Патент на изобретение №2272140

(54) ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при скважинной гидродобыче полезных ископаемых. Комплекс содержит платформу, гидромониторную установку с телескопически подвижной головкой, эрлифт, поворотное устройство, установленное на платформе, систему оборотного водоснабжения, систему генерации упругих колебаний и распределительное устройство, связанное с подающими элементами эрлифта и ультразвуковым дезинтегратором. Гидромониторная установка снабжена автоматической системой управления работой гидромонитора, установленной на дополнительной платформе и связанной с поворотным устройством гидромониторной установки через гидросистему, при этом вертикальный став гидромониторной установки снабжен жесткими фиксаторами, входящими во взаимодействие с пазами дополнительного вертикального става. Система генерации упругих колебаний выполнена с возможностью получения колебаний ультразвуковых частот переменной мощности, передаваемых через преобразователи на излучатель зоны размыва, излучатель зоны предварительной дезинтеграции и излучатели ультразвукового дезинтегратора первого и второго уровней. На дополнительном вертикальном ставе гидромонитора установлены датчики фиксации динамических свойств среды зоны размыва и датчики фиксации динамических свойств среды зоны предварительной дезинтеграции, связанные через числовое программное устройство предварительной трансформации с системой регулирования параметров работы ультразвукового генератора и автоматической системой управления работой гидромонитора. На входе и выходе ультразвукового дезинтегратора установлены датчики динамических свойств среды дезинтегратора, связанные с системой регулирования параметров работы ультразвукового генератора через числовое программное устройство процесса последующей дезинтеграции. Изобретение направлено на повышение эффективности процесса добычи полезных ископаемых и обеспечение экологической безопасности. 5 ил.

Изобретение относится к геотехнологическим методам добычи полезных ископаемых из глубокозалегающих высокоглинистых россыпей путем перевода горной массы в подвижное и дисперсное состояние на месте залегания посредством механического и ультразвукового воздействий.

Известны способы скважинной гидродобычи полезных ископаемых, включающие рыхление и доставку полезного ископаемого по трубам на поверхность и интенсификацию процесса добычи путем взрывания зарядов взрывчатого вещества /1, 2/.

Недостатками способа являются низкая эффективность и сложность технологии интенсификации процесса добычи при разработке высокоглинистых россыпей, а также отрицательное экологическое воздействие этой технологии на окружающую среду.

Известен способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых, для осуществления которого используется комплекс оборудования с разупрочняющим породу энергетическим компонентом и генератор упругих колебаний для поддержания породы в устойчивом состоянии с целью нарушения тиксотропности (перехода в пластическом состоянии породы в исходное связное состояние после прекращения механического воздействия) /3/.

Комплекс средств, используемый в данном способе, позволяет решать вопрос разупрочнения и устойчивости горной породы при переходе ее из хрупкого в пластическое состояние. Однако фаза, содержащаяся в вязком состоянии и представляющая собой структурированную и бесструктурную жидкости, остается в неустойчивом состоянии, так как глинистые частицы обладают ярко выраженной тенденцией к коагуляции.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к предлагаемому является комплекс скважинной гидродобычи, содержащий платформу, гидромониторную установку с телескопически подвижной головкой, эрлифт, поворотное устройство, установленное на платформе, систему оборотного водоснабжения /4/.

Данный комплекс позволяет производить разупрочнение породы на месте залегания путем перевода ее в подвижное состояние с помощью гидромониторной струи. При глубоком залегании продуктивного пласта возрастают энергетические затраты и усложняются технологические задачи в связи со значительными потерями напора. Кроме того, прочностные свойства пород колеблются в широком диапазоне, коэффициент крепости по Протодьяконову у аргилита 3-6, прочность при сжатии от 100 до 800 кг/ см², у песчаника коэффициент крепости по Протодьяконову – 1,3-7,8, прочность при сжатии от 390 до 1660 кг/см². Это создает дополнительные технологические проблемы.

Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении эффективности процесса добычи полезных ископаемых путем перевода продуктивной горной массы в подвижное и дисперсное состояние посредством механического и ультразвукового воздействий.

Технический результат достигается за счет того, что геотехнологический комплекс скважинной гидродобычи, содержащий платформу, гидромониторную установку с телескопически подвижной головкой, эрлифт, поворотное устройство, установленное на платформе, систему оборотного водоснабжения, снабжен системой генерации упругих колебаний и распределительным устройством, связанным с подающими элементами эрлифта и ультразвуковым дезинтегратором, а гидромониторная установка снабжена автоматической системой управления работой гидромонитора, установленной на дополнительной платформе и связанной с поворотным устройством гидромониторной установки через гидросистему, при этом вертикальный став гидромониторной установки снабжен жесткими фиксаторами, входящими во взаимодействие с пазами дополнительного вертикального става, а система генерации упругих колебаний выполнена с возможностью получения колебаний ультразвуковых частот переменной мощности, передаваемой через преобразователи на излучатель зоны размыва, излучатель зоны предварительной дезинтеграции и излучатели ультразвукового дезинтегратора первого и второго уровней, при этом на дополнительном вертикальном ставе гидромонитора установлены датчики фиксации динамических свойств среды зоны размыва и датчики фиксации динамических свойств среды зоны предварительной дезинтеграции, связанные через числовое программное устройство предварительной трансформации с системой регулирования параметров работы ультразвукового генератора и автоматической системой управления работой гидромонитора, а на входе и выходе ультразвукового дезинтегратора установлены датчики динамических свойств среды дезинтегратора, связанные с системой регулирования параметров работы ультразвукового генератора через числовое программное устройство процесса последующей дезинтеграции.

Совокупность новых существенных признаков соответствует требованиям “новизна” и позволяет решить новую техническую задачу – интенсифицировать процесс добычи полезных ископаемых в условиях труднодоступности при сохранении устойчивого равновесия природной системы.

Геотехнологический способ скважинной гидродобычи изображен на чертежах.

На фиг.1 – общий вид комплекса; на фиг.2 – вид А на фиг.1, поворотное устройство гидромонитора; на фиг.3 – вид Б на фиг.1, схема управления процессами скважинного гидроразмыва, ультразвуковой трансформации породы в скважине и последующей дезинтеграции ее на поверхности; на фиг.4 – выносной элемент В на фиг.1, схема сопряжения жестких фиксаторов с пазами дополнительного вертикального става; на фиг.5 – вид Г на фиг.2 – элементы опоры поворотного устройства.

Геотехнологический комплекс скважинной гидродобычи содержит платформу 1, гидромониторную установку 2 с телескопически подвижной головкой 3, эрлифт 4, поворотное устройство 5, установленное на платформе 1, систему оборотного водоснабжения 6. Система генерации упругих колебаний 7 включает ультразвуковой генератор 8, преобразователи 9 с излучателем зоны размыва 10, излучателем зоны предварительной дезинтеграции 11, излучателем ультразвукового дезинтегратора первого уровня 12 и излучателем ультразвукового дезинтегратора второго уровня 13.

Генератор 8 генерирует колебания ультразвуковых частот переменной мощности. Распределительное устройство 14 связано с подающими элементами эрлифта 15, ультразвуковым дезинтегратором 16 и осуществляет функцию отделения крупнокусковой фракции от мелкой и дисперсной. Гидромониторная установка 2 снабжена автоматической системой управления работой гидромонитора 17, которая установлена на дополнительной платформе 18 для исключения вибраций, создаваемых поворотным устройством 5 и системой эрлифта 4. Поворотное устройство 5 посредством гидроцилиндров 19 и 20 осуществляет разворот вертикального става 21 гидромониторной установки 2. Гидроцилиндр 19 установлен на платформе 1 и связан с элементами разворота 22 платформы 23.

Автоматическая система управления работой гидромонитора 17 связана с поворотным устройством 5 гидромониторной установки 2 через гидросистему 24. Вертикальный став 21 гидромониторной установки 2 снабжен жесткими фиксаторами 25, которые входят во взаимодействие с пазами 26 дополнительного вертикального става 27 для исключения осевого смещения при повороте. На дополнительном вертикальном ставе 27 установлены: датчик фиксации динамических свойств среды зоны размыва 28 и датчик фиксации динамических свойств среды зоны предварительной дезинтеграции 29. Датчик фиксации динамических свойств среды зоны размыва 28 и датчик фиксации динамических свойств среды зоны предварительной дезинтеграции 29 связаны через числовое программное устройство предварительной трансформации 30 с системой регулирования параметров работы ультразвукового генератора 31 и автоматической системой управления работой гидромонитора 17. На входе 32 первого уровня и выходе 33 первого уровня ультразвукового дезинтегратора 16 установлены датчики динамических свойств среды дезинтегратора 34, 35, которые связаны с системой регулирования параметров работы ультразвукового генератора 31 через числовое программное устройство процесса последующей дезинтеграции 36.

Гидромониторная установка 2 связана с насосом 37. Питание всех установок осуществляется посредством электросиловой распределительной установки 38.

Геотехнологический комплекс скважинной гидродобычи работает следующим образом.

После размещения в скважинах эрлифта 4 и гидромониторной установки 2 при достижении кровли залежи включается электросиловая установка 38, насосом 37 подается вода для образования предварительной выработки. Поворотное устройство 5, установленное на платформе 1, разворачивает гидромониторную установку 2 с телескопически подвижной головкой 3 в сторону эрлифта 4. Подачей напорной воды образуется предварительная выработка, размеры которой позволяют вывести телескопически подвижную головку 3 гидромониторной установки 2 в горизонтальное положение. Предварительная выработка наполняется водой. Включаются датчики фиксации динамических свойств среды зоны размыва 28, на числовое программное устройство предварительной трансформации 30 подается информация о физическом состоянии горной породы на фронте работы и параметры прочностных характеристик породы. При повышенных параметрах прочности через автоматическую систему управления работой гидромонитора 17 подается сигнал на отключение насоса 37. Числовое программное устройство предварительной трансформации 30, которое вычисляет необходимую мощность и время ультразвукового воздействия, через систему регулирования параметров работы ультразвукового генератора 31 настраивает ультразвуковой генератор 8 на нужную мощность, а систему генерации упругих колебаний 7 – частоту излучения. Электрические колебания посредством преобразователя 9 трансформируются в акустические на излучателе зоны размыва 10. Подачей сигнала датчиком фиксации динамических свойств среды зоны размыва 28 (после ультразвукового воздействия) на числовое программное устройство предварительной трансформации 30 корректируется при необходимости мощность излучения. После ультразвукового разупрочнения под действием излучения повышенной мощности происходит дальнейшее разрушение структуры и связей горной породы посредством гидромониторной установки 2. Поворотное устройство 5 с помощью элементов разворота 22, платформы 23 и гидроцилиндров 19, 20 поворачивает вокруг оси вертикальный став 21 гидромониторной установки 2. Благодаря жестким фиксаторам 25, входящим в пазы 26 дополнительного вертикального става 27, исключается осевое смещение и заклинивание. Управление процессом поворота осуществляется через систему: датчик фиксации динамических свойств среды зоны размыва 28 – числовое программное устройство предварительной трансформации 30 – автоматическую систему управления работой гидромонитора 17, установленную на дополнительной платформе 18, и гидросистему 24, получающую питание от электросиловой распределительной установки 38. Состояние поступившей в зону предварительной дезинтеграции горной породы определяется датчиком фиксации динамических свойств среды зоны предварительной дезинтеграции 29. Информация для аналитической оценки поступает в числовое программное устройство предварительной трансформации 30 и через систему регулирования параметров работы ультразвукового генератора 31 задается мощность и время излучения, включается линия связи ультразвукового генератора 8 через преобразователь 9 с излучателем зоны предварительной дезинтеграции 11.

Процесс изменения состояния горной породы, степень ее трансформации периодически регистрируются. Параметры мощности и времени воздействия при необходимости корректируются. Подготовленная к подаче на следующую ступень структурно-механической перестройки горная порода подается эрлифтом 4 через подающие элементы эрлифта 15 и распределительное устройство 14 на ультразвуковой дезинтегратор 16. В ультразвуковом дезинтеграторе 16 в водной среде происходит последующая структурная перестройка для получения заданных параметров дисперсности и распределения по размерам песчано-глинистых частиц для подготовки к извлечению ценных компонентов.

Установленный на входе 32 первого уровня ультразвукового дезинтегратора 16 датчик динамических свойств среды дезинтегратора 34 фиксирует состояние системы песчано-глинистая порода – вода. Полученные данные поступают в числовое программное устройство процесса последующей дезинтеграции 36. Вычисляются и задаются мощность и время воздействия ультразвукового излучения на первый уровень ультразвукового дезинтегратора 16. Посредством системы регулирования параметров работы ультразвукового генератора 31 на излучателе ультразвукового дезинтегратора первого уровня 12 формируется излучение заданной интенсивности и временного промежутка. Рабочие поверхности ультразвукового дезинтегратора 16 вращаются. Горная порода, подвергаясь динамическому воздействию центробежных, гравитационных сил и поверхностно-активной среды – воды, последовательно поступает с первого уровня на второй, где снова фиксируется степень ее трансформации с помощью датчика динамических свойств среды дезинтегратора 35 на выходе 33 первого уровня. Через числовое программное устройство процесса последующей дезинтеграции 36, систему регулирования параметров работы ультразвукового генератора 31 и генератор 8 задаются параметры интенсивности на излучатель ультразвукового дезинтегратора второго уровня 13. Система оборотного водоснабжения 6 обеспечивает экономию гидроресурсов и снижает загрязнение окружающей среды токсичными элементами минералов.

Геотехнологический комплекс повышает эффективность добычи полезных ископаемых путем перевода продуктивной горной массы в подвижное и дисперсное состояние посредством механического и ультразвукового воздействий, позволяет осуществлять добычу на больших глубинах, обеспечивает экологическую безопасность.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1151674, МПК Е 21 С 5/00, 1983.

2. Авторское свидетельство СССР №1541388, МПК Е 21 С 45/00, 1988.

3. Беленький М.С., Вольницкая Э.М., Сафонов В.И. и др. Способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых. Патент RU 2014456 С1, МПК Е 21 С 45/00,1994.

4. Хчеян Г.Х., Нафтулин И.С. Геотехнологические процессы добычи полезных ископаемых. М.: Недра, 1983, с.12, рис.1.2. Схема разработки полезных ископаемых методом скважинной гидродобычи (прототип).

Формула изобретения

Геотехнологический комплекс скважинной гидродобычи, содержащий платформу, гидромониторную установку с телескопически подвижной головкой, эрлифт, поворотное устройство, установленное на платформе, систему оборотного водоснабжения, отличающийся тем, что снабжен системой генерации упругих колебаний и распределительным устройством, связанным с подающими элементами эрлифта и ультразвуковым дезинтегратором, а гидромониторная установка снабжена автоматической системой управления работой гидромонитора, установленной на дополнительной платформе и связанной с поворотным устройством гидромониторной установки через гидросистему, при этом вертикальный став гидромониторной установки снабжен жесткими фиксаторами, входящими во взаимодействие с пазами дополнительного вертикального става, а система генерации упругих колебаний выполнена с возможностью получения колебаний ультразвуковых частот переменной мощности, передаваемых через преобразователи на излучатель зоны размыва, излучатель зоны предварительной дезинтеграции и излучатели ультразвукового дезинтегратора первого и второго уровней, при этом на дополнительном вертикальном ставе гидромонитора установлены датчики фиксации динамических свойств среды зоны размыва и датчики фиксации динамических свойств среды зоны предварительной дезинтеграции, связанные через числовое программное устройство предварительной трансформации с системой регулирования параметров работы ультразвукового генератора и автоматической системой управления работой гидромонитора, а на входе и выходе ультразвукового дезинтегратора установлены датчики динамических свойств среды дезинтегратора, связанные с системой регулирования параметров работы ультразвукового генератора через числовое программное устройство процесса последующей дезинтеграции.

РИСУНКИ