Ш Е М Р А Е В С К О Е МЕСТОРОЖДЕНИЕ– УНИКАЛЬНЫЙ ОБЪЕКТ ДЛЯ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ В соответствии с приказом Мингео СССР (1988 г.) и совместным приказом Мингео СССР и Минчермета СССР (1989 г.) на месторождении были начаты опыт- но-методические работы по разработке метода скважинной гидродобычи (СГД) богатых железных руд. На основе детального изучения рудного массива и выполненных опытных добычных работ были выделены геотехнологические типы руд, пригодные для СГД, и разработан технологический регламент эксплуатации месторождения. ЗАО «РУДНАЯ КОМПАНИЯ» 1

МЕСТОПОЛОЖЕНИЕ Ш Е М Р А Е В С К О Г О М Е С Т О Р О Ж Д Е Н И Я Fe В Москву, 670 км 0510 км ШЕМРАЕВСКОЕ месторождение Белгород ЗАО «РУДНАЯ КОМПАНИЯ» 2

ШЕМРАЕВСКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ В СТРУКТУРЕ БЕЛГОРОДСКОГО РУДНОГО РАЙОНА КМА Шемраевское мес- торождение пред- ставлено единым линзовидным руд- ным телом. Его протяжен- ность с севера на юг составляет 3,65 км; максимальная ширина – 1,65 км. ЗАО «РУДНАЯ КОМПАНИЯ» 3

ШЕМРАЕВСКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ СХЕМАТИЧЕСКАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА ДОКЕМБРИЯ м

ШЕМРАЕВСКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ ОПЫТНЫЙ УЧАСТОК РАЗМЕЩЕНИЕ СКВАЖИН м 5

ШЕМРАЕВСКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ СХЕМАТИЗИРОВАННЫЙ РАЗРЕЗ ПО ПРОФИЛЮ VI (по И.И.Романову, 1995 г.) Кровля рудной залежи располагается на глубинах метров. Основной минерал руд - мартит (Fe 2 O 3 ); второстепенные: магнетит, железная слюдка, гидрогематит, гётит, гидрогётит, шамозит. ЗАО «РУДНАЯ КОМПАНИЯ» 6

ПЕРВЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СКВАЖИННЫЙ ГИДРОДОБЫЧНОЙ КОМПЛЕКС 1988 год 1.Пункт управления; 2.Гидродобычная установка; 3.Насосная станция; 4.Резервуар для воды; 5.Компрессорная станция 6.Резервная дизельная электростанция 7

СХЕМА ДОБЫЧНОГО ПРОЦЕССА СГД С поверхности, в соответствии с принятой системой разработки, бурятся скважины, вскрывающие рудную залежь, в том числе рабочий (продуктивный) горизонт. В горизонт под давлением подаются рабочие агенты (экологически нейтральная вода, водно-воздушная смесь), которыми с помощью гидромониторных устройств производится размыв руд в околоскважинном пространстве и производится приготовление гидросмеси (пульпы). Последняя по колонне труб с помощью эрлифта выдается на поверхность. Далее по системе поверхностных пульпопроводов гидросмесь подается в рудоприемники, где происходит естественное осаждение и обезвоживание руды. Товарная руда перегружается на склад. 1.Гидродобычной установка 2. Насосы технологические 3. Компрессоры 4. Рудонакопитель 5. Рудный склад 6. Шламоотстойник 7. Насосная оборотного водоснабжения Трубопроводы: 8.- напорной воды 9.- воздушный 10.- осветленной воды 11.- пульпопровод ЗАО «РУДНАЯ КОМПАНИЯ» 8

Результаты СГД по горизонтам и типам руд 9

Достигнутые показатели СГД за определенные периоды работы 10

ОПОРНЫЕ ГОРИЗОНТЫ в разрезе по профилю VI

Монолиты Самоизмель- чающиеся руды: - самообруша- ющиеся, - принудитель- но сдвигаемые Изопрочно- сти 0.1 МПа Монолиты и добытая руда 12

Зависимость между производительностью СГД и прочностью руд (скв. 1Т) Интервал добычи, м Средние показатели по интервалам добычи глубиныМощность произвди- тельность, т/час прочность, МПа Fe общ, %

Скв 15 М ПРОЧНОСТНОЙ РАЗРЕЗ И ПОКАЗАТЕЛИ СГД Скв. 15м расположена в зоне добычных работ, выполненных в скв 1Т 3,4 44 0,5 7, ,9 5,2 75 0,9 Интервал гидродобычи; числа: 7,2 – производительность, т/час; 195 – удельная продуктивность, т/м; 1,9 – удельная рудоотдача, т/сутки*м 13-2

Плотность пульпы в зависимости от Simt и Fe Пробы руды из пульпы ЗАВИСИМОСТЬ ПЛОТНОСТИ ПУЛЬПЫ ОТ СОДЕРЖАНИЙ ОБЩЕГО ЖЕЛЕЗА И ЦЕМЕНТА 14

Зависимость между прочностью руд и плотностью пульпы (скв. 1Т) Группы по σ сж, МПа Коли- чество проб Средняя прочность, МПа Средняя плотность пульпы, т/м 3 < >

Зависимость производительности добычи от состава гидроксидов железа сквГоризонт Время, час Содержание % Минералы гидроксидов Производи тельность, т/час Fe общ Цемент Гидрокси ды Fe 1Т гидрогетит гидрогетит6.3 2Т гидрогетит гидрогетит8.5 3Т гидрогематит гидрогематит3 4Т гидрогематит гидрогематит3.8 16

Цикличность процесса СГД в условиях самообрушения Циклы IIIIIIIV Показатели "Чистая" камера Обрушение "Чистая" камера Обрушение "Чистая" камера Обрушение "Чистая" камера Обрушение Продолжитель- ность СГД, час Производите- льность, т/час Объем добычи, т

Продукты Содержания компонентов, % Fe общ. Al 2 O 3 SiO 2 пппSP2O5P2O5 Добытая руда (40 тыс. тонн ) Концентраты по способам обогащения: магнитного флотационного выщелачивания ХАРАКТЕРИСТИКА ДОБЫТОЙ РУДЫ СГД И ПРОДУКТОВ ЕЁ ОБОГАЩЕНИЯ 18

Стенд для испытаний гидромониторов и размыва образцов в затопленном пространстве 19

Информационно - измерительный комплекс. (рабочее место оператора-исследователя) 20

Изменение динамического давления в зависимости от скорости истечения струи в затопленном пространстве. Диаметр гидромониторной насадки 20 мм. Расстояние до мишени 0,50 метра. Изменения динамического давления сгруппированы через каждый литр увеличения подачи воды. 21

Зависимость среднего динамического давления (Р дин ср ). от среднего давления в магистрали на входе в ствол гидромонитора (Р маг.ср ), площади сечения гидромониторной насадки и расстояния до мишени (S нас /L*10 6 ). точки снятых параметров струи 22

СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМ ГИДРОМОНИТОРНОГО ВООРУЖЕНИЯ ДОБЫЧНЫХ СНАРЯДОВ ТИПА ГАР-21 ЗАО «РУДНАЯ КОМПАНИЯ» 23

СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ СНАРЯДА ГАР

Прочность образца ( σ сж ) 3,5 МПа, расстояние до сопла гидромонитора 60 см, диаметр насадки 20 мм, кадры съемки через каждые 20 секунд размыва ОПЫТ ФОРМИРОВАНИЯ ПОДСЕЧНОЙ БОРОЗДЫ В ЗАТОПЛЕННОМ ПРОСТРАНСТВЕ (Диаметр образца 800 мм) 25

Компьютерная модель и карта каверны размыва 26

ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРУШАЕМОСТИ РУД Типичное развитие каверны размыва на значительном удалении от сопла гидромонитора. Оразец 10, прочность 2,2 МПа, расстояние до сопла гидромонитора – 1,5 м. Время размыва 40 – 100 – 220 – 240 секунд. 27

ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРУШАЕМОСТИ РУД Компьютерные модели каверн размыва, соответствующие фотографиям 28

Образцы эквивалентных рудам материалов, после стендовых испытаний в затопленном бассейне 29

Изменение гранулометрического состава разрушенного материала в зависимости от условий размыва. А – тонко- и мелкозернистый материал с дресвой; образец 12, опыт 1; прочность (σ сж ) 6,1 МПа; продолжительность опыта 10 секунд, глубина размыва 26 см. Б – тонко- и мелкозернистый материал с дресвой и мелкими обломками; образец 15, опыт 1; прочность (σ сж ) 3,3 МПа; продолжительность опыта 10 секунд, глубина размыва 29 см. В – мелкозернистый материал с дресвой и обломками до 20 см в поперечнике; образец 18, опыт 7; прочность (σ сж ) 3,4 МПа; продолжительность опыта 120 секунд, глубина размыва 30 см. Г –дресва и крупнообломочный материал (до 60 см в поперечнике); образец 18, опыт 8; прочность (σ сж ) 3,4 МПа; продолжительность опыта 120 секунд, глубина размыва 35 см. Длины стрелок для А – 5,7 м; Б – 4,5 м; В – 4 м; Г – 3,5 м. Ширина платформы 3,5 м. 30

Прогноз производительности гидромониторов на размыве (т/час) при создании врубовой выемки в зависимости от прочности разрушаемого материала (σ сж, МПа) и среднего динамического давления (Р дин. ср, кгс/см 2 ). Для производительности на отбойке применяется эмпирический коэффициент 2,16 Р дин. ср σ сж 31

ШЕМРАЕВСКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ ИЗОКОНЦЕНТРАТЫ СОДЕРЖАНИЙ И ИЗОПРОЧНОСТИ РУД (ПРОФИЛЬ VI+80) FeSiO 2 Прочность 32

ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТИПЫ БОГАТЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД ПромышленныеПерспективныеНе перспективные Самоизмельчающиеся Предварительно разуплотняемые в массиве (РР) Каменистые (КР) Самобрушающиеся (СР) Принудительно сдвигаемые (ПР) Субраздельнозернистые в зонах гипергенного раз- уплотнения, с очень сла- бым контактовым цеме- нтом, пористость более 40%; мелко- и тонко- зернистые; гидрогетит- мартитовые, реже мартитовые; прочность ( сж ) до 1 МПа, сцепление (C) до 0,3 МПа. Обрушение происходит без специальных воздей- ствий, под влиянием гидродинамических про- цессов, связанных с пульпоприготовлением и откачкой пульпы. Слабо литифициро- ванные без наложения вторичной минера- лизации; со слабым в основном контакто- вым шамозит-каоли- нитовым цементом (до3-4%), пористость более 30%; мелкозе- рнистые; мартитовые и гидрогематит-мар- титовые; сж до 5 МПа, C до 1,5 МПа. Обрушение возможно при гидромониторном и других физических воздействиях на стенки камер. Подвергнутые умеренной гипергенной цементации (шамозитизации, карбона- тизации,); цемент контактово-поровый, пористость менее 35%; мелко- и неравно- мернозернистые; гидро- гематит-мартитовые и железнослюдково- марти- товые; верхняя граница по прочности (ориентиро- вочно): сж до 7 МПа, C до 1,8 МПа. Обрушение и измельчение возможно после предварительного разуплотнения в массиве. Сцементированные, цемент (карбонаты, шамозит, минералы свободного глинозема) преимущественно пор- овый; пористость менее 20%; сидерит-марти- товые, шамозит-мар- титовые и др.; проч- ность выше 7 МПа, C больше 1,8 МПа. При сдвижении (обрушении) образуется устойчивый обломочный материал. Извлечение невозможно без физико-химичес- кого разуплотнения. 33

ШЕМРАЕВСКОЕ МЕСТОРОЖДЕННИЕ ГЕОЛОГО-ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАЗРЕЗЫ ПР VI+50ПР VI+80ПР VI известняки; 2.- переотложенные руды; 3.- гидроокисные руды; 4.- железистые кварциты; внутрирудные сланцы; геотехнологические типы мартитовых богатых железных руд: 7.- СР, 8.- ПР, 9.- РР+КР; 10.- разрывные нарушения. 34

ШЕМРАЕВСКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ ПРОДОЛЬНЫЙ РАЗРЕЗ Вверху – разрез по линии скважин м-3909 Слева – деталь (вырезка) по центральной части 35

Опытный участок СГД Блочная модель размещения геотехнологических типов руд Сечения по горизонтам: 1 – (-420 м); 2 – (-460 м); 3 – (-500 м). Координатная сеть 50х50 метров. 36

ШЕМРАЕВСКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ ОПЫТНЫЙ УЧАСТОК ПРОЗРАЧНАЯ БЛОЧНАЯ МОДЕЛЬ Слева - вид с юга; Вверху - вид сверху. Черным цветом выделяются руды типа СР 37

План изомощностей руд геотехнологических типов СР+ПР 38

План изомощностей рабочего горизонта Масштаб 1:

План изопродуктивности рабочего горизонта Масштаб 1:

ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАПАСОВ богатых железных руд Шемраевского месторождения 41