Скважинная гидродобыча полезных ископаемых

ÌÎÑÊÂÀ
ÈÇÄÀÒÅËÜÑÒÂÎ «ÃÎÐÍÀß ÊÍÈÃÀ»
2011

îáðàçîâàíèå
Ãîðíîå

Допущено Учебно-методическим
объединением вузов Российской Федерации
по образованию в области горного дела
в качестве учебного пособия для студентов
вузов, обучающихся по специальности
«Подземная разработка месторождений
полезных ископаемых» направления
подготовки «Горное дело»

ÑÊÂÀÆÈÍÍÀß
ÃÈÄÐÎÄÎÁÛ×À
ÏÎËÅÇÍÛÕ
ÈÑÊÎÏÀÅÌÛÕ

Õ÷åÿí
Ã.Õ.
Õðóëåâ
À.Ñ.
Ãðèäèí
Î.Ì.
Áàøêàòîâ
À.Ä.
Áàáè÷åâ
Í.È.
Àðåíñ
Â.Æ.

Издание 2-е, стереотипное

УДК 622.227:622.232.5 
ББК 33.24 
А 80 
 
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям 
книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. 
(ОСТ 29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и 
благополучия человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.10 
 
Экспертиза проведена Учебно-методическим объединением высших учебных заведений РФ по образованию в области горного дела 
(письмо № 51-156/6 от 28.12.2006) 
 
Рецензенты: 
• зав. кафедрой «Безопасность производств и разрушение горных пород» д-р техн. наук, проф. Ю.В. Шувалов [Санкт-Петербургский государственный горный институт (Технический университет)]; 
• д-р техн. наук Н.Н. Дербунович (ФГУП ГИГХС); 
• д-р техн. наук, проф. В.В. Мельник (Московский государственный 
горный университет) 
 
А 80
 
Аренс В.Ж., Бабичев Н.И., Башкатов А.Д., Гридин О.М.,
Хрулев А.С., Хчеян Г.Х. 
Скважинная гидродобыча полезных ископаемых: Учеб. пособие. ⎯ 2-e изд., стер. ⎯ М.: Издательство «Горная книга»,
2011. ⎯ 295 с.: ил. 
ISBN 978-5-98672-264-1 (в пер.) 
 
Описано состояние проблемы разработки месторождений полезных

ископаемых через скважины с использованием гидравлических технологий.
Рассмотрены научно-технические, геологические, экономические аспекты
скважинной гидродобычи. Освещен имеющийся опыт использования новой
технологии. 
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»
направления подготовки «Горное дело», может быть полезно студентам и
аспирантам. 
 
УДК 622.227:622.232.5 
ББК 33.24 
 
ISBN 978-5-98672-264-1
©

©
©

В.Ж. Аренс, Н.И. Бабичев, А.Д. 
Башкатов, О.М. Гридин, А.С. Хрулев, Г.Х. Хчеян, 2007, 2011 
Издательство «Горная книга», 2011 
Дизайн  книги.  Издательство 
«Горная книга», 2011 

ПРЕДИСЛОВИЕ

 
 
Нас шесть авторов. Естественно, что каждый шел к написанию 
этого пособия для студентов и аспирантов своим путем, работая в 
НИИ, преподавая в ВУЗе, занимаясь бизнесом. Изложенные в книге идеи и знания формировались у нас на протяжении многих лет. 
Мы считаем, что авторы в равной степени ответственны за каждое слово в этой работе, так как писалась она совместно. Каждый 
делал набросок порученного ему раздела книги и передавал его 
другим авторам, которые что-то добавляли, сокращали или изменяли. Поэтому текст книги неоднократно переписывался, и каждый 
может утверждать, что именно он автор того или иного раздела. 
Почему мы взялись за эту книгу? Много лет ведутся работы по 
скважинной гидродобыче (СГД), но широкого промышленного внедрения новая технология до сих пор не получила. В то же время повышение производительности труда в горной промышленности возможно только на базе создания принципиально новых технологий 
добычи полезных ископаемых, основанных на комплексной механизации и автоматизации всех трудоемких работ, обеспечивающих 
кардинальное решение проблемы безопасности горных работ. Это 
может быть достигнуто на базе научных исследований по преобразованию многооперационных процессов в малооперационные с автономным автоматическим управлением и с выводом людей на поверхность. Поэтому применение гидротехнологий перспективно.  
Понятие «гидравлический метод добычи» объединяет комплекс 
работ, производимых с использованием воды для отбойки, доставки, 
подъема и обогащения полезного ископаемого. В настоящее время 
он используется на открытых и подземных горных работах и при 
производстве земляных работ (при строительстве плотин и каналов).  
Целью настоящей работы является обобщение накопленного 
опыта СГД и знаний в смежных областях гидромеханики, чтобы 
студенты, аспиранты и инженеры могли их использовать при решении вопросов разработки конкретных месторождений полезных 
ископаемых. Книга дает представление о СГД как о системе и позволяет всесторонне представить проблемы технологии и решать 
их на практике.  

С незапамятных времен в горном деле вода использовалась для 
выполнения отдельных операций. Само горное дело возникло в 
примитивной форме как собирание самородных металлов по руслам 
рек, то есть там, где вода уже потрудилась, выломав и частично обработав полезные ископаемые. Известно, что еще задолго до нашей 
эры в Ассирии золото добывалось по течению реки Тигр. Римляне 
добывали серебро и золото в Испании по долинам рек Тахо и Дурро. 
Затем воду начали применять при обогащении (промывке золотоносных песков). В средние века воду начинают использовать для 
транспортировки полезных ископаемых, о чем пишет Агрикола (Георгий Бауэр) в энциклопедии горного дела и металлургии.  
В начале XXIII века М. Карпинский, а затем М.А. Шестак, 
К.А. Кулибин, И.М. Тиме описывают в Горном журнале использование гидромонитора («носовка», «водобой», «брызгало») как 
главное орудие гидравлических разработок золотоносных россыпей. В конце века для этого, наряду с гидромонитором, уже использовали гидроэлеватор. 
Основы теории гидравлического способа разработки залежи 
разработал П.П. Мельников, дав методы расчета насадок, ударной 
силы струи, высоты фонтанов и др. Работы П.П. Мельникова, К.А. 
Кулибина, И.М. Тиме, В. Реутовского, М.А. Шостака и других создали инженерные основы гидромеханизации.  
В XX веке Р.Э. Классен применял гидравлический способ для 
добычи торфа. Профессор Н.Д. Холин использовал метод гидромеханизации при строительстве канала им. Москвы. Профессор Г.А. 
Нурок впервые в мировой практике применил гидромеханизацию в 
Кузбассе при температуре –30—40º С. Профессор В.С. Мучник 
(автор подземной гидродобычи угля) создал гидравлический комплекс, включавший в себя технологии отбойки, транспорта, подъема и обогащения угля.  
Нефтяники при разработке залежей в конце XIX века использовали эрлифт. Его эффективно применяли в Донбассе для подъема 
угля и пород с глубины до 1000 м. В горно-рудной промышленности гидроподъем использовали для подъема руд (объемный вес 3,5 
т/м3) с глубины 396 м на руднике «Белкина-Вентиляционная» в Лениногорске. По данным Н. И Казакова производительность установки 60 т/ч. На рудниках Приморья при зачистке камер для сокращения потерь ценных руд использовали гидромониторную 
струю. На зарубежных рудниках Германии, Канады, США осуществляли гидродобычу песчаников, гильсонита, руды. 

Все это натолкнуло исследователей разных стран на мысль использовать гидротехнологию для добычи полезных ископаемых 
через скважины. 
У СГД большое будущее и цель нашей книги — помочь будущим и действующим специалистам в исследованиях этого метода, 
расчете его параметров в различных условиях и использовании на 
практике.  
Сегодня стремление к эффективным методам разработки полезных ископаемых особенно актуально, будь то нефть, уголь, 
цветные и черные металлы или золото. Само собой разумеется, что 
прорыв к глобальной замене всех методов разработки на СГД не 
стоит на повестке дня, но разработку новых геотехнологических 
методов не следует недооценивать. И то влияние, которое они могут оказать на мышление специалистов горняков и на горное производство огромно.  
Мы на доступном языке дали основные понятия СГД, привели 
многочисленные примеры того, что уже сделано, а так же методики 
расчетов параметров технологических процессов скважинной гидродобычи.  
Книга написана в период, когда научные исследования по многим революционным процессам разработки полезных ископаемых 
практически прекращены. Но, без сомнения, сегодня горной промышленности нужны новые технологии, которые обеспечат экологичную, экономную и безопасную разработку месторождений полезных ископаемых в будущем.  
 
В. Аренс 
 
P. S.: В приложении помещены: Список авторских свидетельств по СГД, и статьи по 
оборудованию СГД. 

ГЛАВА I 

 
 
1. ПРОБЛЕМЫ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ  
ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ 
 
1.1. Способ скважинной гидродобычи полезных  
ископаемых. Основные понятия и представления 
 
Скважинная гидродобыча (СГД) является одной из физикохимических технологий, в которой гидравлическая энергия, подводимая через скважины, используется для разрушения горных пород 
в призабойной зоне, приготовления пульпы и для выдачи (в ряде 
случаев с воздухом) разрушенного материала на поверхность. 
СГД используется для добычи полезных ископаемых, а также 
для строительства и обустройства подземных выработок. 
Общая технологическая схема СГД представлена на рис.1.1. 
Эксплуатационные скважины бурятся до почвы продуктивного 
пласта. В скважине монтируется гидродобычной снаряд, который 
присоединяется к трубопроводам воды и воздуха (для эрлифта). 
Вода, взятая из поверхностного водоема, насосом подается в скважинный гидродобычной снаряд для размыва продуктивного пласта. 
Образующуюся гидросмесь поднимают на поверхность, где она 
самотеком или с помощью землесосной установки подаётся на обогащение. Вода после осветления возвращается в водоем. 

Отличительной особенностью скважинного оборудования яв
ляется жесткое требование к поперечным размерам, обусловленное 
необходимостью его работы в скважине. Гидродобычной агрегат 
представляет собой совокупность скважинного гидромонитора и 
выдачного механизма с подъемно-транспортной частью и установкой для транспортирования пульпы от агрегата. 

Добычным полигоном является часть месторождения, подго
товленная для эксплуатации, т.е. участок, обуренный добычными 
скважинами и имеющий подъездные дороги и коммуникации для 
снабжения добычных агрегатов водой, воздухом, электроэнергией, 
а также трубопроводом для транспортирования гидросмеси. 

Управление процессом добычи осуществляется с поверхности 

путем изменения расхода и давления рабочих агентов, а также мест 
воздействия рабочего агента и отбора полезного ископаемого. По 
мере отработки участков месторождения производится их рекультивация, которая заключается в ликвидации добычных скважин, 
планировке поверхности и восстановлении культурного слоя.  
Скважинная гидродобыча появилась как альтернатива традиционному открытому и подземному способу разработки месторождений полезных ископаемых и использует известные ранее элементы традиционных технологий, такие как бурение скважин, гидроразрушение, самотечный и напорный гидротранспорт, управление 
горным давлением, средства и способы контроля и управления. 
При этом в связи со специфическими особенностями скважинной 
гидродобычи возникает новое качество — дистанционность выемки твердого полезного ископаемого, исключающая присутствие человека на месте горных работ, обеспечивая, тем самым, высокий 
уровень безопасности и комфортности труда. 
 

 
Рис. 1.1. Технологическая схема скважинной гидродобычи полезных ископаемых: 
1 — гидродобычной агрегат; 2 — скважинный гидромонитор; 3 — пульпоподъемный механизм; 4 — землесос; 5 — обогатительная фабрика; 6 — водоприемный бассейн; 7 —насосная; 
8 — водопроводы; 9 — компрессорная; 10 — воздухопроводы; 11 — добычные скважины; 12 
— буровые станки; 13 — трубоукладчики 

Другими преимуществами СГД являются: более низкие по 
сравнению с другими способами добычи капитальные вложения при 
отработке глубокозалегающих пластов, их быстрая окупаемость, 
возможность применения мобильного и автономного скважинного 
гидродобычного комплекса, использование серийного технологического оборудования (буровые станки, насосы, компрессоры). 
Сырьевой базой для СГД являются месторождения, представленные легко разрушаемыми породами. К ним относятся осадочные месторождения строительных и стекольных песков, золота, 
алмазов, олова, титана, фосфоритов, урана, мягкие бокситовые и 
марганцевые руды, зоны выветривания железистых кварцитов, месторождения угля и битуминозных песчаников и т.п. 
Термин скважинная отличает технологию СГД от известной 
гидродобычи на подземных (например, подземная гидродобыча угля) и на открытых горных работах, традиционно предусматривающих визуальный контроль и управление разрушающим оборудованием на месте очистных работ. 
Основным процессом в технологии очистных работ при скважинной гидродобыче является разрушение руды в камерах. Параметры этого процесса для конкретных горно-геологических условий определяют 
не только эффективность способа, но и его техническую возможность. 
Из всех способов разрушения горных пород и руд для образования гидросмеси наибольшее применение в горном деле нашло 
разрушение напорными гидромониторными струями, иногда в сочетании с другими способами (взрывным и механическим). 
Специфическими особенностями скважинной гидродобычи являются: ограниченность рабочих пространств и конструктивных размеров оборудования (разработка ведется через скважины диаметром 
до 500 мм); отсутствие возможности визуального контроля и управления работой струи в забое; постоянное увеличение расстояния от насадки до забоя в процессе выемки руды в очистных камерах.  
Все это требует проведения предварительных специальных исследований, направленных на разработку и совершенствование 
конструкции скважинных гидромониторов, и установление закономерностей изменения динамических характеристик сформированных в них струй, а также параметров гидроразрушения для конкретных горно-геологических условий.  
В зависимости от места бурения вскрывающих скважин способ 
подразделяется на два варианта: собственно СГД, при котором бурение скважин производится с земной поверхности, и комбинирован