液压式地浸铀矿井浸出液多级活塞提液方法

本发明涉及地浸采铀相关，特别是一种适用于地浸铀矿井内浸出液提取的液压式地浸铀矿井浸出液多级活塞提液方法。

背景技术：

1、地浸采铀是世界上十分先进的采矿技术，其基本原理是对可地浸砂岩型铀矿按一定网度布置地浸铀矿井(包括注液井和抽液井)，从注液井注入地浸液，使地浸液与铀矿石进行充分反应以形成含铀离子的溶液，含铀离子的溶液经过地层渗透进入抽液井中，将含铀离子的溶液经抽液井抽取至地表，输入离子交换塔中进一步萃取铀。

2、相关铀矿开采企业要求的地浸铀矿井抽液流量为6-10m3/h，若抽液速度过低则无法满足地浸采铀的经济性要求。地浸铀矿井的井深通常可达200-500m，目前通常采用深井潜水泵抽取井内的浸出液，由于深井潜水泵(叶片泵)的泵体和叶片之间存在一定间隙，这导致深井潜水泵存在无法避免的间隙泄漏(内泄漏)问题，并且，随着潜水深度(扬程)的增加，深井潜水泵的间隙泄漏问题愈发严重，导致其流量损失愈发严重。

3、综上所述，抽取地浸铀矿井浸出液存在以下待解决问题：1、随着潜水深度的增加，为达到规定抽液流量所需要配置的深井潜水泵级数也越高，其购置成本和运行功耗也相应增加；2、当潜水深度达到250m时，因流量损失现象导致深井潜水泵已难以满足地浸铀矿井抽液流量的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种液压式地浸铀矿井浸出液多级活塞提液方法，它应用于液压式地浸铀矿井浸出液多级活塞提液系统，解决了现有的深井潜水泵用于抽取地浸铀矿井深水下的浸出液时，成本和功耗较高，抽液流量难以满足要求的问题。

2、本发明的技术方案是：液压式地浸铀矿井浸出液多级活塞提液方法，应用于液压式地浸铀矿井浸出液多级活塞提液系统，用于提取地浸铀矿井中的浸出液；

3、所述的液压式地浸铀矿井浸出液多级活塞提液系统，包括提液机构、缆管复合体、钢缆固定架、卷扬机、水泵、储液池和液压站；

4、提液机构包括壳体总成、油缸、推拉杆a、推拉杆b、联接头、活塞a和活塞b；壳体总成从一端至另一端依次设有排水兼油路段、双壁油缸段、上部双向联通段、重复单元段、下部双壁水缸段和下部双向联通段；排水兼油路段内部设有互不连通的油路通道和汇总出水通道，油路通道在壳体总成的端部设有进油口和出油口，汇总出水通道在壳体总成的端部设有出水口，出水口的外壁上设有外螺纹；双壁油缸段内部设有互不连通的油缸安装腔和环形水腔a；上部双向联通段内部设有进水通道a、排水通道a和移动导向通道a；重复单元段包括相互连接的中部双壁水缸段和中部双向联通段；中部双壁水缸段内部设有互不连通的中部活塞腔和环形水腔b；中部双向联通段内部设有进水通道b、排水通道b和移动导向通道b；下部双壁水缸段内部设有互不连通的下部活塞腔和环形水腔c；下部双向联通段内部设有互不连通的进水通道c和排水通道c；油缸的缸体固定安装在油缸安装腔的前端，油缸的活塞杆向油缸安装腔的后端伸出；油缸的缸体内部与油路通道的后端连通；推拉杆a密封滑动安装在移动导向通道a中，其前后两端分别伸入油缸安装腔和中部活塞腔中；推拉杆b密封滑动安装在移动导向通道b中，其前后两端分别伸入中部活塞腔和下部活塞腔中；联接头设置在推拉杆a的前端与油缸的活塞杆之间，其将推拉杆a的前端与油缸的活塞杆固连为一体，实现油缸与推拉杆a同步移动；活塞a密封滑动安装在中部活塞腔中，其在两端分别与推拉杆a的后端及推拉杆b的前端连接；活塞b密封滑动安装在下部活塞腔中，其与推拉杆b的后端连接；

5、缆管复合体包括钢缆固定装置、管端固定装置、水管、钢缆、油管和防缠绕装置；钢缆固定装置中部设有供提液机构的出水口穿过的避让孔，钢缆固定装置外侧设有环绕避让孔均布的两个钢缆穿孔和两个油管限位缺口a；管端固定装置包括内套管和外套管，内套管和外套管在下端螺纹连接，内套管位于外套管的内部，内套管在下端内孔中设有内螺纹，内套管和外套管在上端共同形成用于夹持水管下端头的锥环夹持区间；水管下端固定连接在管端固定装置的锥环夹持区间内，水管上端设有水管快速接头b；钢缆整体弯成u形，钢缆的两端头分别穿过钢缆固定装置的钢缆穿孔而伸出在钢缆固定装置的上端，钢缆的两条缆体平行于水管布置，钢缆的两条缆体对称分布在水管外侧，钢缆的两端头分别设有钢缆快速接头b；两根分别用于进油和出油的油管对称分布在水管外侧，两根油管均平行于水管布置，两根油管的下端分别穿过钢缆固定装置的两个油管限位缺口a，两根油管的上端分别设有油管快速接头b；多个防缠绕装置沿缆管复合体的长度方向间隔设置，防缠绕装置中部设有供水管穿过的水管穿孔，防缠绕装置上还设有连通至水管穿孔的两个钢缆限位缺口和连通至水管穿孔的两个油管限位缺口b，防缠绕装置通过两个钢缆限位缺口与钢缆的两条缆体形成过盈配合，防缠绕装置通过两个油管限位缺口b供两根油管穿过；缆管复合体整体呈柔性线形体，防缠绕装置则为所述柔性线形体上的刚性节点，缆管复合体通过防缠绕装置限定水管、钢缆、油管的相对位置；缆管复合体的两根油管在下端分别固定连接在提液机构的进油口和出油口上；缆管复合体的钢缆固定装置通过避让孔环抱提液机构的出水口，并且，钢缆固定装置与管端固定装置的下端面相抵；

6、卷扬机上设有卷筒，卷筒上绕装有缆线，缆线下端设有复合接头，复合接头包括两个钢缆快速接头a、两个油管快速接头a和一个水管快速接头a，钢缆快速接头a用于与缆管复合体中的钢缆快速接头b对接或分离，油管快速接头a用于与缆管复合体中的油管快速接头b对接或分离，水管快速接头a用于与缆管复合体中的水管快速接头b对接或分离；卷扬机设置在地浸铀矿井外部的地面上；

7、钢缆固定架包括底架、u形卡件和螺母；底架包括两条平行布置的槽钢和固定连接在两条槽钢之间的连接杆，定义两条槽钢之间的区域为底架内侧，定义两条槽钢外侧的区域为底架外侧；u形卡件一端为封闭端，另一端为开放端，u形卡件的开放端的两根杆端头上设有外螺纹，u形卡件的两根杆端头穿过底架的一条槽钢的两侧槽壁，再通过螺纹连接在杆端头上的螺母锁紧在底架的槽钢上，u形卡件的封闭端位于底架内侧，u形卡件的开放端位于底架外侧，u形卡件的封闭端与底架的槽钢之间形成夹持区域；两个u形卡件分别通过所述夹持区域夹持固定钢缆两段缆体；钢缆固定架的底架固设或放置在地浸铀矿井的井口正上方；

8、水泵固定设置在地浸铀矿井外部的地面上，其上设有进水端口和排水端口，进水端口上连接有水管快速接头c，水泵的排水端口通过管道连通至储液池；水泵的水管快速接头c用于与缆管复合体中的水管快速接头b对接或分离；液压站设置在地浸铀矿井外部的地面上，其上设有两个油管快速接头c，液压站通过两个油管快速接头c与缆管复合体的油管快速接头b对接或分离；

9、s01，连接并下放提液机构：

10、a、将缆管复合体的水管快速接头b连接在卷扬机的复合接头的水管快速接头a上，将缆管复合体的钢缆快速接头b连接在卷扬机的复合接头的钢缆快速接头a上，将缆管复合体的油管快速接头b连接在卷扬机的复合接头的油管快速接头a上；将缆管复合体的两根油管的下端头分别固定并密封连接在提液机构的进油口和出油口上；

11、b、驱动卷扬机的卷筒运转，将缆管复合体盘绕在卷筒上，使提液机构处于悬吊状态，此时，卷扬机依次通过钢缆和管端固定装置连接并承重提液机构；

12、c、驱动卷扬机移动，使提液机构位于地浸铀矿井的井口正上方，驱动卷扬机的卷筒运转，将提液机构下放至井内预设深度，此时，卷扬机的复合接头位于地浸铀矿井的井口正上方；

13、s02，管道连接及钢缆固定：

14、a、断开缆管复合体的油管快速接头b与复合接头的油管快速接头a之间的连接，再将油管快速接头b连接在液压站的油管快速接头c上，连接后，油路连通，两根油管分别用于进油和出油；

15、b、断开缆管复合体的水管快速接头b与复合接头的水管快速接头a之间的连接，再将水管快速接头b连接在水泵的水管快速接头c上，连接后，水路连通；

16、c、断开缆管复合体的钢缆快速接头b与复合接头的钢缆快速接头a之间的连接，断开后，水管和两根油管暂时用于连接并承重提液机构；将钢缆的两条缆体通过钢缆固定架的两个u形卡件固定，固定后，钢缆的两条缆体分别被夹持在钢缆固定架的两个夹持区域中，钢缆固定架依次通过钢缆和管端固定装置连接并承重提液机构；

17、s03，提取地浸铀矿井内浸出液：

18、一方面，启动液压站，通过液压动力驱动油缸的活塞杆做伸缩移动，以实现持续抽取浸出液；另一方面，启动水泵，使被抽取到井口外部的浸出液能够流向储液池；

19、油缸的活塞杆伸出时，同时产生以下效果：

20、1、活塞a向下移动，使中部前腔的容积扩大而产生负压，在负压作用下，井内的浸出液通过进水口a进入进水通道a，再通过第一单向阀进入中部前腔，实现吸液；

21、2、活塞b向下移动，使下部前腔的容积扩大而产生负压，在负压作用下，井内的浸出液通过进水口b进入进水通道b，再通过第四单向阀进入下部前腔，实现吸液；

22、3、活塞a向下移动，使中部后腔的容积缩小而产生正压，在正压作用下，中部后腔中的液体依次通过带有第五单向阀的第三入水支路、排水通道b、汇合通道段、环形水腔b中、第一入水支路、排水通道a和环形水腔a，进入汇总出水通道中，再通过水管输送到井口外部，最后通过水泵的抽吸力流入储液池；

23、4、活塞b向下移动，使下部后腔的容积缩小而产生正压，在正压作用下，下部后腔中的液体依次通过带有第八单向阀的排水通道c、环形水腔c、第五入水支路、排水通道b、汇合通道段、环形水腔b中、第一入水支路、排水通道a和环形水腔a，进入汇总出水通道中，再通过水管输送到井口外部，最后通过水泵的抽吸力流入储液池；

24、油缸的活塞杆缩回时，同时产生以下效果：

25、1、活塞a向上移动，使中部后腔的容积扩大而产生负压，在负压作用下，井内的浸出液通过进水口b进入进水通道b，再通过第三单向阀进入中部后腔，实现吸液；

26、2、活塞b向上移动，使下部后腔的容积扩大而产生负压，在负压作用下，井内的浸出液通过进水口c进入进水通道c，再通过第七单向阀进入下部后腔，实现吸液；

27、3、活塞a向上移动，使中部前腔的容积缩小而产生正压，在正压作用下，中部前腔中的液体依次通过带有第二单向阀的第二入水支路、排水通道a和环形水腔a，进入汇总出水通道中，再通过水管输送到井口外部，最后通过水泵的抽吸力流入储液池；

28、4、活塞b向上移动，使下部前腔的容积缩小而产生正压，在正压作用下，下部前腔中的液体依次通过带有第六单向阀的第四入水支路、排水通道b、汇合通道段、环形水腔b中、第一入水支路、排水通道a和环形水腔a，进入汇总出水通道中，再通过水管输送到井口外部，最后通过水泵的抽吸力流入储液池。

29、本发明进一步的技术方案是：壳体总成呈圆柱形；在排水兼油路段中，油路通道和汇总出水通道的前端均连通至壳体总成的端面；在双壁油缸段中，环形水腔a环绕设置在油缸安装腔的外侧，环形水腔a的前端与汇总出水通道的后端连通，油缸安装腔的前端与油路通道的后端连通；在上部双向联通段中，进水通道a、排水通道a和移动导向通道a三者互不连通；进水通道a的前端连通至壳体总成外圆面而形成进水口a，进水通道a中设有第一单向阀；排水通道a的前端连通至环形水腔a的后端，排水通道a的后端设有第一入水支路和第二入水支路，第二入水支路中设有第二单向阀；移动导向通道a的前端连通至油缸安装腔的后端；在中部双壁水缸段中，环形水腔b环绕设置在中部活塞腔的外侧，环形水腔b的前端与排水通道a的第一入水支路连通，中部活塞腔的前端分别与排水通道a的第二入水支路、进水通道a的后端及移动导向通道a的后端连通；在中部双向联通段中，进水通道b、排水通道b和移动导向通道b三者互不连通；进水通道b的中部设有连通至壳体总成外圆面的进水口b，进水通道b的两端分别设有第三单向阀和第四单向阀，进水通道b设有第三单向阀的一端连通至中部活塞腔的后端；排水通道b的前端设有第三入水支路和汇合通道段，第三入水支路中设有第五单向阀，第三入水支路与中部活塞腔的后端连通，排水通道b的汇合通道段与环形水腔b的后端连通，排水通道b的后端设有第四入水支路和第五入水支路，第四入水支路中设有第六单向阀；移动导向通道b的前端与中部活塞腔的后端连通；在下部双壁水缸段中，环形水腔c环绕设置在下部活塞腔的外侧，环形水腔c的前端与排水通道b的第五入水支路连通，下部活塞腔的前端分别与进水通道b设有第四单向阀的一端、排水通道b的第四入水支路及移动导向通道b的后端连通；在下部双向联通段中，进水通道c中设有第七单向阀，进水通道c的前端连通至壳体总成外圆面而形成进水口c，进水通道c的后端连通至下部活塞腔的后端；排水通道c中设有第八单向阀，排水通道c的前端连通至下部活塞腔的后端，排水通道c的后端连通至环形水腔c的后端。

30、本发明再进一步的技术方案是：壳体总成在下部双向联通段的外壁上设有连通至环形水腔c的泄压阀，泄压阀的泄压压力为4-5mpa；所述液压式地浸铀矿井浸出液多级活塞提液系统还包括高压充气装置，高压充气装置上设有用于输出高压空气的水管快速接头d，高压充气装置通过水管快速接头d与缆管复合体的水管快速接头b对接或分离，高压充气装置所能提供的最高充气压力不低于5mpa；

31、所述方法还包括接续在s03步骤之后的s04步骤；

32、s04，上提并拆卸提液机构：

33、先驱动卷扬机移动，使卷扬机上的复合接头位于地浸铀矿井的井口正上方，再将缆管复合体的钢缆快速接头b连接在复合接头的钢缆快速接头a上，然后从钢缆固定架的底架上拆除两个u形卡件，使钢缆与钢缆固定架解除连接，此时，卷扬机依次通过钢缆和管端固定装置连接并承重提液机构；

34、断开缆管复合体的水管快速接头b与水泵的水管快速接头c之间的连接，将水管快速接头b连接在高压充气装置的水管快速接头d上，通过高压充气装置向水管中充入高压空气，使水管中的水向下流动，依次通过汇总出水通道、环形水腔a、排水通道a、环形水腔b和排水通道b进入到环形水腔c中，冲开泄压阀后排出到地浸铀矿井中，此时，水管中残留的浸出液被高压空气替换掉；

35、停止高压充气装置的供气，断开缆管复合体的水管快速接头b与高压充气装置的水管快速接头d之间的连接，将水管快速接头b连接在卷扬机复合接头的水管快速接头a上；断开缆管复合体的油管快速接头b与液压站的油管快速接头c之间的连接，将油管快速接头b连接在卷扬机复合接头的油管快速接头a上；

36、驱动卷扬机的卷筒运转，一方面将缆管复合体卷绕在卷筒上，另一方面将提液机构提出到地浸铀矿井的井口上方；最后，断开两根油管的下端与提液机构的进油口和出油口之间的连接，从提液机构的出水口上拆下钢缆固定装置和管端固定装置，从而将提液机构与缆管复合体分离开；

37、本步骤中，所述高压空气的压力不低于5mpa，所述泄压阀的泄压压力为4-5mpa。

38、本发明更进一步的技术方案是：重复单元段的数量为1段。

39、本发明与现有技术相比具有如下优点：

40、1、所述提液方法用于抽取地浸铀矿井深水下的浸出液，可满足抽液流量6-10m3/h的要求，当提水深度在250m以下时，相比传统的深水潜水泵具有抽液流量大、功耗相对较低、成本相对较低的优势。

41、2、在回收提液机构的过程中，通过高压充气装置向水管内部充气，通过高压空气推动水管内残留的浸出液向下流动，最终，浸出液冲开提液机构上的泄压阀排出到地浸铀矿井中；基于上述的充气操作，一方面，水管内的浸出液被替换为空气，有效降低了缆管复合体的重量，便于卷扬机卷绕回收缆管复合体，另一方面，水管长度可达数百米，水管内残留的浸出液量较大，水管内残留的浸出液在气压推动下排出到地浸铀矿井中，避免了水管内残留的浸出液被浪费掉，再一方面，提液机构内部的一部分浸出液被替换为空气，为提液机构提供了一定的浮力，有效降低了卷扬机回收提液机构的功耗。

42、3、考虑到地径铀矿井内径较为狭窄(井内直径小于150mm)，设计水路时，一方面需要尽可能满足空间可行性，另一方面需要在满足结构强度的前提下尽可能扩大进排水的截面面积，因此，在壳体总成内部设置油缸和活塞(包括活塞a和活塞b)的区段设计了环形水腔，以供排水；在壳体总成外部设置进水口(包括进水口a、进水口b和进水口c)的区段设计了多条呈环形均布的进水通道和排水通道，以供进水和排水。这种水路设计相比采用单条进排水通道，一方面对壳体总成内部空间的利用更加充分，另一方面能提供相对更大的进排水截面面积。

43、4、活塞采用分体式螺纹连接的结构，便于安装和装配；活塞上设置了两组y型密封圈和一组o形密封圈，以充分满足活塞滑动时的密封需要；将抗磨环设置在活塞中部，一方面起到活塞移动时的导向作用，避免y型密封圈出现单边磨损进而导致密封失效，另一方面可降低活塞本体的磨损概率，对活塞本体起到一定的保护作用。

44、5、重复单元段的数量为1段(如实施例1所示)时，为两级活塞结构，经实验测定，抽液流量可达8m3/h，可满足抽液流量6-10m3/h的要求。当重复单元段的数量为2段时，为三级活塞结构，经实验测定，抽液流量可达到11m3/h，一方面，这会导致环形水腔中的压力增大，环形水腔两侧腔壁也需要相应增厚，壳体总成的整体径向尺寸也会相应增大，导致难以满足空间可行性的要求，另一方面，这对密封件的密封性能也提出了更高要求，密封件的等级和成本也会相应增加，再一方面，油缸运行时所需的力也会更大，这会导致油路管道的管壁需要设计的更厚，使壳体总成的整体径向尺寸相应增大，导致难以满足空间可行性的要求；综上所述，重复单元段的数量为1段为最优选。

45、6、其应用场景为井深200-300m的地浸铀矿井，壳体总成承受了较大水压，因此各处通道不能设计太薄(即对通道壁厚有最低要求)，故在上部双向联通段和中部双向联通段中采用了基于中心对称布置的通道样式，并且将进、排水通道的数量分别设置为四条；基于上述布置方式,一方面，实现了上部双向联通段和中部双向联通段的内部空间的充分利用，在有限的设计空间内提供了相对更大的进水截面面积和排水截面面积，以期满足理论设计的进排水量(6-10m3/h)要求，另一方面，这种基于中心对称布置的通道样式有助于保持壳体总成的重心居中以及提水操作时的稳定性，避免了壳体总成在提水操作或静置时发生侧向(径向)倾斜。

46、以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。