Больше-Троицкое месторождение богатых железных руд

Больше-Троицкое месторождение богатых железных руд

Федеральное государственное бюджетное учреждение

высшего профессионального образования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени В.И. Черномырдина

Губкинский институт (филиал)

Кафедра строительного производства

Курсовая работа

по дисциплине Геотехнология

г. Губкин 2012г.

Введение

В Белгородской области на месторождениях Курской магнитной аномалии многие годы ведутся экспериментальные работы по скважинной гидродобыче богатых железных руд. В конце 80-х годов прошлого столетия скважинная гидродобыча богатых железных руд на КМА уделялось внимание на высшем правительственном уровне, опытно-методические работы проводились по программе утверждённой и финансируемой Министерством геологии СССР, в 90-е Комитетом по природным ресурсам и природопользованию Государственной Думы проводились парламентские слушания посвященные СГД.

На КМА доказана возможность разработки железных руд СГД, залегающих на глубине более 800м. в сложных гидрогеологических условиях. СГД обеспечивает низкую материалоёмкость, ускорение сроков окупаемости, улучшение качества добываемой руды, снижение вредного воздействия на окружающую среду, ресурсосбережение при безотходном процессе добычи, повышение безопасности ведения горных работ.

В данном курсовом проекте рассматривается возможность применения СГД для Больше-Троицкого месторождения богатых железных руд.

1. Исходные данные

Мощность рудной залежи, hk = 150 м;

Глубина залегания, h = 490 м;

Удельный вес руды, gр = 3,4 т/м3;

Производительная мощность рудника - 160000 т/год.

2. Оценка горно-геологических условий

Большетроицкое месторождение богатых железных находиться в юго-восточной части Белгородского рудного района. Оно расположено вблизи посёлка Большетроицкое Шебекинского района Белгородской области, в 50 км к востоку от Белгорода и в 35 км северо-восточнее станции Шебекино Юго-Восточной железной дороги.

Месторождение приурочено к водораздельному пространству, расчлененному овражной сетью. С запада и северо-запада оно ограничивается истоками реки Нежеголь с неширокой (400-1000 м) заболоченной поймой. Поверхность северо-восточной - центральной части месторождения имеет абсолютные отметки 210-235 м, а в направлении реки они снижаются до 180-130 м. Большая часть площади занята пахотными землями и, частично, лугами и лесом.

В плане гравимагнитная аномалия имеет дугообразную форму, обращённую выпуклостью к востоку. Протяженность ее составляет 35 км.

Богатая железная руда, добываемая в данном районе относиться к классу БЖР 2:

объемная масса - 34 кг/м3;

модуль упругости - 0,4 - 1,2*10-4 МПа;

коэффициент Пуассона - 0,18 - 0,32;

угол внутреннего трения - 26 градусов;

сцепление 0,015 МПа;

предел прочности на одноосное сжатие - 1 - 5 МПа.

. Выбор схемы вскрытия и системы разработки

Скважинная гидродобыча является подземным способом извлечения полезных ископаемых.

Система разработки месторождения - это порядок проведения во времени и в пространстве подготовительных, нарезных и очистных выработок, увязанный с определённым типом фронта работы этажа и способами очистной выемки.

СГД - метод добычи, основанный на приведении полезного ископаемого в подвижное состояние путём гидромеханического воздействия и выдачи в виде гидросмеси на поверхность.

Классификация систем разработки по способу вскрытия:

Вертикальными скважинами,

Одиночными и кустовыми наклонными скважинами,

Комбинированную.

По способу управления горным давлением:

Системы с открытым очистным пространством (камерная система),

Системы с обрушением или с плавной посадкой вмещающих пород через скважины,

Системы с закладкой.

Классификация систем разработки по способу подготовки месторождения:

Учитывая горно-геологические условия, уровень технического оснащения данной области принимаем:

способ вскрытия - вертикальными скважинами;

способ управления горным давлением - открытое очистное пространство (камерная система);

система разработки - скважинами-камерами.

. Расчет основных параметров

Объём камеры:

- мощность пласта богатых железных руд

Запасы камеры:

Извлекаемые запасы камеры:

-коэффициент извлечения

 = 0,6

Число камер:

Аr=160000 т/год

Принимаем число камер равным 7 шт.

Предел прочности на изгиб n = 2

Плотность породы потолочины γ=3,4 т/м3

Мощность настилающего пласта потолочины Н = 25 м

Предел прочности на одноосное сжатие =1

ц принимаем равной Аг =10 м

бл=4*10+10=50мбл=20+10+10=40 м

Площадь блока

бл= Lбл* Bбл= 50*40=2000 м2

Рис. 1

Объем блока

бл= Sбл*hk=2000*150=300000 м3

Запасы блока

бл= Vбл*gр=300000*3,4=1020000 т

η=Aг/Aбл=160000/1020000=0,157=15,7%

5. Технологические процессы добычи

Скважинная гидродобыча (СГД) является одной из физико-химических технологий, в которой гидравлическая энергия, подводимая через скважины, используется для разрушения горных пород в призабойной зоне, приготовления пульпы и для выдачи (в ряде случаев с воздухом) разрушенного материала на поверхность. СГД используется для добычи полезных ископаемых, а также для строительства и обустройства подземных выработок.

СГД имеет определённый порядок операция, повторяемых во времени, для добычи п.и. Основные технологические процессы скважинной гидродобычи представлены в виде списка.

) Вскрытие и подготовка руды при СГД;

)Гидравлическое разрушение руды и её доставка;

.1) Гидромониторная струя;

.2 )Доставка разрушенных горных пород;

) Подъём на поверхность горных пород;

.1) Гидравлическое всасывание руды;

.2) Эрлифтный подъём руды;

.3) Гидроэлеваторный подъём;

.4) Землесос;

) Управление горным давлением.

Для СГД перспективны все легко диспергируемые, пористые, рыхлые и слабо связанные залежи полезных ископаемых.

По состоянию очистного пространства в процессе разработки можно использовать три технологические схемы скважинной гидродобычи:

с отбойкой массы в осушенном очистном пространстве свободными струями;

в затопленном очистном пространстве свободными затопленными струями;

с использованием плывунных свойств полезных ископаемых и разрушением несвободными затопленными струями.

Схема скважинной гидродобычи с отбойкой полезного ископаемого в осушенном забое, применяется при небольших притоках воды, позволяет разрабатывать полезные ископаемые значительной крепости, осуществлять эффективную доставку отбитой горной массы, легко управлять очистными работами и горным давлением.

Схема скважинной гидродобычи с отбойкой горной массы в затопленном забое позволяет вести отработку несвязных залежей полезного ископаемого на больших глубинах в условиях больших водопритоков. Эта схема не рекомендуется для разработок на Гостищевском месторождении.

Рассмотрим следующую схему скважинной гидродобычи с использованием плывунных свойств полезного ископаемого, а также с превращением полезного ископаемого в псевдо плывуны (подвижное) состояние за счет управляемого разрушения естественной структуры массива связных полезных ископаемых. Она применяется при достаточной мощности залежи полезного ископаемого пласта (более 3м). Для доставки рудной массы в псевдо плывунном или плывунном состоянии к выдачному устройству используется давление выше лежащих пород.

Отработку очистных камер осуществляют встречным, попутным или боковым забоями.

При встречном забое направление самотечного движения потока пульпы противоположно движению гидромониторной струи. Отработка встречным забоем эффективна при разработки мощных залежей полезного ископаемого (более3м) любого залегания, а также маломощных наклонных (более 6 - 8 °) и крутопадающих

залежей, когда уклон почвы забоя обеспечивает эффективный самотечный транспорт отбитой горной массы.

При попутном забое направление движения потока пульпы совпадает с направлением струи и ее энергия используется не только для отбойки, но и для принудительной доставки отбитой массы полезного ископаемого к выдачному устройству, что позволяет вести отработку маломощных (менее 1м) пологозалегающих (уклон менее 6°) или горизонтальных залежей полезного ископаемого с минимумом потерь и разубоживания.

При боковом забое по контуру очистной камеры или центре ее начала очистной выемки ниже почвы рудной залежи проходятся транспортные щели с уклоном более 6° в сторону зумпфа выдачного устройства. Отбитая рудная масса смывается струей гидромонитора в указанную щель, где обеспечены условия для эффективного самотечного гидротранспорта.

В связи с отсутствием в очистном пространстве людей и сложной техники размыв очистных камер скважинной гидродобычей ведется непрерывно в полть до обрушения кровли, что с учетом кратковременности обработки позволяет отрабатывать месторождения с неустойчивыми вмещающими породами, разработка традиционным подземным способом не эффективна.

Для данной системы разработки применяем схему с боковым забоем.

6. Расчет параметров струи

- начальная скорость струи;

ст - площадь струи;

радиус струи;

Pст - сила удара струи- длина струи;- максимальная сила удара на выходе

7. Расчет параметров эрлифта

Аг=160000 тонн;

Тг=300 дней;

Тсм=12 ч=8 ч;

Траб=16 ч;

,

,

Скорость движения пульпы в подъёмной трубе

ωтр - площадь поперечного сечения пульпоподъёмной трубы;

Удельный расход воздуха

- коэффициент погружения, k=1,4÷3,25;

с - коэффициент зависящий от k, с=7÷13,9;

h - глубина динамического уровня;

Н - глубина дна камеры; Н=620 м;

Нст=Н-30 м=620-30=490 м;

Давление столба аэрированной жидкости в трубе

и - превышение излива над устьем скважины; hc - глубина погружения смесителя;

э - развиваемый напор эрлифтом на уровне всасывания над забоем.принимаем равной pэ.

Полный расход воздуха

Подача компрессором

Рабочее давление компрессора

, Pк принимаем равным 3Мпа

8. Выбор оборудования для производства работ

месторождение эрлифт скважина трубопровод

Подземное оборудование

В состав подземного оборудования входит гидродобычной агрегат (ГДА) и его главная часть, работающая в очистной выемке - гидродобычной снаряд (ГДС).

Его задача: обеспечить создание очистной камеры, условия для подсечки в добычном блоке, подготовить пульпу, обеспечить её всасывание и начало подъёма на поверхность.

Многофункциональность этого оборудования, работа в условиях обрушения, отсутствие возможности визуально наблюдать и непосредственно управлять им, определяют задачу по разработке конструкции ГДС как весьма сложную и первостепенную.

Колонны ГДА опускаются в скважину последовательно и концентрично, и подвешиваются: пульпоподъёмная - на скважинном оголовке-превенторе специально разработанной для условий СГД конструкции, напорная - на крюке добычной установки.

При этом напорная колонна соединяется через сальник - вертлюг и гибкий напорный рукав с манифольдом добычной установки. Такая схема позволяет перемещать напорную колонну и ГДС внутри пульпоподъёмной колонны и вдоль оси скважины с помощью талевой системы в диапазоне до 25 метров, не прекращая подачи рабочих агентов в очистное пространство.

Для обеспечения эффективности всасывания пульпы на забое очистной выемки и подъёма её на поверхность по колонне пульпоподъёмных труб ГДА предусматривается двухступенчатый эрлифт.

Основные параметры эрлифта: глубина установки смесителя второй ступени ограничивается глубиной установки башмака технической колонны, и добычных скважин, глубиной 750-800 м, составляет 430-450м.

Добычные скважины

Для обеспечения монтажа и работы ГДА необходимо бурить скважину с рабочим диаметром не менее 320 мм. При этом диаметр последней колонны, устанавливаемой на глубине 480 м, принимается 377 мм.

Гидродобычная установка

Для оборудования добычных скважин гидродобычными агрегатами, обеспечения монтажно-демонтажных работ в скважине в процессе очистных работ необходимы установки грузоподъёмностью не менее 100 т, позволяющие выполнить не только спускоподъёмные операции, но и обеспечивать подачу рабочих агентов в скважину с одновременным перемещением напорной колонны ГДА, создавать вращение напорной колонны, а также ликвидировать возможные аварии с трубами, снарядами, устройствами и т. п. Таким требованиям соответствуют буровые установки типа Бу-1600, с мощностью 325 кВт. Поскольку ГДА компонуется из труб стандартного нефтяного сортамента, комплектация гидродобычных установок принимается стандартная.

Технологическая насосная станция

Для обеспечения требуемых параметров технологического процесса по подаче воды в напорную колонну ГДА наиболее подходят насосы НБТ-600 с плавнорегулируемым приводом мощностью 630 кВт. В составе каждого ГДК необходимо предусматривать резервный насос.

Технологическая компрессорная станция

По условиям обеспечения технологического процесса компрессорная станция в своем составе должна иметь два компрессора с рабочим давлением 24 МПа.

Трубопроводы напорные

Специфика работы ГДК обуславливает необходимость максимальной мобильности оборудования ГДК и в том числе инженерных коммуникаций. С этой целью напорные воздухопроводы рациональнее монтировать из бурильных или насосно-компрессорных труб на резьбовых соединениях с использованием уплотнителей. Для подвижной части напорной магистрали используются напорные оплёточные рукава 76/27,5. Формирование в напорной колонне газожидкостной смеси и общее регулирование подачи рабочих агентов от насосной и компрессорной станций на добычную скважину обеспечивается в распределительном узле. Распределительный узел устраивается в «голове» напорной магистрали, к нему сходятся напорные трубопроводы от насосной и компрессорной станций.

Пульпопровод

В состав пульпопровода входит напорная часть от скважины до воздухоотделителя, воздухоотделитель и безнапорная часть пульпопровода от воздухоотделителя до рудонакопителя.

К пульпопроводу подключаются технические устройства для грохочения и классификации рудной массы с целью отделения крупной фракции и разделения богатой железной руды на классы для различных потребителей. Пульпопровод сооружается из стальных сварных труб диаметром 245 мм для напорной части и 377 мм для безнапорной.

Рудонакопитель

Конструктивно рудонакопитель может быть выполнен из сборного железобетона, 3-х секционным, объёмом 2000-2500 м3. Выгрузка руды может производиться грейферным устройством.

. Технико-экономические параметры

Технико-экономические показатели определяются горно-геологическими условиями разрабатываемого месторождения и применяемыми техническими и технологическими решениями, а с другой стороны зависят от климата территории и экономических условий рынка.

Производительность труда зависит от трудоемкости технологических процессов, горно-геологических и горнотехнологических условий разработки месторождений полезных ископаемых. СГД относиться к малооперационным технологиям, высоким уровнем автоматического управления процессами.

Капитальные затраты

Структура себестоимости (по экономическим элементам)

Капитальные вложения при геотехнологических методах складываются из затрат на подготовку поверхности, бурение скважин, основное и прочее оборудование, добычи, производства рабочих агрегатов и переработки поднятого продукта, вспомогательные объекты и прочие затраты.

Характерная особенность горнодобывающей промышленности является значительный уровень капитальных затрат. Геотехнология в отличие от традиционных методов позволяет снизить уровень капитальных вложений в 1,5-2 раза. Это обусловлено резким снижением затрат на сооружение капитальных выработок.

10. Экология

Скважинная гидротехнология позволяет избежать многих отрицательных экологических последствий, характерных для традиционных способов добычи:

отсутствие отвалов вскрышных пород, хвостохранилищ, дробильно-измельчительных переделов, магнитной сепарации, буровзрывных работ, мощных пылегазовых выбросов и, как следствие, загрязнения значительных площадей, в том числе и сельхоз назначения, тяжелыми металлами и радионуклидами;

не нарушается режим подземных и поверхностных вод и не требуется значительного отчуждения земель под промышленное строительство;

процесс добычи руды осуществляется без присутствия людей в горных выработках с исключением тяжелых и опасных для жизни людей операций, сопряженных с проходкой горных выработок и ведение добычных работ;

не отчуждаются дополнительно земли под отвалы, которые при открытой разработке месторождений в настоящее время занимают все большие территории черноземных полей практически в пригородных зонах, т.к. горно-обогатительные предприятия обычно являются градообразующими.

Заключение

Железорудный бассейн КМА - это огромный запасник железа в нашей стране. Он активно разрабатывается десятками карьеров и шахт.

В данной работе я разработал и обосновал возможность применения скважинной гидродобычи для Больше-Троицкого месторождения.

Список использованной литературы

1.     В.Н. Аллилуев “Скважинная гидродобыча богатых железных руд КМА”: учебное пособие. Белгород, 2010г.

2.      В.Ж. Аренс, Н.И. Бабичев, А.Д. Башкатов, О.М. Гридин, А.С. Хрулев, Г.Х. Хреян “Скважинная гидродобыча полезных ископаемых”: учебное пособие. “Горная книга”, Москва, 2007г.

Приложение 1

Приложение 2