Способ подземного скважинного выщелачивания металлов из рудных тел, не имеющих нижних водоупоров

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ изобретению, непроницаемый барьер получают в почве пласта при наличии в ней карбонатных пород путем подачи раствора серной кислоты в откачные и закачные скважины ячеистой сети технологических скважин, затем после создания непроницаемого барьера в откачных скважинах увеличивают длину фильтровых колонн ф на величину Н 0, равную глубине залегания карбонатных пород от рудного тела по вертикали, а в закачных скважинах - на величину 1, равную расстоянию от кровли рудного пласта до верхнего водоупора, при этом радиус ячейки определяют по формуле 0 гдедопустимая величина опускания раствора по вертикали, о 3 м- плотность воды,- 1 т/м 3 фсреднее фильтрации рудного тела в блоке, м/сут- напор на закачной скважине, м вод. ст.- депрессия на откачной скважине, м вод. ст.- оптимальное значение радиуса ячейки без учета отсутствия нижнего водоупора, м- плотность раствора,1.02 т/м 3 КфВ - значение вертикального коэффициента фильтрации рудного тела и подрудного горизонта,м/сут.(72) Джакишев Мухтар Еркынович Язиков Виктор Григорьевич Рогов Евгений Иванович Рогов Андрей Евгеньевич Дуйсебаев Бауржан Оразович Кайпбаев Дюсетай(73) Акционерное общество Национальная атомная компания Казатомпром Товарищество с ограниченной ответственностью Институт высоких технологий(56) Добыча урана методом подземного выщелачивания. Под руд. В.Л. Мамилова, М. Атомиздат, 1980, с. 124-126(54) СПОСОБ ПОДЗЕМНОГО СКВАЖИННОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ РУДНЫХ ТЕЛ, НЕ ИМЕЮЩИХ НИЖНИХ ВОДОУПОРОВ(57) Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при добыче металлов подземным скважинным выщелачиванием (ПСВ) в карбонатных породах. Техническим результатом изобретения является сокращение времени отработки месторождения,снижение затрат на создание искусственных водоупоров, улучшение экологической обстановки на рудниках. Технический результат достигается тем, что в способе ПСВ металлов из рудных тел, не имеющих нижних водоупоров, включающий бурение сети технологических скважин, создание искусственного водоупора путем получения непроницаемого барьера в породах почвы пласта, согласно 16702 Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при добыче металлов подземным скважинным выщелачиванием (ПСВ) в карбонатных породах. Известны различные способы отработки рудных залежей подземным скважинным выщелачиванием при частичном или полном отсутствии нижнего и верхнего водоупоров, в которых создаются искусственные водоупоры путем гидроразрыва пласта и закачки в него твердеющих смесей. Варианты такой отработки отличаются друг от друга параметрами гидроразрыва пласта и видами закачиваемых материалов (Абдульманов И.Г.,Фазлулин М.И. и др. Комплексы подземного выщелачивания. М. Недра, 1992, 263 с). Основными недостатками таких технологических схем являются- создание искусственных водоупоров требует бурение дополнительной сети скважин,высоконапорных агрегатов для гидроразрыва,особенно при больших глубинах- увеличение времени подготовки запасов к выемке и себестоимости добываемых металлов. Известны также способы ПСВ, при которых предотвращение растекания растворов осуществляют путем образования искусственного непроницаемого рудовмещающего водоносного горизонта. Для этого на некотором расстоянии от рудного тела вверх и вниз по потоку подземных вод разбуриваются по два ряда скважин. Внешние ряды скважин служат для создания механического барьера. Для этого в эти ряды скважин нагнетается твердеющий материал (цемент, синтетические смолы и др.). Нагнетанием в скважины внутренних рядов веществ, которые затвердевают после взаимодействия друг с другом и пластовой водой,создается искусственный барьер (Добыча угля методом подземного выщелачивания. Под ред. Мамилова В.А., М. Атомиздат, 1980, с.124-126). Недостатком этого способа является также увеличение времени отработки месторождения,затрат на добычу металлов и их себестоимости,снижение экологической безопасности рудников подземного выщелачивания. Кроме того, в источниках(2) совершенно не рассматриваются возможные пути создания водоупоров на основе водных растворов кислот, в частности, серной кислоты. Хотя и реакция серной кислоты с карбонатами, приводящая к полной потере фильтрационных свойств любых пород,хорошо изучена с первых опытов ПСВ металлов (1),для создания водоупоров этот способ не применялся и является пионерным. Основной требуемый технический результат при создании искусственных водоупоров состоит в уменьшении или полном исключении потерь металла и реагентов при растекании продуктивных растворов (ПР) под действием сил гравитации и напоров на закачных скважинах (ЗС), приводящих к экономическому ущербу и существенному усложнению и удорожанию при восстановлении пластовых вод 2 после отработки блоков. Кроме того, этот результат должен быть получен при минимальных затратах средств и труда. Известные способы, описанные выше,являются весьма дорогими и низкотехнологичными вследствие сложности и многообразия работ по бурению скважин,гидроразрыву пород, закачки при этом весьма плотных и вязких реагентов (жидкое стекло,цементные растворы). В этой связи разработка нового способа подземного скважинного выщелачивания металлов из рудных тел, не имеющих водоупоров на базе единого реагента водного раствора серной кислоты и единой системы скважин исключает отмеченные недостатки известных способов. Задачей изобретения является создание способа,позволяющего сократить время отработки месторождения и себестоимость добываемых металлов,за счет создания управляемых фильтрационных потоков растворов в пределах продуктивных горизонтов. Техническим результатом изобретения является сокращение времени отработки месторождения,снижение затрат на создание искусственных водоупоров, улучшение экологической обстановки на рудниках. Это достигается тем, что в способе, включающем бурение сети технологических скважин, создание искусственного водоупора путем получения непроницаемого барьера в породах почвы пласта,согласно изобретению, непроницаемый барьер получают в почве пласта при наличии в ней карбонатных пород путем подачи раствора серной кислоты в закачные и откачные скважины ячеистой сети технологических скважин, затем после создания нижнего водоупора в откачных скважинах увеличивают длину фильтровых колонн ф на величину Но, равную глубине залегания карбонатных пород от рудного тела по вертикали, а в закачных скважинах - на величину 1, равную расстоянию от кровли рудного пласта до верхнего водоупора, при этом радиус ячейки определяют по формуле 0 исходя из равенства времени фильтрации раствора от ЗС к ОС и опускания его по вертикали на глубину,гдевеличина опускания раствора по вертикали, равная глубине залегания карбонатных пород от рудного пласта- плотность воды,- 1 т/м 3 фсреднее фильтрации рудного тела в блоке, м/сут- напор на закачной скважине, м вод. ст.- депрессия на откачной скважине, м вод. ст.- оптимальное значение радиуса ячейки без учета отсутствия нижнего водоупора, м- плотность раствора,1,02 т/м 3 16702 КфВ - значение вертикального коэффициента фильтрации рудного тела и подрудного горизонта,м/сутфв 0,1 ф Технический результат достигается за счет использования свойств карбонатных пород при их наличии в почве пласта и при взаимодействии их с серной кислотой переходить в непроницаемые массивы, увеличения длин фильтровых колонн технологических скважин, а также за счет управляемой величины скорости фильтрации, путем регулирования радиуса ячейки. На фиг. представлена схема образования искусственных водоупоров, где 1 -фильтры длиной ф 2 - нижний водоупор 3 - рудная залежь мощностью Мр 4 - закачные скважины 5 - откачная скважина 6 - глубина залегания карбонатных пород от рудного тела - Но 7 - радиус ячейки. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. В блоке сооружают систему скважин по ячеистой схеме,например,гексагональной. Все скважины пробуривают до карбонатных пород (см.фиг.). Затем все скважины включают на подачу (закачку) сернокислотного раствора. После определенного времени, за счет плоскорадиальной фильтрации с опусканием раствора в карбонатных породах, создается искусственный водоупор на расстоянии Но от почвы рудного пласта Мр. После чего оборудуют откачные и закачные скважины рабочими фильтровыми колоннами. При этом в закачных скважинах фильтровую колонну увеличивают на 1 вверх от кровли пласта, а в откачных скважинах - на Но вниз от почвы пласта. Это обеспечивает за счет плоскорадиальной и вертикальной фильтрации раствора полную проработку рудного тела в пределах каждой ячейки и блока с минимальным прихватом пустых пород и без растекания раствора. Далее процесс после включения системы фильтров на ЗС и ОС протекает в обычном режиме выщелачивания до проектного уровня извлечения металла из пласта. В качестве примера обратимся к опытному участку ОПВ-2 на месторождении Инкай, который был включен в работу 22 марта 2002 г. Исходные данные Коэффициент фильтрации (Кф) нерудная часть 14 м/сут рудная 20 м/сут подрудная 14 м/сут. Растворы в закачные скважины подаются под давлением - 3,5 атм. или 35 м вод. ст. Статический напор на закачных скважинах - 17 м вод. ст.,351752 м. Понижение на откачных скважинах приблизительно 10 м,- 10 м. Площадь полигона -17046 м 2. Запасы урана - 195572 кг. На полигоне работает 7 откачных скважин и зс 16 закачных. Среднесуточные объемы подачи выщелачивающих растворов в закачные скважины в мае составили 67,5 м 3/час, в июне - 59,6 м 3/час аналогичные данные и по откачным скважинам. 230,4 м 3/сут зс 100,2 м 3/сут. Величина напора (компрессии) на закачных скважинах 52 м. Величина напора (депрессии) на откачных скважинах 10 м. Радиус скважин - 0,06 м. Коэффициент эффективной пористости 0,25. Параметрзс 2,3 Мр 5 м Но 8 м Кфв 2,1 ос м/сут 11,9 м. На глубине Но 8 м от почвы рудного тела имеются карбонатные породы, пригодные для создания искусственных водоупоров предлагаемым способом. Определим допустимый радиус ячейки 0 по (1)0 где Кф 20, коэффициент фильтрации рудного тела, м/сут к 2,6 - показатель скин-эффекта Длина фильтра для ЗС с мощностью рудного тела в ней Мр 5 м составит ф 51,96,97 м,где 1,9 м - расстояние от кровли пласта до верхнего водоупора, и для ОС ф 5813 м. Произведем обоснование эффективности нового способа. Стоимость создания искусственного водоупора при площади блока бл 1705 м 2 составит СС 1 С 2 С 3, . Объем закачиваемых твердеющих растворов,например, жидкого стекла тбл, м 3 при 10 см 0,1 м получим т 1705 м 3. Стоимость жидкого стекла Сст 52 /м 3,включающая его транспортировку и закачивание в скважины 117055288660 . Стоимость скважин гидроразрыва из расчета 1 скважина на 400 м 2 при глубине Н 250 м и Сскв 15 /м пог. 170462250 15159806 США 400 Стоимость электроэнергии и другие расходы примерно 10 от первых двух, т.е. С 30,1-(1 С 2)(88660159806)0,125000 США Стоимость создания искусственного водоупора из карбонатных пород будет складываться из расходов на серную кислоту в среднем 10 кг/т горнорудной массы Ск 0,115170461,743467,где 15 /т - стоимость серной кислоты 1,7 т/м 3 - плотность пород 0,1 м - средняя мощность карбонатов. 16702 Кроме того, затраты на перебур скважин до карбонатных пород и их оборудование короткими фильтрами составят Сскв.23818634224 США. Общий экономический эффект от предлагаемого нового способа по одному только блоку составит Э 1598068866025000-(4346734224)173275 США. При средней продуктивности пласта 8,8 кг/м 2 и коэффициенте извлечения 00,95 экономия средств на 1 кг металла составит 173275 Э 11,2 /т 170468,80,95 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ подземного скважинного выщелачивания металлов из рудных тел, не имеющих нижних водоупоров,включающий бурение сети технологических скважин, создание искусственного водоупора путем получения непроницаемого барьера в породах почвы пласта, отличающийся тем, что непроницаемый барьер получают в почве пласта при наличии в ней карбонатных пород путем подачи раствора серной кислоты в откачные и закачные скважины, затем после создания непроницаемого барьера в откачных скважинах увеличивают длину фильтровых колонн ф на величину Н 0, равную глубине залегания карбонатных пород от рудного тела по вертикали, а в закачных скважинах - на величину 1, равную расстоянию от кровли рудного пласта до верхнего водоупора, при этом радиус ячейки определяют по формуле 0 где- величина опускания раствора по вертикали, равная глубине залегания карбонатных пород от рудного тела- плотность воды,- 1 т/м 3 фсреднее фильтрации рудного тела в блоке, м/сут- напор на закачной скважине, м вод. ст.- депрессия на откачной скважине, м вод. ст.- оптимальное значение радиуса ячейки без учета отсутствия нижнего водоупора, м- плотность раствора,1,02 т/м 3 КфВф - значение вертикального коэффициента фильтрации рудного тела и подрудного горизонта,м/сут.