CN112664172B - 地浸开采用***增渗法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种地浸开采用***增渗法，属于铀矿开采技术领域。地浸开采用***增渗法包括施工准备、开设竖直井及水平井、布置***装置和***增渗。本发明提供的地浸开采用***增渗法，在含矿含水层中设置竖直井和水平井，并在竖直井和水平井内布置***装置，通过***实现对铀矿床进行全方位改造，能够大范围地制造均匀微小裂隙，形成立体式的溶浸液渗流网络，提高溶浸液与矿石接触面积和反应时间，减少浸出死角，最终提高铀的采收率，并且水平井和竖直井还可以在后续地浸开采中使用，节省钻孔成本。
Description
技术领域
本发明属于铀矿开采技术领域，更具体地说，是涉及一种地浸开采用***增渗法。
背景技术
天然铀是我国核电、核军工的重要资源，目前我国探明的铀储层多为砂岩型铀矿，且多采用原地浸出工艺进行开采，其基本原理是对可地浸砂岩型铀矿按一定井网模式进行钻孔，通过注液井把特定浸出剂注入含铀矿层中，使浸出剂在矿层裂隙网络中运移，与含铀矿石充分接触发生化学反应，在压差作用下渗流，最终由抽液井将含铀浸出液提取至集液池，经过淋洗、萃取等方法获得铀产品的复杂过程。
铀采收率直接受钻孔工艺、布井方式和矿层渗透性的影响。传统地浸采铀多采用直井注液(即竖井注液)、直井抽液的方式进行，然而随着开采深度的增加，直井网络的弊端日渐突出，如占地面积大、单井控矿率低等。此外，砂岩铀矿低渗透性也是阻碍铀资源高效开采的巨大障碍。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地浸开采用***增渗法，旨在解决现有砂岩铀矿在开采时存在的低渗透性的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种地浸开采用***增渗法，包括以下步骤，
施工准备：获取含矿含水层的地质信息，并依据所述含矿含水层的地质信息确定竖直井和水平井的预设位置；
开设竖直井：所述竖直井自砂岩矿床的覆盖岩层一直开通至所述含矿含水层；
开设水平井并布置***：在所述含矿含水层中，以所述竖直井为起始端、且以所述含矿含水层的边缘位置为终端钻取水平井，并在所述水平井内安装药包；
***增渗：引爆所述药包，以使所述含矿含水层形成裂隙。
进一步地，所述“在所述含矿含水层中，以所述竖直井为起始端、且以所述含矿含水层的边缘位置为终端钻取水平井，并在所述水平井内安装药包”采用钻杆顶推装药的方式进行水平井钻取和安装药包。
进一步地，所述“并在所述水平井内安装药包”采用不耦合装药的药包安装形式以及间隔装药的药包安装结构形式，相邻所述药包之间填充炮泥。
进一步地，所述不耦合装药的药包安装形式的不耦合系数k范围为1.5-3。
进一步地，相邻所述药包之间的间隔L的取值范围为1/2H-3/4H，其中，H为所述含矿含水层的等效厚度。
进一步地，相邻所述药包之间的间隔L的取值为2/3H，其中，H为所述含矿含水层的等效厚度。
进一步地，所述“引爆所述药包，以使所述含矿含水层形成裂隙”包括：
自该层所述水平井的起始端向所述水平井的终端方向进行微差***。
进一步地，所述自该层所述水平井的起始端向所述水平井的终端方向进行微差***的微差***时间范围为25ms-50ms。
本发明提供的地浸开采用***增渗法的有益效果在于，在含矿含水层中设置竖直井和水平井，并在竖直井和水平井内布置***装置，通过***实现对铀矿床进行全方位改造，能够大范围地制造均匀微小裂隙，形成立体式的溶浸液渗流网络，提高溶浸液与矿石接触面积和反应时间，减少浸出死角，最终提高铀的采收率，并且水平井和竖直井还可以在后续地浸开采中使用，节省钻孔成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。
图1为本发明实施例提供的地浸开采用***增渗法的流程示意图；
图2为应用本发明实施例提供的地浸开采用***增渗法时水平井的装药示意图；
图3为应用本发明实施例提供的地浸开采用***增渗法时竖直井的装药示意图。
图中：1、含矿含水层；2、水平井；3、竖直井；4、第一药包单元；5、第二药包单元；6、第二药包；7、耦合药包；8、起爆电***；9、继爆管；10、导爆索；11、顶板隔水层；12、底板隔水层；13、封孔器；14、工艺竖井；15、第一药包。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参见图1至图3，现对本发明提供的一种地浸开采用***增渗法进行说明。图1示出了本发明的一个实施例提供的一种地浸开采用***增渗法的实现流程，其过程详述如下：
在步骤S100中，进行施工准备操作，施工准备主要包括地质勘探(确定多层砂岩矿床的地表范围等)，以获取含矿含水层的地质信息，并依据含矿含水层1的地质信息确定(之后步骤中需要开设的)竖直井3和水平井2的预设位置。当然，地质勘探获取的地质信息还应该包括取样测定岩心孔隙率、渗透性、抗拉强度、铀含量及其他矿物成分与含量等信息(以衡量矿层进行***增渗的必要性、预估装药量等)。
在步骤S200中，进行开设竖直井及水平井，包括挖取竖直井3和水平井2。其中，竖直井3是从地表开始沿竖直方向贯通顶板隔水层11并且还要至少贯通待***增渗的含矿含水层1。水平井2延伸于含矿含水层1内。
在步骤S300中，进行布置***装置的作业，具体是在竖直井3和水平井2内布置***装置。
在步骤S400中，进行***增渗的操作，具体是引爆所述***装置，以使所述含矿含水层形成裂隙。
这里需要理解的是，含矿含水层1不一定只有一个水平井2，因为含矿含水层1在水平面上投影范围实际是一个二维区域，所以一个水平井2可能无法满足含矿含水层1的增渗目的，所以在含矿含水层1可能会开设多个以含矿含水层1的中心位置为中心的呈放射状分布的水平井2组合。
在本实施例中，针对性的在含矿含水层1中设置竖直井3和水平井2，并在竖直井3和水平井2都布置***药包，这样在含矿含水层1的横向和纵向都有***增渗点，通过***实现对铀矿床进行全方位改造，能够大范围地制造均匀微小裂隙，形成立体式的溶浸液渗流网络，提高溶浸液与矿石接触面积和反应时间，减少浸出死角，最终提高铀的采收率。同时，在后续的地浸开采作业时，竖直井3可以作抽液井使用，注液井则用水平井2替代，水平井2和竖直井3都还可以在地浸开采作业中继续发挥功用，节省钻孔成本。
从上述实施例可知，本发明实施例提供的地浸开采用***增渗法，在含矿含水层中设置竖直井和水平井，并在竖直井和水平井内布置***装置，通过***实现对铀矿床进行全方位改造，能够大范围地制造均匀微小裂隙，形成立体式的溶浸液渗流网络，提高溶浸液与矿石接触面积和反应时间，减少浸出死角，最终提高铀的采收率，并且水平井和竖直井还可以在后续地浸开采中使用，节省钻孔成本。
请参见图2及图3，作为本发明提供的地浸开采用***增渗法的一个具体实施例，竖直井3具有多个，定义设置于水平井2(延伸方向)两侧的两相邻竖直井3为竖直井单元。为了形成更立体、更均布的溶浸液渗流网络，竖直井单元具有多个，各竖直井单元沿着水平井2的延伸方向间隔设置。
请参见图2，作为本发明提供的地浸开采用***增渗法的一个具体实施例，在一个竖直井单元中，两个竖直井3关于水平井2的轴线对称设置。
作为本发明提供的地浸开采用***增渗法的一个具体实施例，同一竖直井单元中的竖直井3与竖直井3的间距为20m-30m，竖直井3与水平井2的间距为10m-15m，水平井2布置于含矿含水层1的竖直方向上的中间位置。可选地，可用现有钻孔及造斜设备实现水平井2和竖直井3的钻孔，并在布置***段进行局部扩孔。
请参见图2及图3，作为本发明提供的地浸开采用***增渗法的一个具体实施例，***装置至少包括设置于各竖直井3内的第一药包组件以及若干间隔地设置于水平井内的第二药包组件；各第二药包组件分别与各竖直井单元一一对应，且各第二药包组件临近对应的竖直井单元，实际上各第二药包组件就位于对应的两个竖直井3之间。
请参见图3，作为本发明提供的地浸开采用***增渗法的一个具体实施例，第一药包组件包括若干间隔设置并不耦合(装药)设置的第一药包15。
作为本发明提供的地浸开采用***增渗法的一个具体实施例，相邻的第一药包15之间填充水。
请参见图2，作为本发明提供的地浸开采用***增渗法的一个具体实施例，第二药包组件包括若干间隔设置并不耦合(装药)设置的第二药包6。
作为本发明提供的地浸开采用***增渗法的一个具体实施例，相邻的第二药包6之间填充水。
作为本发明提供的地浸开采用***增渗法的一个具体实施例，第一药包15和第二药包6的径向不耦合系数的范围均为1.25-3，间隔比例范围均为0.15-0.3。
请参见图2，作为本发明提供的地浸开采用***增渗法的一个具体实施例，定义一组第二药包组件及对应竖直井单元中的两个竖直井3内的第一药包组件为第一药包单元，各第一药包单元之间串联设置，同一第一药包单元中的两个第一药包组件和第二药包组件呈并联设置(于主干索)。
作为本发明提供的地浸开采用***增渗法的一个具体实施例，第一药包单元内的第一药包组件中的各第一药包15之间以导爆索10连接，这样同一第一药包组件中的第一药包15是多点同时起爆；第一药包单元内的第二药包组件中的各第二药包6之间也以导爆索10连接，这样同一第二药包组件中的第二药包6是多点同时起爆。
请参见图2，作为本发明提供的地浸开采用***增渗法的一个具体实施例，***装置还包括设置于水平井2内并位于各第一药包组件之间的第二药包单元，第二药包单元串接于相邻的两个第一药包单元之间。也就是说，第一药包单元和第二药包单元交替设置。
请参见图2，作为本发明提供的地浸开采用***增渗法的一个具体实施例，第二药包单元包括若干间隔设置的耦合药包7，耦合药包7顾名思义就是以耦合形式安装在水平井2内。两耦合药包7的间隔中填充水。
第一药包单元(第一药包组件和第二药包组件)采用不耦合装药与间隔装药的目的是充分利用间隔填充物改变药柱与炮孔壁(水平井2或竖直井3)的接触关系，从而降低***应力波和爆轰气体对孔壁的初始压力和压力峰值，使炮孔壁不产生严重破裂。
第一药包单元采用多点同时起爆是为了使水平井2和竖直井3******范围出现重叠，创造贯通的微小裂隙网络，同时避免间隔起爆造成直井先***位置缺乏支撑物，影响后***药包位置变化。
远离直井的第二药包单元采用耦合装药和间隔装药，间隔距离由装药量和整个装药炮孔长度确定，各段之间采用水分隔。第二药包单元利用耦合装药应力峰值大，传播范围有限的原理，填补临近的两个第一药包单元之间的***盲区，又不至形成贯通的长大主裂隙。由于两侧的第一药包单元均采用了不耦合装药，可以保证炮孔的完整性，即使第二药包单元出现局部塌孔，后期经过洗井也可正常使用。
作为本发明提供的地浸开采用***增渗法的一个具体实施例，第二药包单元中的相邻耦合药包7之间采用微差***，微差***时间为15ms-30ms。第二药包单元的间隔比例范围均为0.15-0.3。
请参见图2，作为本发明提供的地浸开采用***增渗法的一个具体实施例，相邻的第一药包单元和第二药包单元之间串接有继爆管，以实现第一药包单元与第二药包单元(或第二药包单元与第一药包单元)之间的微差***。可选地，且第一药包单元与第二药包单元(或第二药包单元与第一药包单元)之间的微差时间为30ms。
请参见图2，作为本发明提供的地浸开采用***增渗法的一个具体实施例，
步骤S200中的挖取竖直井还包括在挖取竖直井3后，在竖直井3内安装两个封孔器13，封孔器13为现有结构，两个封孔器13分别位于含矿含水层1的上下两端。封孔器13的设置主要为了充分保护顶板隔水层11和底板隔水层12(顶板隔水层11和底板隔水层12分别位于含矿含水层1的上下两侧)，避免后期地浸过程中出现漏液现象。
作为本发明提供的地浸开采用***增渗法的一个具体实施例，本发明实施例提供的地浸开采用***增渗法还包括步骤：S500洗井和清井。步骤S500位于步骤S400之后进行，具体为对竖直井3和水平井2进行清洗，清除***掉落的碎石及泥浆杂物。完成步骤S500后，可以进行下放筛管过滤泥沙，开始地浸过程。
请参见图2，作为本发明提供的地浸开采用***增渗法的一个具体实施例，在步骤S400中引爆所述***装置采用电***8、高抗水导爆索起爆方式，各药包(即第一药包15、第二药包6和耦合药包7)中的***均使用乳化***，此种***具有防水防潮功能，适合在含矿含水层1中使用。本实施例采用电***8激发、导爆索10传爆，起爆顺序可控性强。
请参见图2，作为本发明提供的地浸开采用***增渗法的一个具体实施例，位于水平井2延伸方向两端的两个第一药包单元分别通过导爆索10并联在主干索上(当然必然位于电***8之后)，即整体起爆网络为前后闭合的串联模式，用电***8起爆导爆索，将其绑紧在距导爆索10端部15厘米处，***的聚能穴应朝向导爆索的传爆方向。导爆索10与***的连接方式，可以采取在药柱内放置***或直接将导爆索在药柱上缠绕4-5圈。采用闭合串联模式，可使***网络设计简单，而且从电***8起爆之后，出来两条主干索，能够保证至少有一支线路(从前或从后)传爆成功，确保成功率，不致出现***失败。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.地浸开采用***增渗法，其特征在于，包括以下步骤，
施工准备：获取含矿含水层的地质信息，并依据所述含矿含水层的地质信息确定竖直井和水平井的预设位置；
开设竖直井及水平井：挖取竖直井和水平井；所述竖直井至少从竖直方向上贯穿所述含矿含水层；所述水平井延伸于所述含矿含水层内；
布置***装置：在所述竖直井和所述水平井内布置***装置；
***增渗：引爆所述***装置，以使所述含矿含水层形成裂隙；
所述竖直井具有多个，定义设置于所述水平井两侧的两相邻所述竖直井为竖直井单元，所述竖直井单元具有多个，各所述竖直井单元沿着所述水平井的延伸方向间隔设置；
多个所述水平井以含矿含水层的中心位置为中心称放射状分布；
引爆所述***装置采用电***、高抗水导爆索起爆方式，整体起爆网络采用前闭后合的串联模式。
2.如权利要求1所述的地浸开采用***增渗法，其特征在于，所述***装置包括设置于所述竖直井内的第一药包组件以及若干间隔地设置于所述水平井内的第二药包组件；各所述第二药包组件分别与各所述竖直井单元一一对应，且各所述第二药包组件临近对应的所述竖直井单元。
3.如权利要求2所述的地浸开采用***增渗法，其特征在于，所述第一药包组件包括若干间隔设置并不耦合设置的第一药包。
4.如权利要求2所述的地浸开采用***增渗法，其特征在于，所述第二药包组件包括若干间隔设置并不耦合设置的第二药包。
5.如权利要求4所述的地浸开采用***增渗法，其特征在于，定义一组所述第二药包组件及两个对应所述竖直井内的所述第一药包组件为第一药包单元，各所述第一药包单元串联设置，同一所述第一药包单元中的所述第一药包组件和所述第二药包组件并联设置。
6.如权利要求5所述的地浸开采用***增渗法，其特征在于，所述***装置还包括设置于所述水平井内并位于各所述第一药包组件之间的第二药包单元，所述第二药包单元串接于相邻的两个所述第一药包单元之间。
7.如权利要求6所述的地浸开采用***增渗法，其特征在于，所述第二药包单元包括若干间隔设置的耦合药包。
8.如权利要求6所述的地浸开采用***增渗法，其特征在于，相邻的所述第一药包单元和所述第二药包单元之间串接有继爆管，以实现所述第一药包单元和所述第二药包单元之间的微差***。
9.如权利要求1-8任一项所述的地浸开采用***增渗法，其特征在于，所述挖取竖直井还包括在挖取所述竖直井后，在所述竖直井内安装两个封孔器，两所述封孔器位于所述含矿含水层的上下两端。
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