Инновационный способ осушения интенсивно обводненных рудных месторождений

Целью проекта является - разработка научно-технических решений, обеспечивающих оптимизацию режимов фильтрации подземных вод к дренажным скважинам (колодцам) и реализацию высокоэффективных проектов осушения месторождений полезных ископаемых.

Научно-техническая актуальность Проекта, состоит в достижении при его реализации возможности практического применения разработанных авторами инновационных математических моделей фильтрации подземных вод к дренажным колодцам (скважинам), исключающего имеющие в настоящее время место следующие их негативные последствия:

  • резкие занижения или завышения фактических дебитов дренажных скважин, обеспечиваемых в результате реализации их функционирования согласно традиционным проектам дренирования подземных вод по сравнению с их дебитами, соответствующими правилам технической эксплуатации (ПТЭ) водопоглащающих фильтров дренажных колодцев, что приводят к значительным сокращениям их сроков служб, занижениям к. п. д;
  • низкая фактическая интенсивность понижения уровня подземных вод против предусмотренного проектом понижения их уровня;
  • обусловленные этими обстоятельствами сверхнормативные непроизводительные экономические затраты по эксплуатации месторождений подземных вод.

Перечисленные выше параметры: дебиты, глубина и количество водопонизительных скважин, конструкция, размеры и сроки служб их водопоглощающих устройств-фильтров, объёмы дренажно-буровых выработок представляют критерии оптимальности освоения месторождений подземных вод, совокупными влияниями которых определяется степень его эколого- экономической эффективности.

Целесообразность Проекта однозначно следует из практической ценности выполняемых по нему работ, которая состоит в том, что внедрением в производство результатов эксплуатаций указанных математических моделей будет достигнуто эффективное решение одной из наиболее актуальных эколого-экономических и социальных проблем современности – проблемы достижения оптимизации осушения месторождений полезных ископаемых

Научная новизна предлагаемых в Проекте решений, состоит в не традиционности и нетривиальности разработанных авторами Проекта геофильтрационных концепций и построенных на основе их эксплуатации математических моделей теории плановой фильтрации потоков подземных вод к оборудванным короткими фильтрами дренажным колодцам (скважинам), конгруэнтных реальным фигурам токов и адекватно описывающих их релаксацию и обладающих наибольшей репрезентативностью результатов приложения их к проектированию эксплуатаций месторождений подземных вод по сравнению с таковыми, полученными при проектировании их на основе имеющихся в настоящее время традиционных геофильтрационных теорий.

Научный задел. Приложением исполнителями данного проекта разработанной ими нетрадиционной геофильтрационной концепции к решению задач горной практики, связанных с оптимизацией процесса осушения месторождений полезных ископаемых достигнута разработка:

  1. Модели потока движущихся к дренажным скважинам подземных вод, в качестве котор служит тонкий водоносный пласт, с непроницаемыми поверхностями его кровли и подошвы.
  2. Основ топологии гидродинамики тонкого пласта, проблематика которой охватывает круг задач, связанных с построениями моделей, характеризующих фильтрацию в нём подземных вод и допускающих определение предельных процессов:
  • метрических и псевдометрических топологических пространств или геоструктурных полей, приуроченных к осушаемым областям пространств недр Земли.

Вложениями этих топологических пространств в комплексный потенциал фильтрации, вводимый для подошвы тонкого водоносного пласта, а также его фильтрационной интерпретацией достигнуто решение актуальной проблемы рудничной гидродинамики, согласно которому:

  • важнейшие элементы подземного потока- потенциал скорости фильтрации и функция тока, следовательно и гидродинамическая сетка, отыскиваются в виде функций от метрических топологических характеристик водоносных толщ;
  • фигуры токов плановой фильтрации подземных вод к дренажным скважинам определяются с использованием гидродинамической сетки, разработка математической модели которой и графика её интерпретации относится к разряду фундаментальных, так как они представляют важнейший геогидродинамический объект, обеспечивающей: - построения практически легко реализуемых аналитических конструкций, совокупностью которых плодотворно описывается фильтрация жидкостей к дренажным устройствам, что характеризует её прикладную значимость;
  • дебиты дренажных скважин представлены в виде следующей показательной функции.

(1)

где t- время, час;  – средневзвешенное значение ширины потока в области фигуры Г *

к

питания к-той скважины или её отображения Гк на горизонтальную плоскость, соответствующее

к

значению s (0)

к

параметра s к

: Ск(s (0) ) – параметр, характеризующий влияние метрических

топологических пространств области Г*к на фильтрацию потока в ней;  – параметр, характеризующий влияние на фильтрацию подземных вод реологических свойств гидрогелогического массива; – множество натуральных чисел;

n – количество водопонизительных скважин в кусочно-гладкой области D*℮ (x,y) =

автономного питания водопонизительных скважин.

В силу специфики задач динамики подземных вод, предусматривающей при их решениях оперирование горно-геометрическими документациями – топопланами тренд-поверхностей, которыми аппроксимируются закономерности изменений форм и свойств исследуемых областей пространств недр Земли, все необходимые выкладки по решению задач настоящего проекта выполняются применительно:

– не к областям (фигурам) Г* и гладким областям D* (x,y) питания отдельной дренажной

к

скважины Ак и их множеств {Ак} n

к 1

, не к их осям, а к их отображениям на горизонтальную плоскость.

Построенные авторами Проекта на основе эксплуатации разработанной ими нетрадиционных геофильтрационных концепций, не имеющие мировых аналогов теория планового поглощения подземных вод несовершенными колодцами (скважинами) и математическая модель их дебитов (1) представляют научно-технический прогресс (НТП) и одновременно научный задел, на котором будет основано выполнение Проекта, эксплуатацией которого будет обеспечено достижение:

  • предотвращения перечисленных выше негативных последствий добычи подземных вод, имеющих в настоящее время место, реализуемых путем эксплуатации традиционных способов их дренирования.
  • конкретное применение результатов проекта, перспективы использования.
  • результаты проекта будут использованы при проектировании систем оптимальной эксплуатации месторождений подземных вод для обеспечения их запасами населенных пунктов Республики Казахстан, при которой будет достигнута их добыча при минимальных значениях удельных экономических затрат из всех возможных их значений, соответствующих использованиям традиционных способов их добычи.

В будущем результаты проекта могут быть использованы не только в Республике Казахстан, но и в любой стране Мира, и не только для добычи подземных вод, но и в целях реализации геотехнологических процессов, связанных с:

  • разработкой месторождений, как природных гравитационных жидкостей (нефти, рассолы и др.)так и искусственно превращаемых в таковые из твердого агрегатного состояния путем растворения водой, химического выщелачивания и электролиза, которые имеют место применительно к месторождениям каменной соли, а также бедных медных и урановых руд.

Конкретное применение результатов практического приложения проекта к дренированию подземных вод шахтного поля Соколовского подземного рудника (СПР) Соколовско- Сарбайскогго горно-производственного объединения (ССГПО) проиллюстрировано показанными на фигурах 1-3 графиками, где на фигуре 1 приведен динамический план подлежащего одновременному функционированию потока отвечающему образованию достижения предусмотренного проектом понижения уровня подземных вод. На фигуре 2 показан динамический план потоков подземных вод, соответствующих схемам расположения дренажных выработок заложенным по проектам головных, в то время институтов СССР: ВИОГЕМ, Фундаментпроект и Ленгипроруда. Из сравнения графиков, показанных на фигурах 1 и 2 видна неэффективность схем дренирования подземных вод шахтного поля СПР по проектам головных институтов.

Согласно проекту авторов была предложена схема осушения шахтного поля СПР по показанной на фигуре 3, где 7 – представляет предлагаемую трассу внутрикольцевого дренажа. Ожидаемый экономический эффект от внедрения данной разработки в условиях Соколовского подземного рудника составил 11,0 млн. долл.

Конечный результат. Результаты решений перечисленных проблем будут представлены Заказчику в виде следующих, технических документаций:

Плана трассы расположения и вертикальных проекций дренажных скважин с указаниями их количеств и расстояний между ними, а также значений соответствующих правилам их технической эксплуатации (ПТЭ) диаметров и высот фильтров, которыми они оборудованы;

Технологических регламентаций для составления этих технических документаций.

Потенциальный потребитель и краткий анализ рынка. Потенциальными потребителями могут быть:

  • 43 (сорок три) объекта (лота) комитета геологии и недропользования Республики Казахстан, на которые конкурс объявлен по государственным закупкам в июне 2011г. Количество подобных объектов в РК в дальнейшем, безусловно, будет расти.
  • горнорудные предприятия Республики Казахстан и любой другой страны Мира, разрабатывающие интенсивно обводненные месторождения полезных ископаемых. Как видно, имеет место отсутствие проблем с рынками сбыта предлагаемого Проекта.

Рис.1. График отображения на план функции тока y(х,у) на контуре поверхности кровли нижнего водоупора водоносных толщ шахтного поля Соколовского месторождения, совмещенный кольцевым дренажным штреком l(х,у) горизонта +33м.

Рис. 2. Динамический план потоков вод шахтного поля Соколовского подземного рудника ССГПО, соответствующий эксплуатации проектной двойной кольцевой дрены.

Рис. 3. Предлагаемая авторами схема осушения шахтного поля Соколовского подземного рудника, где 7 – представляет предлагаемую трассу внутрикольцевого дренажа

 

Год: 2011
Город: Алматы
loading...