Введение
Скважинная добыча (СД) – это дистанционно управляемый метод извлечения (добычи) минеральных ресурсов через скважины, основанный на инситу-преобразовании руд в подвижную форму (шлам) посредством струи воды под высоким давлением (гидравлического размыва). Этот процесс осуществляется с поверхности земли, дна карьера, подземной шахты или плавучего судна через предварительно пробуренные скважины.
История
Основываясь на базе данных патентов США, историю метода можно проследить до начала XX века (1906 год). Наиболее передовая конструкция инструмента для выемки полезных ископаемых из скважин (BHM) была запатентована в 1926 году. С небольшими улучшениями эта концепция конструкции остаётся основой для современных инструментов и технологий BHM. В США основные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР) проводились USBM в 1970-х и 1980-х годах. Выемка урана из скважин в Казахстане остаётся самым передовым проектом BHM в мире.
Описание инструмента BHM
Инструмент состоит из не менее двух концентрических труб, образующих два гидравлических канала: один для перекачки рабочего агента под высоким давлением (воды), а второй – для доставки насыщенной шламистой смеси на поверхность. Инструмент BHM обычно состоит из 3 основных узлов: (1) нижняя головка с эжектором (водоструйным насосом) и секциями гидромонитора; (2) удлинительная секция, состоящая из набора стандартных труб, соединяющих нижнюю головку с верхней головкой; и (3) верхняя головка, включающая поворотный узел, обеспечивающий подвеску и вращение инструмента в скважине, а также его подключение к источнику рабочего агента (насосной станции) и сборнику шлама. Для помощи эжектору в перекачивании шлама с больших глубин часто используется воздушный лифт. Для работы с инструментом BHM обычно используется стандартная буровая установка. Инструмент опускается в скважину до достижения гидромонитором требуемой глубины. Затем подается вода под высоким давлением. Примерно половина воды выходит из инструмента через гидромонитор и выбрасывается наружу в виде мощной струи. Эта струя разрезает и разрыхляет породу, образуя шлам, который эжектор перекачивает обратно на поверхность. В накопительном пруду или резервуаре шлам разделяется, а очищенная вода возвращается в цикл. В процессе добычи горных пород и руд могут образовываться полости различной формы. Их форма зависит от манипуляций инструментом BHM во время разработки, которые включают вращение инструмента, его перемещение вверх и вниз, а также их комбинацию. Скважинная добыча осуществляется из вертикальных, горизонтальных и наклонных скважин.
Преимущества BHM
Основные преимущества метода включают низкую капитальную и эксплуатационную стоимость, мобильность, селективность, возможность работы в опасных и вредных условиях, незначительное воздействие на окружающую среду и ряд других преимуществ. Метод применяется при добыче таких природных ресурсов и промышленных материалов, как: уран, железная руда, кварцевый песок, мелкий гравий, уголь, полиметаллические руды, фосфаты, золото, алмазы, марганец, редкоземельные элементы, янтарь и другие. Бережное выемка полезных ископаемых также используется в геологоразведке, стимуляции нефте-, газо- и водоносных пластов, строительстве подземных хранилищ, природоохранных мероприятиях и в других областях.