Способ отработки инфильтрационных пластовых месторождений металлов на флангах подземным выщелачиванием

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к горному делу и может быть использовано на практике при добыче металлов подземным скважинным выщелачиванием,который осуществляется через систему закачных и откачных скважин. В изобретении предлагается новое техническое решение для предотвращения растекания выщелачивающих растворов и снижения потерь металлов в недрах на основе сокращения площади растекания рабочих растворов за пределы контура рудной залежи путем закладывания крайнего ряда закачных скважин с отступлением от внешнего контура эксплуатационного блока внутрь отрабатываемой площади на оптимальное расстояние,которое определяется по формуле, выведенной на основе принципа близкодействия скважин.(72) Язиков Виктор Григорьевич Рогов Евгений Иванович Иванин Евгений Филатович Забазнов Владимир Львович Троценко Евгений Матвеевич Рогов Андрей Евгеньевич(73) Акционерное общество Национальная атомная компания КАЗАТОМПРОМ(56) Луценко И.К. и др. Бесшахтная разработка рудных месторождений.М. Недра, 1986(54) СПОСОБ ОТРАБОТКИ ИНФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ МЕТАЛЛОВ НА ФЛАНГАХ ПОДЗЕМНЫМ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕМ 14354 Изобретение относится к горному делу и может быть использовано на практике при добыче металлов подземным скважинным выщелачиванием(ПСВ), который осуществляется через систему закачных и откачных скважин. Известны способы отработки рудных залежей, в которых для ограничения растекания выщелачивающих растворов за контуры эксплуатационных блоков и затрат выщелачивающего реагента на взаимодействие с безрудными породами предложено устройство вертикальных завес (а. с. СССР 1575621, 1990). Эти завесы сооружают путем нагнетания в барражные скважины, пробуренных вокруг контура рудного тела, твердеющего материала (цемент, горячий гудрон и др.), который после взаимодействия с вмещающими породами и пластовой водой образует барьер, сокращающий растекание выщелачивающего раствора за контуры блока. К недостаткам этих способов следует отнести необходимость дополнительных затрат на бурение барражных скважин, на откачку и закачку пластовых вод, на специальные материалы и технические решения по доставке их в рудовмещающий горизонт, при отсутствии твердой уверенности в возможности создания завес по всей мощности рудовмещающего горизонта. Известен также способ, по которому с целью создания вертикальных гидрозавес по контуру рудной залежи предлагается бурение законтурных барражных скважин с циркуляцией путем откачки и закачки в них законтурных пластовых вод (Комплексы подземного выщелачивания. Под ред. Кедровского О.Л. М. Недра, 1992, с. 261). Недостатком этого способа является необходимость дополнительных затрат на бурение барражных скважин, непроизводительные затраты на откачку-закачку пластовых вод и обслуживание системы гидравлической завесы, практически, в течение всего периода отработки, при этом достигается только частичное сокращение растекания и потерь растворов. Наиболее близким к предлагаемому является способ сокращения площади растекания рабочих растворов (Луценко И.К. и др. Бесшахтная разработка рудных месторождений. - М. Недра, 1986) путем смещения крайнего закачного ряда внутрь рудной залежи на 10 м. В качестве недостатков этого способа, принятого за прототип следует отметить сравнительно высокий уровень потерь реагента (10 ) за счет растекания рабочих растворов, а вместе с ними и металла. Кроме того, выбор расстояния отступления от контура внутрь рудной залежи носит частный, эмпирический характер, без учета главных влияющих на выбор указанного расстояния ряда факторов радиуса ячейки, коэффициента эффективной пористости( К), продуктивности рудного тела, отношения числа закачных скважин к числу откачных в блоке(ЗС ), напора на закачных скважинах и депрессии на откачных скважинах, коэффициента 2 фильтрации продуктивного горизонта ( К ф ) в блоке. Без знания указанных параметров установить оптимальную величину расстояния отступления крайних закачных скважин внутрь от контура залежи не представляется возможным. Техническим результатом предлагаемого изобретения является сокращение площади растекания рабочих растворов, снижения расхода кислоты на реакцию с породами в контуре растекания и исключение потерь продуктивного раствора и соответственно металла на флангах эксплуатационных блоков. Сущность изобретения состоит в следующем вскрытие рудной залежи производят системой технологических скважин с подачей выщелачивающего раствора через закачные скважины и отвода продуктивного раствора через откачные скважины, при этом закачные скважины крайнего ряда закладывают с отступлением от внешнего контура внутрь рудной залежи. Основными отличиями заявляемого способа от прототипа являются то, что при проектировании и разработке системы вскрытия рудной залежи, оконтуренной в эксплуатационном блоке, закачные скважины на флангах закладывают с отступлением от внешнего контура внутрь отрабатываемой площади на, заранее вычисляемое оптимальное расстояние 0 для каждого конкретного блока. При этом остальные скважины по сети располагают, исходя из условий обеспечения нерастекания растворов за геометрические контуры блока с учетом радиуса ячейки и скважины и оптимального отношения числа закачных скважин к откачным. Физическая сущность предлагаемого способа отработки флангов для инфильтрационных пластовых месторождений металлов базируется на принципе близкодействия закачных и откачных скважин. Согласно авторам (Рогов Е.И., Язиков В.Г., Рогов А.Е. К определению пределов изменения радиуса гексагональной ячейки и расстояния между скважинами в рядных схемах. КИМС,3-4, 2000, с. 18-23), при использовании понятия средней скорости фильтрации раствора от любой -ой закачной к любой -ой откачной скважине, среднее время - фильтрации по любой линии тока выражается формулой где,- радиус питания - линейный размер области действия откачной скважины, м- средний коэффициент эффективной пористости пласта, доли ед- средний коэффициент фильтрации, 14354- параметр - отношение числа закачных скважин к откачным откачных скважин соответственно, шт.)- напор на закачных скважинах, м вод. столба О - депрессия на откачной скважине, м вод. столба С - радиус скважины, м 1,157 - постоянный безразмерный коэффициент. Расчеты на основе этой формулы позволили установить новый, так называемый, принцип близкодействия в системе закачных и откачных скважин,позволяющий вместо анализа и расчета всей сети скважин переходить к анализу только элементарной ячейки. Исходя из этого свойства сетей, для снижения расхода выщелачивающего реагента и уменьшения потерь металла на флангах предлагается сократить площадь растекания рабочих растворов за пределы контура рудного тела путем закладывания закачных скважин с отступлением от внешнего контура эксплуатационного блока внутрь отрабатываемой площади на оптимальное расстояние - х 0. Критическое время растекания Ткр раствора на флангах за пределы оконтуренного месторождения,на основе принципа близкодействия скважин, для гексагональной ячейки определяется по формуле,- средний коэффициент эффективной пористости пласта, доли ед С другой стороны, время растекания кр раствора на флангах за пределы контура можно выразить через оптимальное искомое расстояние х 0 и критическую скорость растекания, фильтрации раствора за пределы контура к Здесь предполагается, что скорость к должна быть тем больше, чем выше продуктивность рудного тела (количество металла в кг на единицу площади залежи) и априори принять следующую наиболее вероятную зависимость м/сут,(4) ка,где,- продуктивность рудного тела, кг/м 2 а - размерный коэффициент, х 0 Отсюда видно, что оптимальное искомое расстояние 0 с увеличением напорана закачных скважинах и коэффициента фильтрации пласта Кф уменьшается, а с увеличением радиуса ячейки (О) и уменьшения продуктивности рудной залежи на фланге - растет. Таким образом, для устранения отмеченных недостатков в неуправляемом процессе растекания растворов за пределы контура блока предлагается вполне конкретное новое решение - закладывать от контура блока на флангах закачные скважины не как угодно, а на величину - 0. Этот признак и является главным, определяющим сущность изобретения. С другой стороны геометрическая площадь блока, например, при гексагональной схеме вскрытия определяется по формуле Для усредненных условий инфильтрационных месторождений урана типа Мынкудук, Уванас, Карамурун можно принять а 0,1. Поэтому, подставляя величину к из (4) в (3) и с учетом (2), можно получить вполне соответствующую реальным процес Площадь закисленных пород в блоке определяется по выведенной нами формуле где О - оптимальный радиус элементарной ячейки,м сам фильтрации раствора на флангах формулу для определения оптимального расстояния 0 Так как ЗСОС, то получим в идеальном случае условие нерастекания растворов за геометрические контуры блока при ббк в виде- параметр отношения числа закач ОС ных скважин к откачным в блоке О- радиус ячейки, м С - радиус скважины, м. Оптимальное соотношение закачных скважин к откачным ЗС гарантирует нерастекание рас ОС творов за геометрические контуры блока. Следовательно, при отступлении закачных скважин во внутрь рудной залежи от ее границы на оптимальное расстояние х 0, и достижении условия (8) с большей степенью надежности обеспечивается нерастекание растворов за пределы контура рудной залежи Пример. Для подтверждения осуществимости предлагаемого способа была запроектирована и сооружена система вскрытия и отработки трех опытных блоков на месторождении Мынкудук со смещением внешнего (крайнего) ряда закачных скважин во внутрь контура рудной залежи на расстояние, определенное 3 14354 с учетом параметров каждого блока по соотношению, приведенному в изобретении. Показатели по блоков Запасы металла, т Степень извлечения,Параметр ЖТ Добыто металла, т 27-2 210 69,7 0,8 146 26-2 141 44,3 1,5 62 22-1 365 55,1 1,8 210 Всего 716 418 Среднее по бло 58,4 1,36 кам Примечание Параметр ТЖ - это весовое количество рабочего раствора приходящееся на весовую единицу выщелачиваемой горнорудной массы, обеспечивающее заданное извлечение металла из месторождений. По статическим данным многолетней эксплуатаФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ ции месторождения Мынкудук методом подземного Способ отработки инфильтрационных пластовых выщелачивания по существующей схеме вскрытия и отработки установлено, что при ЖТ 1,36 величина месторождений металлов на флангах подземным степени извлечения составляет - 49,6 , что на 8,8 выщелачиванием, включающий вскрытие руднойниже чем по предлагаемому изобретению (58,4- залежи системой технологических скважин, подачу выщелачивающего раствора через закачные сква 49,6). По данным отработанных блоков проектное из- жины и отвод продуктивного раствора через откачвлечение 80 в целом по месторождению достига- ные скважины при смещении закачных скважин ется при ЖТ 2,5. Поскольку опытные блоки к на- крайнего ряда внутрь рудной залежи, отличающийстоящему моменту не отработаны, то путем экстра- ся тем, что закачные скважины на флангах рудной поляции получены следующие показатели проект- залежи закладывают с отступлением от внешнего ное извлечение металла (80 ) будет достигнуто контура залежи внутрь на расстоянии Х 0, опредепри ЖТ 2,1-2,2, что свидетельствует о снижении ляемое из соотношения количества сернокислотного раствора, необходимо 18502 го для выщелачивания горнорудной массы на 12-15. 1,157 ф ( н 0 )Результаты опытной эксплуатации блоков пока зали также, что за счет снижения растекания расгде 0 - радиус элементарной ячейки, м твора за контур рудной залежи и потерь продуктивного раствора (ПР) повысилась концентрация ме- средний коэффициент пористости пласта,талла в ПР на 10,5 мг/л (70 мг/л против 59,5 мг/л по существующей схеме). При этом снизился расход доли ед.- размерный коэффициент кислоты на 7,3 кг/кг металла за счет снижения коли - средняя продуктивность рудного тела, кг/м 2 чества горнорудной массы, вовлекаемой в отработф ку.- средний коэффициент фильтрации, м/сут- отношение числа закачных скважин к числу откачных скважин- напор на закачных скважинах, м.вод.ст.- депрессия на откачных скважинах, м.вод.ст.-радиус скважины, м.