Выбор способа добычи угольных месторождений с использованием СГД для Южной Якутии

Скважинная гидродобыча (СГД) является одной из физико-химических геотехнологий, осуществляемых через скважины с помощью гидравлической энергии, используемой для разрушения горных пород, доставки разрушенных пород к скважине и подъема их на поверхность.

Анализ технологий СГД показал, что существуют 5 основных способов добычи, применительно к угольным месторождениям.

Рисунок 1. Добыча осуществляется через одну наклонную скважину и предусматривает отработку угольного пласта сверху вниз. 1 – разрабатываемый пласт; 2 – обсажинная эксплуатациооная скважина; 3 – цементация; 4 – превентор; 5 – водоподающая труба; 6 – гидромониторные насадки; 6 – пульпоподъемная труба

Рисунок 2. Отображает осуществление технологии разработки пласта с использованием взрывного дробления угля из вертикальных скважин отдельными блоками. 1 – разрабатываемый пласт; 2 – раздробленный блок угля; 3 – выдачная скважина; 4 – обсадная труба; 5 – эрлифтная труба; 6 – кондуктор; 7 – цементация; 8 – манитроная скважина; 9 – монитор; 10 – превентор; 11 – смывная труба; 12 – зарядная скважина; 13 – заряды ВВ; 14 – вихревой поток

Рисунок 3. Отображает осуществление технологии разработки пласта с использованием взрывного дробления одновременно всей массы угля. 1 – разрабатываемый пласт; 2 – раздробленная масса угля; 3 – выдачная скважина; 4 – выдачная напорная труба; 5 – кондуктор; 6 – цементация; 7 – дополнительная скважина; 8 – подоподающая труба; 9 – вихревой поток

Разработка производится в замкнутом объеме, где создается давление, превышающее гидростатическое давление в окружающей среде.

Рисунок 4. Скважинная гидродобыча в подземных выработках

Четвертый способ имеет 3 схемы (ПСГД), осуществляющие СГД из подземных выработок.

Первая из них предполагает бурение скважин из штрека на глубину от 10 до 100 м по восстанию пласта в зависимости от устойчивости покрывающих пород.

Вторая схема ПСГД по падению пласта осуществляется через скважину, соединяющую два штрека, расстояние между которыми по падению пласта может достигать 50-100 м.

Третья схема позволяет применить способ управления горным давлением полным обрушением вышележащих пород в процессе размыва в отступающем порядке, что невозможно при выемке по восстанию или падению пласта.

5 способ добычи полезного ископаемого при помощи СГД является наиболее приемлемой для разработки угольных месторождений Южной Якутии.

Процесс разработки угля происходит согласно описанной технологии.

Производится разработка ненарушенной массы угля гидромониторными струями под давлением, близким к 10 МПа, подаваемыми из скважинного монитора, перемещаемого вдоль специально пробуренной в массе угольного пласта мониторной скважины. Монитор оборудуется коротким стволом, включающим успокоитель и насадку, шарнирно соединенным со ставом напорных труб. Конструкция монитора позволяет перемещать его вдоль скважины вверх и вниз, вращать на 360° относительно оси скважины, а также управлять положением ствола в пределах 90° от направления по оси скважины вниз до перпендикулярного к нему с фиксируемыми промежуточными позициями. Такая конструкция позволяет как производить разрушение угольного массива, так и способствовать безнапорному гидротранспорту отбитого угля по направлению к выдачному устройству. Кроме того, конструкция монитора позволяет использовать его для расчистки возможных завалов приемного отверстия выдачного устройства.
Специальными технологическими приемами создаются условия работы гидромониторной струи в воздушной среде, что обеспечивает большую разрушающую способность струи на значительном расстоянии от насадки, во всяком случае, в пределах мощности разрабатываемого пласта и ширины захватываемой полосы по простиранию.

Разработанный уголь смывается по наклонной поверхности безнапорным потоком.

В нижней части пласта поддерживается магазин обрушенного угля, из которого уголь под действием вихревого потока поступает в приемное отверстие эрлифтной трубы с высокой консистенцией.

Рисунок 5. Осуществляется разработка ненарушенной массы угля гидромониторными струями под давлением. 1 – разрабатываемый пласт; 2 – выданная скважина; 3 – обсадная труба; 4 – кондуктор; 5 – цементация; 6 – эрлифлитная труба; 7 – воздушная насадка; 8 – вихревой поток; 9 – мониторная скважина; 10 – монитор; 11 – кондуктор; 12 – привентор

Основные достоинства данной технологии:

1.  Значительно уменьшить абсолютную величину кап. вложений при освоении месторождений (по сравнению с традиционными способами.

2.  Приблизить сроки ввода месторождений в отработку, а во многих случаях вести попутную отработку, начиная с любой стадии разведки.

3.  Пересмотреть концепцию месторождений по рентабельности, пересмотреть технические проекты действующих карьеров и рудников, проекты их реконструкции применительно к СГД.

4.  На стадии разведки производить подъем технологических проб весом от сотен кг до нескольких тысяч тонн.

5.  Управляя горным давлением, управлять просадкой кровли.
Использовать выработанное пространство для закачки в него экологически вредных отходов или отходов обогащения руд.

6.  СГД не требует вскрышных работ, подготовительных площадок под шахты и другие тяжелые горные выработки, практически исключается нарушение природной среды, позволяет сохранить в целости культурный поверхностный слой почвы, режим поверхностных и подземных вод. Отпадает необходимость проведения работ по рекультивации.

7.  Отсутствие людей в забое. Управление процессом добычи дистанционное с дневной поверхности. Отсутствие травматизма. Возможна полная механизация и автоматизация технологического процесса добычи.