CN108460223A - 一种针对地浸采铀流场的量化分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种针对地浸采铀流场的量化分析方法，所述的量化分析方法通过三维质点示踪技术对地下水数值模型模拟结果进行分析，确定针对地浸采铀工艺技术特点的地下水流场特征区域；具体包括以下步骤：A.抽注液影响范围圈定；B.特征对流区域划分；C.垂向水力作用高度差。通过针对地浸采铀工艺技术特点的地下水流场特征区域的确定，更准确的确定铀矿地浸开采过程溶浸液的时空分布及特定抽注水力联系条件下溶浸液的有效作用范围，能够更加合理的确定实际试验与生产的钻孔布置与抽注液量设计。
Description
技术领域
本发明属于地浸采铀数值模拟计算领域，具体涉及一种针对地浸采铀流场的量化分析方法。
背景技术
地浸采铀井场内含矿层中溶质的运移受制于三个“场”——抽注液水力梯度作用下形成的水动力渗流场，浸出剂在浓度梯度作用下形成的溶质弥散场，以及浸出剂与矿石化学反应形成的物理化学反应浸出场。渗流场、弥散场和浸出场相互作用，推动了溶液的运移扩散，三者一起构成了地浸采铀流场。
在地浸采铀井场流场中，钻孔抽注液作业形成的水动力渗流场是基础，只有溶液渗流到的部位才有可能发生弥散与浸出。目前对地浸采铀过程中抽注液水动力渗流场的研究大多只停留在对地下水水位的宏观描述上。沈红伟、徐强、李德等在涉及地浸采铀流场的相关计算时，均采用等水位线图对水动力渗流场进行描述。
发明内容
本发明的目的在于：水动力渗流场反映溶液的流速矢量场，研究渗流场就是研究溶液的流速矢量分布；而水位只能反应地下水的宏观流向，不能说明流体的实际流动过程和渗流场的形态。本发明的主要目的是提出一套方法，以此对地浸采铀水动力渗流场速度适量场及几何形态进行量化描述。
本发明的技术方案如下：一种针对地浸采铀流场的量化分析方法，所述的量化分析方法通过三维质点示踪技术对地下水数值模型模拟结果进行分析，确定针对地浸采铀工艺技术特点的地下水流场特征区域；具体包括以下步骤：
A.抽注液影响范围圈定
地浸采铀流场中，含矿含水层中的溶液在抽注液水动力作用下流动；
铀矿地浸开采中，通过工艺技术分析认为，在某一时刻某一地层区域同时受到抽液流场与注液流场影响的范围即为有效的铀矿开采浸出范围；
在地浸流场数值模拟模型的各抽注液孔中分别投入一定数量粒子，所述粒子的运行轨迹代表了地下水流的流线和速度；
注液孔和抽液孔分别对应向前和向后两种粒子，向前粒子显示时间段t内粒子随水流的运动轨迹，向后粒子显示时间段t内粒子的来源轨迹；
在注液孔中投入向前粒子，在抽液孔中投入向后粒子，向前粒子流经区域的合集称为粒子注流场，向后粒子流经区域的合集称为粒子抽流场；
B.特征对流区域划分
地浸流场数值模拟模型中粒子注流场与抽流场共同构成了抽注液水动力作用下粒子的渗流场；
时间段t内粒子抽流场与粒子注流场组成的区域并集称为第t时刻的粒子渗流域；与粒子渗流域相对应，时间段t内粒子抽流场及注流场均未作用到的区域，称为粒子渗流空白域；
通过对粒子渗流域进一步分析，认为以下部分渗流场无效：部分尤其是边缘注液孔的部分流线在时间段t内不能返回至抽液孔，该部分区域虽然属于渗流场但不能起到浸出的作用；
定义时间段t内，在粒子渗流域内粒子抽流场作用的区域为粒子有效渗流域，在粒子渗流域内粒子注流场未作用于抽流场区域为粒子无效渗流域；
当粒子有效渗流域中的粒子处于抽流场和注流场共同作用的水力区域时，时间段t内处于粒子抽流场与注流场共同作用下能被抽液孔抽出的粒子所在的区域为粒子强渗流域；
当粒子有效渗流域中的粒子仅处于抽流场作用的水力区域时，时间段t内处于粒子抽流场单个流场作用下能被抽液孔抽出的粒子所在的区域为粒子弱渗流域；
C.垂向水力作用高度差
通过地下水流场数值模拟，划分出特定的钻孔间距及特定的抽注液流量的条件下抽注流场共同作用区域的垂向高度差，作为铀矿地浸开采钻孔布置的参考依据；
所述的垂向水力作用高度差为：在时间段t内，在粒子注流场作用下，到达抽液孔的粒子所在区域的最大垂向高度差；
具体确定方法为：在垂向上通过步骤B所述的粒子强渗流域的圈定，确认粒子强渗流域的高程，作为垂向水力作用高度差。
优选的，所述的粒子为中性粒子，不参与任何反应，只跟随水流以相同速度发生渗流运动。
优选的，步骤A中所述的粒子数量为8～20。
优选的，所述的时间段t为30天。
优选的，步骤B中所述的当渗流场中的粒子处于抽流场和注流场共同作用的水力区域时，水力梯度较大，渗流速度较快，水力作用较强，对铀矿地浸开采溶浸剂与浸出液的运移有明显帮助。
优选的，步骤B中所述的当渗流场中的粒子仅位于抽流场或注流场作用的水力区域时，其水力作用相对较弱，渗流速度较慢。
优选的，步骤C中所述的垂向水力作用高度差为粒子渗流域中的一个剖面特征参数。
本发明的显著效果在于：通过针对地浸采铀工艺技术特点的地下水流场特征区域的确定，更准确的确定铀矿地浸开采过程溶浸液的时空分布及特定抽注水力联系条件下溶浸液的有效作用范围，能够更加合理的确定实际试验与生产的钻孔布置与抽注液量设计。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明所述的一种针对地浸采铀流场的量化分析方法作进一步详细说明。
一种针对地浸采铀流场的量化分析方法，所述的量化分析方法通过三维质点示踪技术对地下水数值模型模拟结果进行分析，确定针对地浸采铀工艺技术特点的地下水流场特征区域；具体包括以下步骤：
A.抽注液影响范围圈定
地浸采铀流场中，含矿含水层中的溶液在抽注液水动力作用下流动；
铀矿地浸开采中，在某一时刻某一地层区域同时受到抽液流场与注液流场影响的范围为有效的铀矿开采浸出范围；
在地浸流场数值模拟模型的各抽注液孔中分别投入设定数量的粒子，所述粒子的运行轨迹代表地下水流的流线和速度；所述的粒子为中性粒子，不参与任何反应，只跟随水流以相同速度发生渗流运动；所述的粒子数量为8～20；
注液孔和抽液孔分别对应向前和向后两种粒子，向前粒子显示时间段t内粒子随水流的运动轨迹，向后粒子显示时间段t内粒子的来源轨迹；所述的时间段t为30天；
在注液孔中投入向前粒子，在抽液孔中投入向后粒子，向前粒子流经区域的合集称为粒子注流场，向后粒子流经区域的合集称为粒子抽流场；
B.特征对流区域划分
地浸流场数值模拟模型中粒子注流场与抽流场共同构成抽注液水动力作用下粒子的渗流场；
时间段t内粒子抽流场与粒子注流场组成的区域并集称为第t时刻的粒子渗流域；与粒子渗流域相对应，时间段t内粒子抽流场及注流场均未作用到的区域，称为粒子渗流空白域；
通过对粒子渗流域进一步分析，设定以下部分渗流场无效：部分边缘注液孔的部分流线在时间段t内不能返回至抽液孔，该部分区域虽然属于渗流场但不能起到浸出的作用；
定义时间段t内，在粒子渗流域内粒子抽流场作用的区域为粒子有效渗流域，在粒子渗流域内粒子注流场未作用于抽流场区域为粒子无效渗流域；
当粒子有效渗流域中的粒子处于抽流场和注流场共同作用的水力区域时，水力梯度较大，渗流速度较快，水力作用较强，对铀矿地浸开采溶浸剂与浸出液的运移有明显帮助；时间段t内处于粒子抽流场与注流场共同作用下能被抽液孔抽出的粒子所在的区域为粒子强渗流域；
当粒子有效渗流域中的粒子仅处于抽流场作用的水力区域时，其水力作用相对较弱，渗流速度较慢，时间段t内处于粒子抽流场单个流场作用下能被抽液孔抽出的粒子所在的区域为粒子弱渗流域；
C.垂向水力作用高度差
通过地下水流场数值模拟，划分出特定的钻孔间距及特定的抽注液流量的条件下抽注流场共同作用区域的垂向高度差，作为铀矿地浸开采钻孔布置的参考依据；所述的垂向水力作用高度差为粒子渗流域中的一个剖面特征参数；
所述的垂向水力作用高度差为：在时间段t内，在粒子注流场作用下，到达抽液孔的粒子所在区域的最大垂向高度差；
具体确定方法为：在垂向上通过步骤B所述的粒子强渗流域的圈定，确认粒子强渗流域的高程，作为垂向水力作用高度差。
实施例
对不同工艺设计下地浸采铀流场进行量化分析。以精细化地质模型中各钻孔物探测井资料为依据，采用权重插值算法计算整个地浸采铀流场的地层参数，从而得到随机分布的M-Base非均质水文地质模型。通过对模拟流场分别进行抽注液三维质点示踪，分别得到研究区域抽注流线，在此基础上圈定各特征对流区域，以有效渗流域面占总区域面积占比作为钻孔布置与抽注液量控制合理性的评判依据。
抽注液钻孔间距
钻孔间距是地浸采铀井场一个重要的技术经济指标。在本实施例中，假设抽注液钻孔间距分别为20m、35m和50m，建立相应编号为M-Dist20，M-Dist35和M-Dist50水动力模型。对比分析第900天时不同钻孔间距的水动力模拟结果，计算地浸采铀水动力渗流场有效渗流区域，如表1所示。从特征参数表可知，钻孔间距的变化影响各特征区域面积和垂向水力作用高度，对粒子有效渗流域面积比的影响极小。间距的增大意味着渗流场控制面积的增加，而控制相同面积的钻孔数量相应减少。
表1不同井距井场水动力模型特征参数对比表
Claims (8)
1.一种针对地浸采铀流场的量化分析方法，其特征在于：
所述的量化分析方法通过三维质点示踪技术对地下水数值模型模拟结果进行分析，确定针对地浸采铀工艺技术特点的地下水流场特征区域；具体包括以下步骤：
A.抽注液影响范围圈定
地浸采铀流场中，含矿含水层中的溶液在抽注液水动力作用下流动；
铀矿地浸开采中，在某一时刻某一地层区域同时受到抽液流场与注液流场影响的范围为有效的铀矿开采浸出范围；
在地浸流场数值模拟模型的各抽注液孔中分别投入设定数量的粒子，所述粒子的运行轨迹代表地下水流的流线和速度；
注液孔和抽液孔分别对应向前和向后两种粒子，向前粒子显示时间段t内粒子随水流的运动轨迹，向后粒子显示时间段t内粒子的来源轨迹；
在注液孔中投入向前粒子，在抽液孔中投入向后粒子，向前粒子流经区域的合集称为粒子注流场，向后粒子流经区域的合集称为粒子抽流场；
B.特征对流区域划分
地浸流场数值模拟模型中粒子注流场与抽流场共同构成抽注液水动力作用下粒子的渗流场；
时间段t内粒子抽流场与粒子注流场组成的区域并集称为第t时刻的粒子渗流域；与粒子渗流域相对应，时间段t内粒子抽流场及注流场均未作用到的区域，称为粒子渗流空白域；
通过对粒子渗流域进一步分析，设定以下部分渗流场无效：部分边缘注液孔的部分流线在时间段t内不能返回至抽液孔，该部分区域虽然属于渗流场但不能起到浸出的作用；
定义时间段t内，在粒子渗流域内粒子抽流场作用的区域为粒子有效渗流域，在粒子渗流域内粒子注流场未作用于抽流场区域为粒子无效渗流域；
当粒子有效渗流域中的粒子处于抽流场和注流场共同作用的水力区域时，时间段t内处于粒子抽流场与注流场共同作用下能被抽液孔抽出的粒子所在的区域为粒子强渗流域；
当粒子有效渗流域中的粒子仅处于抽流场作用的水力区域时，时间段t内处于粒子抽流场单个流场作用下能被抽液孔抽出的粒子所在的区域为粒子弱渗流域；
C.垂向水力作用高度差
通过地下水流场数值模拟，划分出特定的钻孔间距及特定的抽注液流量的条件下抽注流场共同作用区域的垂向高度差，作为铀矿地浸开采钻孔布置的参考依据；
所述的垂向水力作用高度差为：在时间段t内，在粒子注流场作用下，到达抽液孔的粒子所在区域的最大垂向高度差；
具体确定方法为：在垂向上通过步骤B所述的粒子强渗流域的圈定，确认粒子强渗流域的高程，作为垂向水力作用高度差。
2.如权利要求1所述的一种针对地浸采铀流场的量化分析方法，其特征在于：所述的粒子为中性粒子，不参与任何反应，只跟随水流以相同速度发生渗流运动。
3.如权利要求1所述的一种针对地浸采铀流场的量化分析方法，其特征在于：步骤A中所述的粒子数量为8～20。
4.如权利要求1所述的一种针对地浸采铀流场的量化分析方法，其特征在于：所述的时间段t为30天。
5.如权利要求1所述的一种针对地浸采铀流场的量化分析方法，其特征在于：步骤B中所述的当渗流场中的粒子处于抽流场和注流场共同作用的水力区域时，水力梯度较大，渗流速度较快，水力作用较强，对铀矿地浸开采溶浸剂与浸出液的运移有明显帮助。
6.如权利要求1所述的一种针对地浸采铀流场的量化分析方法，其特征在于：步骤B中所述的当渗流场中的粒子仅位于抽流场或注流场作用的水力区域时，其水力作用相对较弱，渗流速度较慢。
7.如权利要求1所述的一种针对地浸采铀流场的量化分析方法，其特征在于：步骤C中所述的垂向水力作用高度差为粒子渗流域中的一个剖面特征参数。
8.如权利要求1所述的一种针对地浸采铀流场的量化分析方法，其特征在于：所述的量化分析方法通过三维质点示踪技术对地下水数值模型模拟结果进行分析，确定针对地浸采铀工艺技术特点的地下水流场特征区域；具体包括以下步骤：
A.抽注液影响范围圈定
地浸采铀流场中，含矿含水层中的溶液在抽注液水动力作用下流动；
铀矿地浸开采中，在某一时刻某一地层区域同时受到抽液流场与注液流场影响的范围为有效的铀矿开采浸出范围；
在地浸流场数值模拟模型的各抽注液孔中分别投入设定数量的粒子，所述粒子的运行轨迹代表地下水流的流线和速度；所述的粒子为中性粒子，不参与任何反应，只跟随水流以相同速度发生渗流运动；所述的粒子数量为8～20；
注液孔和抽液孔分别对应向前和向后两种粒子，向前粒子显示时间段t内粒子随水流的运动轨迹，向后粒子显示时间段t内粒子的来源轨迹；所述的时间段t为30天；
在注液孔中投入向前粒子，在抽液孔中投入向后粒子，向前粒子流经区域的合集称为粒子注流场，向后粒子流经区域的合集称为粒子抽流场；
B.特征对流区域划分
地浸流场数值模拟模型中粒子注流场与抽流场共同构成抽注液水动力作用下粒子的渗流场；
时间段t内粒子抽流场与粒子注流场组成的区域并集称为第t时刻的粒子渗流域；与粒子渗流域相对应，时间段t内粒子抽流场及注流场均未作用到的区域，称为粒子渗流空白域；
通过对粒子渗流域进一步分析，设定以下部分渗流场无效：部分边缘注液孔的部分流线在时间段t内不能返回至抽液孔，该部分区域虽然属于渗流场但不能起到浸出的作用；
定义时间段t内，在粒子渗流域内粒子抽流场作用的区域为粒子有效渗流域，在粒子渗流域内粒子注流场未作用于抽流场区域为粒子无效渗流域；
当粒子有效渗流域中的粒子处于抽流场和注流场共同作用的水力区域时，水力梯度较大，渗流速度较快，水力作用较强，对铀矿地浸开采溶浸剂与浸出液的运移有明显帮助；时间段t内处于粒子抽流场与注流场共同作用下能被抽液孔抽出的粒子所在的区域为粒子强渗流域；
当粒子有效渗流域中的粒子仅处于抽流场作用的水力区域时，其水力作用相对较弱，渗流速度较慢，时间段t内处于粒子抽流场单个流场作用下能被抽液孔抽出的粒子所在的区域为粒子弱渗流域；
C.垂向水力作用高度差
通过地下水流场数值模拟，划分出特定的钻孔间距及特定的抽注液流量的条件下抽注流场共同作用区域的垂向高度差，作为铀矿地浸开采钻孔布置的参考依据；所述的垂向水力作用高度差为粒子渗流域中的一个剖面特征参数；
所述的垂向水力作用高度差为：在时间段t内，在粒子注流场作用下，到达抽液孔的粒子所在区域的最大垂向高度差；
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