[发明专利]离子型稀土矿山原地浸矿临界水位的计算方法

说明书

本发明涉及离子型稀土矿山原地浸矿临界水位的计算方法，适用于原地浸矿注液强度方案的设计。本发明包含7个步骤，分别为：(1)测试矿土的饱和体积含水率；(2)测试矿土的土—水特征曲线；(3)矿土非饱和渗透系数的计算；(4)矿土抗剪强度的计算；(5)建立矿山模型，进行渗流计算；(6)矿山边坡安全系数的计算；(7)矿山临界水位线的确定。它在研究矿土含水率对其渗透系数和抗剪强度影响的基础上，为原地浸矿注液强度方案的设计提供了依据。本发明可以防止原地浸矿注液时发生山体滑坡的事故，同时确保了稀土资源回收率。

技术领域

本发明涉及离子型稀土矿山原地浸矿临界水位的计算方法，适用于原地浸矿注液强度方案的设计。

背景技术

离子型稀土矿的开采普遍采用的是原地浸矿工艺，其是通过注液孔向矿体注入浸矿液，使浸矿液与稀土离子发生交换反应，从而形成母液，并通过收液工程对母液进行回收的一个过程。随着注液的进行，注液影响范围内矿山的体积含水率不断升高，饱和区不断增大，非饱和区域不断减小，矿山内部的水位线不断升高，使得矿山土体的抗剪强度不断降低，从而可能造成稀土矿山边坡的失稳。

因此，对于整个原地浸矿工艺而言，控制矿山内部水位线处于临界状态是其核心之一。矿山内部水位线是否处于临界水位将直接影响到稀土资源回收率，主要表现在两个方面：(1)矿山内部水位线过低，则矿山内部部分矿体无法与浸矿液发生反应，从而造成浸矿盲区，降低稀土资源回收率；(2)矿山内部水位线过高，就会使得矿山土体强度迅速降低，进而引发滑坡，滑坡区域的资源难以回收。

在推广原地浸矿工艺的10余年中，工程技术人员一般采用先高强度注液，使得矿山内部水位线快速上升，当矿山某处出现裂缝后，再调小注液强度的经验做法。但这一经验做法时常造成滑坡，迫切需要事先考虑如何控制矿山内部的水位线处于临界状态。

确定矿山内部的临界水位线，需要考虑矿山的坡度、渗透性、土水特性和注液强度等多方面的因素。

发明内容

本发明的目的是提供一种离子型稀土矿山原地浸矿临界水位的计算方法。

本发明的技术方案：一种离子型稀土矿山原地浸矿临界水位的计算方法，包括以下步骤：

第一步：测试矿土的饱和体积含水率，

现场取样测试矿土试样的密度和初始体积含水率，采用关系式(1)计算矿土的饱和体积含水率；

关系式(1)：

关系式(1)中：θ_s为饱和体积含水率，d_s为试样颗粒相对密度，w为试样的质量含水量，ρ为试样的密度，ρ_w为水的密度；

第二步：测试矿土的土—水特征曲线，

采用现有技术测试矿土不同体积含水率对应的基质吸力，拟合测试数据，确定土—水特征曲线方程；

第三步：矿土非饱和渗透系数的计算，

采用现有技术测试矿土的饱和渗透系数，并应用矿土的土—水特征曲线计算其非饱和渗透系数；

第四步：矿土抗剪强度的计算，

当矿土处于非饱和状态时，基质吸力可提高矿土的抗剪强度，根据矿土进气值所代表的物理意义是气压突破土颗粒表面水膜张力的约束，空气开始进入并占据矿土内部较大孔隙，结合Bishop提出的非饱和抗剪强度理论，当基质吸力小于进气值时，外界气体未能进入矿土，此时矿土孔隙内部气体被水包围，水压力的作用面积一定，基质吸力对抗剪强度的贡献速率为一稳定值；当基质吸力大于进气值时，随着基质吸力的增大，矿土孔隙内的水不断被排出，且被气体所填充，水压力的作用面积逐渐减小，基质吸力对抗剪强度的贡献速率逐渐减小；