CN111944996B - 一种气封减渗的原地浸矿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气封减渗的原地浸矿方法，所述方法包括：在原地浸矿矿山的导流孔下部开设注气孔，向所述注气孔内注入压缩空气，使所述导流孔下方矿体孔隙中充满空气形成气封隔水层。本发明提供的一种气封减渗的原地浸矿方法针对采用导流孔辅助集液的原地浸矿方法，在导流孔下方适当位置开钻注气孔，并向注气孔中注入压缩空气，使导流孔与注气孔间的矿体孔隙中充满空气，形成气封隔水层，阻止浸出液在矿体中继续下渗，提高浸出液回收率。

Description

一种气封减渗的原地浸矿方法

技术领域

本发明属于原地浸矿湿法治金技术领域，具体涉及一种气封减渗的原地浸矿方法。

背景技术

稀土具有广泛的应用，被誉为新材料宝库。中重稀土的稀缺和重要性已为世界公认，我国南方及南亚部分国家的离子吸附型稀土矿是主要的中重稀土来源。目前南方离子吸附型稀土矿一般采用硫酸铵为浸取剂，以原地浸矿或堆浸方式浸出其中的离子相稀土，再采用碳酸氢铵沉淀得到碳酸稀土精矿，或经灼烧得到氧化物稀土精矿。

原地浸矿技术可在不破坏植被的情况下，将粘土层所吸附的大部分稀土置换出来。但该技术对矿山的基岩条件有较高的要求，当隔水底板深潜，或无良好隔水层时，如全覆式稀土矿山，则需要采用人造底板，即开挖暗沟网的方式集液。该方式一般在矿体下部适当位置开挖集液巷道，巷道两侧进一步设置导流孔。矿体的特定高度有特定的渗流截面，而在巷道和导流孔附近，由于开孔等因素影响，渗流截面减小，液流在压力作用下进入导流孔，再汇集至集液巷道流出。但浸出母液极易沿风化层的裂隙向下、向外渗透，沿导流孔间的渗透介质进一步下渗，直接渗入矿山底部并进入地下水，造成稀土损失和环境污染。矿体中导流孔间的漏液截面面积决定了渗漏量的大小，而这一渗流截面的面积需保持一定的量才能保证集液巷道的结构安全。因此，通过多开出液孔减少漏液截面面积的方法具有一定的局限性。

中国专利CN1048564A(公开日1991年1月16日)“离子型稀土矿原地浸矿工艺”、中国专利CN1208080A“离子型稀土矿原地浸取工艺”(公开日：1999年2月17日)以及中国专利CN102392129A“一种离子吸附型矿原地浸矿出液的方法和系统”(申请公布日：2012年3月28日)介绍的原地浸矿工艺，为提高集液效率，收液阶段采用了相类似的真空封底收液方法，即在矿体底部钻凿集液孔，集液孔内安设与真空系统连接的收液管进行收液。采用真空负压出液的方式，理论上可以提高出液速度，降低矿层含液量，但在实际应用中，电力消耗较多，必须保证负压收液过程的连续性，如果停电或真空泵等设备出现故障，将造成浸出液的下渗，使收液率下降。

中国专利CN110685693A(申请日期：2019年10月25日)公布了一种离子型稀土原地浸矿截流收液装置，该装置在集液管两侧设置了倾斜向上具有截流作用的碟翼，通过上下多层由截流收液装置串接的V形导流槽所组成的截流收液网可将向下渗流的稀土浸出液进行截流收集，减少了稀土资源流失。尽管V形导流槽装置可进行拆卸回收利用，但施工难度较大，不便于工程应用。

故，有必要提供一种气封减渗的原地浸矿方法来科学合理地调整矿体中的渗流场，使得浸出母液能够更多地从导流孔流出，减小矿体中进一步渗漏进入地下水。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种气封减渗的原地浸矿方法，在原地浸矿矿山的导流孔下部，开设与导流孔平行或与集液巷道平行的注气孔，并向注气孔内注入压缩空气，以在导流孔下方的矿体内形成气封隔水层，减少漏液量。

为达到以上目的，本发明采用的一种技术方案是：一种气封减渗的原地浸矿方法，所述方法包括：

在原地浸矿矿山的导流孔下部开设注气孔，向所述注气孔内注入压缩空气，使所述导流孔下方矿体孔隙中充满空气形成气封隔水层。

进一步的，所述在原地浸矿矿山的导流孔下部开设注气孔具体包括：

对于开挖有集液巷道的矿山，在巷道壁上的导流孔下部开设注气孔，注气孔与导流孔在地面上的投影平行；

对于开挖有集液巷道的矿山，在山体外部开钻注气孔，注气孔与集液巷道在地面上的投影平行；

对开挖有集液沟的矿山，先在集液沟上方开钻水平导流孔，然后在所述导流孔下部开钻注气孔，所述注气孔与导流孔在地面上的投影平行。

进一步的，所述导流孔横截面为圆形，直径为50～150mm。

进一步的，所述注气孔横截面为圆形，直径为50～300mm。

进一步的，向所述注气孔中注入的压缩空气压力为120～200kPa。

进一步的，所述注气孔距离上方所述导流孔的垂直距离为200～1000mm。

进一步的，对于开挖有集液巷道的矿山，在巷道壁上的导流孔下部开设注气孔，注气孔与导流孔在地面上的投影平行时，所述导流孔呈平行分布，所述注气孔位于所述相邻两导流孔中心。

进一步的，所述导流孔或所述注气孔垂直或接近垂直于集液巷道侧壁。

进一步的，所述导流孔及注气孔长度均为相邻两巷道距离的1/2。

进一步的，对于开挖有集液巷道的矿山，在山体外部开钻注气孔，注气孔与集液巷道在地面上的投影平行时，所述注气孔距离上方所述集液巷道的垂直距离为300～1000mm。

进一步的，开钻的注气孔长度与相邻两集液巷道基本相同。

进一步的，当所述对开挖有集液沟的矿山，先在集液沟上方开钻水平导流孔，然后在所述导流孔下部开钻注气孔时，所述导流孔及注气孔与水平面平行或接近平行。

进一步的，所述导流孔及注气孔长度以开挖至基岩为准。

本发明的效果在于：第一，采用注气产生人造气封隔水层，可有效调整矿体流场，有益于提高矿山浸出液回收率；第二，加气过程可通过对空气流量、压力等相关参数的调整，并根据输出流量等反馈参数，实现矿山流场的动态调整；第三，对闭矿后的山体自然渗流场影响较小。

附图说明

图1为本发明所述一种气封减渗的原地浸矿方法第一实施例的纵向剖面示意图；

图2为本发明所述一种气封减渗的原地浸矿方法第二实施例的纵向剖面示意图；

图3为本发明所述一种气封减渗的原地浸矿方法第三实施例的纵向剖面示意图。

图中：1-矿体，2-浸出液，3-导流孔，4-注气孔，5-压缩空气，6-含气隔水层；21-矿体，22-浸出液，23-导流孔，24-注气孔，25-压缩空气，26-含气隔水层；27-集液巷道；31-矿体，32-浸出液，33-导流孔，34-注气孔，35-压缩空气，36-含气隔水层；37-集液沟。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

采用集液巷道和导流孔收液的矿山中浸出母液渗流场难以形成饱和区，矿体主体多为非饱和土。非饱和土由土骨架、孔隙水和气三相组成。按照孔隙中的水相和气相的存在形态，可将非饱和土归纳为三种系统，即：水封闭、双开敞和气封闭系统。饱和度较大时为气封闭系统，孔隙空间中的气相被孔隙水所分隔、孤立，以气泡形态存在，而孔隙水则是连通的，此种状态时矿体中可形成稳定渗流场，浸出母液可连续下渗。当饱和度较小时，只有孔隙气是连通的，而孔隙水则被孔隙气和土粒所分隔、孤立，处于封闭状态，故称之为水封闭系统，处于此种状态时的矿体中浸出母液将失去向下渗流的动力。当饱和度处于中间状态时则为双开敞系统，其孔隙水与孔隙气都是连通的，两者各有自己的通道。

土体内的水、气两相均为流体，它们的流动也均满足达西定律。对于非饱和土体水，流动遵循的唯一原则是自土水势高处向土水势低处运移，其中任一点的土水势只包含重力势和基质势两部分。集液巷道和导流孔下部土体应已充分吸水，此时的基质势可视为零，因此，理论上，在集液巷道和导流孔下方引入不小于位置水头(即重力势)压力的气体即可抵消液体下渗的总水势。

如何科学合理地调整矿体中的渗流场，使得浸出母液能够更多地从导流孔流出，减小矿体中进一步渗漏进入地下水，是本发明专利拟解决的技术问题。而基于上述分析，如能使集液巷道和导流孔下方土体处于水封闭状态，则其中的液体将不能自由流动，即可减少母液下渗。为此，需设法降低此处土体水饱合度。当在集液巷道和导流孔下方土体中引入一定压力(不小于位置水头)的气体，同时在适当位置存在泄压通道(如集液巷道和导流孔)时，将可形成稳定的气流场，气流场及附近区域内的液体将逐渐随气流带入泄压通道，水土饱和度不断降低，最终形成水封闭系统，而水封闭系统在集液巷道和导流孔下方相互连通构建的控制面可成为阻止母液下渗的气封隔水层，进而实现阻止母液自导流孔间渗漏截面下渗损失的目的。

本专利提供一种气封减渗的原地浸矿方法，所述方法包括：在原地浸矿矿山的导流孔下部开设注气孔；向所述注气孔内注入压缩空气，使所述导流孔下方矿体孔隙中充满空气形成气封隔水层。

需要强调的是，根据矿山的实际情况，采取不同的实施方式。具体包括以下情况：

参阅图1，对于开挖有集液巷道(未示出)的矿山，可以在巷道壁上的导流孔3下部开设注气孔4，注气孔4与导流孔3在地面上的投影平行。在矿体1中，浸出液2自上至下流动，至导流孔3后引出。在导流孔3下部，设置注气孔4，向注气孔中加注压缩空气5，形成含气隔水层6，使得浸出液全部从导流孔3中输出。

参阅图2，对于开挖有集液巷道27的矿山，可以在山体外部开钻注气孔24，注气孔24与集液巷道27在地面上的投影平行。在矿体21中，浸出液22自上至下流动，至导流孔23后引出。在导流孔23下部，设置注气孔24，向注气孔24中加注压缩空气25，形成含气隔水层26，使得浸出液全部从导流孔23中输出。

参阅图3，对没有开挖集液巷道的矿山，可以先在集液沟37上方开钻水平导流孔33，然后在其下部平行开钻注气孔34，所述注气孔34与导流孔33在地面上的投影平行，由注气孔34注气以增加导流孔33出液流量。在矿体31中，浸出液32自上至下流动，至导流孔33后引出。在导流孔33下部，设置注气孔34，向注气孔34中加注压缩空气35，形成含气隔水层36，使得浸出液全部从导流孔33中输出，最后流入集液沟37。

优选的，所述导流孔横截面为圆形，直径为50～150mm；所述注气孔横截面为圆形，直径为50～300mm；所述注气孔距离上方所述导流孔的垂直距离为200～1000mm；向所述注气孔中注入的压缩空气压力为120～200kPa。

还需要说明的是，对于开挖有集液巷道的矿山，在巷道壁上的导流孔下部开设注气孔，注气孔与导流孔在地面上的投影平行时，所述导流孔呈平行分布，所述注气孔位于所述相邻两导流孔中心。所述导流孔或所述注气孔垂直或接近垂直于集液巷道侧壁。所述导流孔及注气孔长度均为相邻两巷道距离的1/2。

还需要说明的是，对于开挖有集液巷道的矿山，在山体外部开钻注气孔，注气孔与集液巷道在地面上的投影平行时，所述注气孔距离上方所述出液巷道的垂直距离为300～1000mm。开钻的注气孔长度与相邻两出液巷道基本相同。

还需要说明的是，当所述对开挖有集液沟的矿山，先在集液沟上方开钻水平导流孔，然后在所述导流孔下部开钻注气孔时，所述导流孔及注气孔与水平面平行或接近平行。具体的，所述导流孔及注气孔长度以开挖至基岩为准，山体内存在基岩，挖至基岩即为极限。

下面结合具体实施例进行说明：

实施例1某离子吸附型稀土矿山的采准工程方案为：在山脚处布置集液巷道，布置方式为垂直矿体走向，由山坡坡面打通矿体至半风化花岗岩层，巷道间距为15m，平巷规格为宽0.8m～1m，高1.8m～2m，底板均采用水泥浆进行防渗漏处理，坡度为3°～5°向布置有集液池的方向下坡；集液巷道内布置导流孔，导流孔方向为垂直巷道走向，孔径为φ100mm，倾角为5～8°，分两层实施，同层孔距0.3m，层间距为0.5m，上下层交错布置，下层距离巷道底0.5m，孔深均为7～10m。各矿块主集液巷道口附近下方设置集液池来收集母液。为实施气封底工艺，在其中一条巷道内两侧的下排导流孔中均植入压缩空气管道，以水泥砂浆封闭注气孔口，并于外部的气泵连结。开始收液时常压收液，分别记录两排导流孔中的出液流量，待出液流量稳定后，向下排导流孔中注入压力为120kPa的压缩空气，注入的压缩空气优先从上排导流孔中排出，从而在两排导流孔间形成由连续的V形气封隔水槽组成的隔水层，进入隔水层中的少量母液将在气流裹挟作用下由上层导流孔中流出，可降低母液渗漏损失。通入压缩空气后，相比常压收液，回收母液总流量提升约10％。

实施例2某离子吸附型稀土矿山的采准工程方案为：集液巷道和导流孔施工方法同实施例1，但仅设置单层导流孔，距巷道底0.6m。在相邻两巷道底面水平面下方500mm，两三等分点位置各开挖一条平行于巷道的注气孔，注气孔形状为圆形，长度与巷道相同，直径为φ300mm。在两注气孔中植入压缩空气管道，以水泥砂浆封闭注气孔口，并于外部的气泵连结。开始收液时常压收液，记录导流孔中的出液流量，待出液流量稳定后，向两注气孔注入压力为200kPa的压缩空气，注入的压缩空气在注气孔与两侧的出液巷道以及导流孔之间形成气封隔水层，可降低母液渗漏损失。通入压缩空气后，相比常压收液，回收母液总流量提升了约8％。

实施例3：某离子吸附型稀土矿山底板赋存形式为出露式矿床，采用以集液沟集液为主、导流孔为辅的综合收液技术。在集液沟上方沿矿体布置单排垂直边壁的密集导流孔，孔径为φ100mm，孔距1m，孔口距集液沟垂直距离1.5m，孔深以打到基岩为准，母液经导流孔能快速汇集到集液沟，再经集液沟流到母液中转池。在导流孔下方开挖一排注气孔，孔径为φ100mm，孔距1m，与其上导流孔间排距0.5m，导流孔与注气孔交叉错位布置，如附图3所示。所有注气孔中均植入压缩空气管道，以水泥砂浆封闭注气孔口，并于外部的气泵连结。开始收液时常压收液，分别记录导流孔与注气孔中的出液流量，待出液流量稳定后，向注气孔中注入压力为140kPa的压缩空气。通入压缩空气后，相比常压收液，回收母液总流量提升约15％。

区别于现有技术，本发明提供的一种气封减渗的原地浸矿方法，第一，采用注气产生人造气封隔水层，可有效调整矿体流场，有益于提高矿山浸出液回收率；第二，加气过程可通过对空气流量、压力等相关参数的调整，并根据输出流量等反馈参数，实现矿山流场的动态调整；第三，对闭矿后的山体自然渗流场影响较小。

本领域技术人员应该明白，本发明所述方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种气封减渗的原地浸矿方法，其特征在于，所述方法包括：在原地浸矿矿山的导流孔下部开设注气孔，向所述注气孔内注入压缩空气，使所述导流孔下方矿体孔隙中充满空气形成气封隔水层；加气过程通过对空气流量、压力的参数的调整，并根据输出流量的反馈参数，实现矿山流场的动态调整；

所述在原地浸矿矿山的导流孔下部开设注气孔具体包括：

对于开挖有集液巷道的矿山，在巷道壁上的导流孔下部开设注气孔，注气孔与导流孔在地面上的投影平行；

对于开挖有集液巷道的矿山，在山体外部开钻注气孔，注气孔与集液巷道在地面上的投影平行；

对开挖有集液沟的矿山，先在集液沟上方开钻水平导流孔，然后在所述导流孔下部开钻注气孔，所述注气孔与导流孔在地面上的投影平行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导流孔横截面为圆形，直径为50~150mm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述注气孔横截面为圆形，直径为50~300mm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，向所述注气孔中注入的压缩空气压力为120~200kPa。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述注气孔距离上方所述导流孔的垂直距离为200~1000mm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于开挖有集液巷道的矿山，在巷道壁上的导流孔下部开设注气孔，注气孔与导流孔在地面上的投影平行时，所述导流孔呈平行分布，所述注气孔位于相邻两导流孔中心。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述导流孔或所述注气孔垂直或接近垂直于集液巷道侧壁。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述导流孔及注气孔长度均为相邻两巷道距离的1/2。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于开挖有集液巷道的矿山，在山体外部开钻注气孔，注气孔与集液巷道在地面上的投影平行时，所述注气孔距离上方所述集液巷道的垂直距离为300~1000mm。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，开钻的注气孔长度与相邻两集液巷道基本相同。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述对开挖有集液沟的矿山，先在集液沟上方开钻水平导流孔，然后在所述导流孔下部开钻注气孔时，所述导流孔及注气孔与水平面平行或接近平行。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述导流孔及注气孔长度以开挖至基岩为准。

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