Способ подземного скважинного выщелачивания полезных ископаемых

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ скважин и на горно-подготовительные работы и повышение экономической эффективности добычи полезных ископаемых подземным выщелачиванием в целом. Изобретением является новое техническое решение в способе подземного выщелачивания полезных ископаемых по вскрытию и отработке рудного тела системой технологических скважин с гексагональной схемой расположения скважин, которое предусматривает расположения скважин по кольцевой схеме в гексагональной ячейке, т. е. закачные скважины располагают в центре гексагональной ячейки с приведенным радиусом для реализации в пределах ячейки плоскорадиального потока выщелачивающих растворов, а откачные скважины располагают по периметру ячейки на оптимальном расстоянии с радиусом - о, определяемого по расчетной формуле.(72) Рогов Евгений Иванович Язиков Виктор Григорьевич Рогов Андрей Евгеньевич Кайпбаев Дюсетай(73) Акционерное общество Национальная атомная компания Казатомпром(56) Язиков В.Т. и др. Геотехнология урана на месторождениях Казахстана. Алматы, 2001, с. 205-233(54) СПОСОБ ПОДЗЕМНОГО СКВАЖИННОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ(57) Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при отработке месторождений полезных ископаемых способом подземного выщелачивания через скважины. Целью изобретения является сокращение времени выщелачивания и отработки рудных залежей,снижение затрат на сооружение технологических 14474 Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при отработке месторождений полезных ископаемых способом подземного выщелачивания через скважины. Известен способ отработки рудных залежей полезных ископаемых подземным выщелачиванием со схемой вскрытия с рядным расположением технологических скважин (Мамилов В.А. и др. Добыча урана методом подземного выщелачивания. М. Атомиздат, 1980). Известен также способ отработки рудных залежей подземным скважинным выщелачиванием с ячеистой схемой вскрытия, например гексагональной, принятый нами за прототип, когда закачные скважины располагают по углам правильного шестиугольника, а откачные в центре (Язиков В.Г. и др. Геотехнология урана на месторождениях Казахстана. Алматы, 2001, с. 205-233). Способ включает вскрытие и отработку рудного тела системой технологических скважин, подачу выщелачивающего раствора в закачные скважины и отвод продуктивного раствора через откачные скважины. При этом технологические скважины располагают по гексагональной ячейке с откачной скважиной в центре каждой ячейки с радиусом - о. Известный способ характеризуется следующими недостатками 1. При малых значениях радиуса ячейки сеть технологических скважин сгущается и при этом уменьшается время выщелачивания и соответственно снижаются эксплуатационные затраты. Но при этом увеличивается число технологических скважин и,следовательно, растут затраты на сооружение скважин и на горно-подготовительные работы (ГПР). 2. При больших значениях радиуса ячейки сеть технологических скважин разрежается и соответственно уменьшаются затраты на их сооружение однако время выщелачивания - Тэ возрастает пропорционально квадрату радиуса - о и растут эксплуатационные затраты Из этого следует, что должно существовать такое расположение технологических скважин с оптимальным радиусом ячейки - о, при котором суммарные затраты на горно-подготовительные работы и эксплуатационные будут минимальными. Технической задачей и результатом данного изобретения является снижение затрат на сооружение технологических скважин и повышение эффективности добычи полезных ископаемых за счет полной проработки продуктивного пласта и реализации строго плоскорадиальной фильтрации растворов. Это достигается тем, что в известном способе подземного выщелачивания полезных ископаемых,включающий вскрытие и отработку рудного тела ячеистой схемой расположения технологических скважин, например гекагональной, подачу выщелачивающего раствора в закачные скважины и отвод продуктивного раствора через откачные скважины,согласно изобретению, дополнительно сооружают закачные скважины в центре гексагональной ячейки с приведенным радиусом п, который назначают в 2 пределах 10 сп 100 с. где с - радиус технологических скважин, м,а откачные скважины располагают по периметру ячейки на оптимальном расстоянии с радиусом - о,который определяют с учетом величины пре, м, где бл - площадь блока, м 2- параметр отношения числа откачных скважинк числу ячеек яос я Сскв - стоимость сооружения 1 пог. м скважины,/м Н - глубина скважин, м р и п - плотность раствора и пород рудного тела (пласта), т/м 3- параметр отношения средних скоростей выщелачивания - в и фильтрации - ф по любой линии тока,ф - приведенный коэффициент фильтрации рудного тела, м/сут н - напор, компрессия на закачных скважинах,м- депрессия на откачных скважинах, м- проектное значение ЖТ Сэ - суточные эксплуатационные затраты по блоку, /сут 1 - экспертно назначенная величина радиуса- предельно допустимая величина радиуса ячейки для плоскорадиальной фильтрации раствора 1 - предельно допустимая величина радиуса ячейки исходя из ограничений по срокам отработки блоков. Для разъяснения сущности изобретения и определения значения параметров расположения скважин в сети выполняются следующие аналитические исследования. Рассматривается гексагональная ячейка (рис. 1). В центре гексагональной ячейки сооружают 7 закачных скважин с приведенным радиусом - прс, который находится в пределах(1) 10 спрс 100 с,где с - радиус технологических скважин, м. По периметру ячейки сооружают 6 откачных скважин через равные расстояния, м,3 где о - радиус гексагональной ячейки, м. При таком кустовом расположении закачных скважин в центре ячейки все 7 скважин работают как единая система - скважина с приведенным радиусом прс. 14474 Время выщелачивания блока до проектного значения коэффициента извлечения составит 2 86,4 пэ где п и р - плотность раствора и пород рудного тела (пласта), т/м 3- проектное значение ЖТ для извлечения полезного компонента до п- параметр отношения средних скоростей выщелачивания - в и фильтрации - ф по любой линии тока,Рисунок 1 1,2,3,4,5,6,7 - закачные скважины с радиусом с и приведенным радиусом прс 8, 9, 10, 11, 12, 13 - откачные скважины с радиусом ячейки , м пре - приведенный радиус скважин, м, 10100- расстояние между откачными скважинами. Известно также (Чарный А.И. Подземная гидродинамика. М., 1963, с. 368), что при таком расположении закачных скважин в центре кольцевой ячейки в изотропном неограниченном продуктивном горизонте реализуется строго плоскорадиальное течение,для которого эквипотенциальными линиями напоров являются окружности радиусами от прс до с. При этом потоке происходит полная проработка растворами рудного тела. Число ячеек в блоке, площадью - бл(3)ябл 2 . 2,6 Отношение числа откачных скважин - ос к чис ос лу ячеек (я), как и в обычной гексагоя нальной ячейке, будет при этом колебаться в пределах от 2,6 до 3,5 в зависимости от геометрии рудных тел в плане. Общее число скважин в блоке выражается формулой(4)бл 2 ( 7) . 2,6 Стоимость горно-подготовительных работ по блоку составит(6)2 ээ , ,где Сэ - суточные эксплуатационные затраты по блоку определяются по фактическим данным или расчетным, /сут. ф - приведенный коэффициент фильтрации рудного тела, м/сут н - напор, компрессия на закачных скважинах,м- депрессия на откачных скважинах, м ф - среднее значение коэффициента фильтрации рудного пласта, м/сут. Суммарные затраты по блоку составят из (5), (6) и (7) 86,42 пэ Так как функциядолжна быть минимизирована, то решением уравнения 286,4 пэ 2( 7)блскв получается формула для вычисления оптимального радиуса ячейки Для доказательства осуществимости изобретения и эффективности способа подземного выщелачивания полезных ископаемых по предлагаемой кольцевой схеме расположения скважин в гексагональной ячейке с закачными скважинами в центре приводятся сравнительные расчеты по оценке эффективности трех схем - проектной, действующей и предлагаемой по блокам 1-14 С 1 и 1-9 С 1 одного из месторождений Южного Казахстана. Проектная схема - рядная с параметрами 60 х 30 х 20 м. Существующая схема - гексагональная с оптимальным радиусом ячейки о 50 м. Исходная информация для сравнения (данные действующего рудника) б 360300 м 2 - площадь блоков проектные значения (ЖТ)1,50,4 напор на ЗСн 75 м депрессия на ОС 5 м суточные затраты на эксплуатацию, включая сорбционную колонну Сэ 4,1103 США СсквН - стоимость одной скважины, СсквН 12103 США п 1,7 т/м 3 - плотность пород продуктивного горизонта с 0,08 м - радиус скважин Кф 12,2 м/сут. среднее значение коэффициента фильтрации рудных тел по блокам, м/сут Мэ 10 м - эффективная 3 гональной схемы. Оптимальный радиус известной гексагональной ячейки -определяется по нашей формулеб (1)сквф(гн)1 с 396 пэ 4 Подставляя исходные данные в формулу (11),получим Число откачных скважин 57, число закачных зс 147 57147204 зс 2,6 .ос Рядная схема - проектный вариант 60 х 30 х 20 м ос 101 зс 163264 163 1,6 . 101 Время отработки блоков для сравнения. Обычная гексагональная схема 1602 п сгде ф - приведенный коэффициент фильтрации рудного тела (4), м/сут. 1605021,71,5680 сут. э 111570,48,9( 2,6755)1,82, сгде 60215261,8 м - радиус ячейки при рядной схеме отработки, м или 12661,821,71,5 э 1266 сут.,11570,48,9(1,6755)1,89 По формуле (10) вычисляется оптимальный радиус -ячейки предлагаемого способа по кольцевой схеме при прс 5 м 4 Число ячеек по формуле (3) 360300 я 13 ,2,610609 зс 71391 шт. - закачные,91 ос 35 шт. - откачные. 2,6 Общее число скважин 126 шт. Время выщелачивания блока по формуле (7) 86,410321,71,5 э 864 сут. 10,412,25381,03 4 Экономическое сравнение вариантов по суммарным затратам приводим ниже. Капитальные затраты по гексагональной обычной схеме 1204121032,448106 США. Предлагаемый способ по кольцевой схеме 1126121031,512106 . Эксплутационные затраты по обычной гексагональной схеме 26804,11032,788106 США. Эксплутационные затраты по предлагаемой схеме 28644,11033,542106 США. Экономический эффект при реализации нового технического решения составит Э(2,4482,788)106 (1,5123,542)106182103 США. Кроме того, положительным его техническим результатом является полное исключение растекания выщелачивающих растворов (ВР) за пределы блока, так как по периферии блоков расположены откачные скважины. Так, для рассматриваемого примера минимальная величина растекания ВР будет порядка 10 от площади блока. Тогда при бл 350103 м и эффективной средней мощности Мэ 10 м объем пород,закисленных за пределами блока составит 3,6105 м 3 и их масса при плотности пород 1,7 г/м 3, М 1,73,61066,12105 т. При минимальном расходе кислоты К 19 кг/т получим Ко 196,1210523,5103 т, при стоимости кислоты 20/кг экономия по кислоте составит Эк 23,520103470 000 США. При этом реализация недеформированного плоскорадиального течения ВР в пласте,так как в центре ячейки находится куст закачных скважин, работающих как одна большого диаметра п скважина. Недеформированный плоскорадиальный поток в ячейке позволяет произвести полную и равномерную проработку продуктивного горизонта, что обеспечит снижение потерь металла и реагентов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ подземного выщелачивания полезных ископаемых, включающий вскрытие и отработку рудного тела ячеистой схемой расположения технологических скважин, например гексагональной, подачу выщелачивающего раствора в закачные скважины и отвод продуктивного раствора через откачные скважины, отличающийся тем, что дополнительно сооружают закачные скважины в центре гексагональной ячейки с приведенным радиусом п,который назначают в пределах 10 сп 100,где с - радиус скважины, а откачные скважины располагают по периметру ячейки на оптимальном расстоянии с радиусом - , который определяют с учетом величины п 4, м, 14474- параметр отношения числа откачных скважинк числу ячеек я я Сскв - стоимость сооружения 1 пог. м скважины,/м Н - глубина скважин, м р и п - плотность раствора и пород рудного тела (пласта), т/м 3- параметр отношения средних скоростей выщелачивания - в и фильтрации - ф по любой линии тока,в / ф ф - приведенный коэффициент фильтрации рудного тела, м/сут н - напор, компрессия на закачных скважинах,- депрессия на откачных скважинах, м- проектное значение ЖТ Сэ - суточные эксплуатационные затраты по блоку, /сут 1 - экспертно назначенная величина радиуса- предельно допустимая величина радиуса ячейки для плоскорадиальной фильтрации раствора 1 - предельно допустимая величина радиуса ячейки исходя из ограничений по срокам отработки блоков.