Обгрунтування параметрів свердловинної геотехнології видобутку фосфоритів

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 622.277

Спеціальність 05.15.09 - Геотехнічна і гірнича механіка

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ОБГРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ СВЕРДЛОВИННОЇ ГЕОТЕХНОЛОГІЇ ВИДОБУТКУ ФОСФОРИТІВ

Боблях Сергій Ростиславович

Дніпропетровськ - 2008



Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі розробки родовищ корисних копалин Національного університету водного господарства та природокористування Міністерства освіти і науки України (м. Рівне).

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор кафедри розробки родовищ корисних копалин Національного університету водного господарства та природокористування Міністерства освіти і науки України (м. Рівне)

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри гідрогеології та інженерної геології Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ)

кандидат технічних наук, науковий співробітник відділу проблем розробки корисних копалин на великих глибинах Інституту геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України (м. Дніпропетровськ).

Захист відбудеться “10“ квітня 2009 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.04 із захисту дисертацій при Національному гірничому університеті Міністерства освіти і науки України за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ , пр. К.Маркса, 19, тел.(0562)47-24-11.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України.

Автореферат розісланий 10 березня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 08.080.04кандидат технічних наук, доцент О.В. Солодянкін



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В останні роки в Україні виявлені великі прогнозні ресурси фосфоритів у Північно-Західному регіоні (Волинська, Рівненська, Хмельницька, Тернопільська і Львівська області), які при глибинах залягання продуктивних горизонтів до 100 м оцінюються в 2480 млн. тонн.

Оцінені ресурси фосфоритів Рівненської області становлять 81,1 млн. тонн агроруди або 4,9 млн. тонн фосфору. Потреби України в природних агрорудах комплексної дії, якими виступають зернисті фосфорити, сягають близько 14 млн. тонн на рік.

Внаслідок високого рівня стояння ґрунтових вод, розміщення фосфатвмісних родовищ на приватизованих орних землях та під забудованими територіями, унеможливлюється їх розробка відкритим та шахтним способом. Як альтернатива цим способом є свердловинний гідровидобуток (СГВ) фосфоритів який дозволяє розробляти родовища із складними гірничо-геологічними умовами залягання та звільняти людей від важкої праці. Крім цього, не здійснюється вилучення і переміщення мільйонів тонн пустих порід і не використовуються великі площі цінних земельних угідь для складування пустих порід. Однак, для процесу СГВ в означених умовах відсутні дані щодо втрат корисного компоненту на підстилаючих породах, динаміки руйнування фосфоритоносної породи затопленим струменем та її доставки. Застосування способу СГВ не є універсальним і вимагає встановлення технологічних параметрів видобутку стосовно родовищ фосфоритів. Тому встановлення закономірностей процесу гідровидобутку для обґрунтування параметрів свердловинної геотехнології видобутку фосфоритів є актуальною науково-технічною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана на кафедрі розробки родовищ корисних копалин Національного університету водного господарства та природокористування у відповідності до ”Програми розвитку та промислового освоєння мінерально-сировинних ресурсів Рівненської області на період до 2010 року”, затвердженої постановою обласної ради № 586 від 19.12.06 р; договірної теми № 01070004178 ”Обґрунтування параметрів геотехнологічних методів видобутку корисних копалин в Рівненсько-Волинському регіоні”, в якій автор був виконавцем.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є обґрунтування параметрів ефективного видобутку фосфоритів із свердловинною геотехнологією на основі встановлених закономірностей процесу гідровидобутку.

Для досягнення зазначеної мети були поставлені та розв'язані наступні задачі:

- виконати аналіз і узагальнення літературних джерел і виробничого досвіду за темою дисертації;

- дослідити показники розмиву масиву при різних умовах і засобах впливу на процес його руйнування та встановити залежність продуктивності розмиву від цих показників і динаміки руйнування фосфоритної породи;

- встановити закономірності між продуктивністю і дальністю доставки зруйнованої породи в камері розмиву;

- обґрунтувати конструктивні параметри обладнання для підйому пульпи на денну поверхню; розмив масив фосфоритний порода

- розробити рекомендації з використання свердловинного гідровидобутку залежно від гідрогеологічних умов залягання та властивостей гірських порід, а також пропозиції для проектування ділянки передпромислової підготовки та переробки фосфатної сировини.

Ідея роботи полягає у комплексному врахуванні закономірностей розмиву, транспортування та підйому фосфоритної породи, що дозволяють визначити раціональні параметри свердловинного гідровидобутку фосфоритів.

Об'єктом дослідження є процес гідравлічного руйнування, транспортування та підйому гірської породи на денну поверхню.

Предметом дослідження є параметри, що впливають на розмив фосфоритів, переміщення зруйнованої породи в камері розмиву та підйом на поверхню.

Методи дослідження. При виконанні роботи застосований комплексний підхід, що включає систематизацію та наукове узагальнення способу свердловинного гідровидобутку, фізичне моделювання гідродинамічних процесів, лабораторні дослідження, натурні експерименти, аналітичну оцінку результатів, техніко-економічний аналіз.

Наукові положення, що виносяться на захист.

1. Руйнування фосфоритної руди гідромоніторним струменем описується степеневою залежністю його продуктивності від тиску і часу дії струменя та відбувається в три етапи з пошаровим розмивом уступами висотою 0,3...0,5 м і переміщенням зруйнованого матеріалу на відстань, яка дорівнює половині ефективної дальності польоту струменя, що визначає основні розміри камери розмиву.

2. Втрати корисного компоненту камери розмиву формуються за експоненціальною залежністю за довжиною і є мінімальними при радіусі розмиву до 2,5 м, а також підтримуються на постійному мінімальному рівні за довжиною транспортування пульпи бічною гідромоніторною насадкою і використанням гідроелеваторного підйому пульпи з відносною довжиною камери змішування 6dо, модулем гідроелеватора 7,5...10,5 та його ККД рівному 0,34, що в цілому визначає раціональний комплекс параметрів гідровидобутку фосфоритів.

Наукова новизна одержаних результатів:

- вперше на основі встановлених закономірностей гідромеханічного процесу руйнування фосфоритів доведено, що найбільш придатною є гідромоніторно-елеваторна схема, завдяки якій руйнування фосфоритів відбувається струменем у три етапи з пошаровим розмивом уступами і керуванням переміщення зруйнованого матеріалу у межах радіуса розмиву 2,5 м;

- вперше на основі встановлених закономірностей процесу доставки зруйнованої корисної копалини в камері розмиву до видачного механізму доведено, що для насадок з різними діаметрами існують граничні значення тиску та глибини занурення струменя під шар породи;

- доведено, що найбільш позитивні показники роботи гідроелеватора досягаються при наступних геометричних параметрах: діаметрі сопла гідроелеватора 24 мм, діаметрі камери змішування 67 мм, модулі гідроелеватора 7,8 та довжині камери змішування 144 мм.

Наукове значення роботи полягає у встановленні закономірностей гідровидобутку, що дозволило отримати раціональні співвідношення показників гідроруйнування фосфоритів і якості їх вилучення у процесах розмиву, гідродоставки і підйому корисної копалини при застосуванні свердловинної геотехнології.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків та рекомендацій підтверджується коректністю поставлених задач досліджень на кожному етапі роботи, застосуванням апробованих теоретичних і експериментальних методів досліджень, достатнім обсягом і задовільною збіжністю результатів теоретичних та експериментальних досліджень (максимальна відносна похибка не перевищує 12,5%), високим значенням кореляційного відношення одержаних емпіричних залежностей (0,97...0,99).

Практичне значення отриманих результатів полягає у :

- визначенні параметрів, що раціоналізують процес руйнування фосфоритів;

- розроблених рекомендаціях з використання свердловинного гідровидобутку фосфоритів залежно від гідрогеологічних умов залягання та фізико-механічних властивостей гірських порід;

- запропонованій схемі для проектування ділянки передпромислової підготовки та переробки фосфатної сировини.

Практична цінність роботи полягає у розробці та впровадженні рекомендацій з використання СГВ фосфоритів та пропозицій для проектування ділянки передпромислової підготовки і переробки фосфатної сировини.

Реалізація результатів роботи. За результатами дисертаційної роботи розроблені рекомендації “Використання свердловинного гідровидобутку фосфоритів”, які передані Рівненській геологічній експедиції ПДРГП “Північгеологія”, центру „Геополітика” для використання в проектних та науково-дослідних роботах, Національному університету водного господарства та природокористування (м. Рівне), Європейському університету (м. Київ), Криворізькому технічному університету (м. Кривий Ріг).

Особистий внесок здобувача полягає у формуванні мети, задач досліджень, наукових положень, розробці методики досліджень, проведенні теоретичних і експериментальних досліджень, обробці та аналізі отриманих результатів.

Апробація результатів досліджень. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідались і схвалені на Міжнародних наукових конференціях: ”Ефективність реалізації наукового, ресурсного і промислового потенціалу в сучасних умовах”(п. Славське, Карпати, 2006 - 2008 рр.); ”Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості” (м. Кривий Ріг: КТУ, 2006 - 2007 рр.); ”Машинобудування і техносфера ХХІ століття” (м. Севастополь, 2006 р.); ”Сучасні методи і засоби неруйнуючого контролю і технічної діагностики (м. Ялта, 2007 р); ”Актуальні проблеми водного господарства та природокористування”, (м. Рівне, 2007р); “Школа підземної розробки” (м. Дніпропетровськ-Ялта, 2008); ”Проблеми технології і механізації розробки родовищ корисних копалин (м. Мінськ, 2008); науково-технічних конференціях центру ”Геополітика” (м. Рівне, 2005 - 2008 рр).

Публікації. За темою досліджень опубліковано 19 наукових праць, у тому числі 11 статей у фахових виданнях і 7 у матеріалах наукових конференцій та одержаний 1 патент.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, загального висновку, переліку використаних літературних джерел із 123 найменувань на 11 сторінках; 5 додатків на 20 сторінках; містить 149 сторінок машинописного тексту, 39 рисунків, 31 таблицю, загальний обсяг роботи - 207 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність дисертаційної роботи, сформульовані мета і задачі досліджень, визначені об'єкт і предмет роботи, відображена наукова новизна і основні результати, наведені положення, що виносяться на захист, а також дані щодо апробації і публікації досліджень.

В першому розділі проаналізований сучасний науково-технічний стан технології видобутку фосфоритів та наведені характерні особливості геотехнологічних способів видобутку.

Необхідно відзначити, що найбільш вагомий внесок в розробку і вдосконалення геотехнологічних методів видобутку та технології очисного виймання внесли вчені: М.І. Агошков, В.Ж. Аренс, С.Ф. Власов, М.А. Дементьєв, З.Р. Маланчук, І.О. Садовенко, Е.В. Семененко, О.А. Слащова, Е.І. Черней.

Вивчення спеціалізованої науково-технічної літератури показало, що особливості руйнування і транспортування фосфоритів не визначені. Це пояснюється недостатньою вивченістю корисної копалини, представленої неоднорідними рихлими породами і різноманітністю чинників, що впливають на процес гідравлічного руйнування. Розходження умов залягання і складу корисних копалин не дозволило при дослідженнях зробити універсальні кількісні висновки.

В період 1991-1994 рр. Рівненською геологорозвідувальною експедицією у складі пошуково-оцінювальних робіт на фосфорити виконувались дослідження з розробки технології свердловинного гідровидобутку зернистих фосфоритів. Однак, у ході проведення робіт не враховувались гідрогеологічні умови залягання зернистих фосфоритів і робота гідромоніторного струменя в умовах затопленого вибою, коли відбувалось багатократне зменшення кінетичної енергії струменя по його довжині, що не дозволило досягти бажаного результату.

Про необхідність продовження подальших досліджень з СГВ фосфоритів свідчить і той факт, що постачання фосфатів з Росії та інших країн для виробництва фосфорних добрив пов'язане з істотними валютними витратами. Так, згідно з економічними оцінками, транспортування і переробка фосфатної сировини у кількості 2,4 млн. тонн фосфору (Р2О5) з Росії обходиться Україні щорічно у 893 млн. доларів США, а з Північної Африки - у 804 млн. доларів. Використання марокканських фосфоритів потребує реконструкції виробництв з переробки фосфатної сировини і, головне, викликає складності екологічного плану через підвищений вміст радіоактивних елементів та важких металів.

За результатами аналізу для досягнення поставленої мети були сформульовані задачі досліджень.

В другому розділі представлені результати досліджень процесу гідромоніторного розмиву та гідродоставки зруйнованої корисної копалини в затопленій камері.

Враховуючи складність гідрогеологічних умов залягання зернистих фосфоритів на Милятинському родовищі Здолбунівської дільниці у процесі проведення експериментальних досліджень були випробувані різні технологічні схеми свердловинного гідровидобутку, а саме: гідромоніторно-гідроелеваторна, ерліфтно-гідромоніторна, ерліфтно-гідромоніторна з використанням гнучкого шлангу, ерліфтно - гідромоніторна з використанням імпульсного струменя.

Для встановлення основних технологічних параметрів гідровидобутку проведені натурні дослідження для виконання яких була змонтована та встановлена експериментальна установка у місці максимального виходу фосфориту на денну поверхню, де найменша глибина розкривних порід складає 4,2 м при середній глибині залягання фосфоритів 20…60 м.

В експериментах з визначення основних показників гідророзмиву (напору, витрати, радіусу розмиву) була застосована універсальна гідромоніторна голівка, яка містить центральну врубову насадку, діаметр якої змінювався в ході експерименту від 10 до 35мм, бічну відбійну і бічну транспортуючу насадки діаметром 15мм.

Для дослідів ствол гідромоніторної установки встановлювався на фіксованій відстані від вибою. Діаметри насадок змінювались в діапазоні 10…35 мм, а робочі тиски 1…4 МПа. У процесі дослідів фіксувався час роботи струменя та виконувалось вимірювання утвореної виробки.

На основі експериментальних даних з дослідження гідравлічного руйнування породи в затопленому вибої встановлено, що збільшення діаметру насадки і тиску подачі робочого агенту призводять до очікуваного збільшення радіусу (рис.1) та середньої продуктивності розмиву корисної копалини.

Залежність зміни радіуса розмиву породи від діаметра насадки та тиску, апроксимується лінійним виразом з максимальною відносною похибкою обчислення радіуса розмиву 12,5%.

У ході проведення експерименту встановлено, що при збільшенні діаметра насадки і тиску продуктивність розмиву зростає

, (1)

де P - середня продуктивність розмиву корисної копалини, м3/год; dн - діаметр насадки, м; Н - тиск, МПа. Максимальна похибка при розрахунку продуктивності розмиву складає 8,91%.

Експериментальним шляхом встановлено, що із збільшенням тиску перед насадкою енергоємність розмиву зростає, а питома витрата води знижується. Залежність питомої витрати робочого агенту при розмиві корисної копалини від тиску та діаметра насадки апроксимується рівнянням (похибка 2,83%)

, (2)

де q - питома витрата робочого агенту, м3/ м3; dн - діаметр насадки, м; а, b, c - експериментальні коефіцієнти.

Встановлена також аналогічна виразу (2) залежність енергоємності процесу розмиву породи від тиску та діаметра насадки.

Експериментально доведено, що при розмиві корисної копалини мають місце втрати корисного компоненту. Згідно даних, представлених на рис. 2 слідує, що втрати корисного компоненту незначні на поверхні глинистих порід при радіусі розмиву до 2,5 м, а на відстанях близьких до радіусу розмиву сягають максимальних значень. Залежність зміни втрат корисного компоненту на підстилаючих породах, апроксимується виразом з похибкою 5,19%

, (3)

де П - втрати корисного компоненту на підстилаючих породах, %; l - відстань від насадки, м; dн - діаметр насадки, мм.

З метою зменшення втрат корисного компоненту в виймальних камерах рекомендується визначати їх параметри з урахуванням половини радіуса розмиву. Експериментальним шляхом для зернистих фосфоритів Милятинського родовища встановлена область раціонального значення вмісту твердої фази, що дорівнює 20% і більше, при цьому продуктивність СГВ по руді складає 10 м3/год.

При встановленні області раціональних значень вмісту твердої фази враховувався той факт, що через проміжок часу 1,5 год від початку видобутку вміст твердої фази в пульпі був таким, що видобуток ставав нерентабельним. Враховувався і той факт, що втрати корисного компоненту на основі експериментальних досліджень незначні при радіусі розмиву до 2,5 м і поступово зростають при збільшенні радіуса розмиву. Тому область обмежувалась як за показником часу відпрацювання так і за величиною радіуса розмиву камери з метою максимально ефективного вилучення корисної копалини (рис.3).

За результатами експериментів, динаміка руйнування фосфоритоносної породи затопленим струменем , апроксимується виразом

(4)

де Qp - продуктивність гідравлічного руйнування, т/год; t - час руйнування, с; H - тиск при якому відбувається руйнування, МПа; а, b, c - експериментальні коефіцієнти

; ;

.

У ході експериментів була проведена серія дослідів з доставки зруйнованої породи в камері розмиву гідромоніторним струменем. Досліди виконувались з насадками 10, 15, 20 і 25 мм при тисках води від 0,5 до 2,0 МПа. Гідромоніторну головку встановлювали на фіксованій відстані від гідроелеватора із заглушеною центральною і бічною відбійною насадкою. Таким чином, працюючою лишалась тільки бічна транспортуюча насадка. Після досліду вимірювалась дальність та продуктивність доставки породи.

За результатами експериментів встановлено, що через проміжок часу 12…15 с продуктивність доставки породи сягає максимуму (180…320 т/год), а через проміжок часу 3…4 хв - різко знижується і доставка практично припиняється. При цьому дальність доставки гідросуміші у перші 60…70 с досягає максимуму (2,5…4 м) і в подальшому практично припиняється (рис.4).

Досліди з насадками різного діаметру показали, що для кожного діаметру існує така границя тиску води, з перевищенням якої не відбувається суттєвого збільшення дальності доставки. Залежність дальності доставки породи від тиску води при різних діаметрах насадок апроксимується виразом (максимальна похибка 8,76 %)

, (5)

де lд - дальність доставки породи, м; do - діаметр насадки, м; Н - тиск води, МПа.

Для насадок діаметром 15, 20 і 25 мм граничний тиск води відповідно рівний 1,3; 1,9; та 2,5 МПа. Встановлено також, що продуктивність доставки залежить від глибини занурення струменя під шар породи. З цими ж насадками оптимальні значення глибини занурення струменя будуть відповідно 7,5; 12,0; та 13 см. При значному збільшенні глибини занурення струменя утворюється зона дифузії, в якій значна частка енергії струменя витрачається на утворення гідросуміші в локальній зоні і продуктивність доставки різко знижується.

Для математичної обробки результатів експериментів використовувались програмні пакети MatLab та Microsoft Exel.

У третьому розділі представлені дослідження процесу гідроелеваторного підйому пульпи.

У ході проведення експерименту випробуваний гідроелеватор, який відрізняється простотою конструкції, стабільністю в роботі та особливостями, що сприяють підвищенню його експлуатаційних показників: відсутність камери приймання та конфузора, а також суміщення руху потоків робочого струменя і пульпи при входженні в камеру змішування. Це сприяє зменшенню енергії, необхідної для всмоктування пульпи і підвищує ефективність її забору. Введення в дифузор коліна з закругленням малого радіусу, створює найкращу структуру потоку в напірному пульпопроводі.

Гідроелеватор, залежно від його геометричних параметрів, характеризується модулем, відносною довжиною камери змішування, вираженою у власних калібрах та відносною довжиною камери змішування, вираженою у калібрах сопла гідроелеватора

;;, (6)

де - модуль гідроелеватора; - діаметр камери змішування; - діаметр сопла (насадки) гідроелеватора; - відносна довжина камери змішування, виражена у власних калібрах; - довжина камери змішування; - відносна довжина камери змішування, виражена у калібрах сопла гідроелеватора.

Для визначення конструктивних параметрів і режимів роботи гідроелеватора були виконані експериментальні дослідження, які проводились при постійній конусності дифузора і геодезичній висоті підйому. Позитивні енергетичні показники гідроелеватора отримані при оптимальній відносній довжині камери змішування 5…7dо. Суттєво на ККД гідроелеватора впливає величина модуля гідроелеватора, оптимальне значення якого знаходиться у межах 7,5 ...10,5.

Серія досліджень щодо визначення енергетичних показників гідроелеватора проводилась при режимах роботи, залежних від відносного тиску h: h =hопт; h < hопт (втрати переважали в камері змішування); h > hопт (втрати переважали в дифузорі). Встановлено, що при оптимальному режимі гідроелеватора h=10. Оптимальна довжина камери змішування для різних режимів роботи складає 2,2...2,6 Dк, а її збільшення до 3,3 Dк призводить до різкого зниження ККД гідроелеватора (рис.5).

Для співставлення теоретичних і експериментальних даних з гідравлічного підйому застосовані розробки, які опубліковані в працях проф. З.Р. Маланчука, О.Г. Гомана та Е. І. Чернея. Однак, у зв'язку з іншою висотою підйому, були внесені уточнення для конструктивних параметрів гідроелеватора та введений поправочний коефіцієнт.

Співставлення експериментальних та теоретичних даних проведені для основних технологічних показників. Характеристика базового гідроелеватора отримана при широкому діапазоні зміни тиску робочого агента (рис.6). Значні зменшення максимального коефіцієнта корисної дії спостерігаються при збільшенні тиску робочого агента в області його великих значень.

а - з =f(U) ; б - в= f(U); 1-Н0=4,5 МПа, 2-Н0=1,0 МПа;

експериментальні криві; теоретичні криві.

З аналізу даних, можна зробити висновок про задовільне співпадання експериментальних і теоретичних даних.

В четвертому розділі розроблені рекомендації з використання СГВ фосфоритів та пропозиції для проектування ділянки передпромислової підготовки і переробки фосфатної сировини з визначенням економічної ефективності даного способу видобутку.

Для промислового видобутку зернистих фосфоритів запропонована технологічна схема, яка дозволяє не здійснювати відчуження значних площ сільськогосподарських угідь, а вести відпрацювання блоками, зводячи до мінімуму пагубний вплив на навколишнє середовище.

Для видобутку корисної копалини родовище розбивається на блоки площею 10 га. На ділянці буріння свердловин здійснюється буровим станком СКБ - 4 з промивкою глинистим розчином. Інтервал від 0 до 30 м розбурюється діаметром 243 мм і кріпиться обсадними трубами діаметром 194 мм. Затрубний простір і башмак обсадної колони після промивки свердловини цементуються.

Розширення видобувної свердловини в зоні пласта здійснюється за допомогою гідромеханічного ексцентрикового розширювача, корпус якого являє собою трубу з отворами 9…10 мм, а ріжучим елементом є лопасть армована твердосплавними різцями. Довжина ріжучої частини лопасті становить 128 мм, що дозволяє розширити діаметр свердловини до 520 мм. Розширення привибійної зони ексцентриковим розширювачем здійснюється при частоті обертання 85…100 об/хв.

Гідровидобувні свердловини розташовуються в одну лінію з відстанню між ними 20...25 м між якими, після видобутку фосфориту залишаються міжкамерні цілики. Монтаж свердловинного технологічного обладнання здійснюється шляхом послідовного опускання в свердловину з допомогою бурового станка СКБ-4 гідромонітора та гідроелеватора. Технологічний процес гідровидобутку здійснюється шляхом руйнування і розмиву корисної копалини гідромоніторним струменем.

Вода на гідромонітор подається трубами діаметром 50 мм і насосом ЦА-320М. Гідромонітор складають з 6 секцій довжиною по 400 мм і оснащують голівкою з центральною та бічною насадками. Відпрацювання пласта здійснюється по кругу секторами знизу вверх із поворотом гідромонітору в горизонтальній площині.

Підйом пульпи на денну поверхню забезпечується гідроелеватором з такими параметрами: діаметр сопла (насадки) гідроелеватора - 24 мм; діаметр камери змішування - 67 мм; довжина камери змішування-144 мм; модуль гідроелеватора -7,8; відносна довжина камери змішування, виражена у калібрах сопла гідроелеватора -6, діаметр пульповідбірної колони -100 мм.

Для складування видобутої корисної копалини будується карта намиву розміром 70х70 м за допомогою екскаватора ЕО-2126-2 (на базі трактора ЮМЗ-6) шляхом обваловки денної поверхні по периметру буртом ґрунту висотою 1,5 м.

Зневоднення пульпи здійснюється завдяки осіданню твердої фази на поверхні карти намиву і стікання води з її поверхні у зумпф-відстійник. Зумпф-відстійник у вигляді канави споруджується по периферії карти намиву. Таким чином, технічна вода в технологічному процесі СГВ використовується у замкнутому циклі. Замкнута система водозабезпечення дозволяє знизити споживання води і практично не забруднювати поверхневі і ґрунтові води.

Поповнення втрат води може здійснюватись з поверхневих чи підземних джерел. З карти намиву видобута порода транспортується в приймальний бункер збагачувальної фабрики.

Після відпрацювання блоку трубопроводи перекладаються на наступний блок. За такою схемою чотирьом блокам відповідає одна карта намиву.

Рекультивація відпрацьованого блоку способом СГВ зводиться до ліквідації видобувних свердловин закладкою, або затопленням водою, що дозволяє запобігти утворенню хвостосховищ. Далі відпрацьований блок передається для господарського призначення. За рахунок впровадження технології СГВ фосфоритів економічний ефект на стадії проектування і проведення досліджень складає 191 тис. грн. Очікуваний економічний ефект від впровадження „Рекомендацій...” в практичну діяльність складе більше 1 млн. грн.



ВИСНОВКИ

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій на основі вперше встановлених закономірностей гідровидобутку вирішена актуальна науково-практична задача, яка полягає у встановленні раціональних співвідношень показників гідроруйнування фосфоритів і якості їх вилучення у процесах розмиву, гідродоставки і підйому корисної копалини, що має важливе народногосподарське значення.

Основні наукові й практичні результати дисертаційної роботи полягають у наступному.

1. Встановлено, що збільшення діаметру насадки і тиску подачі робочого агента збільшують радіус та середню продуктивність розмиву корисної копалини з її руйнуванням і пошаровим розмивом уступами висотою 0,3...0,5 м та переміщенням зруйнованого матеріалу на відстань, яка дорівнює половині ефективної дальності польоту струменя.

2. Втрати корисного компонента на глинистих підстилаючих породах досягають максимальних значень на відстанях близьких до радіусу розмиву і є мінімальні при радіусі розмиву до 2,5 м та підтримуються за довжиною транспортування керованим профілюванням днища камери бічною насадкою гідромоніторної голівки. З метою зменшення втрат корисного компоненту в виймальних камерах рекомендовано визначати їх параметри, виходячи з половини радіуса розмиву.

3. Доведено, що при транспортуванні зруйнованої породи в камері розмиву насадками діаметром 15, 20 і 25 мм граничний тиск води відповідно дорівнює 1,3; 1,9 та 2,5 МПа, а оптимальні значення глибини занурення струменя під шар породи складають 7,5; 12,0 та 13 см. З перевищенням границі тиску не відбувається суттєвого збільшення дальності доставки, а при значному збільшенні глибини занурення струменя під шар породи продуктивність доставки різко зменшується.

4. Встановлено, що коефіцієнт корисної дії гідроелеватора для підйому пульпи через свердловини є максимальним при відносній довжині камери змішування 6 dо. Врахування втрат енергії робочого струменя ежекції, які переважають в камері змішування чи дифузорі показує, що позитивні показники роботи гідроелеватора досягаються при наступних геометричних параметрах: відносній довжині камери змішування 5…7dо; модулі гідроелеватора 7,5 ...10,5; довжині камери змішування 2,2...2,6 Dк та відносному показнику геодезичної висоти, рівному 10.

5. Розроблені рекомендації з використання свердловинного гідровидобутку фосфоритів і методика визначення показників повноти та якості вилучення корисного компоненту для систем з круглими камерами, а також пропозиції для проектування ділянки передпромислової підготовки та переробки сировини, які враховують потреби раціонального використання мінеральних ресурсів і охорони навколишнього середовища.

6. Встановлено, що економічні показники видобутку з родовища при однаковій потужності видобувного підприємства залежать від технологічних параметрів процесу СГВ і продуктивності гідровидобутку. Рентабельність експлуатації гідровидобувного підприємства для умов Милятинського родовища при досягнутих показниках процесу СГВ згідно попередньої геолого-економічної оцінки є позитивною.

Економічний ефект на стадії проектування і проведення досліджень складає 191 тис. грн. Очікуваний економічний ефект від впровадження „Рекомендацій...” в практичну діяльність складе більше 1 млн. грн.



ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ТА РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ВІДОБРАЖЕНІ У НАСТУПНИХ ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Вивченість та проблеми видобутку туфів Рівненщини / З. Р. Маланчук, С. Р. Боблях, С. Є. Стець та ін. // Гідромеліорація та гідротехнічне будівництво. - Рівне: НУВГП. - 2005. - Вип. №30. - С. 257 - 262.

2. Боблях С. Р. Фізико-геологічна характеристика фосфоритів Рівненсько-Волинського регіону / Боблях С. Р. // Вісник НУВГП. - Рівне: НУВГП. - 2006. -Вип. № 4(36) . - С. 317 - 322.

3. Боблях С. Р. Область застосування та проблеми видобутку зернистих фосфоритів Північно-Західного регіону / Боблях С. Р. // Вісник НУВГП. - Рівне: НУВГП. - 2006. - Вип. № 1(37) .- С. 226 - 231.

4. Боблях С. Р. Дослідження процесу розмиву зернистих фосфоритів гідромоніторним струменем / З. Р. Маланчук, С. Р. Боблях // Вісник КТУ. - Кривий Ріг: КТУ. - 2007. - Вип. №16. - С. 33 - 38.

5. Боблях С. Р. Моделювання процесу гідравлічного руйнування фосфоритів / Боблях С. Р., Маланчук Є. З., Жомирук Р. В. // Вісник НУВГП. - Рівне: НУВГП. - 2007. - Вип. № 2(38) . - С. 325 - 330.

6. Боблях С. Р. Обгрунтування параметрів свердловинного гідровидобутку фосфоритів / З. Р. Маланчук, С. Р. Боблях // Вісник НУВГП. - Рівне: НУВГП. - 2007. - Вип. № 3(39) .- С. 291 - 296.

7. Дослідження технологічних параметрів гідровидобутку розсипних родовищ / З. Р. Маланчук, С. Р. Боблях, Є. З. Маланчук, В. О. Козяр // Вісник НУВГП. - Рівне: НУВГП. - 2007. - Вип. № 4(40) .- С. 126 -131.

8. Боблях С. Р. Проектування ділянки передпромислової підготовки та переробки фосфатної сировини / Боблях С. Р. // Вісник НУВГП. - Рівне: НУВГП. - 2007. - Вип. № 4(40) . - С. 89 - 95.

9. Боблях С. Р. Дослідження процесу розмиву і гідротранспортування зернистих фосфоритів / З. Р. Маланчук, С. Р. Боблях // Геотехнічна механіка. - Дніпропетровськ: ІГТМ НАНУ. - 2007. -Вип. № 68 - С. 129 - 136.

10. Боблях С. Р. Фосфор, його сполуки, властивості та використання / Боблях С. Р., Гурин В. А., Скрипник І. Г. // Вісник НУВГП. - Рівне: НУВГП. - 2008. - Вип.№ 1(41) .- С. 395 - 408.

11. Пат.u 2007 12410, МКИ Е 21 С 45. Агрегат для проходки виймальних камер: Пат.u 2007 12410, МКИ Е 21 С 45 З.Р. Маланчук, С.Р. Боблях, В.А. Гурин та ін. - № 29900; заявл. 08.11.2007; опубл. 10.09.08, Бюл. №17.

12. Боблях С. Р. Область використання цеоліт-смектитових туфів в народному господарстві / Боблях С. Р. // Тези доповідей VІ промислової міжнар. наук. - практ. конф. Ефективність реалізації наукового, ресурсного і промислового потенціалу в сучасних умовах. - Т.1, 2006. - С. 22 - 23.

13. Техніка та технологія свердловинної гідротехнології видобутку важких металів з техногенних розсипів / З. Р. Маланчук , С. Р. Боблях, В. П. Рачковський, С. Є. Стець // Сб. тр. ХІІІ междунар. науч. - техн. конф. - Донецк: ДонНТУ, 2006. - Т.3 - С. 10 - 15.

14. Боблях С.Р. Дослідження процесу гідровидобутку зернистих фосфоритів на Милятинському родовищі Рівненської області / Боблях С. Р. // Тези доповідей VІІ промислової міжнар. наук. - практ. конф. Ефективність реалізації наукового, ресурсного і промислового потенціалу в сучасних умовах - Т.1, 2007. - С. 16 - 18.

15. Проблеми та перспективи застосування свердловинної гідротехнології для розвитку мінерально-сировинної бази Рівненсько-Волинського регіону / З. Р. Маланчук, А. Д. Калько, С. Р. Боблях та ін. // Тези доповідей VІІ промислової міжнар. наук. - практ. конф. Ефективність реалізації наукового, ресурсного і промислового потенціалу в сучасних умовах. - Т.1, 2007. - С. 134 - 136.

16. Обґрунтування застосування блочної схеми гідровидобутку фосфоритів / З. Р. Маланчук, С. Р. Боблях, Є. З. Маланчук, В. О. Козяр // Материалы международной конференции Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики.- Т.1, 2007. - С. 246 - 249.

17. Боблях С. Р. Обгрунтування техніко-економічної доцільності гідровидобутку зернистих фосфоритів / Маланчук З. Р., Гурин В. А., Боблях С. Р. // Тези доповідей VІІІ промислової міжнар. наук. - практ. конф. Ефективність реалізації наукового, ресурсного і промислового потенціалу в сучасних умовах. - Т.1, 2008. - С. 375 - 378.

18. Боблях С. Р. Визначення оптимальної технологічної схеми гідровидобутку зернистих фосфоритів / З. Р. Маланчук, С. Р. Боблях // Міжнар. наук.-практ. конф. Школа підземної розробки. - 2008р. - С. 154 - 160.

19. Боблях С. Р. Фосфор / С. Р. Боблях, В. А. Гурин, І. Г. Скрипник // Енергозбереження Полісся. - Рівне. - 2007.- Вип. №4(45) . - С. 12 - 23.

Внесок автора в роботи, опубліковані в співавторстві:

[1] - проведений аналіз області застосування СГВ; [4] -проведений аналіз сировинної бази Мужієвського родовища; [5] - розроблена математична модель процесу гідравлічного руйнування; [6] - складена геологічна характеристика фосфоритів; [7, 15] - охарактеризована сировинна база Рівненського регіону; [9-13] -досліджений процес гідромоніторного розмиву та доставки; [10, 19] - проведений аналіз властивостей фосфоритів, [11] - запропоновано обладнати пульповидачну трубу пакеруючим елементом; [16] - обґрунтована технологічна схема; [17] - обґрунтована економічна доцільність видобутку фосфоритів; [18] -досліджені схеми гідровидобутку фосфоритів.



АНОТАЦІЯ

Боблях С. Р. Обґрунтування параметрів свердловинної геотехнології видобутку фосфоритів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.09 - “ Геотехнічна і гірнича механіка”. Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2009 р.

Дисертація присвячена обґрунтуванню параметрів свердловинної геотехнології видобутку фосфоритів та розробці рекомендацій щодо використання свердловинного гідровидобутку.

Для обґрунтування параметрів свердловинної геотехнології видобутку фосфоритів проведені експериментальні та теоретичні дослідження процесів гідророзмиву породи, транспортування та підйому гідросуміші на поверхню з використанням гідроелеватора.

За результатами експериментальних досліджень процесу гідротранспортування породи в камері розмиву встановлені залежності і закономірності, які зв'язують параметри потоку з характеристиками зруйнованої породи, а також властивостями і формою дна виймальної камери.

Розроблені рекомендації до розрахунку основних технологічних параметрів СГВ, які враховують потреби раціонального використання мінеральних ресурсів, охорони природи та навколишнього середовища.

Ключові слова: свердловинна геотехнологія, гідроелеватор, гідродинамічні процеси розмиву, гідравлічні параметри, гідротранспорт.



АННОТАЦИЯ

Боблях С. Р. Обоснование параметров скважинной геотехнологии добычи фосфоритов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.09 - “Геотехническая и горная механика ”. Национальный горный университет, Днепропетровск, 2009 г.

В диссертационной работе был осуществлен анализ состояния вопроса разработки месторождений фосфоритов в Северо-Западном регионе Украины, где установлено наличие значительных запасов этих полезных ископаемых с широким спектром применения. В тоже время отсутствуют исследования, как по организации добычных работ, так и по разработке технологии добычи.

Проведенный анализ выполненных работ свидетельствует о том, что изучением вопросов, связанных с разработкой технологии гидродобычи полезных ископаемых занималось большое количество исследователей. Однако расхождение условий залегания и состава полезного ископаемого не позволило при исследованиях определить универсальные технологические параметры, в том числе для добычи фосфоритов. В связи с этим закономерности, которые определяют параметры технологии добычи полезного ископаемого определили задачи иследованний.

Для обоснования параметров скважинной геотехнологии добычи фосфоритов проведены экспериментальные и теоретические исследования процессов гидроразмыва породы, транспортировки в камере размыва и подъема гидросмеси на поверхность с использованием гидроэлеватора.

Исследованные в натурных условиях процессы размыва фосфоритов струей гидромонитора, позволили установить зависимости между параметрами, которые характеризуют размыв породы и его производительность.

По результатам исследований процесса транспортировки породы в выемочной камере, установлены зависимости и закономерности, которые связывают параметры потока с характеристиками разрушенной породы.

Для подтверждения достоверности экспериментальных и натурных исследований проведены теоретические исследования процесса подъема полезного ископаемого с помощью гидроэлеватора. Результаты сопоставимы.

Для разработки методики применения скважинной геотехнологии добычи фосфоритов определение показателей полноты и качества добычи проводилось для выемочных камер, форма которых прилизительно имела форму круга и глубину разработки до 60 м.

По результатам исследований способа скважинной гидродобычи фосфоритов разработаны рекомендации по оптимизации отдельных элементов процесса добычи и внедрения геотехнологии при разработке месторождения.

Разработаны рекомендации по расчету основных технологических параметров скважинной гидродобычи, которые учитывают потребности рационального использования энергетических и минеральных ресурсов, охраны окружающей среды.

Ключевые слова: скважинная геотехнология, гидроэлеватор, гидродинамические процессы размыва, гидравлические параметры, гидротранспорт.



ANNOTATION

Bobliakh S. R. The motivation of downhole geotechnology parameters for phosphorites mining. - Manuscript.

Thesis for Candidate of Science (Engineering) degree by specialty 05.15.09 - “Geotechnical and mining mechanics”. National Mining University, Dnipropetrovsk, 2009.

Thesis work is devoted to the motivation of parameters of downhole hydrotechnology for phosphorites booty and development of recommendations on downhole hydrotechnology use.

The analysis of the executed works testifies that plenty of researchers were related to development of technologies hydrotechnology for phosphorites mining.

However, for the improvement of downhole hydrotechology process is not set row of regularity, in particular: losses of useful component on laying breeds, dynamics of destruction by the flooded stream and distances of its delivery.

For the motivation of parameters of downhole hydrotechnology for phosphorites mining are conducted experimental studies and theoretical researches of hydrodynamical prosses of washing out, delivery and hydraulic hoisting. Recommendations are developed on the calculation of basic technological parameters of downhole hydrotechnology which take into account the necessities of the rational use of mineral resources, guard of nature and environment.

Distinctive features of the offered technical and technological solutions are: absence of attendants in working excavations of extraction; preservation of a surface with observance of a complex of ecological and economic requirements showed to a concrete deposit, which introduction in the program of mastering of raw mineral-material resources of the Rivne area will give a considerable economic effect.

Keywords: downhole geotechnology, hydraulic elevator, hydrodynamical prosses of washing out, hydraulic parameters, hydraulic transport.

Размещено на Allbest.ru

...