Скважинная гидродобыча

Для СГД наиболее благоприятны месторождения с рудами невысокой механической прочности, перекрытыми относительно прочными или пластично деформирующимися породами.

Наиболее важным фактором являются физико-механические свойства руды, определяющие энергетические затраты на образование гидросмеси. Целесообразно различать рыхлые, связные, полускальные и скальные руды. К рыхлым (раздельнозернистым) относятся пески различного гранулометрического и минерального состава.

Важнейшей характеристикой песчаных пород является их гранулометрический состав. К пескам относятся частицы размером от 0,05 до 2 мм. Частицы от 0,05 до 0,001 мм относятся к пылеватой фракции, а более мелкие — к глинистой. В зависимости от соотношения содержаний частиц различных размеров пески подразделяются на моно- и полидисперсные. К монодисперсным относятся пески, в которых та или иная фракция содержится в количестве не менее 80%. Пески могут содержать до 3% глинистых частиц; тогда их называют глинистыми. Породы, в которых содержится от 3 до 10% глинистой фракции, называют супесями, последние уже относятся к связным породам. Основное значение гранулометрического состава заключается в том, что он определяет скорость, при которой частицы переходят в подвижное состояние и транспортируются потоками жидкости.

Минеральный состав руд определяет плотность частиц, а также влияет на их прочностные свойства. Очень важное значение имеет содержание, даже в незначительных количествах, глинистых минералов и органики, которые определяют устойчивость пульпы, а также примеси карбонатного вещества, чаще всего служащего цементом.

Существенную роль играет соотношение плотностей рудных и породообразующих минералов. Различия в плотности приводят к их гравитационному разделению. Это может вызвать потери полезного ископаемого или, наоборот, обогащение гидросмеси. Таким образом, характерным свойством раздельнозернистых пород является их легкая разрушаемость.

Особенностью связных руд является зависимость их свойств от степени увлажнения. Как правило, будучи насыщены водой, такие породы переходят в текучее состояние. Одним из характерных свойств водонасыщенных связных пород является тиксотропия.

Характерной чертой глинистых пород является зависимость их пористости и влажности, а следовательно, и деформационных свойств от глубины залегания, солевого состава поровых вод, состава обменных катионов, минерального состава глинистых частиц. В зависимости от влажности связные породы могут находиться в твердой, пластичной и текучей консистенциях.

Будучи в пластичной консистенции, связные породы могут выдавливаться горным давлением и течь в горные выработки. На этом их свойстве основан предложенный и теоретически разработанный в Институте гидродинамики CO АН России метод безвскрышной добычи погребенных россыпей.

Для связных пород характерны более высокие энергетические затраты на образование гидросмеси и ее устойчивость, позволяющая легко транспортировать последнюю. Усложняются условия отделения воды от твердого на поверхности.

Наиболее распространенными полускальными породами являются песчаники, плотные глины и глинистые сланцы, бурые угли, мергель, мел. Свойства сцементированных песчаников определяются характером и минеральным составом цемента. Наиболее распространен глинистый, карбонатный и кремнеземистый цементы.

Песчаники с контаковым и поровым типами цемента обычно водопроницаемы, что позволяет осуществить предварительную обработку их с целью снижения прочности (например, растворение цемента, введение ПАВ или питательной среды для бактерий и т. п.).

Устойчивость гидросмесей после разрушения определяется гранулометрическим и минеральным составом зерен породы.

По характеру свойств покрывающих пород целесообразно различать прочные монолитные (породы — мосты), трещиноватые пластичные и рыхлые породы. Наиболее благоприятны для СГД залежи, перекрытые монолитными и пластичными породами.

Большое влияние на условия СГД оказывают форма и элементы залегания рудных тел. Благоприятны для отработки крутопадающие рудные тела, в которых размыв может осуществляться снизу вверх, а гидросмесь откачиваться из нижней части камеры размыва. Такая же технология может применяться в пластах большой мощности.

Наконец, последним и очень важным фактором является обводненность месторождении. В условиях малой обводненности может быть осуществлено осушение или отжатие воды из камеры, что обеспечивает размыв в незатопленной среде, В зависимости от степени обводненности выбирается схема снабжения энергетической водой.

Зависимость условий применения СГД от различных факторов наглядно представлена в табл. 4.