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

06.09.2010 15:15

Горно-геологические условия предопределили необходимость крепления стенок добычной скважины обсадными трубами до кровли рудного пласта с тампонированием башмака обсадной колонны в интервале 48-52 м. Устье скважины вокруг обсадной колонны тампонировалось глиной на участке 1.5-2.0 м для предотвращения его осыпания.

После спуска обсадной колонны и тампонирования в зоне башмака производилось вскрытие рудного пласта с углубкой в подстилающие породы на 1.5-2.0 м.

В процессе опытной добычи установлено, что изоляции вышележащего водоносного горизонта необходимо уделять особое внимание, так как от этого зависит качество извлечения и в итоге экономическая эффективность отработки камеры в целом.

Добыча рудных песков осуществлялась скважинным гидродобычным снарядом СГС-3 с расчетной производительностью по твердому 25 м3/час. Внешний диаметр става составлял 168 мм, диаметр проходного сечения камеры смешения — 50 мм, диаметр пульпоподъёмного става — 108 мм. Энергетическая вода к СГС-3 подавалась насосной станцией ЦНС-180/425, а также дизельной насосной установкой ПНУ-200 под давлением 4.0-4.5 МПа.

В процессе опытных работ средняя производительность снаряда составила 29.0 м3/ч, достигая на отдельных скважинах 40 м3/ч. Объём извлекаемых песков через одну скважину составил 400-800 м3. Сложность извлечения рудных песков по всей мощности заключалась в том, что при извлечении определенного объёма рудных песков и обнажении неустойчивых крупнозернистых песков кровли начинается их интенсивное перетекание в добычную камеру и происходит значительное разубоживание рудных песков при соответствующем увеличении времени добычи. Увеличение времени добычи приводит к превышению допустимого времени устойчивости кровли, что приводит в свою очередь к ее обрушению и прекращению добычи. По опыту работ 1995-97 г.г. время выхода обрушения на поверхность составило 18-22 ч от начала добычи.

Ограничение времени добычи пре-дъявило ряд задач для дальнейшего совершенствования технологии добычи и оборудования, а именно:

• увеличить кратковременную устойчивость кровли;
• уменьшить время добычи за счет применения снарядов с большей производительностью;
• обосновать и применить селективную отработку наиболее богатой части пласта.

Для решения поставленных задач при проведении опытных работ были применены следующие варианты формирования добычной камеры: шаговым перемещением направления струи по всей площади сектора через некоторые интервалы времени, необходимые для достижении радиуса размыва, обеспечивающего кратковременную устойчивость кровли. Размыв проводился с проработкой всего сектора от подошвы продуктивного пласта в направлении кровли, или непрерывным многократным перемещением струи в пределах сектора от основания наиболее продуктивной части рудного пласта в направлении кровли, после чего отрабатывается нижележащий сектор до начала интенсивного обрушения кровли.

Первый вариант обеспечивает отработку объёма камеры в пределах продуктивного горизонта, не предотвращая процесса разубоживания из-за перетоков пород кровли, снижая качество рудных песков. При явно выраженном слое высококачественных рудных песков такая схема снижает показатели эффективности добычи.

Второй вариант обеспечивает извлечение наиболее продуктивного слоя рудных песков с минимальным разубоживанием. Отработка нижележащего слоя становится нерентабельной при запасах полезного ископаемого в этом слое менее 15% от объема извлекаемых из камеры песков. Для определения целесообразности продолжения добычи проводится опробование извлекаемой пульпы и в случае некондиционного содержания полезных компонентов добычные работы из данной скважины прекращаются

При проведении работ по опробованию вынимаемых песков в качестве показателя содержания полезного компонента принималось содержание условного ильменита.

Пробы, отобранные из пульпы, обрабатывались в участковой лаборатории. По полученным результатам оценивалась правильность выбора интервала размещения гидродобычного оборудования и режима его работы. Полученные результаты сопоставлялись с исходными данными и параметрами, указанными в технологическом паспорте, и на этом основании делался вывод о полноте и качестве добычи по эксплуатационной камере. Статистическая обработка этих данных позволяет обосновать технологические показатели, что в свою очередь дает возможность оперативно управлять процессом добычи и обеспечить отработку месторождения с минимальными потерями и разубоживанием, а также снизить энергетические затраты за счёт оптимального режима ведения добычных работ.

Технологическая схема разработки опытно-промышленного участка предусматривает рекультивацию поверхности после завершения добычных работ.

Территория опытно-промышленного участка расположена в пойме русла старицы р. Иртыш и подвергается сезонному затоплению, в связи с чем не была занята активным земледелием, а использовалась под выпас скота и сенокос.

Последствия добычных работ проявляются в виде проседаний или провалов поверхности и представляют замкнутое корытообразное углубление величиной до 5-7 м и диаметром 4-6 м.

В этой связи основной целью рекультивации на участке добычных работ является восстановление ландшафта и нормальных экологических условий местности.

Технологическая схема рекультивации состоит из следующих операций: засыпка провалов; планировка поверхности; нанесесение и планировка почвенно-растительного слоя. Первые две операции выполняются практически одновременно с разработкой, так как крупнозернистые пески и закладочный материал из хвостохранилища засыпаются в провалы после выхода обрушения на поверхность. Площади, отчуждаемые под сооружение хвостохранилища, водозабора и илоотстойников, могут быть использованы после проведения работ по их очистке под пруды для разведения пресноводной рыбы.

Обогащение песков проводится в два этапа с разрывом технологической цепи на стадии получения чернового коллективного титан-цирконового концентрата. Первичное обогащение производится непосредственно на месте добычи на установке модульного типа.

Учитывая, что при способе СГД в забойном пространстве идёт полная дезинтеграция песков, возникает необходимость изучить влияние СГД на физические и технологические свойства россыпи.

Результаты минералогического анализа проб керна добычных скважин 4Д, 5Д, 6Д и карты намыва песков способом СГД (табл. 1) показали, что потерь тяжелой фракции в пульпе на практике не происходит.

Сравнение минералогического состава песков по керну скважин и пробам с карты намыва и распределение содержания по классам крупности (табл. 2) показало относительную сходимость полученных данных.

По вещественному составу редкометалльные титан-циркониевые пески Тарского месторождения относятся к тонкозернистым. Способ скважинной гидродобычи, как было показано выше, оказывает положительное влияние на процесс дезинтеграции, способствуя разрушению комков песчано-глинистого материала. На карте намыва пески представлены однородной, рыхлой массой. Этот факт, а также снижение более чем в два раза количества глинистого материала, позволило исключить из аппаратурной схемы первичного обогащения песков скруббер-бутару и одну стадию обесшламливания, что упрощает получение коллективного концентрата.

На технологической пробе, добытой способом СГД, были проведены испытания по её обогащению в полупромышленных условиях и оценка потребительских свойств продуктов обогащения. На участке работ СГД рядом с картой намыва был смонтирован технологический модуль для получения чернового концентрата и отвальных хвостов производительностью 50 т/ч по твердому.

Технологическая схема первичного обогащения песков (рис. 4а) позволила получить коллективный концентрат, содержащий 42% ильменита, 14% циркона, 32% рутила с извлечением от исходных песков 91%, 94% и 93% соответственно и выходе 6.24%.

Далее в стационарных условиях на базе Броницкой ГГЭ были получены ильменитовый, цирконовый и рутиловый концентраты (рис. 4б), по своему составу удовлетворяющие требования соответствующих ГОСТов и ОСТов.

Полученный цирконовый концентрат, содержащий 65.2% Zr O2+HfO2, соответствует требованиям ОСТ 48-82-81 по содержанию основных компонентов и лимитирующих примесей. Рутиловый концентрат содержит 94.4% TiO2 и по всем параметрам соответствует требованиям ГОСТ 22938-73 к данному сырью. Ильменитовый концентрат содержит 54.3% TiO2 и по своему качеству соответствует ТУ 48-4-236-72.

Получение в результате проведения полупромышленных испытаний партии конечных концентратов позволило провести маркетинговые исследования по их использованию в традиционных и нетрадиционных направлениях в промышленности.

Одним из нетрадиционных, но весьма перспективных направлений использования продуктов обогащения песков Тарского месторождения, можно считать исследования ТОО “СМИТ” по изготовлению из ильменита сварочных электродов. Была получена партия электродов высокого качества и соответствующих всем предъявляемым к ним требованиям.

Проведенные маркетинговые исследования показали большую потребность в продуктах переработки циркон-ильменитовых песков.

Сравнение экономических показателей разработки Тарского (способом СГД) и Лукояновского (открытым способом) месторождений (табл. 4) подтвердили экономическую эффективность способа СГД для добычи титано-цирконовых песков. Однако из-за отсутствия финансирования на строительство перерабатывающего комплекса и отсутствия средств на финансирование текущей деятельности работы на участке СГД практически остановлены.