Скважинная технология добычи титано-цирконовых песков Тарского месторождения. Начало.

06.09.2010 15:12

Несмотря на известные успехи отечественной горной промышленности в прошлом, по двум важнейшим показателям Россия прогрессивно отстает от развитых стран — по производительности труда и потреблению минерального сырья на душу населения.

В странах СНГ после распада СССР произошло резкое сокращение объемов производства минерального сырья и продуктов его переработки, лежащих в основе функционирования любой отрасли промышленности, причем не столько вследствие экономических обстоятельств, сколько в силу политических причин — в СССР каждая республика добывала столько минерального сырья, сколько нужно было для удовлетворения потребностей СССР и СЭВ, а не только собственной промышленности. В новых политических условиях это положение стало анахронизмом.

Россия, являясь крупнейшим потребителем титано-циркониевого сырья в СНГ, практически не имеет к настоящему времени собственных промышленно разрабатываемых месторождений данных минералов. Все известные, имеющие крупное промышленное значение и разрабатываемые циркон-ильменитовые месторождения бывшего СССР, остались на Украине (Малышевское и Волчанское). К настоящему времени Россия, испытывая устойчивый дефицит титанового и циркониевого сырья, достигающий 30-40% потребности, ежегодно ввозит большое их количество не только с Украины, но и с мирового рынка. Поэтому развитие собственной добычи титано-циркониевого сырья является одной из приоритетных задач горной промышленности России в целом.

В связи с этим, на территории России проводятся значительные геологоразведочные работы по выявлению отечественных промышленных циркон-ильменитовых россыпей. Однако существенный прирост добычи данного сырья может быть обеспечен только за счет промышленного освоения уже разведанных и подготовленных к эксплуатации россыпных месторождений комплексного типа, таких как Тарское (Омская обл.) и Лукояновское (Нижегородская обл.). Выход из сложившейся ситуации – в рачительном использовании собственных природных ресурсов, обеспечивающих политическую и экономическую независимость страны, и в активном использовании новейших достижений горной науки и техники.

Еще в 1932 г. в США Эдвином Клайтором и в 1936 г. в СССР П.М.Тупицыным был предложен способ скважинной гидродобычи (СГД), в результате использования которого через скважины на поверхность земли полезные ископаемые поступают в виде гидросмеси. Лишь спустя 30 лет была начата разработка технологии СГД в горном Бюро США и, начиная с 1964 г., сотрудниками ГИГХСа на месторождениях фосфоритов в Прибалтике. В 70-х годах сотрудники МГРИ начали разработку технологии и технических средств СГД на месторождении урано-фосфорных руд.

В начале 90-х годов область полезных ископаемых, на месторождениях которых были проведены опытные работы способом СГД, расширилась: положительные результаты были получены на месторождениях россыпного золота, кимберлитов, титано-циркониевых песков, железных руд.

Несомненные преимущества способов скважинной геотехнологии добычи полезных ископаемых как нельзя лучше соответствуют условиям рыночной экономики:

• относительно низкие удельные капитальные вложения в строительство рудника СГД;
• относительно низкий общий объем капитальных вложений (в 2-10 раз меньше, чем в строительство карьеров и шахт);
• небольшой срок строительства предприятия (1-3 года);
• сравнительно быстрая окупаемость капитальных вложений (2-4 года);
• высокое качество получаемой продукции, что в ряде случаев не требует строительства традиционных обогатительных фабрик;
• высокая производительность труда;
• гибкость производства, объемы которого при прочих равных условиях можно изменять в широких пределах;
• возможность отрабатывать небольшие месторождения и месторождения, характеризующиеся чрезвычайно сложными (для традиционных способов добычи) горно-геологическими условиями;
• высокая безопасность добычных работ, исключающих присутствие людей в очистном пространстве;
• возможность работы вахтовым способом ввиду незначительного числа людей, занятых на добычном комплексе (от десятков до первых сотен человек);
• относительно низкое негативное воздействие на окружающую среду.

Решениями «Комитета по природным ресурсам и природопользованию».Госдумы РФ по итогам парламентских слушаний «Концепция перехода России на модель устойчивого развития» от 25 окт. 1994 г. отмечено, что “технологию скважинной гидродобычи (СГД) ... следует считать приоритетным направлением структурной политики, определяющим основу дальнейшего экономического роста страны без ущерба экологическим системам”.

Организация производства циркон-ильменитовых концентратов из руд Тарского месторождения позволит существенно снять дефицит циркон-ильменитового сырья для отечественных потребителей. Сложные условия залегания россыпи предопределили способ СГД как единственно возможный в данных горно-геологических и гидрогеологических условиях. Применение для разработки Тарской россыпи технологии СГД дает необходимую основу для достижения указанных целей в кратчайшие сроки и с минимумом начальных инвестиций. Исходные рудные пески россыпи содержат основные минералы: ильменит до 70,0 кг/м3, сумма минералов рутила, анатаза и брукита до 8,0 кг/м3, циркон до 30,0 кг/м3. Суммарное содержание этих минералов в тяжелой фракции изменяется от 52 до 81%, в среднем составляя 71.0%.

В 1993-95 г.г. на базе запасов опытного блока Тарского месторождения акционерным обществом «Цирконгеология» построен опытно-промышленный участок по скважинной гидродобыче рудных песков производственной мощностью 40 тыс. м3 песков в год, который фактически является единственным в настоящее время действующим предприятием СГД в России.

Разработкой и внедрением технологии СГД на опытно-промышленном участке месторождения занимались сотрудники научно-производственного центра «Геотехнология».

По горно-геологическим и гидрогеологическим условиям опытный блок Тарской россыпи является весьма сложным для разработки. Рудовмещающий горизонт перекрыт водонасыщенными, безрудными разнозернистыми с примесью гравия песками мощностью от 0 до 6 м, составляя в среднем 3 м. Для его разработки предложена система СГД с обрушением руды и вмещающих пород.

Добычные работы осуществляются со специальной наземной управляющей установки (рис.1) скважинными гидродобычными снарядами СГС-3 путем размыва рудной залежи с образованием очистной выработки диаметром до 10-12 м, что обеспечивает процесс самообрушения кровли. Рудная пульпа выдается гидроэлеватором на поверхность, транспортируется на промежуточный склад песков (рис. 2) и далее на обогатительную установку модульного типа для первичного обогащения. Наземная управляющая установка повышает безопасность работ и обеспечивает проведение всех необходимых операций по спуску, подъему и управлению добычным снарядом. Один из вариантов системы разработки Тарской россыпи представлен на рис.3

В процессе опытных работ проверены различные технологические схемы добычи и их элементы. На стадии вскрытия месторождения при бурении технологических скважин производится отбор керна с целью уточнения положения рудного пласта. Наряду с отбором керновой пробы, проводились геофизические работы с применением радиолокации в ультракоротковолновом диапазоне. Результаты геофизики сопоставлялись с результатами кернового опробования, что дало возможность с высокой точностью определить геологические показатели и уточнить технологию и параметры отработки камеры.

Подготовительные работы при СГД, как правило, сводились к сооружению технологических скважин. Конструкция технологической скважины определялась условиями залегания рудного пласта и размерами скважинного добычного оборудования. Породы, покрывающие рудный пласт, в интервале 0-48 м представлены переслаивающимися тонко- и мелкозернистыми песками, суглинками и алевритами. Непосредственная кровля пласта (48-52 м) представлена сильно обводнёнными разнозернистыми песками с мелким гравием и галькой. Рудный пласт мощностью от 9 до 12 м сложен тонко-и мелкозернистыми песками с прослоями алеврита. Подстилающими породами являются алевриты с тонкими прослоями глины и песка (62-66.5 м). Породы кровли и подошвы содержат следы циркона и ильменита.