CN111636821A - 一种离子型稀土矿水平导流孔的成孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离子型稀土矿水平导流孔的成孔方法，针对现有离子型稀土矿原位溶浸开采过程中水平导流孔存在的塌孔堵塞、收液不畅和可能的潜在滑坡问题，本发明采用在钻进过程中改善水平导流孔结构以解决该问题，具体成孔步骤包括：准备钻孔平台和钻进设备；采用自卸式钻头钻进牵引多孔导流盲管进入水平导流孔，对孔壁进行有效支护；将自卸式钻头、牵引环和多孔导流盲管保留在孔中，退出钻杆；在孔口的盲管中放入引流管，封堵孔口。本发明适合于水平导流孔易于坍塌堵塞的离子型稀土矿山，有助于提高水平导流孔的收液效率，降低山体浅层地下水水位，减少因局部岩土含水率过高引发的地质灾害。
Description
技术领域
本发明属于离子型稀土原位溶浸开采技术领域，具体涉及一种用于离子型稀土矿原位溶浸开采过程中的水平导流孔的成孔方法。
背景技术
离子吸附型稀土矿又名风化壳淋积型稀土矿，是富含稀土元素的花岗岩经长期外力地质作用下溶解、迁移，在合适环境条件下吸附沉积在前地表花岗岩风化壳中的高岭土、蒙脱石、伊利石等黏土矿物中形成矿体。虽然广泛分布于我国华南地区的离子吸附型稀土矿查明资源总量不大，但因稀缺的重稀土元素含量相对较高(个别矿区重稀土含量超过60%)，是全球稀土资源的重要组成部分。根据调查结果，2015年全球已探明重稀土储量约为54.42万吨，其中中国重稀土储量约为22万吨，占比达40.4%，其余资源主要分布于美国、澳大利亚和印度。离子型稀土主要采用原位溶浸工艺开采，是通过注液孔将氯化铵、硫酸铵、硫酸镁等电解质溶液注入稀土矿层，从黏土矿物中有选择地浸出稀土离子生成可溶性化合物，并收集可溶性化合物的采矿方法。该工艺不砍伐林木、不剥离表层覆土、不破坏矿体，劳动强度小，生产成本低，且可充分利用低品位稀土资源，是较为高效环保经济的开采方式。
目前，离子型稀土原位溶浸工艺的收液工程主要采用收液巷道、水平导流孔和环山沟，浸出液从收液巷道和水平导流孔渗出后汇入环山沟，再进入积液池。水平导流孔通常开凿在不适合开挖收液巷道和收液巷道未覆盖的山脚区域，采用的设备为水平射流钻机（俗称千米钻）。该钻机主要靠钻头前方的喷射孔喷射高压水，以强大的水力作用冲蚀风化砂土层，带出泥沙成孔，再由钻头清理孔型；其优势在于设备损耗小、钻孔成本低；其缺陷在于成孔方向精度差、易塌孔。现有的水平导流孔钻孔结束后未采用稳固措施，这导致风化砂土层在浸出液的浸泡软化下极易坍塌堵塞；据统计50%以上的水平导流孔在注液实施后因塌孔堵塞而成为盲孔，且注液期间仍不断有水平导流孔坍塌堵塞，无法起到良好的收液效果，进而增加了局部山体滑坡的潜在危险。
发明内容
针对现有离子型稀土矿原位溶浸开采过程中水平导流孔存在的塌孔堵塞、收液不畅和可能的潜在滑坡问题，本发明提出了一种离子型稀土矿水平导流孔的成孔方法，基于水平导流孔成孔技术特点，可有效解决离子型稀土矿山现有水平导流孔存在的塌孔堵塞问题，在保留现有成孔技术优势上，设计以避免因风化砂土层软化坍塌造成水平导流孔堵塞现象，提高收液效率、保障收液效果、降低山体滑坡风险。
本发明提供的技术方案如下：
一种离子型稀土矿水平导流孔的成孔方法，包括如下步骤：
A、在拟设计实施水平导流孔的山脚区域清理钻孔平台，组装好水平定向钻机或水平射流钻机等钻进设备。
B、在钻进设备的钻杆上依次连接钻杆转换装置、钻头转换装置、多孔导流盲管和牵引环，最后在钻头转换装置前端安装钻头，钻头、钻头转换装置、钻杆转换装置和钻杆的中心轴线开设有射流孔，用于形成高压射流水。
C、开动钻机，在风化岩土层的预定钻孔位置按一定角度钻进，风化岩土体在钻头和高压射流水的冲蚀、挤压和剪切等作用下变成细碎泥沙，随高压射流水沿孔流出。
D、随钻进深度加深，需要逐渐加长钻杆和多孔导流盲管的长度直至预定深度，到达预定深度后，将钻头、钻头转换装置、牵引环和多孔导流盲管保留在钻孔中，低压清洗钻孔，逐节将钻杆退出。
E、将钻孔孔口处部分的多孔导流盲管去除，然后在多孔导流盲管中放入引流管，封堵孔口，形成水平导流孔。
进一步的，步骤B中，钻杆与钻杆转换装置之间采用螺纹连接，钻杆转换装置与钻头转换装置之间为凹凸卯榫结构，钻头转换装置与钻头之间采用螺纹连接，牵引环和多孔导流盲管之间通过机械卡扣固定，牵引环是可活动的不随钻头旋进。
进一步的，步骤C中，所述高压射流水主要用于冲蚀砂土，钻头主要用于修饰孔型、开凿较硬岩石和牵引多孔导流盲管。
进一步的，步骤D中，用于加长的各节钻杆之间采用螺纹连接，用于加长的各节多孔导流盲管之间采用机械卡扣固定。
进一步的，步骤D中，为满足将钻头、钻头转换装置、牵引环和多孔导流盲管保留在钻孔中的要求，所述钻杆转换装置与钻头转换装置是可自动脱落的凹凸卯榫结构。
进一步的，步骤E中，所述封堵孔口采用水泥砂浆、聚氨酯泡沫或其他材料。
进一步的，所述多孔导流盲管采用高强塑料或金属材质管材。
本方法中，在钻进过程中，引进了多孔导流盲管，在形成的水平导流孔后，保留在孔内的多孔导流盲管高强度的特点，能有效对孔壁进行支护，对孔口进行引流和防坍塌封堵加固。
本发明的有益效果如下：
1、通过在水平导流孔的钻进成孔过程中导入多孔导流盲管，在保障渗透特性的情况下加强了导流孔结构，避免了风化岩土软化坍塌造成的堵塞现象。
2、有助于提高水平导流孔的收液效率，降低山体浅层地下水水位，减少因局部岩土含水率过高引发的地质灾害。
3、本方法所形成的水平导流孔在矿山大量使用可减少收液巷道的开挖量，节约巷道施工抛弃的稀土资源，降低基建费用，提升矿山安全。
4、本发明特别适合于离子型稀土矿山，有效改善传统易于坍塌堵塞的水平导流孔的情况，可有效提高开采过程的资源回收效率，降低地质灾害发生概率。
附图说明
图1为本发明的成孔过程示意图。
图2为本发明实施形成的水平导流孔的结构示意图。
其中，附图标记为：1 钻头；2 牵引环；3 钻头转换装置；4 钻杆转换装置；5 多孔导流盲管；6 钻杆；7 射流孔；8 岩土层；9 引流管；10 封孔块。
具体实施方式
为更好地理解本发明的目的和技术实施方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。此处提供的实施案例将把本发明彻底和完整的构思传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。需要说明的是，本发明可以有多种不同的实施形式，在此阐述的具体实施案例不应作为对本发明的限定。
本实施例提供了一种离子型稀土矿水平导流孔的成孔方法，具体实施步骤如下：
（1）在离子型稀土矿区，拟设计实施水平导流孔的山脚区域清理出钻孔平台，组装好水平定向钻机或水平射流钻机等钻进设备。
（2），如图1所示，在钻进设备的钻杆6上依次连接钻杆转换装置4、钻头转换装置3、多孔导流盲管5和牵引环2，最后安装钻头1，钻头1、钻头转换装置3、钻杆转换装置4和钻杆1的中心轴线开设有射流孔7，用于形成高压射流水。
其中，钻杆6与钻杆转换装置4采用螺纹连接，钻杆转换装置4与钻头转换装置3之间为凹凸卯榫结构，钻头转换装置3与钻头1采用螺纹连接，牵引环2和多孔导流盲管5之间靠机械卡扣固定，牵引环2是可活动的不随钻头1旋进。
（3）开动钻机，在风化岩土层8的预定钻孔位置按一定角度钻进，风化岩土体在钻头1和高压射流水的冲蚀、挤压和剪切等作用下变成细碎泥沙，随射流水沿孔流出。其中，高压射流水主要是冲蚀砂土，钻头1主要是修饰孔型、开凿较硬岩石和牵引多孔导流盲管5。
（4）随钻进深度加深，需要逐渐加长钻杆6和多孔导流盲管5的长度直至预定深度，到达预定深度后，将钻头1、钻头转换装置3、牵引环2和多孔导流盲管5保留在孔中，低压清洗钻孔，逐节退出钻杆6。
其中；各节钻杆6之间采用螺纹连接；各节多孔导流盲管5之间采用机械卡扣固定；钻杆转换装置4与钻头转换装置3之间是可自动脱落的凹凸卯榫结构，以便于钻头转换装置3脱离钻杆转换装置4留在孔内。
低压清洗钻孔是为了进一步清除微细泥浆，提高水平导流孔的渗透性能。
（5）去掉钻孔孔口处的多孔导流盲管5，在多孔导流盲管5中放入引流管9，采用水泥砂浆、聚氨酯泡沫或其他材料形成封堵块10封堵孔口，如图2所示。
（6）移动钻进设备进行下一个新型水平导流孔的施工，直至完工后形成水平导流孔群。
在本方法中，所述多孔导流盲管5采用高强塑料或金属材质，能有效对钻孔孔壁起到支护作用，实现对钻孔孔口进行引流和防坍塌封堵加固作用。
Claims (7)
1.一种离子型稀土矿水平导流孔的成孔方法，其特征在于包括以下步骤：
A、在拟设计实施水平导流孔的山脚区域整理钻孔平台，组装钻进设备；
B、在钻进设备的钻杆上依次连接钻杆转换装置、钻头转换装置、多孔导流盲管和牵引环，最后在安装钻头；在钻头、钻头转换装置、钻杆转换装置和钻杆的中心轴线开设有射流孔，用于形成高压射流水；
C、开动钻机，在风化岩土层的预定钻孔位置按一定角度钻进，钻进过程中风化岩土体在钻头和高压射流水的作用下变成细碎泥沙，细碎泥沙随高压射流水沿孔流出；
D、随钻进深度加深，需要逐渐加长钻杆和多孔导流盲管的长度直至预定深度，到达预定深度后，将钻头、钻头转换装置、牵引环和多孔导流盲管保留在孔中，低压清洗钻孔，逐节将钻杆退出；
E、将钻孔孔口处部分的多孔导流盲管去除，然后在多孔导流盲管中放入引流管，封堵孔口。
2.根据权利要求1所述的一种离子型稀土矿水平导流孔的成孔方法，其特征在于：步骤B中，钻杆与钻杆转换装置之间采用螺纹连接，钻杆转换装置与钻头转换装置之间为凹凸卯榫结构，钻头转换装置与钻头之间采用螺纹连接，牵引环和多孔导流盲管之间通过机械卡扣固定；其中，所述牵引环是可活动的，不随钻头旋进。
3.根据权利要求1所述的一种离子型稀土矿水平导流孔的成孔方法，其特征在于：步骤D中，用于加长的各节钻杆之间采用螺纹连接，用于加长的各节多孔导流盲管之间采用机械卡扣固定。
4.根据权利要求1所述的一种离子型稀土矿水平导流孔的成孔方法，其特征在于：步骤D中，所述钻杆转换装置与钻头转换装置是可自动脱落的凹凸卯榫结构。
5.根据权利要求1所述的一种离子型稀土矿水平导流孔的成孔方法，其特征在于：步骤E中，采用水泥砂浆或者聚氨酯泡沫封堵钻孔孔口，封堵长度受钻孔所在岩土的稳定性控制，一般情况3-5米。
6.根据权利要求1所述的一种离子型稀土矿水平导流孔的成孔方法，其特征在于：所述多孔导流盲管采用高强塑料或金属材质管材。
7.根据权利要求1或6所述的一种离子型稀土矿水平导流孔的成孔方法，其特征在于：所述多孔导流盲管用于对钻孔孔壁进行支护，对钻孔孔口进行引流和防坍塌封堵加固。
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| CN116448624A (zh) * | 2023-06-16 | 2023-07-18 | 山东省鲁南地质工程勘察院(山东省地质矿产勘查开发局第二地质大队) | 一种土壤地层污染物监测系统及方法 |
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