Технологические аспекты методов физико-химической геотехнологии

Весь технологический процесс добычи можно подразделить на единичные процессы, большинство из которых хорошо изучено, а для их расчета разработаны теоретические основы и методы реализации. В то же время в отличие от идеальных сред и процессов, где на основе известных законов можно найти одно определенное решение, в горном производстве прежде всего нужно учитывать экономические параметры технологии, обусловленные рядом факторов.
Создавая процесс, нужно руководствоваться прежде всего поиском решений оптимальных с технической, а следовательно, и экономической точки зрения, т.е. целесообразно стремиться к максимальному, экономически оправданному извлечению полезного ископаемого.
Проведенные исследования позволили установить технологические принципы, согласно которым процесс добычи должен быть реализован при наибольшем извлечении и наилучшем использовании энергии и оборудования, при оптимизации режимов процесса, наименьшем нарушении окружающей среды и создании наиболее комфортных условий труда.
Средства добычи и управления. Оборудование для геотехнологических методов добычи подразделяется по назначению и расположению в технологической схеме на следующие основные группы:
- для сооружения скважин; для подготовки рабочих агентов;
- для поверхностного обслуживания скважин; для добычи полезных ископаемых;
- для транспортирования и предварительной переработки продуктов добычи на поверхности;
- для контроля технологического процесса в автоматизированной системе управления.
Вскрытие и подготовка месторождений к эксплуатации. Подготовка месторождения к эксплуатации - комплекс работ по доразведке месторождения и его вскрытию, т.е. сооружение добычных скважин, их исследование и монтаж оборудования.
В методах ФХГ скважины - основные выработки, вскрывающие залежь полезного ископаемого, подготавливающие ее к разработке и служащие для транспортирования рабочих и продуктивных флюидов. Поэтому эффективность работы всего геотехнологического предприятия зависит в первую очередь от работы буровиков, задача которых - не только найти новые технические и технологические решения, сокращающие затраты труда при бурении скважин, но и резко улучшить качество вскрытия продуктивных пластов.
Вторая, не менее важная проблема - эффективное сооружение наклонно направленных скважин, в том числе при сложном залегании продуктивных пластов.
Особое внимание необходимо уделить качеству вскрытия продуктивного горизонта, т.е. подготовке месторождения для его эффективной разработки через скважины.
Выбор способа вскрытия и область его применения зависят от многочисленных факторов, главные из которых:
- технологическая схема разработки;
- размеры месторождения в плане;
- мощность, угол падения и глубина залегания залежи;
- физико-механические свойства залежи и вмещающих пород;
- рельеф поверхности и др.
Системы разработки при добыче полезных ископаемых методами ФХГ классифицируются следующим образом:
- системы разработки отдельными скважинами-камерами;
- системы разработки взаимодействующими скважинами (подземная выплавка серы, подземное выщелачивание металлов, сплошная разработка месторождений каменной соли, подземная газификация угля и т.д.);
- системы разработки, сочетающие традиционную технологию добычи со скважинной (подземное выщелачивание металлов);
- системы разработки, характерные для традиционных методов добычи полезных ископаемых, но использующие геотехнологический принцип перевода полезных ископаемых в подвижное состояние (подземное выщелачивание металлов, кучное выщелачивание полезных ископаемых и др.).
Исходными данными для выбора системы разработки служат заданная или возможная производственная мощность предприятия и физико-геологические условия залегания полезного ископаемого.
При анализе факторов, влияющих на систему разработки, для каждого конкретного месторождения необходимо выделять главный и второстепенный факторы. К главному следует относить какое-либо основное свойство или фактор, которое определяет существо данного метода отработки месторождения. Например, для одних геотехнологических методов таким фактором будет проницаемость, для других - текстура и структура полезного ископаемого, для третьих -гидрогеологические условия залежи и т.д.
Выбрать систему разработки - значит определить направление отработки залежи в целом и установить оптимальную сетку размещения скважин, обеспечивающую технологичность выемки полезного ископаемого и получение наилучших технико-экономических показателей.
Технико-экономические показатели метода, с одной стороны, определяются исходными физико-геологическими условиями разрабатываемого месторождения, с другой - принимаемыми техническими и технологическими решениями. Параметры технологии (управляемые величины, характеризующие процесс добычи) определяют показатели метода для его экономической оценки и сравнения как по структуре капитальных вложений, так и по размерам эксплуатационных и трудовых затрат. Экономические условия разработки связаны также с географией месторождения.
Технические, технологические и конструктивные решения (предельная глубина, средства бурения, добычи, подъема и транспорта, расстояние между скважинами, их диаметр, параметры рабочих агентов, извлечение полезного ископаемого из недр и т.д.) в основном определяются экономической целесообразностью в соответствии с условиями разработки и техническими возможностями сегодняшнего дня.
Экологические и социальные аспекты методов ФХГ. Любое существующее горное производство в той или иной степени негативно воздействует на окружающую среду. Ho отрицательное влияние горного производства на экологическую систему следует расценивать лишь как результат несовершенства методов добычи.
Качественно новый этап в развитии горного производства - скважинные методы добычи, более рациональные с точки зрения взаимоотношений человека и природы, существенно уменьшают вредное воздействие на окружающую среду по сравнению с традиционными горными способами, что имеет большое социально-экономическое значение.
С точки зрения охраны окружающей среды прогрессивность физикохимических геотехнологий заключается не в предотвращении воздействий на среду вообще, что сдерживало бы внедрение современных методов и ввод новых мощностей, а в снижении уровня вредного влияния и защите экологических систем от нагрузок, превышающих допустимые пределы. В самой сущности геотехнологических методов заключено требование охраны окружающей среды. Добыча через скважины позволяет исключить образование отвалов, а последующая рекультивация - сохранить пахотные земли. Однако даже коренное изменение технологии добычи не исключает проблемы регулирования качества среды и ее загрязнение.
Социальные последствия использования физико-химических геотехнологий выражаются в изменении места и роли человека в процессе добычи, а также в изменении содержания и характера его труда.
Важнейший аспект социальной проблемы - уменьшение опасности условий труда — связан с существенными изменениями характера труда рабочего. Все процессы по подготовке к добыче легко поддаются механизации, а сами процессы добычи (закачка и откачка рабочих агентов и продуктивных флюидов) могут быть автоматизированы. Вероятность несчастных случаев и возникновения профессиональных заболеваний значительно ниже, чем при традиционных способах добычи. Практика работ геотехнологических предприятий подтверждает резкое снижение производственного травматизма. Так, за последние 10 лет добычи серы подземной выплавкой не было ни одного случая тяжелого травматизма, а легких травм стало гораздо меньше, чем при открытой разработке.

---