CN114004178A - 一种单元流量分析方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地浸采铀采区的流量分析方法及系统，其中方法包括：构建地浸采铀采区的水动力模型；基于水动力模型，构建溶质迁移模型；基于溶质迁移模型，构建单元流量模型；利用单元流量模型，确定地浸采铀采区中每个抽注单元的抽注流量。本发明同构构建单元流量模型，能够确定地浸采铀采区中每个抽注单元的抽注流量，要根据采区各个抽注单元不同抽注流量采取对应的措施，以为微平衡的原理解决地浸采铀采区矿体浸出不均匀的问题。

Description

一种单元流量分析方法及系统

技术领域

本发明涉及地浸采铀矿山技术领域，特别是涉及一种单元流量分析方法及系统。

背景技术

地浸采铀矿山在各采区井场建设大量的注液井和抽液井，铀矿床含矿含水层局部岩性的差异造成了地层渗透性能的各向异性，这些层间隔水透镜体或弱透水夹层导致了地浸采铀采区单元抽注孔矿体浸出不均匀，地下水对浸出液过渡稀释，浸出效果差等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种地浸采铀采区的流量分析方法及系统，精确计算地浸采铀采区中每个单元的抽注流量，进而解决地浸采铀采区矿体浸出不均匀的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种地浸采铀采区的流量分析方法，包括：

构建地浸采铀采区的水动力模型；

基于所述水动力模型，构建溶质迁移模型；

基于所述溶质迁移模型，构建单元流量模型；

利用所述单元流量模型，确定所述地浸采铀采区中每个抽注单元的抽注流量。

可选的，所述抽注单元包括一个注孔和距离所述注孔最近的四个抽孔。

可选的，所述基于所述水动力模型，构建溶质迁移模型，具体包括：

选取地浸采铀采区中任一抽注单元为待测抽注单元；

基于所述待测抽注单元的岩性参数和所述水动力模型，构建所述待测抽注单元的溶质迁移初始模型；

对所述待测抽注单元进行多元示踪实验；

向所述溶质迁移初始模型的多个注孔中均投放虚拟溶质，调整所述溶质迁移初始模型的参数，直至所述溶质迁移初始模型输出的流量数据与所述多元示踪实验的结果一致，得到所述溶质迁移模型；每个所述注孔中所述虚拟溶质的投放量与所述多元示踪实验中实际溶质的实际投放量相同；所述参数包括地层的弥散系数，分配系数、吸附系数、孔隙度、渗透系数和给水度。

可选的，所述基于所述溶质迁移模型，构建单元流量模型，具体包括：

获取所述地浸采铀采区中的所有抽注单元的岩性数据；

根据所述地浸采铀采区中的所有抽注单元的岩性数据，构建单元流量模型；所述单元流量模型的参数与所述溶质迁移模型的参数一致。

可选的，所述利用所述单元流量模型，确定所述地浸采铀采区中每个抽注单元的抽注流量，具体包括：

向所述单元流量模型中所有抽注单元的注孔中均投放的虚拟溶质，输出所述地浸采铀采区中每个抽注单元的抽注流量。

一种地浸采铀采区的流量分析系统，包括：

水动力模型构建模块，用于构建地浸采铀采区的水动力模型；

溶质迁移模型构建模块，用于基于所述水动力模型，构建溶质迁移模型；

单元流量模型构建模块，用于基于所述溶质迁移模型，构建单元流量模型；

抽注流量确定模块，用于利用所述单元流量模型，确定所述地浸采铀采区中每个抽注单元的抽注流量。

可选的，所述抽注单元包括一个注孔和距离所述注孔最近的四个抽孔。

可选的，所述溶质迁移模型构建模块，具体包括：

待测抽注单元选取单元，用于选取地浸采铀采区中任一抽注单元为待测抽注单元；

溶质迁移初始模型构建单元，用于基于所述待测抽注单元的岩性参数和所述水动力模型，构建所述待测抽注单元的溶质迁移初始模型；

多元示踪实验单元，用于对所述待测抽注单元进行多元示踪实验；

溶质迁移模型确定单元，用于向所述溶质迁移初始模型的多个注孔中均投放虚拟溶质，调整所述溶质迁移初始模型的参数，直至所述溶质迁移初始模型输出的流量数据与所述多元示踪实验的结果一致，得到所述溶质迁移模型；每个所述注孔中所述虚拟溶质的投放量与所述多元示踪实验中实际溶质的实际投放量相同；所述参数包括地层的弥散系数，分配系数、吸附系数、孔隙度、渗透系数和给水度。

可选的，所述单元流量模型构建模块，具体包括：

岩性数据获取单元，用于获取所述地浸采铀采区中的所有抽注单元的岩性数据；

单元流量模型构建单元，用于根据所述地浸采铀采区中的所有抽注单元的岩性数据，构建单元流量模型；所述单元流量模型的参数与所述溶质迁移模型的参数一致。

可选的，所述抽注流量确定模块，具体包括：

抽注流量确定单元，用于向所述单元流量模型中所有抽注单元的注孔中均投放的虚拟溶质，输出所述地浸采铀采区中每个抽注单元的抽注流量。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种地浸采铀采区的流量分析方法及系统，其中方法包括：构建地浸采铀采区的水动力模型；基于水动力模型，构建溶质迁移模型；基于溶质迁移模型，构建单元流量模型；利用单元流量模型，确定地浸采铀采区中每个抽注单元的抽注流量。本发明同构构建单元流量模型，能够确定地浸采铀采区中每个抽注单元的抽注流量，要根据采区各个抽注单元不同抽注流量采取对应的措施，以为微平衡的原理解决地浸采铀采区矿体浸出不均匀的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中地浸采铀采区的流量分析方法流程图；

图2为本发明实施例中单元流量分析流程图；

图3为本发明实施例中区域模型与研究区溶质迁移模型位置与边界；

图4为本发明实施例中四种虚拟溶质示踪剂与多元醇类示踪试验对比图；图4(a)为本发明实施例中虚拟溶质示踪剂与多元醇类示踪试验(孔正丁醇)对比图；图4(b)为本发明实施例中虚拟溶质示踪剂与多元醇类示踪试验(孔甲醇)对比图；图4(c)为本发明实施例中虚拟溶质示踪剂与多元醇类示踪试验(孔乙醇)对比图；图4(d)为本发明实施例中虚拟溶质示踪剂与多元醇类示踪试验(孔异丙醇)对比图；

图5为本发明实施例中模拟采区抽注孔分布及溶质投放图；

图6为本发明实施例中第32天3504单元溶质迁移分布图；

图7为本发明实施例中3504单元溶质浓度质量变化图；

图8为本发明实施例中第32天4701单元溶质迁移分布图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种地浸采铀采区的流量分析方法及系统，精确计算地浸采铀采区中每个单元的抽注流量，进而解决地浸采铀采区矿体浸出不均匀的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例中地浸采铀采区的流量分析方法流程图，如图1所示，本发明提供了一种地浸采铀采区的流量分析方法，包括：

步骤101：构建地浸采铀采区的水动力模型；

步骤102：基于水动力模型，构建溶质迁移模型；

步骤103：基于溶质迁移模型，构建单元流量模型；

步骤104：利用单元流量模型，确定地浸采铀采区中每个抽注单元的抽注流量。

具体的，抽注单元包括一个注孔和距离注孔最近的四个抽孔。

步骤102，具体包括：

选取地浸采铀采区中任一抽注单元为待测抽注单元；

基于待测抽注单元的岩性参数和水动力模型，构建待测抽注单元的溶质迁移初始模型；

对待测抽注单元进行多元示踪实验；

向溶质迁移初始模型的多个注孔中均投放虚拟溶质，调整溶质迁移初始模型的参数，直至溶质迁移初始模型输出的流量数据与多元示踪实验的结果一致，得到溶质迁移模型；每个注孔中虚拟溶质的投放量与多元示踪实验中实际溶质的实际投放量相同；所述参数包括地层的弥散系数，分配系数、吸附系数、孔隙度、渗透系数和给水度。

步骤103，基于溶质迁移模型，构建单元流量模型，具体包括：

获取地浸采铀采区中的所有抽注单元的岩性数据；

根据地浸采铀采区中的所有抽注单元的岩性数据，构建单元流量模型；单元流量模型的参数与溶质迁移模型的参数一致。

步骤104，具体包括：

向单元流量模型中所有抽注单元的注孔中均投放的虚拟溶质，输出地浸采铀采区中每个抽注单元的抽注流量。

图2为本发明实施例中单元流量分析流程图，如图2以某地浸采铀采区为重点，并参照其他地浸采区采用数值模拟研究，结合地下水动力学、随机分布理论等进行量化计算分析对地浸采区进行模拟研究。

(一)建立区域水动力模型。

针对铀矿山地浸采场开展流场数值模拟工作，确定研究区的水力边界条件。

在水动力模型建立时，通常使用连续水位监测资料，或者使用未受流场影响区域初始水位作为边界条件。若研究区无详细水位资料，又无法确定无水力影响区域，则建立更大的包含所有采区的区域水动力模型。将整个采区抽注条件作一定程度概化，利用GMS三维地下水模拟软件模拟计算采区流场每一天的水位变化情况，获得研究区模型边界水位随时间变化曲线。并以时间数组形式赋值(即将水位随时间变化的参数在模型中参数设置中导入研究区模型)于研究区模型作为模型水力边界条件参数。研究区溶质迁移模型与区域水动力模型边界见图3。

1、先对地层进行概化，所建模型为非均质地质模型。地层的非均质性体现在渗透系数、孔隙度、弥散系数等地层参数的不均匀分布。以各钻孔物探测井资料为依据，参考地层沉积韵律，将地层概化为若干层，给定厚度，每个概化层按岩性进行标识，每种岩性对应一组地层参数。

2、再对边界条件概化，顶板边界：为了简化模型将含矿含水层上覆地层统一为一个隔水层，顶面边界补给排泄为0。侧面边界：模拟区四周边界视为定水头边界。

(二)开展多元示踪试验。

通过现场开展真实的示踪试验，取得实际参数，用来修正模型，让模型尽可能真实。选取具有一定代表性的以1个采区为主体的若干个抽注单元开展多元示踪试验，根据示踪试验结果，计算抽注过程中抽注孔之间地层水的运移速度和各示踪剂弥散速度。

多元示踪试验原理和过程，以及最终的实验结果：于中心抽注单元4个注孔内投放物理化学性质相近的不同示踪剂通过不同的注孔投放于地下水中，在示踪实验区域，钻孔的抽注行为令地下水形成流动，溶于地层水中的示踪剂跟着流动，通过抽出液中的各示踪剂浓度、含量的见剂时间计算出各对抽注孔间地层水的运移速度、弥散速度。(计算方法为：醇示踪剂的运移速度＝运移距离/示踪剂浓度峰值时间，其中运移距离为注孔到抽出孔的距离。醇示踪剂的弥散速度＝投放孔到监测孔的距离/见剂时间)。

(三)搭建溶质迁移模型。

利用上一步示踪试验取得实际参数(地层的弥散系数，分配系数、吸附系数、孔隙度、渗透系数、给水度)来修正模型，让模型尽可能真实。在区域水动力模型基础上搭建研究区域的溶质迁移模型，以现场多元示踪试验四种醇的时间变化序列数据(浓度随时间变化的数据)为依据对溶质迁移模型进行校验。

在区域水动力模型中投放虚拟溶质，即为溶质迁移模型。投放条件设置与多元示踪试验完全相同，于中心抽注单元4个注孔内投放性质相同的虚拟溶质，加以不同标识。将同样投放量的虚拟溶质按照示踪试验的投放浓度、投放时间投放。具体投放钻孔投放时间与浓度见表1。

表1 各注孔虚拟溶质投放浓度

研究区溶质迁移模型依据示踪试验对模型参数进行调整。分别调整四种虚拟溶质示踪剂吸附常数，使四种虚拟溶质示踪剂与多元醇类示踪试验在各钻孔表现相同的变化趋势(图4)。使得模拟运算结果与示踪剂试验观测结果示踪剂空间分布范围一致。

在区域水动力模型基础上搭建研究区域的溶质迁移模型，以现场多元示踪试验四种醇的时间变化序列数据为依据对溶质迁移模型进行校验，溶质迁移模型的误差较小，可用于下一步的预测分析。

(四)建立单元流量模型。

以前期所建溶质迁移模型为基础，建立单元流量模型。具体的，对上述的每个注孔投放虚拟溶质。模型运行虚拟溶质为模型中虚拟投放的溶质，这些虚拟溶质假设物理化学性质完全相同，为区分它们，用各孔的编号表示，如S4901，表示从注孔4901投放的编号为4901的溶质)，(见图5)，图5中，1表示抽孔；2表示注孔，3表示模型注入溶质。

单元流量模型搭建方法：在上述(四)步建立的溶质迁移模型中的每个注孔中加入物化性质相同，仅编号不同的溶质，建立单元流量模型。该单元流量模型投放溶质共42种，投放浓度全部为5000mg/L，投放时间持续整个模拟时间。模型运行时间共计32天，流量按采区真实流量进行模拟计算，模型水位边界同前期溶质迁移模型，浓度边界取模型几何边界的各溶质浓度为定浓度边界0mg/L。

(五)单元流量分析。

利用单元流量模型模拟整个研究区域的抽注情况，软件自动计算每个抽孔抽出的不同虚拟溶质的量。依据单元流量模型的模拟结果对采区每组抽注单元进行量化分析。

例如抽3504单元：

3504单元为采区边界单元，单元相关注孔为3304、3704、3306及3706(图3)。从溶质迁移分布图(图6)可见，溶质S3304、S3704、S3306和S3706均可通过对流迁移运移至抽孔3504内，以200mg/L为界线，四种溶质的迁移面积分别为4620、7876、3610和2515m2。从图6上可见，4个注孔与抽孔的水力联系良好。

根据模型计算结果(图7)，第32天模拟结束时溶质S3304、S3306、S3704和S3706在抽孔3504浸出液中的质量浓度分别为534.25，557.82，813.59和381.97mg/L，4种溶质浓度相对均衡。

对于本单元流分析结果：3504与本单元4个注孔联通性较好且较均一，因此可同时增大单元内所有注孔的流量，抽孔3504抽液量不变，以进一步弱化采区内其他非关联注孔对抽孔3504的影响。

例如抽4701单元：

4701单元为采区内部单元，单元相关注孔为4501、4502、4901和4902(图8)。从溶质迁移分布图(图8)可见，抽孔4701与注孔4501之间水力联系较弱。以200mg/L为界线，四种溶质的迁移面积分别为5503、5361、10997和8332m2。图6和8中，

表示溶质迁移范围；

表示浸采铀对流场流线；

表示采场抽注钻孔。

对于本单元流分析结果：应沟通抽注孔4701-4501之间的水力通道，提高4501的注液量，增加其对抽孔4701的流量供给。

本发明针对地浸开采工艺中的抽注流量平衡问题，首次提出抽注单元微平衡概念。前人对地浸采铀水动力对流场的研究都只从流场整体抽注平衡着手，没有更进一步考虑抽注孔间水力联系和抽注单元内部的平衡，这限制了对地浸采铀流场的更准确认识，难以对采区抽注液平衡进行更精准控制。本专利单元流量分析方法，创造性的提出抽注单元微平衡概念。关注抽注孔间水力联系和抽注单元内部的平衡。以单元流量模型为手段，通过模拟、分析、计算得出每个抽孔累计流量分配和每个注孔的溶质流向，据此对单元流量进行微平衡调节，最终达到采场整体抽注平衡。通过具有唯一指向性的示踪剂对注孔注液进行追踪溯源，并以浸出液中不同示踪剂的浓度比例计算不同注孔对抽孔的流量占比。对溶质迁移模型中的每个注孔投放虚拟溶质。这些虚拟溶质用各孔的编号表示，精准计算出的各抽孔中来自不同注孔的虚拟溶质的量。在建立水动力模型时，由区域模型计算出水力边界和初始水位数据；并通过对边界钻孔流量的平衡概化将研究区域从整个矿山中“剥离”出来的流场分割方法。为类似于各采区间无明显空间隔离，采区呈片状连续分布的地浸铀矿山提供了模型搭建的方法。建立模型的铀矿山有若干采区，采区连续紧密排布，既无详细水位资料，又无法依据采区划分确定无水力影响区域。单元流量分析时，准确计算每个流量单元中每对抽注孔间的流量供-受关系，并且通过中性溶质在流场的迁移扩散来计算地下水进入流场的流量。为最终计算出令采区达到均匀浸出和保持单元内平衡的每个钻孔的流量做基础。

本发明可用于地浸采铀矿山在地浸采铀过程中，通过采铀流场的数值模拟，进行单元流量分析，更精准地调控抽注液量，控制浸出液扩散范围，提高生产效益，进而避免污染事故。

本发明提供了一种地浸采铀采区的流量分析系统，包括：

水动力模型构建模块，用于构建地浸采铀采区的水动力模型；

溶质迁移模型构建模块，用于基于水动力模型，构建溶质迁移模型；

单元流量模型构建模块，用于基于溶质迁移模型，构建单元流量模型；

抽注流量确定模块，用于利用单元流量模型，确定地浸采铀采区中每个抽注单元的抽注流量。

其中，抽注单元包括一个注孔和距离注孔最近的四个抽孔。

溶质迁移模型构建模块，具体包括：

待测抽注单元选取单元，用于选取地浸采铀采区中任一抽注单元为待测抽注单元；

溶质迁移初始模型构建单元，用于基于待测抽注单元的岩性参数和水动力模型，构建待测抽注单元的溶质迁移初始模型；

多元示踪实验单元，用于对待测抽注单元进行多元示踪实验；

溶质迁移模型确定单元，用于向溶质迁移初始模型的多个注孔中均投放虚拟溶质，调整溶质迁移初始模型的参数，直至溶质迁移初始模型输出的流量数据与多元示踪实验的结果一致，得到溶质迁移模型；每个注孔中虚拟溶质的投放量与多元示踪实验中实际溶质的实际投放量相同；所述参数包括地层的弥散系数，分配系数、吸附系数、孔隙度、渗透系数和给水度。

单元流量模型构建模块，具体包括：

岩性数据获取单元，用于获取地浸采铀采区中的所有抽注单元的岩性数据；

单元流量模型构建单元，用于根据地浸采铀采区中的所有抽注单元的岩性数据，构建单元流量模型；单元流量模型的参数与溶质迁移模型的参数一致。

抽注流量确定模块，具体包括：

抽注流量确定单元，用于向单元流量模型中所有抽注单元的注孔中均投放的虚拟溶质，输出地浸采铀采区中每个抽注单元的抽注流量。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种地浸采铀采区的流量分析方法，其特征在于，所述方法，包括：

构建地浸采铀采区的水动力模型；

基于所述水动力模型，构建溶质迁移模型；

基于所述溶质迁移模型，构建单元流量模型；

利用所述单元流量模型，确定所述地浸采铀采区中每个抽注单元的抽注流量。

2.根据权利要求1所述的地浸采铀采区的流量分析方法，其特征在于，所述抽注单元包括一个注孔和距离所述注孔最近的四个抽孔。

3.根据权利要求2所述的地浸采铀采区的流量分析方法，其特征在于，所述基于所述水动力模型，构建溶质迁移模型，具体包括：

选取地浸采铀采区中任一抽注单元为待测抽注单元；

基于所述待测抽注单元的岩性参数和所述水动力模型，构建所述待测抽注单元的溶质迁移初始模型；

对所述待测抽注单元进行多元示踪实验；

向所述溶质迁移初始模型的多个注孔中均投放虚拟溶质，调整所述溶质迁移初始模型的参数，直至所述溶质迁移初始模型输出的流量数据与所述多元示踪实验的结果一致，得到所述溶质迁移模型；每个所述注孔中所述虚拟溶质的投放量与所述多元示踪实验中实际溶质的实际投放量相同；所述参数包括地层的弥散系数，分配系数、吸附系数、孔隙度、渗透系数和给水度。

4.根据权利要求3所述的地浸采铀采区的流量分析方法，其特征在于，所述基于所述溶质迁移模型，构建单元流量模型，具体包括：

获取所述地浸采铀采区中的所有抽注单元的岩性数据；

根据所述地浸采铀采区中的所有抽注单元的岩性数据，构建单元流量模型；所述单元流量模型的参数与所述溶质迁移模型的参数一致。

5.根据权利要求4所述的地浸采铀采区的流量分析方法，其特征在于，所述利用所述单元流量模型，确定所述地浸采铀采区中每个抽注单元的抽注流量，具体包括：

向所述单元流量模型中所有抽注单元的注孔中均投放的虚拟溶质，输出所述地浸采铀采区中每个抽注单元的抽注流量。

6.一种地浸采铀采区的流量分析系统，其特征在于，所述系统，包括：

水动力模型构建模块，用于构建地浸采铀采区的水动力模型；

溶质迁移模型构建模块，用于基于所述水动力模型，构建溶质迁移模型；

单元流量模型构建模块，用于基于所述溶质迁移模型，构建单元流量模型；

抽注流量确定模块，用于利用所述单元流量模型，确定所述地浸采铀采区中每个抽注单元的抽注流量。

7.根据权利要求6所述的地浸采铀采区的流量分析系统，其特征在于，所述抽注单元包括一个注孔和距离所述注孔最近的四个抽孔。

8.根据权利要求7所述的地浸采铀采区的流量分析系统，其特征在于，所述溶质迁移模型构建模块，具体包括：

待测抽注单元选取单元，用于选取地浸采铀采区中任一抽注单元为待测抽注单元；

溶质迁移初始模型构建单元，用于基于所述待测抽注单元的岩性参数和所述水动力模型，构建所述待测抽注单元的溶质迁移初始模型；

多元示踪实验单元，用于对所述待测抽注单元进行多元示踪实验；

溶质迁移模型确定单元，用于向所述溶质迁移初始模型的多个注孔中均投放虚拟溶质，调整所述溶质迁移初始模型的参数，直至所述溶质迁移初始模型输出的流量数据与所述多元示踪实验的结果一致，得到所述溶质迁移模型；每个所述注孔中所述虚拟溶质的投放量与所述多元示踪实验中实际溶质的实际投放量相同；所述参数包括地层的弥散系数，分配系数、吸附系数、孔隙度、渗透系数和给水度。

9.根据权利要求8所述的地浸采铀采区的流量分析系统，其特征在于，所述单元流量模型构建模块，具体包括：

岩性数据获取单元，用于获取所述地浸采铀采区中的所有抽注单元的岩性数据；

单元流量模型构建单元，用于根据所述地浸采铀采区中的所有抽注单元的岩性数据，构建单元流量模型；所述单元流量模型的参数与所述溶质迁移模型的参数一致。

10.根据权利要求9所述的地浸采铀采区的流量分析系统，其特征在于，所述抽注流量确定模块，具体包括：

抽注流量确定单元，用于向所述单元流量模型中所有抽注单元的注孔中均投放的虚拟溶质，输出所述地浸采铀采区中每个抽注单元的抽注流量。

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