Обоснование параметров технологии скважинной гидродобычи железной руды с целью повышения эффективности ее извлечения на Гостищевском месторождении Курской магнитной аномалии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.22, кандидат наук Гроссу Анна Николаевна

• Гроссу Анна Николаевна
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Гроссу Анна Николаевна

ВВЕДЕНИЕ

1. ИЗУЧЕННОСТЬ ТЕХНОЛОГИЙ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД

1.1. Современное состояние и проблемы гидродобычи железной руды на месторождениях Курской магнитной аномалии

1.2. Инженерно-геологическая характеристика Гостищевского месторождения железных руд

1.3. Цель и основные вопросы исследований

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ ДЛЯ УСЛОВИЙ ГОСТИЩЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

2.1. Анализ известных технологий скважинной гидродобычи железной руды

2.2. Разработка инструмента и технологии бурения прослоев горных пород и железной руды долотами режущего типа с гидромониторным приводом

2.3. Влияние забойных условий на эффективность работы скважинного гидродобычного агрегата при добыче железной руды

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ НА ПОВЕРХНОСТЬ ПРИ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧЕ

3.1. Исследование массопереноса рыхлой железной руды в затопленном пространстве

3.2. Исследование работы гидромониторной струи на имитационной модели

3.3. Применение насоса Гейзера для подъема пульпы при скважинной гидродобыче железной руды

4. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫПОЛНЕННЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Прогнозный расчет экономической эффективности применения гидродобычного агрегата на Гостищевском месторождении железных руд

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Акт внедрения результатов научных работ по диссертации в

учебный процесс

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акт о внедрении результатов диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование параметров технологии скважинной гидродобычи железной руды с целью повышения эффективности ее извлечения на Гостищевском месторождении Курской магнитной аномалии»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования обусловлена возможностью отработки продуктивных пластов твердых полезных ископаемых методом скважинной гидродобычи. Основное достоинство метода заключается в том, что добычу полезных ископаемых можно проводить в сложных горно-геологических условиях, исключая проходку горных выработок и сооружений карьеров.

В последнее десятилетие себестоимость добычи полезных ископаемых, в том числе и железной руды, увеличивается. Это связано в первую очередь с отдаленностью новых месторождений, увеличением глубины залегания полезных ископаемых, невысоким уровнем развития новой техники и технологии добычи. В настоящее время возросло внимание к новому способу добычи полезных ископаемых - скважинной гидродобыче (СГД). Особый интерес к технологии СГД определяется многократным технико-экономическим преимуществом ее по сравнению с подземным и открытым способами добычи руд.

Месторождения Курской магнитной аномалии (КМА) и, в частности, богатое по составу железа Гостищевское месторождение является особо ценным за счет [30, 32, 38]:

• возможности эффективной разработки залегающих на глубине 400-800 м в сложных гидрогеологических условиях месторождений железных руд, которые остаются невостребованными обществом уже более 60-ти лет;

• снижения в 3-4 раза объема капитальных вложений и ускорения в 1,5 раза срока их окупаемости;

• 100 %-го импортозамещения, так как технические средства (оборудование) изготавливаются на отечественных предприятиях;

• ускорения в 2-3 раза сроков строительства (1,5-1,8 года) и ввода в эксплуатацию предприятия (1,5 года);

• качества металлургического сырья (до 67,5-69,0 % Fe) и повышения конкурентоспособности товарных руд (в 1,2-1,6 раза);

• 95 %-й автоматизации очистных работ и транспортировки руды на склад без

присутствия человека;

• снижения в 5-6 раз уровня вредного воздействия производства на окружающие природные ресурсы в районе ведения работ;

• повышения безопасности ведения горных работ.

Сегодня, как никогда, необходимы незамедлительные меры по ускорению развития технологий скважинной гидродобычи, прежде всего, железной руды.

Скважинная гидродобыча - способ подземной гидравлической разработки месторождений твёрдых полезных ископаемых, при котором полезное ископаемое переводится на месте залегания в гидросмесь. Основные технологические процессы при СГД: вскрытие пласта; гидроразмыв, пульпоприготовление, транспортировка от забоя до всасывающего устройства; подъём гидросмеси на поверхность; обогащение; складирование хвостов обогащения; осветление оборотной воды и водоснабжение; управление горным давлением. Непосредственно процесс приготовления пульпы в подземных полостях и выдача ее на поверхность через скважину осуществляются с помощью специального скважинного гидродобычного снаряда (СГС). СГС в совокупности с механизмами и агрегатами, обеспечивающими его работу с поверхности, образует гидродобычной агрегат (ГДА).

К настоящему времени накоплен значительный опыт работ по СГД полезных ископаемых. Несмотря на значительный опыт работы в этих направлениях, широкого промышленного внедрения способ СГД до сих пор не получил. Одной из причин при этом является низкая производительность добычных работ. Поэтому исследование данной проблемы путем углубленных теоретических и лабораторных исследований, промышленных испытаний, а также проектно-конструкторских разработок является актуальной задачей.

Основы теории гидравлического способа разработки полезных ископаемых разработал П.П. Мельников, дав методы расчета насадок, ударной силы струи, высоты фонтанов и др. Работы П.П. Мельникова, К.А Кулибина, И.М. Тиме, В. Реутовского, М.А. Шостака и других создали инженерные основы гидромеханизации скважинной добычи полезных ископаемых [16].

Задаче интенсификации горного производства и повышения эффективности разведки и последующей разработки месторождений полностью отвечают развивающиеся последние годы геотехнологические способы добычи сырья, в том числе способ СГД.

Огромный вклад в теоретическое осмысление и разработку технологии СГД полезных ископаемых внесли ученые - исследователи В.Ж. Аренс, Н.И. Бабичев, М.И. Бирчик, И.В. Британ, И.И. Бройд, Н.Д. Веригин, А.Л. Вильмис, А.Е. Воробьев, А.М. Гайдин, Н.Е. Горшенин, О.М. Гридин, В.П. Дробаденко, С.Н. Журин, В.И. Колесников, В.Л. Колибаба, Е.В. Крейнин, Д.П. Лобанов, Н.Г. Малухин, В.П. Небера, В.В. Петриченко, А.В. Пинчук, С.Я. Рябчиков, И.А. Сергиенко, В.И. Стрельцов, М.И. Фазлуллин, Ю.Б. Фомин, А.С. Хрулев, Г.Х. Хчеян, Э.И. Черней, А.С. Черняк, С.С. Шавловский, Д.Н. Шпак и др.

Экспериментальные исследования, выполненные в диссертационной работе, позволили разработать технологию СГД железной руды, применительно к Гостищевскому месторождению, где геологический разрез представлен мощными отложениями гематитомартитовой руды с чередующимися простоями железистой слюдки мощностью до 90 см, не поддающимся чисто гидромониторному разрушению.

Степень разработанности темы исследования. Разработки по теме диссертационной работы позволили решить, применительно к Гостищевскому месторождению, вопросы по разработке и совершенствованию технологии скважинной гидродобычи железной руды. Исследования по диссертационной работе опираются на результаты анализа фактического материала, методологическую и научно-исследовательскую базу. В работе последовательно проанализированы, обобщены и разработаны новые научно обоснованные технические решения по теме исследований. Полученные результаты достоверны, выводы и рекомендации достаточно аргументированы и обоснованы, вытекают из содержания выполненных работ, отражают цели и поставленные задачи исследования.

Цель работы. Цель данной работы заключается в повышении эффективности скважинной гидродобычи (СГД) за счет разработки рациональной технологии

отработки пластов железной руды с пропластками горных пород средней крепости и подъема пульпы с помощью насоса Гейзера.

Идея работы. Идея настоящей работы заключается в повышении производительности СГД железной руды за счет разработки рациональной конструкции по-родоразрушающего долота режущего типа с гидромониторным приводом и оптимальной технологии работы гидродобычного агрегата с использованием насоса Гейзера.

Объектом исследований является технология скважинной гидродобычи железной руды, применительно к Гостищевскому месторождению КМА.

Задачи исследования:

- Выполнить анализ современного состояния технологии СГД железных руд.

- Разработать технику и технологию разбуривания пропластков горных пород средней крепости по шкале Протодьяконова.

- Установить зависимость крутящего момента долота гидродобычного агрегата от гидравлических параметров струй и эффективного радиуса размыва железной руды в затопленном пространстве, а также от глубины ее залегания.

- Разработать методику добычи железной руды методом СГД при обеспечении высокой производительности добычного агрегата с использованием насоса Гейзера.

Положения, выносимые на защиту:

1. Разработка мощных слоев железных руд, разделенных прослоями пород средней крепости мощностью до 0,9 метра с помощью ГДА, эффективна при использовании специальных долот режущего типа с гидромониторным приводом, сочетающих возможность резания и гидромониторного разрушения.

2. Эффективность гидромониторного размыва железной руды в затопленном пространстве зависит от гидравлической мощности и производительности бурового насоса, подающего воду к гидромонитору, скорости истечения гидромониторной струи, параметров пульпы и глубины залегания пласта.

3. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать оптимальную технологию скважинной гидродобычи

железной руды с использованием насоса Гейзера.

Методология и методы исследований: Для решения поставленных задач применялся комплексный метод исследований, включающий в себя анализ и обобщение литературных источников по выбранной теме, проведение теоретических и экспериментальных исследований, имитационное моделирование процессов сква-жинной гидродобычи. Для решения данной проблемы нами используются собственные разработки, в том числе патент RU № 2694982.

Степень достоверности результатов исследований обеспечивается корректностью поставленных задач, базируется на большом объеме лабораторных исследований, их современной методике, положительных результатах внедрения разработанных методов и технических средств, использовании теоретически обоснованных и проверенных методов исследования, сходимости расчетных данных с результатами лабораторных исследований, а также больших объемах экспериментов. Выводы, сделанные по результатам работы являются достоверными, основные положения работы обсуждены и прошли апробацию на конференциях.

Научная новизна выполненных исследований:

1. Установлена зависимость крутящего момента на долоте режущего типа с гидромониторным приводом от гидравлических параметров гидромониторных струй гидродобычного агрегата, позволяющая рассчитывать параметры долота, способного разбуривать пропластки горных пород средней крепости, разделяющих пласты железной руды.

2. Установлена зависимость эффективного радиуса размыва железной руды в затопленном пространстве от скорости истечения гидромониторной струи, плотности, динамической вязкости пульпы и гидростатического давления, позволяющая определить объем извлекаемой руды из отработанной камеры и прогнозировать эффективность разработки месторождения.

3. Разработана методика расчета конструктивных параметров насоса Гейзера, учитывающая гидродинамическую составляющую процесса массопереноса, позволившая усовершенствовать технологию откачки железорудной пульпы плотностью свыше 1,25 ■ 103 кг/м3 за счет увеличения коэффициента полезного действия.

Теоретическая значимость работы. Ценность научных работ соискателя заключается в:

- установлении зависимости крутящего момента на долоте режущего типа с гидромониторным приводом от гидравлических параметров гидромониторной струи гидродобычного агрегата при отработке пластов железной руды с пропластками горных пород средней крепости;

- установлении эффективного радиуса размыва рыхлой железной руды в затоп-ленном пространстве в зависимости от технологических параметров скважинного гидродобычного агрегата (СГДА);

- разработке методики расчета конструктивных параметров насоса Гейзера применительно к подъему пульпы железной руды плотностью свыше 1,25 ■ 103 кг/м3.

Практическая значимость работы:

1. Разработано буровое долото режущего типа с гидромониторным приводом, позволяющее успешно разрушать пропластки горных пород средней крепости по шкале Протодьяконова.

2. Установлен эффективный радиус размыва рыхлой железной руды в затопленном пространстве в зависимости от скорости истечения гидромониторной струи, плотности, динамической вязкости пульпы и гидростатического давления, что позволило рассчитывать объем извлекаемой руды из отработанной камеры.

3. Разработана оптимальная технология подъема пульпы богатых железных руд с использованием насоса Гейзера.

Результаты диссертационных исследований, связанные с разработкой технологии скважинной гидродобычи железных руд, приняты к использованию Институтом наук о Земле Белгородского государственного национального исследовательского университета для составления проектов на разведку и эксплуатацию на месторождениях Курской магнитной аномалии.

Результаты исследования также внедрены в учебный процесс для обучения студентов направлений подготовки бакалавриата 21.03.01 «Нефтегазовое дело» направленность «Бурение нефтяных и газовых скважин» и специалитета 21.05.06

«Нефтегазовые техника и технологии» специализация «Технология бурения нефтяных и газовых скважин».

Апробация результатов исследований. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на:

- 69 Международной молодежной научной конференции «Нефть и газ 2015», 14-16 апреля 2015 г. РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, г. Москва;

- XIII Международной научно-практической конференции «Новые идеи в науках о Земле» 5-7 апреля 2017 г. МРГИ-РГГРУ, г. Москва;

- Международной научно-практической конференции «Стратегия развития геологического исследования недр: настоящее и будущее» 4-6 апреля 2018 г. МРГИ-РГГРУ, г. Москва;

- III Международной научно-практической конференции «Бурение скважин в осложненных условиях», Санкт-Петербургский горный университет, 8-9 ноября, 2018 г.;

- Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы недропользования», г. Новочеркасск, ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова, декабрь 2018 г.;

- Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы геологии» Старооскольский филиал ФГБОУ ВО МГРИ, г. Белгород, 2019 г.

- V Национальной конференции профессорско-преподавательского состава и научных работников «Результаты исследований-2020», г. Новочеркасск, 15 мая 2020 г., ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова.

Личный вклад автора заключается в формировании и доказательстве основных научных положений, непосредственном участии на всех этапах исследований, получении теоретических и экспериментальных данных, результаты которых приведены в диссертации.

При выполнении диссертационных исследований соискателем лично получены следующие результаты:

- разработано, на уровне изобретения, долото режущего типа с гидромониторным приводом;

- предложена зависимость крутящего момента на долоте режущего типа с гидромониторным приводом от гидравлических параметров гидромониторных струй гидродобычного агрегата, а также зависимость эффективного радиуса размыва железной руды в затопленном пространстве от скорости истечения гидромониторной струи и параметров жидкости;

- разработана методика расчета конструктивных параметров насоса Гейзера применительно к подъему пульпы железной руды плотностью свыше 1,25 ■ 103 кг/м3;

- разработана оптимальная технология скважинной гидродобычи железной руды, применительно к Гостищевскому месторождению.

Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы отражены в 20 печатных работах, в том числе, 3 статьях, опубликованных в изданиях, включенных в международную базу цитирования SCOPUS, 8 печатных работах, изданных в журналах, из перечня рецензируемых научных изданий Минобрнауки России, одном патенте на изобретение, 7 тезисах докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций, приложения; изложена на 138 страницах текста в редакторе MS Word, содержит 31 рисунок, 1 фото, 20 таблиц, список литературных источников из 87 наименований.

Диссертация является результатом научно-исследовательских работ, выполненных на кафедре «Нефтегазовые техника и технологии» ЮРГПУ (НПИ) и базируется на теоретических и экспериментальных исследованиях, выполненных лично автором.

В диссертационной работе разработан алгоритм и программа работы скважинного гидродобычного агрегата в сочетании с насосом Гейзера для подъема пульпы на поверхность.

Автор выражает благодарность всем сотрудникам кафедры «Нефтегазовые техника и технологии» ЮРГПУ (НПИ) за оказанную поддержку и рекомендации при выполнении диссертационной работы.

1. ИЗУЧЕННОСТЬ ТЕХНОЛОГИЙ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ

ЖЕЛЕЗНЫХ РУД

1.1. Современное состояние и проблемы гидродобычи железной руды на месторождениях Курской магнитной аномалии

Россия обладает примерно половиной мировых запасов богатых железных руд. Но эти руды, сосредоточенные преимущественно в пределах Белгородской области КМА, расположены на значительных глубинах (600-1000 м), залегают в сложных горно-геологических условиях и поэтому нужны эффективные технологии по скважинной гидродобыче железных руд. Запасы богатых железных руд КМА, исчисляемые многими десятками млрд. тонн, позволяют удовлетворить потребность в качественном железорудном сырье не только Россию, но и другие страны на длительную перспективу.

Курская магнитная аномалия расположена в пределах Белгородской области и имеет в своем составе несколько десятков месторождений. Самым крупным являются: Шемраевское, Гостищевское, Большетроицкое, Яковлевское. Общие запасы богатых железных руд КМА составляют порядка 60 млрд. тонн, из которых, по меньшей мере, 20-25 млрд. тонн доступны для отработки способом СГД без нарушения налегающего массива земной поверхности. На сегодня назрела необходимость добычи глубокозалегающих руд и нерудных полезных ископаемых современными, прогрессивными, экологически чистыми и экономически выгодными методами геотехнологий и в частности, методами СГД, имеющими ряд преимуществ по сравнению с открытым и подземным способами.

Методы СГД с успехом применяются к добыче полезных ископаемых, находящихся в рыхлом или слабосцементированном состоянии при сильном обводнении залежей, когда традиционные способы разработки невозможны или трудно реализуемы, например, месторождений природнобогатых железных руд Белгородского рудного района КМА, при разработке месторождения титан -циркониевых ильменитовых песков на Тарском и Туганском месторождениях и при проектировании и эксплуатации эрлифтных грунтозаборных устройств для добычи алмазосодержащих пород со дна моря на шельфе Намибии [1, 2, 3].

Способ СГД основан на физическом процессе - переводе полезного ископаемого на месте залегания в подвижное состояние гидросмеси в виде пульпы. Скважинная гидротехнология характеризуется высокой спецификацией составляющих ее процессов и, одновременно, теснейшим их взаимодействием.

Скважинная гидротехнология включает следующие основные процессы:

- вскрытие продуктивного массива добычными скважинами;

- гидроразмыв, разуплотнение продуктивного массива;

- транспортирование разрушенного (отделенного от забоя) твердого к зумпфу эксплуатационной скважины;

- пульпоприготовление доставленной в зумпф горной массы для процесса всасывания;

- всасывание горной массы с учетом транспортирующих возможностей всасывающего потока;

- гидроподъем гидросмеси на поверхность с учетом возможностей подъемного аппарата, работающего в стесненных условиях эксплуатационной скважины;

- поверхностный гидротранспорт подачи гидросмеси на установки разделения (через пульпопроводы, минуя цеха дробления и дезинтеграции).

Эти технологические процессы тесно взаимосвязаны между собой и в своей совокупности представляют решение уникальной задачи - совмещение разноструктурных процессов в единый технологический цикл добычи полезных ископаемых через скважины с учетом различных горно-геологических требований к процессу СГД.

С начала 2000-х годов целым рядом организаций и предприятий России был выполнен большой комплекс научно-исследовательских, проектных и конструкторских работ по тематике скважинной гидродобычи. В результате была разработана принципиально новая схема устьевого и внутрискважинного оборудования для эффективной работы технологии СГД, на глубинах от 30-50 м до 1000 м для разработки обводненных рыхлых или слабосцементированных

рудных и нерудных месторождений минерального сырья. Мобильный добычной комплекс СГД позволяет из одной скважины добывать от 15 до 50 т/час или до 120250 тыс. т/год природнобогатой железной руды с насыпной плотностью до 36003700 кг/м3 в условиях Белгородского рудного района с глубины до 800 м.

Преимуществом предлагаемой технологии СГД является оснащение добычных технологических скважин комплектом устьевого и внутрискважинного оборудования, основанного на максимальном использовании современного бурового, подъемного и насосно-компрессорного оборудования, используемого в нефтедобыче.

К числу основных преимуществ, выгодно отличающих СГД от традиционных способов разработки, относятся:

- сокращение капитальных затрат до 10 раз за счет исключения значительной части горноподготовительных работ, так как доступ к полезному ископаемому осуществляется через скважины, пробуренные с поверхности;

- возможность ведения работ при слабых, сравнительно неустойчивых вмещающих породах;

- отсутствие в очистном пространстве людей и технических средств;

- сокращение сроков строительства горного предприятия в 3-4 раза;

- возможность применения мобильного и автономного скважинного гидродобычного комплекса;

- экологически чистая и безотходная технология;

- низкая себестоимость получаемой железной руды;

- использование серийного технологического оборудования (буровые станки, насосы, компрессоры);

- отсутствие негативного воздействия на окружающую среду;

- высокий уровень безопасности труда при производстве добычных работ;

- высокая производительность и качество получаемой железной руды;

- высокая экономическая эффективность СГД железной руды по сравнению с открытым и подземным способами добычи.

Освоение технологии СГД для добычи природнобогатых железных руд Белгородского рудного района КМА позволяет включить в хозяйственный оборот уникальную ресурсную базу высококачественного железорудного сырья с запасами около 60 млрд. тонн с содержанием Беобщ. до 69 %, БЮ2 < 1,5-4,0 % (в среднем по России в добываемой руде Бе < 30 %). По имеющимся данным, таких руд в общем балансе запасов Белгородского рудного района Курской магнитной аномалии около 50-55 %. По качеству это лучшие железные руды в России и мире [38].

На месторождениях Белгородского железорудного района выделено 36 участков, перспективных для промышленного освоения комбинированным способом скважинной гидродобычи и подземными работами. К первоочередным отнесены 7 участков, выделенных в пределах Шемраевского, Яковлевского и Гостищевского месторождений, запасы которых детально разведены.

Геологический разрез участка по СГД представлен (сверху вниз) суглинками четвертичного возраста (первые метры), мелом, мергелем, глинами и песками мелового периода мощностью около 260 м, песчано-глинистыми отложениями юры мощностью до 110 м, закарстованными известняками карбона мощностью около 60 м. Общая мощность осадочной толщи 425-460 м. Ниже залегают богатые железные руды мощностью до 422 м, в пределах которых на глубине 540-570 м (по кровле) выделяется довольно выдержанный горизонт рыхлых и полурыхлых (асж -0-3 МПа) богатых руд мощностью 45-80 м с углом падения 45° в западном направлении. Эти руды в основном сконцентрированы в средней и нижней частях разреза и имеют среднюю мощность 70 м. В пределах этого участка геологического разреза отмечаются пропластки сцементированных руд (асж - 3-10 МПа), участки каменистых руд и крепких окисленных железистых кварцитов.

Вышележащая часть разреза представлена слоистой толщей богатых железных руд различной прочности (3-10 МПа) и трещиноватости, преимущественно плотных с пропластками рыхлых, легко размываемых богатых руд. Венчается разрез зоной карбонатизированных прочных (асж - 10-30 МПа) руд мощностью 10-50 м.

С учетом степени распространения в КМА богатых железных руд, разработка

которых возможна скважинным способом (более 50 %), создание экологичного и высокопроизводительного комплекса с повышенной степенью извлечения рыхлых руд имеет большое значение.

На Шемраевском месторождении, с использованием СГД, было получено более 200 тонн высококачественной железной руды, но ввиду аналогичных причин добыча была в 1994 г. законсервирована и до настоящего времени не возобновлена.

К настоящему времени опытные работы по СГД богатых железных руд Гостищевского месторождения КМА с добычей до 40 т в час железной руды показали, что нет никаких принципиальных технических проблем для извлечения железных руд с глубин до 800 метров и более с производительностью более 60 т в час. В тоже время известно, что существующие технологии СГД находятся не на высоком технологическом уровне и требуют усовершенствования. Поэтому сегодня очень важно оценить не только общий производственный и экономический потенциал метода СГД, но и разработать технологию добычи железной руды в конкретных геологических условиях Гостищевского месторождения.

Проблемы в добыче железной руды на Гостищевском месторождении заключаются в том, что геологический разрез представлен мощными отложениями гематитомартитовой руды в интервале 530-795 м с чередующимися прослоями железной слюдки мощностью до 90 см, не поддающимся чисто гидромониторному разрушению [38].

На Гостищевском месторождении, с использованием СГД, при эксплуатации двух скважин было получено более 900 тонн высококачественной железной руды (содержание железа 68-69 %), но ввиду целого ряда организационных, технических, технологических и геологических (наличие крепких прослоев железной слюдки мощностью до 90 см и прочностью на одноосное сжатие от 3,0 до 15,0 МПа) причин добыча была законсервирована и до настоящего времени не возобновлена.

Исходя из выполненного обзора проблем гидродобычи железной руды на месторождениях КМА считаем, что основной проблемой СГД является решение вопросов разрушения достаточно твердых породных прослоев в общей массе

рудного тела, а также улучшение технологии транспортировки железной руды на поверхность.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гроссу Анна Николаевна, 2021 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Bentsen R.G., Wilson D.C. Optimization techniques for weight on and rotary speed. - The J. of Canad. Petr., 2001, № 1.

2. Kenndy J.L. Drilling passes satellite test, gears for expansion. - Oil a. Gas J., 2002, №35. - p. 79-94.

3. Kis, P.Jiles-Atherton Model Implementation to Edge Finite Element Method: Doctoral Dissertation/Peer Kis. - Budapest University of Technology and Economics. - 2006. - 131.

4. Larsen-Bass J., Perrott C.M., Robinson P.M. Abrasive wear of tungsten composites. Rotary drilling tests. «Mater. Sci. and Eng», № 2, 1976. -р. 13-17.

5. Lummus I.L. Drilling optimization. - J. of Petr. Techn., November, 1990. - p. 128-145

6. Аренс В.Ж. Геотехнология М.: Недра, 1970, С. 284

7. Аренс В.Ж. Скважинная гидродобыча полезных ископаемых: Учеб. пособие / В.Ж. Аренс, Н.И.Бабичев, А.Д.Башкатов и др. - 2-е изд., стер. - М.: Изд-во «Горная книга», 2011. - 295 с.

8. Аренс В.Ж. Физико-химическая геотехнология. - М.: Изд-во МГГУ, 2010. - С. 703.

9. Асеева А.Н. Совершенствование технологии бурения скважин долотами режущего типа за счет применения их двухъярусной конструкции. Диссертация кандидата техн. наук. Новочеркасск 2009, 146 с.

10. Бабичев Н.И. Технология скважиной гидродобычи полезных ископаемых. МГРИ, М., 1981, С. 89.

11. Богданов Р.К., Закора А.П., Исонкин А.М. и др. Сверхтвердые материалы в геологоразведочном инструменте. - Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2003. - 138 с.

12. Борисов К.А., Гроссу А.Н. Лопастное долото // Междунар. науч.-практ. конф. Стратегия развития геологического исследования недр: настоящее и будущее (к 100-летию МГРИ-РГГРУ), 4-6 апреля 2018 г., Москва МГРИ-РГГРУ. В 2-х томах. Т. 2. - С. 24-25.

13. Бреннер В.А. Гидромеханическое разрушение горных пород / В.А. Бренер, А.Б. Жабин, А.Е. Пушкарев, М.М. Щеголевский. - М.: Акад. гор. наук, 2000. - 343 с.

14. Британ И.В., Гостюхин П.Д. Прогноз продуктивности скважин и оценка экономической эффективности скважинной гидродобычи железных руд КМА // Горный информационно-аналитический бюллетень, № 9. - М.: Изд-во

МГГУ, № 9. - 2001. - С. 121-129.

15. Будюков Ю.Е. Алмазный породоразрушающий инструмент. Ю.Е. Будюков, В.И. Власюк, В.И. Спирин.- Тула: ИПП «Гриф и К0», 2005. - 288 с, ил.

16. Волков Ю.И., Кузькин В.С., Петриченко В.П. и др. Способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых. Патент ЯИ № 2272141, 01.09.2004 г.

17. Вулис Л.А. Кашкаров В.А. Теория струй вязкой жидкости. М:. Наука, 1965, С. 431.

18. Гаджумян Р.А., Калинин А.Г., Никитин Б.А. Инженерные расчеты при бурении глубоких скважин. - М.: Недра, 2000.

19. Гарбуз Г.Л. Исследование взаимодействия высоконапорной струи воды с угольным массивом при целевой схеме разрушения. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. М., 1975

20. Гиневский М. А. Теория турбулентных струй и следов. М.: Машиностроение, 1969. - С. 400.

21. Гольдштик М.А., Яворский Н.И. О затопленных струях. Прикладная математика и механика. Вып. 4, 1984. - С. 950-956.

22. Горшенин Н. Е. Гидравлический расчёт эжекторных снарядов для скважинной гидродобычи / Н.Е. Горшенин, И.Б. Бондарчук // Проблемы геологии и освоения недр: труды XIII Международного симпозиума имени академика М.А. Усова - Томск, 2009. - С. 541-543.

23. Горшенин Н. Е. Моделирование работы агрегата для скважинной гидродобычи руд на примере Бакчарского рудопроявления // Известия Томского политехнического университета - Томск, 2011. - Т. 319, № 1: Науки о Земле. - С. 195-198.

24. Горшенин Н. Е. Организация массопереноса в затопленном очистном пространстве при скважинной гидродобыче // Известия Томского политехнического университета - Томск, 2012. - Т. 321. - № 1: Науки о Земле. - С. 179-184.

25. Горшенин Н. Е. Особенности расчёта и конструирования эжекторных: устройств для снарядов скважинной гидродобычи полезных ископаемых /Н.Е.Горшенин, И.Б.Бондарчук // Проблемы геологии и освоения недр: труда XII Международного симпозиума имени академика М.А.Усова -Томск» 2008. - С. 529-531.

26. Горшенин Н. Е. Проблемы технологии скважинной гидродобычи и возможные пути их решения // Проблемы геологии и освоения недр: труда XV Международного симпозиума имени академика М.А.Усова - Томск, 2011. - Т.2.

- С. 262-263.

27. Гроссу А.Н. Современный подход к технологическому решению процесса скважинной гидродобычи железной руды // Бурение скважин в осложнённых условиях: III Междунар. науч.-практ. конф. 8-9 ноября 2018 г.: Тезисы докладов / Санкт-Петербургский горный университет. СПб, 2018. -С. 29-30.

28. Дробаденко В.П., Малухин Н.Г. Освоение подводных континентальных, шельфовых и глубоководных месторождение (учебное пособие). - М.: РГГРУ, 2008.

29. Дробаденко В.П., Малухин Н.Г., Луконина О.А. Расширение сырьевой базы благородных металлов на основе новых гидротехнологий // Горный информационно-аналитический бюллетень - изд-во «Горная книга» 2002. - С. 146-148.

30. Журин С.Н., Колесников В.Н., Стрельцов В.И. Природопользование при скважинной гидродобыче богатых железных руд. М., 2001, НИА-Природа, 382 с.

31. Исмагилов Б.В., Хрулев А.С. Исследование технологии гидравлического разрушения фосфорной руды при СГД в затопленной камере /Проблемы геотехнологии. Тр. ГИГХС, вып. 59. - М.: Недра, 1982.

32. Колесников В.Н., Стрельцов В.И. Скважинная гидродобыча железных руд. - М.: НИА-Природа, 2006.

33. Колибаба В.Л. Концепция скважинной добычи богатых железных руд КМА. Сборник докладов Советско-Югославского симпозиума по проблеме скважинной гидравлической технологии // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М., 1991. - С. 16-19.

34. Колибаба В.Л., Калиш Е.АП. Ульяненко В.С. Прогрессивная технология добычи минерального сырья из месторождений сверхглубокого залегания // Горный информационно-аналитический бюллетень, № 2, изд-во МГГУ. - М., 1999. - 120 с.

35. Куликов В.В. Рациональная конструкция промывочной системы буровых коронок при бурении эжекторными снарядами в сложных геологических условиях. //Горный информационно-аналитический бюл. деп. изд-ва МГГУ. Спр. № 656/11-08 от 04.08.2008. - 6 с.

36. Крапивин М.Г. Горные инструменты / М.Г. Крапивин, И.Я. Раков, Н. И. Сысоев. - 3-е изд., перераб. и доп.. - М. : Недра, 1990. - 256 с.

37. Курылёв А.И. Исследование размыва и качества очистной выемки при скважинной гидродобыче золота из мёрзлых россыпей месторождений.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук М., 19VS.

3S. Леоненко И.Н., Русинович ИА., Чайкин С.И. Геология, гидрогеология и железные руды бассейна Курской магнитной аномалии. Том III Железные руды. - М.: Недра, 1968. - 300 с.

39. Литкевич Ю.Ф., Aсеевa A.K, Третьяк A.A. Разработка методики расчета наработки породоразрушающего инструмента с алмазно-твердосплавным вооружением // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - № 12. - 2010. - С. 2-4.

40. Лобанов Д.П., Дробаденко В.П., Малухин Н.Г., Малухин Г.Н. Гидротранспорт продуктов скважинной гидротехнологии // Горный информационно-аналитический бюллетень, № 2, изд-во МГГУ. - М., 1999.

- С. 120.

41. Liu Y., Wei J., Ren T., Lu Z. Experimental study of flow field structure of interrupted pulsed water jet and breakage of hard rock // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2015. Vol. VS. P. 253-2б1.

42. Малухин Н.Г., Дробаденко В.П. Малухин Г.Н., Вильмис A^. (РГГРУ) Развитие теории и методов расчета скважинной гидротехнологии и их реализации при разработке месторождений полезных ископаемых // Горный информационно-аналитический бюллетень. - Изд-во «Горная книга», 2008.

- № 12.

43. Методика определения экономической эффективности внедрения новой буровой техники. - М.: ВНИИИБТ, 1993. - 319 с.

44. Назаркин В., Новиков A., Малухин Н. Технология скважинной гидродобычи железных руд. Характеристика и анализ основных процессов. -Lambert Academic Publishin, 2015.

45. Нескоромных В.В. Оптимизация при геологоразведочном производстве. М., Инфа. - М., 2015. - 199 с.

46. Нескоромных В.В., Борисов К.И. Aнaлитическое исследование процесса резания-скалывания горной породы долотом с резцами PDC // Известия Томского политехнического университета.2013, Т. 323. - № 1. -С. 191-195.

4V. Нескоромных В.В., Петенев П.Г., Неверов A^., Пушмин П.С., Романов Г.Р. Разработка и экспериментальные исследования особенностей работы алмазной коронки для бурения в твердых анизотропных горных пород // Известия томского политехнического университета, 2015. - Т. 32б. - № 4. - С. 30-39.

48. Патент US.6.162.020. Airlift pump apparatus and method.

49. Патент РФ № 2694982, 18.07.2019. Гроссу А.Н. Лопастное долото, 2019. Бюл. № 20.

50. Петриченко В.П. Стрельцов В.И., Колесников В.И. Патент на полезную модель «Гидродобычной снаряд» №2 52925 от 20.07.2005 г. Роспатент РФ.

51. Примеры расчетов по гидравлике. - М.: Стройиздат, 1997.

52. Positive Preliminary Evaluation of Borehole Mining at the Hansen Uranium Deposit. 2012/ URL:

https: //www. asx.com. au/asxdf/20120213/pdf/424914sksggk96. pdf (дата обращения 15.05.2020)

53. Сизов Г.Н. Гидравлический массообмен. - М.: Энергоиздат, 1968. -

С. 221.

54. Сизов Г.Н. Работа затопленной гидромониторной струи. - М.: Водтрансиздат, 1953.

55. Соловьев Н.В. Ресурсосберегающая технология алмазного бурения в сложных геологических условиях / Н.В. Соловьев, В.Ф. Чихоткин, Р.К. Богданов. А.П. Закора.- М.: ВНИИОЭНГ, 1997. - 330 с, ил.

56. Старцев В.А. Физико-механическое обоснование параметров гидромониторной разработки россыпей направленным бурением скважин. Автореферат диссертации кандидата технических наук. Екатеринбург, 2018 г. -19 с.

57. Старцев В.А., Багазеев В.К., Валиев Н.Г. Определение физико-механических свойств суглинистых пород россыпей // Изв. вузов. Горный журнал, № 7. - 2017. - С. 126-130.

58. Starcev V. A., Bagazeev V. K., Valiev N. G. Justification of borehole hydraulik mining from thawed placers // Eurasian mining. № 1. 2017. Р. 17-20.

59. Сысоев Н.И., Буренков Н.Н., Морозов И.С. Метод расчета конструктивных параметров дифференциального долота режущего типа // Известия высших учебных заведений. Сев. -Кав. регион. технические науки. 2009, № 3. - С. 71-75.

60. Technical Parameters of Jet Mining / Kinley Exploration. URL: http://www.hydraulicboreholemining.com/technical-parameters-of-iet-mining. (дата обращения 15.05.2020).

61. Тигунов Л.П., Панков А.В., Бабичев Н.И. Расширение области применения скважинной гидродобычи // Горный журнал, № 1. - 1995.

62. Третьяк А.А., Борисов К.А., Гроссу А.Н. Влияние конструктивных

особенностей коронок, армированных АТП, на эффективность бурения горных пород // Горный журнал. - 2018. -№ 2.- С. 85-90.

63. Третьяк А.А., Борисов К.А., Гроссу А.Н. Конструкции буровых коронок, армированных АТП, с учетом схемы разрушения забоя скважины // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2015. - № 6. - С. 9-12.

64. Третьяк А.А., Борисов К.А., Гроссу А.Н. Method of Calculating the Wear, ROP and PDC Bit Operating Time // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - 2019. - Vol. 272 (2): International science and technology conference "Earth science" 4-6 March 2019, Russky Island, Russian Federation. - № 022214. - Режим доступа: https: //iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315 /272/ 2/022214/pdf.

65. Третьяк А.А., Борисов К.А., Гроссу А.Н. The Use of New Wear-Resistant Materials in the Development of Two-Level Bits with a Balanced Resultant Moment at the Drilling Flight // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - 2019. - Vol. 272 (2) : International science and technology conference "Earth science" 4-6 March 2019, Russky Island, Russian Federation. - № 022213. -Режим доступа: https: //iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/272/2/022213/pdf.

66. Третьяк А.А., Борисов К.А., Савенок О.В., Гроссу А.Н. Новое двухъярусное долото режущего типа со встречным вращением ярусов // Oil and Gas Journal Russia. - 2015. - № 5. - C. 50-53.

67. Третьяк А.А., Гроссу А.Н. Моделирование процессов размыва и всасывания железной руды в очистном затопленном пространстве // Результаты исследований - 2020: мат-лы V Национ. конф-ции профес.-преподав. состава и научн. работников, г. Новочеркасск, 15 мая 2020 г. / Юж.-Рос. гос. политехн унт (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ), 2020. - С. 249-251.

68. Третьяк А.А., Литкевич Ю.Ф., Борисов К.А., Гроссу А.Н. Лабораторные исследования износостойкости режущих элементов буровых долот, армированных алмазно-твердосплавными пластинами // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2018. - № 5. - С. 26-30.

69. Третьяк А.А., Литкевич Ю.Ф., Гроссу А.Н. Влияние забойных условий на производительность гидроагрегата при добыче железной руды // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2015. №2. - С. 64-68.

70. Третьяк А.Я., Литкевич Ю.Ф., Гроссу А.Н. Исследования крутящего момента и скорости бурения прослоев пород и руды долотом с гидромониторным приводом // Разведка и охрана недр. - 2015. - № 5. - С. 58-62.

71. Третьяк А.Я., Литкевич Ю.Ф., Гроссу А.Н. Применение насоса Гейзера для подъема пульпы при скважинной гидродобыче железной руды // Горный инф.-аналит. бюллетень. 2016. № 10.-С. 304-311.

72. Третьяк А.А., Литкевич Ю.Ф., Гроссу А.Н. Технология скважинной гидродобычи железной руды с применением насосов Гейзера для подъема пульпы // Разведка и охрана недр. -2018. - №8.- С. 44-48.

73. Третьяк А.А., Попов В.В., Борисов К.А., Гроссу А.Н. Инновационные подходы к конструированию высокоэффективного породораз-рушающего инструмента // Горный информац.-аналитич. бюллетень, 2017. -№ 8. -С. 225-230.

74. Третьяк А.Я., Гроссу А.Н. Технология буровых работ при добыче железных руд. XIII Междунар. научн.-практ. конф. «Новые идеи в науках о Земле» (Москва: Российский государств, геологоразведоч. ун-т, 5-7 апреля, 2017): в 2 т.: доклады /ред. коллегия: И.М. Власов, В.А. Косьянов, О.С. Брюховецкий. - Т. 2. - М.: МГРИ-РГГРУ, 2017. -С. 38-39.

75. Третьяк А.Я., Литкевич Ю.Ф., Гроссу А.Н. Влияние забойных условий на производительность гидроагрегата при добыче железной руды // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2015. №2.- С. 64-68.

76. Третьяк А.Я., Литкевич Ю.Ф., Гроссу А.Н. Технология гидродобычи железной руды на месторождениях Курской магнитной аномалии // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2015. - № 3. - С. 50-54.

77. Третьяк А.Я., Литкевич Ю.Ф., Сапожников И.К., Гроссу А.Н. Буровое долото режущего типа с гидромониторным приводом для скважинной гидродобычи железных руд // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. -2015.- № 1. - С. 107-110.

78. Третьяк А.А., Литкевич Ю.Ф., Гроссу А.Н. Исследование на имитационной модели процессов размыва и всасывания железной руды в очистном затопленном пространстве // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2020. - № 5 (специальный выпуск 19). - С. 3-14.

79. Хныкин В.Ф. Разрушение горных пород гидромониторными струями на открытых разработках. М.: Наука, 1969, С. 149.

80. Хрулев А.С. Методика расчета параметров выемки песков из маломощных погребенных россыпей способом СГД // Горный информационно-аналитический бюллетень, № 9. - М.: МГГУ, 2003. - С. 149-150.

81. Хрулёв А.С. Технология отработки мощных многолетнемерзлых россыпей способом СГД. // Горный информационный аналитический бюллетень, № 22. - М.: МГГУ, 2002. - С. 125-127.

82. Хчеян Г.Х. Нафтулин И.С., Глухов Б.П. Моделирование в геотехнологии. / Труды ГИГХСа. - М., 1973.

83. Черней Э.И., Бабичев Н.И. и др. Моделирование процессов размыва золотосодержащих песков применительно к скважинной гидродобыче № 3. -«Колыма», 1975. - С. 7-9.

84. Штукатуров К.М. Исследование гидромониторных струй при разработке угольных месторождений. / Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Свердловск, 1962.

85. Яворский Н.И. Теория затопленных струй и следов. Новосибирск, 1998. - С. 342.

86. Ялтанец И.М. Гидромеханизированные и подводные горные работы, Москва, 2012.- С. 716.

87. Jet Boring/Borehole Mining / RCS Group of Companies, 2018. URL: http:// resenergy.ca/jet-boring-borehole-mining. (дата обращения 15.05.2020).

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Акт внедрения результатов научных работ по диссертации

в учебный процесс

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акт о внедрении результатов диссертационной работы