автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Обоснование способов организации комбинированного геотехнологического метода разработки плывунных пластово-инфильтрационных месторождений урана

Общая характеристика работы.

ГЛАВА 1. ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПЛАСТОВО-ИНФИЛЬТРАЦИОН-НЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УРАНА.

1.1. Пластово- и грунтово-инфильтрационные месторождения мезозойских депрессионных структур центрально-азиатского орогенного пояса.

1.2. Горно-геологические особенности месторождения Семизбай.

1.3. Оценка опыта применения СПВ, СГД и KB при разработке гидрогенных урановых месторождений.

1.4. Цели и задачи исследования.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОМБИНИРОВАННОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ НА МЕСТОРОЖДЕНИИ СЕМИАЙ.

2.1. Исследование геологических параметров на опытном участке.

2.2. Исследование сырьевой базы СГД.

2.3. Теоретическое обоснование технологических параметров скважинной гидродобычи.

2.4. Теоретическое обоснование основных параметров процесса кучного выщелачивания.

2.5. Экспериментальные исследования геотехнологических параметров скважинной гидродобычи и кучного выщелачивания на опытном участке.

2.6. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ОРГАНИЗАЦИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДОБЫЧИ УРАНА В УСЛОВИЯХ МЕСТОРОЖДЕНИЯ СЕМИЗБАЙ.

3.1. Организация разработки месторождения методом скважинной гидродобычи.

3.2. Особенности организации кучного выщелачивания продуктов гидродобычи.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

За последние десятилетия АЭС стали важными энергетическими источниками в мире, равными по значению ГЭС. Поскольку уран является единственным видом топлива для атомной энергетики спрос на него остается стабильным. Мировое потребление урана для нужд энергетики, неуклонно растет.

Удовлетворение растущей потребности в уране в Российской Федерации невозможно без вовлечения в разработку пластово-инфильтрационных месторождений, которые в основном отрабатываются методами подземного скважинного выщелачивания. Среди этих месторождений большое место занимают плывунные месторождения семизбайского типа, разработка которых традиционными методами подземного выщелачивания затруднительна. Поэтому задача по обоснованию способов организации комбинированного геотехнологического метода разработки плывунных пластово-инфильтрационных месторождений урана, позволяющей предотвратить неуправляемую утечку растворов выщелачивания и тем самым повысить геоэкологическую безопасность и полноту выемки запасов, является актуальной.

Целью работы является обоснование способов организации комбинированного геотехнологического метода разработки, обеспечивающего геоэкологическую безопасность и полноту выемки плывунных пластово-инфильтрационных месторождений урана семизбайского типа.

Идея работы состоит в том, что организовать эффективное и геоэко-логически безопасное освоение плывунных пластово-инфильтрационных месторождений возможно путем применения комбинированной технологии добычи и извлечения урана, сочитающий методы скважинной гидродобычи и кучного выщелачивания.

Методы исследований - анализ результатов исследований теории и практики подземной разработки месторождений, установление закономерностей между технологическими параметрами и экономическими показателями, экономико-экологическое моделирование с использованием методов математической статистики, технико-экономические расчеты с оценкой технологических решений.

Научные положения, защищаемые автором:

1. Единая схема организации работ по извлечению урана из обводненных пластово-инфильтрационных месторождений отличается от традиционной тем, что она включает процессы скважинной гидродобычи, подготовку сырья в процессе гидроразмыва, гидротранспорта пульпы и формирование штабелей из продуктов гидродобычи для последующего кучного выщелачивания.

2. При организации скважинной гидродобычи в затопленной среде следует учитывать, что сопротивление породы сдвиговому разрушению струей воды с увеличением расстояния от насадки гидромонитора до груди забоя изменяется по гиперболическому закону и при увеличении напора в 2 раза это расстояние увеличивается в 2,5 раза.

3. Геоэкологическая безопасность при скважинном методе разработки плывунных пластовых месторождений урана обеспечивается путем применения скважинной гидродобычи и кучного выщелачивания в единой организационно -технологической схеме, что позволяет локализовать процессы добычи урана в изолированных очистных камерах, а извлечение металла на поверхности -кучным выщелачиванием, тем самым предотвратить утечку растворов в подземных условиях и на земной поверхности.

Научная новизна работы:

1. Предложена единая схема организации работ по извлечению урана из обводненных пластово-инфильтрационных месторождений, которая отличается от традиционной тем, что она включает процессы скважинной гидродобычи, подготовку сырья в процессе гидроразрыва, гидротранспорта пульпы и формирование штабелей из продуктов гидродобычи для последующего кучного выщелачивания.

2. Установлены зависимости сопротивления породы сдвиговому разрушению струей воды от расстояния до груди забоя.

3. Установлены зависимости изменения относительного расхода растворов с увеличением расстояния от нагнетательной струи и коэффициента разрыхления материала.

4.Установлено влияние гранулометрического состава продуктов гидроразмыва на содержание полезного компонента в них.

5. Разработана эколого-экономическая модель оценки применения комбинированного способа разработки плывунных пластово-инфильтрационных месторождений.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается использованием большого объема статистических данных, сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований с результатами опытно-промышленных работ при надежности не менее 90% и реализацией разработок в проекты.

Научное значение работы состоит в обосновании и разработке организационных и научно-технических решений по внедрению комбинированной схемы извлечения урана из пластово-инфильтрационных месторождений, обеспечивающих эффективную и геоэкологически безопасную выемку сырья из плывунных частей месторождения.

Практическое значение работы состоит в обосновании эффективного и геоэкологически безопасного способа разработки пластово-инфильтрационных месторождений, распространенных в Зауралье и по всей периферии Западно-Сибирской платформы, являющихся перспективной сырьевой базой для добычи урана в Российской Федерации.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при проектировании технологий разработки месторождения "Семизбай". Установленные закономерности и разработанные технологии используются при изучении дисциплин «Горное дело» и «Охрана окружающей среды» в СевероКавказском государственном технологическом университете. 6

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на НТС Садонского СЦК (п. Мизур, 1999 г.), НТС института "Кавказцветметпроект" (г. Владикавказ, 1999 г.), НТС Тырныаузского ВМК (г. Тырныауз, 2000 г.), СевероКавказском отделении МАНЭБ (г. Владикавказ, 2001 г.), и научно-технических конференциях СКГТУ (Владикавказ, 1999-2001 гг.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 работах и в 2-х монографиях.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 111 страницах машинописного текста, содержит 23 рисунка, 17таблиц и список литературы из 83 наименований.

Выводы по главе 4

1. При оптимизации технологической схемы гидродобычи и переработки руд в штабелях целью является выбор рационального соотношения между произ-водительностями и мощностями технологических (гидродинамических, электрохимических и др.) установок и их местоположением. Декомпозиция цели локализирует задачи минимизации затрат: на сбор и транспортировку;

101 капиталовложений; эксплуатационных; времени; а также: объемов переработки; диапазона регулирования производительности; выхода основных компонентов.

2. Экономическая эффективность предлагаемой комбинированной технологии определяется вовлечением в производство некондиционных для тради-ционой технологии запасов руд плывунных пластово-инфильтрационных месторождений.

3. Критерием оценки комбинированной технологии добычи металлов с учетом разновременности затрат и прибыли является сумма дисконтированной прибыли за вычетом затрат в расчетный период времени при новой и базовой технологиях.

102

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной научно - технической задачи - обоснование способов организации комбинированного геотехнологического метода разработки плывунных пластово-инфильтрационных месторождений урана, обеспечивающего геоэкологическую безопасность и полноту выемки запасов.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации заключаются в следующем:

1. Горно-геологические условия разработки пластово-инфильтрационных месторождений урана семизбайского типа, характеризующиеся низким содержанием металла и повышенной обводненностью продуктивного пласта, исключают использование традиционной технологии подземной разработки и ограничивают возможность эффективного применения ПСВ из-за опасности возникновения аварийных ситуаций, связанных с неуправляемой утечкой растворов.

2. Наиболее перспективным способом организации разработки обводненных пластово-инфильтрационных месторождений урана является комбинированная геотехнология, сочетающая скважинную гидродобычу и кучное выщелачивание.

3. Единая схема организации работ по извлечению урана из обводненных пластово-инфильтрационных месторождений отличается от традиционной тем, что она включает процессы скважинной гидродобычи, подготовку сырья в процессе гидроразмыва, гидротранспорта пульпы и формирование штабелей из продуктов гидродобычи для последующего кучного выщелачивания.

4. При организации скважинной гидродобычи в затопленной среде следует учитывать, что сопротивление породы сдвиговому разрушению струей воды с увеличением расстояния от насадки гидромонитора до груди

103 забоя изменяется по гиперболическому закону и при увеличении напора в 2 раза это расстояние увеличивается в 2,5 раза.

5. Регулируя размеры минеральных частиц с помощью техники, способной разрушать массив и формировать камеры нужного сечения, можно управлять процессами выщелачивания, так как основное количество металлов содержится во фракциях 0-50 мм, а остальные фракции на количество металлов практически не влияют.

6. Геоэкологическая безопасность при скважинном методе разработки плывунных пластовых месторождений урана обеспечивается путем применения скважинной гидродобычи и кучного выщелачивания в единой организационно - технологической схеме, что позволяет локализовать процессы добычи урана в изолированных очистных камерах, а извлечение металла на поверхности - кучным вышелачиванием, тем самым предотвратить утечку растворов в подземных условиях и на земной поверхности.

7. Результаты исследований, изложенные в диссертационной работе, могут быть рекомендованы для предприятий, ведущих разработку пластово-инфильтрационных месторождений урана.

104

1. Агошков М.И., Терпогосов 3.А., Шитарев В.Г. Параметры кондиций в процессе разработки месторождений. Горный журнал, 1982, №7.

2. Арене В.Ж. Скважинках добыча полезных ископаемых. М., Недра, 1976.

3. Арене В.Ж., Исмагилов Б.В., Шпак Д.Н. Скважинная гидродобыча твердых полезных ископаемых. М., Недра, 1980.

4. Арене В.Ж. Методические вопросы исследований в геотсхнологии. Вып. 2, ГИГХС, Люберцы, 1979.

5. Арене В.Ж., Брюховецкий О.С. Хчсян Г.Х. Скважинная гидродобыча угля. Учебное пособие. М. МГРА.1995

6. Бай JI.A., Вольвак В.К., Кострыкин В.М. Проект дополнительных гидрогеологических работ на участке СГД, ЦГХК, г. Степногорск, 1981.

7. Беллман Р., Заде J1. Принятие решений в расплывчатых условиях. Вопросы анализа и процедуры принятия решений. М., Мир, 1976.

8. Бабичев Н.И., Тигунов Л.П. Скважинная гидротехнология новый способ освоения земных недр. Материалы 1-го советско-югославского симпозиума по проблеме скважкнной гидравлической технологии. Апрель 1991.Т.1.

9. Байков Б.Н., Либср Ю.В. Варианты рахработки Малышсвского месторождения способом скважинной гидродобычи. Материалы 1-го советско-югославского симпозиума по проблеме скважинной гидравлической технологии. Апрель 1991.Т.1.

10. Ю.Богатов В.И. История кислорода земной атмосферы. Недра. 1985.

11. Бондарь И.М., Степанов М.Л. Гуриева Л.М. Выбор проектных вариантов структур переработки промышленных отходов в условиях нечетких исходных данных. Логическое управление технологическими процессами и системами. Материалы международной конференции

12. Информационная математика, кибернетика, искусственный интеллект в информациологии».СКГТУ.Владикавказ.2000.

13. Бабичев Н.И., Либср Ю.В., Абрамов Г.Ю. Интенсификация работы скважин водоснабжения, газо и нефтедобычи с использованием технических средств скважинной гидротехнологии. Горный информационно-аналитический бюллетень №5.2000,М.

14. З.Бубнов В.К., Голик В.И., Чернецов Г.Е., Пэрн Э.Г., Денисов Н.Н. Способ подземного выщелачивания полезных компонентов из руд. А.С.№ 1007501.1982.

15. Н.Бубнов В.К., Голик В.И., Голдырев С.А., Кулагин А.И. и др. Способ подземного выщелачивания полезных ископаемых. А.С. № 1205608.1985.

16. Бубнов В.К., Голик В.И., Капканщиков A.M. и др. Актуальные вопросы добычи цветных, редких и благородных металлов. Акмола, 1995. 601 с.

17. Бубнов В.К., Голик В.И., Капканщиков A.M., Чернецов Г.Е. и др. Способ подземного выщелачивания полезных компонентов из руд в блоках. А.С. №980473. 1981.

18. В.Г. Гейер, B.C. Дулин, А.Г. Боруменский, А.Н. Заря. Гидравлика и гидропривод. М., Недра, 1970.

19. В.Ж. Арене, Б.В. Исмагилов, Д.Н. Шпак. Скважинная гидродобыча твердых полезных ископаемых. М., Недра, 1980.

20. Вагин B.C., Цгоев Т.Ф., Жуков Н.Р., Цогоев Т.Х. Основные проблемы обеспечения экологической безопасности в РСО-Алания. Тез. докл. III международн. конф. "Устойчивое развитие горных территорий". Владикавказ, 1998.

21. Воробьев B.C., Рудаков Н.П. Обнаружение геологических неоднород-ностей методом акустического прозвучивания из скважин. «Методика и техника разведки», сб. № 70, ВИРГ, 1970.

22. Воробьев А.Е., Голик В.И., Лобанов Д.П. и др. Способ подземного выщелачивания металлов электрическим током. Патент РФ № 95119307.1996.

23. Воробьев А.Е., Голик В.П., Лобанов Д.П. Приоритетные пути развития горнодобывающего и перерабатывающего комплекса Северо- Кавказского региона. Владикавказ, Рухс, 1998,358 с.

24. Временная методика определения экономической эффективности затрат в мероприятия по охране окружающей среды. В сб. Методы и практика определения эффективности капиталовложений и новой техники. М.: Наука, 1982 г., с. 108-114.

25. Галченко Ю.П. Особенности комплексного освоения и использования минерального сырья. М.: МГГИ, 1993 г.

26. Говард А.Д., Ремсон И. Геология и охрана окружающей среды. Перев. с англ. Недра. 1982.

27. Голик В.П., Алборов И.Д. Охрана окружающей среды утилизацией отходов горного производства. М.: Недра, 1995 г.

28. Голик В.П., Бубнов В.К., Голдырев С.И. и др. Способ комбинированной отработки месторождений. А.с. № 1284298.1986.

29. Голик В.И., Воробьев А.Е., Козырев Н.Е. Опыт конверсии геотехнологий на Северо-Кавказских рудниках. Горный информационно-аналитический бюллетень, №5. М. МГГУ, 2000.

30. Голик В.И., Пагиев К.Х. Электрохимические технологии в горном производстве. Известия ВУЗов, Цветная металлургия, №9-10, 1995 г. с. 9-14.

31. Голик В.И., Пагиев К.Х. Энергосберегающие технологии при добыче руд. Владикавказ, Терек, 1995 г., с. 372.3 1.Голик В.И., Пагиев К.Х., Алборов И.Д., и др. Теория и практика добычи и переработки руд. Владикавказ, Терек, 1997, 498 с.

32. Городецкий П.И. Основы проектирования горнорудных предприятий. -М.: Металлургиздат, 1995 г.

33. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Республики Северная Осетия-Алания в 1994 году. Минприрода РСО-Алания, 1995 г.

34. Дерпгольц В.Ф. Вода во вселенной. М.: Недра. 1981.

35. Долгих П.Ф., Остроумова И.Д. К математическому моделированию процесса выщелачивания полезных компонентов из кускового рудного материала. М.: Атомная энергия, 1977 г.

36. Денисов Н.Н., Голик В.И., Шадхин В.И. и Чернецов Г.Е. Способ определения контуров очистных камер при скважинной гидродобыче. А.С.959001. 1982.

37. Исследование параметров и внедрение скважинной гидродобычи на356глубинах 80-100 м. Отчет по теме НИР 1-15-02--. Фонды пред02 3приятия п/я 5703, 1978.

38. Исфорт Г. Производственный процесс и окружающая среда. Прогресс. 1983.

39. Исмагилов Б.В., Хрулсв А.С. Исследование технологии гидравлического разрушения и доставки фосфоритной руды при СГД в затопленной камере. //Проблемы геотехнологии. Тр.ГИГХС, вып.59. М., Недра, 1982.

40. Киргуев А.Т., Голик В.И., Камболов А.Н. Математическая модель выщелачивания металлов из отходов добычи и переработки. Сборник СКГТУ . 1998.

41. Кисляков Я.М., Щеточкин В.Н. Гидрогенное рудообразование. ЗАО «Геоинформик», М., 2000.

42. Классификация запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. М., изд. ВИЭМС, 1982.

43. Козырев Н.Е, Козырев Е.Н, Голик В.И. Обоснование конверсии технологии разработки Садонского месторождения. Сборник трудов СКГТУ. Владикавказ. 1999.

44. Колбасов О.С. Правовая охрана природы. Знание. 1984.

45. Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств. М., Мир, 1982.

46. Крайнов С.Р., Швец В.М. Основы геохимии подземных вод. Недра. 1980.

47. Лобанов Н.Я. Экономическая оценка месторождений и рациональное использование недр. JL: ЛГУ, 1976, 151 с.

48. Мамилов В.А. и др. Добыча урана методом подземного выщелачивания. Атомиздат. 1980.

49. Мананников Л.И. Техническое задание на проведение детальной разведки участка СГД. ЦГХК, Степногорск, 1981.

50. Маринов Н.А. и др. Использование и охрана подземных вод. Наука. 1983.

51. Методические указания по экономической оценке систем подземной разработки железорудных месторождений Урала. Свердловск, ИГД МЧМ СССР, 1974 г. Шестаков В.А., Шульмин Б.И., Кузнецов В.И. и др.

52. Миколаш Я., Питтерман Л. Управление охраной окружающей среды. Перевод со словацкого. Прогресс. 1983.

53. Мирененко В.А. и др. Охрана подземных вод в горнодобывающих районах. Недра. 1980.

54. Мосинец В.И., Шестаков В.А., Авдеев O.K., Мельниченко В.М. Охрана окружающей среды при проектировании и эксплуатации рудников. -М.: Недра, 1981 г.

55. Мосинец В.Н., Лобанов Д.П., Тедеев М.Н. и др. Строительство и эксплуатация рудников подземного выщелачивания. М., Недра,!987.

56. Моссаковский А.В., Ревазов М.А., Маляров Ю.А. и др. Экономика горной промышленности. М.: Недра, 1988 г., 367 с.

57. Неручев С.Г. Уран и жизнь в истории Земли. Недра. 1982.

58. Нестеров П.М. Экономика природопользования М.: Высшая школа, 1984 г.

59. Новик-Качан В.П. Геолого-гидрогеологические основы охраны окружающей среды при подземном выщелачивании. Доклад на 3-й Всесо-юзн. конферен. по геотехнологическим методам добычи полезных ископаемых. М. 1983.

60. Новик-Качан В.П. Геоструктурная модель состояния окружающей среды при отработке месторождений. ГМП № 1. М. 1986.

61. Новик-Качан В.П., Дедич К. Подземное выщелачивание через скважины с по63.верхности В кн. /Урановые месторождения Чехословакии. Недра. М.1984.

62. Новиков Ю.В., Бекназов Р.У. Охрана окружающей среды. Медицина. Уз.ССР. 1983.

63. Пагиев К.Х., Голик В.И. и др. Наукоемкие технологии добычи металлов. Владикавказ, Терек, 1998 г.

64. Петросов А.А. Моделирование и оптимизация процессов на рудниках -М.: Недра, 1977 г.

65. Питьева К.Е. Гидрохимические аспекты охраны геологической среды. Наука. 1984.

66. Потемкин Л.А. Охрана недр и окружающей природы М.: Недра, 1977 г.

67. Прицкер Л.С. Некоторые вопросы межскважинного прозвучивания на тональном сигнале «Разведка и охрана недр», №8, 1977.

68. Пучков Л.А. Развитие исследований по охране окружающей среды в горной промышленности. Тез. докл. научно-технической конференции

69. Экологические проблемы горного производства" М.: ИАЦГН, 1993 г., с. 5-6

70. Секисов Г.В. Минеральные объекты и их рациональное использование. М.: Наука, 1994.

71. Семененко А.В. Геохимия сфер Земли. Киев. Наумкова думка. 1983.

72. Симаков В.А., Трыкин В.Н. Экономическая эффективность посортной и валовой добычи руды. М.: Недра, 1987.

73. Тедеев М.Н., Бубнов В.К., Александров С.М. и др. Способ выщелачивания полезных ископаемых. А.С. №1459311. 1988.

74. Типовая методика определения экономической эффективности капитальных вложений, В сб. "Методы и практика определения эффективности капитальных вложений и новой техники". Вып. 33, М.: Наука, 1982 г., с. 12-18.

75. Топоровский А.И. Экономика обогащения руд цветных металлов. М.: Недра. 1977.165 с.

76. Трубецкой К.Н. Ресурсосберегающие технологии и их роль в экологии и рациональном природопользовании при освоении недр. Тезисы докл. научно-технической конференции "Экологические проблемы горного производства". М.: ИАЦГН, 1993 г., с. 3-4

77. Шестаков В.А. Рациональное использование недр. М.: Недра, 1990 г.

78. Шестаков В.А., Козырев Н.Е., Дулин А.Н. Сравнение вариантов применения геотехнологии для подземной разработки месторождений. Сборник « Разработка научных основ и способов ресурсосберегающей и экологически чистой технологии добычи полезных ископаемых».