Подземное растворение полезных ископаемых

Подземное растворение – способ добычи полезных ископаемых через скважины путем перевода в водный раствор одного или нескольких компонентов в недрах. В настоящее время подземному растворению подвергают каменную и калийную соли, а также бишофит и боросолевые руды. Сущность способа подземного растворения заключается в следующем. Толщу пород пересекают скважиной, которую обсаживают колонной труб. По водоподающей колонне в скважину поступает пресная вода, которая растворяет соль. Под давлением растворяющей жидкости образовавшийся рассол поднимают на поверхность по рассолоподъемной колонне труб. Горнодобывающие предприятия, осуществляющие добычу соли способом подземного растворения, называются рассолопромыслами. В состав рассолопромысла входит комплекс наземных и подземных производственных объектов, обеспечивающих непрерывную добычу и подачу рассола потребителю. Отработка залежи ведется камерами через добычные скважины. Подача воды в камеры и откачка рассола осуществляется насосной станцией с контрольно-распределительным пунктом. Подача электроэнергии потребителям осуществляется линией электропередачи через трансформаторную подстанцию. На поверхности рассолопромысла располагаются завод-потребитель, административное здание, хранилище слабых рассолов, резервуар воды и рассола, насосная станция нерастворителя, резервуары нерастворителя. Нерастворитель – газовая или жидкая среда, размещаемая в верхней части выработки и предназначенная для управления форммобразованием выработки путем предохранения части ее поверхности от растворения. В качестве жидкого нерастворителя обычно используется дизельное топливо, газообразного – воздух, природный газ, азот. Основными технологическими сооружениями рассолопромысла являются добычные скважины подземного растворения. Конструкция скважины определяется исходя из особенностей геологического строения залежи, гидрогеологических условий, физико-механических характеристик пород и других условий. Скважины подземного растворения оборудуются направляющим устройством, кондуктором, промежуточными обсадными, эксплуатационными и технологическими свободновисящими колоннами. Диаметр эксплуатационной колонны составляет до 325 мм, а диаметр технологической водоподающей – до 219 мм, рассолоподъемной – до 146 мм. На устье скважины монтируется специальный оголовок, обеспечивающий герметизацию устья, герметичное разобщение технологических колонн и возможность их подъема и спуска. Схемы вскрытия при подземном растворении могут быть вертикальными, наклонными и наклонно-горизонтальными скважинами. Рассол обычно поднимают по вертикальной скважине. При использовании наклонных скважин извлечение может превышать 50 %. Методы подземного растворения. Методы ПРС подразделяются на неуправляемые и управляемые. К первым относятся методы прямотока и противотока (рис. 11.2, а, б). Растворение соли ведется по всей вскрытой мощности соляной залежи, а скважины оборудуют одной рабочей колонной труб. При прямотоке воду подают к забою скважины, а рассол выдается между обсадной и водоподающей колоннами. При противотоке направление движения жидкостей – противоположное. Недостатки этих методов: растворяются стенки скважин, а, следовательно, камера приобретает форму опрокинутого конуса. Экс­плуатация скважин прекращается при угле наклона стенки камеры 35-40°, что резко сокращает срок службы скважин и увеличивает потери соли. Кроме того, из-за больших площадей обнажения надсолевых пород часто происходят обрушения кровли, которые вызывают аварии скважин и выход их из строя.

Рис. 11.2. Технологические схемы добычи рассола:

а — прямоток; б — противоток; в — гидровруб; г — управляемое послойное растворение; д — заглубленная водоподача; е — сплошная система разработки: 1, 2, 3... — ступени отработки

Ко вторым относятся методы гидровруба и послойного растворения.

Гидровруб – это специальная выработка, имеющая форму го­ризонтального кольцевого вруба вокруг забоя скважины. Сущность технологии основана на работе двух соосно расположенных колонн, по промежуткам между которыми движется нерастворитель, вода и рассол (рис. 11.2, в). Обычно высота гидровруба 2-5 м. Подача воды в камеру, а также выдача рассола происходят непрерывно. Нерастворитель удерживается в верхней части камеры и предохраняет ее кровлю от растворения, т.е. камера развивается только в горизонтальном направлении. После образования гидровруба заданных размеров нерастворитель поднимается, вода получает доступ к кровле камеры и начинается процесс интенсивного растворения, направленный снизу вверх. Метод позволяет извлекать до 15% соли. Недостатки метода – значительная продолжительность подготовительного периода (до 500 сут) и неуправляемость процесса в эксплуатационный период. При методе послойной выемки (рис. 11.2, г) после размыва гидровруба отработка камер снизу вверх ведется отдельными горизонтальными слоями (ступенями) высотой 5-15 м при изоляции потолка каждого слоя нерастворителем, уровень которого контролируется. Это дозволяет извлекать из каждого слоя заданное количество соли и управлять формообразованием камеры. Для перехода на выемку нового слой осуществляется подъем нерастворителя на уровень потолочины нового слоя. Опыт промышленного применения метода послойной выемки показал следующие преимущества этого способа перед другими способами: наибольшее извлечение, заранее заданная форма, высокая производительность скважины, эффективная отработка с высоким (до 30 %) содержанием нерастворимых примесей. В зависимости от порядка отработки соляных месторождений и способа управления горным давлением различают системы камерного, батарейного и сплошного растворения. При системе камерного растворения отработка залежи ведется камерами через индивидуальные или взаимодействующие скважины, между которыми оставляются целики, исключающие возможные деформации поверхности. При камерной разработке залежи индивидуальными скважинами возможны три варианта размещения камер, приведенные на рис. 1.5.3. При разработке пластов простого строения используется система с размещением камер в пределах всей разрабатываемой толщи полезного ископаемого (рис. 1.5.3, а). При разработке пластов сложного строения или сближенных пластов используется камерно-этажная система с соосным размещением камер в пределах мощности каждой пачки или кондиционного пласта (рис. 1.5.3, б).

Рис. 1.5.3. Варианты размещения камер при подземном растворении солей: а) размещением в пределах всей разрабатываемой толщи; б) с соосным размещением в пределах каждой пачки залежи; в) с несоосным размещением по мощности залежи

При разработке мощных соляных залежей, куполов и месторождений сложной формы залегания используются камерно-этажная система с несоосным размещением камер по мощности залежи (рис. 1.5.3, в).

 

Добыча рассолов может осуществляться сдвоенными (взаимо­действующими) скважинами, которые позволяют увеличить рабочее сечение ствола каждой скважины за счет ликвидации одной колонны труб. Сплошная истема разработки предусматривает работу серии взаимодействующих скважин, а также обрушение кровли.

Камеры подземного растворения отличаются высокой устойчивостью, поэтому их используют для подземного хранения нефтепродуктов и сжиженных газов, а также захоронения токсичных отходов производства.