一种铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置

1.本实用新型属于铀矿开采技术领域，更具体地说，是涉及一种铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置。


背景技术：

2.铀矿水平井地浸开采中，由于筛管摩阻的存在、溶浸液在水平段的滤失等因素，当溶浸液注入到水平井内后，沿水平井长度方向上可能存在水力压降。溶浸液压力的衰减不利于溶浸液的均匀渗流，可能导致水平井水平段远端溶浸效果的降低。水平井中注入溶浸液后，矿层中溶浸液的渗流范围制约了铀的采收率，影响了铀矿的地浸效果。水平井地浸开采中，溶浸液的渗流规律决定了井组的布置和优化，现有技术中对于铀矿水平井地浸开采中溶浸液渗流模拟试验研究欠缺，因此，有必要研究一种铀矿水平井地浸开采中溶浸液渗流模拟试验装置，以探明溶浸液的渗流规律。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置，旨在解决铀矿水平井地浸开采中溶浸液渗流模拟研究欠缺的技术问题。
4.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置，包括模型组件、注液组件和采集监测组件，模型组件包括框架、填充于所述框架内部的矿体材料以及填充在矿体材料内部的透明试验材料，在所述透明试验材料内部呈水平设置有水平洞穴，在所述水平洞穴内放置有筛管且所述筛管一端漏出所述模型组件的一侧面；注液组件的液体输出端与所述筛管漏出的一端连接，用于向所述筛管内注入溶浸液，溶浸液到达所述筛管内后渗透到所述透明试验材料内和所述矿体材料内；采集监测组件设于所述矿体材料和所述透明试验材料内，用于采集监测溶浸液渗透的压力和流量，透过所述透明试验材料可观测溶浸液渗流过程。
5.作为本技术另一实施例，所述注液组件包括注液筒、注液管路和注液泵，注液筒内部盛装有溶浸液；注液管路的一端连通所述注液筒、另一端连通所述筛管，用于向所述筛管内输送溶浸液；注液泵设于所述注液管路上，用于抽取所述注液筒内溶浸液并泵送至所述筛管内。
6.作为本技术另一实施例，所述注液组件还包括与所述注液泵连接并用于调节所述注液泵的注入压力和流量的变频器。
7.作为本技术另一实施例，铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置还包括10组渗流观测孔和5-6组压降观测孔，所述渗流观测孔和所述压降观测孔均呈盲洞型且均竖直设置，均穿过所述矿体材料上部并伸入到所述透明试验材料内，10组所述渗流观测孔和5-6组所述压降观测孔均沿所述模型组件长度方向顺次设置。
8.作为本技术另一实施例，每组所述渗流观测孔的数量为三个且竖向并列设置，三个所述渗流观测孔插入到所述透明试验材料内的深度依次增大或减小，三个所述渗流观测
孔分别用于监测不同层位的溶浸液渗流情况。
9.作为本技术另一实施例，所述采集监测组件包括压力传感器和流量传感器，压力传感器为多个，分别设于多个所述渗流观测孔和多个所述压降观测孔内，用于探测溶浸液在所述透明试验材料内的渗透压力；流量传感器为多个，分别设于多个所述渗流观测孔和多个所述压降观测孔内，用于探测溶浸液在所述透明试验材料内的渗透流量。
10.作为本技术另一实施例，所述注液筒内添加有示踪剂，用于观测溶浸液渗流过程。
11.作为本技术另一实施例，所述注液管路与所述筛管之间相接处通过密封材料密封连接，所述注液管路上设有用于调节溶浸液通过压力和流量的调节阀。
12.作为本技术另一实施例，所述框架包括呈长方体型的框架本体，定义所述框架本体长度方向上的两端面为左右侧面，所述框架还包括设置在所述框架本体左右侧面的钢板以及设置在所述框架本体下前后侧面的钢化玻璃，所述框架本体上侧面为开口且用于向所述矿体材料内设置所述渗流观测孔和所述压降观测孔，所述钢板和所述钢化玻璃相互密封对接并固结在所述框架本体上，所述筛管长度方向在所述框架本体长度方向上，且所述筛管漏出端伸出所述框架左侧面或右侧面。
13.作为本技术另一实施例，所述透明试验材料为用透明粘接剂胶结在一起的透明石英砂的组合体，透明石英砂设置在矿体材料内部并形成可视化观测窗，透过可视化观测窗可观测到溶浸液的渗流过程。
14.本实用新型提供的一种铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置的有益效果在于，与现有技术相比，本实用新型一种铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置，通过在模型组件内布设矿体材料，并使透明试验材料布置在矿体材料的内中部，将筛管安装到透明材料内的水平洞穴内，使注液组件向筛管内注入溶浸液，溶浸液会渗透到透明试验材料内，通过采集监测组件可以采集监测到溶浸液的渗流情况，透过透明材料可观测到溶浸液的渗流过程，解决了铀矿水平井地浸开采中溶浸液渗流模拟研究欠缺的技术问题，具有对铀矿水平井地浸开采渗流进行模拟试验，为实际的开采作业提供理论依据，以探明溶浸液的渗流规律，为井组的布置和优化提供依据的技术效果。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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得其他的附图。
16.图1为本实用新型实施例提供的一种铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置的结构示意图；
17.图2为本实用新型实施例提供的一种铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置的渗流观测孔和压降观测孔布置结构俯视图；
18.图3为本实用新型实施例提供的一种铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置的其中一组渗流观测孔插入到透明试验材料内布置结构侧视图。
19.图中：1、模型组件；2、注液组件；21、注液筒；22、注液管路；23、注液泵；24、变频器；3、采集监测组件；4、筛管；5、渗流观测孔；6、压降观测孔。
具体实施方式
20.为了使本实用新型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，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。
21.请一并参阅图1至图3，现对本实用新型提供的一种铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置进行说明。所述一种铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置，包括模型组件1、注液组件2和采集监测组件3，模型组件1包括框架、填充于框架内部的矿体材料以及填充在矿体材料内部的透明试验材料，在透明试验材料内部呈水平设置有水平洞穴，在水平洞穴内放置有筛管4且筛管4一端漏出模型组件1的一侧面；注液组件2的液体输出端与筛管4漏出的一端连接，用于向筛管4内注入溶浸液，溶浸液到达筛管4内后渗透到透明试验材料内和矿体材料内；采集监测组件3设于矿体材料和透明试验材料内，用于采集监测溶浸液渗透的压力和流量，透过透明试验材料可观测溶浸液渗流过程。
22.本实用新型提供的一种铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置，与现有技术相比，本实用新型一种铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置，通过在模型组件1内布设矿体材料，并使透明试验材料布置在矿体材料的内中部，将筛管4安装到透明材料内的水平洞穴内，使注液组件2向筛管4内注入溶浸液，溶浸液会渗透到透明试验材料内，通过采集监测组件3可以采集监测到溶浸液的渗流情况，透过透明材料可观测到溶浸液的渗流过程，解决了铀矿水平井地浸开采中溶浸液渗流模拟研究欠缺的技术问题，具有对铀矿水平井地浸开采渗流进行模拟试验，为实际的开采作业提供理论依据，以探明溶浸液的渗流规律，为井组的布置和优化提供依据的技术效果。
23.矿体材料和透明试验材料均具有渗透的功能，便于溶浸液的渗透，矿体材料选用带有铀矿的矿体材料，试验透明材料选用透明石英砂，并通过粘接剂粘接在一起，模型组件1呈长方体形状，矿体材料呈长方体形状且中部具有空心腔室，是用来放置试验透明材料的，试验透明材料也呈长方体形状，置于空心腔室内，与矿体材料组成一体结构。水平洞穴开挖在透明试验材料内部，筛管4安装在水平洞穴内部，长度略小于模型组件1的长度，且一端漏出模型组件1。筛管4上开设有割缝长条型通孔，可以使溶浸液穿过该通孔，并渗透到透明试验材料内部。通过采集监测组件3方可对溶浸液的渗流情况进行采集和监测，通过试验模拟后得到的结论，可以为实际的铀矿开采渗流情况提供理论参考。
24.作为本实用新型提供的一种铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，注液组件2包括注液筒21、注液管路22和注液泵23，注液筒21内部盛装有溶浸液；注液管路22的一端连通注液筒21、另一端连通筛管4，用于向筛管4内输送溶浸液；注液泵23设于注液管路22上，用于抽取注液筒21内溶浸液并泵送至筛管4内。通过注液泵23的启停可以控制向筛管4内注入溶浸液的量，因为不同规格的模型组件1，可能对其溶浸液的注入量也不同，在实际模拟试验时，要根据不同规格的透明试验材料，采取不同的注入量，方可进行观测溶浸液到达透明试验材料内部并观测渗流情况(过程)，一定长度或宽度的透明试验材料和矿体材料，适配一定量的溶浸液，它们之间是有一定比例关系的，才能完成对溶浸液的正确观测。
25.注液筒21的容积为200l。注液泵23为螺杆泵，其额定流量为10-30m3/h。
26.作为本实用新型提供的一种铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置的一种具体
实施方式，请参阅图1至图3，注液组件2还包括与注液泵23连接并用于调节注液泵23的注入压力和流量的变频器24。通过变频器24可以实现调节注液泵23的注入压力和流量的作用，从而方便对溶浸液的溶浸情况进行控制和调节，根据不同规格的试验材料，通过变频器24控制溶浸液注入情况，操作方便。
27.作为本实用新型提供的一种铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置还包括10组渗流观测孔5和5-6组压降观测孔6，渗流观测孔5和压降观测孔6均呈盲洞型且均竖直设置，均穿过矿体材料上部并伸入到透明试验材料内，10组渗流观测孔5和5-6组压降观测孔6均沿模型组件1长度方向顺次设置。渗流观测孔5为10组，分别对其进行标号，序号依次为1-10，序号为单数(1、3、5、7、9)的渗流观测孔5，与序号为双数(2、4、6、8、10)的渗流观测孔5，在沿模型组件1的宽度方向上，隔开设置，即单数和双数的渗流观测孔5在沿模型组件1的宽度方向上是有一定间隙的。序号1和3的渗流观测孔5的间距为18cm，渗流观测孔5距离模型组件1侧壁的间距为9cm。
28.渗流观测孔5和压降观测孔6的孔底部均不接触水平洞穴或筛管4，即与水平洞穴不贯通，只是设置在筛管4上方的透明试验材料内部，当溶浸液渗透到透明试验材料和矿体材料内部后，溶浸液会到达渗流观测孔5和压降观测孔6内，通过采集监测组件3就可以采集监测到溶浸液的渗流压力和渗流流量，从而可判断溶浸液的渗流情况和透明试验材料的压降情况，可绘制渗流曲线和压降曲线，为实际的地浸开采溶浸液渗流情况提供依据。
29.作为本实用新型提供的一种铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，每组渗流观测孔5的数量为三个且竖向并列设置，三个渗流观测孔5插入到透明试验材料内的深度依次增大或减小，三个渗流观测孔5分别用于监测不同层位的溶浸液渗流情况。
30.三个渗流观测孔5插入到透明试验材料内的深度依次为40cm、25cm、10cm，并排相隔设置，水平洞穴位于靠近埋深为10cm的渗流观测孔5的位置。
31.每组渗流观测孔5为图2和图3中的a、b、c表示的孔，因为渗流观测孔5为10组，则为便于理解，依次标号为1(a，b，c)-10(a，b，c)，分别表示为10组渗流观测孔5，沿着模型框架的长度方向顺次布置，a，b，c表示下、中、上三个监测面，分别距离模型框架顶端的距离为40cm、25cm、10cm。图中i-vi分为为6组压降监测孔，i为入口端监测孔，ii-vi为实际压降监测孔。压降监测孔间距为18cm，设置在水平井上壁的中央。
32.作为本实用新型提供的一种铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，采集监测组件3包括压力传感器和流量传感器，压力传感器为多个，分别设于多个渗流观测孔5和多个压降观测孔6内，用于探测溶浸液在透明试验材料内的渗透压力；流量传感器为多个，分别设于多个渗流观测孔5和多个压降观测孔6内，用于探测溶浸液在透明试验材料内的渗透流量。通过渗流观测孔5和压降观测孔6内部的压力传感器和流量传感器所探测到的压力和流量，可以获得对溶浸液的压力和流量，通过观测孔内获得的数据，可以后期根据监测数据绘制压降曲线和渗流曲线，通过试验模拟，可以为实际的地浸开采的溶浸液的渗流情况和矿体材料的压降情况作参考或提供理论支撑。
33.具体的，压力传感器和流量传感器分别通过连接线与设在模型框架外侧的计算机或数据接收器相互连接，实现将采集监测的数据能够及时传递获得，方便工作人员进行观
察。
34.作为本实用新型提供的一种铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，注液筒21内添加有示踪剂，用于观测溶浸液渗流过程。示踪剂为一少量，与溶浸液混合在一起，示踪剂可选用一种蓝墨水，通过蓝墨水的流动路径可以很清楚的通过肉眼观察到，方便眼见。
35.在注液筒21的内部可设置有搅拌器，通过该搅拌器可以将示踪剂与溶浸液相互搅拌混合均匀，混合均匀后通过注液泵23向筛管4内注入。
36.作为本实用新型提供的一种铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，注液管路22与筛管4之间相接处通过密封材料密封连接，注液管路22上设有用于调节溶浸液通过压力和流量的调节阀。密封材料可选用密封圈和密封胶等，能够提高筛管4与注液管路22之间连接密封性能，防止漏气和漏液等。
37.作为本实用新型提供的一种铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，框架包括呈长方体型的框架本体，定义框架本体长度方向上的两端面为左右侧面，框架还包括设置在框架本体左右侧面的钢板以及设置在框架本体下前后侧面的钢化玻璃，框架本体上侧面为开口且用于向矿体材料内设置渗流观测孔5和压降观测孔6，钢板和钢化玻璃相互密封对接并固结在框架本体上，筛管4长度方向在框架本体长度方向上，且筛管4漏出端伸出框架左侧面或右侧面。通过钢化玻璃就可以观测到透明试验材料内部的溶浸液的渗流过程或路径，再与采集监测组件3配合监测后，可以得到溶浸液的渗流规律。
38.框架尺寸为：长、宽、高分别为10m、50cm、50cm。中部预留的空间为长、宽、高为0.5m、10cm、30cm的空间，透明试验材料放置在该空间内，水平洞穴的直径为12cm，水平洞穴设置在透明试验材料内，由于透明试验材料的宽度为10cm，则水平洞穴的外圆周与矿体材料接触或贯通，水平洞穴的长度为9.6m，通过以上设置后，方可满足对试验要求。
39.作为本实用新型提供的一种铀矿水平井地浸开采渗流模拟试验装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，透明试验材料为用透明粘接剂胶结在一起的透明石英砂的组合体，透明石英砂设置在矿体材料内部并形成可视化观测窗，透过可视化观测窗可观测到溶浸液的渗流过程。透明石英砂的组合体也具有被液体渗透的作用，通过将溶浸液渗透到透明石英砂的组合体内部，可以方便实现渗流模拟试验的操作。其中透明石英砂为一种优选的试验材料，另外也可以选用其他不同材料进行试验。
40.在实验室环境下，可利用石英砂模拟仿真溶浸液的渗流环境，并观察溶浸液在该环境下的输导过程，由于溶浸液每个阶段的渗流量不同，所以要观察每个阶段的渗流量记录观察结果。
41.特别地，在针对研究生学习的数值模拟学习，可以通过克里金插值法，利用matlab软件绘制出a、b、c监测面上的压力、流量分布云图，分析铀矿水平井地浸开采矿层中溶浸液的渗流规律。
42.基于这样的情况，需要实验装置的操作简单，可视性好，安全性高、在现有技术中，还没有满足上述要求的用于观察溶浸液渗流的实验装置。
43.本实用新型的模拟试验装置的操作步骤如下：
44.组装模型组件1，向模型组件1内部填充矿体材料和透明试验材料，用粘合剂将透
明石英砂胶结在一起，组成可视化的透明窗，将模型框架通过支架固定到地面上；
45.在矿体材料和透明试验材料上从顶部向下部沿竖直方向依次挖掘多个探测孔，分别为渗流监测孔和压降监测孔；沿水平方向在透明试验材料内部挖掘水平洞穴，在水平洞穴内安装筛管4；
46.将压力传感器和流量传感器分别安装到多个渗流监测孔和压降监测孔内部，注液组件2与筛管4的一端连通，并使注液组件2能够向筛管4内注入溶浸液；
47.通过采集监测组件3(包括压力传感器和流量传感器)探测渗流监测孔和压降监测孔内的溶浸液的渗透压力和渗透流量，通过变频器24调节注液泵23的流量，使溶浸液从筛管4入口处流到出口处，期间记录溶浸液在每个阶段的时间、流量和压力；
48.观察溶浸液在实验装置渗流情况，作出水平井距离和压降监测孔压力、流量的关系，得出铀矿地浸开采水平井压降规律；通过理论模型计算水平井压力分布，和试验结果对比验证。
49.为了模拟100m水平井段的压降和渗流规律，将100m水平井分为10段进行试验模拟，分10次进行试验，第1次的模拟距离是0-9.6m，第2次的模拟距离是9.6m-19.2m，第3次的模拟距离是19.2m-28.8m，第4次的模拟距离是28.8m-38.4m，第5次的模拟距离是38.4m-48m，第6次的模拟距离是48m-57.6m，第7次的模拟距离是57.6m-67.2m第,8次的模拟距离是67.2m-76.8m，第,9次的模拟距离是76.8m-86.4m，第10次的模拟距离是86.4m-96m。
50.第1次通过螺杆泵恒定流量注溶浸液与水平井中，并调节变频器24以恒定注入压力为1mpa。待稳定后，读取监测孔1(a，b，c)-10(a，b，c)和i-vi的压力和流量，并记录。同时，通过可视化窗观测溶浸液的渗流过程，并在关键节点拍照。
51.第1次试验结束后，将出口端压力x1作为第2次试验的入口端压力，进行第2次试验。重复第一次步骤，直至10段模拟完成。
52.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。