Лекція No 15

Геотехнологічні методи видобутку і переробки корисних копалин

Геотехнологічні методи базуються на переходах твердої корисної копалини в рухомий стан безпосередньо на місці залягання за допомогою хімічних, фізичних, теплових, гідродинамічних процесів.

Головні особливості геотехнологічних методів:

1. Вилучення корисної копалини ведеться через свердловини.

2. Інструментом видобутку є робочі аґенти (вода, пара, розчинники), за допомогою яких корисна копалина переводиться в рухомий стан.

3. Переведення компонентів у рухомий стан має вибірковий характер.

4. Об'єкт видобутку одночасно є і місцем проведення операції переробки.

5. Праця гірників не пов'язана з підземними роботами і стає безпечною.

6. Після видобутку корисних копалин вмісні породи залишаються на місці.

7. Скорочуються виробничі площі.

8. Виключаються витрати на транспортування корисних копалин і відходів.

Видобуток і переробка солей

Для отримання солей використовують природні і штучно отримані розсоли. Штучні розсоли отримують шляхом розчинення кам'яної солі після видобутку або розчиненням через свердловини.

Сировиною для отримання розсолів служать: хлориди, сульфати і хлоридосульфати.

За концентрацією (г/л) розрізняють такі розсоли:

1. слабкі …………………… 50 - 150;

2. міцні ………………….... 150 - 320;

3. дуже міцні……………… 320 - 500;

4. гранично насичені……………..500

Основним мінералом кам'яної солі є галіт. Домішки - ангідрит, полігаліт, глина, мул і ін. Калійні солі (сильвініти) як головні мінерали містять галіт, сильвін і нерозчинні домішки.

Форма залягання солей може бути пластовою, куполо- і штокоподібною, лінзовою.

Проходження свердловин включає буріння до продуктивної товщі, установлення труб для подачі робочого аґента, нерозчинника і відведення корисного компонента. Діаметр свердловин 93 - 112 мм.

Розрізнюють некероване і кероване розчинення солей. Некероване розчинення здійснюється прямотечійним і протитечійним способами (Рис. 15.1 а, б).

Рис. 15.1. Схеми розчинення солей:
а - прямотечійний метод; б - протитечійний метод

Прямотечійний метод має наступні недоліки:

1. стихійне формоутворення камери;

2. ненасичені розсоли;

3. низький коефіцієнт вилучення запасів (2.5 %);

4. малий термін служби свердловини (3 - 5 років).

Перевагою методу є швидка підготовка свердловини (1 місяць).

Протитечійний метод розчинення дозволяє вилучати до 10 % корисної копалини. Термін служби свердловини 10 років. Протитечійний метод має недоліки прямотечійного, крім того, з'являється небезпека закупорки шламами розсоловидавальної труби.

До керованих способів розчинення належить гідровруб, запропонований Тремпом (США) у 1936 році.

Гідровруб – це виробка в нижній частині пласта, утворена одночасною подачею нерозчинника (повітря) і води (Рис. 15.2 а). Повітря концентрується біля стелини, не даючи їй розчинитися. За допомогою гідровруба утворюється камера діаметром близько 100 м і висотою 1-1.5 м. Експлуатація камери ведеться при випущеному нерозчиннику. Розчинення йде дуже інтенсивно, оскільки свіжа вода контактує з великою поверхнею стелини. Гідровруб дозволяє вилучати до 15 % солі.

Вода надходить по міжтрубному простору. Черевик водопостачальної труби підіймається від ґрунту пласта на 1.5-2 м. Забір розсолу ведеться на висоті 0.3-0.5 м від ґрунту пласта.

Рис. 15.2. Схема розчинення солей:
а - гідровруб; б - суцільна розробка

Підвищення вилучення досягається при суцільній розробці за допомогою двох свердловин. Через одну здійснюється закачування води, через іншу - видача розсолу (Рис. 15.2 б).

Вартість розсолів на розсолопромислі у 3 рази нижча за вартість розсолів, що отримуються при шахтному способі видобутку.

Видобуток і переробка корисних копалин підземним вилуговуванням

Промислове вилуговування мідних руд ведеться з 1924 року в Мексиці. Сьогодні цей метод набуває розвитку у зв'язку із зменшенням запасів руд. Перспективними об'єктами для підземного вилуговування вважаються окиснені руди; забалансові ділянки відпрацьованих родовищ; бідні, глибоко залеглі родовища.

У залежності від проникності руд застосовують систему подачі розчинника під тиском (Рис. 15.3) або без тиску (перколяція).

Рис. 15.3. Схема розкриття родовища з нагнітальними свердловинами і дренажною виробкою

Первинне заповнення пласта розчинником проводиться одним із способів:

1. витісненням пластових вод розчинником нормальної концентрації;

2. витісненням пластових вод повітрям з подальшою заміною газу на розчинник нормальної концентрації;

3. введенням через свердловини концентрованих кислот (лугів) для поступового перетворення пластової води в розчин заданої концентрації.

Перша дослідно-промислова установка підземного бактерійно-хімічного вилуговування пущена в 1964 році на Дегтярському руднику. Вартість міді, отриманої підземним вилуговуванням, в 3-4 рази нижча за вартість при традиційному добуванні і переробці.

Підземна газифікація вугілля

При підземній газифікації протікає процес термохімічного перетворення вугілля в горючі гази. При цьому на поверхню видаються феноли, бензоли, піридини, жирні кислоти, сірка і т.д. При підземній газифікації отримують в 1.5 - 3 рази більше аміаку, в 1.5 - 10 раз більше піридинових основ, ніж при коксуванні в коксових батареях.

Процес газифікації ведеться в підземних газоґенераторах. Для горіння вугілля подають повітря або його суміш, збагачену киснем (Рис. 15.4).

Рис. 15.4. Схема газоґенератора (для похилих пластів)

Одержуваний газ очищають від пилу в циклонах. Охолоджування газу ведуть у скруберах, потім його очищають в електрофільтрах, після чого направляють у скрубери сіркоочистки, де витягують сірководень. Аналогічно газифікують горючі сланці.

Підземна виплавка сірки

В основу методу покладена відмінність у температурі плавлення сірки і вмісних порід. Сірка плавиться при температурі 119 ^оС, її густина 1.8 т/м³. Розігрівання ведеться теплоносієм (гарячою водою). Подача води і видача сірки ведеться за допомогою сірковидобувної свердловини (Рис. 15.5).

Рис. 15.5. Підземна виплавка сірки

Свердловина обсаджується обсадною трубою 1 до сірконосного пласта. Затрубний простір ретельно цементують. У свердловину опускають став із 3 труб: для подачі гарячої води 2, сірки 3 і повітря 4. Вода через перфорацію в трубі 2 надходить у пласт 9, розплавляє сірку, яка стікає в нижню частину пласта 6. Через перфорацію сірка надходить у нижню частину труби 2, відгороджену пакером 5. Під дією пластового тиску розплавлена сірка іде в трубу 3 і при подачі повітря ерліфтом подається на поверхню.

Необхідною умовою для процесу є низька водопроникність надстилаючих і підстилаючих порід.

Свердловинний гідровидобуток корисних копалин

Спосіб запропонований у 1936 році М.П. Тупіциним. При свердловинному гідровидобутку використовують перехід руди в рухомий пульпоподібний стан. Спосіб включає руйнування руди гідромонітором і подальшу видачу пульпи насосом.

Конструкція свердловини для гідровидобутку показана на рис. 15.6. Свердловину проходять через надстилаючі породи 1, поклад 6 і закінчують у підстилаючих породах 7, де формують лійку для збору зруйнованої руди.

У свердловину опускають став з трьох концентрично розташованих труб: для подачі води 2 і установлення на ній гідромонітора 5, для подачі повітря 3, для підйому на поверхню пульпи 4.

Рис. 15.6. Схема свердловинного гідровидобутку корисних копалин

вгору