CN104234667B - 卤水沟渠及其系统和开挖方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卤水沟渠，所述卤水沟渠位于盐湖地表下的矿层中，所述卤水沟渠包括一采卤暗渠和多个采卤井，所述采卤暗渠连通所述多个采卤井。本发明还提供一种卤水沟渠系统，包括多个如前所述的卤水沟渠，其中，所述多个卤水沟渠并行排列并且相互连通。本发明还提供了一种卤水沟渠的开挖方法，包括步骤：S101、在盐湖中具有第一长度的第一区域上开挖多个相互间隔的采卤井；S102、采用水平定向钻在盐湖地表下开挖连通所述多个采卤井的采卤暗渠，获得所述卤水沟渠。所提供的卤水沟渠位于盐湖地表下，为封闭式结构，采卤暗渠和采卤井不易结盐，即卤水沟渠不易堵塞，大大减少了采卤渠的维护和保养的费用。
Description
技术领域
本发明涉及一种采取盐湖卤水的沟渠及其系统以及相应的开挖方法。
背景技术
钾是植物生长的一种重要元素，主要积存在植物的茎秆中，由于收获农作物及水土流失等原因，常常需要往土壤中增加钾肥来补充土壤中钾素的损耗。目前使用最多的钾肥是氯化钾，也有使用硫酸钾或碳酸钾的。氯化钾通常是从白钾石盐矿或光卤石矿提取的，海水及盐湖卤水也是提取氯化钾的重要资源。我国新疆、甘肃、青海、内蒙古等省、自治区都有丰富的盐湖资源，从盐湖卤水中提取氯化钾对于开发盐湖资源，缓解我国土壤普遍缺钾现象有着重要意义。
生产钾肥所需的卤水分布在盐湖的地表以下，卤水层具有水平分异和垂直分异，局部地段卤水结盐严重。传统的卤水开采形式为开放式采卤渠，采卤渠断面为梯形，随着深度加大上宽也在变大，一般开挖式卤渠深度在10M,底宽为3M，边坡系数0.2～0.28，此种渠道是采卤渠，同时又是输卤渠，采卤渠采用00.2％为渠道底坡。采卤渠因距离长，暴露面积大，渠壁、渠道结盐快，影响集卤能力。开放式的采卤渠主要采用爆破式结合大型机械设备开挖方法，施工难度大，费用高、施工周期长。例如：开挖深度为10M，长度为10KM的采卤渠，以使用大型挖掘机3台、推土机1台及自卸车5台为例进行计算，则开挖费用约为250万元/KM，爆破费用约为250万/KM，总费用在5000万元左右，施工周期约为1.5年，并且每年的清渠费用也高达1000万元左右。
传统的开放式的采卤渠直接是从地表上开挖，对地形、地貌的破环严重，无法再恢复原貌；采卤渠系统因距离长，暴露面积大，渠壁、渠道结盐快，影响集卤能力，后续的清理费用高；并且开放式的采卤渠采用爆破的方式开挖，开挖过程中使用多种类型的大型机械设备交叉作业，存在安全隐患，也拉长了施工周期。
发明内容
针对上述提到的现有技术的不足，本发明提出了一种卤水沟渠，所述卤水沟渠位于盐湖地表下的矿层中，所述卤水沟渠包括一采卤暗渠和多个采卤井，所述采卤暗渠连通所述多个采卤井。
优选地，所述多个采卤井呈近似于直线的排列。
优选地，所述采卤井的直径为1～2m，深度为10～100m，相邻两个采卤井相互间隔的距离为30～50m。
优选地，所述采卤暗渠的截面呈近似于圆形，其直径为0.3～2m。
优选地，所述采卤暗渠位于地表下的深度距离所述采卤井井底的高度至少为1.5m。
本发明的另一方面是提供一种卤水沟渠系统，包括多个如前所述的卤水沟渠，所述多个卤水沟渠并行排列并且相互连通。
优选地，所述多个卤水沟渠中的所有采卤暗渠位于地表下的深度相同。
优选地，所述多个卤水沟渠中的采卤暗渠位于地表下的深度不相同。
优选地，所述卤水沟渠系统还包括集卤坑和位于地表上的输卤渠；所述多个卤水沟渠中的所有采卤暗渠连通到所述集卤坑，所述输卤渠用于将所述集卤坑的卤水向外部输送。
本发明还提供了一种卤水沟渠的开挖方法，包括步骤：
S101、在盐湖中具有第一长度的第一区域上开挖多个相互间隔的采卤井；
S102、采用水平定向钻在盐湖地表下开挖连通所述多个采卤井的采卤暗渠，获得所述卤水沟渠。
优选地，在所述第一区域的末端设定第二区域，在所述第二区域中重复步骤S101和S102，并且将第一区域中的卤水沟渠和第二区域中的卤水沟渠连通，重复以上步骤，获得具有更长长度的卤水沟渠。
优选地，所述第一长度为400～1000m。
有益效果：
一、本发明实施例提供的卤水沟渠及其系统，位于盐湖地表下，为封闭式结构，采卤暗渠和采卤井不易结盐，即卤水沟渠不易堵塞，大大减少了采卤渠的维护和保养的费用。
二、该卤水沟渠及其系统位于盐湖地表下，对地形、地貌的破环小，对地表上的地形、地貌几乎没有影响。
三、该卤水沟渠及其系统中，采卤暗渠呈横向布置，采卤井呈纵向布置，纵横交错形成的采卤网络，更有利于卤水的采集，可以采集更深层的卤水。
四、本发明实施例提供的卤水沟渠的开挖方法，通过采用水平定向钻在盐湖地表下开挖采卤暗渠，避免使用爆破的方式以及大型机械设备，缩短了施工周期，大大降低了开挖成本，提高了开挖过程的安全性，并且有效保护了盐湖的地形、地貌。
附图说明
图1为本发明实施例提供的卤水沟渠的横向剖面图。
图2为本发明实施例提供的卤水沟渠的纵向剖面图。
图3为本发明实施例提供的卤水沟渠系统的横向剖面图。
图4为本发明实施例提供的卤水沟渠系统的纵向剖面图。
图5为本发明实施例提供的卤水沟渠开挖方法的工艺流程图。
图6为本发明实施例提供的卤水沟渠开挖方法中的示例性图示。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面将结合附图用实施例对本发明做进一步说明。
参阅图1和图2，图1为本实施例提供的卤水沟渠的横向剖面图，图2为本实施例提供的卤水沟渠的纵向剖面图。本实施例提供的卤水沟渠1位于盐湖地表下的矿层中，该卤水沟渠1包括一采卤暗渠10和多个采卤井20，所述采卤暗渠10连通所述多个采卤井20。
其中，所述采卤暗渠10的截面呈近似于圆形，其直径D1较为优选的范围是0.3～2m；多个采卤井20呈近似于直线的排列，每一采卤井20的直径D2优选的范围是1～2m，深度H1优选的范围是10～100m，相邻两个采卤井20相互间隔的距离L1优选的范围是30～50m。
其中，所述采卤暗渠10位于地表下的深度距离所述采卤井20井底的高度H2至少为1.5m。
在一个较为优选的方案中，通过设置采卤井20的深度，使得采卤暗渠10位于地表下的深度在2～25m的范围内。
其中，为了消除安全隐患，在采卤井20顶部还可设置有井盖(附图中未标示出)。
根据实际开采的盐湖的情况，可以在盐湖中并行的开设多个如前所述的卤水沟渠，构成卤水沟渠系统。参阅图3和图4，图3为本实施例提供的卤水沟渠系统的横向剖面图，图4为本实施例提供的卤水沟渠系统的纵向剖面图。如图3所示，该卤水沟渠系统包括多个如前述提供的卤水沟渠1(本实施例中以包含3个卤水沟渠1的卤水沟渠系统为例进行说明)，多个卤水沟渠1在盐湖中并行排列并且通过第一连通渠3相互连通。本实施例中，第一连通渠3与卤水沟渠1中的采卤暗渠10呈垂直布置，在另外的一些实施例中，第一连通渠3与采卤暗渠10也可以呈倾斜的布置，只要满足将多个卤水沟渠1相互连通即可。
在本实施例中，所述卤水沟渠系统还包括集卤坑2和位于地表上的输卤渠(附图中未标示出)；其中，每一卤水沟渠1中的采卤暗渠10分别通过第一连通渠4连通到集卤坑2，集卤坑2用于集中每一卤水沟渠1采集到的卤水，而输卤渠用于将集卤坑2的卤水向外部输送。
如图4所示，本实施例中，卤水沟渠系统的多个卤水沟渠1中的采卤暗渠10位于地表下的深度相同，换另一方式说，就是多个卤水沟渠1中的采卤暗渠10位于地表下的深度距离采卤井20井底的高度H21、H22、H23相同。当然，在另外的一些实施例中，高度H21、H22、H23也可以设置为是不相同的。
以上实施例提供的卤水沟渠及其系统，位于盐湖地表下，为封闭式结构，采卤暗渠和采卤井不易结盐，即卤水沟渠不易堵塞，大大减少了采卤渠的维护和保养的费用；该卤水沟渠及其系统位于盐湖地表下，对地形、地貌的破环小，对地表上的地形、地貌几乎没有影响；该卤水沟渠及其系统中，采卤暗渠呈横向布置，采卤井呈纵向布置，纵横交错形成的采卤网络，更有利于卤水的采集，可以采集更深层的卤水。
下面介绍本实施例提供的卤水沟渠1的开挖方法，如图5所示，该方法主要包括步骤：
S101、在盐湖中具有第一长度的第一区域上开挖多个相互间隔的采卤井；
S102、采用水平定向钻在盐湖地表下开挖连通所述多个采卤井的采卤暗渠，获得所述卤水沟渠。
具体地，结合图6所示，该方法具体包括以下步骤：
(1)、在盐湖上沿预先设计的卤水沟渠的方向设定第一区域100，本实施例中，第一区域100的长度L为500m，该长度L即为如上所述的第一长度。在另外一些实施例中，该长度L的范围较为优选的范围是400～1000m。
(2)、在第一区域100上，使用旋挖钻配合捞沙钻头多个相互间隔的采卤井20，采卤井20可采用等间距的排布方式，也可以是不等间距的，较为优选的间距范围是30～50m，采卤井20的深度可根据盐湖中卤水矿层的分布预先设定，较为优选的范围是10～100m。
(3)、在第一区域100的第一端A，采用水平定向钻沿45°(该角度是指竖直方向与水平定向钻钻入方向的夹角α，α较为优选的范围是30～60°)的方向钻入盐湖地表下，连通到第一区域100的第一端A的第一个采卤井20。其中的连通点的深度即为采卤暗渠10位于地表下的深度。
(4)、控制水平定向钻沿水平方向，将所有的采卤井20连通；最后控制水平定向钻从第一区域100的第二端B沿45°(该角度该角度是指竖直方向与水平定向钻钻出方向的夹角优选的范围是30～60°)角钻出地面。
(5)、将水平定向钻的钻头换成回扩器，从第一区域100的第二端B将沟渠回扩至第一端A，增大沟渠的直径；再将水平定向钻的回扩器换成钻头，从第一区域100的第一端A钻至第二端B，进一步增大沟渠的直径，如此重复多次，直至获得具有预先设计直径的采卤暗渠10。
在以上的步骤(5)中，每更换一次回扩器或钻头，直径增大的范围较佳的选择是15～20cm。对于初始钻头的直径的选择，如果直径过大，则初始开挖的难度较大，容易造成钻头损坏，如果直径过小，则需要往复回扩的次数过多，增加成本，拉长施工周期，因此，比较合适的初始钻头的直径∮为30cm左右。以每更换一次回扩器或钻头直径增大15cm为例，假如初始钻头为∮＝30cm，则第一次在第二端B更换∮＝45cm的回扩器，回扩至第一端A后，再更换∮＝60cm的钻头，以此类推，重复多次后获得具有预先设计直径的采卤暗渠10，形成包括采卤暗渠10和采卤井20的卤水沟渠。
当需要在较长的盐湖区域内开挖卤水沟渠时，可以将较长的区域分为若干个较短的区域，例如，预先设计的卤水沟渠的长度为10Km,则可以将该长度为10Km的区域分为20个长度为500m的依次相连的较短区域：第一区域、第二区域、第三区域……。对于第一区域、第二区域、第三区域……，分别采用如前所述的方法开挖各自区域中的卤水沟渠，然后将自区域中的采卤暗渠依次连通，即可获得具有更长长度的卤水沟渠。
根据实际开采的盐湖的情况，需要开挖具有并行多个卤水沟渠的卤水沟渠系统时，首先按如上的方法开挖每一个单独的卤水沟渠，然后再开挖连通渠使得多个卤水沟渠相互连通。其中，开挖连通渠的过程可以参照前述方法中开挖采卤暗渠的具体步骤。
以上实施例提供的卤水沟渠的开挖方法，通过采用水平定向钻在盐湖地表下开挖采卤暗渠，避免使用爆破的方式以及大型机械设备，缩短了施工周期，大大降低了开挖成本，提高了开挖过程的安全性，并且对盐湖地表上的植被破坏小，有效保护了盐湖的地形、地貌。
以开挖深度20m，长度为10Km的卤水沟渠为例，需要水平定向钻1台、旋挖钻机1台、装载机1台，开挖费用约为280万元/KM，总费用在2800万元左右，施工周期约为10个月，开挖完成后每年的清渠费用约为500万元左右。与现有技术采用爆破式结合大型机械设备开挖方法相比，本发明提供的方法在成本上的优势显而易见。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (3)
1.一种卤水沟渠的开挖方法，其特征在于，所述卤水沟渠位于盐湖地表下的矿层中，所述卤水沟渠包括一采卤暗渠和多个采卤井，所述采卤暗渠连通所述多个采卤井；其中，所述采卤暗渠位于地表下的深度距离所述采卤井井底的高度至少为1.5m；所述多个采卤井呈近似于直线的排列，所述采卤井的直径为1～2m，深度为10～100m，相邻两个采卤井相互间隔的距离为30～50m；所述采卤暗渠的截面呈近似于圆形，其直径为0.3～2m；
该方法包括步骤：
S101、在盐湖中具有第一长度的第一区域上开挖多个相互间隔的采卤井；具体地，在第一区域上，使用旋挖钻配合捞沙钻头多个相互间隔的所述采卤井；
S102、采用水平定向钻在盐湖地表下开挖连通所述多个采卤井的采卤暗渠，获得所述卤水沟渠；具体地，该步骤具体包括：
(1)、在第一区域的第一端，采用水平定向钻沿与竖直方向的夹角为30～60°的方向钻入盐湖地表下，连通到第一区域的第一端的第一个采卤井；
(2)、控制水平定向钻沿水平方向，将所有的采卤井连通；
(3)、控制水平定向钻从第一区域的第二端沿与竖直方向的夹角为30～60°角钻出地面；
(4)、将水平定向钻的钻头换成回扩器，从第一区域的第二端将沟渠回扩至第一端，增大沟渠的直径；
(5)、将水平定向钻的回扩器再换成钻头，从第一区域的第一端钻至第二端，进一步增大沟渠的直径；
(6)、将步骤(4)和(5)重复多次，直至获得具有预先设计直径的采卤暗渠；其中，每更换一次回扩器或钻头，直径增大的范围是15～20cm。
2.根据权利要求1所述的卤水沟渠的开挖方法，其特征在于，在所述第一区域的末端设定第二区域，在所述第二区域中重复步骤S101和S102，并且将第一区域中的卤水沟渠和第二区域中的卤水沟渠连通，重复以上步骤，获得具有更长长度的卤水沟渠。
3.根据权利要求1或2所述的卤水沟渠的开挖方法，其特征在于，所述第一长度为400～1000m。
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