[发明专利]离子型稀土全覆式矿山原地浸矿孔网参数设计方法

说明书

本发明涉及一种离子型稀土全覆式矿山原地浸矿孔网参数设计方法，包括以下步骤：第一步，矿山地质勘探与现场补充试验；第二步，通过室内柱浸试验确定浸取率与饱和度之间的关系；第三步，计算矿山注液稳定期的注液总流量；第四步，计算矿山注液稳定期单孔注液流量；第五步，计算并验算矿山注液稳定期注液区矿体最低饱和度；第六步，验算矿山边坡安全系数。本发明以稀土资源浸取率为目标，以矿山边坡安全为前提，能够同时兼顾矿山稀土开采效果及边坡稳定，对全覆式矿山原地浸矿注液工程布置与注液技术的改进具有很好的工程指导意义，可以避免滑坡安全事故的发生，确保人民生命财产的安全。

技术领域

本发明涉及离子型稀土矿原地浸矿工艺中的注液工程布置与注液流量计算，针对全覆式稀土矿山，在给定稀土资源浸取率及矿山边坡安全系数目标值的前提下，提出孔网参数设计方法。

背景技术

离子吸附型稀土矿(简称离子型稀土矿)是在我国南方发现的一种新型外生稀土矿床，其独特之处在于稀土元素在风化壳内主要呈离子状态吸附于黏土和云母等矿物上，具有稀土配分齐全、放射性小、容易开采和富含中重稀土元素等特点。根据矿山基岩裸露情况，可将离子型稀土矿划分为裸脚式(基岩在山脚裸露)和全覆式(基岩被全风化层覆盖)等类型。其中，全覆式稀土矿占矿山总数量的80％以上。

原地浸矿工艺是目前推广使用的离子型稀土矿开采工艺，该工艺主要采用1％～4％低浓度的硫酸铵溶液作为浸取剂，通过注液孔网注入矿体中，通过收液工程回收稀土母液，并将稀土母液送至地面工厂进行除杂、沉淀、提取、加工，达到回收稀土资源的目的。原地浸矿工艺具有不破坏矿体表面植被、不开挖表土和矿石的优点，但同时也存在一些亟待解决的问题，如：注液工程布置与注液流量的确定主要依靠工程经验，缺乏行之有效的设计理论与方法，资源浸取率与矿山边坡安全性难以保证。许多矿山稀土资源开采损失偏大、浸取率偏低，经过多次复灌仍能开采出稀土；有些矿山注液流量控制不当，容易诱发山体滑坡等地质灾害。

发明内容

本发明的目的是为了克服全覆式稀土矿原地浸矿工艺在注液工程布置与注液流量确定上主要依靠工程经验之不足，提供一种行之有效的离子型稀土全覆式矿山原地浸矿孔网参数设计方法。

本发明的技术方案：一种离子型稀土全覆式矿山原地浸矿孔网参数设计方法，包括以下步骤：

第一步，矿山地质勘探与现场补充试验

进行矿山地质勘探，获得以下资料：矿山详细的地形地质资料，分别在经过矿山高峰、低谷及平均高度处选取3个横断面，绘制3个横断面的地质剖面图，确定地质剖面图中表土层与全风化层的分界线；原矿离子相稀土品位的大小与分布，在矿山3个地质剖面图上确定矿体范围；

测试表土层与全风化层土体的基本物理力学参数，获得表土层和全风化层土体的天然密度、天然含水率、孔隙比、液限与塑限的实测数据；利用现场直剪试验测试表土层和全风化层土体的抗剪强度指标；利用振动筛分机与激光粒度分析仪测试表土层和全风化层土体的颗粒级配，绘制土体粒径累计曲线，判断土质类型；利用单环法测试表土层和全风化层土体的饱和渗透系数；利用TEN型张力计测试表土层和全风化层土体含水率与基质吸力的对应关系，利用关系式(1)拟合得到矿体的土水特征曲线，利用关系式(2)拟合得到矿体的渗透系数曲线；

关系式(1)：

关系式(1)中ψ为土体基质吸力，θ(ψ)为土体基质吸力为ψ时对应的含水率，θ_s为土体饱和含水率，θ_r为土体残余含水率，λ、m、n为拟合参数，m＝1-1/n；

关系式(2)：

关系式(2)中K_r(θ)为土体含水率为θ时对应的相对渗透系数，K(θ)为土体含水率为θ时对应的渗透系数，K_s为土体饱和渗透系数；S为土体相对饱和度；