Геологические разработки месторождений

Содержание:

Введение 3

Методика расчета производительности гидравлического разрушения 8

Проектирование подземной газификации углей. 13

Выбор оптимальных 17

Технологических параметров скважинной гидродобычи полезных ископаемых. 17

Расчет параметров технологии подземного выщелачивания. 23

Расчет технико-экономических показателей геотехнологии. 28

Список литературы. 34

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Глубокий  экономический кризис, в котором  оказались все добывающие отрасли  промышленности, в первую очередь  угольная, требуют совершенно новых  нетрадиционных подходов ко всем этапам горного производства: разведка месторождения, его обустройство, вскрытие пластов, добыча и переработка полезного  ископаемого, выполнение обеспечивающих и вспомогательных процессов  и операций.

Практически при традиционной технологии подземной  разработки даже в благоприятных  горно-геологических условиях невозможно добыть конкурентоспособную товарную продукцию. Причинами этого являются:

-расположение  перспективных угольных месторождений  далеко от портов и потенциальных  покупателей каменного угля, что  приводит к существенным затратам  на транспортировку;

-высокие  первоначальные капитальные затраты  на строительство и оборудование  шахты, длительные сроки ее  строительства, относительно высокие  эксплуатационные затраты;

-очень тяжелые  и опасные условия труда шахтеров  под землей;

-необходимость  социального культурного и бытового  обустройства  участка месторождения.

Технология  открытой разработки угольных месторождений  позволяет получить дешевый уголь, но только на месторождениях с особенно благоприятными горно-геологическими условиями, а экологические последствия  такой разработки часто не поддаются  рекультивации.

Весьма перспективными в этих условиях представляются геотехнологические способы разработки месторождений  полезных ископаемых. Они позволяют  получить энергоноситель из угольного  месторождения как в твердом, так и  в жидком, и газообразном состоянии. При этом основные преимущества усматриваются в следующем:

-устраняется   тяжелый и опасный труд шахтеров;

-меньшие  первоначальные затраты на работы, обеспечивающие запуск первой  очереди промысла;

-возможность  финансирования работ по развитию  промысла за счет получаемой  прибыли;

-воззможность  организации работы промысла  вахтовым методом;

-существенно  меньшие экологические последствия  разработки месторождения;

Геотехнологические  способы разработки месторождений  полезных ископаемых не нашли широкого применения при добыче ископаемых углей, но при разработке таких полезных ископаемых как самородная сера, каменная соль, уран и т.п., они являются основными.

Все стоимостные параметры, даны по состояннию на 1 января 1991 года.

Для того, чтобы перевести полученные стоимостные значения в новый масштаб цен, можно воспользоваться в  учебных целях следующими коэффициентами пересчета и коэффициентами дефляторами.

Цель геологоразведочных работ – комплексная оценка месторождения, как сырьевой базы горнодобывающей промышленности.

При разведке должны быть выяснены:

1. Форма, размер и геологическое строение залежи, глубина залегания, тектонические особенности, содержание полезного компонента и его запасы, мощность, литологическией, минералогический и химический составы, структурные и текстурные особенности залежи, соотношение полезных компонентов по технологическим свойствам, изменчивость их качественных и количественных характеристик;
2. Мощность, литологический состав,степень тектонический нарушенности и элементы залегания покрывающих и подстилающих пород, физико-механические свойства боковых пород;
3. Гидрогеологические характеристики водоносных горизонтов, гидрогеологическая блокировка запасов, источники водоснабжения предприятия, прогноз возможных гидрогеологических характеристик при эксплуатации месторождения;
4. Газоносность залежи, интенсивность газовыделения, состав газов, их взрывоопасность;
5. Экономика и природные условия района месторождения.

Специфические особенности геологоразведочных работ при геотехнологии – детальность Физико-геологических исследований параметров залежи, обуславливающих процессы геотехнологии.

Таким образом, исследовательские работы включают общегеолгические и геотехнологические исследования.

Геотехнологические исседования:

1. количественная оценка сортов и разновидностей полезного ископаемого;
2. пористость, кавернозность и трещиноватость.

В ходе исследований проводятся следующие виды опробования:

1. химическое – определяется химический состав, содержание полезных компонентов и вредных примесей;
2. минералого-литологическое – изучаются состав минералов, их структурные и текстурные особенности;
3. физическое -  устанавливаются физико-механические и теплофизические свойства полезного ископаемого и вмещающих пород;
4. технологическое – изучение извлекаемости полезного ископаемого.

Все виды опробования проводятся по результатам отбора керна секциями длиной 1 м, а на контактах с боковыми породами – 0.5 м.

Перед строительством крупного предприятия осуществляются опытно-промышленные испытания технологии на опытной установке в естественных условиях.

В период подготовки месторождения к эксплуатации проводится комплекс геологических, гидрогеологических и геофизических исследований залежи. Его цель – изчесние месторождения как гидроструктуры. Основные методы: гидрогеологические точечное и площадное опробование скважин, сопровождаемое геофизическими измерениями. Для изучения гидрогеологических характеристик месторождения проводят опытные нагнетания и откачки.

В ходе исследований этого комплекса важнейшим является изучение эффективности методов искусственного воздействия на массив с целью улучшения его гидрогеологических свойств.

Гидрогеологические исследования должны проводиться по блокам месторождения с различными типами условий залегания подземного ископаемого: по качеству, боковым породам, свойствам и т.п. Должна быть определена неоднородность геолого-гидрологиечских характеристик как на площади так и по мощности месторождения.

Подсчет запасов полезного ископаемого, пригодных к отработке геотехнологическими методами включает:

1. определение контуров и площади распространения промышленной залежи;
2. среднюю мощность залежи по блокам;
3. плотность полезного ископаемого по блокам;
4. среднее содержание полезного ископаемого по блокам.

Оконтуривание промышленных запасов осуществляется на основании временных или постоянных кондиций. При установлении кондиций должна учитываться надежность выполненных геолого-гидрологических исследований, т.к. от них зависят все показатели геотехнологических методов.

Главная задача проектирования предприятия по добыче полезного ископаемого геотехнологическими методами – определение оптимального сочетания мощности, срока службы, способа вскрытия, системы  разработки и т.п.

При проектировании залежь, добычные скважины и поверхностные сооружения должны рассматриваться как единый комплекс. Наиболее приемлемый метод решения этой задачи – метод вариантов. При этом такие задачи наиболее целесообразно решать методами экономико-математического моделирования с применением ЭВМ.

Основные этапы проектирования геотехнологического предприятия:

1. получение задания на проектирование;
2. получение исходных данных;
3. выбор способа вскрытия и системы разработки месторождения, сетки расположения скважин, очередности бурения и включения в работу скважин;
4. выбор основного оборудования для производства рабочих агентов, транспортирования и переработки полученных продуктов, регенерации рабочих агентов, автоматизации и управления производством;
5. определение основных технико-экономических показателей будущего предприятия

Методика расчета производительности гидравлического разрушения

 

Рабочим органом при методе скважинной гидродобычи (СГД) является гидромониторная струя, которая осуществляет разрушение, смыв и подъем горной массы. СГД ведется затопленной свободной струей, когда плотность материала стри равна плотности среды.

Гидромониторные струи иделят на три группы по давлению:

Низкого – до 1 Мпа;

Среднего – от 1 до 4 Мпа;

Высокого – более  4 Мпа.

Основными параметрами гидромониторной струи являются скорость вылета струи, расход воды и диаметр насадки.

Нормальная нагрузка на разрушаемый слой пород определяется из выражения:

 

Где g – ускорение свободного падения,

 – плотность выжележащих  горных пород,

Н – глубина  залегания пласта, м.

Пороговое давление:

 

Где  
– плотность грунтовых вод,

Эффективное напряжение:

 

Сопротивление сдвигу водонасыщенных пород:

 

Где – коэффициент сцепления пород, Па;

– угол внутреннего трения для породы, градус.

Минимальная удельная сила удара струи, достаточная для разрушения породы:

 

Давление воды на входе в насадку:

 

Где – потери напора в сети, ориентировочно = (0,020-0,050)* Па;

– плотность рабочей жидкости,

– потери напора в гидромониторе; принимаются ориентировочно равными:

= (0,4-0,7)* Па;

Начальная скорость истечения струи:

 

Где – коэффициент скорости, принимается =0,92-0,96.

Расход воды определяется по формуле:

 

Где – коэффициент сжатия струи; принимается = 1;

– диаметр насадки гидромонитора, м.

Коэффициент структуры потока струи:

 

Где n – опытная величина, определяемая из следующего соотношения в зависимости от значения :

Мпа...........0,4 0,8 1,2 1,6 2,0

n………………………1,870 1,471    1,002   0,561     0,20

Расстояние от насадки до  забоя, на котором возможно разрушение породы:

 

Производительность гидравлического разрушения для условий Кузбасса определяется по формуле Н.Ф. Цяпко:

 

Где А – опытный коэффициент, принимаемый обратно пропорционально крепости угля в диапазоне значений: для крепости угля f=0.8-1.2 коэффициент А=1.2-1.7

Производительность гидравлического разрушения рыхлых и слабосцементированных песков и песчаников прочностью :

 

Где К – опытная постоянная, зависящая от диаметра наадки; для диаметров насадки 11, 15 и 23 мм, принимается соответственно равной 1,2; 2,0; 4,8.

Рассчитать минимальную длину струи, расход воды и производительность скважинного гидромонитора при отбойке полезного ископаемого для следующих условий:

1. разрабатывается фосфоритная руда, представленная водонасыщенными песками, характеризующаяся следующими параметрами:

а) коэффициент сцепления

б) угол внутреннего трения пород

в) плотность покрывающих пород

г) глубина залегания пласта H=20 м;

д) плотность грунтовых вод.

2) напор центробежного насоса

3) плотность рабочей жидкости ;

4) диаметр насадки

Решение.

1. Нормальная нагрузка на разрушаемый слой: 
   
2. Пороговое давление:  
   
3. Эффективное напряжение:

 

4. Сопротивление сдвигу:

  Па

 

5. Давление воды на входе в насадку:

 

6. Начальная скорость истечения струи:

 

7. Расход воды:

 

8. Коэффициент структуры потока струи

 

9.  Расстояние от насадки до забоя

 

10. Производительность гидравлического разрушения:

 

 

Проектирование подземной газификации углей.

 

Сущность  метода подземной газификации угля (ПГУ) заключается в процессе превращения  угля на месте го залегания в горючий  газ.

Основными стадиями ПГУ являются: бурение с поверхности  земли на угольный пласт скважин, соединение этих скважин каналами, проходящими в угольном пласте; нагнетание в одни скважины воздушного или парокислородного дутья; получение из других скважин  газа.

Газообразование происходит в канале за счет химического  взаимодействия свободного и связанного кислорода с углеродом и термического разложения угля.

Выход, состав и теплота сгорания получаемого  газа зависят от состава подаваемого  в скважину дутья, марки угля и  его состава, геологических условий  залегания пласта, его мощности и  строения. Теоретически установлено, что  теплота сгорания газа, получаемого  на воздушном дутье не превышает 4,4 МДЖ/.

При подземной  газификации угля основным параметром процесса является интенсивность процесса газификации. Она зависит от ряда влияющих факторов, большинство из которых определяется опытным путем..

Расчет ведется  в следующей последовательности.

При отсутствии данных об элементарном составе газифицируемого  угля теоретический объем сухого воздуха, т.е. без паров воды, подаваемого  в блок сжигания для полного сгорания угля, определяется по формуле: