Размещено на http://www.allbest.ru/

Обгрунтування параметрів свердловинного гідровидобутку фосфоритів

Маланчук З.Р.

У даній роботі приведені результати процесу розмиву та гідродоставки корисної копалини гідромоніторним струменем.

In this work the results of wash-out and delivery process of mineral by a hydromonitor stream are showed.

Потреби України в природних агрорудах комплексної дії, якими виступають зернисті фосфорити, оцінюються в 13,9 млн. т на рік.

На сьогодні перспективи освоєння фосфатної сировини найреальніші у Північно-Західному регіоні України.

Згідно даних Рівненської геологічної експедиції, оцінені ресурси зернистих фосфоритів Рівненської області становлять 81,1 млн.т агроруди або 4,9 млн.т фосфору (Р₂О₅).

Однак, у зв'язку із складними гірничо-геологічними умовами залягання фосфоритів в даному районі - інтенсивна водоносність продуктивних відкладів та розміщення їх на приватизованих орних землях та під забудованими територіями, унеможливлюється застосування їх відкритого видобутку. Як альтернативу відкритому способу нами запропоновано метод свердловинного гідровидобутку (СГВ) фосфоритів який дозволяє розробляти родовища із складними гірничо-геологічними умовами залягання знижуючи при цьому витрати на розробку родовищ у 2...3 рази та зводячи до мінімуму пагубний вплив на навколишнє природне середовище.

Суть методу свердловинного гідровидобутку фосфоритів полягає у перетворенні руди на місці залягання в гідросуміш і її відкачуванні на поверхню. Можливий гідравлічний, вібраційний, ультразвуковий, гідродинамічний, мікробіологічний та ін. способи перетворення руди у гідросуміш. Гідросуміш подають на поверхню ерліфтом, гідроелеватором, зануреним насосом, протитиском води, що нагнітається у поклад. У порівнянні з підземною і відкритою розробкою метод СГВ володіє наступними перевагами. При свердловинному гідровидобутку технологічний процес є одноопераційним. Операції з видобутку і транспортування корисного компоненту здійснюються водою.

Процес СГВ складається з наступних операцій: розмив, доставка зруйнованої породи, підйом її на денну поверхню та гідротранспортування [1].

Однією з перспективних ділянок Здолбунівської площі є Милятинське родовище зернистих фосфоритів, розміщене в Острозькому районі Рівненської області, яке на сьогоднішній день - найбільш розвідане [2].

Оглядова карта району залягання фосфоритів Здолбунівської ділянки, на якій виділено 6 фосфоритоносних ділянок (Посягва, Івачкове, Миротин, Грим'яче, Копиткове, Милятин) представлена на рис.1.

Рис.1. Оглядова карта району залягання фосфоритів (Здолбунівська площа):

- фосфоритоносні ділянки; - залізнична колія; - шосейні дороги;

- нафтопровід “Дружба”; - ділянка СГВ; - ріки

Балансові запаси зернистих фосфоритів даного родовища апробовані Державною комісією із запасів корисних копалин при Міністерстві екології та природних ресурсів України, які відповідають технічним умовам ”Зернисті фосфорити для добрив”, за категорією С₂ у кількості 3,594 млн.т агроруди або 247 тис.т Р₂О₅. Вміст Р₂О₅ у продуктивному покладі родовища „Милятин” коливається в межах від 4,1% до 11,2 %.

У зв'язку із складними гідрогеологічними умовами залягання зернистих фосфоритів на даному родовищі, нами запропонований гідравлічний метод гідровидобутку, який передбачає гідророзмив за допомогою гідромоніторного струменя та підйом гідросуміші на поверхню за допомогою гідроелеватора.

У даній схемі гідромоніторний струмінь працює в умовах затопленого вибою [3].

Узагальнена структура затопленого струменя і його основні елементи показані на рис. 2.

Специфіка формування струменя в свердловинному гідромоніторі така, що при просуванні потоку води до насадки він зустрічає на своєму шляху різні опори, які сприяють турбулізації і кавітації потоку, чим погіршують його якість і параметри. Кінцеве формування струменя відбувається в насадці, призначення якої полягає в перетворенні статичного тиску води в кінетичну енергію струменя. Швидкість води при зменшенні перерізу насадки і постійній витраті збільшується. Одночасно з цим збільшуються втрати напору в насадці, які пропорційні квадрату швидкості потоку. В кінцевому перерізі насадки статичний тиск без врахування втрат напору переходить в швидкісний напір.

Рис. 2. Узагальнена схема затопленого струменя:

r_о - радіус насадки; о - полюс струменя; u_о - початкова швидкість витоку струменя; u_m - швидкість струменя по її осі; u - швидкість струменя в довільній точці по перетину; r_ст - поточний радіус струменя; l - довжина струменя від вихідного перерізу; l₁= l+х_о- довжина струменя від полюса; l_н- довжина початкової ділянки;

r_я - поточний радіус ядра; х_о - полюсна відстань

Швидкість вильоту струменя гідромоніторної насадки, витрата води і діаметр насадки гідромонітора визначаються за формулами:

; (1)

; (2)

, (3)

де S_н - площа перерізу вихідного отвору насадки, м²; H - напір води, МПа; Q - витрата, м³/с; - коефіцієнт швидкості (0,92...0,96);; а - коефіцієнт стиснення струменя, а=1.

У ході проведення експерименту з розмиву корисної копалини за допомогою гідромоніторної насадки встановлено, що величина радіусу розмиву з часом зростає, а вміст твердої фази у пульпі зменшується (рис.3).

Рис.3. Графік залежності вмісту твердої фази (руди) у пульпі і радіуса

гідровидобувної камери від тривалості процесу СГВ:

1 - R=f(t); 2 - W_т=f(t) при d_н=35 мм і Н=2,2 МПа

Оптимальне значення вмісту твердої фази рівне 20% і більше, при цих показниках продуктивність СГВ по руді складає 10 м^з/год.

Експериментально встановлено, що при розмиві корисної копалини мають місце втрати корисного компоненту.

Загальний характер зміни втрат корисного компоненту після розмиву представлено на рис.4. гідромоніторний струмінь порода фосфорит

Рис. 4. Зміна втрат корисного компоненту на підстилаючих породах в залежності від відстані насадки при параметрах: Н=2,2 МПа; d=25мм

Встановлено, що втрати корисного компоненту на підстилаючих глинистих породах досягають максимальних значень на відстанях близьких до радіусу розмиву. З метою зменшення втрат корисного компоненту в виймальних камерах рекомендовано розрахунок їх параметрів здійснювати, виходячи з половини радіуса розмиву.

У процесі проведення досліджень була проведена серія дослідів з доставки зруйнованої породи в камері розмиву гідромоніторним струменем.

Досліди з насадками різного діаметру показали, що для кожного діаметру існує така границя тиску води, з перевищенням якої не відбувається суттєвого збільшення дальності доставки (рис.5).

Рис. 5. Графік залежності дальності доставки породи

від тиску води при різних діаметрах насадок:

1 - d_o=15 мм; 2 - d_o=20 мм; 3 - d_o=25 мм

Залежність дальності доставки породи від тиску води при різних діаметрах насадок апроксимується виразом:

, (4)

де l_д - дальність доставки породи, м; d_o - діаметр насадки, м; Н - тиск води, МПа.

Дослідженнями також встановлено, що продуктивність доставки залежить від глибини занурення струменя під шар породи (рис. 6).

Для насадок діаметром 15, 20 і 25 мм граничний тиск води відповідно рівний 1,3; 1,9; та 2,5 МПа, а оптимальні значення глибини занурення струменя під шар породи 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 падає.

Рис. 6. Графік залежності продуктивності доставки від глибини занурення струменя під шар породи при різних діаметрах насадок:

1 - d_o=15 мм; 2 - d_o=20 мм; 3 - d_o=25 мм

Таким чином, вміст твердої фази (руди) у пульпі з часом зменшується, а величина радіусу розмиву зростає. Оптимальне значення вмісту твердої фази рівне 20% і більше, при цих показниках продуктивність СГВ по руді складає 10 м^з/год. Для насадок діаметром 15, 20 і 25 мм граничний тиск води відповідно рівний 1,3; 1,9; та 2,5 МПа, а оптимальні значення глибини занурення струменя під шар породи будуть відповідно 7,5; 12,0; та 13 см.

Література

1. Маланчук З. Р. Научные основы скважинной гидротехнологии. - Ровно.-2002.- 372 с.

2. Поисково-оценочные работы на фосфориты в пределах Маневичско- Клеванской площади в 1990-1994 г.: Отчет Ровенской комплексной геологоразведочной партии /В. Панасюк и др. - Ровно, 1998. - 60 с.

3. Шпирка В.М., Черняков. О. Звіт про дослідно-виробничі роботи ПДРГП “Північгеологія” за 1995-2003рр. - Київ, 2003. - 128с.

4. Семененко Е.В. Определение критической скорости гидротранспортирования путем оценки взвешивающей способности потока // Горн. электромеханика и автоматика: Науч. - техн. сб. - 2004. - вып. 72. - С. 129 - 135.

5. Проблемы разработки россыпных месторождений/ И.Л. Гуменик, А.М. Сокил, Е.В. Семененко, В.Д. Шурыгин. - Днепропетровск: Січ, 2001. - 224 с.

6. К вопросу о рациональной технологии выемки подводных россыпных полезных ископаемых / В. П. Франчук, Е. С. Запара, А. А. Бондаренко, А. П. Зибров // Научный вестник НГАУ. - Днепропетровск: НГАУ. - 1999. - Вып. № 6. - С. 12 - 15.

Размещено на Allbest.ru