Способ подземного скважинного выщелачивания металлов для двухярусных рудных тел

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для проектирования и отработки эксплуатационных участков или блоков при добыче металлов подземным скважинным выщелачиванием из инфильтрационно-пластовых месторождений с двухъярусным залеганием рудных тел в продуктивном горизонте - пласте. В изобретении дано новое техническое решение для отработки двухъярусного рудного тела в одном продуктивном горизонте снизу вверх в три этапа,разделяющихся определяемым временем включения фильтров скважин нижнего и верхнего ярусов в одной системе вскрывающих технологических скважин.(72) Рогов Евгений Иванович Язиков Виктор Григорьевич Рогов Андрей Евгеньевич Забазнов Владимир Львович Иванин Евгений Филатович(73) Акционерное общество Национальная атомная компания Казатомпром(56) Комплексы подземного выщелачивания под ред. Кедровского О.Л., М., Недра, 1992(54) СПОСОБ ПОДЗЕМНОГО СКВАЖИННОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ ДВУХЯРУСНЫХ РУДНЫХ ТЕЛ 13339 Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для проектирования и отработки эксплуатационных участков или блоков при добыче металлов подземным скважинным выщелачиванием из инфильтрационно-пластовых месторождений с двухъярусным залеганием рудных тел в продуктивном горизонте - пласте. В изобретении рассматриваются инфильтрационно-пластовые (песчаниковые) месторождения урана и других металлов. Причем, в водоносном продуктивном горизонте рудные залежи можно условно распределить на два обособленных горизонта- яруса, как правило, не имеющих между собой водоупорных разделяющих слоев глинистых пород. Известны способы отработки двухъярусных рудных тел- одновременная отработка обоих ярусов с независимой подготовкой вскрывающей сети технологических скважин для каждого яруса- последовательная двухэтапная отработка ярусов сверху вниз из одной сети технологических скважин (Справочник по геотехнологии урана. М. Энергоатомиздат, 1997, 672 с.)- последовательная двухэтапная отработка ярусов снизу вверх из одной сети технологических скважин (Комплексы подземного выщелачивания // Под ред. Кедровского О.Л. М. Недра, 1992) (прототип). Все три указанные способа обладают рядом существенных недостатков. 1. При одновременной отработке двух ярусов по независимым вскрывающим системам технологических скважин, особенно с увеличением глубины,весьма дорогой вариант по сооружению скважин,так как их число при прочих равных условиях практически удваивается. Кроме того, в этом варианте закачные и откачные скважины двух ярусов располагаются на достаточно близком расстоянии, что может привести к их пересечению или прострелу потока выщелачивающих растворов между ними. 2. При последовательной отработке ярусов сверху вниз из одной системы скважин возникает сложнейшая проблема гидроизоляции верхнего яруса после его отработки от нижнего, которая пока не имеет удовлетворительного решения. Создание искусственных водоупоров при этом является весьма дорогостоящим мероприятием. 3. При отработке ярусов в два этапа снизу вверх без высокой степени адаптации сети скважин верхнего яруса к условиям его залегания будет потеряна значительная часть продуктивного раствора, который под действием сил гравитации перетечет в нижний ярус. Задачей изобретения является сокращение потерь продуктивных растворов и повышение полноты извлечения металлов при отработке двухъярусных рудных тел. Поставленная задача решается разработкой способа подземного выщелачивания металлов, включающего вскрытие и отработку инфильтрационнопластовых месторождений с двухъярусным залеганием рудных тел в одном продуктивном горизонте 2 через систему закачных-откачных скважин снизу вверх в три этапа, разделяющихся определяемым временем включения фильтровых колонн нижнего и верхнего ярусов в одной системе технологических скважин. Сущность способа изобретения заключается в следующем (фигура). На первом этапе отрабатывают нижний ярус до оптимальной величины коэффициента извлечения металлов - о. При этом продолжительность отработки определяется по формуле 12 152 пп(1)С 1 К ф 2( пн)п пгде С 1 - кинетический параметр выщелачивания металла, величина которого определяется статическим путем из известного уравнения о 1-ехр(1-С 1) 1 1 по уравнению С 1, где- время отра 1 ботки блока, годы о - оптимальный коэффициент извлечения металлов для нижнего яруса на первом этапе, определяется расчетами, которые изложены ниже о - оптимальный радиус гексагональной ячейки,м п - плотность пород продуктивного горизонта,т/м 3- параметр отношения скорости (в) выщелачивания металла к скорости фильтрации раствора(ф) КФ 2 - средний коэффициент фильтрации второго яруса по блоку, м/сут зс - параметр отношения числа з - закачных к числуоткачных скважин в блоке н - напор (компрессия) на закачной скважине, м- депрессия на откачной скважине, м С - радиус скважины, м. После прошествия времени Тэ 1 отработка нижнего яруса прекращается. Закачные и откачные скважины переоборудуют для отработки верхнего яруса. При этом на эффективную мощность рудного пласта (э 1) прорезают окна в технологических скважинах и оборудуют системой фильтров. На втором этапе производится полная отработка верхнего яруса до проектного значения коэффициента извлечения - п. Время отработки верхнего яруса определится по нашей формуле (Рогов Е.И., Язиков В.Г., Рогов А.Е. Математическое моделирование в горном деле. Алматы, 2001)12 152 опп, сут. (2)С 1 К ф 1( пн)где п - проектный коэффициент извлечения металла где Кфо - средний коэффициент фильтрации рудного пласта, м/сут к - показатель скин-эффекта, безразмерная величина. После прошествия времени Тэ 2 Тэ 1 в работу включаются вновь технологические скважины второго яруса и производится доработка второго яруса до проектного показателя - п за время Тэ 3 При этом время Тэ 3 рассчитывают таким образом, чтобы фильтрующиеся под действием сил гравитации выщелачивающие растворы из верхнего яруса перетекли в нижний ярус и были извлечены в виде продуктивного раствора на третьем этапе отработки блока Тэ 3. По данным опыта (Язиков В.Г., Забазнов В.Л.,Петров Н.Н., Рогов Е.И., Рогов А.Е. Геотехнология урана на месторождениях Казахстана. Алматы,2001) было установлено, что значение вертикальной составляющей коэффициента фильтрации Кфв, например, для условий Мынкудука составляет К ф 1 К ф 2 К фв 0,16,(5) 2 где Кф 1 - горизонтальная составляющая коэффициента фильтрации пород верхнего яруса, м/сут Кф 2 - горизонтальная составляющая коэффициента фильтрации пород нижнего яруса, м/сут. Известно также (4), что под действием гравитационных сил скорость потока по вертикали составляет К фв, м/сут. 10 Исходя из этой скорости, определяется время Тэ 3,за которое часть выщелачивающего раствора перетечет в нижний ярус за время эксплуатации верхнего яруса до п ММ э 2 / 2 М п(7)фв Нижний ярус отрабатывается на первом этапе до величины - оп, который определяется из следующих положений. Основным условием совмещения времени доработки нижнего яруса до проектного показателя извлечения - п за время(8) ТТэ 3(п)-Тэ 1(о) со временем перетока продуктивного раствора из верхнего яруса в нижний будет равенство(9) ТТэ 3(п)-Тэ 1(о)Тв. Из уравнения (9) определяется оптимальный уровень коэффициента извлечения - оп для первого этапа отработки нижнего яруса. Так как уравнение (9) в явном виде неразрешимо относительно о, то применим метод последовательных приближений. Известно, что 1 Решая систему уравнений (10) относительно ,после ряда преобразований получаемо 1(1 п )е 1 ,(11) где(12)эв , лет. 365 В результате трех этапов оба яруса будут отработаны до проектной величины п за время(13) ТТэ(о)Тэ(п)Тэв, сут. Предлагаемое новое техническое решение устраняет отмеченные ранее недостатки и позволяет достичь существенного экономического эффекта за счет сокращения потерь металлов и выщелачивающих растворов. Для иллюстрации эффективности предлагаемых решений приводим необходимые расчеты по месторождению Мынкудук, блок 9-1. Исходные данные для проектирования о 50 м п 1,7 т/м 3 1,5 Кф 16,2 м/сут п 3,0 н 73,0 м о 5 м 0,08 м 0,45 п 0,9 К п 0,28 Мэ 110 м М 2 - 15 м расстояние по вертикали между ярусами Мэ 212 м Кф 28,2 м/сут С 10,67 к 0 б 58103 м 2 - площадь блока. Среднее значение коэффициента фильтрации по вертикали определим из (5)8,26,2 К фв 0,161,2, м/сут. 2 Средняя скорость фильтрации продуктивного раствора под действием сил гравитации 1,2 фв 0,12, м/сут. 10 Время заполнения объема междупластья и нижнего яруса составит ММ э 2 М э 3 37 Твэ 1 308 суток 0,82 го 0,12 фв да. Оптимальный уровень коэффициента извлечения о отработки нижнего яруса на первом этапео 1(1 п )е Т в С 1 о 1(10,9)е 0,820,670,76. Время отработки нижнего яруса до проектной величины - п 0,9 15225001,71,5 Т э 1635 суток. 0,45( 7335)8,21,85 Следовательно, период для отработки нижнего яруса до величины о 0,76 будет 0,76 13339 Время отработки верхнего яруса до проектной величины п 0,9 составит 15225001,71,5838 сут. Т э 20,45( 7335)6,21,85 Время доработки нижнего яруса с учетом перетекания растворов из верхнего яруса составит Тэд 635-535100 суток. Суммарное время отработки двух ярусов из одной системы скважин составит Т эТ эТ э 2 Т эд 5358381001473 суток. Время отработки блока через две независимые системы скважин составит Тэ 838 суток. Экономические показатели сравнения двух вариантов. Первый вариант (проектный). Затраты на сооружение скважин. 581039 Число откачных скважин 6,5103 число закачных скважин эспос 3927 Сскв 29,5 /м. Общее число скважин 36 при Н 1250 м Н 2275 м. Стоимость сооружения скважин 13629,5(250275)557500 США. Эксплуатационные затраты при Сэ 939 /сут 2838939786882 США. Суммарные затраты составят 5575007868821344382 США. Второй вариант - отработка блока в три этапа 13629,5275292050 США. 21473 Сэ 21473552813096 США,где Сэ 2 Сэ/1,8522 США. Суммарные затраты составят 2920508130961105146 США. Предлагаемый вариант надежнее первого и обеспечивает экономию средств в сумме Э 1344382-1105146239236 США. Следует особо подчеркнуть, что по сооружению скважин достигается прямой единовременный эффект Э 557500-292050265450 США. Кроме того, в процессе отработки нижнего яруса с учетом пробуренной сети технологических скважин верхний ярус можно существенно адаптировать к условиям его отработки. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ подземного выщелачивания металлов инфильтрационно-пластовых месторождений с двухярусным залеганием рудных залежей в одном продуктивном горизонте, включающий вскрытие и отработку рудных тел системой закачных-откачных скважин, отличающийся тем, что отработку ведут снизу вверх в три последовательных этапа- на первом этапе отрабатывают нижний (второй) ярус до оптимальной величины коэффициента извлечения металла оп с длительностью Тэ 1, определяемой по формуле, где- время отработ 1 ки блока, годы о - оптимальный коэффициент извлечения металлов для нижнего яруса на первом этапе, определяется расчетами, которые изложены ниже- оптимальный радиус гексагональной ячейки,м п - плотность пород продуктивного горизонта,т/м 3- параметр скорости выщелачивания металла Кф 2 - средний коэффициент фильтрации второго яруса по блоку, м/сут зс- параметр отношения числа зсзаказос ных к числу ос - откачных скважин в блоке н - напор (компрессия) на закачной скважине, м о - депрессия на откачной скважине, м- радиус скважины, м.- на втором этапе отрабатывают верхний ярус до проектного коэффициента извлечения металла п с длительностью Тэ 2, определяемой по формуле 12 152 опп, сут.С 1 К ф 1( пн)где п - проектный коэффициент извлечения металла где Кфо - средний коэффициент фильтрации пласта,м/сут к - показатель скин-эффекта, безразмерная величина- на третьем этапе дорабатывают нижний ярус до проектного извлечения металла - п п и выдают через откачные скважины продуктивный раствор, поступивший из верхнего яруса, а продолжительность Тэ 3 при этом определяют по формуле Тэ 3 13339 Схема отработки двухярусных рудных тел