Что такое геотехнологический способ

Сущность и значение геотехнологических методов добычи полезных ископаемых

Задаче интенсификации горного производства и дальнейшего повышения эффективности разра­ботки месторождений полностью отвечают развивающиеся в последние годы новые, так называемые геотехнологические способы добычи минерального сырья. Они основаны на переводе полезных ископае­мых на месте их залегания посредством осуществления тепловых, массообменных, химических и гид­родинамических процессов в жидкое или газообразное состояние, удобное для транспор­тирования и дальнейшей переработки. Добыча полезных ископаемых геотехнологическими методами производится, как правило, через скважины, буримые с поверхности до месторождения.

Геотехнологические методы возможны при подземной газификации углей, кислотном и бакте­риальном выщелачивании металлов, расплавлении серы, извлечении минеральных продуктов из тер­мальных вод и вулканических выделений, добыче калийных солей растворением с последующим вы­качиванием раствора и выпариванием его на поверхности. Например, при гидравлической добыче серы все операции по проходке стволов, развитию сети горных выработок, систем выемки и транс­порта заменяются двумя операциями: бурение скважин и нагнетание горячей воды в пласт с после­дующей откачкой расплавленной серы на поверхность. При этом ликвидируется вообще постоянное присутствие людей под землей, за исключением производства ремонтных работ.

Геотехнологические методы позволяют вовлечь в эксплуатацию месторождения, залегающие в особо сложных условиях, с непромышленным содержанием руд, расширить добычу рассеянных эле­ментов. В связи с этим в мировой практике прослеживается тенденция перехода от классической горной технологии к геотехнологическим методам добычи полезных ископаемых.

Сейчас в этом направлении наиболее продвинутыми и освоенными являются следующие прин­ципиально различные геотехнологии:

а) скважинная гидродобыча твердых полезных ископаемых;

б) подземное скважинное выщелачивание металлов, в частности, урана;

в) наземное кучное выщелачивание металлов (например, золота);

г) подземная газификация углей;

д) подземное сжигание угольных пластов;

е) получение синтетических жидких топлив из углей.

Совершенно очевидно, что бесшахтные способы добычи полезных ископаемых исключают при­сутствие людей в подземных условиях или в открытых горных выработках.

При подземном скважинном выщелачивании металлов, кроме того, появляется возможность из­влекать их из очень бедных руд и не выдавать на поверхность какие-либо отходы.

В технологиях скважинной гидродобычи люди также не присутствуют в подземных выработках, но на поверхность выдаются только полезные для переработки руды или другие ископаемые, что су­щественно снижает объемы складируемых отходов.

Понятно также, что невозможно сразу быстро перейти на геотехнологические методы бесшахтной добычи полезных ископаемых. Этот переход будет эволюционным, постепенным, но неотврати­мым, так как в противном случае не будут обеспечены основные экономические требования к горнодобывающим предприятиям — их рентабельность и прибыльность.

Источник

II Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2010

Преимущества геотехнологических методов добычи природного сырья

Геотехнология — это химические, физико-химические, биохимические и микробиологические методы добычи полезных ископаемых на месте их залегания. Добыча полезных ископаемых геотехнологическими методами производится, как правило, через скважины, буримые с поверхности до месторождения. Примеры: подземная газификация углей, бактериальное выщелачивание, расплавление серы, возгонка сублимирующих веществ, извлечение минеральных продуктов из термальных вод и вулканических выделений, термическая добыча нефти и продуктов её перегонки и т.д. Около 2 /₃ мировой добычи серы приходится на её подземное расплавление в рудном теле перегретой водой, обеспечивающее высокое качество (99,99% чистоты). Таким путём можно вести разработку асфальта, буры, озокерита и др. минералов, плавящихся при температуре 80-90°С. [1]

Геотехнология не исключает проблему загрязнения окружающей среды, но по сравнению с традиционными методами, она переводит её на другой уровень. Геотехнологические методы добычи полезных ископаемых позволяет разрабатывать месторождения с бедными рудами, либо отработанными обычными методами участками земли. При добычи полезных ископаемых в недрах земли образовываются пустоты, но при добычи геотехнологическим способом нарушения горного массива практически не влекут за собой проседания земли над обрабатываемой залежью.

Этот метод не нарушает естественного баланса окружающей среды, не искажает поверхности Земли, так как при добыче минерального сырья геотехнологическим методом нет пыли, вредных отходов, отвалов, которые, кроме того, отбирают большую часть земель сельского хозяйства. В целом речь идёт о малоотходной технологии, сохраняющей окружающую среду и восстанавливающую природные ресурсы.

Уже в ближайшем будущем геотехнологический метод добычи минерального сырья будет серьезным конкурентом традиционным способами, то есть подземной и открытой добычей полезных ископаемых.

Список литературы:

1. Алискеров А.А. «Управление природопользованием» 2002 г.

2. Спиридонов Л. Л. Геотехнология. М. Знание, Новое в жизни, науке, технике. Сер. «Техника», № 4, 1999 г.

Источник

Основные понятия и определения. 1.2.1 Геотехнологические методы (ГМ) — методы добычи, основанные на переводе полезного ископаемого в подвижное состояние посредством осуществления на месте

1.2.1 Геотехнологические методы (ГМ) — методы добычи, основанные на переводе полезного ископаемого в подвижное состояние посредством осуществления на месте его залегания в недрах тепловых, массообменных, химических и гидродинамических процессов. ГМ позволяют осуществлять процесс выемки и выдачи полезного ископаемого из недр через скважины.

1.2.2 Геотехнология — наука о ГМ добычи полезных ископаемых и средствах их осуществления без присутствия людей под землей. Эта дисциплина наряду с горной средой, геотехнологическими процессами добычи и средствами их осуществления изучает химию и физику протекающих при этом в недрах земли явлений. Таким образом, предметом геотехнологии как науки является изучение различных реальных объектов (месторождение, методы, средства добычи, процессы, явления и т.д.) горной промышленности, рассматривать которые надо во взаимосвязи с физико-геологическими условиями.

Наиболее полно характеризовать условия залегания месторождения полезных ископаемых при его разработке можно, используя понятие «физико-геологическая обстановка», которое включает в себя характеристику геологических, гидрогеологических и геотермических условий залегания месторождения, а также физических и химических свойств полезного ископаемого и вмещающих его пород, рассматриваемых во взаимосвязи с возможными методами разработки.

Часть месторождения в зоне целенаправленного изменения состояния полезного ископаемого, представленная горной породой и насыщающими ее флюидами, которым свойственны определенные термодинамические условия, правомерно характеризовать понятием горная среда. В отличие от горной породы, представляющей собой различные минеральные ассоциации, горная среда— эта одна или несколько гетерогенных систем с различными компонентами, присутствующими в твердой, жидкой и газообразной фазах.

Совокупность горной среды, физических или химических процессов добычи и средств для их реализации следует трактовать как геотехнологическую систему. Это понятие в полной мере отвечает представлению о системах вообще как состоящих из взаимосвязанных частей и представляющих собой замкнутое целое. Выделенные элементы геотехнологической системы обладают внешними и внутренними связями, которые в процессе разработки месторождения обмениваются между собой веществом и энергией.

В геотехнологической системе следует выделить ряд основных элементов. Например, отдельным элементом являются узлы приготовления рабочих агентов и переработки продуктивных растворов. Основным элементом является транспортная магистраль. Как правило, это скважина, пробуренная на месте залегания полезного ископаемого и открывающая доступ рабочих агентов к залежи, а полезного ископаемого — на поверхность. Особо важен горный элемент — часть горной среды, охваченной воздействием рабочих агентов, которую можно назвать рабочей зоной. Рабочую зону, т.е. некоторую ограниченную часть горной среды, можно описать, пользуясь представлением о фазах, из которых она образована. Как известно, фазой называют однородную часть системы, отделенную от других частей физическими границами. Так, если призабойная часть разрабатываемого месторождения заполнена рабочим агентом — водой, разрушенным полезным ископаемым — рудой и воздухом, то рабочая зона состоит из трех фаз — твердой, жидкой и газообразной. Составные части рабочей зоны — это различные фазы, образующие данную систему.

Компоненты системы — вещества, из которых можно образовать все фазы данной системы. Свойства компонентов системы веществ — это их характерные качества. Физические свойства — это свойства внутренне присущие данному веществу (к таким свойствам относятся плотность, электро- и теплопроводность и т.д.). Свойства веществ, характеризующие их способность участвовать в химических реакциях (процессах превращения одних веществ в другие) называют химическими.

Свойства полезных ископаемых, определяющие их способность переходить в подвижное состояние с помощью размыва, растворения, выщелачивания, горения, плавления, возгонки и т.д., мы называем геотехнологическими свойствами полезных ископаемых.

1.2.3 Геотехнологические процессы, перевода полезных ископаемых в подвижное состояние можно подразделить на: тепловые, массообменные, химические и гидромеханические. Тепловые процессы определяются законами теплопередачи. Скорость тепловых процессов в значительной степени зависит от гидродинамических условий (скоростей, режимов течения), при которых осуществляется дача тепла теплоносителем. Массообменные (диффузионные) процессы характеризуются переносом полезного компонента из одной фазы в другую через поверхность раздела фаз. Наиболее медленной (лимитирующей) стадией массообменных процессов является молекулярная диффузия извлекаемого компонента. Протекание процессов массообмена тесно связано с гидродинамикой процесса и теплообменом. Химические (реакционные) процессы определяются законами химической кинетики, однако в подземных условиях этот процесс зависит от гидро- и термодинамических условий протекания реакций. Гидромеханические процессы определяются законами гидродинамики — науки о движении жидкостей и газов.

Основной принцип геотехнологии можно сформулировать как исследование процесса добычи и изменений горной среды под влиянием рабочих агентов с целью перевода полезного ископаемого в подвижное состояние и извлечение его на поверхность, причем одно из возможных превращений для данной геотехнологической системы является доминирующим и определяет ее изменение.

Исходя из названного принципа, в геотехнологии следует выделить три основных направления. Во-первых, изучение влияния физико-геологической обстановки и горной среды на процесс перевода полезного ископаемого в подвижное состояние. Во-вторых, изучение собственно превращений химического и физического характера (установление природы процесса и последовательность протекания отдельных стадий). В-третьих, изыскание средств осуществления процессов добычи. Конечной целью геотехнологии как прикладной науки является развитие ГМ добычи, их прогнозирование и оптимизация параметров технологии.

Между установлением возможности фазового превращения того или иного полезного ископаемого и осуществлением технологического режима стоит решение целого комплекса научных, технических и экономических вопросов. Это—проблемы выбора рабочих агентов и способа их доставки к рудному телу, управления технологическим процессом добычи (движением рабочих агентов в массиве, транспортирования полезного ископаемого из горного массива на поверхность), переработки продуктивных флюидов, здания систем разработки, которые характеризовались бы высокой технологической эффективностью и экономической рентабельностью.

1.2.4 Методы, геотехнологии. Для геотехнологии характерна универсальность подхода к изучаемым явлениям. На основе изучения процессов и средств бесшахтной добычи полезных ископаемых и воздействия на их параметры химическими и физическими методами в геотехнологии используются методы физики, химии, геологии и горного дела, что позволяет количественно оценить происходящие процессы и дать возможность их изучить и использовать.

В настоящее время наибольшее применение нашли следующие геотехнологические методы:

— подземное выщелачивание—метод добычи полезных ископаемых избирательным растворением их химическими реагентами на месте залегания с извлечением на поверхность продукционных растворов. Подземное выщелачивание относится к фильтрационным процессам и основано на химических реакциях «твердое тело — жидкость». В основном оно применяется для добычи цветных, редких и радиоактивных металлов. Бактериальное выщелачивание—метод интенсификации выщелачивания с помощью микроорганизмов;

— подземное растворение — метод добычи полезных ископаемых растворением его на месте залегания (применяется для разработки соляных месторождений и создания подземных емкостей);

— подземная выплавка — метод добычи легкоплавких минералов посредством подачи теплоносителя по скважинам в залежь и извлечение полезного ископаемого на поверхность в виде расплава (применяется для добычи серы (метод Фраша), вязких углеводородов);

— подземная газификация — метод добычи полезных ископаемых путем перевода их в газообразное состояние (например, подземный термохимический процесс перевода угля в газ, пригодный для энергетических и химико-технологических целей, идея которого принадлежит Д.И. Менделееву (1888 г.);

— скважинная гидродобыча — метод добычи, основанный на приведении полезного ископаемого в подвижное состояние путем гидромеханического воздействия и выдачи в виде гидросмеси на поверхность.

Такое полезное ископаемое, как тепло Земли входит в сферу геотехнологии. Использовать тепло Земли, можно утилизируя природные парогидротермы, а также (идея академика В.А. Обручева) тепло глубинных «сухих» горных пород.

Заслуживают изучения такие перспективные методы, как гидрогенизация угля и битумов на месте их залегания, скважинная добыча углей воздействием на них углеводородов, использование земных недр в качестве реакторов для осуществления технологических процессов, протекающих при высоких температурах и давлениях.

Источник