Способ скважинного подземного выщелачивания скальных руд

Способ скважинного подземного выщелачивания скальных руд

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при проектировании, освоении и отработке скальных руд месторождений различных полезных ископаемых, в том числе таких как уран, медь, золото и др., методом подземного выщелачивания (ПВ).

Известны различные способы отработки месторождений скальных руд методом ПВ /1, 2/. Наибольшее распространение получили способы ПВ с предварительным осушением месторождений, последующим дроблением руды и выщелачиванием ее инфильтрационным потоком рабочих растворов /2, с.319-336/. Основными недостатками этих способов являются высокая стоимость отработки, большие потери руд за счет не вовлекаемой в отработку их бедной части и существенное загрязнение окружающей среды из-за необходимости извлечения из недр для создания компенсационного пространства 15-20% объема горнорудной массы и переработки ее на поверхности земли.

Известен также способ скважинного ПВ скальных руд /3, 4/, включающий бурение геотехнологических скважин по падению рудных тел, подачу в скважины выщелачивающих растворов и газообразных окислителей и извлечение из тех же скважин продуктивных растворов. Применение способа возможно только на обводненных, неосушенных месторождениях. Этот способ в связи с наибольшим количеством общих существенных признаков с заявленным принимается за прототип.

В этом способе в значительной мере устранены недостатки аналогов, но ряд из них все же остался. К основным из них относятся такие, как невозможность использования для отработки необводненных рудных тел, в том числе на уже разведанных и вскрытых разведочными горными выработками, тем самым частично осушенных, месторождениях; сложность проведения процесса ПВ при использовании одних и тех же скважин в качестве закачных и откачных; необходимость использования высокого в 30-60 атм давления подачи газообразного окислителя в скважины и др.

Задачей изобретения является создание способа, позволяющего вести эффективную отработку частично осушенных месторождений с использованием простой и малозатратной технологии.

Решение этой задачи достигается способом ПВ скальных руд, включающим сооружение геотехнологических скважин, подачу в рудные тела выщелачивающих растворов и извлечение из них продуктивных растворов, в котором, согласно изобретению, перед проведением ПВ проводят предварительное осушение верхней части месторождений этих руд, отработку обводненных и осушенных рудных тел проводят раздельно и при этом сбор продуктивных растворов из этих тел ведут в оставшейся обводненной части месторождения в ее верхней зоне. Подачу же выщелачивающих растворов при отработке осушенных руд производят в верхнюю часть месторождения, а при отработке обводненных руд эту подачу ведут в нижнюю часть месторождения. Кроме того, в процессе выщелачивания руд ведут их окисление кислородсодержащим газом (техническим кислородом, воздухом и др.). При отработке осушенных руд окисляющий газ подают непосредственно в зону выщелачивания, а при отработке обводненных руд его подают в зону выщелачивания в растворенном виде вместе с выщелачивающим раствором.

Способ с приведенными выше признаками имеет ряд достоинств и преимуществ перед прототипом и аналогами.

Согласно изложенной сущности изобретения к первому и главному его отличию относится проведение предварительного осушения и раздельная отработка осушенных и обводненных его частей таким образом, чтобы образуемые в этих частях продуктивные растворы собирались бы в верхней обводненной части месторождения. Такое сочетание операций в отличие от прототипа, когда сначала производится отработка верхней водонасыщенной части месторождения, затем производится осушение отработанной части и начинается отработка нижезалегающей обводненной части месторождения и т.д., определяет возникновение следующих положительных свойств у заявленного изобретения.

1. Существенно сокращается время промышленного освоения месторождения, поскольку на одной и той же его площади возможно проведение отработки на вдвое большей вертикальной протяженности рудных тел.

2. Появляется возможность эффективной отработки наиболее дешевым скважинным способом ПВ ранее разведанных под традиционные способы отработки и непригодных для такой отработки по экономическим показателям месторождений. Все они вскрыты разведочными горными выработками. К ним относится, в частности, большое число месторождений, вскрытых штольневыми выработками, рудные тела над которыми оказались осушенными.

3. Сбор продуктивных растворов, образующихся при отработке осушенных и обводненных рудных тел, в верхней обводненной части месторождения позволяет сократить количество используемых для этой отработки откачных скважин, поскольку одни и те же скважины используются как при отработке осушенных, так и при отработке обводненных рудных тел.

Дополнительные отличительные признаки, выражаемые в обобщенной форме как удаление мест подачи растворов на максимальные расстояния от мест сбора продуктивных растворов и использование для окисления руды кислородсодержащего газа при подаче его в осушенную зону выщелачивания в газообразном виде, а в водонасыщенную - в растворенном виде, позволяют в ряде случаев конкретных природных условий дополнительно повысить эффективность способа за счет повышения концентрации выщелачиваемого элемента в продуктивном растворе, увеличения реакционной способности окислителя, упрощения технологической схемы ПВ и др.

Повышение концентрации выщелачиваемого элемента в продуктивном растворе является следствием удаленности мест подачи раствора от мест их сбора в рудном массиве, поскольку в этом случае уменьшается отрицательное влияние крупных, высокопроводящих трещин на формирование продуктивных растворов. Как показывает практика, протяженность таких трещин, способствующих появлению короткозамкнутых фильтрационных потоков, в трещиноватых скальных породах составляет около 20-25 м. Поэтому чем больше путь фильтрации растворов в таких породах, тем более поток выщелачивающих растворов становится однородным и насыщенным полезным компонентом.

Увеличение реакционной способности окислителя хорошо видно при сравнении со схемами выщелачивания руд в водонасыщенной среде, когда подача растворов с растворенным газообразным окислителем ведется в верхнюю часть выщелачиваемого массива. Так, например, это делается в способе по прототипу. В отличие от этих схем, подача газонасыщенных растворов в нижнюю часть выщелачиваемого массива позволяет повысить содержание в них газов, поскольку величина их растворимости пропорциональна гидростатическому давлению воды, увеличивающемуся в данном случае по мере погружения мест подачи растворов в обводненные породы. Чем выше концентрация окислителя в выщелачивающем растворе, тем интенсивнее он окисляет руды и способствует переходу выщелачиваемых элементов (урана, меди, золота и др.) в подвижное состояние.

Упрощение технологической схемы связано с такими ее основными особенностями, как разделение геотехнологических скважин на закачные и откачные, что позволяет вести процесс ПВ в непрерывном режиме, без затрат времени на формирование продуктивных растворов с достаточной концентрацией выщелачиваемого элемента; как подача газов в геотехнологические скважины при пониженном давлении и др. При таких особенностях схемы снижается трудоемкость подготовительных и эксплуатационных работ и повышается безопасность их проведения.

Изобретение иллюстрируется фигурами 1 и 2. На них показаны геотехнологические разрезы по месторождению скальных руд с типовыми природными условиями. На первой фигуре дается разрез вкрест простирания рудовмещающей зоны и на второй - по ее простиранию.

На этих фигурах видно: 1 - рудовмещающая зона, простирающаяся вдоль тектонических нарушений в массиве скальных пород и состоящая из этих же пород с изменениями, сопутствующими тектоническим процессам (повышенная трещиноватость, дробление, брекчированность, перетертость и т.п.); 2 - закачная скважина в обводненной части зоны и ее фильтр; 3 - линия тока выщелачивающего раствора; 4 - откачная скважина; 5 - дренажная скважина; 6 - уровень подземных вод; 7 - закачная скважина в осушенной зоне; 8 - поверхность земли; 9 - линия тока воздуха, подаваемого в осушенную зону; 10 - буровой штрек; 11 - воздухоподающие скважины; 12 - рудные тела.

Применение способа поясняется следующим примером, основанным на природных условиях уранового месторождения "Горное" в Забайкалье. Это урановое месторождение в скальных породах (гранитах) приурочено к крутопадающей под углом 70°-90° тектонической зоне их дробления. В этой зоне, являющейся рудовмещающей (см. фиг.1, 2), кулисообразно размещаются рудные тела (12), прослеживающиеся по падению от поверхности земли до глубины 700 м и по простиранию на расстояние более 2 км. Проницаемость зоны характеризуется коэффициентом фильтрации, определенным по данным опытной откачки, равным 0,2 м/сутки.

Для отработки месторождения способом скважинного ПВ его вскрывают штольней на среднем по глубине расположения рудных тел горизонте. Из штольни вдоль простирания рудовмещающей зоны проходят полевой штрек, из которого в рудовмещающую зону через 25 м проходят буровые штреки или рассечки (10). Из полевого и буровых штреков бурят дренажные скважины (5), в результате действия которых, а также штреков, на подземные воды верхняя половина месторождения оказывается осушенной. Уровень подземных вод при этом занимает положение (6).

Из буровых штреков бурят нисходящие вдоль рудовмещающей зоны закачные скважины (2) глубиной 350 м и откачные скважины (4) глубиной 20-30 м. Кроме них, в обе стороны от штрека бурят горизонтальные воздухоподающие скважины (11) длиной по 10 м. С поверхности земли бурят вдоль рудовмещающей зоны через 5-10 м закачные скважины (7) в осушенную зону на глубину 20-30 м.

После этой подготовки для отработки рудных тел, расположенных в осушенной части месторождения, подают воздух в скважины (11) и одновременно или после достаточного окисления руды подают выщелачивающие растворы в скважины (7). Просачивающийся через рудные тела раствор, линии тока которого ориентировочно показаны на фиг.2, обогащается выщелачиваемым элементом и становится продуктивным. По достижении этим раствором зеркала подземных вод он откачивается через скважины (4) и затем направляется на переработку.

Для отработки руд, находящихся в обводненной части месторождения, подают в скважины (2) выщелачивающий раствор вместе с растворенным в нем воздухом. Для этого могут быть использованы различные схемы растворения, например схема, приведенная в /5, с.103/, при использовании которой давление подачи воздуха обычно не превышает 5 атм. Раствор, поднимаясь по рудовмещающей зоне, выщелачивает полезный компонент из руды, обогащается им и затем, по достижении уровня скважин (4), откачивается через них и направляется на переработку. Такой режим работы продолжается до полной отработки месторождения.

Список литературы

1. Добыча урана методом подземного выщелачивания / Мамилов В.А., Петров Р.П., Шушания Г.Р. и др. Под ред. В.А.Мамилова. - М.: Атомиздат, 1980, 148 с.

2. Справочник по геотехнологии урана/ В.И.Белецкий, Л.К.Богатков, Н.И.Волков и др.; Под ред. Д.И.Скороварова. - М.: Энергоатомиздат, 1997. - 672 с.

3. Описание изобретения к патенту РФ №2069262.

4. Пименов М.К., Культин Ю.В., Мосинец В.Н., Подоляко М.Л. Перспективные направления совершенствования технологии скважинного подземного выщелачивания урана на месторождениях России. Горный журнал, №12, 1999, с.41-44.

5. Толстов Е.А. Физико-химические технологии освоения месторождений урана и золота в Кызылкумском регионе. - М.: Издательство МГТУ, 1999, с. - 314.

1. Способ скважинного выщелачивания скальных руд, включающий сооружение геотехнологических скважин, подачу в рудные тела выщелачивающих растворов и извлечение из этих тел продуктивных растворов, отличающийся тем, что перед проведением подземного выщелачивания проводят предварительное осушение верхней части месторождений скальных руд, отработку обводненных и осушенных рудных тел производят раздельно и при этом сбор продуктивных растворов из рудных тел ведут вверху обводненной части месторождений.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при отработке осушенных руд подачу выщелачивающих растворов производят в верхнюю часть месторождения, а при отработке обводненных руд подачу выщелачивающих растворов ведут в нижнюю часть месторождения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе выщелачивания руд ведут их окисление кислородсодержащим газом.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что при отработке осушенных рудных тел кислородсодержащий газ подают непосредственно в зону выщелачивания.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при отработке обводненных рудных тел окисляющий газ подают в зону выщелачивания в растворенном виде вместе с выщелачивающим раствором.