100-80 для откачки продуктивных растворов при подземном выщелачивании урана приведена на рис. 1.3.5.
Испытания и опытная эксплуатация показали, что дебит добычных скважин при применении погружных насосов по сравнению с эрлифтами возрастает в 1,5-2 раза, расход электроэнергии снижается в 4-6 раз. Насосы облегчают автоматизацию процесса подъема растворов и устраняют их распыление на устьях откачных скважин. Особенно эффективна работа погружных насосов в зимнее время, т.к. устраняется возможность промерзания трубопроводов со сжатым воздухом.