[发明专利]裸脚式离子型稀土矿体的注液和收液工程布置优化方法

权利要求书

1.一种裸脚式离子型稀土矿体的注液和收液工程布置优化方法，包括以下步骤：

第1步，测试矿体的渗透系数：

分析生产勘探资料和现场矿层出露情况，分别选择1—2个典型山坡、山脊和山谷，采用现场选点测试和取样室内测试两种方法，确定典型山坡处矿体的渗透系数K_p、典型山脊处矿体的渗透系数K_j和典型山谷处矿体的渗透系数K_g，对现场选点和取样室内测试所得到的矿体渗透系数求平均值，得到矿体的平均渗透系数K；

第2步，测试矿体和隔水底板形状：

原地浸矿的渗流规律是由矿体上表面和隔水底板上表面控制，因此本步骤就是测试矿体上表面和隔水底板上表面的高程，为实现流场计算，需进一步拟合出两者的形状函数；在典型山坡布置1—2条测线，测线应与等高线垂直，从山顶延伸至山脚下；在典型山脊和山谷分别布置3—7条测线，测线应与山脊线(山谷线)平行，从山顶延伸至山脚下；每条测线布置4—10个测点，测点的具体数量由现场地形条件确定，测点在空间的分布应能够反映典型山坡、山脊和山谷的大小和形状，一般要求地形复杂和山坡长度大时就应相应增加测点数；在现场选择参考点为基准，测量所有测点的位置坐标和高程；在每一个测点钻孔至隔水底板上表面，记录矿体和隔水底板上表面的出露高程；

对于典型山坡，选定隔水底板上表面最低点为坐标原点，采用关系式1拟合矿体上表面形状函数，采用关系式2拟合隔水底板上表面形状函数；

关系式1：

H＝H₁-b(x-l)²

关系式1中：H为矿体上表面高程，H₁为矿体上表面的最大高程，b为矿体上表面形状参数，x为山坡的水平坐标，l为矿体在x方向的长度；

关系式2：

z＝a(x-l)²-al²

关系式2中：z为隔水底板上表面高程，a为隔水底板上表面形状参数，x为山坡的水平坐标，l为矿体在x方向的长度；

对于典型山脊，采用关系式3拟合矿体上表面形状函数，采用关系4拟合隔水底板上表面形状函数；

关系式3：

H＝H_j0(1-a_j1x²)(1-b_j1y²)

关系式3中：H为矿体上表面高程，H_j0为矿体上表面最大高程；a_j1和b_j1为矿体上表面形状参数，x和y分别为垂直山脊方向和沿山脊方向的坐标；

关系式4：

z＝z_j0(1-a_j2x²)(1-b_j2y²)

关系式4中：z为隔水底板上表面高程，z_j0为隔水底板上表面最大高程；a_j2和b_j2为隔水底板上表面形状参数，x和y分别为垂直山脊方向和沿山脊方向的坐标；

对于典型山谷，采用关系式5拟合矿体上表面形状函数，采用关系式6拟合隔水底板上表面形状函数；

关系式5：

H＝H_g0{1+ξ_g1[1-cos(a_g1x)]}(1-b_g1y²)

关系式5中：H为矿体上表面高程，H_g0为矿体上表面与xoz平面交线上的最小高程；ξ_g1为由实测数据确定的矿体上表面高程系数；a_g1和b_g1为矿体上表面形状参数，x和y分别为垂直山谷方向和沿山谷方向的坐标；

关系式6：

z＝z_g0{1+ξ_g2[1-cos(a_g2x)]}(1-b_g2y²)

关系式6中：z为隔水底板上表面高程，z_g0为隔水底板上表面与xoz平面交线上的最小高程；ξ_g2为由实测数据确定的隔水底板上表面高程系数；a_g2和b_g2为隔水底板上表面形状参数，x和y分别为垂直山谷方向和沿山谷方向的坐标；

第3步，计算注液强度分布：

对于典型山坡，通过第2步得到矿体和隔水底板上表面的形状参数H₁、b、a、l，结合第1步测试结果确定典型山坡处矿体的渗透系数K_p，采用关系式7计算注液强度；

关系式7：

W＝2bK_p[H₁+al²-3(a+b)(x-l)²]

关系式7中：W为注液强度，b为矿体上表面形状参数，K_p为典型山坡处矿体的渗透系数，H₁为矿体上表面的最大标高，a为隔水底板上表面形状参数，l为矿体在x方向的长度，x为山坡的水平坐标；

对于典型山脊，通过第2步得到矿体和隔水底板上表面的形状参数H_j0、a_j1、b_j1、z_j0、a_j2、b_j2，结合第1步测试结果确定典型山脊处矿体的渗透系数K_j，采用关系式8计算注液强度；

关系式8：

WKj=2Hj0aj1(1-bj1y2)[Hj0(1-3aj1x2)(1-bj1y2)-zj0(1-3aj2x2)(1-bj2y2)]+2Hj0bj1(1-aj1x2)[Hj0(1-aj1x2)(1-3bj1y2)-zj0(1-3bj2y2)(1-aj2x2)]]]>

关系式8中：W为注液强度，K_j为典型山脊的渗透系数，H_j0为矿体上表面最大高程；a_j1和b_j1为矿体上表面形状参数，z_j0为隔水底板上表面最大高程，a_j2和b_j2为隔水底板上表面形状参数，x和y分别为垂直山脊方向和沿山脊方向的坐标；

对于典型山谷，通过第2步得到矿体和隔水底板上表面的形状参数H_g0、ξ_g1、a_g1、b_g1、ξ_g2、z_g0、a_g2、b_g2，结合第1步测试结果确定典型山谷处矿体的渗透系数K_g，采用关系式9计算注液强度；

关系式9：

WKg=-Hg02ξg1ag1(1-bg1y2)2[ag1cos(ag1x)(1+ξg1)-ag1ξg1cos(2ag1x)]+Hg0ξg1ag1zg0(1-bg1y2)(1-bg2y2)[ag1cos(ag1x)(1+ξg2-ξg2cos(ag2x))+ξg2ag2sin(ag1x)sin(ag2x)]+2bg1Hg02[1+ξg1-ξg1cos(ag1x)]2(1-3bg1y2)-2bg1Hg0zg0[1+ξg1-ξg1cos(ag1x)][1+ξg2-ξg2cos(ag2x)](1-3bg2y2)]]>

关系式9中：W为注液强度，K_g为典型山谷处矿体的渗透系数，H_g0为矿体上表面与xoz平面交线上的最小高程；ξ_g1为由实测数据确定的矿体上表面高程系数；a_g1和b_g1为矿体上表面形状参数，z_g0为隔水底板上表面与xoz平面交线上的最小高程；ξ_g2为由实测数据确定的隔水底板上表面高程系数；a_g2和b_g2为隔水底板上表面形状参数，x和y分别为垂直山谷方向和沿山谷方向的坐标；

第4步，计算单孔注液强度：

离子型稀土的原地浸矿工艺采用潜水非完整孔注液，根据规范选择孔径和孔深，采用关系式10计算单孔的注液强度；

关系式10：

Wdj2πK=(1-m)1m[(1-η)1+ms1+m-(1-λ)1+mlj1+m(1+m)(R1-m-r1+m)]1m+(r2m-1s)1m+2×(6ηsm)1m[(1+4×0.5m-1)(λ2lj24+r2)1/2-m+4×0.5m-1(25λ2lj216+r2)1/2-m+(49λ2lj216+r2)1/2-m]]]>

关系式10中：W_dj为潜水非完整孔单孔的注液强度，K为矿体的平均渗透系数，m为反映渗流状态的参数，通过室内渗透试验确定，R为影响半径，其计算见关系式11，s为注液过程潜水非完整孔中液面升高高度，r为潜水非完整孔半径，l_j为潜水非完整孔在潜水面以下的长度，η和λ为反映潜水非完整孔渗流状态的参数，通过现场单孔注水试验确定，通常取η＝0.1—0.2，λ＝0.1—0.3；

关系式11：

R=2sKh]]>

关系式11中：s为注液过程潜水非完整孔中液面升高高度，h为含水层厚度，K为矿体的平均渗透系数；

第5步，计算孔网参数：

根据单孔影响半径确定孔距l_jj(沿山坡走向)，根据第3步计算得到的注液强度分布确定排距l_pj(垂直山坡走向)，采用关系式12计算排距；

关系式12：

lpj=WdjWljj]]>

关系式12中：l_pj为排距，l_jj为孔距，W为第3步计算得到的注液强度，W_dj为潜水非完整孔单孔的注液强度；

第6步，计算收液工程的布置位置：

在第3步的计算中，可能出现在山脚下靠近出渗层一定范围内注液强度为负数，表明该范围内不仅不能注液，还需布置合适的收液工程，可以采用导流孔或收液巷道的形式增强矿体出渗能力，收液工程布置在开始出现注液强度为负数的位置至山脚下范围内。