Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Методика разведки и технология бурения на сурьмяно-ртутном месторождении Кыргызской Республики

ВАК РФ 25.00.11, Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Автореферат диссертации по теме "Методика разведки и технология бурения на сурьмяно-ртутном месторождении Кыргызской Республики"

РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ

005010894

ЫСАКОВ АБИБИЛЛА ЖААНБАЕВИЧ

МЕТОДИКА РАЗВЕДКИ И ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ НА СУРЬМЯНО-РТУТНОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

Специальности: 25.00.11. - «Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения»; 25.00.15. - «Технология бурения и освоения скважин»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

- 1 Ш.Р ^

Москва-2012

005010894

Работа выполнена в Российском университете дружбы народов (Россия) и Институте горного дела и горных технологий им. академика У, Асаналиева

(Кыргызстан)

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор Воробьев А.Е. доктор геолого-минералогических наук, профессор Шамшиев О.Ш.

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Рогов В.М. кандидат технических наук

Сабанов Б.В.

Ведущая организация: ЗАО Росбурмаш

Защита диссертации состоится «14» марта 2012 г. в 1400 часов на заседании диссертационного Совета Д.212.203.25 при Российском университете дружбы народов по адресу: г. Москва ул. Орджоникидзе 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РУДН по адресу: 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6.

Автореферат разослан «_»__2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат геолого-минералогических наук

Е.В. Карелина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность работы. В настоящее время при разведке сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики широко используются буровые работы. Сурьмяно-ртутные месторождения благодаря полигенности и полихронности локализуются в сложной геологической обстановке. При бурении скважин на этих месторождениях возникает ряд трудностей связанных с их геолого-генетическими особенностями, которые определяют морфологию рудных тел. С другой стороны интенсивно развитая тектоника (надвиги) и приуроченность оруденепия к межформационным зонам характеризуется неоднородностью и сильной изменчивостью вмещающих горных пород, а также высокой абразивностыо рудовмещаю-щих пород. Это приводит к самопроизвольному искривлению скважин, низкому выходу кондиционного керна и интенсивной потере промывочных жидкостей. Последнее в свою очередь вызывает необходимость применения нескольких видов промывочных жидкостей для сходных геологических разрезов.

В этой связи актуальным является новый взгляд на морфогенетические типы сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики и совершенствование традиционно применяющихся технологий бурения скважин.

Целью исследования является решение вопросов генезиса и улучшение технологических показателей буровых работ на сурьмяно-ртутных месторождениях Кыргызской Республики с учетом их геолого-генетических особенностей. Задачи исследования:

1. Комплексный и системный анализ геологических, рудоформационных мине-ралого-геохимических особенностей сурьмяно-ртутного оруденения Южного Тянь-Шаня Кыргызской Республики и горно-геологических характеристик месторождений.

2. Анализ химических, физико-механических свойств горных пород и буровых растворов, детальное и объективное изучение результатов научных исследований по технологии бурения скважин отечественных и зарубежных авторов.

3. Разработка классификации горных пород по абразивности и усовершенствование существующей классификации горных пород по буримости.

4. Проведение лабораторных и экспериментальных исследований промывочной жидкости и механических скоростей бурения скважин, в условиях сложно построенных сурьмяно-ртутных месторождений.

5. Установление параметров и количественных соотношений компонентов бурового «пектинового» раствора.

6. Составление алгоритма, блок-схемы и компьютерной программы для оперативной разработки геолого-технического наряда.

Методы исследований.

1. Метод актуализма использован при анализе опубликованной, фондовой литературы и сравнении с известными рудными объектами региона и за его пределами.

2. При анализе экспериментальных материалов использованы современные и математические методы с применением разработанных компьютерных программ.

1

'Ч

3. При оценке эффективности разработанной технологии проводились лабораторные и экспериментальные исследования. Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что:

а) установлены полигенность и полихронность образования сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики;

б) дополнена ранее существующая классификация горных пород сурьмяно-ртутиых месторождений Кыргызской республики по буримости с механическими свойствами горных пород и механическими скоростями бурения скважин;

в) выявлены оптимальные соотношения компонентов и параметров бурового «пектинового» раствора для бурения скважин на сурьмяно-ртутных месторождениях Кыргызской республики;

г) создана математическая модель по оперативному составлению геолого-технического наряда.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Установлены полигенность и полихронность формирования сурьмяно-ртутных месторождений Южного Тянь-Шаня Кыргызской Республики.

2. Разработана усовершенствованная классификация горных пород сурьмяно-ртутных месторождений Южного Тянь-Шаня Кыргызской Республики по буримости и абразивности для оптимизации технологии бурения скважин.

3. Получены рациональные соотношения компонентов и параметры бурового «пектинового» раствора в целях совершенствовании технологии бурения скважин, и снижения затрат на буровой раствор.

4. Составлены алгоритм, блок-схемы и компьютерная программа по оперативной разработке геолого-технического наряда для рациональной технологии бурения скважин.

Научная и практическая значимость результатов исследования заключается в следующем:

а) установленные полигенность и полихронность формирования сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики позволяет определить морфологию рудных тел на глубину по простиранию;

б) предложенная классификация горных пород по буримости позволяет разрабатывать режимы и общую технологию бурения скважин;

в) использование «пектинового» раствора способствует снижению аварийности при бурении скважин сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики;

г) применение компьютерной программы приводит к сокращению времени составления геолого-технического наряда.

Реализация результатов. Отчеты с результатами исследований и рецептурой бурового «пектинового» раствора, а также компьютерной программы были переданы в распоряжение Южно-Кыргызской геологической экспедиции для практического использования. Внедрение результатов исследования позволило получить экономический эффект в сумме 190 970 сомов в год при стабильном ведении буровых работ.

Личный вклад. Автором проведены все лабораторные и экспериментальные исследования. Разработана классификация пород по абразивности и дополнена

классификация горных пород по буримости, составлены алгоритмы и блок-схемы компьютерной программы. На основе системного анализа фондовой и опубликованной литературы классифицированы стратиформные морфологические типы сурьмяно-ртутных оруденений исследуемого региона.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждены на научно-технической конференции: «Перспективы развития и использования минеральных ресурсов Кыргызской Республики» (Бишкек, 1995 г.), конференциях, посвященной Международному году гор (Бишкек, 2002 г.), Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова (Бишкек, 2009 г.); IX Международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр». Москва (Россия) - Котону (Бенин) (Москва; РУДН, 2010 г.), I Международной научно-практической конференции «Образование. Инновации. Карьера» (Междуреченск, 2011 г.), X Международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (Махачкала, 2011 г.), а также содержаться в статьях и докладах вестниках Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова, Кыргызско-Узбекского университета, Ошского государственного университета, Высшей школы Казахстана, журналах национальной аттестационной комиссии Кыргызской Республики и «Естественные и технические науки»(по перечню ВАК РФ).

Основные результаты исследований представленные в диссертационной работе опубликованы в 27 научных трудах (в том числе, в рецензируемых журналах).

Структура и объем диссертации. Диссертациониая работа состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендации, списка использованной литературы из 120 наименований и 5 приложений, содержащих первичные материалы результатов исследований. Текст диссертации содержит 136 машинописных страницы, 17 таблиц, 25 рисунок.

Благодарности. Автор работы выражает искреннюю признательность академику HAH Кыргызской Республики У.А. Асаналиеву. Им была поставлена задача исследований и под его руководством начиналась работа. Автор глубоко благодарен своим руководителям - профессору А.Е. Воробьеву и профессору О.Ш. Шамшиеву, которые оказывали неоценимую помощь и поддержку на всей протяжении исследований и в процессе подготовки.

Положение 1.

Установлены полигенность и полихронность формирования сурьмяно-ртутных месторождений Южного Тянь-Шаня Кыргызской Республики.

В состав исследуемого сурьмяно-ртутного пояса входят известные в мире крупные месторождения сурьмы и ртути Хайдаркан, Кадамджай, Терек-Сай (рис. 1).

В геологическом строении сурьмяно-ртутных месторождений пояса принимают участие формации карбонатных и терригенных пород допапеозойского и палеозойского возраста.

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА X АЙДАРКАНСКО ГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Рис. 1. Геологическая карта Хайдарканского месторождения

В геологическом строении Хайдарканского месторождения участвуют главным образом среднепалеозойские отложения. Силурийские отложения представлены глинистыми и углисто-глинистыми сланцами, углисто-глинистыми сланцами с линзами известняков и массивными плиточными известняками. Девонские отложения представлены песчано-глинистыми сланцами, алевролитами и песчаниками. Каменноугольные отложения сложены конгломератовидными известняками, кремнисто-глинистыми и песчано-глинистыми сланцами (рис. 2).

Здесь встречаются рудные проявления комплексных благородных, а также диметапьных сурьмяно-ртутных руд. Ведущая роль принадлежит сурьмяно-ртутным рудам, на происхождение которых до настоящего времени не существует единого мнения. Установление генезиса данного оруденения могло бы расширить масштабы ранее известных промышленных объектов. С другой стороны детальное уточнение принадлежности данных оруденений к опреде ленному генетическому типу могло бы повлиять на эффективность поисково-разведочных работ. Часть исследователей сурьмяно-ртутные объекты исследуемого региона относят к гидротермальным образованиям. Они считают, что источник рудного вещества связан с магматическим очагом (В.Г1. Федорчук, Н.А. Никифоров и др.).

Минеральные п генетические типы оруденения. Проведенные исследования показали, что процесс формирования стратиформного сурьмяно-ртутного оруденения в осадочных формациях был длительным и многостадийным.

В стадии седиментогенезиса и диагенеза осадков формировались послойно-вкрапленные, вкрапленные и конкреционные (желваковые) концентрации поликомпонентного (Мо,У, Аи, БЬ, РЬ, Си и т.д.) и диметального 8Ь) оруденения синдиагенетического типа.

8 X и Отдел Свита Ярус Индекс Литологическая колонка Мощность, м. Характеристика пород

§ X — 2. 0 £ X и 1 средний Московский -2Ші 150 Сланцы кремнисто-глинистые, известняки, конгломераты, гравелиты.

Голубайская Сг тій 300 Сланцы песчано-глинистые, алевролиты с линзами известняков.

Пыркафская 150 Известняки тонкослоитсые.

Гюкдкжочинская СгітііШп і ^...... 120 Известняки пятнистые.

Газская "гш^а 300 Известняки с желваками кремней.

1 X Лешкаутская Визейский СіУрзссі 600 Известняки массивные.

Шаланская Турнейский ЗіКІїІ - — ^ СЇ^ 500 Известняки конгломератовіІД-ные, сланцы кремнистые.

Девонская 15 К X X Цжиалинскнй Жединский 800 Сланцы песчано-глинистые. Алевролиты,песчаники.

Силурская Верхний Матчайская Венлокскии Зішсії 700 Известняки массивные плитчатые.

|

+ 4-

Нижний Іульгонская Лудловский Бі^з-СІ,РІ -■■* ---- ---- ---- * --- 400 Сланцы углисто-глинистые с линзами известняков.

Сюгегская Лландовери йский ; : 150 Сланцы глинистые, углисто-глинистые сланцы.

Рис. 2. Стратиграфическая колонка (Масштаб 1:25 ООО)

В последствии на стадии катагенеза в связи с региональными трансформациями металлосодержащих толщ происходило изменение и преобразование ранее возникших синдиагенетических руд, а также мобилизация рассеянных элементов вмещающих пород в зонах межпластовых сдвижек, дробления, на восстановительных геохимических барьерах и т.д. с формированием сингенетически-эпигенетического оруденения.

Синдиагенстичсское оруденение локализуется преимущественно в терриген-пых и карбонатно-терригенных формациях и представлены углеродистыми, углеродисто-кремнистыми сланцами, алевролитами и их переходными разностями. Оруденение встречается в виде рудных конкреций, которые приурочены к углеродисто-кремнисто-карбонатным, углеродисто-глинистым и углеродисто-карбонатным алевролитам и сланцам (Аксай). Основными рудными минералами являются пирит, валентинит, антимонит, в меньшей степени развиты марказит и халькопирит.

Синэпнгенетический тип оруденения отмечается в пределах Абширского, Кадамджайского и Турукского рудных полей и локализованы преимущественно в терригенных формациях. Они представлены линзами углеродисто-кремнистых сланцев и средне - мелкозернистыми песчаниками мощностью от 0,4 до 2,0 метров и протяженностью от первых до сотни метров и более. К ним относятся рудные объекты Верхнепумское, Учкол, Турук, Гезарт. Отличительной особенностью данного типа является эпигенетическое изменение вмещающих пород. Оруденение носит вкрапленный и прожилково-вкрапленный характер, нередко сопровождается жильными минералами: кварцем, кальцитом и в меньшей степени баритом. Среднее содержание сурьмы в рудах (Верхнепумское, Учкол, Турук) обычно составляют десятые доли процента, достигая 5-6%, иногда 12%.

Экзогенно-эпигенетический тип оруденения в исследуемом регионе локализуется в карбонатных, известково-доломитовых формациях ипредставлен рудными палеокарстами. Данный тип оруденения имеет следующий набор минералов: антимонит, кермезит, валентинит, флюорит. Антимонит встречается в виде мелких и тонких микроигольчатых вкрапленностей. Широко распространены вторичные минералы сурьмы представленные кермезитом и валентинитом.

Положение 2.

Разработана усовершенствованная классификация горных пород сурьмяно-ртутных месторождений Южного Тянь-Шаня Кыргызской Республики по бури-мости и абразивности для оптимизации технологии бурения скважин.

Геологическое строение сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики является исключительно сложным для бурения разведочных скважин, которые вызваны покровно-шарьяжными сдвижками. Эти сложности приводят к самопроизвольному искривлению скважин, прихвату и обрыву бурильной колонны, низкому выходу кондиционного керна, изнашиванию технологических инструментов, интенсивному поглощению промывочных жидкостей, а также применению несколько видов промывочных жидкостей для одинакового геологического разреза. Все это, неблагоприятно влияет на процесс бурения скважин, что способствует снижению выхода керна и механической скорости бурения, продлению срока сооружения скважин в целом, а также повышению аварийности скважин.

В предыдущих исследованиях свойства горных пород сурьмяно-ртутных месторождений изучались не достаточно. Такие показатели, как коэффициент динамической прочности и абразивности горных пород при определении категории по буримости не были учтены и не рассматривались в комплексе с горно-

геологическими факторами. В этой связи дополнительно исследованы свойства горных пород.

Горные породы сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики имеют следующие структуры: алевролитовая, крупнозернистая, гранобластовая, гранолепидобластовая, псаммитовая, крупно и мелкозернистая, разно гравийная, криптокристаллическая, псефитовая, пелитовая и массивная.

По текстуре характерна сланцеватость и массивность, но преобладает сланцеватость. Форма зерен горных пород угловатая, уплощенная, слоистая, средне и угловато окатанная, мелкозернистая. Состав горных пород - углистое и углисто-глинистое вещество, карбонаты, кальциты, слюды, кварц, кремнистые и серицит-известковистые образования.

Горные породы сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики по физико-механическим свойствам были разделены на шесть групп (табл. 1). Каждая группа пород, в свою очередь разделена на подгруппы а и б, кроме 1-й и 6-й группы пород. Это объясняется тем, что породы одной группы имеют различные свойства по плотности и трещиноватости.

Первая группа представлена высокопластичными, плотными углистыми и углисто-глинистыми породами. Твердость - 185 кг/мм2, предел прочности на сжатие -108,5 МПа, предел прочности на растяжение - 13,0 МПа, пористость - 1,2%, удельный вес - 2,72 г/см3, объемный вес 2,58 г/см3, содержание 8Юг до 2%, коэффициент динамической прочности -12,44, коэффициент абразивное™ - 0,49.

Вторая группа состоит из двух подгрупп. Подгруппа 2а характеризуется плотными песчано-глинистыми, глинистыми, алевролитовыми сланцами, а также известняками (кроме тонкослоистых пород). Твердость - 223 кг/мм2, предел прочности на сжатие -141,0 МПа, предел прочности на растяжение - 9,75 МПа, пористость 2,6 - 4%, удельный вес - 2,73 г/см3, объемный вес - 2,63 г/см3, содержание 8Ю2 - 35%, коэффициент динамической прочности - 10,0, коэффициент абразивности -0,70. Подгруппа 26 представлена трещиноватыми, слабо окварцованными и мелкозернистыми мраморами.

Твердость - 239 кг/мм2, предел прочности на сжатие - 110,5 МПа, предел прочности на растяжение - 8,0 МПа, пористость - 2,8 %, удельный вес - 2,44 г/см3, объемный вес - 2,40 г/см3, содержание БЮг - 6-7%, коэффициент динамической прочности -10,6, коэффициент абразивности - 0,8.

Третья группа пород также разделена на две подгруппы. Подгруппа За представлена плотными карбонатными мелкозернистыми песчаниками и среднезерни-стыми гравелитами. Твердость - 258 кг/мм2, предел прочности на сжатие - 149,5 МПа, предел прочности на растяжение -18,3 МПа, пористость -1,7%, удельный вес - 2,72 г/см3, объемный вес - 2,54 г/см3, содержание 8Юг - 8-10%, коэффициент динамической прочности - 18,00 и коэффициент абразивности - 0,55. Для подгруппы 36 характерны плотные, трещиноватые, слабо окварцованные сланцы и конгломераты (кроме девонского периода). Твердость - 288 кг/мм2 предел прочности на сжатие - 152,5 МПа, предел прочности на растяжение - 18,6 МПа, пористость - 2,8%, удельный вес - 2,63 г/см3, объемный вес - 2,60 г/см3, содержание Э¡02 - 15-17%, коэффициент динамической прочности - 7,40, коэффициент абразивности -1,33.

Таблица 1

Результаты исследований физико-механических свойств пород сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики

Группа пород Наименование и характеристики горной породь Основные породообразующие минералы Твердость, кг/мм2 (среднее значение) Предел прочности на сжатие, МПА (среднее значение) Предел прочности на растяжение, МПа (среднее значение) Пористость, %. (среднее значение) Удельный вес, г/см3, (среднее значение) Объемный вес, г/см3, (среднее значение) Размеры зерен, мм, см. Содержание SiOb % Коэфф. абразив-ностн, 0W> Коэфф. Динамичес кой лроч ноет и, (F,.)

1 Сланцы углистые и углисто-глинистые. Породы высоко пластичные и плотные Углистое вещество 185 108,5 13,0 1,2 2,72 2,58 0,1 мм ДО 2 0,49 12,44

2а Сланцы песчано-гл инистые, глинистые, алевро-лиговые. Известняки кроме тонкослоистых. Породы плотные Глинистый материал, карбонат 223 141,0 9,75 2,640 2,73 2,63 Мелко-алевритовые 3-5 0,70 10,00

26 Мраморы мелкозернистые не окварцованные или слабо окварцованные. Породы трещиноватые Карбонат 239 110,5 8,00 2,8 2,44 2,40 Гальки до 5см., зерна до 4 мм 6-7 0,80 10,60

За Песчаники мелкозернистые, гравелиты средне-зернистые. Породы плотные. Известняки-50%, углистое вешество-40% 258 149,5 18,30 1,7 2,72 2,54 0,3-0,5мм 8-10 0,55 18.00

36 Конгломераты разно галечные, кроме девона. Сланцы слабо окварцованные. Породы трещиноватые Углистое вещество, кварц, биотит 288 152,5 18,60 2,8 2,63 2,60 0,02-0,01 мм 15-17 1,33 7,40

4а Известняки тонкослоистые, окремненные. Песчаники тонко зернистые силура. Породы плотные. Карбонат, кальцит 320 167,5 16,10 2,0-2,3 2,67 2,66 от 0,4-0,5 им до 8 см 18 0,61 22,09

46 Конгломераты девона, туфопесчаники пермские. Породы трещиноватые Кремний, карбонат, кальцит, углистое вещество 390 213,5 14,10 2,2 2,67 2,65 0,1-0,2 мм 10-14 0,95 16,16

5а Крепкие сланцы. Песчаники кремнистые и кварцитовидные. Сланцы глинисто-кремнистые и кремнистые. Породы плотные Кремний, карбонат, углистое вещество 500 266,0 16,40 2,2-2,7 2,722,53 2,57 0,1-0,2 мм до 30 0,81 16,49

56 Известняки окварцованные. Брекчии кварцево-сланцевые, изветня ково-сланцево-кремнистые у кварцевые. Породы трещиноватые Кремний, слюда, карбонат, кварц 590 310,0 15,60 2,4-4,5 2,7 2,72 0,2-0,4 мм 50-70 1,54 14,30

6 Кремни черные. Кварциты, Роговики. Джаспе-роиды. Брекчии роговиково-джаспериодные и роговиково кремнистые. Породы хрупкие и трещиноватые Кварц, кремний 4590%, карбонат, флюорит 665 404,0 18,18 2,4-5,1 2,542,75 2,58 0,1-0,3 мм, флюорит, кальцит -до2-5 мм 45-90 2,58 18,18

Группа 4 состоит из двух подгрупп. К подгруппе 4а отнесены плотные ок-ремненные, тонкослоистые известняки и тонкозернистые песчаники силура. Твердость- 320 кг/мм2, предел прочности на сжатие - 167,5 МПа, предел прочности на растяжение - 16,10 МПа, пористость - 2,3%, удельный вес - 2,67 г/см , объемный вес - 2,66 г/см3, содержание БЮг - 18%, коэффициент динамической прочности -22,09, коэффициент абразивности - 0,61. Трещиноватыми конгломератами девона и пермскими туфопесчаниками представлена подгруппа 46. Твердость - 390 кг/мм2, предел прочности на сжатие - 213,5 МПа, предел прочности на растяжение

- 14,10 МПа, объемный вес - 2,65 г/см3, содержание ЭЮг - 10-14%, коэффициент динамической прочности -16,16, коэффициент абразивности - 0,95.

Пятая группа состоит из двух подгрупп. Подгруппа 5а представлена плотными и крепкими сланцами, кремнистыми и кварцитовидными песчаниками, глинисто-кремнистыми и кремнистыми сланцами. Твердость - 500 кг/мм2, предел прочности на сжатие - 266МПа, предел прочности на растяжение - 16,40 МПа, пористость - 2,7%, удельный вес - 2,72 г/см3, объемный вес - 2,57 г/см3, содержание БЮг

- 30%. К подгруппе 56 отнесены трещиноватые и окварцованпые известняки, кварцево-сланцевые, известняково-сланцево-кремнистые и кварцевые брекчии. Твердость - 590 кг/мм2, предел прочности на сжатие - 310 МПа, предел прочности на растяжение -15,60 МПа, пористость - 4,5%, удельный вес - 2,7 г/см3, объемный вес - 2,72 г/см3, содержание БЮг - 50-70%, коэффициент динамической прочности -14,30, коэффициент абразивности-1,54.

Последняя шестая группа представлена такими породами как, черный трещиноватый кремень, кварцит, роговик, джаспероид, роговиково-джасперовдные и роговиково-кремнистые брекчии. Они имеют весьма высокую твердость и абра-зивность. Структура метасоматическая, гранобластовая, текстура массивная, форма зерен уплощенная, размеры зерен-0,3 мм флюорит, а кальцит до 2-5 мм, твердость - 665кг/мм2, предел прочности на сжатие - 404,0 МПа, предел прочности на растяжение -18,18 МПа, пористость - 5,1%, удельный вес - 2,75 г/см3, объемный вес - 2,58 г/см3, содержание 8Юг- 45-90%, коэффициент динамической прочности

- 18,18, коэффициент абразивности - 2,58.

Классификация горных пород по буримости составленная на основе физико-механических свойств горных пород и механических скоростей бурения приведена в табл. 2.

Категория горных пород по буримости установлена на основе объединенного показателя (рм) который учитывает коэффициента абразивности (Ка5р) и динамической прочности (Рд).

Механические скорости твердосплавного бурения составляет 1,5-2,20 м/час от первой по 3б подгруппы группы пород, а алмазного бурения составляет 0,45-2,85 м/час в породах подгруппы 2а и до 6-ой группы пород. Механические скорости бескернового бурения 3,6 -6,8 м/час при бурении в породах от первой группы до 56 подгруппы пород.

На основе процентного содержания БЮг, размеров зерен минералов и коэффициента абразивности разработана классификация пород по абразивности сурь-мяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики.

Согласно классификации горных пород по абразивности, горные породы разделены на: весьма - малоабразивная; умеренно - малоабразивная; средне-

абразивная; повышенно абразивная; высокоабразивная; в высшей степени абразивная.

Таблица 2

Классификация горных пород по буримости сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики

(Составил Ысаков А.Ж. с использованием материалов В.П. Рогальского)

Группы пород Наименование и характеристика породы Твердость, кг/мм2 (среднее значение). Коэффиц динамичес кой прочности, (Fa). Коэффиц, абразив но-сти, (Ktfp). Значение объединенного показателя (pj. Категория пород по бурим ост Механическая скорость бурения, м/час.

1 Сланцы углистые и углисто-глинистые. Высокопластичные. Плотные 185 12,44 0,49 10,0 VI 6,80* 2,20**

2а Сланцы песчано-глинистые, глинистые, алевролнговые. Известняки, кроме тонкослоистых. Породы плотные. 223 10,00 0,70 13,0 VII 5,00* 2,10** 2,85***

26 Мраморы мелкозернистые не окварцованные или слабо ок-варцованные. Породы трещиноватые 239 10,60 0,80 11,5 VII 4,90* 1,80** 2,65***

За Песчаники мелкозернистые. Гравелиты среднезернистые. Валуно-галечники. Породы плотные. 258 18,00 0,55 17,0 VIII 4,80* 1,80** 2,10***

36 Конгломераты разно галечные, кроме девонских. Сланцы слабо окварцованные. Породы трещиноватые. 288 7,40 1,33 20,0 VIII 4,50* 1,50** 1,80***

4а Известняки тонкослоистые, ок-ремненные. Песчаники тонко зернистые (силур). Плотные. 320 22,09 0,61 19,0 VIII 4,30* 1,60***

46 Конгломераты девона, туфопес-чаники пермские. Порода трещиноватые. 390 16,16 0,95 26,5 IX 4,10* 1,30***

5а Крепкие сланцы. Песчаники кремнистые и кварцитовидные. Сланцы глинисто-кремнистые и кремнистые. Породы плотные. 500 16,49 0,81 22,0 IX 3,80* 1,20***

56 Известняки окварцованные. Брекчии кварцево-сланцевые, изветняково-сланцево-кремнистые и кварцевые. Породы трещиноватые. 590 14,30 1,54 39,0 X 3,60* 0,95***

6 Кремни черные. Кварциты. Роговики. Джаспероиды. Брекчии рогов иково-джаспериодные и рогов иково-кремн истые. Породы хрупкие и трещиноватые. 665 18,18 2,58 77,0 XII 0,45***

Примечание: * - бескерновое бурение, ** - твердосплавное бурение, *** - алмазное бурение

Весьма малоабразивными породами являются углистые, углисто-глинистые, глинистые, песчано-глинистые и глинистые сланцы, а также известняки и мраморы. Умеренно абразивные породы - гравелиты и конгломераты. К малоабразивным породам отнесены песчаники тонко зернистые, мелкие галечники, туфопес-чаники и конгломераты. Породы средне -абразивные - песчаники мелкозернистые и сланцы слюдистые. Повышенно абразивные породы - известняки окварцован-

ные, сланцы глинисто - кремнистые и кремнистые, брекчии кварц-слюдистые. Высоко абразивные породы - песчаники кремнистые и кварцитовидные, брекчии известняково-сланцево-кремнистые и кварцевые. В высшей степени абразивные породы - кварциты, кремний, роговики, джаспероиды и брекчии роговиково-джаспероидно-кремнистые.

Положение 3.

Получены рациональные соотношения компонентов и параметры бурового «пектинового» раствора в целях совершенствовании технологии бурения скважин, и снижения затрат на буровой раствор.

В условиях бурения сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызстана, получение и применение силикатных и эмульсионных промывочных жидкостей весьма сложно. В этой связи предлагается буровой раствор на основе пектина.

В целях установления оптимального соотношения компонентов «вода + глина + пектин» и параметров бурового «пектинового» раствора проводились исследования (рис. 3). В состав «пектинового» раствора введены следующие количества компонентов пектин от 0,3 до 50 грамма и глина от 1 до 100 грамма, а также вода 1000 мл. (постоянно).

Параметры пекиоювго раствора при соотношениях компонентов

(вода:1000мл.+глнна:40гр.+пекган:0,3-3,0гр.)

г

/

/42

/ /

^Ж 34

—Ж4-5 - —анв 1

щ ІІ,' 7,— 8 ■ 8,; 7,5 - ........ 7,1 — 8,; —+-5Л

0 а --1 /-3 0 - 1,03 0 — їда 0 - 1.04 В - 1.М 0 - -ьоа ї Ї 0 .........■■ ЛГУ- 0 --~1.СМ В в ---1,04 а --1,03

03 0.5 0,8 1,0 1,3 и 1.8 2.0 2.3 2.5 2,8 3,0 _Количество пектина, гр_

—> - Вовоотач 1 пі ши я ее р*ст*©р». ажЗ/ЗОгтс. —щи шит р»£т»ор«. нА»6. Т «іхі*м гжтстой корж, м*.

..........Воаорожый ГЧЖИ! ■' ■ Воет р«пор». с«.

Рис. 3. Результаты исследований бурового «пектинового» раствора

По результатам многочисленных исследований оптимальное соотношение компонентов было получено при испытании соотношения компонентов «вода -1000 мл. + глина - 40 гр. + пектин - 0,3 - 3,0 гр.», а конкретно при «вода - 1000 мл. + глина - 40 гр. + пектин - 2 гр.» В данном случае параметры «пектинового» рас-

тоора имели следующие значения: водоотдача - 5 см3/30 мин., плотность - 1,046 г/см3, статическое напряжение сдвига - 0,2 Па, вязкость - 21 сек., толщина глинистой корки - 1,8 мм, водородный показатель рН - 8, что вполне удовлетворяет поставленным целям.

Результаты проведенных исследований механических скоростей бурения, при использовании ранее применяющихся и предлагаемой технологии бурения скважин на сурьмяно-ртутном месторождении приведены на рис. 4.

5

і

і.

е-ь

ь 8 я

э

1 2а 26 За 36 4« 46 5а 56 6

Групп« горных пород.

Меминкчески) скорости при использовании ран«« исполь*уемых буровых растворов обозначены »«явным цветом. Механически* скорости при нслоль»ованим бурового "пектинового* раствора обозначены красным цветом. Цифра 1- механические скорости бескернового бурения; 2-мекаинчсские скорости алмазного буре и ил, 3- механически« ск«|>ис;н 1ке|>д«сплин1>го бурения.

Рис. 4. Механические скорости ранее применяющихся и предлагаемой технологией бурения скважин

Таблица 3

Средние сравнительные результаты бурения скважин_

Показатели бурения Средние результаты промывочных жидкостей

ГППА СГ СГ + графит Силикатный раствор Пектиновый раствор

Водоотдача, см'УЗО мин. 6,0 6,5 6,5 5,5 5,0

Плотность, г/см-1. 1,006 1,025 1,025 1,020 1,046

Вязкость, сек. 22 24 22 22 21

Статическое напряжение сдвига, Па 0,3 0,4 0,2 0,3 0,2

Водородный показатель, рН 10 8 8 7,5 8

Толщина глинистой корки, мм. 0,2 1,0 1,0 1,2 1,8

Интервалы бурения, м. 0-400 0-400 0-400

Количество рейсов, шт. 67 58 62 65 60

Проходка за 1 рейс, м. 3,08 2,80 3,12 2,50 3,5

Механическая скорость бурения, м/час. 2,4 1,49 2,4 0,89 2,6

Количество обрывов бурового снаряда, игг. 3 4 2 2 1

Затраты времени на 1 метр бурения, час. 0,65 0,56 0,54 0,40 0,30

Затраты по промывочной жидкости на Іметр бурения, сом. 3,2 56,62 58,52 79,42 1,5

Общая затрата на бурение скважин, сом. 2820000 2629030

• 2.6»

. 2.65

\* , 1„Ч1 1.35

- . . ІП»

-1Д5--

Как показывает анализ, разница механических скоростей бурения между ранее применяющихся и предлагаемыми технологиями бурения скважин в среднем составляет 0,20 м/час. Увеличение механических скоростей бурения происходило за счет совершенствования технологии бурения, в том числе за счет внедрения бурового «пектинового» раствора.

Сравнительные (средние) результаты бурения скважин, при применении существующего и пектинового буровых растворов приведены в табл. 3. При использовании «пектинового» бурового раствора затраты на один метр бурения составила 1,5 сома при 3,2 сома. Обрывы бурового снаряда сократились в два раза. Затраченное время на бурение одного метра скважины сократилось на 10 минут. Механическая скорость бурения увеличивается на 0,20 м/час.

Таким образом, экономический эффект от реализации усовершенствованных технологий бурения скважин и «пектинового» бурового раствора составил 190790 сомов в год.

Эти данные подтверждается актом внедрения Южно-Кыргызской геологической экспедиции.

Положение 4.

Составлены алгоритм, блок-схемы и компьютерная программа по оперативной разработке геолого-технического наряда для рациональной технологии бурения скважин.

Современное состояние ведения буровых работ нуждается в компьютерном программном обеспечении. В этих целях составлены алгоритм и блок схемы. При написании алгоритма порядок расчета и расчетные формулы сводятся к следующему. На основании данных по глубинам залегания и характеристики буримости слагающих месторождения пород, осуществляется выбор конструкции скважины, породоразрушающего инструмента и параметров режима бурения, вида промывочной жидкости, а также типа бурового станка и диаметра бурильной колонны. Программа выполнена на языке Borland С++ Builder 5. Результаты расчета оформляются в виде таблицы, имеющей заголовок "Геолого-технический наряд». Предусматривается бурение как колонковым способом, так и, при необходимости, сплошным забоем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Данная работа позволяет решить актуальную научно-техническую задачу по генезису, а также по повышению качества проведения буровых работ для сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики.

2. Сурьмяно-ртутные месторождения Южного Тянь-Шаня по морфогенетическим особенностям делятся на синдиагенетические, синэпигенетические и экзогенно-эпигенетические. Они отличаются характерными признаками и факторами. Промышленные типы руд приурочены к

зонам распространения стратифицированных формаций геохимически специализированные на сурьму, ртуть, фтор и др., которые подвержены диагене-тическим и эпигенетическим процессам, т.е. комбинированные (полигенные и полихронные).

3. Дополнена, конкретизирована новыми данными структура, текстура, форма зерен, состав и свойства горных пород и на их основе, все горные породы сурьмяно-ртутных месторождений разделены на шесть групп. Далее по плотности и трещиноватости, группы разделены на подгруппы (а и б).

4. Разработана классификация горных пород по абразивности, основанная на процентном содержании Si02, размерах зерен минералов и коэффициенте абразивности. Согласно данной классификации горные породы разделены на: весьма малоабразивные; умеренно абразивные; малоабразивные; средне абразивные; повышенно абразивные; высокоабразивные; в высшей степени абразивные.

5. Систематизирована и дополнена классификация горных пород по буримости с учетом объединенного показателя и механических скоростей бурения.

6. Составлены алгоритм, блок-схемы и на их основе разработана компьютерная программа на языке Borland С++ Builder 5 для разработки геолого-технического наряда.

7. Получено оптимальное соотношение компонентов «пектинового» раствора при: «вода - 1000 мл. + глина - 40 гр. + пектин - 2 гр.». При этом установлены следующие параметры данного раствора. Водоотдача - 5 см3/30 мин., плотность - 1,046 г/см3, статическое напряжение сдвига - 0,2 Па, вязкость - 21 сек., толщина глинистой корки -1,8 мм., водородный показатель pH - 8.

8. Экономический эффект от реализации совершенствованных технологий бурения скважин и бурового «пектинового» раствора составил 190 790 сомов в год.

Список опубликованных работ

1. Танатаров Т.Т., Ысаков А.Ж. Новые направления в совершенствовании рецептур промывочных жидкостей // Тез. докл. Международной научно-практической конференции «Перспективы развития и использования минеральных ресурсов Кыргызской Республики». - Бишкек, 1995. - С. 121-122.

2. Ысаков А.Ж. Классификация горных пород Хайдарканского рудного поля по абразивности // Международная конференция. - Бишкек, 1999. - С. 148-154.

3. Ким В.Ф., Аширова З.М., Малюкова H.H., Шамгунов К. Ш., Шамшиев О.Ш., Ысаков А.Ж. Задачи освоения и развития сырьевой базы редкоземельных, некоторых редких и благородных металлов Кыргызской Республики // Сборник докладов. Минеральное сырье. ВИМС. -М., Том 1. №6,2000. - С. 86-91.

4. Ысаков А.Ж., Токтосунова Б.Б., Касымалиева К.К., Аджыбева Г.Г., Адышева A.A. Новые буровые растворы на основе гидрофильных коллоидов // Международная конференция. - Бишкек, 2001. - С. 187-193.

5. Адышева A.A., Ысаков А.Ж., Токтосунова Б.Б., Алдашева Ч.Б., Касымалиева A.A. Получение стабильных буровых растворов на основе коллоидной защиты // Наука и новые технологии. - Бишкек, 2003. - С. 12-15.

6. Ысаков А.Ж., Адышева A.A. Обоснование эффективной и экологически чис-

той промывочной жидкости для бурения разведочных скважин // Вестник Ош-ского государственного университета. №3, - Ош, 2005. - С. 42-64.

7. Адышева A.A., Ысаков А.Ж., Токтосунова Б.Б., Шаршепалиева З.Ш. Спектроскопическое исследование стабилизированного пектином коллоидных частиц буровых растворов // Известия ВУЗов, Национальная аттестационная комиссия KP. - Бишкек, №3,2005. С. 191-193.

8. Ысаков А.Ж. Получение эффективной и экологически чистой промывочной жидкости для бурения разведочных скважин // Вестник Ошского государственного университета. №4, - Ош, 2009.

9. Ысаков А.Ж. Состояние и трудности бурения на сурьмяно-ртутных месторождениях Кыргызской Республики // Вестник Кыргызско-Узбекского университета. №1(2)-2009. С. 100-102.20.

10. Ысаков А.Ж. Совершенствование технологии бурения скважин сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики // Вестник Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова. № 16-2009. С. 333-337.

11. Воробьев А.Е., Ысаков А.Ж. Разработка бурового раствора и классификация горных пород для бурения скважин сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики // IX Международная конференция «Ресурсовоспроизво-дящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр». Москва (Россия) - Котону (Бенин), М; РУДН, 2010. С. 162-171.

12. Воробьев А.Е., Шамшиев О.Ш., Ысаков А.Ж. Комплексные факторы повышения эффективности бурения скважин в зависимости от геологических особенностей сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызстана // Естественные и технические пауки N 5 (49). 2010. С. 279-281.

13. Воробьев А.Е., Шамшиев О.Ш., Ысаков А.Ж. Геолого-генетические особенности сурьмяно-ртутных объектов Южио-Тянь-шаньскош сурьмяно-ртутного пояса// Естественные и технические науки N 5 (49). 2010. С. 282-285.

14. Воробьев А.Е., Шамшиев О.Ш., Ысаков А.Ж. Нетрадиционные виды буровых растворов и их роль в разведочном бурении сурьмяно-ртутных месторождениях Кыргызстана // Естественные и технические науки N 5 (49). 2010. С. 302303.

15. Шамшиев О.Ш., Ысаков А.Ж. Технологические особенности поисково-разведочных работ сурьмяных месторождений джаспероидного типа кыргызского Тянь-Шаня // Материалы X Международной конференции «Ресурсовос-производящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр». М,РУДН. 2011.С. 302-303.

16. Шамшиев О.Ш., Ысаков А.Ж. // Повышение эффективности бурения скважин сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики // Материалы X Международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр». М., РУДН. 2011. С. 305-307.

17. Воробьев А.Е., Ысаков А.Ж. Пути совершенствования технологий бурения скважин при разведке сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской республики // «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр». М., РУДН. 2011. С. 296-298.

АННОТАЦИЯ

на кандидатскую диссертацию Ысакова А.Ж. «Методика разведки и технология бурения на сурьмяно-ртутном месторождении Кыргызской Республики».

В диссертации приводятся выявленные типы стратиформного оруденения. Стратиформное оруденение по морфогенетическим особенностям делятся на три типа: синдиагенетический, синэпигенетический, экзогенно-эпигепетический. Данные выделенные типы оруденения имеют полигенный и полихронный характер.

Особое внимание уделяется вопросам технологии бурения на сурьмяно-ртутных месторождениях Кыргызской Республики. Исследованы физико-механические свойства горных пород и влияния их на механические скорости бурения, а также параметры бурового «пектинового» раствора. Составлена усовершенствованная классификация горных пород сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики по буримости. Разработана классификация горных пород по абразивности. Составлен алгоритм, блок схемы и разработана компьютерная программа по разработке геолого-технического наряда для расчета технологических параметров режима бурения. Рекомендован для практического применения буровой «пектиновый» раствор. Результаты исследований способствуют повышению качества технологии бурения скважин сурьмяно-ртутных месторождений Кыргызской Республики.

ANNOTATION

The detected types of stratiform mineralization are described in the scientific work of the theme "Method of prospecting and technology of drilling in antimony - mercury deposit of the Kyrgyz Republic".

Stratiform mineralization is divided into three types by morphogenetical peculiarities: syndiagenetical, synepigenetic, exogenetic - epigenetic. These marked types of mineralization have polygenetic and polychronous character.

Special attention is given to questions of technology of drilling in antimony -mercury deposits of the Kyrgyz Republic. Physical and mechanical properties of rocks and their influence on mechanical speeds of drilling, and also parameters of drill "pectic" mud are investigated. Advanced classification of rocks of antimony - mercury deposits of the Kyrgyz Republic was made by drilling capacity. Classification of rocks by abra-sivity was developed. The algorithm, flow chart was made and the computer program was developed for geologic - technical assignment to calculate technological parameters of drilling mode. Drill "pectic" mud is recommended for practical application. Results of researches contribute to quality improvement of technology of bores drilling of antimony - mercury deposits of the Kyrgyz Republic.

Подписано в печать:

06.02.2012

Заказ №6615 Тираж-80 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru