CN114000859B - 一种基于溶浸采矿法的采矿装置及采矿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于溶浸采矿法的采矿装置及采矿方法，其中基于溶浸采矿法的采矿装置，包括定向施压碗体以及正负压施加装置；使用时将定向施压碗体的碗口端固定于矿体上，定向施压碗体的另一端设置有进液单向阀和出液单向阀，所述进液单向阀和出液单向阀的一端均与定向施压碗体内部连通，进液单向阀和出液单向阀的另一端均与所述正负压施加装置连通，通过定向施压碗体安装在矿体上，使得可以朝定向施压碗体轴向施加定向压力，同时通过切换正负压力可以使得溶浸液更好的流入矿体中，具有可根据矿体分布情况控制溶浸剂流动方向和控制向裂纹延伸，溶浸剂快而全面地溶浸,有效消除或减少“溶浸死区”或“死角”，切换负压力可以使得矿体中溶浸液回收,减少整个原地溶浸的主井眼的钻孔数量，大幅度降低溶浸开采的成本,降低注入井和采收井布井位置对采收率和采收范围的影响等优点。

Description

一种基于溶浸采矿法的采矿装置及采矿方法
技术领域
本发明涉及采矿领域，尤其涉及一种基于溶浸采矿法的采矿装置及采矿方法。
背景技术
溶浸采矿法是根据某些矿物的物理化学特性，将工作剂注入矿层(堆)，通过化学浸出、质量传递、热力和水动力等作用，将地下矿床或地表矿石中某些有用矿物，从固态转化为液态或气态，然后回收，以达到以低成本开采矿床的目的。溶浸采矿方法包括地表堆浸法、原地浸出法和细菌化学采矿法等。堆浸是指将溶浸液喷淋在矿石或边界品位以下的含矿岩石(废石)堆上，在其渗滤过程中，有选择的溶解和浸出矿石或废石堆中的有用成分，使之转入产品溶液(称浸出富液)中，以便进一步提取或回收的，按浸出地点和方式的不同，堆浸可分为露天堆浸和地下堆浸两类，前者用于处理已采至地面的低品位矿石、废石和其它废料，后者用于处理地下残留矿石或矿体。
传统的原地溶浸采矿法是在注入井施加一定的恒定压力注入溶浸剂，溶浸剂在矿层中与某些矿物发生物理、化学反应生成溶浸液，并在采收井中直接抽取溶浸液，通过溶浸液获取有用矿物。采收率和采收速度是溶浸采矿的重要指标，是衡量提高资源利用率的指标，也是衡量溶浸开采状况的一个重要依据。注入井和采收井的相对位置直接影响到溶浸剂的溶浸范围和溶浸强度，钻井的分布位置不同存在导致不同的溶浸范围和溶浸强度；同时岩土体为非均匀的材料，由于裂隙、溶洞等切割岩体形成各种非均匀的岩体和岩块，导致存在形态各异的优势流动区域和优势流动通道。传统方法注入的溶浸剂主要通过优势流动区域和优势流动通道直接进入采收井。溶浸剂影响矿层的范围有限，而矿层中的相对小渗透区域，溶浸剂流动缓慢或者不流动，形成“溶浸死区”或“死角”。
为解决上述为题问题，中国专利文献CN101126309B公开了“一种水平裂隙波动溶浸采矿法”，它包括形成注入井和采收井，并在矿层中制造水平裂隙面；将混合形成的高压缩性流体经过注入井注入矿层；不断波动矿层中的流体压力；在采收井或者注入井中收取含有矿藏的溶浸液；直到溶浸获取的矿藏浓度低于经济开采浓度为止，它可通过不断改变浸出液压力来提高浸出效率，同时设置多个钻井来控制流动范围，但是施工周期长，成本高。CN113202471A公开了“一种地下矿山点柱矿体的原地溶浸采矿法”，它包括在采空区内构筑人工假巷，在点柱的表面施工防渗层，并对采空区胶结充填接顶，然后在点柱底部施工形成积液巷道、积液钻孔和集液池并做防渗处理，在点柱上部施工形成通风孔、溶浸药剂添加孔并安装溶浸药剂添加管，自溶浸药剂添加管向点柱内添加溶浸药剂，浸出液通过下部的积液钻孔、积液巷道汇入集液池中，集液池中的浸出液通过自流或泵送进入下一步生产环节，该浸出药剂能通过矿体内部微裂隙或构造表面与矿体矿石发生化学反应，但是该浸出药剂流动缓慢且流动方向不可控，浸出缓慢，浸出效率低。CN101092873A公开了“一种波动溶浸采矿法”，它包括在水冶厂或者注入井中，包含溶浸剂的液体和气体混合形成高压缩性的气液混合流体经注入井注入矿层；不断波动矿层压力，通过不断升高和降低注入井和采收井的压力来实现；在注入井或者采收井中收取含有矿藏的溶浸液，它可不断改变浸出液压力来提高浸出效率，但是药剂流动方向不可控，对于狭长岩体浸出效果不好，且压力不断波动时容易使得裂缝被砂石堵塞。CN101126310公开了“一种水平井溶浸采矿法”，包括通过水平井工艺在矿层中形成水平井水平段和垂直段；形成交替间隔排列的注入井和采收井并按照传统原地溶浸方法进行采矿，它可用多个水平井布置来控制药剂流动方向，有效避免死角，但是水平井施工较为复杂、施工周期长，成本高。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提出一种基于溶浸采矿法的采矿装置及采矿方法，可以根据矿体分布情况控制溶浸剂流动方向和控制向裂纹延伸，使得溶浸剂快而全面地溶浸。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
依据本发明提供的一种基于溶浸采矿法的采矿装置及采矿方法，包括定向施压碗体、进液单向阀、出液单向阀、带有重力球的重力软管、带有过滤装置的正负压施加装置；所述定向施压碗体碗底端设置有进液单向阀和连通带有重力球的重力软管的出液单向阀；所述进液单向阀和出液单向阀的另一端与正负压施加装置连通；使用时将定向施压碗体的碗口端固定于矿体上，将溶浸剂向矿体正压定向侵入扩散或负压抽回矿体内的溶浸液；所述正负压施加装置包括储液箱、正压电控阀、负压电控阀、压力调节筒、溶浸剂补充电控阀、U型隔框、进液隔板、泥沙隔框、支撑肋板；所述储液箱上设置有压力调节筒，压力调节筒一端与所述储液箱内部连通，压力调节筒另一端设置有正压电控阀和负压电控阀；具体步骤与条件如下：
步骤S00：预先确定矿体延伸方向，规划溶浸剂流动方向，在矿体上沿溶浸剂流动方向打磨圆环孔，使得圆环孔与所述定向施压碗体的碗口相适配；
步骤S10：在圆环孔中心位置钻锥形孔，并在锥形孔底部进行初步扩孔使得矿体产生裂纹；
步骤S20：将定向施压碗体固定于圆环孔中，在两者之间安装密封圈；
步骤S30：启动负压电控阀以及溶浸剂补充电控阀，使得溶浸剂充满储液箱后关闭；
步骤S40：启动正压电控阀以及溶浸剂补充电控阀，使得溶浸剂进入定向施压碗体中，先对定向施压碗体中完成初步的溶浸剂补充；
步骤S50：设定正负压的加载时间，在正压溶浸一段时间后，切换打开负压电控阀，使得溶解有部分矿物质的溶浸液回抽，经过储液箱内过滤后，切换回正压电控阀继续加载，不断切换正负压力将溶浸液循环使用，一方面能够较好地除去溶浸液中的杂质，使得溶浸液更容易沿缝隙浸入岩体中不易发生堵塞，另一方面能够提高溶浸液的使用效率和饱和度，溶浸液排入定向施压碗体中后保持正向压力一段时间，能通过定向施压碗体中设置的压力传感器检测定向施压碗体内压力变化进行调整，周而复始。
本发明的有益效果或优点：
(1)可以对矿体定向施加正压力，使得溶浸剂更快侵入矿体中，可有效消除或减少“溶浸死区”或“死角”，同时通过切换负压力可以使得矿体中溶浸液回收。
(2)减少整个原地溶浸的主井眼的钻孔数量。
(3)大幅度降低溶浸开采的成本。
(4)同时降低注入井和采收井布井位置对采收率和采收范围的影响。
附图说明
图1是依据本发明一种基于溶浸采矿法的采矿装置及采矿方法的采矿装置立体示意图。
图2是图1所示采矿装置后视示意图。
图3是图2所示采矿装置储液箱装配示意图。
图4是图1所示采矿装置储液箱剖面示意图。
图5是本发明具体实施方式中提供的采矿时定向施压碗体安装在矿体上示意图。
图中各标识符号分别表示：
1.定向施压碗体2.进液单向阀3.出液单向阀4.重力软管41.重力球5.正负压施加装置51.储液箱521.正压电控阀522.负压电控阀523.压力调节筒54.溶浸剂补充电控阀55.U型隔框56.进液隔板57.泥沙隔框571.支撑肋板61.粗滤网62.中滤网63.精滤网
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
具体实施方式
如图1-5所示，本发明提供一种基于溶浸采矿法的采矿装置及采矿方法，包括定向施压碗体(1)、进液单向阀(2)、出液单向阀(3)、带有重力球(41)的重力软管(4)、带有过滤装置的正负压施加装置(5)；所述定向施压碗体(1)碗底端设置有进液单向阀(2)和连通带有重力球(41)的重力软管(4)的出液单向阀(3)；所述进液单向阀(2)和出液单向阀(3)的另一端与正负压施加装置(5)连通；使用时将定向施压碗体(1)的碗口端固定于矿体上，将溶浸剂向矿体正压定向侵入扩散或负压抽回矿体内的溶浸液；所述正负压施加装置(5)包括储液箱(51)、正压电控阀(521)、负压电控阀(522)、压力调节筒(523)、溶浸剂补充电控阀(54)、U型隔框(55)、进液隔板(56)、泥沙隔框(57)、支撑肋板(571)；所述储液箱(51)上设置有压力调节筒(523)，压力调节筒(523)一端与所述储液箱(51)内部连通，压力调节筒(523)另一端设置有正压电控阀(521)和负压电控阀(522)；具体步骤与条件如下：
步骤S00：预先确定矿体延伸方向，规划溶浸剂流动方向，在矿体上沿溶浸剂流动方向打磨圆环孔，使得圆环孔与所述定向施压碗体(1)的碗口相适配；
步骤S10：在圆环孔中心位置钻锥形孔，并在锥形孔底部进行初步扩孔使得矿体产生裂纹；
步骤S20：将定向施压碗体(1)固定于圆环孔中，在两者之间安装密封圈；
步骤S30：启动负压电控阀(522)以及溶浸剂补充电控阀(54)，使得溶浸剂充满储液箱(51)后关闭；
步骤S40：启动正压电控阀(521)以及溶浸剂补充电控阀(54)，使得溶浸剂进入定向施压碗体(1)中，先对定向施压碗体(1)中完成初步的溶浸剂补充；
步骤S50：设定正负压的加载时间，在正压溶浸一段时间后，切换打开负压电控阀(522)，使得溶解有部分矿物质的溶浸液回抽，经过储液箱(51)内过滤后，切换回正压电控阀(521)继续加载，不断切换正负压力将溶浸液循环使用，一方面能够较好地除去溶浸液中的杂质，使得溶浸液更容易沿缝隙浸入岩体中不易发生堵塞，另一方面能够提高溶浸液的使用效率和饱和度，溶浸液排入定向施压碗体(1)中后保持正向压力一段时间，能够通过定向施压碗体(1)中设置的压力传感器检测定向施压碗体(1)内压力变化进行调整，周而复始。
本发明一种基于溶浸采矿法的采矿装置及采矿方法可以进一步是
所述储液箱(51)内设置有围设在所述出液单向阀(3)的端部外侧的进液隔板(56)。
所述进液隔板(56)中设置有泥沙隔框(57)，泥沙隔框(57)滑动连接并置于所述进液隔板(56)底部。
所述过滤装置包括粗滤网(61)、中滤网(62)、精滤网(63)和U型隔框(55)。
所述泥沙隔框(57)上设有支撑肋板(571)，泥沙隔框(57)上方置有粗滤网(61)。
所述U型隔框(55)置于进液单向阀(2)的端部，U型隔框(55)开口的一端设置精滤网(63)与中滤网(62)所在空间连通，U型隔框(55)顶部与储液箱(51)顶面相抵。
所述进液隔板(56)与储液箱(51)顶面之间设置有间隙，进液隔板(56)外围与储液箱(51)内侧壁之间设置有中滤网(62)。
所述压力调节筒(523)的一端位于U型隔框(55)中，储液箱(51)顶部置有的溶浸液补充电控阀(54)的出料端位于U型隔框(55)中。
所述步骤S20中，安装定向施压碗体(1)时，调整角度使得储液箱(51)中的进液隔板(56)位于下方，U型隔框(55)开口位于顶部。
所述步骤S50中，切换负压电控阀(522)时，溶浸液通过出液单向阀(3)流入储液箱(51)中，依次经过粗滤网(61)、中滤网(62)、精滤网(63)后进入U型隔框(55)中，切换正压电控阀(521)后继续通过进液单向阀(2)后进入定向施压碗体(1)中并预设溶浸剂补充电控阀(54)的开启时间，使得不断补充溶浸剂。
工作时，将定向施压碗体(1)的碗口端固定于矿体上；可以采用螺钉固定的方式或者胶粘方式，或者采用压块以及其他装置将定向施压碗体(1)挤压在矿体上，矿体与定向施压碗体(1)之间设置防腐蚀密封圈，保证较高的气密性，使得溶浸剂更好的定向扩散。所述定向施压碗体(1)的另一端设置有进液单向阀(2)和出液单向阀(3)；所述进液单向阀(2)和出液单向阀(3)的一端均与所述定向施压碗体(1)内部连通，使得溶浸剂只能够通过进液单向阀(2)单方向的进入定向施压碗体(1)中，通过出液单向阀(3)单方向的从定向施压碗体(1)中排出。所述进液单向阀(2)和出液单向阀(3)的另一端均与所述正负压施加装置(5)连通。通过正负压施加装置(5)来回切换正反压力，使得溶浸液可以沿着矿体的裂缝来回冲刷，使得溶浸液流动更快，可以更高效的提取矿物质。同时正负压力来回切换可以有助于矿体裂纹的进一步扩大，从而使得溶浸剂可以更大范围的提取矿物质。而定向施压碗体(1)的安装方向可以有效的控制溶浸液朝对应方向扩散，在使用时能够根据勘测的矿体情况合理设置多个方向安装的定向施压碗体(1)，使得从多个方向扩散溶浸剂，能全面的提取矿体中的矿物质。
上述实施例仅为本发明最佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替换、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于溶浸采矿法的采矿装置的采矿方法，其特征在于包括定向施压碗体(1)、进液单向阀(2)、出液单向阀(3)、带有重力球(41)的重力软管(4)、带有过滤装置的正负压施加装置(5)；所述定向施压碗体(1)碗底端设置有进液单向阀(2)和连通带有重力球(41)的重力软管(4)的出液单向阀(3)；所述进液单向阀(2)和出液单向阀(3)的另一端与正负压施加装置(5)连通；使用时将定向施压碗体(1)的碗口端固定于矿体上，将溶浸剂向矿体正压定向侵入扩散或负压抽回矿体内的溶浸液；所述正负压施加装置(5)包括储液箱(51)、正压电控阀(521)、负压电控阀(522)、压力调节筒(523)、溶浸剂补充电控阀(54)、U型隔框(55)、进液隔板(56)、泥沙隔框(57)、支撑肋板(571)；所述储液箱(51)上设置有压力调节筒(523)，压力调节筒(523)一端与所述储液箱(51)内部连通，压力调节筒(523)另一端设置有正压电控阀(521)和负压电控阀(522)；具体步骤与条件如下：
步骤S00：预先确定矿体延伸方向，规划溶浸剂流动方向，在矿体上沿溶浸剂流动方向打磨圆环孔，使得圆环孔与所述定向施压碗体(1)的碗口相适配；
步骤S10：在圆环孔中心位置钻锥形孔，并在锥形孔底部进行初步扩孔使得矿体产生裂纹；
步骤S20：将定向施压碗体(1)固定于圆环孔中，在两者之间安装密封圈；
步骤S30：启动负压电控阀(522)以及溶浸剂补充电控阀(54)，使得溶浸剂充满储液箱(51)后关闭；
步骤S40：启动正压电控阀(521)以及溶浸剂补充电控阀(54)，使得溶浸剂进入定向施压碗体(1)中，先对定向施压碗体(1)中完成初步的溶浸剂补充；
步骤S50：设定正负压的加载时间，在正压溶浸一段时间后，切换打开负压电控阀(522)，使得溶解有部分矿物质的溶浸液回抽，经过储液箱(51)内过滤后，切换回正压电控阀(521)继续加载，不断切换正负压力将溶浸液循环使用，一方面能够较好地除去溶浸液中的杂质，使得溶浸液更容易沿缝隙浸入岩体中不易发生堵塞，另一方面能够提高溶浸液的使用效率和饱和度，溶浸液排入定向施压碗体(1)中后保持正向压力一段时间，能够通过定向施压碗体(1)中设置的压力传感器检测定向施压碗体(1)内压力变化进行调整，周而复始。
2.根据权利要求1所述的一种基于溶浸采矿法的采矿装置的采矿方法，其特征是所述储液箱(51)内设置有围设在所述出液单向阀(3)的端部外侧的进液隔板(56)。
3.根据权利要求2所述的一种基于溶浸采矿法的采矿装置的采矿方法，其特征是所述进液隔板(56)中设置有泥沙隔框(57)，泥沙隔框(57)滑动连接并置于所述进液隔板(56)底部。
4.根据权利要求2所述的一种基于溶浸采矿法的采矿装置的采矿方法，其特征是所述过滤装置包括粗滤网(61)、中滤网(62)、精滤网(63)和U型隔框(55)。
5.根据权利要求3所述的一种基于溶浸采矿法的采矿装置的采矿方法，其特征是所述泥沙隔框(57)上设有支撑肋板(571)，泥沙隔框(57)上方置有粗滤网(61)。
6.根据权利要求4所述的一种基于溶浸采矿法的采矿装置的采矿方法，其特征是所述U型隔框(55)置于进液单向阀(2)的端部，U型隔框(55)开口的一端设置精滤网(63)与中滤网(62)所在空间连通，U型隔框(55)顶部与储液箱(51)顶面相抵。
7.根据权利要求3所述的一种基于溶浸采矿法的采矿装置的采矿方法，其特征是所述进液隔板(56)与储液箱(51)顶面之间设置有间隙，进液隔板(56)外围与储液箱(51)内侧壁之间设置有中滤网(62)。
8.根据权利要求1所述的一种基于溶浸采矿法的采矿装置的采矿方法，其特征是所述压力调节筒(523)的一端位于U型隔框(55)中，储液箱(51)顶部置有的溶浸剂补充电控阀(54)的出料端位于U型隔框(55)中。
9.根据权利要求1所述的一种基于溶浸采矿法的采矿装置的采矿方法，其特征是所述步骤S20中，安装定向施压碗体(1)时，调整角度使得储液箱(51)中的进液隔板(56)位于下方，U型隔框(55)开口位于顶部。
10.根据权利要求4所述的一种基于溶浸采矿法的采矿装置的采矿方法，其特征是所述步骤S50中，切换负压电控阀(522)时，溶浸液通过出液单向阀(3)流入储液箱(51)中，依次经过粗滤网(61)、中滤网(62)、精滤网(63)后进入U型隔框(55)中，切换正压电控阀(521)后继续通过进液单向阀(2)后进入定向施压碗体(1)中并预设溶浸剂补充电控阀(54)的开启时间，使得不断补充溶浸剂。
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