一种用于盐矿开采的多级驱动溶矿方法技术

本发明专利技术公开了一种用于盐矿开采的多级驱动溶矿方法。其特征在于：所述的注入矿床的水采用主补水渠加次级补水渠的多级补水渠道阶梯式入渗溶矿的方法。其中所述的补水渠的延展方向垂直于地下水流动方向；所述的各个补水渠间距为１００－７００ｍ，优选２００－６００ｍ。另外在所述的各个次级补水渠中放置搅拌船，将溶剂水与从地层中流出的上一级溶矿的含矿卤水混合均匀，形成新的溶剂。本发明专利技术整体抬高了水位，增加了可溶矿开采的有益矿产资源总量；溶剂流动速度变慢，增加了与固体矿产的接触时间和溶出率；切断优势通道，有效减低了溶剂的直排浪费。本发明专利技术适用于浅层、分散、低品位、可溶固体矿产的水溶开发。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及矿产资源开发领域的一种水溶开采方法，特别是涉及一种用于采集低 品位可溶盐的水溶开采方法。
技术介绍
水溶开采的对象是盐类矿物，水溶开采就是根据大部分盐类矿物易溶于水的特 性，把水作为溶剂注入矿床，将矿床中的盐类矿物就地溶解，转变成流动状态的溶液——卤 水，然后进行采集、输送的一种采矿方法。水溶法开采在国内外已得到广泛应用，是一项历 史悠久，又是近代新兴的采矿技术，现代，不仅用于开采盐类矿床，而且正应用到开采砂岩 型铜矿和铀矿等矿产中。水溶法开采盐矿主要是钻井水溶开采，国外首先开发出单井对流法，包括油垫对 流法、气垫对流法和简易对流法。上世纪50年代，美国地质学家提出压裂连通法开采盐矿， 实际上借用了石油压裂开采技术用于盐矿开发。1955年，美国首次在沃金斯格伦卤水区取 得压裂连通法试验成功，加拿大卤水公司在安大略省温索尔卤水田用压裂连通法开采，年 产卤折盐1 万吨。经验表明，压裂连通法开采虽然对压裂裂隙发育方向和计划压裂连通 方向不能人为控制，但仍然是在两井间盐层中实施连通最快和最成功的方法。压裂连通法 作为水溶采矿新技术在地质构造条件适宜的多层、薄层盐矿中得到推广应用。在钾盐开采 方面，加拿大萨斯咯彻温钾矿床用水溶法使其可采钾盐储量增加到686亿吨，荷兰已成功 利用水采法回收埋深MOOm的光卤石矿。美国西尔斯湖水溶法开采固体钾芒硝，经过人工 和自然补给淡水溶解，开采60年以来，硫酸钾品位由5 %降至4. 5 %，由此说明固体钾液化 开采是成功的。上世纪60年代以来，国外开发出新的开采方法-井组连通法，加拿大化学 公司首先在杜莎尔尼亚盐区布2井，井间距15. 2細，单井对流作业溶蚀连通后，该用井组连 通法开采；俄罗斯宾什卡达克盐矿，乌克兰新卡尔法根盐矿等，用井组连通法开采，使产量 和矿石采收率得到大幅度提高。我国水溶开采技术在吸收引进国外先进技术的基础上，进一步得到发展，部分已 达到国际先进水平，四川盐矿水采盐矿深度已达3000m，江苏开发2200m深的无水芒硝矿， 湖北开采盐矿深度达^00m。总之，上述水溶采矿技术主要针对厚大、深埋、很纯的盐类矿产。其主要不足是井 身结构复杂、建槽期较长，中心管易折断，卤水产量低，生产成本较高和矿石采收率低等。2006-2008年，针对我国西北某地存在巨量的低品位固体钾盐，申请人通过实验研 究与野外溶矿试验相结合，突破了前人多基于实验室研究、或是对自然转化的总结、或是高 品位固体钾矿的研究成果，引某湖水作溶剂，在开放条件下实现低品位固体钾矿的驱动液 化——即单级驱动，这在国内外尚无先例。参见图5。但是，单级驱动出现了地下卤水优势 通道(优势管道流)明显及溶矿距离(溶程)较短的现象，这两个因素制约了水溶开采的 速率和溶矿率。优势通道存在的证据及对溶矿的影响分析证据一是在我国西北某盐湖试验区(图1)开展人工放射性同位素测量，S2剖面 的渗透流速(图2~)均远大于S4相应位置的流速值(图幻，这显示出在S2剖面沿线，溶矿 过程已形成明显的优势通道，野外S2T1孔溶塌也证明了人工放射性同位素技术得到的测 量结果可靠。证据二为实拍到优势管道流，优势通道存在对溶矿的影响主要为大大降低了 溶剂的溶矿率，即溶剂以管道流的形式快速流过地层，与可溶的盐类矿床的接触交换时间 大大缩短，开采的目标物未能有效溶出，溶矿的效率降低，矿床开发的成本则相应增加。溶程短的判断依据及对溶矿的影响当溶剂到达某处时，首先驱替原来的晶间卤水，然后与盐层发生溶解平衡反应，表 现为在所取得的样品成分上向溶剂的成分靠近，即Na变高，K变低，Mg变低，虽然看上去K 的含量变低了，实质上是低钾的溶剂溶出了固体中的钾，由此可见，通过水质变化能够分析 溶剂的推进、溶矿过程。对溶矿试验过程采集的616个水样品进行化学组分测试，从试验开 始到试验结束，沿溶剂驱动方向，大致可分为三个带(图4)前部溶矿带(0 150m)，中部 扰动带(150 300m)，后部稳定带(300 1000m)，前部溶矿带即在IOOd内溶剂到达并进 行了溶矿的地带，观察到2007年6月8日与9月18日在0 150m的范围内离子浓度有 了明显的变化，说明发生了明显的驱动溶解反应，是驱动溶解完全影响到的地带；中部扰动 带，溶剂已经到达，但溶矿效果不显著，后部稳定带，基本未发生液化效应。由上分析可见， 溶矿试验至100天时，溶剂推进及有效溶矿带宽度仅为150m。
技术实现思路
针对现有技术单级驱动出现的优势管道流，提出多级驱动技术能有效消减优势通 道对溶矿的不利影响，其基本原理是通过增加多级的补水渠切断优势通道，达到均勻入渗、 整体溶矿的目的，从而取得溶剂溶矿的最大效益。针对溶程的较短问题，多级驱动顾名思义即直接增加驱动力、增加溶矿的距离。采 用多级驱动技术，可以大大提高溶矿开采的效率。本专利技术的是这样实现的本专利技术的多级驱动溶矿方法包括把水作为溶剂注入矿床，将矿床中的盐类矿物就 地溶解后转变成流动状态的溶液——卤水，然后进行采集、输送的步骤，其特征在于所述的注入矿床的水采用主补水渠加次级补水渠的多级补水渠道阶梯式入渗溶 矿的方法。在具体实施中，所述的补水渠的延展方向应当垂直于地下水流动方向。所述的各个补水渠间距为100-700m ；优选200_600m ；对于钾盐矿物而言，更优选 300m。为了使多级驱动溶矿方法中矿床中的盐类矿物溶解效果更好，在所述的各个次级 补水渠中放置搅拌船，将溶剂水与从地层中流出的上一级溶矿的含矿卤水混合均勻，形成 新的溶剂。受补水渠的宽度限制，所述的搅拌船可以为扁圆形，长2米、宽1.5米，采用往返 行驶方式搅拌；所述搅拌船的搅拌装置选用船用发动机，安装于船体(橡胶制成)中部；搅 拌深度2米。搅拌船设计成扁圆形，长两米，宽一米五。总而言之，与目前已实施的单级驱动溶矿技术相比，本专利技术的核心是溶剂的多渠道阶梯式入渗溶矿。本专利技术的要点一系列驱动补水渠的布置模式，包括补水渠布置方向和不同补水 渠间的距离。多级驱动技术参见图6。补水渠方向的确定根据区域地下水水流场特征，补水渠的延展方向应尽量垂直 地下水流动方向；补水渠间距确定根据已完成的单级驱动野外溶矿试验成果，最佳溶矿距离 300m,有效溶矿距离600m，即溶剂渗入到地层后，与矿层发生物质交换(主要是钾的溶出)， 至300m后溶矿能力显著降低，至600m，溶剂中溶出的目标物(钾等矿物质)已接近饱和，失 去了液化固体钾矿的能力。由此确定多级补水渠布设的间距为300-500m。本专利技术的要点二搅拌船。在主补水渠之外的次级补水渠中放置搅拌船，主要功能 是将溶剂与从地层中流出的含矿卤水(上一级溶矿水)混合均勻，形成新的溶剂，促使溶矿 持续有效进行。对比分析单级驱动和多级驱动模式图(图5、图7)，可以看出本专利技术取得3个方面 的显著效果一是整体抬高了水位，增加了可溶矿开采的有益矿产资源总量，图5为单级驱动 野外溶矿试验的实测剖面，100天的补水仅抬高潜水位约Im ；而采用图7所示的多级驱动溶 矿技术，多级的溶剂入渗补给，能有效抬高矿区水位；以图5中水位埋深4米，这样地下水位 以上的资源不能利用，而图7模式中潜水位埋深1米计算，地面下1-3米深处的固体矿床能 得到液化开发，增加的可采量可观本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于盐矿开采的多级驱动溶矿方法，包括把水作为溶剂注入矿床，将矿床中的盐类矿物就地溶解后转变成流动状态的溶液－－卤水，然后进行采集、输送的步骤，其特征在于：所述的注入矿床的水采用主补水渠加次级补水渠的多级补水渠道阶梯式入渗溶矿的方法。

【技术特征摘要】
1.一种用于盐矿开采的多级驱动溶矿方法，包括把水作为溶剂注入矿床，将矿床中的 盐类矿物就地溶解后转变成流动状态的溶液一商水，然后进行采集、输送的步骤，其特征 在于所述的注入矿床的水采用主补水渠加次级补水渠的多级补水渠道阶梯式入渗溶矿的方法。2.如权利要求1所述的用于盐矿开采的多级驱动溶矿方法，其特征在于 所述的补水渠的延展方向垂直于地下水流动方向。3.如权利要求2所述的用于盐矿开采的多级驱动溶矿方法，其特征在于 所述的各个补水渠间距为100-700m。4.如权利要求3所述的用于盐矿开采的多级驱动溶矿方法，其特征在于 所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦鹏程，刘成林，陈永志，李文鹏，王石军，郝爱兵，赵元艺，刘振英，
申请(专利权)人：中国地质科学院矿产资源研究所，中国地质环境监测院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]