Главная Статьи Информационные технологии Геотехнологический информационно-модилирующий комплекс для повышения эффективности разработки месторождений урана методом подземного выщелачивания

Геотехнологический информационно-модилирующий комплекс для повышения эффективности разработки месторождений урана методом подземного выщелачивания

Носков М.Д., Жиганов А.Н., Истомин А.Д., Кеслер А.Г., Чеглоков А.А.
Печать
Добыча урана методом подземного выщелачивания

Повышение эффективности работы геотехнологического предприятия по добыче урана требует выбора оптимальных способов освоения месторождений. Для оптимизации работы добычного комплекса нужно уметь оценивать запасы урана, располагать информацией о геохимическом состоянии продуктивного горизонта и подземных вод, а также иметь возможность прогнозировать различные варианты развития предприятия и сравнивать различные способы разработки месторождения [1,2].

Сложность происходящих в продуктивном горизонте процессов приводит к необходимости создания развернутой во времени цифровой модели предприятия позволяющей выбирать наиболее оптимальный способ разработки месторождения [3].

Geotechnological informational and modeling complex for enhancement of the efficiency of uranium deposits exploration using the underground leaching technique

The authors present the geotechnological informational and modelling complex designed for optimization of uranium deposits exploration using the underground sulphuricacid leaching technique. The complex allows building a digital model of the technological unit and modelling its design.

В настоящей работе представлен геотехнологический информационно-моделирующий комплекс (ГТИМК), предназначенный для оптимизации разработки месторождений урана методом сернокислотного подземного выщелачивания (ПВ). Комплекс позволяет создавать цифровую модель технологического блока и проводить моделирование его разработки. ГТИМК позволяет решать следующие задачи:

  • оценка запасов урана в продуктивном горизонте;
  • оценка изменения состояния продуктивного горизонта и подземных вод в процессе разработки блока;
  • определения технологических показателей разработки;
  • прогнозирование разработки, сравнение различных вариантов разработки блока и т.д.

ГТИМК включает в себя геотехнологическую информационную и моделирующую системы. Геотехнологическая информационная система позволяет вводить, редактировать, экстраполировать и представлять с привязкой к карте местности полный набор исходных данных, необходимых для моделирования изменения состояния продуктивного горизонта в процессе ПВ. Она состоит из четырех функциональных блоков, описывающих геологические, гидрогеологические, минералого-геохимические параметры продуктивного горизонта и технологические характеристики эксплуатационных скважин. Геологический блок включает в себя привязанные к карте местности данные о геометрии участка водоносного пласта, в котором находится рудное тело (глубина залегания, мощность продуктивного горизонта, расположение рудного тела и т.д.). Гидрогеологический блок содержит данные о распределении фильтрационных параметров продуктивного горизонта, а также другие данные, необходимые для описания фильтрации жидкости в пористой среде. Минералого-геохимический блок содержит данные о начальном распределении минералов в продуктивном горизонте и компонентов, растворенных в пластовых водах. Также в него включены кинетические коэффициенты и параметры равновесия, характеризующие физико-химические процессы, протекающие в системе. Технологический блок содержит данные о положении и интервале вскрытия скважин, режимах их работы, составах закачиваемых растворов.

Создание распределений физических величин в области моделирования может проводиться двумя способами. Первый способ - непосредственный ввод и редактирование таблиц, описывающих распределения фильтрационных, минералогических и литологических параметров продуктивного горизонта. Второй способ основан на интерполяции данных. Пользователь задает на карте точечные объекты или ломаные линии. Имеющиеся сведения, характеризующие свойства продуктивного горизонта в точках (вдоль линий), заносятся в базу данных. Далее выбирается метод интерполяции и генерируются распределения физических величин во всей рассматриваемой области. Результаты интерполяции анализируются специалистами, при необходимости производится пополнение исходных данных и повторная генерация.

Главное окно приложения геотехнологического информационно-моделирующий комплекс Рис. 1.
Главное окно приложения

Моделирующая система основывается на комплексной математической модели многокомпонентной фильтрации и состоит из двух блоков, описывающих гидродинамические и химические процессы. Гидродинамический блок включает в себя расчет распределения давления и фильтрационных потоков в приближении жесткого режима фильтрации. Гидродинамические расчеты выполняются с учетом гидродинамической дисперсии, режимов работы технологических скважин, неоднородности фильтрационных параметров продуктивного горизонта и регионального потока подземных вод. В химический блок включены расчеты растворения-осаждения минералов, комплексообразования, сорбции-десорбции, выпадения гипса. При расчетах учитываются: неоднородность минералогического строения породы; кинетика взаимодействия выщелачивающего раствора с различными минералами; неоднородность состава подземных вод и переменный состав растворов, закачиваемых в продуктивный горизонт.

ГТИМК создан на языке Borland Builder C++ и представляет собой проблемно-ориентированное многопоточное, многооконное, 32-битное программное обеспечение, работающее под управлением операционной системы Windows 98 - XP. Использование средств визуального программирования при разработке геотехнологического информационно-моделирующего комплекса предоставляет пользователю возможность работы со стандартными интерфейсными объектами – окнами, списками, таблицами, которые легко связываются с базами данных и отображаются на экране монитора. Интерфейс геотехнологического информационно-моделирующего комплекса включает в себя стандартные элементы управления – кнопки, переключатели, флажки, меню, всплывающие подсказки на русском языке.

Запуск программы активизирует главное окно, содержащее заголовок, панель меню, панель инструментов, рабочую область, статус-строку, отображающую контекстные подсказки, расчетное время, координаты положения курсора на карте, текущее системное время. Главное окно приложения предназначено для работы с проектом, представляющим собой некоторую совокупность пространственно-атрибутивной информации о полигоне ПВ, геологическом, минералогическом строении и временной эволюции состояния продуктивного горизонта. Ввод и редактирование данных, управление расчетом и представлением результатов, сохранение данных осуществляются с помощью блоков управления проектом, управления объектами геотехнологической системы и параметрами моделирования, визуализации данных, управления расчетом, обработки команд (рис.1).

Применение ГТИМК для проектирования и управления разработкой блока месторождения методом ПВ осуществляется в несколько этапов. На первом этапе создается цифровая модель блока. Она предназначена для определения технологических параметров блока, представляющих интерес с точки зрения добычи урана (запасы урана, кислотоемкость и т.д.), планирования размещения технологических объектов, предварительного планирования способов отработки блока, визуализации продуктивного горизонта и рудного тела и др. Также, цифровая модель блока служит в качестве исходных данных для моделирования разработки блока.

Цифровая модель блока включает в себя цифровую модель продуктивного горизонта, а также цифровые модели технологических и логических объектов блока. К технологическим объектам блока относятся наблюдательные и технологические скважины, к логическим объектам можно отнести технологические ячейки и сам блок. Цифровая модель продуктивного горизонта включает в себя распределения физических величин, характеризующих фильтрационные, минералогические и литологические параметры продуктивного горизонта в блоке и его окрестности.

Результаты интерполяции распределений мощности продуктивного горизонта и содержания урана в твердой фазе Рис. 2.
Результаты интерполяции распределений мощности продуктивного горизонта и содержания урана в твердой фазе: а) распределение мощности, б) распределение содержания урана. Изолиниями отмечены уровни физических величин. Точки соответствуют расположению технологических скважин.

На втором этапе проводится определение параметров моделирования физико-химических процессов. Параметры моделирования определяются по результатам лабораторных экспериментов и на основе данных опытных и опытно-промышленных работ.

На третьем этапе проводится прогнозный расчет эксплуатации месторождения. Основой для проведения расчета является цифровая модель блока. При расчете моделируются как гидродинамические, так и физико-химические процессы, протекающие в системе выщелачивающий раствор – подземные воды – вмещающая порода. Результатом расчета являются технологические показатели разработки (масса извлеченного урана, расход реагентов и др.), оставшиеся запасы урана в продуктивном горизонте, а также другие характеристики разработки месторождения. На основании прогнозного расчета делаются выводы о целесообразности разработки месторождения данным способом. Если способ не отвечает необходимым требованиям, то проводится повторение третьего и/или второго этапов с целью поиска более приемлемых схем разработки месторождения.

Распределения продуктивности в области моделирования на момент начала разработки блока и на момент окончания моделирования. Рис. 3.
Распределения продуктивности (кгурана/м2) в области моделирования: а) на момент начала разработки блока; б) на момент окончания моделирования. Ломаной линией отмечены границы блока.

С помощью созданного комплекса было проведено моделирование разработки блока Далматского месторождения урана, Россия. На основе данных о минералогическом, геологическом и гидрогеологическом строении продуктивного горизонта в технологических скважинах, была создана цифровая модель блока месторождения. Результаты интерполяции распределений мощности продуктивного горизонта и содержания урана приведены на рис.2. Физико-химические параметры определялись на основе сравнения результатов компьютерного моделирования и данных опытно-промышленных работ. Моделировалась разработка блока, включающего в себя три откачных и восемь нагнетательных скважин. При этом использовались реальные характеристики скважин и режимы их работы. Сравнение распределений продуктивности на момент начала и окончания эксплуатации блока приведено на рис.3. На рис.4 приведена временная динамика концентраций урана и серной кислоты в откачной скважине 1-8-9, полученные в ходе опытной разработки блока Далматского месторождения и на основе компьютерного моделирования. Хорошее соответствие расчетных и экспериментальных результатов подтверждает адекватность модели и правильность расчетов разработки месторождения методом ПВ.

Концентрация компонентов в откачной скважине 1-8-9: а) концентрация урана, б) концентрация кислоты Рис. 4.
Концентрация компонентов в откачной скважине 1-8-9 (◊ – экспериментальные данные, / – результаты моделирования): а) концентрация урана, б) концентрация кислоты

Разработан геотехнологический информационно-моделирующий комплекс, позволяющий моделировать разработку месторождения урана методом подземного выщелачивания. Используемая в программном комплексе математическая модель адекватно описывает физико-химические процессы в продуктивном горизонте при сернокислотном выщелачивании урана. Программный комплекс может быть использован при проектировании и разработке месторождений урана методом ПВ для увеличения доли извлеченного урана, уменьшения расходов на единицу продукции и минимизации загрязнения подземных вод. На существующих месторождениях, разрабатываемых с помощью ПВ, его можно использовать для обоснования ввода в эксплуатацию новых скважин, подбора режима эксплуатации скважин, обеспечивающего максимальное извлечение урана при минимальных затратах. На разведанных месторождениях ГТИМК может быть использован для определения оптимального расположения нагнетательных и откачных скважин, подбора режимов эксплуатации скважин, обеспечивающих максимальную эффективность разработки.

 

М.Д. Носков,
проректор по научной работе и международной деятельности, доктор физико-математических наук,
А.Н. Жиганов,
ректор академии, доктор технических наук, профессор,
А.Д. Истомин,
доцент, кандидат физико-математических наук,
А.Г. Кеслер,
старший преподаватель,
А.А. Чеглоков,
программист Северская государственная технологическая академия (Росатом),
г.Северск Томской обл.

 

Литература

  1. Перельман А.И. Геохимия эпигенетических процессов. М.: Недра, 1965. – 272 с.
  2. Кошколда К.Н., Пименов М.К., Атакулов Т. и др. Пути интенсификации подземного выщелачивания. М.: Энергоатомиздат, 1988. – 224 с.
  3. Жиганов А.Н, Носков М.Д., Истомин А.Д., Кеслер А.Г., Невзорова Н.С. Геотехнологический информационно-моделирующий комплекс для оптимизации процесса подземного выщелачивания урана. Известия Томского политехнического университета, №3, т.308, с.78-83.

 


 
Дорогие читатели! Вы можете прокомментировать данный материал. Интересные идеи, непредвзятые точки зрения и конструктивные замечания - приветствуются.
Информация

Календарь выставок и форумов

Нет информации о выставках на ближайшие 30 дней

Выставки и форумы одной строкой

Дата проведения: 14.11.2018 - 15.11.2018. Межрегиональная специализированная выставка ... далее
Дата проведения: 16.09.2018 - 18.09.218. Международная выставка IMPC 2018–EXPO... далее
Дата проведения: 15.09.2018 - 21.09.218. XXIX Международный конгресс по обогащению пол... далее

Котировки

Курсы валют ЦБ РФ
с Дата
USD
00,0000
EUR
00,0000
BYN
00,0000
KZT
00,0000
CNY
00,0000
LME - Лондонская биржа цветных металлов цены ($/тн):
 

Подписка на новости

Подпишитесь на новости. Введите Ваш e-mail

Подписка на RSS канал

Нашли ошибку в тексте? Выделите ее и нажмите Ctrl + Enter