СГД апробирование и отработка малых продуктивных россыпей полезных ископаемых

 Расчет выполнен с целью оптимизации процесса скважинной гидродобычи россыпных драгоценных камней и россыпного золота из слабосцементированных песчано-глинистых мелкогалечниковых пород с глубин до 35 м и мощности продуктивного слоя 0,45-1,25 м.

Технология применима при отборе валовых показательных проб в процессе проведения геологоразведочных работ и на разработке «карманов» аллювиальных сапфироносных или золотоносных отложений самоходными или передвижными модульными комплексами в условиях неравномерного распределения полезного ископаемого по продуктивной толще.

Технология и оборудование по способу успешно применяются при СГД апробировании и отработке малых богатых россыпей полезных ископаемых, таких как золото, алмазы, сапфиры, янтарь, др.

1. Исходные данные:

2. Расчет гидромониторных насадок

2.1. Определение расхода воды и скорости в трубе

· Расход воды (Q):

· Скорость воды в трубе (V₁):

2.2. Расчет диаметров насадок

Горизонтальные насадки (2 шт.)

· Скорость истечения (V₂): 40 м/с (для разрушения породы)

· Расход на одну насадку:

· Диаметр насадки (d₁):

Вертикальная насадка (1 шт.)

· Скорость истечения (V₃): 15 м/с (для создания пульпы)

· Расход через вертикальную насадку:

· Диаметр насадки (d₂):

3. Расчет эрлифта для подъема пульпы

3.1. Определение расхода пульпы

· Объемная концентрация твердого (C):

· Расход пульпы (Qₚ):

3.2. Расчет параметров эрлифта

· Глубина погружения аэратора (h):

h = 0,6×H = 0,6×35 = 21 м

· Давление воздуха на входе (Pₐ):

Pа = 0,1×(H−h)+1=0,1×(35−21)+1 = 2,4 атм = 0,24 МПа

· Расход воздуха (Qₐ):

3.3. Проверка скорости воздуха в трубе

· Скорость воздуха (Vₐ):

(Допустимо: 30–100 м/с)

5. Подбор компрессора

Требуемые параметры:

· Производительность: ≥6,2 м³/мин

· Давление: ≥0,24 МПа

Рекомендуемые российские компрессоры:

1. Компрессор ВК-6,3 (6,3 м³/мин, 0,7 МПа)

2. ПКСД-5,5 (5,5 м³/мин, 0,8 МПа)

3. КВ-7/0,7 (7 м³/мин, 0,7 МПа)

Выбор: ВК-6,3 (надежный, подходит по параметрам).

6. Итоговые параметры системы

Вывод:

· Гидромонитор с насадками 23 мм (горизонтальные) и 29 мм (вертикальная) обеспечит разрушение породы и формирование пульпы.

· Эрлифт с компрессором ВК-6,3 обеспечит подъем пульпы на поверхность.

· Система работоспособна при заданных условиях.

Проверочный расчет расстояния разрушения пород незатопленной горизонтальной струей гидромонитора

Исходные данные:

· Диаметр насадки (d): 23 мм = 0,023 м

· Давление на выходе из насадки (P): 4,5 МПа

· Скорость истечения (V): 40 м/с

· Плотность воды (ρ): 1000 кг/м³

· Плотность породы (ρₚ): 2500 кг/м³

· Коэффициент прочности породы (K): 0,1

· Угол наклона струи (α): 30° (оптимальный для горизонтальных насадок)

1. Расчет начальных параметров струи:

1.1. Расход через одну насадку:

Q = V·A = 40·(π·0,023²/4) = 0,0166 м³/с

1.2. Начальная кинетическая энергия струи:

E₀ = ρ·V²/2 = 1000·40²/2 = 800000 Па = 0,8 МПа

2. Расчет траектории незатопленной струи:

2.1. Дальность полета по горизонтали:

L = (V²·sin(2α))/g = (40²·sin(60°))/9,81 = 141 м

Однако это теоретическая дальность без учета:

· сопротивления воздуха

· распада струи

· взаимодействия с породой

3. Расчет эффективного расстояния разрушения:

3.1. По формуле Лейбензона для незатопленных струй:

L = (d·√P)/K·k₁

где k₁ = 1,5 - коэффициент для незатопленной струи

L = (0,023·√4,5·10⁶)/(0,1·1,5) = 0,73 м = 73 см

3.2. По эмпирической зависимости для песчано-глинистых пород:
L = 25·d·(P/γₚ)^0,5 = 25·0,023·(4,5/2,5)^0,5 = 0,69 м = 69 см

4. Проверка по давлению в струе:

4.1. Давление на расстоянии L:

P(L) = P₀·(d/(d + 0,1·L))² = 4,5·(0,023/(0,023 + 0,1·0,7))² ≈ 0,85 МПа

4.2. Сравнение с прочностью породы:
Для разрушения требуется P(L) > 0,5 МПа (для слабосцементированных пород)

5. Учет распада струи:

5.1. Длина компактного ядра:

Lₖ = (6÷8)·d = 7·0,023 = 0,16 м = 16 см

5.2. Зона эффективного разрушения:

Lэфф = (3÷5)·Lₖ = 4·0,16 = 0,64 м = 64 см

6. Рекомендуемое рабочее расстояние:

Оптимальное расстояние: 60-70 см
Максимально допустимое: до 80 см
Минимальное: не менее 30 см (для предотвращения обратного заброса)

Вывод:

Для горизонтальных насадок диаметром 23 мм при давлении 4,5 МПа:

· Эффективное расстояние разрушения незатопленной струей: 60-70 см

· Максимальная дальность разрушения: до 80 см

· Рекомендуемое рабочее расстояние: 65 см ±5 см

Примечание: В реальных условиях при непредвиденной работе под водой эффективное расстояние будет меньше (40-50 см) из-за сопротивления водной среды.

Расчет объема добычи породы гидромониторной установкой

1. Расчет часовой производительности по породе

Исходные данные:

· Расход воды: Qв = 120 м³/час = 33,3 л/с

· Концентрация пульпы (по объему): C = 30% (0,3)

· Коэффициент разрыхления породы: Kр = 1,8

Формула расчета:

Подставляем значения:

Вывод:
Система способна выводить на поверхность ~28,5 м³ плотной породы в час (или ~51,3 м³ разрыхленной породы).

2. Расчет общего объема добычи из одной скважины

Исходные данные:

· Радиус размыва: R = 0,8 м

· Высота камеры мощность продуктивного слоя): h = 1,25 м

· Форма камеры: цилиндр (считаем идеальный случай)

Формула объема цилиндра:

Подставляем значения:

Учет коэффициента разрыхления (Kр = 1,8):

Вывод:
Из одной скважины можно извлечь:

· 2,51 м³ плотной породы

· 4,52 м³ разрыхленной породы

3. Расчет времени отработки одной камеры

При производительности 28,5 м³/час (плотной породы):

Вывод:
Одна камера отрабатывается за ~5 минут при максимальной производительности.

Итоговая таблица параметров добычи

В практике СГД апробирования продуктивных слоев следует учесть время на технологические операции и другие вспомогательные процессы. Время отработки камеры увеличивается до 35-45 мин.

Выводы:

1. Установка обеспечивает высокую скорость добычи — до 28,5 м³/час плотной породы.

2. Один цикл размыва камеры (Ø1,6 м × 1,25 м) занимает около 5 минут.

При внедрении данного технологического решения скважинной гидродобычи в производственном цикле рекомендуется заключить договор с авторским коллективом проектировщиков, разработчиков и поставщиков скважинного оборудования СГД под руководством к.т.н. горного инженера, геотехнолога, гидрогеолога Н.Д.Бычека

Прочитать и скачать статью в формате PDF можно на нашем канале в ВК по настоящей ссылке