CN109469472B - 一种离子型稀土矿原地浸取开采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离子型稀土矿原地浸取开采方法，它包括从浅矿层中提取离子型稀土矿液的开采方法和从深矿层中提取离子型稀土矿液的开采方法。本发明的有益效果是：开采工艺简单、安全开采、提高离子型稀土矿液开采量、能够对渗压进行实时监测、自动控制并精准注液。
Description
技术领域
本发明涉及矿土中稀土离子的技术领域，特别是一种离子型稀土矿原地浸取开采方法。
背景技术
中国是世界上稀土资源最丰富的国家，素有“稀土王国”之称，南方以重稀土为主，北方以轻稀土为主。我国稀土矿产不仅储量大，而且品种多、质量好，矿床类型独特，如内蒙古白云鄂博沉积变质—热液交代型坭—稀土矿床和南岭地区的风化壳型矿床。
离子吸附型稀土矿物是以“离子相”矿物形态存在，被吸附于“载体”矿物表面上的稀土矿物，稀土矿物中的稀土绝大部分以阳离子状态存在，而被吸附在某矿物载体上，如吸附在高岭石、白云母等铝硅酸盐矿物或氟碳酸盐矿物上。离子吸附型稀土矿是由“离子吸附型稀土矿物”构成的矿体，而南方稀土矿基本属离子吸附型稀土矿。
中国专利中，申请号为2015105764586中公开了一种在原地浸出采矿中提高母液回收率的方法，它包括以下步骤：S1、综合防渗体的形成：S2、母液注入及回收：向每个灌浆孔内注入母液，同时在灌浆孔底部连线的低洼处开设积液沟，随着母液与矿体的长时间接触，母液将矿体中离子状态的稀土逐渐萃取出并溶入母液内，带有稀土离子的母液沿着矿体层内的裂隙、通道流到综合防渗体上，随后再沿着综合防渗体流入积液沟内收集，综合防渗体极大提高了母液的回收率。该专利虽然能够收集到离子型稀土矿液，但是仍然存在以下缺陷：（1）若综合防渗体出现漏洞，导致提取出离子型稀土矿液穿过漏洞而伸入地下水中，不仅污染地下水而且还降低了开采量。（2）母液加入到灌浆孔中后，母液的液位没有得到合理控制，若母液的液位高于山体的滑坡安全线或山体的植被安全线，造成提取出的离子型稀土矿液使植被富营养化，进一步造成种植在植被层上的植物富营养化而死亡。
此外该专利只能开采浅矿山层山体，即矿体层位于山体旁侧的沟渠上方，形成的综合防渗体位于沟渠的上方，提取出的离子型稀土矿液能够顺流到沟渠中，然而对于深矿层山体，矿体层深度较深，形成的综合防渗体位于沟渠的下方，导致提取出的离子型稀土矿液无法从山体中取出。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种开采工艺简单、安全开采、提高离子型稀土矿液开采量、深浅矿层均能进行开采、能够对渗压进行实时监测的离子型稀土矿原地浸取开采方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种离子型稀土矿原地浸取开采方法，它包括从浅矿层中提取离子型稀土矿液的开采方法和从深矿层中提取离子型稀土矿液的开采方法；
所述从浅矿层中提取离子型稀土矿液的开采方法，包括以下步骤：
S1、采用钻机在浅矿层山体的植被层顶部钻多个灌浆孔，确保每相邻两个灌浆孔的间距为1~2m，当钻孔至基岩层时停止钻孔；
S2、组装渗压监测系统：选用渗压计A、渗压计a和保护管，将渗压计A和渗压计a的信号输出线穿设于保护管内，将信号输出线连接到控制器上；在渗压计a外部均包裹沙层a，在渗压计A的外部包裹沙层A，从而完成一套渗压监测系统的组装；
S3、综合防渗体的形成：采用循环式灌浆方式向灌浆孔内注入浆液，相邻灌浆孔与灌浆孔之间内的液浆相互扩散并搭接，从而施工出综合防渗体；
S4、在每50~200m2的山体水平投影面中的任意一个灌浆孔中安放一个渗压监测系统，即将在该灌浆孔的底部打孔安装一个包裹有沙层a的渗压计a，且在该沙层a上竖直的插入保护管；
S5、向灌浆孔中注入水泥，确保形成的第一水泥柱的高度为H，H为50~100cm；再向第一水泥柱的顶部打孔安装包裹有沙层A的渗压计A；再次向灌浆孔中注入水泥，确保水泥的注入液面位于矿体层中，待水泥凝固后形成第二水泥柱；
S6、离子型稀土矿液的提取：先采用滴灌技术向每个灌浆孔内注入母液，在灌浆孔综合防渗体的低洼处开设积液沟，同时确保矿山在原地浸取过程中浸取液的饱和液面位于滑坡安全线或植被安全线中最低者的下方；随着母液与矿体的长时间接触，母液将矿体层中处于离子状态的稀土逐渐萃取出并溶入母液内，含有离子型稀土矿液的母液沿着矿体层内的裂隙流到综合防渗体上，最后再沿着综合防渗体的斜面的流入积液沟内收集，实现了从浅矿层中提取离子型稀土矿液；
S7、在提取离子型稀土矿液过程中，渗压计A和渗压计a分别实时监测母液的压力值和位于综合防渗体下方液体的压力值，渗压计并将信号转换为电信号经信号输出线传输给地面上的控制器，记录渗压计A和渗压计a的初始值以及过程值；
S8、步骤S7中，若渗压计a的压力值发生变化，则说明以该灌浆孔为圆心，50~200m2范围内的综合防渗体的面积上有漏洞，造成提取出的离子型稀土矿液直接流入基岩层中，此时采用主动抽提法、增设收液孔法、综合防渗体补强法；
所述主动抽提法具体包括以下步骤：先在山体的坡面上钻斜孔，使斜孔由上往下倾斜向下贯穿综合防渗体，并伸入到压力变化的渗压计a附近；再采用抽真空装置在斜孔的口部进行抽真空或将泵的抽水管伸入到斜孔中；最后打开抽真空装置或泵，以将渗漏到基岩层中的离子型稀土矿液直接抽排出；
所述增设收液孔法：先在山体的坡面上钻多排斜孔，使斜孔由下往上贯穿50~200m2范围内的矿体层，50~200m2范围内的矿体层的离子型稀土矿液沿着斜孔流出；
所述综合防渗体补强法：在山体的坡面上钻斜孔，确保斜孔的尾端伸入到压力有变化的渗压计a附近，然后向斜孔中灌水泥，灌注一定量后，即可将50~200m2范围内的综合防渗体重新灌注一次，实现将漏洞补填，最终完成综合防渗体的补强；
所述从深矿层中提取离子型稀土矿液的开采方法，包括以下步骤：
S11、采用钻机在深矿层山体的植被层顶部钻多个灌浆孔，确保每相邻两个灌浆孔的间距为1~2m，当钻孔至基岩层时停止钻孔；
S22、重复步骤S2~S5后，进行离子型稀土矿液的提取，具体操作步骤为：
S221、向每个灌浆孔内注入母液，同时确保矿山在原地浸取过程中浸取液的饱和液面位于滑坡安全线或植被安全线中最低者的下方；
S222、随着母液与矿体的长时间接触，母液将矿体层中处于离子状态的稀土逐渐萃取出并溶入母液内，离子型稀土矿液收集到综合防渗体上；
S223、经一段时间收液后，在深矿层山体的顶部钻抽提井，确保抽提井的末端达到综合防渗体上方，最后将泵的抽水管伸入到抽提井，通过泵将离子型稀土矿液抽出，实现了从深矿层中提取离子型稀土矿液；
S33、在提取离子型稀土矿液过程中，渗压计A和渗压计a分别实时监测母液的压力值和位于综合防渗体下方液体的压力值，渗压计并将信号转换为电信号经信号输出线传输给地面上的控制器，记录渗压计A和渗压计a的初始值和过程值；
S44、若监测到渗压计a的压力值发生变化，则说明以该灌浆孔为圆心，50~200m2范围内的综合防渗体的面积上有漏洞，造成提取出的离子型稀土矿液直接流入基岩层中，此时采用增加抽提井法、综合防渗体补强法；
所述增加抽提井法：先在深矿层山体的坡面上钻多个抽提井，使综合防渗体上的离子型稀土矿液加速被抽排出；
所述综合防渗体补强法：在山体的坡面上钻斜孔，确保斜孔的尾端伸入到压力有变化的渗压计a附近，然后向斜孔中灌水泥，灌注一定量后，即可将50~200m2范围内的综合防渗体重新灌注一次，实现将漏洞补填，最终完成综合防渗体的补强。
本发明具有以下优点：本发明开采工艺简单、安全开采、提高离子型稀土矿液开采量、能够对渗压进行实时监测。
附图说明
图1 为在浅矿层山体上钻灌浆孔后并安装渗压计a和保护管的示意图;
图2 为综合防渗体施工后的示意图；
图3 为施工水泥柱和积液沟的示意图；
图4 为采用主动抽提法的示意图；
图5 为采用增设收液孔法的示意图；
图6 为采用综合防渗体补强法的示意图；
图7 为在深矿层山体上钻灌浆孔后并安装渗压计a和保护管的示意图;
图8为综合防渗体施工后的示意图；
图9为施工水泥柱及抽提井的示意图；
图10 为采用增加抽提井法的示意图；
图11 为采用综合防渗体补强法的示意图；
图中，1-植被层，2-灌浆孔，31-沙层a，32-沙层A， 6-保护管，7-综合防渗体，8-滑坡安全线，9-植被安全线，10-积液沟，11-基岩层，12-矿体层， 14-斜孔，15-漏洞，16-抽提井。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
一种离子型稀土矿原地浸取开采方法，它包括从浅矿层中提取离子型稀土矿液的开采方法和从深矿层中提取离子型稀土矿液的开采方法；
所述从浅矿层中提取离子型稀土矿液的开采方法，包括以下步骤：
S1、采用钻机在浅矿层山体的植被层1顶部钻多个灌浆孔2，确保每相邻两个灌浆孔2的间距为1~2m，当钻孔至基岩层11时停止钻孔；
S2、组装渗压监测系统：选用渗压计A、渗压计a和保护管6，将渗压计A和渗压计a的信号输出线穿设于保护管6内，将信号输出线连接到控制器上；在渗压计a外部均包裹沙层a31，在渗压计A的外部包裹沙层A32，从而完成一套渗压监测系统的组装；
如图2所示，S3、综合防渗体的形成：采用循环式灌浆方式向灌浆孔2内注入浆液，相邻灌浆孔2与灌浆孔2之间内的液浆相互扩散并搭接，从而施工出综合防渗体7；
如图1所示，S4、在每50~200m2的山体水平投影面中的任意一个灌浆孔2中安放一个渗压监测系统，即将在该灌浆孔2的底部打孔安装一个包裹有沙层a31的渗压计a，且在该沙层a31上竖直的插入保护管6；
如图3所示，S5、向灌浆孔2中注入水泥，确保形成的第一水泥柱的高度为H，H为50~100cm；再向第一水泥柱的顶部打孔安装包裹有沙层A32的渗压计A；再次向灌浆孔2中注入水泥，确保水泥的注入液面位于矿体层12中，待水泥凝固后形成第二水泥柱；
S6、离子型稀土矿液的提取：先采用滴灌技术向每个灌浆孔2内注入母液，在灌浆孔2综合防渗体7的低洼处开设积液沟10，同时确保矿山在原地浸取过程中浸取液的饱和液面位于滑坡安全线8或植被安全线9中最低者的下方；随着母液与矿体的长时间接触，母液将矿体层12中处于离子状态的稀土逐渐萃取出并溶入母液内，含有离子型稀土矿液的母液沿着矿体层12内的裂隙流到综合防渗体7上，最后再沿着综合防渗体7的斜面的流入积液沟10内收集，实现了从浅矿层中提取离子型稀土矿液；
S7、在提取离子型稀土矿液过程中，渗压计A和渗压计a分别实时监测母液的压力值和位于综合防渗体7下方液体的压力值，渗压计并将信号转换为电信号经信号输出线传输给地面上的控制器，记录渗压计A和渗压计a的初始值和过程值；
S8、步骤S7中，若渗压计a的压力值发生变化，则说明以该灌浆孔2为圆心，50~200m2范围内的综合防渗体7的面积上有漏洞，造成提取出的离子型稀土矿液直接流入基岩层11中，此时采用主动抽提法、增设收液孔法、综合防渗体补强法；
如图4所示，所述主动抽提法具体包括以下步骤：先在山体的坡面上钻斜孔14，使斜孔14由上往下倾斜向下贯穿综合防渗体7，并伸入到压力变化的渗压计a附近；再采用抽真空装置在斜孔14的口部进行抽真空或将泵的抽水管伸入到斜孔14中；最后打开抽真空装置或泵，以将渗漏到基岩层11中的离子型稀土矿液直接抽排出；从而尽可能的将开采的离子型稀土矿液取出，从而提高开采量，同时还避免离子型稀土矿液渗入到地下水中而造成地下水污染；
如图5所示，所述增设收液孔法：先在山体的坡面上钻多排斜孔14，使斜孔14由下往上贯穿50~200m2范围内的矿体层12，50~200m2范围内的矿体层12的离子型稀土矿液沿着斜孔流出，从而实现收集，防止离子型稀土矿液渗漏，从而降低了开采成本；
如图6所示，所述综合防渗体补强法：在山体的坡面上钻斜孔14，确保斜孔14的尾端伸入到压力有变化的渗压计a附近，然后向斜孔14中灌水泥，灌注一定量后，即可将50~200m2范围内的综合防渗体7重新灌注一次，实现将漏洞15补填，最终完成综合防渗体的补强；从而尽可能的将开采的离子型稀土矿液取出，从而提高开采量，同时还避免离子型稀土矿液渗入到地下水中而造成地下水污染；
所述从深矿层中提取离子型稀土矿液的开采方法，包括以下步骤：
如图7~9所示，S11、采用钻机在深矿层山体的植被层1顶部钻多个灌浆孔2，确保每相邻两个灌浆孔2的间距为1~2m，当钻孔至基岩层11时停止钻孔；
S22、重复步骤S2~S5后，进行离子型稀土矿液的提取，具体操作步骤为：
S221、向每个灌浆孔2内注入母液，同时确保矿山在原地浸取过程中浸取液的饱和液面位于滑坡安全线8或植被安全线9中最低者的下方；
S222、随着母液与矿体的长时间接触，母液将矿体层12中处于离子状态的稀土逐渐萃取出并溶入母液内，离子型稀土矿液收集到综合防渗体7上；
S223、经一段时间收液后，在深矿层山体的顶部钻抽提井16，确保抽提井的末端达到综合防渗体7上方，最后将泵的抽水管伸入到抽提井16，通过泵将离子型稀土矿液抽出，实现了从深矿层中提取离子型稀土矿液；
S33、在提取离子型稀土矿液过程中，渗压计A和渗压计a分别实时监测母液的压力值和位于综合防渗体7下方液体的压力值，渗压计并将信号转换为电信号经信号输出线传输给地面上的控制器，记录渗压计A和渗压计a的初始值和过程值；
S44、若监测到渗压计a的压力值发生变化，则说明以该灌浆孔2为圆心，50~200m2范围内的综合防渗体7的面积上有漏洞，造成提取出的离子型稀土矿液直接流入基岩层11中，此时采用增加抽提井法、综合防渗体补强法；
如图10所示，所述增加抽提井法：先在深矿层山体的坡面上钻多个抽提井16，使综合防渗体7上的离子型稀土矿液加速被抽排出；
如图11所示，所述综合防渗体补强法：在山体的坡面上钻斜孔14，确保斜孔14的尾端伸入到压力有变化的渗压计a附近，然后向斜孔14中灌水泥，灌注一定量后，即可将50~200m2范围内的综合防渗体7重新灌注一次，实现将漏洞15补填，最终完成综合防渗体的补强。该开采方法实现了深浅矿层的开采，应用范围更广。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (1)
1.一种离子型稀土矿原地浸取开采方法，其特征在于：它包括从浅矿层中提取离子型稀土矿液的开采方法和从深矿层中提取离子型稀土矿液的开采方法；
所述从浅矿层中提取离子型稀土矿液的开采方法，包括以下步骤：
S1、采用钻机在浅矿层山体的植被层（1）顶部钻多个灌浆孔（2），确保每相邻两个灌浆孔（2）的间距为1~2m，当钻孔至基岩层（11）时停止钻孔；
S2、组装渗压监测系统：选用渗压计A、渗压计a和保护管（6），将渗压计A和渗压计a的信号输出线穿设于保护管（6）内，将信号输出线连接到控制器上；在渗压计a外部均包裹沙层a（31），在渗压计A的外部包裹沙层A（32），从而完成一套渗压监测系统的组装；
S3、综合防渗体的形成：采用灌浆方式向灌浆孔（2）内注入浆液，相邻灌浆孔（2）与灌浆孔（2）之间的液浆相互扩散并搭接，从而施工出综合防渗体（7）；
S4、在每50~200m2的山体水平投影面中的任意一个灌浆孔（2）中安放一个渗压监测系统，即在该灌浆孔（2）的底部打孔安装一个包裹有沙层a（31）的渗压计a，且在该沙层a（31）上竖直地插入保护管（6）；
S5、向灌浆孔（2）中注入水泥形成第一水泥柱，并确保形成的第一水泥柱的高度为H，H为50~100cm；再向第一水泥柱的顶部打孔安装包裹有沙层A（32）的渗压计A；再次向灌浆孔（2）中注入水泥，确保水泥的注入液面位于矿体层（12）中，待水泥凝固后形成第二水泥柱；
S6、离子型稀土矿液的提取：先采用滴灌技术向每个灌浆孔（2）内注入母液，在灌浆孔（2）综合防渗体（7）的低洼处开设积液沟（10），同时确保矿山在原地浸取过程中浸取液的饱和液面位于滑坡安全线（8）或植被安全线（9）中最低者的下方；随着母液与矿体的长时间接触，母液将矿体层（12）中处于离子状态的稀土逐渐萃取出并溶入母液内，含有离子型稀土矿液的母液沿着矿体层（12）内的裂隙流到综合防渗体（7）上，最后再沿着综合防渗体（7）的斜面的流入积液沟（10）内收集，实现了从浅矿层中提取离子型稀土矿液；
S7、在提取离子型稀土矿液过程中，渗压计A和渗压计a分别实时监测母液的压力值和位于综合防渗体（7）下方液体的压力值，渗压计并将信号转换为电信号经信号输出线传输给控制器，记录渗压计A和渗压计a的初始值以及过程值；
S8、步骤S7中，若渗压计a的压力值发生变化，则说明以该灌浆孔（2）为圆心，50~200m2范围内的综合防渗体（7）的面积上有漏洞，造成提取出的离子型稀土矿液直接流入基岩层（11）中，此时采用主动抽提法、增设收液孔法、综合防渗体补强法三种收液方法中的一种进行收液；
所述主动抽提法具体包括以下步骤：先在山体的坡面上钻斜孔（14），使斜孔（14）由上往下倾斜向下贯穿综合防渗体（7），并伸入到压力变化的渗压计a附近；再采用抽真空装置在斜孔（14）的口部进行抽真空或将泵的抽水管伸入到斜孔（14）中；最后打开抽真空装置或泵，以将渗漏到基岩层（11）中的离子型稀土矿液直接抽排出；
所述增设收液孔法：先在山体的坡面上钻多排斜孔（14），使斜孔（14）由下往上贯穿50~200m2范围内的矿体层（12），50~200m2范围内的矿体层（12）的离子型稀土矿液沿着斜孔流出；
所述综合防渗体补强法：在山体的坡面上钻斜孔（14），确保斜孔（14）的尾端伸入到压力有变化的渗压计a附近，然后向斜孔（14）中灌水泥，灌注一定量后，即可将50~200m2范围内的综合防渗体（7）重新灌注一次，实现将漏洞（15）补填，最终完成综合防渗体的补强；
所述从深矿层中提取离子型稀土矿液的开采方法，包括以下步骤：
S11、采用钻机在深矿层山体的植被层（1）顶部钻多个灌浆孔（2），确保每相邻两个灌浆孔（2）的间距为1~2m，当钻孔至基岩层（11）时停止钻孔；
S22、重复步骤S2~S5后，进行离子型稀土矿液的提取，具体操作步骤为：
S221、向每个灌浆孔（2）内注入母液，同时确保矿山在原地浸取过程中浸取液的饱和液面位于滑坡安全线或植被安全线中最低者的下方；
S222、随着母液与矿体的长时间接触，母液将矿体层（12）中处于离子状态的稀土逐渐萃取出并溶入母液内，离子型稀土矿液收集到综合防渗体（7）上；
S223、经一段时间收液后，在深矿层山体的顶部钻抽提井（16），确保抽提井的末端达到综合防渗体（7）上方，最后将泵的抽水管伸入到抽提井（16），通过泵将离子型稀土矿液抽出，实现了从深矿层中提取离子型稀土矿液；
S33、在提取离子型稀土矿液过程中，渗压计A和渗压计a分别实时监测母液的压力值和位于综合防渗体（7）下方液体的压力值，渗压计并将信号转换为电信号经信号输出线传输给地面上的控制器，记录渗压计A和渗压计a的初始值以及过程值；
S44、若监测到渗压计a的压力值发生变化，则说明以该灌浆孔（2）为圆心，50~200m2范围内的综合防渗体（7）的面积上有漏洞，造成提取出的离子型稀土矿液直接流入基岩层（11）中，此时采用增加抽提井法或综合防渗体补强法；
所述增加抽提井法：先在深矿层山体的坡面上钻多个抽提井（16），使综合防渗体（7）上的离子型稀土矿液加速被抽排出；
所述综合防渗体补强法：在山体的坡面上钻斜孔（14），确保斜孔（14）的尾端伸入到压力有变化的渗压计a附近，然后向斜孔（14）中灌水泥，灌注一定量后，即可将50~200m2范围内的综合防渗体（7）重新灌注一次，实现将漏洞（15）补填，最终完成综合防渗体的补强。
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