Проектирование урановых рудников

Вносимые изменения и дополнения не должны ухудшать технико-экономические показатели утвержденного (одобренного) проекта.

Основным документом, регулирующим правовые и финансовые отношения, взаимные обязательства и ответственность сторон, является договор (контракт), заключаемый заказчиком с привлекаемыми им для разработки проектной документации проектными, проектно-строительными организациями, другими юридическими и физическими лицами.

Неотъемлемой частью договора (контракта) является задание на проектирование. Задание на проектирование предприятий, зданий и сооружений производственного назначения согласовывается с соответствующей территориальной проектной организацией.

*, **, ***, - двойное обозначение стадий принимается для совместимости с терминологией, принимаемой за рубежом. Далее соответственно проект, рабочая документация, рабочий проект.

Порядок разработки, согласования и утверждения проектной документации

Строительство объектов осуществляется при наличии решения о предварительном согласовании места размещения объектов, на основе утвержденных (одобренных) обоснований инвестиций в строительство или иных предпроектных проработок, договора (включая задание на проектирование), материалов инженерных изысканий и архитектурно-

2. Основы и стадии проектирования предприятий подземного выщелачивания

2.1 Общие положения

При создании проектов будущих предприятий должны быть использованы передовые достижения науки, техники и производства, известные на момент его разработки. Кроме этого, необходимо учитывать, что создание нового предприятия или сооружения в любом районе страны не может не затрагивать его перспектив и сложившихся хозяйственных и иных связей с другими районами. Новое предприятие должно вписываться в эти связи и способствовать их дальнейшему укреплению и развитию, интенсифицировать экономическое и социальное развитие района.

2.2 Составные части предприятия

Предприятие по разработке месторождения методом ПВ состоит из следующих основных частей: добычного комплекса, системы транспортировки рабочих и продуктивных растворов, установки по переработке растворов и вспомогательных производств (рисунок 1).

Добычной комплекс имеет своим назначением подготовку и эксплуатацию месторождения путем подачи в рудные тела рабочих растворов, перевода полезного компонента в раствор и выдачи па поверхность продуктивных растворов. Этот комплекс для разработки месторождений в проницаемых осадочных горных породах включает в себя технологические скважицы, средства подачи рабочих и откачки продуктивных растворов из них.

При разработке месторождения с предварительным дроблением руд добычной комплекс представляет собой систему горных выработок (или скважин) для вскрытия, подготовки и эксплуатации отдельных его частей и для подачи рабочего и сбора продуктивных растворов из блоков ПВ. В ходе подготовки таких месторождений к эксплуатации проводятся буровзрывные работы для создания искусственным путем проницаемости и обнаженности руды и обеспечения наиболее полного контакта с ней рабочего раствора.

Рисунок 1. Схема последовательности отработки месторождения:

1 -- проектируемые эксплуатационные блоки выщелачивания (ЭВВ), их номер (1) и расположенн (север;- с) 2-- площадь первой очереди отработки месторождения; 3 -- промп.площадка промышленного комплекса завода; 4 -- промплощадка опытно-примышленной установки; 5, 6-- насосные станции соответственно второй и первой очереди; трубопроводы: 7 -- напорные первой очереди; 8 -- безнапорные первой очереди ПВ; 9, 10 -- соответственно напорные и безнапорные проектируемые; 11 -- направление движения продуктивных растворов

Технологическая установка предназначена для извлечения полезного компонента из продуктивных и приготовления рабочих растворов. Она состоит из узлов сорбции, регенерации и приготовления растворов.

Система транспортировки растворов является связующим звеном между добычным и технологическим комплексами и служит для разводки по скважинам рабочих растворов и сбора и перекачки продуктивных растворов с участков выщелачивания на технологический узел. В ее состав входят центральная и полевые насосные станции и трубопроводы для рабочих, продуктивных бедных растворов. Если для откачки растворов из скважин используются эрлифты, то в систему входят также трубопроводы для сжатого воздуха и компрессорные станции.

Кроме указанных основных частей предприятия ПВ в его состав входят ряд вспомогательных служб и сооружений (ремонтная база, гараж, бытовые, складские помещения и др.), назначением которых является обеспечение производственной деятельности и нормальных социально-бытовых условий работающих на предприятии.

2.3 Стадии проектирования

Основным нормативным документом, определяющим порядок и содержание работ по проектированию новых предприятий и сооружений, является разработанные НАК «Казатомпром» соответствую щие инструкции и указания, являющиеся руководящими документами при проектировании предприятий и сооружений. Проектирование может осуществляться в две или одну стадию. При двухстадийном проектировании разрабатываются технический проект (ТП) и рабочие чертежи (РЧ). При одностадийном проектировании разрабатывается техно-рабочий проект (ТРП).

Кроме того, следует выделить еще две предпроектные стадии, соответствующие различным этапам освоения месторождения: стадию разработки технико-экономического доклада (ТЭД) обоснования временных кондиции дли подсчета запасов и целесообразности перехода к детальной разведке месторождения и стадию разработки технико-экономического обоснования (ТЭС) строительства предприятия по добыче и переработке полезного ископаемого.

Все эти материалы учитывают необходимость проведения близких по содержанию технико-экономических расчетов, отличающихся детальностью их проведения и достоверностью, принятой для расчетов исходных данных.

ТЭД готовится по материалам предварительной разведки для обоснования целесообразности промышленного освоения месторождения главным образом путем определения качества и количества запасов полезного ископаемого, пригодного для рентабельной отработки в данных природных условиях и по определенной технологической схеме. При наличии таких запасов ТЭД является основанием для перехода к детальной разведке месторождения.

ТЭО разрабатывается по материалам детальной разведки месторождения и в соответствии с Указаниями о составе, порядке разработки и утверждения технико-экономических обоснований (ТЭО) проектирования и строительства крупных и сложных предприятий и сооружений.

Принятые в ТЭО основные решения согласовываются соответствующим предприятием с заинтересованными министерствами и ведомствами и утверждаются в порядке, установленном перечисленными документами. Утвержденное ТЭО является основанием для составления задания на разработку технического (техно-рабочего) проекта. Организация, утверждающая ТЭО, одновременно принимает решение о последующем проектировании в одну (ТРП) или две (ТП и РЧ) стадии.

ТП (ТРП) представляет собой основной документ, на основании которого могут осуществляться финансирование и строительство нового предприятия и сооружения. В ТП предусматривается необходимость разработки РЧ. Для предприятий ПВ рабочие чертежи выполняются по установленным в ТП очередям строительства предприятия. При разработке РЧ проводится уточнение и детализация решений ТП в топ степени, в какой это необходимо для строительно-монтажных работ.

Следует отметить, что некоторые из перечисленных стадий разработки проектной документации в зависимости от сложности, масштабов месторождения, потребности в сырье и других факторов могут быть сокращены или дополнены новых.

На проектирование предприятия ПВ заказчиком составляется задание на основе материалов и расчетов, выполненных для данного объекта. В нем должна быть предусмотрена реализация основных направлений в проектировании предприятий и установлены требования по внедрению новой техники и передового опыта, снижению материалоемкости и трудоемкости строительства и росту производительности труда, задания по экономному расходованию сырьевых, материальных и энергетических ресурсов, утилизации отходов производства и вторичных энергоресурсов. В необходимых случаях одновременно с предприятием ПВ следует предусматривать проектирование объектов жилищно-гражданского назначения м др. для своевременного обеспечения ввода в действие и эксплуатации предприятия. Вместе с утвержденным заданием заказчик выдает проектной организации: материалы по ранее проведенным инженерным изысканиям; архитектурно-планировочное задание; необходимые для проектирования материалы: по виду выделяемого топлива, по месторождениям сырья и полупромышленным его испытаниям; чертежи и технические характеристики перерабатывающей установки; данные по оборудованию индивидуального изготовления; отчеты по-вылолненным научно-исследовательским работам, связанным с созданием новых технологических процессов и оборудования; данные, полученные от организаций государственного надзора, о состоянии водоемов и др.;

технические условия на присоединение проектируемого предприятия к источникам снабжения, инженерным сетям и коммуникациям;

Архитектурно-планировочное задание, утвержденное Исполкомом Совета народных депутатов.

Разделы проекта, обосновывающие основные проектные решения, излагаются в четкой лаконичной форме, а итоговые данные и основные показатели приводятся главным образом в табличной

Проект предприятия ПВ должен включать следующие разделы:

а) обшая пояснительная записка, содержащая исходные данные для проектирования, оценку оптимальности выбранного технического решения, данные о сырьевой базе, сведения о потребности в топливе, воде, электроэнергии, трудовых ресурсах и возможности обеспечения этой потребности, данные по экономике производства, эффективности капиталовложений и т. д.

Этот раздел также содержит основные проектные решения, направленные на комплексное и рациональное использование полезных ископаемых, отходов производства, вторичных энергоресурсов. при выпуске продукции, а также на рациональное и экономное использование трудовых, материальных и энергетических ресурсов с указанием удельных показателей их расхода на производство единицы продукции, на единицу создаваемой мощности и на 1 млн. рублей строительно-монтажных работ.

В составе пояснительной записки приводятся общие сведения о предусматриваемых мероприятиях по охране окружающей среды, включая данные, характеризующие естественное состояние водоемов, почв, сведения о количестве и качестве сточных вод и выбросов в атмосферу, отходов, не утилизируемых в производстве;

б) «Технология производства», в которой определяется производственная расчетная программа, характеристика и обоснование решений по технологии подготовки руд для способа ПВ, схеме и аппаратурному оформлению комплекса по переработке продуктивных растворов, трудоемкости и фондоемкости изготовления продукции, механизации и автоматизации технологических процессов и управления производством и т. д.;

в) «Строительные решения» содержат краткое описание и обоснование основных архитектурно-строительных решений по зданиям и сооружениям с оценкой прогрессивности этих решений; обоснование принципиальных решений по освещенности рабочих мест, мероприятия по электро-, взрыво- и пожаробезопасное решения по объектам гражданской обороны;

г) «Организация строительства». Состав этого раздела, объем п содержание проектной документации устанавливаются в соответствии с Инструкцией по разработке проектов, организации строительства и проектов производства работ, утвержденной Госстроем;

д) «Жилищно-гражданскос строительство» включает сведения о площадке для строительства нового города (поселка), результаты расчетов численности населения и объемов жилишно-гражданского строительства, обоснование проектных решений;

е) «Сметная документация»;

ж) «Паспорт проекта». Составляется по установленной форме.

Если для осуществления принятых в проекте технических решений необходимо выполнение научно-исследовательских, экспериментальных и опытных работ, в материалах проекта приводится их перечень с краткой характеристикой и обоснованием необходимости выполнения этих исследований и работ. Составляется программа исследований с указанием объемов работ и привязкой к месту их выполнения.

Разработанный проект предприятия подземного выщелачивания утверждается вышестоящей организацией (Министерством, ведомством) в обычном порядке после его соответствующей экспертизы.

Утвержденный проект является основанием для планирования и финансирования строительства этого объекта, заказа основного оборудования и заключения договора подряда на капитальное строительство.

Контрольные вопросы:

1. Что называется проектом предприятия?

2. Требования предьявляемые к проектам.

3. Предпроектная документация.

4. Технологический регламент и его разделы.

5. Назначение ТЭО.

6. Этапы проектирования.

3. Исходные данные, необходимые для проектирования

3.1 Задачи и особенности проектирования

Главной задачей проектирования предприятия по добыче полезных ископаемых технологическими методами является определение оптимального сочетания мощности, срока службы, способа вскрытия, системы разработки и др. Правильный выбор параметров предприятия связан с необходимостью учета всех горно-геологических и зависимых от них технологических и технико- экономических факторов.

Состав исходных данных остается постоянным для любой стадии проектирования; изменяться может только степень их обоснованности. В конечном счете качество исходных данных определяет стадию проектирования.

При постоянном составе исходных данных их объем, достоверность и качество должны повышаться по мере изменения стадии проектирования путем последовательного приближения условий их получения к условиям промышленной эксплуатации месторождения.

При этом основными критериями качества исходных данных являются, с одной стороны, степень учета влияющих на них природных и технических факторов и, с другой, -- степень сходимости значений, получаемых из опытов, с их расчетными параметрами.

В первом приближении исходные данные для проектирования предприятий ПВ можно разделить на пять основных групп: географо-экономическую, геологическую, гидрогеологическую, физических свойств вмещающих пород и технологических свойств руд и растворов.

Географо-экономическая группа включает в себя сведения о климате, гидрографии, рельефе района месторождения, транспортных связях, обеспеченности энергией, водой, топливом, потребности в добываемом сырье, его стоимости и др. Эти сведения необходимы главным образом для разработки мероприятий по оптимальному «вписыванию» нового предприятия в сложившуюся экономическую структуру района и народное хозяйство в целом.

К геологическим исходным данным относятся данные, характеризующие геологическое строение района и площади месторождения, форму рудных тел и залежей, их размеры, пространственное положение, содержание в них основного металла и других полезных компонентов, закономерности их распределения, цитологический и минералогический состав рудовмещающих и окружающих пород, взаимоотношение рудных и безрудных частей разреза месторождения; а также относительное количество запасов металла, приходящихся па различные литологические разности, и др.

Геологические исходные данные используются при разделении площади месторождения на участки и блоки выщелачивания, определении их размеров и последовательности отработки, разработке конструкций скважин и др. Они используются также для выбора схемы вскрытии месторождения и системы разработки, в том числе для определения количества шахтных стволов, высоты этажей, размеров блоков и др.

К гидрогеологическим исходным данным относятся сведения о проницаемости руд и помещающих пород, положении статического уровня подземных вод, количестве водоносных горизонтов, их распространенности и характере связей друг с другом, положении областей питания и разгрузки подземных вод и др.

Эти данные используются при выборе схем расположения эксплуатационных скважин, определении их дебитов в случае отработки месторождений при помощи систем закачных и откачных скважин, для расчета контуров распространения выщелачивающих растворов, при выборе системы водопонижения для осушения или обводнения горизонтов, для обоснования схем подачи рабочих и улавливания продуктивных растворов при выщелачивании из руд в блоках, при оценке степени загрязнения недр рабочими и продуктивными растворами и соответственно для обоснования мероприятий по санитарном охране водоносных горизонтов.

Физические свойства горных пород, слагающих месторождение, определяются при проведении разведочных работ. Необходимо знать такие свойства, как плотность и объемная масса пород, общая и особенно эффективная пористость, трещиноватость, сжимаемость, крепость, гранулометрический состав рудоносных к рудовмещающих отложений, их характеристики по взрываемости, дроблению и др. Эти данные являются исходными при расчете объема буровых и горныд работ, выборе способа проходки горных выработок и их крепления, определении затрат труда, материалов, электроэнергии и пр.

Технологические свойства руд и растворов являются наиболее важными исходными данными при проектировании и эксплуатации месторождений методом ПВ. К ним относятся данные об основных компонентах выщелачивающего раствора (растворитель, окислитель, комплексообразователь, поверхностно-активные вещества) и их концентрациях, максимально допустимые концентрации отдельных компонентов и их сумма в оборотном растворе, режим выщелачивания для различных типов руд и др.

В этой группе находятся данные, получение которых необходимо в отличие от других, только для обоснования метода ПВ, в связи с чем они называются основными геотехнологическими исходными данными. К ним относятся:

1) закономерности изменения концентрации металлла в растворе и степени его извлечения в зависимости от времени, скорости п длины пути фильтрации выщелачивающих растворов для различных типов руд и пород;

2) закономерности изменения удельного расхода по компонентам выщелачивающего раствора в зависимости от времени, скорости и длины пути его фильтрации для различных типов руд и пород;

3) закономерности изменения в процессе выщелачивания основных гидрогеологических параметров (коэффициентов фильтрации, проводимости, эффективной пористости) продуктивного горизонта в целом и для основных типов руд и вмещающих пород в отдельности, а также для профильтропых зон скважин.

Основные геотехнологические исходные данные в комплексе с другими исходными данными используются для обоснования и расчетов параметров системы разработки месторождений. Степень их достоверности и обоснованности увеличивается по мере изменения стадии проектирования. При освоении проницаемых пластовых месторождений достоверность этих данных должна быть подтверждена:

1) для стадии ТЭД полевыми (опробование продуктивного горизонта для ПВ) исследованиями основных закономерностей выщелачивания и условий движения выщелачивающих растворов и выноса металла из продуктивного горизонта на представительных участках месторождения по время проведения предварительной разведки. Полевым исследованиям должны предшествовать лабораторные исследования, проводимые по представительному керновому материалу;

2) для стадии ТЭО опытной отработкой на представительных участках месторождения нескольких ячеек (блоков) эксплуатационной сети скважин как основных технологических элементов возможной системы разработки, определенной при составлении ТЭД. Опытная отработка проводится на стадии детальной разведки;

3) для стадии ТП опытно-промышленной отработкой представительного участка месторождения по системам разработки, определенным в ТЭО. Опытно-промышленная отработка должна проводиться по ТРП опытно-промышленного участка;

4) для стадии РЧ первой очереди строительства исследованиями на контрольных ячейках (блоках) участка расширенной опытно-промышленной отработки. Возможность расширения должна быть предусмотрена в ТРП строительства опытно-промышленного участка;

5) для РЧ второй и последующих очередей строительства исследованиями в контрольных блоках, расположенных на площадях предыдущей очереди разработки (строительства).

3.2 Содержание проектных работ

Проектные работы па любой из перечисленных стадий проектирования начинаются с выбора и обоснования схемы вскрытия и системы разработки месторождения. Для пластовых проницаемых месторождении система разработки состоит из таких основных частей, как схема расположения технологических скважин, последовательность их включения, режим их работы и порядок погашения отработанных частей месторождения.

Исходя из выбранной системы, рассчитывают основные ее геотехнологические показатели, которые кладутся затем в основу технических разработок добычного и перерабатывающего комплексов, системы транспортировки растворов и других частей предприятия ПВ. В результате этих разработок определяются потребности в трудовых ресурсах, материалах, энергии, оборудовании, машинах и механизмах и пр. В заключение проводятся экономические расчеты, обосновывающие целесообразность разработки месторождения или его части и строительства для этою предприятия подземного выщелачивания.

Наиболее специфичной частью работ при проектировании разработки способом ПВ являются работы, связанные с выбором системы разработки и расчетами основных геотехнологических показателей.

Для выбора системы разработки в первую очередь необходимо обосновать схему расположения скважин. Несмотря на важность работы по определению рациональной схемы размещения скважин на площади месторождения, универсальные принципы, руководствуясь которыми, можно было бы подобрать наилучший вариант, однозначно еще не сформулированы.

В связи с этим выбор окончательной схемы расположения скважин проводится в два этапа. На первом этапе разрабатывается несколько вариантов схем, более или менее полно учитывающих требования эксплуатации и особенности природных условий, по которым проводятся приближенные расчеты основных геотехнологических показателей. После сравнения вариантов между собой по этим признакам оставляют 2--3 варианта (пример таких вариантов показан на рисунок 2.1) представляющихся наиболее рациональными, и по ним проводят более подробные расчеты, результаты которых используют при разработке других частей проекта.

К основным геотехнологическим показателям относятся концентрация металла в продуктивных растворах, суммарный дебит скважин, дебит откачной скважины, число одновременно работающих скважин, продолжительность отработки блоков, рядов и ячеек, время появления продуктивных растворов в откачных скважинах, расход и концентрация растворителя и окислителя. размеры понижений и повышений уровня в рабочих скважинах. Приближенные расчеты составляются следующим образом.

Концентрация металла в продуктивных растворах, точнее се среднее значение за весь период эксплуатации принятого к от-.работке участка месторождения, определяется по формуле

Ccp = EPd/fMгF

где Р -- запасы металла на отрабатываемой площади; Е: -коэффициент извлечения; d-- плотность продуктивного раствора; f-отношение массы выщелачивающего раствора к массе руды, соответствующее заданному коэффициенту извлечения, среднему расчетному расстоянию между скважинами и оптимальной скорости фильтрации раствора (определяется с учетом зависимости интенсивности выщелачивания от длины пути и скорости фильтрации раствора); М -- средняя мощность водоносных пород, прорабатываемая выщелачивающим раствором; F -- отрабатываемая площадь; г -объемная масса руды. Суммарный дебит откачных скважин при эксплуатации определяется по формуле

где Ме- проектная годовая производительность предприятия по металлу; Т - расчетное число рабочих дней в году.

Слелует отметить, что расход, определяемый по формуле (2.2), включает в себя как продуктивные, так и непродуктивные растворы, извлекаемые на первой стадии выщелачивания. Для стадий закисления участка расчет приведен ниже.

Дебит откачной скважины

где b -- средняя ширина потока растворов, двигающихся к откачной скважине (определяется по гидродинамической сетке линий токов и напоров); v - оптимальная скорость фильтрации растворов (определяется по закономерностям изменения концентрации металла и степени его извлечения в зависимости от длины и скорости фильтрации растворов).

Число одновременно работающих откачных скважин

N = Q Э /

непосредственно определяет площадь месторождения, находящуюся в эксплуатации. По числу этих площадей и времени их отработки определяется календарный план отработки месторождения. Продолжительность отработки площади, приходящейся на одну откачную скважину, определяется по формуле

t0 = fгMF0 /dq,

где Fo -- площадь отработки, приходящаяся на одну откачную скважину.

Время появления продуктивных растворов в откачных скважинах определяется по формуле

t H= Mnlb/q,

где п-- эффективная пористость; l-среднее расстояние между откачными и закачными скважинами.

Суммарный дебит непродуктивных растворов QН= Q0tH/t0 (2.7)

Рисунок 2.1- Проектные варианты расположения рабочих скважин для отработки залежи овальной формы;

Значительное количество непродуктивных растворов определяет проведение мероприятий по устранению разубоживания ими продуктивных растворов, т. е. главным образом необходимость строительства второго трубопровода от откачных скважин. При разделении этих растворов средняя концентрация металла в растворе повысится; уточненное ее значение определяется по формуле,

С= QЭCср/(Qэ-Qи).

Затраты растворителя на химические реакции с горнорудной массой и на заполнение продуктивного горизонта

Рр = (Е P/ Me) (Qэ - Qн) (Cp - Ск),

где Ср -- заданная концентрация растворителя в выщелачивающем растворе (определяется по данным лабораторных исследований и уточняется в процессе проведения опытных работ); Ск -- концентрация растворителя в извлекаемом растворе (определяется из зависимостей расхода растворителя от времени, длины пути и скорости фильтрации раствора).

Понижение уровня в откачных скважинах и соответственно повышение его в закачных определяется по формулам подземной гидравлики, зависящим от схемы расположения скважин. Расчеты этих показателен необходимы для обоснования возможности получения расчетных расходов и выбора насосного оборудования.

Одним из важнейших условий, определяющих пригодность месторождений для подземного выщелачивания, является благоприятная гидрогеологическая обстановка, поэтому гидрогеологические и инженерно-геологические исследования - необходимая часть комплекса работ при разведке гидрогенных месторождений урана для разработки методом ПСВ.

Конечной целью этих исследований является характеристика гидрогеологических и инженерно-геологических условий месторождений с полнотой, достаточной для выяснения возможности добычи урана методом ПСВ, установления гидрогеологических и инженерно-геологических особенностей ведения эксплуатационных работ, обоснования исходных данных к составлению проекта промышленной разработки и т.д.

Под гидрогеологическими условиями подразумевают гидрогеологическую структуру, число и характеристику водоносных горизонтов, их водообильность и статические уровни, направление и скорость движения подземных вод, фильтрационные свойства пород, гидравлическую связь водоносных горизонтов, распространение и надежность (выдержанность) водоупоров, химический состав пластовых вод и их температуру.

Главными задачами гидрогеологических исследований являются:

* установление возможности и условий фильтрации растворов по рудовмещающим породам;

* определение основных гидрогеологических параметров;

* изучение внутреннего строения рудовмещающего горизонта;

* обоснование дебитов технологических скважин;

* прогноз изменения гидрогеологических условий в процессе эксплуатации;

* оценка возможного взаимного влияния разработки месторождений и водозаборов подземных вод.

В результате этих работ должны быть изучены:

* литологический состав и мощность водовмещающих пород;

* глубины залегания водоносных горизонтов и уровней подземных вод, характер развития подземных вод (напорный, безнапорный), положение месторождений в гидрогеологической структуре, направление движения и скорость естественного потока подземных вод, подстилающий и перекрывающий водоупоры, емкостные и фильтрационные свойства пород рудовмещающего горизонта, проницаемость рудных и безрудных пород, наличие смежных водоносных горизонтов и их гидрогеологические характеристики, влияние на динамику подземных вод основных тектонических нарушений, химический состав и агрессивность подземных вод. При наличии водозаборов подземных вод необходимо изучение условий их возможной взаимосвязи с месторождениями при разработке методом ПСВ.

Главными задачами инженерно-геологических исследований являются:

* обоснование инженерно-геологических типов пород в разрезе месторождений, в первую очередь, рудовмещающих горизонтов;

* определение условий бурения и оборудования технологических скважин, строительства поверхностных сооружений.

При этом должны быть изучены:

* грансостав, водно-физические и фильтрационные свойства пород, слагающих разрез месторождений (наиболее детально изучаются рудовмещающие отложения), категория пород по буримости, степень устойчивости пород при бурении и оборудовании скважин, наличие в разрезе месторождений интервалов, осложняющих сооружение скважин (с поглощением промывочной жидкости, с пучащими или плывунными породами), температурный режим в интервалах залегания оруденения и в разрезе всего месторождения, строение поверхности месторождения. Кроме того, необходимо иметь сведения о сейсмичности района, возможных геодинамических явлениях (сели, оползни и др.), климатических условиях, землепользовании на рудной площади, почвенном и растительном покрове.

Водопроницаемость руд и пород занимает первое место в ряду гидрогеологических факторов, влияющих на эффективность подземного выщелачивания. Отработка месторождений возможна только в том случае, когда продуктивный горизонт сложен водопроницаемыми породами и обводнен. Важным фактором является соотношение фильтрационных свойств рудных и вмещающих пород. Благоприятной является ситуация, когда рудные породы имеют большую проницаемость, чем вмещающие.

При наличии на месторождении нескольких водоносных горизонтов желательна их надежная изоляция, так как отсутствие таковой может затруднить отработку месторождения способом подземного выщелачивания.

Ряд других, менее важных факторов, также определяет степень пригодности месторождений к их отработке способом ПСВ. В итоге, гидрогеологические факторы, определяющие пригодность месторождений к отработке, сводятся к следующему:

-гидравлическая связь продуктивного водоносного горизонта со смежными горизонтами отсутствует или затруднена;

-подстилающие породы водонепроницаемы, наличие верхнего водоупора, хотя и необязательно, но весьма желательно;

-проницаемость руд выше проницаемости вмещающих пород;

-коэффициент фильтрации руды не менее 1,0м/сут;

- напорный характер подземных вод предпочтительнее, чем безнапорный;

-подземные воды имеют высокую температуру (более 200С) и низкую минерализацию;

3.3 Научно-исследовательские работы используемые при проектировании рудников ПВ

Целью научно-исследовательских работ при строительстве и эксплуатации рудника ПВ является проверка и уточнение закладываемых в проект основных геотехнологических "показателей, параметров систем разработки и совершенствование элементов этих систем, изыскание и совершенствование прогрессивных способов интенсификации процесса и управления им, определение наиболее оптимального режима орошения и выщелачивания горной массы, разработка эффективных мероприятий по охране окружающей среды и недр с учетом местных условий эксплуатации месторождения.

Исходя из этого комплекс научных исследований определяет круг мероприятий и последовательность их реализации, которые должны удовлетворять следующим основным требованиям:

проводиться в условиях, представительных для всего месторождения; гарантировать при наличии других видов горных работ на месторождении их безопасное проведение;

обеспечивать выполнение полного комплекса научных исследований на современном научно-методическом уровне и с учетом последних достижении науки н техники а данной области;

обеспечивать высокую достоверность и надежность полученных результатов.

В рабочий проект освоения месторождения программа и методика опытно-промышленных исследовании должна входить самостоятельным разделом с указанием обоснования места расположения опытного участка, основных направлении научных исследований и их характера, определять круг важнейших задач и регламент проводимых исследований.

В процессе эксплуатации опытного участка разрабатываются рабочие программы и методики но каждому направлению отдельно с указанием цели и задач исследований; обоснованием объема эксперимента, способа обработки экспериментальных данных, применяемого оборудования, аппаратуры и приборов, графика и трудоемкости работ, численности исполнителей и полной стоимости выполняемых исследований.Важнейщими направлениями научно-исследовательских работ при подземном выщелачиваниями руд является:

разработка эффективных режимов орошения блоков ПВ и ме-годов управления процессом выщелачивания;

изыскание эффективных способов интенсификации процесса выщелачивания;

исследование путей снижения расхода реагента и качественных II количественных потерь полезного компонента в руде и с продукивными растворами;

3.4 Выбор схемы добычи полезного ископаемого

Для выбора системы отработки (разработки) необходимо обосновать схему (или схемы) расположения скважин, которая зависит от морфологии рудных залежей в плане и разрезе, мощности и глубины залегания рудовмещающего горизонта, его гидрогеологических особенностей, вещественного состава руд и вмещающих их пород, а также от имеющихся технических средств.

Для обоснования схемы расположения технологических скважин должны быть рассмотрены и рассчитаны 2-3 варианта, из которых для исполнения выбирается один - наиболее оптимальный.

Выбранная схема расположения технологических скважин определяет все основные геотехнологические показатели, к числу которые относятся: концентрация металла в продуктивных растворах, суммарный дебит скважин, максимальный дебит откачной скважины, количество одновременно работающих скважин, продолжительность отработкк блоков, время появления продуктивных растворов в откачных скважинах, расход и концентрация растворителя и окислителя, величины повышений и понижений динамического уровня в технологических скважинах и др.

В последние годы проблеме оптимизации сети расположения технологических скважин при ПСВ посвящено достаточно много специальных работ и исследований, в том числе и в НАК «Казатомпром». Опубликован целый ряд монографий и публикаций, где стой или иной степенью детальности даются рекомендации и методические подходы по решению этой, пожалуй, наиболее важной задачи реализации подземного скважинного выщелачивания.

Во всех этих исследованиях делается акцент на двух основных подходах, имеющих большую практическую ценность при проектировании систем технологических скважин:

* схема должна обеспечивать максимально напряженный гид родинамический режим в межскважинном пространстве, та как скорость фильтрации растворов является определяющим фактором интенсивности добычи. Влияние второй составляющей процесса выщелачивания - гидрохимической - (варианты концентраций реагента, применение различных окислителей и т.д.) на интенсивность добычи заметно уступает гидродинамической составляющей;

* вскрытие широких (в плане) рудных залежей (более 150-200 м) должно осуществляться ячеистыми схемами, как наиболее оптимальными по соотношению откачных и закачных скважин и обеспечивающими лучшую гидродинамику по сравнению с рядными схемами.

При проектировании межскважинных расстояний для основных схем вскрытия рекомендуются следующие расчеты по критерию себестоимости:

Гексагональная схема:

Для любой рядной схемы:

где:

SM - площадь проектируемого участка, [м2];

Н - глубина до нижнего водоупора, [м];

К -средний коэффициент фильтрации, [м/сут];

рп - плотность пород, [т/м3];

Кп - коэффициент эффективной пористости, [доли ед];

SH - компрессия (напор) при нагнетании, [м];

So - депрессия при откачке (в пласте), [м];

п - отношение откачных скважин к закачным, [ед.];

f- отношение Ж:Т, [ед.];

в - отношение скорости выщелачивания к скорости фильтрации растворов, [ед.];

R - радиус технологической скважины, [м];

Rо-расстояние между закачными и откачными скважинами, [м];

С скв - стоимость 1 п.м. сооружения и обвязки скважины, [$];

Сэ - суточные эксплуатационные затраты иа добычу, [$];

- проектный коэффициент извлечения, [доли ед].

Межскважинное расстояние можно проектировать и по критерию заданной скорости движения технологических растворов между откачными и закачными скважинами (V^hto является более важным с геотехнологических позиций:

[м/сут],

Далее в горно - подготовительной части проекта должны быть определены варианты поверхностной обвязки скважин, блоков и участков, а также методика и режим их закисления.

3.5 Проектирование добычи урана

Исходными данными для текущего проектирования добычи урана в продуктивных растворах служат:

* годовой план выпуска металла в готовой продукции (Р);

* достигнутая на отрабатываемых блоках производительность добычи по продуктивным растворам и среднему содержанию в них урана;

* проектный коэффициент извлечения металла из недр;

* проектный коэффициент извлечения металла из растворов на сорбции;

* проектный удельный расход растворителя на 1 кг металла и 1 тонну ГРМ.

С использованием исходных данных рассчитываются основные геотехнологические показатели, которые сводятся в таблицу расчета добычи, а также строятся в виде проектных циклограмм по отдельным блокам. Количество металла в продуктивных растворах (Me) определяется по формуле:

Me = P -100: К,

Р - количество урана в готовой продукции, тонн;

К- коэффициент извлечения урана из ПР на сорбции, %.

Средняя концентрация урана в продуктивных растворах определяется раздельно для блоков, уже находящихся в отработке и для вновь вводимых блоков.

Для блоков, находящихся в отработке, концентрация урана в ПР определяется на основании графика ее изменения во времени, построенного на данных отработки эксплуатационных блоков или участков, близких по своим горно-геологическим условиям и применяемым геотехнологическим приемам процесса ПСВ.

Среднее содержание урана в растворах вновь проектируемых блоков (участков) месторождения рассчитывается по формуле:

,

А расчет максимального содержания урана в продуктивном растворе - по формуле:

где:

Р - средняя продуктивность рудного тела, [кг/м2];

Мэ -эффективная мощность продуктивного горизонта, [м];

Кф - коэффициент фильтрации в рудной части горизонта, [м/сут];

Ro -- оптимальный радиус ячейки, [м];Rc - радиус технологической скважины, [м];

SH - компрессия на закачных скважинах, [м вод. ст.];

So -депрессия на откачных скважинах, [м вод. ст];

SK - показатель скин-эффекта;

п -отношение количества закачных скважин к откачным;

Кп - коэффициент эффективной пористости;

рп - плотность пород рудного горизонта, [кг/м3];

в - отношение скорости выщелачивания к средней скорости

фильтрации раствора;

f - отношение Ж:Т;

Тэ - время эксплуатации, [лет];

Тзак ~ время закисления, [дни];

Кизвл - коэффициент извлечения, [%];

С1 - параметр, определяющий кинетику процесса

выщелачивания урана в ячейке;

С11 - параметр, определяющий скорость изменения

концентрации урана в растворе.

Возможно (при необходимости) использовать для определения проектного среднего содержания урана в растворах и упрощенную формулу:

,

где:

mс - продуктивность в метропроценте по залежи;

Кизвл - коэффициент извлечения, доли ед.;

f - ожидаемое отношение Ж:Т;

Мэ- эффективная мощность продуктивного горизонта, [м].

Средняя концентрация урана по проектируемому руднику определяется как средневзвешенное по всем блокам (залежам) месторождения:

Q1 ,Q2 - объемы откачиваемых растворов в проектируемых блоках.

Производительность откачных скважин определяется прямым способом, исходя из достигнутой производительности скважин того или иного конструктивного типа, с учетом способа раствороподъема и применяемых схем расположения технологических скважин.

Количество одновременно работающих откачных скважин находится из соотношения:

,

где:

Кисп - коэффициент использования скважин;

Q - объем откачиваемых растворов в проектируемом блоке (участке);

q - объем откачиваемых растворов одной скважиной.

Расчетная производительность геотехнологических полей определяет выбор технологического оборудования и его количество (средства раствороподъема, производительность ТУЗов, трубопроводы, марка и количество СНК и т.д.), потребность в химических реагентах и ионно-обменных смолах.

Одним из важных критериальных геотехнологических показателей процесса ПСВ является продолжительность отработки блока и, как составляющая часть, время его закисления.

Как правило, этот показатель при проектировании определяется статистически с использованием имеющихся данных по отработанным блокам - аналогам. проектный ископаемый добычный скважина

С этой целью используются результаты отработки блоков, вскрытых той же или близкой к проектной сетью технологических скважин, которая обеспечивала бы определенную производительность по растворам. Главным критерием при таком подходе является расположение скважин в аналогичной, что и проектируемый блок, области залежи или месторождения, определенной геотехнологическим районированием на рудогенетической основе.

Вместе с этим, данный показатель, с определенной степенью точности, может быть рассчитан по следующим формулам:

Гексагональная схема:

[сут]

Любая рядная при b= 2а:

[сут]

Очевидно, что корректность этих расчетов напрямую зависит от точности прогнозирования параметра f (Ж : Т), который, в свою очередь, проектируется опять же, в основном, методом аналогий.

Количество реагента (серной кислоты) проектируется по формуле:

V = Q(C3-C0), [кг]

где: Q - годовой объем рабочих растворов, [м3];

С3 - заданная концентрация в ВР, [г/л];

Со - остаточная концентрация растворителя в ПР, [г/л].

Необходимое годовое количество кислоты определяется прямым расчетом на основании запроектированных дифференцированных режимов кислотности ВР на отдельных стадиях процесса. В расчетах используется концентрация 100% кислоты и пересчитывается в зависимости от качества (концентрации) используемого продукта (92,5 % или менее).

Средние удельные расходы растворителя ориентировочно можно определить по формулам:

[кг/кг урана];

[ кг/т ГРМ]

где:

Р - средняя продуктивность рудного тела, [кг/м2];

Мэ - эффективная мощность продуктивного горизонта, [м];

рл - плотность пород рудного горизонта, [кг/м3].

Использование этих формул корректно на месторождениях с низкой карбонатностью (менее 0,5% по СО2) и достаточно равномерном ее распределении по площади и в разрезе.

Далее проектируются мероприятия по охране недр, НИОКР, охране труда, радиационной безопасности и охране окружающей среды.

Перечисленные организационно-технические мероприятия должны закладываться в проект с учетом современных научно-технологических достижений, а также замечаний и предписаний соответствующих надзорных органов.

Контрольные вопросы:

1. Состав исходных данных для проектирования.

2. Задачи геологических исследований.

3. Задачи гидрогеологических исследований.

4. Выбор схемы добычи полезного ископаемого.

4. Вскрытия месторождения

При геотехнологических методах вскрывающей выработкой является скважина. Скважины, используемые для. добычи полезного ископаемого, являются в известной мере повторением одна другой. Поэтому при проектировании вскрытия месторождения, его подготовки и разработки можно рассматривать одну скважину. Общее представление о тех условиях, в. которых приходится осуществлять вскрытие и характеристику экономической эффективности варианта вскрытия, дает коэффициент вскрытия.

Геологический коэффициент вскрытия Кг характеризует отношение мощности перекрывающих пород Н к мощности залежи т в среднем для некоторого участка месторождения

.

Коэффициент вскрытия Кв характеризует часть длины сква-, жины, приходящуюся на 1 т добываемого полезного ископаемого

м/т

где R --радиус зоны действия-скважины; --объемная масса полезного ископаемого; --среднее содержание полезного ископаемого; -- коэффициент извлечения; Lс -- глубина скважины.

Этот коэффициент может характеризовать систему разработки, так как в зависимости от сетки расположения скважин изменяется радиус зоны действия скважины, а следовательно, и количество полезного ископаемого, извлекаемого с одной скважины.

Выбор варианта вскрытия осуществляется по экономическому коэффициенту вскрытия КЭ, определяемому по формуле

где Соб -- общие затраты на бурение, подготовку и оборудование скважины;

А -- стоимость полезного ископаемого, извлекаемого со скважины.

Выбор места заложения скважин всегда связывается с принятой системой разработки, рассмотренной во второй лекции.

Выбор конструкции добычных скважин

Под оборудованием добычной скважины подразумевается спуск в нее колонн эксплуатационных труб. Рациональная конструкция добычной скважины должна обеспечивать добычу максимального количества полезного ископаемого со скважины .за весь период ее эксплуатации при безаварийных условиях работы.

В зависимости от диаметра добычного оборудования скважины определяется конструкция буримой скважины (диаметр кондуктора, обсадных и промежуточных колонн). При выборе параметров добычного оборудования скважин должна рассматриваться конструкция колонны добычных труб и оголовка скважин. Конструкция эксплуатационного оборудования добычной скважины должна обеспечить беспрепятственное поступление рабочего агента в залежь и откачку извлекаемого продукта без технических осложнений в работе скважины.

Рациональный .диаметр колонны эксплуатационных труб должен -обеспечить минимальные потери давления при заданном расходе рабочих и извлекаемых агентов. С этой точки зрения минимальные потери соответствуют максимальным диаметрам, но это не -соответствует улучшению технико-экономических показателей, так как увеличиваются расходы на бурение и оборудование скважин.

Конструкция забоя скважин у каждого геотехнологического метода индивидуальна. Кроме этого, она проектируется индивидуально и для каждой скважины и во многом зависит от отметки почвы залежи и ее мощности. Во избежание значительных потерь полезного ископаемого в недрах необходимо стремиться откачку полезного ископаемого вести как можно ближе к уровню ; почвы пласта, а иногда и из зумпфа скважины.

Добычные скважины оборудуются колоннами рабочих труб из-за агрессивности среды непосредственно перед пуском их в работу. Для эрлифтной откачки в скважину спускают воздушную трубку диаметром 20--25 мм. Конструкция форсунки эрлифта должна обеспечивать равномерное эмульгирование жидкости в скважине и облегчать управление процессом откачки. .

Оборудование устья скважины заключается в обвязке колонн рабочих труб устьевой арматурой, которая герметизирует устье и обеспечивает возможность раздельного движения всех рабочих агентов по соответствующим отделениям добычной скважины. Оборудование устья может осуществляться различно в зависимости от конкретных условий работы скважины. В ряде геотехнологических методов для производства технологических операции необходимо предусматривать тепловое перемещение трубопроводов. Поэтому конструкция устья скважины должна обеспечить компенсацию вертикальных тепловых перемещений трубопроводов, а также горизонтальных смещений трубопроводов без нарушения герметичности соединений. Арматура устьевого оборудования скважин подбирается в соответствии с диаметром трубопроводов, технологическими параметрами процесса добычи и физико-химическими свойствами транспортируемых^ агентов. Для компенсации вертикальных тепловых смещений трубопроводов используются специальные сальниковые устройства.

4.1 Система разработки

Основной проблемой проектирования разработки месторождения является решение вопроса о выборе оптимального варианта системы разработки, под которой понимается порядок расположения, проходки и включения в работу добычных и вспомогательных скважин, увязанный во времени и пространстве. Геотехнология предопределяет рассмотрение системы рабочий агент--залежь--скважина--склад как единого целого. Поэтому для определения сетки расположения скважин необходимо рассмотреть распределение запасов вокруг каждой добычной скважины и время' их извлечения. Система разработки месторождения при геотехнологических методах проектируется на основе геологических и гидрогеологических данных.

Эффективность разработки любого месторождения характеризуется коэффициентом извлечения полезного ископаемого который представляет собой отношение его извлекаемого объема к общим запасам

В силу специфики геотехнологических методов при их оценке. следует пользоваться текущим, конечным и максимальным коэффициентами извлечения, определяющими соответственно добычу к текущему моменту, к моменту завершения эксплуатации (остановки работы скважины) и. предельно возможный объем добычи. Степень извлечения во многом зависит от текстуры и структуры залежи физико-химических свойств вмещающих пород, свойств рабочих агентов, системы расположения скважин, технологии извлечения и др.

Общие потери характеризуются коэффициентом извлечения , равным произведению технологического коэффициента извлечения т, определяющего потери полезного ископаемого в зоне действия скважин, и коэффициента извлечения р, определяющего потери, связанные с системой разработки месторождения, т. е. -

тр

Технологический коэффициент извлечения т определяется структурой и текстурой залежи и равен отношению количества, извлеченного полезного ископаемого к его общим запасам в зоне действия скважин, т. е.

Коэффициент извлечения р зависит от сетки расположения скважин, размеров «метровых» зон между ними, формы зоны (действия скважин) и потерь, связанных с утечками полезного "ископаемого, и определяется по формуле

где Vм.з и Vq6 -- соответственно объем полезного ископаемого в зоне охвата и общий объем полезного ископаемого в зоне-запроектированной к отработке.

Очевидно, что максимальное извлечение достигается при наибольших значениях коэффициентов т и р. Увеличить технологический коэффициент извлечения возможно путем искусственного воздействия на залежь. Зона охвата пласта (действия скважин) является функцией многих переменных: расстояния между добычными скважинами, мощности пласта и объема зоны действия каждой скважины.

...