裸腳式稀土礦原地浸開采滲流模擬實(shí)驗(yàn)方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及稀土礦原地浸開采技術(shù)，特別是一種裸腳式稀土礦原地浸開采滲流模擬實(shí)驗(yàn)方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]江西、廣東等南方五省的稀土以“離子相”賦存，是“離子吸附型稀土礦床”，簡稱離子型稀土。離子型稀土的開采工藝先后有池浸、堆浸和原地浸，目前普遍采用原地浸開采工藝。原地浸工藝是綜合了地質(zhì)、采礦、礦物加工等多學(xué)科的集成技術(shù)，不需剝離表土和開挖礦體，直接在山體表面布置注液井網(wǎng)，注入硫酸銨浸取劑溶液(簡稱交換液)，其銨根離子與稀土離子發(fā)生交換反應(yīng)，進(jìn)而注入清水，稀土離子進(jìn)入清水中形成浸出液，浸出液通過山腳處的積液溝或收液巷道匯集到母液池(浸出液簡稱母液)，最后用草酸沉淀母液中的稀土，實(shí)現(xiàn)資源回收的目的。
[0003]根據(jù)是否存在天然隔水底板，離子型稀土可以分為全覆式和裸腳式兩種類型。全覆式稀土礦不具有天然隔水底板或隔水底板不出露地表，注液井中的交換液進(jìn)入稀土礦體發(fā)生離子交換，母液通過收液巷道流出，只要收液巷道空間布置合理，能實(shí)現(xiàn)母液完好的收集。裸腳式稀土礦具有天然隔水底板巖層且在山腳處出露，收液措施是在礦山隔水底板出露處設(shè)置導(dǎo)流孔和積液溝，母液通過導(dǎo)流孔匯集到積液溝，最后自流到母液池，實(shí)現(xiàn)母液回收。裸腳式稀土礦隔水底板一般與水平面具有一定傾角，且由于裂隙存在，隔水底板或多或少存在滲漏裂隙帶。與其他巖土體的滲流相比，裸腳式稀土礦山天然隔水底板對交換液的入滲和母液的滲流影響因素有兩個，一是隔水底板的傾角大小，二是底板滲漏裂隙帶的位置以及滲漏裂隙的大小。目前尚不具備探測底板小尺度滲漏裂隙帶的物理方法。在實(shí)際開采裸腳式稀土礦時(shí)，由于假設(shè)隔水底板不存在滲漏裂隙帶，母液通過底板滲漏裂隙帶流入地下水中，既污染環(huán)境又影響母液的回收率。通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)研究巖土體滲流規(guī)律是一個重要的研究手段，而目前還沒有針對裸腳式稀土礦中隔水底板傾角及其滲漏裂隙帶對滲流規(guī)律影響的實(shí)驗(yàn)研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種裸腳式稀土礦原地浸開采滲流模擬實(shí)驗(yàn)方法及裝置，模擬研究裸腳式稀土礦具有不同底板傾角和底板具有不同滲漏裂隙帶時(shí)的滲流規(guī)律。
[0005]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]—種裸腳式稀土礦原地浸開采滲流模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括固定臺、礦池托架，礦池托架的左端鉸接于固定臺上，右端由液壓油缸驅(qū)動;在礦池托架右側(cè)的固定臺上設(shè)置有標(biāo)尺；在礦池托架上安裝有礦池，礦池的左側(cè)板為不銹鋼板，右側(cè)板和前后側(cè)板為鋼化玻璃，鋼化玻璃上標(biāo)有縱橫向刻度;礦池的底板為雙層結(jié)構(gòu)，上層為混凝土層，下層為鋼板;混凝土層和鋼板上布置有滲漏孔，在鋼板的滲漏孔上配有橡膠塞或連接有滲漏孔導(dǎo)管，滲漏孔導(dǎo)管下布有量筒;礦池左側(cè)不銹鋼板的底部布置有導(dǎo)流孔，導(dǎo)流孔上連接有導(dǎo)流孔導(dǎo)管，導(dǎo)流孔導(dǎo)管下布有量筒;在礦池的頂部布有注液裝置。
[0007]所述的礦池底板上分布有大中小三種孔徑的滲漏孔，滲漏孔沿橫向和縱向均按大中小孔依次連續(xù)排列。大中小三種孔的孔徑分別為5mm、7mm和9mm三種，沿橫向、縱向相鄰兩孔間的間距均為50mm—150mm。
[0008]所述的礦池左側(cè)板有三種高度，分別是60mm、90mm和120mm，其上的導(dǎo)流孔直徑分別對應(yīng)為5mm、7mm和9mm，孔間距分別對應(yīng)為50mm、75mm和100mm，孔中心都距其下邊緣15mm。
[0009]—種裸腳式稀土礦原地浸開采滲流模擬實(shí)驗(yàn)方法，包括以下步驟:
[0010]一、安裝注液裝置；
[0011]二、傾斜礦池托架；
[0012]根據(jù)擬研究稀土礦山底板傾斜角度，啟動油缸將礦池托架傾斜，觀察礦池托架右端在標(biāo)尺上的標(biāo)高及其到礦池托架左端的鉸接處的水平距離，然后計(jì)算礦池托架傾斜角度的大小，當(dāng)?shù)V池托架的傾斜角度與礦山底板實(shí)際角度相同時(shí)，關(guān)閉油缸；
[0013]三、開啟礦池中底板上的滲漏孔和左側(cè)板上的導(dǎo)流孔；
[0014]根據(jù)擬研究底板滲漏密度大小以及導(dǎo)流孔的多少對滲流的影響情況，開啟礦池中不同位置和不同數(shù)量的底板上滲漏孔和左側(cè)板上導(dǎo)流孔，在開啟的滲漏孔和導(dǎo)流孔上安裝各自配套的滲漏孔導(dǎo)管和導(dǎo)流孔導(dǎo)管，并在導(dǎo)管的出水口放置量筒，以收集計(jì)量液體；
[0015]四、制備并填裝稀土土樣
[0016]根據(jù)需研究的稀土礦山拉取稀土土樣，依據(jù)密度與礦山現(xiàn)場密度一致的原則，在礦池內(nèi)分層裝入稀土土樣，形成與現(xiàn)場實(shí)際一致的坡體形狀，并在稀土土樣坡體內(nèi)用有機(jī)玻璃管模擬注液井，注液井的數(shù)量及間距根據(jù)具體情況調(diào)整設(shè)置；
[0017]五、啟動注液
[0018]在注液裝置中注入交換溶液，計(jì)量交換溶液的體積;接著將注液裝置中的注液管放置到注液井中，開啟注液閥門開始注液，并根據(jù)擬研究的注液強(qiáng)度要求調(diào)節(jié)注液閥門的大小；
[0019]六、觀測計(jì)量注液和收液情況
[0020]通過注液裝置中交換液體積的變化計(jì)量每個注液井中的注液量;通過礦池的鋼化玻璃上的刻度線，觀測記錄交換液入滲浸潤面的變化規(guī)律;通過滲漏孔導(dǎo)管下的量筒，模擬計(jì)量底板滲漏流出的液體體積;通過導(dǎo)流孔導(dǎo)管下的量筒，計(jì)量導(dǎo)流孔流出的液體體積；
[0021]七、得出非飽和一飽和入滲規(guī)律及影響因素
[0022]根據(jù)注液裝置中液體的變化計(jì)量注液量，通過礦池的鋼化玻璃上觀測記錄交換液入滲浸潤面的變化，得出非飽和階段入滲規(guī)律及影響因素，通過不同時(shí)間得到的總注液量、滲漏孔導(dǎo)管滲漏的液體量和導(dǎo)流孔導(dǎo)管滲漏的液體量，得出飽和非穩(wěn)定及飽和穩(wěn)定時(shí)的入滲規(guī)律及影響因素。
[0023]本發(fā)明(I)可以調(diào)節(jié)礦池底板與水平的夾角，開展裸腳式離子型稀土礦天然隔水底板具有不同傾角時(shí)的滲流規(guī)律研究。(2)通過使用礦池底板不同位置不同直徑的滲漏孔，可以開展裸腳式離子型稀土礦天然隔水底板不同位置具有不同滲漏裂隙時(shí)的滲流規(guī)律研究。(3)通過使用不同間距不同孔徑的不銹鋼板(左側(cè)板)，可以開展裸腳式離子型稀土礦坡腳處設(shè)置不同導(dǎo)流孔時(shí)的滲流規(guī)律研究。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明裝置中礦池底板的滲漏孔分布圖。
[0026]圖中:I一主軸；2—三角支架；3—底板;4一鋼化玻璃；5—工字鋼橫梁;6—量筒；7—滲漏孔導(dǎo)管;8—標(biāo)尺;9—液壓裝置(油缸)；10—注液裝置；11—導(dǎo)流孔導(dǎo)管；12—型鋼框架;13—固定臺；14一不銹鋼板(左側(cè)板)；15大孔;16中孔;17小孔。
【具體實(shí)施方式】
[0027]如附圖所示，本發(fā)明的裝置包括固定臺13、礦池托架(由工字鋼橫梁5和型鋼框架12焊接成)，礦池托架的左端鉸接于固定臺13上，右端由液壓裝置(油缸)9驅(qū)動;在礦池托架右側(cè)的固定臺13上設(shè)置有標(biāo)尺8;在礦池托架上安裝有礦池，礦池的左側(cè)板為不銹鋼板14，右側(cè)板和前后側(cè)板為鋼化玻璃4，鋼化玻璃4上標(biāo)有縱橫向刻度;礦池的底板3為雙層結(jié)構(gòu)，上層為混凝土層，下層為鋼板;混凝土層和鋼板上布置有滲漏孔(通孔)，在鋼板的滲漏孔上配有橡膠塞或連接有滲漏孔導(dǎo)管7，滲漏孔導(dǎo)管7下布有量筒6;礦池左側(cè)的不銹鋼板14的底部布置有導(dǎo)流孔，導(dǎo)流孔上連接有導(dǎo)流孔導(dǎo)管11，導(dǎo)流孔導(dǎo)管11下布有量筒6;在礦池的頂部布有注液裝置10。
[0028]本發(fā)明中液壓裝置9、注液裝置10、注液井均為現(xiàn)有技術(shù)。
[0029]本發(fā)明中礦池托架主要用來加固鋼化玻璃4和承受礦池及稀土土樣載荷，礦池的長X寬X高為3000mmX2000mmX1500mm，如圖1所示，礦池的前、后和右側(cè)面的帶刻度的鋼化玻璃4固定在型鋼框架12上，并用玻璃膠封堵接縫處，防止交換液或母液外滲。
[0030]本發(fā)明中礦池左側(cè)的不銹鋼板14的作用有兩個，一是堵?lián)醯V池中稀土土樣，防止土樣邊坡下滑;另一個作用是其底部的導(dǎo)流孔模擬裸腳式離子型稀土原地浸坡腳處的導(dǎo)流孔，通過改變導(dǎo)流孔直徑和間距模擬不同導(dǎo)流孔時(shí)的工況。不銹鋼板14厚度為10_，寬度為2000mm，由于模擬不同坡腳高度的需要，其高度分別有60mm、90mm和120mm三種。根據(jù)目前工程實(shí)際工藝設(shè)置導(dǎo)流孔的情況，依據(jù)相似比確定不銹鋼板14上對應(yīng)導(dǎo)流孔直徑分別為5_、7mm和9mm，相應(yīng)孔間距分別為50mm、75mm和100mm。由于工程實(shí)際中導(dǎo)流孔都盡量靠近底板，因此三種高度尺寸的不銹鋼板14上的導(dǎo)流孔中心都距其下邊緣15mm。
[0031 ]本發(fā)明中底板3包含上下兩層，下層為鋼板，上層為混凝土層。鋼板起支撐上部非飽和或飽和土體的重量，混凝土層模擬隔水底板巖層。滲漏孔穿透混凝土層和鋼板，孔徑有5mm、7mm和9mm三種。根據(jù)已有的研究結(jié)果，巖體裂隙具有隨機(jī)性和分形特性，為了兩種特性的裂隙都能得到模擬研究，三種孔徑的滲漏孔依次交替排列，如圖2所示，橫向、縱向相鄰兩孔間的間距均為50mm —