CN204479574U - 离子型稀土原地浸矿滑坡试验*** - Google Patents

Abstract

本实用新型属于地质灾害模型试验领域，涉及一种滑坡实验***，尤其涉及一种离子型稀土原地浸矿滑坡试验***。本实用新型包括箱体，布置于箱体顶部的浸矿注液控制部分，设置于箱体中的位移监测部分、渗透测试部分，布置于箱体底部的出水装置。本实用新型自动化程度高，能用来进行稀土矿山原地浸矿滑坡在多因素作用下的变形破坏试验，具有方便、操作性强、可重现等优点，通过调节进水开关调节注液量的大小，模拟稀土矿山原地浸矿的不同实际工况，测试在不同注液条件下滑坡参数，提供可靠的试验数据，实现以宏观角度上揭示稀土矿山原地浸矿引发滑坡的演化过程及破坏机理，为稀土矿山原地浸矿诱发滑坡的防治提供理论依据。

Description

离子型稀土原地浸矿滑坡试验***

技术领域

本实用新型属于地质灾害模型试验领域，涉及一种滑坡实验***，尤其涉及一种离子型稀土原地浸矿滑坡试验***。

背景技术

中国是稀土资源大国，目前已探明的稀土工业储量占已知世界稀土储量的80％。南以重稀土为主，北以轻稀土为主。南方离子型稀土矿床类型为“风化壳型”，富含钇、镝、铽等现代高新技术和国防等尖端领域所必需的中重稀土元素，是我国的优势矿产资源和战略资源。离子吸附型稀土风化壳矿床中约75％—95％的稀土元素呈阳离子状态吸附在如高岭土、蒙脱石中，其余10％的稀土元素呈矿物象、类质同象和固体分散象的形态存在，所以目前采用硫酸铵浸取液来浸溶矿石以获得离子型稀土离子。

离子型稀土矿的开采在80年代开始采用池浸工艺、堆浸工艺，目前采用原地浸矿工艺。池浸工艺、堆浸工艺需剥离表土、开挖矿石，会造成严重的水土流失、环境污染等问题，现已被国家明令禁止用于稀土矿的开采。原地浸矿工艺不需剥离表土、不开挖矿石，将浸矿溶液即硫酸铵溶液经注液井注入天然埋藏条件下的风化矿体，浸矿剂溶液中的阳离子在静压渗浸条件下将吸附在粘土表面的稀土离子交换下来形成母液，母液从收液工程***流出，用草酸沉淀母液中的稀土。虽然“原地浸矿”方法克服了池侵、堆浸工艺的许多缺点，但因需人工用洛阳铲开挖大量的注液井、大量浸矿液通过注液井注入地下矿层以及浸矿液对矿体的长时间浸泡、侵蚀作用，而离子型稀土矿的原岩主要为含矿花岗岩，原矿外形似土，强度较低，注液对山体原有的岩土应力平衡状态造成破坏，地层扰动明显，对斜坡稳定性、土的物理力学性质影响很大，倘若矿体浸矿周期较长，从注液井下渗的浸矿液将使矿体加重，增加向下的下滑力而使得山坡上出现大小不等的裂缝，甚至引起注液井的坍塌而诱发滑坡，采场滑坡事故也常在原地浸矿采矿过程中发生，对人民群众的生命财产造成严重危害。因此，对离子型稀土矿山原地浸矿滑坡的研究，可对原地浸矿稀土矿山滑坡防治提供基础研究依据，对减灾避灾、促进区域可持续发展战略实施具有重要意义。

近几十年来，国内外在滑坡灾害的成因机理、预测预报等方面做了大量研究。当滑坡进入快速滑动时，难以观测滑体内部的变形破坏，采用原位测试需较高的费用。作为地质力学模型试验的一种类型，采用室内滑坡模型实验却可以有效地进行观测，所以，滑坡模型实验受到滑坡工程学研究者的欢迎而广泛使用。

目前，滑坡模型试验***一般由试验箱、坡体加载装置和测量装置组成，大多数的滑坡模拟实验装置采用边坡倾斜角度固定不变的方式，按照滑坡介质类型可分为岩质滑坡与土质滑坡试验装置，有的实验装置考虑了降雨对滑坡的影响，有的考虑了库水位升降对滑坡的影响，有的装置埋设了土压力盒、孔隙水压力计等传感器。但原地浸矿工艺作为一种特殊的改性工艺、离子型稀土矿体是一复杂的类土体，对离子型稀土原地浸矿滑坡的试验研究很少，且目前的滑坡试验模型试验***存在以下几方面的不足：

(1)采用传感器的常规测量装置因传感器相对模型试验箱的尺寸较大，需加大试验箱的尺寸，避免传感器的移动对传感器周围的土体扰动，以提高试验精度，这样使得试验装置的体积较大。

(2)现有带降雨装置的试验装置，仅考虑了雨水入渗对边坡稳定的影响，这和原地浸矿注液对坡体稳定的影响是不一样的，南方离子型稀土矿山在风化过程中易形成形态各异的风化壳，薄则数厘米，厚则数十米，其斜坡破坏形式及滑动面与均质土层或基岩滑坡有明显的区别，在原地浸矿注液作用下，变形及破坏规律与均质土质滑坡形态及特征有较为明显的区别，所以常规试验装置做原地浸矿注液对滑坡的影响试验不能完全反映稀土矿山滑坡的规律。因为离子型稀土矿采用注液井，浸矿液之间有渗流作用，同时由于矿体地质条件和水文条件的复杂性以及开采的实际过程中受众多因素的影响，比如在注液井间距以及注液井深度的选择时，需要考虑到矿体的饱水率、浸矿周期以及矿体液的高峰期。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种离子型稀土原地浸矿滑坡试验***，是集浸矿注液控制部分、位移监测部分、渗透测试部分于一体的离子型稀土原地浸矿滑坡试验平台。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种离子型稀土原地浸矿滑坡试验***，包括箱体，布置于箱体顶部的浸矿注液控制部分，设置于箱体中的位移监测部分、渗透测试部分，布置于箱体底部的出水装置；

所述的箱体四周壁为透明的钢化玻璃，箱体底板为普通钢板，箱体底部四角安装有支腿；

所述的浸矿注液控制部分包括供水箱，供水箱的底部连通有供水管，供水管上布置有流量计和供水开关，在供水管出口下的滑坡体上布置有原地浸矿注液管；

所述的位移监测部分包括设置于箱体中的滑坡床，滑坡床上布置有滑坡体，在坡前的箱体壁上安装有激光测距仪，滑坡体的表面设置有与激光测距仪对应的光学测点；在坡前、坡后的箱体正面壁上分别标有高度刻度，在坡前的箱体正面壁下角上还标有角度刻度；在箱体底部的中央安装有测重仪；

所述的渗透测试部分包括布置于箱体内底层的滤水层，滤水层上布置滑坡床，在坡前、坡后的箱体侧壁上分别安装有水位计，水位计的下端连通于滑坡床的底部；

所述的出水装置包括连通于箱体底部的出水管，出水管上设有出水开关，出水管的出口下设置有集水箱。

所述的滤水层包括滤石，滤石上铺有滤网。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型通过人工控制原地浸矿注液量，通过渗透测试部分量测在不同浸液强度下稀土矿体的参透系数与土体强度的关系，通过位移监测部分监测滑坡***移，通过浸矿注液控制部分和位移监测部分模拟离子型稀土原地浸矿在不同注液量、不同注液时期滑坡的变形与破坏过程。

2、本实用新型滑坡模型箱体的四周面板采用透明的钢化玻璃制作，钢化玻璃正面板通过模型箱的角钢支架连接，有利于观察、记录滑坡过程。

3、本实用新型集成了浸矿注液控制部分、位移监测部分、渗透测试部分，原地浸矿注液部分模拟离子型稀土原地浸矿生产时的注液情况，渗透测试部分和位移监测部分可以全程获得滑坡的渗透参数和位移量。

4、本实用新型自动化程度高，能用来进行稀土矿山原地浸矿滑坡在多因素作用下的变形破坏试验，具有方便、操作性强、可重现等优点，通过调节进水开关调节注液量的大小，模拟稀土矿山原地浸矿的不同实际工况，测试在不同注液条件下滑坡参数，提供可靠的试验数据，实现以宏观角度上揭示稀土矿山原地浸矿引发滑坡的演化过程及破坏机理，为稀土矿山原地浸矿诱发滑坡的防治提供理论依据。

5、本实用新型结构紧凑、使用拆装方便、坚固耐用，模拟环境逼真，所得实验数据可靠性较高。

附图说明

附图为本实用新型结构示意图(剖示)。

图中：1.供水箱、3.流量计、4.供水开关、5.供水管、6.支架、7.箱体、8.激光测距仪、9.水位计、10.高度刻度、11.角度刻度、12.滤水层、14.滑坡体、15.原地浸矿注液管、16.滑坡床、17.光学测点、18.出水管、19.出水开关、20.集水箱、21.测重仪、22.支腿。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图所示，本实用新型由箱体、浸矿注液控制部分、位移监测部分、渗透测试部分、出水装置组成；

所述箱体7四周壁及箱体底部密封良好无渗漏，箱体7用角钢做框架，四周壁用透明的钢化玻璃制作便于试验过程的观测，箱体7底板用普通钢板制作，并用防水胶将四周壁与底板粘牢密封处理，四角安装有支腿22；

所述浸矿注液控制部分包括设置于箱体7顶部的供水箱1、流量计3、供水开关4、供水管5、原地浸矿注液管15。供水箱1四周和底部封闭，用角钢做支架，四周面板用钢化玻璃制作，将边角用防水胶密封，供水箱1放在与箱体角钢焊接在一起的支架6上；供水箱1底部连接供水管5，其上连接有流量计3和供水开4关，供水开关4控制供水管5的出水量，从流量计3可测读流量的大小；箱体内的滑坡体上设有原地浸矿注液管15，原地浸矿注液管15用塑料管制作，其直径5厘米、长度10—20厘米，浸矿注液从供水管5滴到原地浸矿注液管15内再渗入滑坡体14内；

所述位移监测部分包括激光测距仪8、光学测点17、高度刻度10、角度刻度11、测重仪21、滑坡体14、滑坡床16。激光测距仪8安装在滑坡体14前方的箱体壁上，光学测点17设置在滑坡体14的斜坡面上，光学测点17安装3个，其中一个安装在原地注液管15的上坡位置、两个安装在原地注液管15的下坡位置，三个光学测点17距原地注液管15的距离分别为20厘米、20厘米、60厘米，(其安装位置根据试验需要进行设置，其数量可以根据滑坡模型大小和要求设定，不少于二个)，通过激光测距仪8和光学测点17可以测得滑坡体14的向下滑动位移、变形数值；高度刻度10和角度刻度11刻在箱体7的正面钢化玻璃壁上，可以测读滑坡体14的坡角和滑坡体14前缘、后壁的高度及坡长；测重仪21设置在箱体7的底板下，可用于称重箱体堆载材料前后的重量，称重时悬空支腿22；箱体7内设置滑坡床16，滑坡床16上放置滑坡体14，滑坡床16和滑坡体14的土质和坡度、坡长、坡高等根据试验要求设定；

所述渗透测试部分包括水位计9、滤水层12。设置于滑坡体14前后的水位计9用玻璃管制作，底部各连一小段橡胶管，在箱体7左右两侧壁上钻一小洞(位于滑坡床底部)，将橡胶管放在滑坡床16这一层底部，橡胶管和侧壁连接处用防水胶密封；滤水层12设置在箱体7内的最底部，滤水层12上安放滑坡床16、滑坡床16上放置滑坡体14；滤水层12采用滤石，上面放一层35目滤网，起过滤作用；

所述出水装置包括出水管18、出水开关19和集水箱20，在箱体7侧壁的滤水层12位置上钻一小洞，将出水管18连接于小洞上，侧壁小洞和出水管18连接处用防水胶密封，出水管18上连有出水开关19，集水箱20放在出水管18下面。

试验用原地浸矿注液从供水箱1出来，经供水管5、供水开关4滴注入原地浸矿注液管15，再渗入滑坡体14和滑坡床16，下渗到过滤层12，通过过滤层12、出水管18、出水开关19，最后流到集水箱20。对滑坡土体根据不同的浸液时间(10小时、1天、7天、14天、30天)取样做土体强度试验，根据以下公式计算土体的渗透系数：

$K=\frac{\mathrm{\ρg}}{\mathrm{\μ}}k$

式中：K为渗透系数；ρ为浸液密度；g为重力加速度；μ为液体动力粘滞系数；k为渗透率。

在进行离子型稀土原地浸矿滑坡试验时，先根据试验要求选择滑坡体岩土土料，在箱体内按所模拟的稀土矿山滑坡滑坡坡度、坡长、坡高及滑坡坡面形状堆载岩土土料，用于模拟滑坡床，按相似性要求在滑坡床上堆载滑坡体，在滑坡体上安装注液管，称重箱体堆载材料前后的重量，在坡面上安设光学测点，做好供水箱初始水位的记录，排空集水箱中的水，打开供水开关，按不同注液工况要求设置好注液流量，在试验过程中按不同注液时期测试滑坡***移大小、水位计的数值，对注液后的土体取样作为室内土体强度测试的土样。

总之，本实用新型集成了浸矿液注液控制部分、位移监测部分、渗透测试部分，通过调节进水开关调节注液量的大小，模拟稀土矿山原地浸矿的不同实际工况，测试在不同注液条件下的滑坡参数，本实用新型结构紧凑、使用拆装方便、坚固耐用，模拟环境逼真，所得实验数据可靠性较高，集多功能于一体，可以增强离子型原地浸矿采场滑坡防治的有效性、针对性，消除离子型原地浸矿采场滑坡对人民生命财产的安全隐患，可产生较好的社会、经济及环境效益，值得推广应用。

其它未作详细描述之内容为本领域专业技术人员公知现有技术。

Claims (2)

1.一种离子型稀土原地浸矿滑坡试验***，其特征是：包括箱体，布置于箱体顶部的浸矿注液控制部分，设置于箱体中的位移监测部分、渗透测试部分，布置于箱体底部的出水装置；

所述的箱体四周壁为透明的钢化玻璃，箱体底板为普通钢板，箱体底部四角安装有支腿；

所述的浸矿注液控制部分包括供水箱，供水箱的底部连通有供水管，供水管上布置有流量计和供水开关，在供水管出口下的滑坡体上布置有原地浸矿注液管；

所述的位移监测部分包括设置于箱体中的滑坡床，滑坡床上布置有滑坡体，在坡前的箱体壁上安装有激光测距仪，滑坡体的表面设置有与激光测距仪对应的光学测点；在坡前、坡后的箱体正面壁上分别标有高度刻度，在坡前的箱体正面壁下角上还标有角度刻度；在箱体底部的中央安装有测重仪；

所述的渗透测试部分包括布置于箱体内底层的滤水层，滤水层上布置滑坡床，在坡前、坡后的箱体侧壁上分别安装有水位计，水位计的下端连通于滑坡床的底部；

所述的出水装置包括连通于箱体底部的出水管，出水管上设有出水开关，出水管的出口下设置有集水箱。

2.根据权利要求1所述的一种离子型稀土原地浸矿滑坡试验***，其特征是：所述的滤水层包括滤石，滤石上铺有滤网。