АННОТАЦИЯ
20 стр., 1 рис., 1
табл., 5 источников литературы.
ГЕОТЕХНОЛОГИЯ,
ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ, БАКТЕРИОЛОГИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ, ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ,
РАСТВОРЕНИЕ, РАЗРАБОТКА, СКВАЖИНА, ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ.
Цель данной работы –
рассмотреть бактериологическое воздействие при
геотехнологии (выщелачивание).
В работе рассмотрены
особенности геотехнологических методов, вопросы растворения и выщелачивания,
выявлены особенности разработки месторождений.
ВВЕДЕНИЕ
В последнее время для
добычи многих твердых полезных ископаемых начинают применять различные
бесшахтные (геотехнологические) методы добычи с использованием буровых скважин.
Они позволяют упростить и удешевить добычу, производить отработку бедных
месторождений, а также месторождений, характеризующихся сложными условиями
залегания. Вскрытие рудной залежи осуществляют буровыми скважинами, которые
предлагается называть геотехнологическими.
С давних времен
известна добыча каменной соли через буровые скважины. Технология подземного
растворения солей, разработанная советскими учеными и специалистами, является
передовой в мире. Большие успехи достигнуты при добыче самородной серы методом
подземной выплавки. В стадии освоения находится метод скважинной гидродобычи,
позволяющий с высокой эффективностью осуществлять разработку полезных
ископаемых, залегающих на глубинах до 200 м. Проведены большие работы по разработке и
внедрению в промышленных масштабах добычи урана методом подземного
выщелачивания.
Геотехнологические
методы добычи полезных ископаемых позволяют снизить в некоторых случаях в 2—4
раза капитальные затраты на строительство предприятий, повысить
производительность труда по конечной продукции, сократить численность
работающих. Кроме того, их применение способствует значительному улучшению
условий труда и уменьшению отрицательного воздействия на окружающую среду.
По проблемам добычи
полезных ископаемых с помощью геотехнологических методов опубликованы работы
специалистов, среди которых наиболее полно отражают состояние вопроса
монографии П. И. Дудко, В. Ж. Аренса, А. М. Гайдина, Б. В. Исмагилова, Д. Н.
Шпак и др.
Однако во всех этих
работах технология сооружения добычных скважин рассматривается в самых общих
чертах. В то же время необходимость более широкого освещений вопросов техники и
технологии бурения и оборудования эксплуатационных технологических скважин
является актуальной задачей. Затраты, связанные с их сооружением, занимают
значительное место в общих затратах на добыче, достигая при некоторых методах
50—60%. Поэтому разработка технических средств и совершенствование технологии
сооружения добычных скважин являются важными средствами повышения эффективности
добычи.
Цель данной работы –
рассмотреть бактериологическое воздействие при
геотехнологии (выщелачивание).
Задачи:
-
выявить геотехнологические методы;
-
изучить вопросы растворения и выщелачивания;
-
выявить особенности разработки месторождений.
1. ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
МЕТОДЫ
Физико-химическая
геотехнология предусматривает бурение скважин, через которые осуществляется
доступ к ископаемым. Через эти скважины осуществляется извлечение горной массы,
созданные таким методом на большой глубине полости могут быть использованы в
качестве подземных хранилищ различных веществ – например, углеводородов или
промышленных отходов. Методам геотехнологии посвящены многочисленные издания,
среди которых одной из наиболее полных можно назвать монографию д. т. н., проф.
В. Ж. Аренса[1].
Сейчас под термином
«физико-химическая геотехнология», (ФХГ) понимается раздел горной науки,
изучающей методы в основном бесшахтной добычи твердых полезных ископаемых,
основанные на переводе их в подвижное состояние в недрах земли.
Истоки
геотехнологических методов на территории России восходят к добыче соли
подземным растворением во II в. В Испании в XVI в. для разработки цветных
металлов применялось подземное выщелачивание. Большинство современных
геотехнологических методов добычи полезных ископаемых разработано в конце XIX
в. В 1888 г.
Д. И. Менделеев предложил идею подземной газификации угля, в 1891г. Г. Фраш
(США) опробовал метод подземной выплавки серы. В конце XIX - начале XX вв. В.
А. Обручев выдвинул идею использования глубинного тепла Земли. Однако
практическая реализация идей в области геотехнологии началась с XX в.
Исследовательские работы по ФХГ ведутся в США, ФРГ, Бельгии, Великобритании,
Чехии, Польше, Венгрии и других странах. В наибольших объемах (среди зарубежных
стран) и практически по всем разделам геотехнологии их осуществляют в США, там
же с 1977 г. издается специальный геотехнологический журнал «In situ».
Цель ФХГ - развитие
методов активного воздействия на полезное ископаемое, геологическую обстановку
горной среды и процессы добычи, расширение области эффективного применения
геотехнологических методов добычи на месторождениях со сложными
горногеологическими условиями. Изучая процессы и средства бесшахтной добычи
полезных ископаемых и воздействуя на их параметры, геотехнология использует
данные и методы физики, химии, математики, микробиологии, геологии, горного
дела.
Основные области
исследований, которыми занимается ФХГ: подземные процессы - растворение солей,
выщелачивание металлов, газификации каусто-биолитов, выплавки серы, битума,
вязких нефтей, скважинной гидродобычи полезных ископаемых; извлечения
глубинного тепла Земли (табл. 1).
Таблица 1
Современное состояние использования методов ФХГ
|
Метод
|
Объекты промышленного освоения
|
Объект полупромышленных и опытных исследований.
Проработки, предложения
|
|
Подземное растворение
|
Месторождения каменной, калийных солей
|
Месторождения бишофита, соды, глауберовой соли
|
|
Подземное выщелачивание
|
Месторождения меди, урана, золота
|
Месторождения марганца, сульфидные месторождения меди,
свинца, цинка и никеля, фосфоритов, титана, известняка. Осадочные
бурожелезняковые месторождения
|
|
Подземная газификация
|
Месторождения каменного и бурого угля
|
Осушенные месторождения серы. Месторождения битумов,
горючих сланцев, руд, содержащих мышьяк и ртуть.
|
|
Скважинная гидродобыча
|
Месторождения фосфоритов, строительные пески, железо,
золото
|
Осадочные месторождения металлов, строительные пески и
гравий. Титан, золото, алмазы, касситерит в погребенных россыпях, желваковые
фосфориты, уголь, мягкие бокситы; алмазоносные породы и т.д.
|
|
Добыча полезных ископаемых из подземных вод
|
Месторождения йодобромистых вод, а также вод, содержащих
бор, уран, стронций
|
Сточные воды шахт, рудников и нефтепромыслов
|
|
Извлечение и использование тепла Земли
|
Природные парогидротермы
|
Тепло "сухих" горных пород
|
2. БАКТЕРИОЛОГИЧЕСКОЕ
ВОЗДЕЙСТВИЕ: РАСТВОРЕНИЕ И ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ
С помощью различных
растворителей возможно эффективно переводить в подвижное состояние многие
полезные ископаемые. Такой перевод происходит в результате процессов
растворения и выщелачивания, которые различаются по механизму взаимодействия
растворителя и растворяемого вещества.
Растворение протекает
без нарушения химического состава ископаемого (в результате диффузии и
взаимодействия). Это - процесс простого (или физического) растворения. Процесс
растворения лежит в основе технологии скважинной добычи растворимых в воде
галита, сильвинита, бишофита и др.[2]
Растворение,
сопровождающееся изменением вещества как химического соединения и переводом его
в раствор, называется выщелачиванием. Методом подземного выщелачивания ведется
извлечение из руд металлов, их солей и окислов. В качестве выщелачивающих
агентов используются кислородные (серная, азотная, фосфорная, сернистая) и
бескислородные (соляная, сероводо-родная) кислоты, растворы солей (соды,
сернистого натрия, сернистокислых щелочных металлов).
Понятие растворимости
как концентрации насыщенного раствора применимо лишь в случае физического
растворения. Химическое же растворение (выщелачивание) осуществляется в
условиях практической необратимости процесса. Понятие растворимости в строгом
смысле этого слова здесь оказывается неприменимым. Под растворимостью минералов
в химических растворителях понимается интенсивность их взаимодействия, которая
характеризует кинетическую сторону процесса растворения - реакционную
способность или устойчивость минерала по отношению к растворителю, но не условие
его равновесия с растворителем.
Выщелачивание - извлечение отдельных
составляющих твердого материала с помощью растворителя (напр.,
гидрометаллургическое извлечение металлов из руд, щелочное извлечение лигнина
из древесины, бактериальное выщелачивание урана из руд). Выщелачивание
называется также экстрагированием.
Бактериологическое воздействие как выщелачивание
(lessivage фр, Auslaugung нем.; lixiviation англ.) - операция, в которой
посредством жидкости, обыкновенно воды, из твердых тел извлекают растворимые
составные части[3].
Например, приготовление поташа посредством извлечения углекалиевой соли из
древесной золы, извлечение азотно-натровой и калиевой солей из селитряниц,
свекловичного сока из свеклы, квасцов из выветрившегося квасцового сланца -
составляют примеры применения воды к извлечению растворимых частей при помощи
выщелачивания. Когда выщелачивание ведется в размерах промышленного
предприятия, то стараются достигнуть трех целей: во-первых, полнейшего
извлечения растворимого вещества; во-вторых, получения почти насыщенного
раствора, а в-третьих - непрерывности производства. Такое выщелачивание
называется методическим. Для этого в большинстве случаев устанавливают целый
ряд резервуаров на одинаковой высоте; резервуары эти имеют двойное дно, на которое
кладется извлекаемое вещество, через которое совершается просачивание воды.
Резервуары снабжаются кранами, сифонами и т. д. В каждом таком резервуаре
находится вещество, которое подвергается выщелачиванию, и вода переходит из
резервуара в резервуар, все более и более насыщаясь на своем пути растворимыми
частицами. Операция ведется таким образом, что в известный момент почти
насыщенная жидкость проходит через свежую порцию вещества, между тем как свежая
вода пропускается через почти истощенный остаток выщелачивания вещества. После
того, как остаток в каком-либо резервуаре окончательно истощен пропускаемой
через него водой, остаток этот удаляют, в резервуар закладывают свежий
материал, и резервуар этот устанавливают последним в ряду. В иных случаях
необходимо бывает установить насос между резервуарами, чтобы перекачивать
жидкость из-под ложного дна в следующий резервуар. Если образовавшийся раствор
имеет высокий удельный вес, то нет надобности в таком перекачивании, потому что
напор тяжелой жидкости достаточен для того, чтобы она переливалась со дна
данного сосуда на верх следующего по мере накопления в первом сосуде, куда
вливается вода.
Таким образом, понятие
растворения и выщелачивания в последнее время более четко разделены.
Выщелачивание - процесс в первую очередь химический, приводящий к превращениям
растворяемого вещества.
3.
РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Иногда растворение
каменной соли приходится осуществлять не через одну, а через две и более
скважины. Таким образом бактериологическое воздействие увеличиватеся. Для
иллюстрации обратимся к зарубежному опыту. В докладе главного технолога PB
Energy Storage Services, Inc., Houston Tx KBBР Бенефилда[4]
рассказывается о новых технологиях, которые разработаны в фирме для добычи
рассола из тонких пластов галита. Мощность таких пластов может быть даже менее 20 м.
Использование двух и
более скважин применяется тогда, когда растворение через одну скважину
(основную) уже считается законченным, и емкость вполне сформировавшейся. Тогда
в стороне от основной скважины бурят дополнительную, через которую нагнентается
пресная вода, как это показано на рисунке ниже. Рассол удаляется, как прежде,
через основную скважину.
Для того, чтобы
соединить основную и дополнительную скважины применяют метод гидроразрыва и
горизонтальное бурение (рис.1).
Рис. 1. Разработка соляных
месторождений
Не менее, с точки
зрения экологии, важны внедрения геотехнологии и в область нефтегазовой добычи,
где недра подвергаются разрушительным действиям от человеческой деятельности.
Увлеченность эффектами быстрой и безоглядной добычи подземных богатств без
профессионального осознания последствий используемой технологии стала причиной
внедрения на известных месторождениях нефти страны примитивного способа
гидроразрыва пластов, который хотя и дает временный рост извлечения нефти, но
при этом недра испытывают нагрузку как при ядерном взрыве. Оценив негативные
последствия, нефтедобывающие страны Западной Европы, Америки давно отказались
от этой высокозатратной технологии на собственной земле. В Казахстане же этот
способ рекламируется как новейшее достижение в деле нефтедобычи и активно
внедряется. А то, что этот способ является для нас высокозатратной
производственной технологией, только на руку зарубежным компаниям, поскольку в
итоге за все расплачиваются казахстанские потребители, причем той же нефтью.
В то же время
современные тенденции создания и внедрения в нефтегазодобычу новейших видов
техники и технологии таковы, что они по сущности и принципу действия
направлены, прежде всего, на обеспечение сохранности недр, на
неприкосновенность подземных вод и избирательно щадящую проработку продуктивных
пластов зоны месторождения. К ним зарубежные специалисты в первую очередь
причисляют следующие технологии: бурение многоствольных скважин, бурение
скважин при депрессии с применением гибких труб, устройства скважин с
использованием расширяемых фильтров и установкой интеллектуальных скважинных
систем; бурение с использованием обсадных колонн.
По сведениям
международных сервисных компаний в ближайшие пять лет объем вложения инвестиций
в вышеперечисленные технологии возрастут от 3,3 до 12 раз и составят миллиарды
долларов США. На сегодняшний день представляющие более или менее промышленный
интерес месторождения полезных ископаемых на территории нашей страны
(рентабельная глубина залегания ископаемых 1000 метров) известны,
разведаны и оценены. Новых крупных открытий ждать не приходится, да и давно их
нет.
Поэтому в области
недропользования интересы государства как никогда совпадают с разработками
отечественных ученых и производственников. Нам необходимы сосредоточенность
средств и научного потенциала для решения многоплановых проблем, которые
обеспечат высокие показатели добычи подземных богатств и безопасность недр с
последующей закладкой горных выработок пустой породой. Кроме того, внедрение
методов геотехнологии, как уже было сказано, позволит вовлечь в оборот
перспективные по запасам и содержанию полезные компоненты нерентабельных при
шахтной добыче глубокозалегающих полезных ископаемых[5].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Ощутимые в последние
годы темпы роста экономики и населения нашей планеты привели к неограниченному
увеличению объемов добычи и потребления полезных ископаемых, особенно
энергоносителей: нефти, газа и урановой руды. Сказанное относится и к нашей
стране, где тенденции ежегодного роста добычи этого энергетического топлива, а
также полиметаллической руды приобретают устойчивую динамику.
В этой связи приходит
понимание, что рост добычи полезных ископаемых с одной стороны стимулирует
нынешнее экономическое благополучие страны, а с другой - явно вызывает чувство
тревоги, так как состояние подземных недр желает лучшего. Растущие объемы
добычных работ неизбежно ведут к росту техногенных нагрузок на подземные
выработки, нарушению геодинамики геологических структур, к загрязнению системы
подземных вод, увеличению радиации и концентрации вредных веществ, их выбросам
на поверхность земли и в атмосферу. Это особенно четко выявляется в тех
регионах страны, где сегодня разрабатываются месторождения углеводородов,
урана, меди, золота и т.д. Подсчеты специалистов показывают, что при каждой
тонне добытой нефти в атмосферу выбрасывается более 500 кг попутного газа, в
котором содержится не менее 160
кг сероводорода. Предельная же допустимая концентрация
этого газа в атмосферном воздухе не должна превышать 0,008 мг/м3. Отсюда следует,
что добыча каждой тонны нефти загрязняет более 20 м3 воздуха. Естественно,
что выбрасывать в воздух или сжигать газ постоянно нельзя, поскольку он далеко
не безвреден и обладает, как правило, нервно-паралитическими свойствами.
В случае пожаров на
производстве, по мнению ученых, например, ядовитые окислы серы попадают в
верхние слои атмосферы. Сотни лет этот яд будет возвращаться на поверхность
земли в виде кислотных дождей.
Вопросы охраны недр с
учетом достижений геотехнологии пора закреплять законодательной базой, которая
позволит придать им правовую оценку и ответственность.
Следующая глобальная
задача геотехнологии – добыча и использование тепла Земли для выработки
электроэнергии и отопления объектов, извлечения ценных металлов из
геотермальных вод. Возрастающее в мире внимание к теплу земли связано с
практически неисчерпаемыми энергоресурсами глубинных горячих горных пород, чей
потенциал в пределах 10-километрового слоя земной коры определен примерно в 137
триллионов тонн условного топлива, что на порядок больше всех топливных
ресурсов земного шара.
Использование тепла
земли в качестве энергоресурсов сократит объемы добычи угля, нефти и газа,
урановых руд, тем самым проложит начало уменьшению техногенных нагрузок на
недра, попутно оздоровит окружающую среду.
Одним словом,
возможности геотехнологии в качестве средства охраны недр, обеспечения
рентабельной добычи полезных ископаемых, а также извлечения нетрадиционных
энергоносителей из нашей планеты огромны и перспективны. И дело обязательно
пойдет в гору, если его поддержит государство.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Benefield
Ronald K. Brine production from thin-bedded salt deposits. Proc. of the Fall
2003 Technical Meeting. Chester, England, UK, October 5-8, 2003.
2. Аренс
В.Ж. Скважинная добыча полезных ископаемых (геотехнология). - М.: Недра, 1986. -
279с
3. Аренс
В. Ж. Физико-химическая геотехнология: Учеб. пособие для вузов. / В. Ж. Аренс.
- М.: Изд-во Моск.гос.горного ун-та, 2001. – 1655с.
4. Колесников
А.М. Геотехнология. – М., 2006.
5. Спиридонов Л. Л. Геотехнология.
– М., 2000.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ. 3
1. ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ.. 5
2. БАКТЕРИОЛОГИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ: РАСТВОРЕНИЕ
И ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ. 7
3. РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ.. 9
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 12
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.. 14
[1] Аренс В. Ж.
Физико-химическая геотехнология: Учеб. пособие для вузов. / В. Ж. Аренс. - М.:
Изд-во Моск.гос.горного ун-та, 2001. – 1655с.
[2] Спиридонов Л. Л. Геотехнология. – М., 2000.
[3] Колесников А.М.
Геотехнология. – М., 2006.
[4] Benefield Ronald K. Brine production from thin-bedded
salt deposits. Proc. of the Fall 2003 Technical Meeting. Chester,
England, UK, October
5-8, 2003.
[5] Аренс В.Ж. Скважинная добыча
полезных ископаемых (геотехнология). - М.: Недра, 1986. - 279с.