BR112012029804B1 - método para remover água de uma mina, sistema de remoção de água de uma mina, e método de remoção de água de uma mina - Google Patents

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Abstract

MÉTODO PARA REMOVER ÁGUA DE UMA MINA, SISTEMA DE REMOÇÃO DE ÁGUA DE UMA MINA, E MÉTODO DE REMOÇÃO DE ÁGUA DE UMA MINA É apresentado um sistema e método para promover água de forma eficiente de áreas de mina. Em uma modalidade, um ou mais poços de remoção de água direcionalmente perfurados são perfurados para a formação geológica, de modo que pelo menos uma porção do poço de remoção de água seja posicionada abaixo da mina. Em uma moda-lidade, um ou mais dos poços de remoção de água podem ter origem fora do períme-tro da mina, de modo a não interferirem com as operações da mina. Em uma modali-dade, uma avaliação hidrogeológica juntamente com requisitos de remoção de água da mina. Em uma modalidade, uma avaliação hidrogeológica juntamente com uma de-terminação dos requisitos de remoção de água da mina e áreas circundantes pode ser usada para criar um plano de remoção de água da mina. Em uma modalidade, o plano de remoção de água da mina fornece informações de projeto pertencentes a cada poço de remoção de água.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[0001] A presente invenção se refere genericamente a operações de mineração e, mais particularmente, a um sistema e método de remover água de mina usando perfuração direcional.
FUNDAMENTOS
[0002] Minas a céu aberto e subterrâneas que são desenvolvidas abaixo do lençol freático subterrâneo tipicamente precisam ter a água removida. A remoção de água é necessária a fim de minimizar o influxo de água para as operações, reduzir custos operacionais, melhorar o desempenho geotécnico da mina e criar um ambiente de trabalho seguro. Poços de bombeamento verticais podem ser utilizados a fim de abaixar as alturas de água subterrânea antes das operações de mineração e, em alguns casos, abaixar o fluxo de gravidade em drenos horizontais perfurados nas paredes da mina de uma superfície dentro da mina.
[0003] No entanto, poços de bombeamento verticais são muitas vezes dificeis de implementar e manter por diversas razões, incluindo: (1) hidrogeologia da rocha de embasamento pode ser compartimentada por falhas e contatos subverticais que podem resultar em poços individuais tendo influência hidrogeológica e produtividade limitadas; e (2) os poços podem precisar ser colocados diretamente dentro de áreas de operação da mina de forma que eles podem ser destruídos ou danificados pela mina em avanço resultando em tempo paralisado do sistema de remoção de água e substituição e/ou reparação frequente.
[0004] Há ainda uma necessidade de um sistema de remoção de água de mina e método capaz de remover água de áreas de mina de uma forma eficiente e de custo eficaz.
SUMÁRIO
[0005] Por conseguinte, um sistema e método capaz de eficientemente e eficazmente remover água de áreas de mina são divulgados. Em uma modalidade, um ou mais poços de remoção de água são perfurados na formação geológica, de modo que pelo menos uma porção do poços de remoção de água é posicionada abaixo da mina. Em uma modalidade, isto é realizado utilizando um arranjo de perfuração direcional.
[0006] Em uma modalidade, uma ou mais bombas submersíveis podem ser posicionadas dentro do poço para permitir que água coletada no mesmo seja bombeada para a superfície e para longe da mina. Em uma modalidade, um ou mais poços de remoção de água perfurados direcionalmente podem comandados a distância do perímetro da mina de forma a não interferir com as operações da mina. Em uma modalidade, pelo menos uma porção do poço de remoção de água é posicionada diretamente abaixo da porção mais profunda da mina ou de uma fase de alvo de mineração.
[0007] Em uma modalidade, o(s) poço(s) de remoção de água pode(m) ser perfurado(s) direcionalmente para uma posição abaixo do lençol freático da formação geológica. Além disso, em uma modalidade, poços de remoção de água podem ser perfurados de uma maneira a interceptar compartimentos subterrâneos carregando água localizados dentro da formação.
[0008] Em uma modalidade, uma avaliação hidrogeológica juntamente com uma determinação dos requisitos de remoção de água da mina e de áreas circundantes pode ser utilizada para criar um plano de remoção de água da mina. Em uma modalidade, o plano de remoção de água fornece informações de projeto referentes a cada poço de remoção de água.
[0009] As modalidades presentes oferecem uma série de vantagens sobre o uso de poços de remoção de água verticais. Por exemplo, poços de remoção de água perfurados direcionalmente são capazes de: (1) alvejar áreas diretamente abaixo da mina ou de fase direcionada de mineração, onde a quantidade máxima de retirada de estoque e extração é necessária, (2) interceptar e coletar água de recarga de gradiente superior; e (3) operar em uma base continua devido à sua origem de fora do perimetro da mina.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[00010] A Figura 1 é um exemplo de sistema de perfuração direcional de uma modalidade.
[00011] A Figura 2 é uma vista em corte transversal de uma formação da Terra de exemplo de uma modalidade.
[00012] A Figura 3 é uma vista superior da formação da Terra de exemplo da Figura 2.
[00013] A Figura 4 é uma vista em corte transversal de uma formação da Terra de exemplo de uma modalidade.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[00014] A presente modalidade é aqui descrita como um método de remoção de água de uma mina e como um sistema de remoção de água de mina. A Figura 1 ilustra um exemplo de sistema de perfuração direcional (10) tendo uma coluna de perfuração tubular (12) com um ou mais comandos (14) e juntas múltiplas de tubo de perfuração (16) . Uma ou mais brocas de perfuração (18) podem ser acopladas à extremidade inferior da coluna de perfuração e operacionalmente arranjadas para escavar um poço (20) através de várias formações de terra de subsuperficie (22) em resposta à rotação da coluna de perfuração (12) . À medida que a coluna de perfuração (12) está sendo girada por uma sonda de perfuração ou de outro aparelho de perfuração (não mostrado) na superfície (24), um volume substancial de um fluido de perfuração apropriado (26), ou uma assim chamada "lama", pode ser bombeado para baixo através da coluna de perfuração tubular.
[00015] A lama (26) pode, então, ser subsequentemente descarregada de múltiplas passagens de fluido na broca de perfuração (18) para resfriar a broca, bem como para transportar materiais de formação removidos pela broca para a superfície quando a lama de perfuração é retornada para cima (como mostrado pela seta 28) por meio do anular (30) localizado entre o poço (20) e a coluna de perfuração (12) . Funcionalidade adicional (32) pode ser utilizada para facilitar a utilização e manutenção do sistema de perfuração direcional de exemplo (10) mostrado na Figura 1. Sistemas de perfuração direcional, tal como o exemplo da Figura 1, são descritos em mais detalhes na Patente Norte Americana US 4.637.479 para Leising, intitulada "Methods and Apparauts for Controlled Directional Drilling of Boreholes", cuja revelação é aqui incorporada por referência. Deve ser entendido que a presente modalidade pode utilizar qualquer sistema/método adequado de perfuração direcional e não está limitado aos exemplos aqui fornecidos.
[00016] As Figuras 2 e 3 ilustram uma vista em corte transversal e uma vista superior (respectivamente) de uma formação geológica de exemplo (22) contendo uma mina a céu aberto (34) tendo perímetro (36). Em uma modalidade, o perimetro é a área geográfica utilizada pelo pessoal da mina para operar e manter a mina (34). Desenvolvimento da mina pode resultar em penetração do lençol freático local ou regional (38), causando um influxo de água para a mina (34), o que pode se tornar, na melhor das hipóteses, um incômodo para as operações de mineração e, na pior das hipóteses, um perigo para as operações e o pessoal da mina. Condições de trabalho secas dentro da mina (34) são preferidas, pois essas condições reduzem o desgaste das máquinas, reduzem os custos de movimentação de terra e melhoram a estabilidade de talude.
[00017] Em uma modalidade, um ou mais poços de remoção de água (40) podem ser perfurados na formação (22), utilizando um sistema de perfuração direcional, tal como aquele descrito acima em referência à Figura 1. Em uma modalidade, pelo menos uma porção do poço de remoção de água é posicionada substancialmente abaixo da mina (34), substancialmente abaixo da fase selecionada de mineração e/ou substancialmente abaixo do perimetro da mina (36). O posicionamento do poço de remoção de água (40) substancialmente abaixo da mina (34), substancialmente abaixo da fase selecionada de mineração e/ou substancialmente abaixo do perimetro (36) da mina permite que a água, que de outro modo poderia afetar as operações da mina, seja coletada dentro do poço de remoção de água. Em uma modalidade, pelo menos uma porção do poço de remoção de água é posicionada diretamente abaixo da porção mais profunda da mina (34D).
[00018] Em uma modalidade, uma ou mais bombas submersíveis (42) podem ser posicionadas dentro do poço de remoção de água, a fim de bombear água coletada dentro do poço de remoção de água para longe da mina (34) . Em uma modalidade, a cabeça de poço (40W) de um ou mais dos poços de remoção de água (40) pode ser posicionada fora do perimetro (36) da mina (34). Este recurso evita a interferência com operações da mina e permite que as operações de remoção de água prossigam mesmo quando as operações de mina expandem. Em uma modalidade, as bombas submersíveis podem ser equipadas com motores, bem como sistemas de acionamento de frequência variável, para permitir altura de bombeamento e variabilidade de fluxo.
[00019] Em uma modalidade, múltiplos poços de remoção de água podem ser utilizados a fim de proporcionar o desejado efeito de remoção de água. O número e a colocação de cada um dos poços de remoção de água (40) podem depender das características hidrogeológicas da formação (22), incluindo a localização do lençol freático (38).
[00020] A Figura 4 ilustra uma modalidade em que um poço de remoção de água (40) foi direcionalmente perfurado na formação (22) substancialmente abaixo da mina ou da fase selecionada de mineração e equipado com revestimento (44). Em uma modalidade, o poço de remoção de água (40) pode ser equipado com uma ou mais telas ranhuradas (não mostradas) de forma que o poço de remoção de água esteja em comunicação com a água contida dentro da formação (22) . Em uma modalidade, uma ou mais telas ranhuradas podem ser usadas para construir todo ou parte do revestimento (44) . Em uma modalidade, uma tela ranhurada pode ser instalada como o material de liner de poço para a seção inteira de poço residindo abaixo do lençol freático (38) da formação (22) . Nesta modalidade, duas seções de revestimento de poço (44) podem ser utilizadas. Uma primeira seção de revestimento de poço (44A) acima do lençol freático composta por um revestimento de poço cego e uma segunda seção de revestimento de poço (44B) posicionada abaixo do lençol freático (38) composta por uma ou mais telas ranhuradas capazes de permitir que água flua da formação (22) para o poço (40) .
[00021] Em uma modalidade, o(s) poço(s) de remoção de água (40) pode(m) ser perfurado(s) e/ou aberto de uma maneira a interceptar um ou mais compartimentos hidrogeológicos ou falhas carregando água (46) na formação (22). Esta característica aumenta a produtividade do poço, bem como a área de influência para cada poço de remoção de água.
[00022] Os poços de remoção de água direcionais (40) são capazes de remover água subterrânea armazenada na formação a ser minerada, dentro do perímetro da mina, e também dos declives da mina deixados in-situ em áreas imediatamente rodeando a operação da mina. Além disso, o(s) poço(s) de remoção de água pode(m) ser perfurado(s) e/ou aberto(s) de tal maneira a interceptar conexões cruzadas ocorrendo naturalmente (48) na formação (22) que estão em comunicação com e/ou interligam um ou mais compartimentos carregando água (46).
[00023] Após o revestimento de poço (44) ter sido perfurado, um tubo e uma estrutura de bomba podem ser abaixados no poço (40). Em uma modalidade, o tubo e a estrutura de bomba incluem um riser ou tubagem de descarga (50) . A água dentro da mina (34) e/ou na formação circundante (22) pode o poço através da(s) tela(s) ranhurada(s) construída(s) como parte do revestimento de poço (44). A água, em seguida, se desloca para a bomba submersível (42) posicionada dentro do poço (40) após o que a água pode ser bombeada para cima para a superfície através do tubo de riser (50).
[00024] A(s) bomba(s) submersível(is) (42) pode(m) ser acoplado (s) ao tubo de riser (50) de tal modo que a água coletada no poço possa ser bombeada para fora da mina. Em uma modalidade, um armário de controle elétrico (52) pode ser utilizado para monitorar e controlar a operação de remoção de água, incluindo o fluxo de água para fora do tubo de descarga (50), usando medidores de fluxo (54), válvulas de controle (56) e outro equipamento de monitoramento adequado acoplado ao tubo de riser (50).
[00025] Em uma modalidade, uma avaliação hidrogeológica juntamente com uma determinação dos requisitos de remoção de água da mina e de áreas circundantes pode ser utilizada para criar um plano de remoção de água da mina. Em uma modalidade, o plano de remoção de água da mina fornece informações sobre o projeto de cada poço de remoção de água.
[00026] Em uma modalidade, uma avaliação hidrogeológica da mina e de áreas circundantes pode ser realizada antes e/ou em conjunto com operações de remoção de água da mina. Em uma modalidade, uma variedade de dados pode ser utilizada a fim de avaliar as propriedades hidrogeológicas da formação, tal como dados de modelagem de bloco geológico, dados de modelação de Designação de Qualidade de Rocha (na sigla em inglês para Rock Quality Designation,RQD), dados piezométricos, dados de inspeção de testemunho, dados de teste de furo piloto, estimativas espaciais de argila total, dureza de rocha e taxas de penetração, etc. Os dados relativos às características de recarga da formação podem também ser utilizados.
[00027] Por exemplo, os dados RQD podem fornecer informações sobre a quantidade de fraturamento em vários niveis da formação. Em uma modalidade, os dados RQD podem ser entrada para um modelo de bloco geológico, aumentado e analisado. Dados RQD sobre a natureza da fratura da rocha de embasamento, isto é, a presença e o tipo de material de enchimento, a frequência e o tamanho das fraturas, podem ser úteis em determinar a permeabilidade de rochas dentro da formação.
[00028] Além disso, amostras de testemunho podem ser inspecionadas para obter uma compreensão qualitativa da natureza do fraturamento para diferentes classificações RQD. Dados piezométricos podem ser utilizados para fornecer orientação a respeito de fluxo de água subterrânea provável dentro da formação, resposta de bombeamento em um ou mais poços de teste e/ou uniformidade de extração de água durante operações de bombeamento. Em uma modalidade, a avaliação hidrogeológica fornece informações sobre a localização, permeabilidade, continuidade, conectividade e orientação de unidades geológicas, falhas e contatos dentro da formação, bem como a compartimentalização de sistemas geológicos dentro da formação, de modo que poços de remoção de água perfurados direcionais possam ser posicionados de forma ótima.
[00029] Em uma modalidade, o alinhamento do(s) poço(s) de remoção de água pode ser concebido de acordo com um arranjo 3D utilizando modelos de bloco geológico e/ou conjuntos de dados RQD. Poços de remoção de água podem ser alinhadas e orientados através de materiais fraturados otimamente com efetividade hidráulica interpretada, durante o processo de perfuração, usando o modelo de bloco como um guia. Este recurso ajuda a assegurar que o(s) poço(s) de remoção de água intercepta(m) zonas subterrâneas produtivas.
[00030] Em uma modalidade, a avaliação hidrogeológica da formação pode ser utilizada para determinar e/ou atualizar um ou mais requisitos de remoção de água para a operação da mina. Em uma modalidade, uma abordagem interpretativa e/ou analítica pode ser utilizada para prever requisitos de bombeamento de produção de remoção de água de camada de embasamento para a mina. Em uma modalidade, estimativas de previsão superior e inferior podem ser feitas revisando variações de fluxo, pois elas pertencem a parâmetros chave, tal como a remoção de estoque de água subterrânea, influxo do sistema de água subterrânea local ou regional, recarga local devido à infiltração de precipitação incidente e/ou escoamento de água da superfície. Em uma modalidade, os conjuntos de dados utilizados para tais estimativas podem incluir informação relativa a planos de mina futuros, níveis de água subterrânea atuais, informações topográficas locais, dados climáticos históricos e/ou o desempenho do sistema de remoção de água até ho j e.
[00031] Em uma modalidade, o plano operacional da mina pode ser usado para calcular o bloco anual de camada de embasamento que requer drenagem para manter condições de remoção de água. Bloco(s) requerendo remoção de água podem ser prolongados para além do perímetro da mina, por exemplo, para os limites de resposta observada na formação com base no desempenho de remoção de água observado anterior.
[00032] A contra-análise de operações de remoção de água anteriores na área da mina pode também ser levada em consideração definindo o cone de depressão aplicável usando dados de piezômetro. O volume de camada de embasamento drenada pode, então, ser estimado e a porosidade drenável da camada de embasamento necessária requerida para suportar o volume de água bombeado a partir da área pode, então, ser determinada.
[00033] Influxo do sistema de água subterrânea local ou regional pode também ser levado em conta a fim de determinar os requisitos de bombeamento de produção de remoção de água para a mina. À medida que o fundo da mina é aprofundado e drenado progressivamente ao longo do tempo, um gradiente hidráulico crescente entre a mina e o sistema de água local pode se desenvolver. Além disso, o potencial para vazamento de água vertical a partir da sequência geológica para a camada de embasamento e a área da mina pode aumentar. A taxa à qual água subterrânea do sistema de água local flui para a área da mina pode ser controlada, pelo menos em parte, pela permeabilidade das estruturas delimitadoras e/ou as unidades geológicas presentes na formação. Em muitos casos, o influxo de água a partir do sistema de água local pode aumentar à medida que a mina aprofunda para a formação.
[00034] Em uma modalidade, os requisitos de remoção de água podem ser expressos de acordo com qualquer arranjo adequado. Em uma modalidade, os requisitos de remoção de água da mina podem ser expressos em termos da remoção de água necessária de acordo com um arranjo de galões contra tempo ao longo da duração prevista da operação da mina. Gráficos e/ou representações ilustrando os requisitos de remoção de água necessários da mina podem estar preparados para ilustrar graficamente os requisitos de remoção de água da operação da mina.
[00035] A avaliação hidrogeológica, os requisitos de remoção de água da mina e outras informações aplicáveis sobre a mina podem ser usadas para gerar um plano de remoção de água da mina incluindo o uso de poços de remoção de água perfurados direcionalmente. Em uma modalidade, o plano de remoção de água da mina trata de cada objetivo de remoção de água, bem como dos parâmetros de projeto ótimos para cada poço de remoção de água proposto, incluindo informações, tal como o número de poços de remoção de água a serem utilizados, onde os poços serão perfurados, etc.

Claims (2)

1. MÉTODO PARA REMOVER ÁGUA DE UMA MINA, caracterizado por compreender as etapas de: a) direcionalmente perfurar um primeiro poço em uma formação adjacente a referida mina, adquirir dados de avaliação hidrogeológica do referido poço, e conduzir uma avaliação hidrogeológicada referida formação; b) avaliar os dados de avaliação hidrogeológicapara determinar pelo menos um caminho de poço direcional que poderia encontrar pelo menos pelo menos uma zona geológica proximal à referida mina, referida avaliação hidrogeológica identificando uma zona geológica aparentando estar em comunicação fluida com referida mina e tendo pelo menos alta permeabilidade; c) direccionalmente perfurar um pelo menos um poço adicional ao longo do determinado pelo menos um caminho de poço , de modo que pelo menos uma porção do poço esteja posicionada substancialmente abaixo da referida mina de modo que pelo menos uma porção do referido poço seja capaz de coletar água a partir da referida formação d) posicionar uma ou mais bombas submersíveis dentro do poço; e) coletar água dentro do referido poço, antes de pelo menos uma porção da referida água entrar na referida mina; e f) bombear referida água para fora do referido perímetro de mina, sendo que referido poço é perfurado na referida formação geológica de modo a intersectar um ou mais compartimentos subterrâneos carregando água subterrânea ou uma ou mais conexões transversais de ocorrência natural dentro da referida formação.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a etapa de conduzir uma avaliação hidrogeológica da referida mina compreender adicionalmente : determinar um ou mais requisitos de remoção de água para a dita mina.
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