Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ РАЗВЕДКИ, ПРОБНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ И КОМПЛЕКС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
СПОСОБ РАЗВЕДКИ, ПРОБНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ И КОМПЛЕКС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ РАЗВЕДКИ, ПРОБНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ И КОМПЛЕКС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Сущность изобретения: отработку трубки ведут в два этапа. Первый этап является пробной эксплуатацией с оконтуриванием добычных блоков посредством ГРС в три стадии. На первой стадии производят калибровку ГРС с заполнением внутренней полости скважины тяжелой жидкостью до контакта кратерной части трубки с налегающими породами. Созданная выработка является пилот-скважиной для размещения опережающей иглы породоразрушающего инструмента, используемого на второй стадии для расширения пилот-скважины на всю длину с созданием СБД. На третьей стадии расширяют по глубине СБД с созданием ВГВ с последующей зачисткой забоя СБД нижней секцией пакерирующего элемента. Второй этап отработки трубки является этапом разработки каждого из оконтуренных добычных блоков с проходкой пилот-скважин перебуренных ниже границы добычного блока. Разработку трубки осуществляют в две фазы из автолитовых брекчий с высоким содержанием алмазов, а вторая из ксенотуфобрекчий. Комплекс для осуществления способа разведки, пробной эксплуатации и разработки месторождений полезных ископаемых включает гидродобычной агрегат для гидромеханического разрушения полезного ископаемого и выдачи образованной пульпы на поверхность. Гидродобычной агрегат снабжен уловителем алмазов и пакетирующим элементом применяемым при проходке скважин с обратной промывкой, состоящим из отдельных кольцевых пакерирующих секций, жестко установленных с помощью муфт на нижней торцевой части трубы эрлифта, являющейся опережающей иглой при проходке ВГВ и помещенной в СБД. Каждая секция собрана из шаров положительной плавучести, соединенных между собой смежных гибкими связями с возможностью касания между собой смежных шаров. 2 с.и 4 з.п.ф-лы, 21 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2068960
Класс(ы) патента: E21C41/00
Номер заявки: 94026585/03
Дата подачи заявки: 01.08.1994
Дата публикации: 10.11.1996
Заявитель(и): Фирма "Просистем ГмбХ" (AT); Товарищество с ограниченной ответственностью "КИМ-Т" (RU)
Автор(ы): Хофер Ханс[AT]; Черней Эдуард Иванович[RU]
Патентообладатель(и): Фирма "Просистем ГмбХ" (AT); Товарищество с ограниченной ответственностью "КИМ-Т" (RU)
Описание изобретения: Изобретение относится к геологии и горному делу и может быть эффективно использовано для разведки, пробной эксплуатации и разработки алмазоносных трубок сложноструктурного строения.
Прототипом к предлагаемому является способ гидравлического опробования мощных продуктивных горизонтов, включающий проходку геологоразведочных скважин (ГРС), расширение ГРС с выдачей бурового шлама по методу прямой промывки с последующим созданием скважины большого диаметра (СБД), расширение СБД с выдачей бурового шлама по методу обратной промывки с последующим созданием вертикальной горной выработки (ВГВ) круглого сечения, закладку ВГВ [1]
Способу присущи следующие недостатки:
невозможность использования способа для гидроотбойки автолитовых брекчий с коэффициентом крепости по шкале проф.М.М.Протодьяконова, равным 6;
невозможность использования ГРС для размещения оборудования скважинной гидродобычи, так как габариты добычного оборудования значительно превосходят диаметры скважин, что ведет к значительным капитальным затратам на повторное бурение скважин;
при использовании технологий скважинной гидродобычи, а также скважинного гидравлического опробования возникают значительные потери полезных компонентов на днищах выемочных камер, что приводит к высокому экономическому ущербу в первом случае и к невозможности отбора проб с требуемой достоверностью и гарантированной представительностью во втором;
невозможность использования методов скважинной гидродобычи на алмазоносных трубках, налегающие породы которых представлены плывунами, вследствие обрушения кровли выемочных камер, что приводит к возникновению аварийных ситуаций, связанных с потерей оборудования и огромным эколого-экономическим последствиям разработки:
вследствие значительных водопритоков в выемочные камеры, гидромониторные струи работают в затопленном забое, что резко снижает производительность гидроотбойки, а при определенных гидростатических давлениях столба жидкости на торцевой срез насадки гидроотбойка неосуществима.
Прототипом к предлагаемому комплексу для осуществления способа разведки, пробной эксплуатации и разработки месторождений полезных ископаемых является устройство, включающее гидродобычный агрегат для гидромеханического разрушения полезного ископаемого и выдачи образованной пульпы на поверхность [2]
Известному устройству присущи следующие недостатки:
высокий уровень потерь полезных компонентов на днищах выемочных камер, а также полезного ископаемого в междукамерных целиках;
низкая надежность и долговечность работы элементов породоразрушающего инструмента, вызванная интенсивным износом при использовании устройства на абразивных породах.
В основу изобретения поставлена задача создать способ разведки, пробной эксплуатации и разработки месторождений полезных ископаемых и комплекс для его осуществления, промышленное использование которого позволит вовлечь в эксплуатацию сложноструктурные алмазоносные трубки, залегающие в сложных горно-геологических условиях, с высокой эффективностью разработки и минимальным эколого-экономическим ущербом, наносимым окружающей среде, за счет использования ГРС, пройденных на стадии поисков и разведки, а также снижении потерь полезного ископаемого в целиках и алмазов при проходке СБД и ВГВ.
Поставленная задача достигается тем, что способ разведки, пробной эксплуатации и разработки месторождений полезных ископаемых включает проходку геологоразведочных скважин, расширение ГРС с выдачей бурового шлама по методу прямой промывки с последующим созданием СБД, расширение СБД с выдачей бурового шлама по методу обратной промывки с последующим образованием вертикальной горной выработки круглого сечения, закладку ВГВ.
Требуемую достоверность опробования и оконтурирования структур трубки устанавливают на стадиях поисков и разведки при проходке ГРС путем обработки кернового материала. Гарантированную представительность опробования устанавливают при проходке СБД и ВГВ на основании обработки кернового материала. СБД и ВГВ являются одновременно вертикальными горными выработками для пробной эксплуатации трубки.
Отработку трубки ведут в два этапа. Первый этап является пробной эксплуатацией трубки, в условиях которой осуществляют оконтуривание добычных блоков с использованием ГРС в три стадии.
На первой стадии производят калибровку ГРС с заполнением внутренней полости скважины тяжелой жидкостью до контакта кратерной части трубки с налегающими породами в период подъема калибровочного инструмента. Затем извлекают обсадную колонну и заполняют образованную полость сыпучим материалом, плотность которого ниже плотности тяжелой жидкости. Созданная выработка является пилот-скважинной для размещения опережающей иглой породоразрушающего инструмента, используемого на второй стадии.
На второй стадии осуществляют расширение пилот-скважины на всю длину с созданием СБД.
На третьей стадии расширяют по глубине СБД с созданием ВГВ с последующей зачисткой забоя СБД нижней секцией пакерирующего элемента, а забоя пилот-скважины эрлифтом и дальнейшей закладкой выработанного пространства. Затем осуществляют оконтуривание границ добычного блока по глубине и сечению трубки в плане на основании параметра гарантированной представительности проб, отобранных и обработанных из СБД и ВГВ, которые принадлежат данному добычному блоку.
Второй этап отработки трубки является этапом разработки каждого из оконтуренных добычных блоков. Непосредственно добычу полезного ископаемого осуществляют путем проходки пилот-скважин с созданием перебура, расположенного ниже границы добычного блока по глубине, осуществляют заполнение пилот-скважины тяжелой жидкостью, плотность которой выше плотности налегающих пород, полезного ископаемого и ниже плотности алмазов, до контакта кратерной части трубки с налегающими породами. В пределах мощности налегающих пород пилот-скважину заполняют сыпучим материалом. Затем расширяют пилот-скважину с созданием СБД, дальнейшее расширение СБД с образованием ВГВ и заполнением выработанного пространства твердеющей закладкой на заключительной стадии.
Разработку трубки осуществляют в две фазы, при этом первая фаза включает добычу полезного ископаемого, представленного автолитовыми брекчиями с высоким содержанием алмазов. Вторая фаза состоит из добычи полезного ископаемого представленного ксенотуфобрекчиями с пониженным содержанием алмазов. В промежутке первой и второй фазами изменяют технологическую схему обогащения алмазов.
Комплекс для осуществления способа разведки, пробной эксплуатации и разработки месторождений полезных ископаемых включает гидродобычный агрегат для гидромеханического разрушения полезного ископаемого и выдачи образованной пульпы на поверхность.
Агрегат снабжен уловителем алмазов, применяемых при проходке скважин с обратной промывкой.
Уловитель алмазов выполнен в виде отрезка трубы, помещенной в кольцевом цилиндре и жестко соединенной с его корпусом посредством кольца, являющегося нижним основанием цилиндра. Верхнее основание цилиндра снабжено съемной кольцевой крышкой в форме усеченного конуса с секторообразными окнами, расположенными радиально. Во внутренней полости кольцевого цилиндра расположены коллекторы, выполненные в виде колес, свободно посаженных на трубу, являющейся осью. Колеса снабжены спицами жесткости и предохранительными спицами. Внутренняя полость кольцевого цилиндра заполнена техническим маслом, например смесью петроламута, автола и цилиндрового масла, или смесью бараньего жира с касторкой.
Уловитель алмазов установлен в разъеме центральной напорной колонны и соединен с ней торцами трубы. Нижнее основание кольцевого цилиндра расположено в непосредственной близости от верхнего основания цилиндрического породоразрушающего инструмента. Диаметры цилиндра и породоразрушающего инструмента равны между собой.
Пакерирующий элемент, применяемый при проходке скважин с обратной промывкой, выполнен в виде отдельных кольцевых пакерирующих секций, жестко установленных с помощью муфт на нижней торцевой части трубы эрлифта, являющейся опережающей иглой при проходке ВГВ и помещенной в СБД. Каждая из пакерирующих секций собрана из шаров положительной плавучести, например из пенополиуретана, соединенных между собой гибкими связями с возможностью касания между собой смежных шаров как в свободном, так и в стесненных условиях. Шары, смежные с муфтами, соединены с последним гибкими связями.
Использование ГРС, пройденных на стадиях поисков и разведки трубок, в качестве пилот-скважин при проходке СБД значительно снижает капитальные и эксплуатационные затраты при пробной эксплуатации и разработке трубки.
Калибровка ГРС и дальнейшее расширение ее с образованием СБД, а затем и ВГВ позволяет отобрать пробу с гарантированной представительностью, на основании чего представляется возможным оконтурить добычный блок с установлением границ по глубине и сечению трубки в плане.
Расширение СБД на третьей стадии с образованием ВГВ позволяет значительно увеличить скорость проходки ВГВ, сократить тем самым сроки промышленного освоения трубки.
Отработку трубки на втором этапе ведут в пределах контуров каждого из образованных блоков в три стадии. Непосредственно добычу полезного ископаемого осуществляют с проходки пилот-скважин с созданием перебура, расположенного ниже границы добычного блока по глубине, с дальнейшим созданием СБД, а затем ВГВ на третьей стадии. Такая закономерность позволяет производить отработку блока с получением гарантированной прибыли.
Заполнение выработанного пространства твердеющей закладкой, в качестве компонентов которой используются хвосты обогатительной фабрики, позволяет предотвратить развитие горного давления в массиве пород, сделав тем самым управляемым геомеханический процесс.
Добыча полезного ископаемого, представленного автолитовыми брекчиями с высоким содержанием алмазов, на первой фазе, позволяет сократить сроки окупаемости капитальных вложений на строительство рудника.
Кроме того, раздельная добыча полезного ископаемого, представленного автолитовыми и ксенотуфобрекчиями, позволяет сократить время на изменение технологической схемы обогащения алмазов на фабрике. В первом случае необходим процесс дробления и измельчения надрешетного продукта, а во втором случае этот процесс исключается из технологической схемы обогащения вследствие полной дезинтеграции ксенотуфобрекчий при напорном гидротранспортировании пульпы на обогатительную фабрику.
Использование уловителя алмазов при проходке СБД по методу прямой промывки позволяет предотвратить потери алмазов вследствие их хрупкого разрушения режущими элементами.
Установка уловителя алмазов выше и в непосредственной близости от верхнего основания цилиндрического породоразрушающего инструмента способствует улавливанию алмазов, отрываемых от забоя СБД закрученными потоками пульпы, в которых восходящая скорость превышает гидравлическую крупность алмазов, измерянную в стесненных условиях. Требуемая восходящая скорость потока пульпы обеспечивается за счет равенства диаметров породоразрушающего инструмента и кольцевого цилиндра уловителя алмазов, которые образуют минимальный зазор между из наружными поверхностями и стенкой СБД определяемой эквивалентным диаметром трубопровода, в котором не происходит осаждение алмазов.
Снабжение верхнего основания кольцевого цилиндра кольцевой крышкой в форме усеченного конуса способствует свободному скатыванию по ее поверхности кусков бурового шлама, которые не попадают при этом во внутреннюю полость уловителя алмазов. Выполнение в крышке секторообразных окон, расположенных радиально, способствует попаданию во внутреннюю полость уловителя алмазов кристаллосырья, причем длина дуги сектора больше максимального размера алмазов и составляет не менее 16 мм, исходя из максимальной крупности алмазов.
Выполнение коллекторов в виде колес и снабжение их спицами жесткости и предохранительными спицами (струнами из инструментальной стали) способствует удержанию алмазов во внутренней полости кольцевого цилиндра при подъеме породоразрушающего инструмента, изменении гидродинамического режима промывки скважин, а также при аварийных ситуациях, связанных с утечкой технического масла. В смежном коллекторе, расположенном над нижним коллектором, спицы повернуты на определенный угол, за счет вращения колеса вокруг трубы, являющейся их осью. Фиксацию поворота коллекторов осуществляют кольцевой крышкой, которая своей ребордой прижимает колеса к нижнему основанию кольцевого цилиндра.
Заполнение внутренней полости уловителя алмазов техническим маслом с определенными адгезионными свойствами способствует прилипанию кристаллосырья к его поверхности и дальнейшему погружению их во внутреннюю полость кольцевого цилиндра.
Монтаж элементов уловителя алмазов на отрезке трубы позволяет производить быстрый демонтаж сменного оборудования после проходки СБД.
Промышленное использование пакерирующего элемента имеет многофункциональное назначение.
При проходке ВГВ в налегающих породах, представленных плывунами, а также в ксенотуфобрекчиях с коэффициентом крепости по шкале проф. М.М.Протодьяконова, равным единице, пакерирующий элемент препятствует возникновению призмы сползания в СБД, вызванной осевой нагрузкой породоразрушающего инструмента на забой ВГВ.
Пакерирующий элемент способствует дроблению и измельчению бурового шлама шарами из пенополиуретана, а также доставки измельченного материала в активную зону всасывания эрлифта.
Пакерирующий элемент предупреждает попадание на забой СБД и в перебур пилот-скважин посторонних предметов и валунов, которые в конечном итоге не позволяют произвести зачистку забоев названных скважин.
Использование шаров с положительной плавучестью позволяет получить значительную выталкивающую силу (силу Ньютона), приложенную к каждому из шаров, результирующая составляющая которых способствует активному отпору призмы сползания. Указанная сила резко возрастает при нахождении шаров в пульпе с высокой консистенцией, что имеет место при проходке ВГВ.
Выполнение секций пакерирующего элемента из шаров, соединенных между собой гибкими связями с возможностью касания между собой смежных шаров, позволяет расположить шары равномерно по поперечному сечению СБД без возможности размещения шаров произвольно в плоскости, близкой к вертикальной.
Количество секций в пакерирующем элементе устанавливают в зависимости от устойчивости налегающих пород и полезного ископаемого, представленного ксенотуфобрекчиями.
На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков изобретения имеет причинно-следственную связь с достигаемыми техническими и технологическими результатами. Благодаря данной совокупности существенных признаков удалось создать способ разведки, пробной эксплуатации и разработки месторождений полезных ископаемых и комплекс для его осуществления с высокой эффективностью и надежностью эксплуатации. Следовательно, предложенное решение имеет изобретательский уровень, так как явным образом не следует из уровня использования техники и технологии на данном этапе развития.
На фиг. 1 показан исполнительный орган комплекса для проходки СБД; на фиг. 2 продольный разрез уловителя алмазов; на фиг. 3 и 4- разрезы I I и II II соответственно по элементам уловителя алмазов; на фиг. 5 показан исполнительный орган комплекса для проходки ВГВ; на фиг. 6 продольный разрез пакерирующего элемента; на фиг.7 разрез III III по пакерирующему элементу; на фиг. 8 соединение шаров в пакерирующих секциях; на фиг. 9 показано осуществление процесса отпора пакерирующим элементом призмы сползания; на фиг. 10 изображено сечение по кратерной части трубки и положение поисковых и разведочных скважин; на фиг. 11- разрез IV IV по трубке; на фиг.12 и 13 - процесс калибровки ГРС и их заполнение тяжелой жидкостью соответственно; на фиг. 14 и 15 процесс извлечения обсадных колонн из ГРС и заполнение образованных полостей сыпучих материалов соответственно; на фиг. 16 - продольный разрез по пилот-скважине, подготовленной к расширению; на фиг. 17 изображен процесс проходки СБД по методу прямой промывки; на фиг.18- процесс проходки ВГВ по методу обратной промывки; на фиг. 19 изображено деление структуры трубки, представленной автолитовыми брекчиями на добычные блоки; на фиг.20 иллюстрация процесса закладки выработанного пространства, образованного пилот-скважиной, СБД и ВГВ; на фиг. 21 изображен наземный комплекс предварительного обогащения пульпы и подготовки рабочего агента.
Изобретение рассматривается на примере разведки, пробной эксплуатации и разработки алмазоносной трубки сложноструктурного строения, полезное ископаемое которой представлено автолитовыми брекчиями с высоким содержанием алмазов, а также ксенотуфобрекчиями с бедным содержанием. Налегающие породы представлены четвертичными отложениями и сильно обводнены. Вмещающими породами являются обводненные неустойчивые песчаники. Водоносный горизонт месторождения гидравлически связан с Белым морем и гидравлической системой Европейской части России. На этом основании создание депрессионной воронки для безопасного ведения горных работ недопустима как при открытом, так и подземном способах разработки. Комплекс для осуществления способа разведки, пробной эксплуатации и разработки месторождений полезных ископаемых включает гидродобычный агрегат, состоящий из бурового агрегата 1, гидравлически и механически связанного с центральной напорной колонной 2, жестко соединенной с цилиндрическим породоразрушающим инструментом 3, снабженным режущими элементами 4.
Исполнительный орган бурового агрегата 1 для проходки СБД 5 по методу прямой промывки включает цилиндрический породоразрушающий инструмент 3, снабженный опережающей иглой 6 со шнеком 7 и гидромониторными насадками 8. Исполнительный орган также включает уловитель алмазов 9, состоящий из трубы 10, помещенной в кольцевом цилиндре 11 и жестко соединенной с его корпусом посредством кольца 12, являющегося нижним основанием цилиндра. Верхнее основание цилиндра 11 снабжено съемной кольцевой крышкой 13 в форме усеченного конуса с секторообразными окнами 14, расположенными радиально. Во внутренней полости кольцевого цилиндра 11 расположены коллекторы 15, выполненные в виде колес, свободно посаженных на трубу 10, являющейся их осью. Коллекторы 15 снабжены спицами жесткости 16 и предохранительными спицами 17, выполненными в виде струн из инструментальной стали. Внутренняя полость кольцевого цилиндра заполнена техническим маслом 18. Уловитель алмазов установлен в разъеме центральной напорной колонны 2 и соединен с ней торцами трубы 10. Нижнее основание 12 кольцевого цилиндра 11 расположено в непосредственной близости от верхнего основания цилиндрического породоразрушающего инструмента 2. Наружные диаметры кольцевого цилиндра 11 и цилиндрического породоразрушающего инструмента 3 равны между собой.
Исполнительный орган бурового агрегата 1 для проходки ВГВ 19 по методу обратной промывки включает цилиндрический породоразрушающий инструмент 3 параметрического ряда, наружный диаметр которого больше наружного диаметра породоразрушающего инструмента, используемого при проходке СБД по методу прямой промывки. Исполнительный орган также включает пакерирующий элемент 20, жестко установленный на нижней торцевой части трубы 21 эрлифта. Труба 21 эрлифта пропущена через центральный канал ( не показан) породоразрушающего инструмента 3 и жестко соединена с центральной напорной колонной 2. Таким образом, труба 21 эрлифта и напорная колонна 2 гидравлически сообщены между собой посредством внутренних полостей. Пакерирующий элемент 20 выполнен из кольцевых пакерирующих секций 22, жестко установленных с помощью муфт 23 на нижней торцевой части трубы 21 эрлифта. Труба 21 эрлифта является опережающей иглой при проходке ВГВ 19 и помещена в СБД 5. Каждая из пакерирующих секций 22 собрана из шаров 24 положительной плавучести, соединенных между собой гибкими связями 25. Гибкая связь может быть выполнена из стержней, жестко закрепленных в смежных шарах, выполненных из пенополиуретана и соединенных между собой с помощью кольца. Элементы гибкого соединения установлены в прорезях 26 шаров 24 с возможностью касания между собой смежных шаров как в свободном, так и в стесненных условиях. В каждой из пакерирующих секций 22 шары, смежные с муфтами 23, связаны с последними элементами гибкого соединения, которые помещены в прорезях 26 шаров. В качестве элемента гибкого соединена шаров в секциях и с принадлежащим им муфтами может быть использован трос.
Способ разведки, пробной эксплуатации и разведки месторождений полезных ископаемых осуществляют следующим образом.
На стадиях поисков и разведки трубки 27 производят оконтуривание структур 28, 29, представленных автолитовыми брекчиями, а также структуры 30, представленной ксенотуфобрекчиями. Для этого с дневной поверхности через налегающие породы 31, представленные плывунами, по определенной сетке проходят ГРС 32. Забои ГРС, которые пройдены в окрестности контакта трубки 27 с вмещающими породами 33 располагают в последних, при этом забои остальных ГРС располагают в массиве трубки на глубине, предусмотренной методикой разведки. Диаметры ГРС устанавливают из условия отбора достоверной пробы. Скважины проходят с отбором кернового материала, причем отрезки скважин, расположенные в пределах мощности налегающих пород 31, обсаживают колонной труб 34. Количество поисковых и разведочных скважин может быть значительным в зависимости от размеров трубки. Обсадные колонны скважин являются помехой при разработке трубки. Кроме того, извлеченные колонны труб могут быть использованы повторно.
В рассматриваемой технологии и с целью снижения капитальных и эксплуатационных затрат при разработке трубки предлагается использовать ГРС в качестве пилот-скважин при проходке СБД, а затем и ВГВ.
Отработку трубки ведут в два этапа. Первый этап является пробной эксплуатацией, в условиях которой осуществляют оконтуривание добычных блоков с использованием ГРС в три стадии.
Первая стадия включает калибровку ГРС с помощью породоразрушающего калибровочного инструмента 35, который соединен с буровым ставом 36. Буровой став 36 соединяют с вертлюгом и вращателем бурового станка ( не показаны). За счет вращения и осевого перемещения породоразрушающего инструмента по направлению к забою скважины, осуществляют калибровку ее стенок с выносом бурового шлама по методу прямой промывки. При достижении породоразрушающим инструментом забоя ГРС, буровой став 36 поднимают. Одновременно с подъемом во внутреннюю полость бурового става подают тяжелую жидкость 37, которая заполняет полость скважины до контакта структуры 28 с налегающими породами 31. После извлечения из ГРС породоразрушающего инструмента 35 в скважину опускают индикаторный материал 38, например ВМН, с плотностью 17 г/см3, который тонет в тяжелой жидкости и оседает на ее забое. Затем внутреннюю полость обсадной колонны 34 заполняют сыпучим материалом 39, например песком, и производят ее извлечение известными методами. По мере подъема обсадной колонны 34 отрезки труб, расположенные выше дневной поверхности, свинчивают, а во внутреннюю полость колонны, расположенную ниже дневной поверхности, добавляют песок. После полного заполнения песком образованной полости, занимаемой обсадной колонной, процесс формирования пилот-скважины прекращают. Плотность тяжелой жидкости должна быть больше плотностей сыпучего материала, налегающих пород и полезного ископаемого и меньше плотностей индикаторного материала и алмазов, которая составляет 3,5 г/см3. Таким образом, созданная выработка является пилот-скважиной для размещения опережающей иглы 6 породоразрушающего инструмента 3, используемого на второй стадии.
На второй стадии осуществляют расширение ГРС, являющейся пилот-скважиной 32, на всю длину с последующим созданием СБД 5. Для этого на устье пилот-скважины с помощью бурового агрегата 1 монтируют исполнительный орган, состоящий из породоразрушающего инструмента 3 и уловителя алмазов 9. Опережающую иглу 6 заглубляют в сыпучий материал 39. СБД проходят роторно-турбинным бурением (РТБ) по методу прямой промывки. От станции приготовления бурового раствора (не показана) через гибкий высоконапорный рукав 40, вертлюг 41, а затем во внутреннюю полость центральной напорной колонны 2 подают буровой раствор. Внутренняя полость колонны 2 гидравлически связана с насадками 8, которые формируют буровой раствор в струи. Разрушенные с помощью режущих элементов 4 налегающие породы, а затем и полезное ископаемое в виде бурового шлама поступает в кольцевой зазор, образованный боковыми поверхностями породоразрушающего инструмента 3, уловителя алмазов 9 и созданной стенкой 42 СБД. При вращении породоразрушающего инструмента в зазоре создается закрученный поток пульпы, который увлекает буровой шлам, высвобожденные алмазы и перемещает их по направлению 43 вверх. За пределами съемной кольцевой крышки 13 уловителя алмазов 9 скорость потока пульпы резко падает вследствие значительного увеличения кольцевого зазора, образованного стенкой 42 СБД и внешней поверхностью центральной напорной колонны 2. На этом основании гидравлическая крупность алмазов превышает скорость восходящего потока пульпы, благодаря чему алмазы попадают в секторообразные окна 14, прилипают к техническому маслу 18, а затем и погружаются в него, накапливаясь во внутренней полости кольцевого цилиндра 11. Буровой шлам в виде пульпы поступает на дневную поверхность, а затем в зумпф, из которого с помощью землесоса (не показан) по трубопроводу 44 поступает на виброгрохоты 45, например ГИЛ 32. С помощью виброгрохотов происходит разделение бурового шлама на класс +0,5 мм, который накапливается в бункере 46, и класс -0,5 мм, не содержащий алмазов. Подрешетный продукт класса -0,5 мм по желобу 47 поступает в пруд-отстойник 48, где происходит его накопление. Высвобождаемые в процессе разрушения забоя скважины режущими элементами 4 крупные алмазы с помощью гидромониторных струй, формируемых насадками 8, перемещаются по наклонной плоскости забоя и поступают на шнек 7 опережающей иглы 6. По поверхности шнека с большим шагом навивки крупные алмазы скатываются и тонут в тяжелой жидкости, накапливаясь на индикаторном материале 38 в виде слоя 49.
После проходки СБД на всю длину, исполнительный орган извлекают. Отсоединяют от напорной колонны 2 породоразрушающий инструмент 3 и уловитель алмазов 9. Из внутренней полости уловителя алмазов извлекают кристаллосырье. Получают сведения о добытых алмазах из бурового шлама их количественном распределении по длине СБД.
На третьей стадии расширяют по глубине СБД. Для этого в созданную СБД опускают с помощью бурового агрегата 1 исполнительный орган, состоящий из пакерирующего элемента 20 и породоразрушающего инструмента 3. Центральную напорную колонну 2 снабжают диспергатором 50 и трубопроводом 51 для подачи сжатого воздуха от компрессорной станции 52 по магистральному трубопроводу 53.
Проходку ВГВ 19 ведут по методу обратной промывки. При подаче сжатого воздуха на диспергатор 50 система работает в режиме эрлифтирования пульпы. Для создания оптимального затопления диспергатора 50 из пруда-отстойника 48 с помощью насоса 54 по трубопроводу 55 в ВГВ подают пульпу, содержащую подрешетный продукт, плотность которой приближается к плотности бурового раствора.
Буровой шлам, образованный в результате разрушения кольцевого забоя ВГВ, поступает на поверхность верхней секции пакерирующего элемента 20 и под собственным весом перемещается по поровым пространствам, образованными смежными шарами 24 каждый из пакерирующих секций в сторону торцевой части трубы 21 эрлифта. При этом буровой шлам подвергается дроблению с помощью шаров, находящихся в колебательных движениях. Указанное перемещение вызвано положением шаров 24 каждой из секций 22, которые образуют наклонную плоскость в сторону трубы эрлифта в форме опрокинутого усеченного конуса вследствие соединения шаров гибкими связями 25 с возможностью их касания между собой. Буровой шлам в виде пульпы всасывается эрлифтом и по внутренней полости напорной колонны 2 через вертлюг 56 и трубопровод 57 поступает в зупф, из которого землесосом (не показан) по трубопроводу 44 подается на виброгрохоты 45. Подрешетный продукт класса -0,5 мм по желобу 47 поступает в пруд-отстойник 48, а надрешетный продукт класса +0,5 мм транспортируется на обогатительную фабрику. В процессе проходки ВГВ породоразрушающим инструментом 3 создается стенка 58, запас прочности которой в совокупности с активным отпором бурового раствора достаточен для ее устойчивости на весь период проходки выработки.
Под действием осевой нагрузки, создаваемой весом элементов исполнительного органа, а также динамической нагрузки при бурении ВГВ, в налегающих породах 33 вокруг СБД образуется призма сползания 59 с углом α к отвесной стенке 42. Запас прочности стенки 42 может быть недостаточен для удержания призмы сползания 59, обрушение которой приводит к заштыбовке СБД, а также к поломке элементов исполнительного органа. Для предупреждения названных последствий используют пакерирующий элемент 20, положительная плавучесть шаров которого, а также их прочность способствует активному отпору призме сползания 59 и предотвращает ее развитие.
При достижении торцом трубы 21 эрлифта поверхности слоя обогащенного концентрата 60, расположенного на забое СБД, производится всасывание и выдача его на поверхность. Концентрат, который размещен за пределами зоны активного всасывания эрлифта, шарами нижний пакерирующей секции 22 при ее вращении перемещается в скважину 32 и извлекается эрлифтом. Эрлифтом также извлекаются алмазы 49 и индикаторный материал 38. Если количество опущенного и извлеченного из скважины 32 индикаторного материала совпало, процесс зачистки прекращают. Это говорит о том, что все алмазы, высвобожденные в процессе бурения СБД и ВГВ, извлечены на поверхность, так как плотность индикаторного материала значительно превосходит плотность алмазов.
На этом процесс проходки ВГВ прекращают и исполнительный орган извлекают на поверхность.
После подъема исполнительного органа производят подсчет добытого полезного ископаемого и содержание алмазов по интервалам глубины созданной вертикальной горной выработки, что служит параметром гарантированной представительности пробы. На основании этого параметра производят оконтуривание границ добычного блока 61 по глубине 62 и в плане 63 трубки. Аналогичным образом производят оконтуривание других блоков 64 и 65. Каждому добычному блоку принадлежит одна из ГРС. Таким образом процесс эксплуатационной разведки трубки во времени и пространстве совпадает с пробной эксплуатацией. Затем производят закладку выработанного пространства. Для этого с помощью бурового агрегата 1 в выработанное пространство опускают колонну буровых труб 66, нижний торец которых снабжен гидромониторной насадкой 67. Из хвостохранилища обогатительной фабрики (не показано) по трубопроводу 68 в выработанное пространство подают твердые компоненты закладочного материала, а от цементировочного агрегата 69, например ЦА-320, с помощью насоса 70 по трубопроводу 71 через вертлюг 72, а затем во внутреннюю полость колонны буровых труб 66 нагнетают цементное молоко, которое с помощью гидромониторной насадки 67 формируется в струи. Закладку выработанного пространства осуществляют слоями 73 снизу вверх, при этом насадку 67 располагают на границе созданного и формируемого слоя. Такая закономерность позволяет значительно снизить расход цемента. Колонне буровых труб сообщают вращательное движение, что позволяет равномерно инъектировать цементное молоко в закладочный материал, как по сечению слоя 73, так и по его высоте. После закладки выработанного пространства комплекс работ в конкретном добычном блоке на первом этапе прекращают.
На втором этапе отработку трубки ведут в пределах контуров каждого из добычных блоков 61, 64, 65. При этом непосредственно добычу полезного ископаемого осуществляют путем проходки пилот-скважин 74 с созданием перебура 75, расположенного ниже границы 62 добычного блока по глубине. Глубина перебура должна быть меньше или равна длине торцевой части трубы 21 эрлифта. Пилок-скважины 74 заполняют тяжелой жидкостью 76, плотность которой выше плотности налегающих пород, полезного ископаемого и сыпучего материала 77 и ниже плотности алмазов, а также индикаторного материала 78. Тяжелую жидкость заливают до контакта кратерной части трубки с налегающими породами 31. В пределах мощности налегающих пород отрезок скважины заполняют сыпучим материалом (песком). Перед заполнением пилот-скважины песком на ее забой опускают определенное количество индикаторного материала 78. Затем производят расширение пилот-скважины роторно-турбинным бурением по методу прямой промывки с созданием СБД.
После создания СБД проходят ВГВ по методу обратной промывки.
На заключительной стадии осуществляют закладку выработанного пространства слоями 73 снизу вверх.
Последовательность осуществления технологических процессов на втором этапе отработки трубки аналогична процессам первого этапа.
Алмазоносную трубку сложноструктурного строения отрабатывают в две фазы.
Первая фаза включает добычу полезного ископаемого, представленного автолитовыми брекчиями 28 и 29 с высоким содержанием алмазов, что позволяет сократить сроки окупаемости капитальных затрат.
На второй фазе осуществляют добычу полезного ископаемого, представленного ксенотуфобрекчиями с пониженным содержанием алмазов.
В промежутке между первой и второй фазами изменяют технологическую схему обогащения алмазов, так как ксенотуфобрекчии не требуют дробления и измельчения надрешетного продукта.
Использование изобретения позволит вовлечь в отработку трубки с высокой эффективностью без нанесения эколого-экономического ущерба окружающей среде. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Формула изобретения: 1. Способ разведки, пробной эксплуатации и разработки месторождений полезных ископаемых, включающий бурение геологоразведочных скважин, расширение их с выдачей бурового шлама методом прямой и обратной промывки на стадии разведки и пробной эксплуатации, отработку месторождения и закладку выработанного пространства, отличающийся тем, что геологоразведочные скважины в пределах мощности налегающих пород обсаживают колонной труб, скважины бурят с отбором керна, затем производят их калибровку, заполняют до контакта месторождения с налегающими породами тяжелой жидкостью, извлекают обсадную колонну и заполняют оставшуюся часть скважины сыпучим материалом, плотностью ниже плотности тяжелой жидкости, расширение скважин с прямой промывкой ведут до размеров скважин большого диаметра на стадии пробной эксплуатации с оконтуриванием эксплуатационных блоков, затем на стадии пробной эксплуатации выделенных блоков с обратной промывкой производят расширение скважин большого диаметра до размеров вертикальной горной выработки, при этом расширение производят с поддержанием стенок выработки пакерирующим приспособлением, а отработку месторождения ведут путем бурения пилот-скважин, их расширения до скважин большого диаметра и расширения последних до размеров вертикальной горной выработки в последовательности, принятой для стадии пробной эксплуатации.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при разведке, пробной эксплуатации и разработке алмазоносных кимберлитовых трубок после заполнения геологоразведочной или пилот-скважины тяжелой жидкостью на забой опускают индикаторный материала плотностью, превышающей плотность тяжелой жидкости.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что расширение скважин до размеров скважин большого диаметра с прямой промывкой ведут с улавливанием алмазов в скважине.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что после расширения скважин большого диаметра до размеров вертикальной горной выработки производят извлечение индикаторного материала с осевшими алмазами.
5. Комплекс для разведки, пробной эксплуатации и разработки месторождений полезных ископаемых, включающий гидродобычной агрегат для гидромеханического разрушения полезного ископаемого и выдачи пульпы на поверхность с центральной колонной и породоразрушающим инструментом, отличающийся тем, что он снабжен уловителем алмазов, выполненным в виде кольцевого цилиндра с нижним основанием и установленного в нем жестко связанного с нижним основанием отрезка трубы, при этом кольцевой цилиндр имеет съемную кольцевую крышку, выполненную в форме усеченного конуса с расположенными радиально секторообразными окнами, при этом внутренняя полость кольцевого цилиндра оснащена коллекторами, выполненными в виде свободно посаженных на отрезок трубы колес, имеющих спицы жесткости и предохранительные спицы, и заполнена техническим маслом, а уловитель алмазов установлен в разъеме центральной колонны, соединен с ней торцами отрезков трубы, нижнее основание кольцевого цилиндра размещено у верхнего основания породоразрушающего инструмента и диаметры кольцевого цилиндра и породоразрушающего инструмента равны между собой.
6. Комплекс по п.5, отличающийся тем, что он снабжен пакерирующим приспособлением, состоящим из пакерирующих секций, каждая из которых выполнена в виде шаров с положительной плавучестью, связанных между собой посредством гибких связей с возможностью касания смежных шаров, при этом каждая секция имеет муфту для соединения с колонной, а шары, смежные с муфтой, связаны с ней посредством гибких связей.