阅读说明：本技术 一种离子型稀土矿小药量空气间隔***增渗方法 (Ionic rare earth ore small-dosage air interval blasting permeation increasing method ) 是由 刘连生 于 2019-10-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种离子型稀土矿爆破增渗的方法,旨在离子型稀土矿体中实施小药量爆破,提高矿床渗透性能且保证矿体稳定。该方法涉及风化岩体精确控制爆破技术领域,包括如下步骤：步骤一,爆破区风化层矿床岩样采集和制备；步骤二,对岩样孔隙结构进行核磁共振扫描；步骤三,测定各组岩样单轴抗压强度；步骤四,对不同孔隙度岩样在分离式霍普金森压杆试验系统(SHPB)上进行冲击试验；步骤五,根据实验结果建立损伤演化模型,计算产生有效渗透率的冲击载荷大小,根据能量法换算炸药量和孔网参数。本发明以室内岩石动力学试验为手段,通过改变矿床孔隙结构提升渗透性,且保证的矿体稳定性,同时该发明还可应用于其他低渗透矿床爆破增渗设计。(The invention discloses a method for blasting and permeation-increasing of an ionic rare earth ore, aiming at implementing small-dosage blasting in an ionic rare earth ore body, improving the permeability of an ore deposit and ensuring the stability of the ore body. The method relates to the technical field of accurate control blasting of weathered rock mass, and comprises the following steps: collecting and preparing a weathered layer ore deposit rock sample in a blasting area; step two, performing nuclear magnetic resonance scanning on the pore structure of the rock sample; step three, measuring the uniaxial compressive strength of each group of rock samples; performing impact tests on rock samples with different porosities on a split Hopkinson pressure bar test System (SHPB); and step five, establishing a damage evolution model according to the experimental result, calculating the impact load size generating the effective permeability, and converting the explosive quantity and the pore network parameters according to an energy method. The method takes an indoor rock dynamics test as a means, improves the permeability by changing the pore structure of the ore deposit, ensures the stability of the ore body, and can also be applied to other low-permeability ore deposit blasting permeation-increasing designs.)

一种离子型稀土矿小药量空气间隔***增渗方法

技术领域

本发明属于风化岩体精确控制***技术领域，特别涉及一种用于低渗透离子型稀土矿***增渗室内试验确定***参数的方法。

背景技术

离子吸附型稀土矿是世界罕见的宝贵矿种，广泛分布与我国南方的江西、福建、湖南、广东、广西、浙江七省(区)，江西赣南地区离子型稀土占探明储量的32.4％。原地浸析采矿法可在不破坏地表植被、不进行表土剥离及山体开挖的条件下实现离子吸附型稀土矿的“绿色开采”。稀土一半以上集存与占原矿重量24％～32％的0.074mm的矿粒中，其粒径细、孔隙小、渗透性差。矿石的渗透性能差，虽然不影响稀土淋出率，但是淋洗时间需要更长。要充分回收稀土必须使浸矿液完全渗入到整个风化层中，整个淋洗时间持续数月至一年不等，长时间的浸矿容易导致稀土矿体边坡出现滑移，甚至出现滑塌，造成人员伤亡与财产损失。离子型吸附稀土进行原地浸取的三个可行性条件之一就是要求主要矿床有良好的渗透能力。为得到合适的渗透率，降低稀土矿的淋洗时间，提高稀土浸取效率，减少事故性的环境问题，提出在离子型稀土矿风化层中实施小药量空气间隔***，在稀土矿体中产生***应力波，以此来改变稀土矿体孔隙结构，从而提高矿体渗透性。

针对低渗透矿床***增渗技术，在油气田、煤层气开采、瓦斯治理及砂岩型铀矿等方面均有成功应用，发表的文献有：《石油勘探与开发》2001年第28卷(第2期)90-96+106-113+123页的《低渗透油气田“层内***”增产技术研究》；《煤炭学报》2001年第26卷(第5期)455-458页的《低渗透煤储层煤层气开采有效技术途径的研究》；《岩石力学与工程学报》2016年第35卷(第8期)1609-1617页的《低渗透砂岩型铀矿床***增渗模型试验及增渗机制研究》。此类技术主要应用于深层无临空面岩体提***增渗，被爆岩体为致密岩石，同时受矿体稳定性的制约较小，但也为***增渗技术的应用奠定了一定的基础。

相较于上述方法，离子型稀土矿赋存于花岗岩风化壳，矿体埋深浅、浸矿期间矿体稳定性差、岩体风化程度高等特性，在采用***增渗的同时要兼顾对矿岩整体扰动最小，不至于失稳滑塌。因此，要采用小药量精确延时控制***的方法，迄今为止，未见到该项技术应用于离子型稀土矿的报道。

发明内容

针对离子型稀土矿原地浸矿效率低的问题，本发明提供一种离子型稀土矿小药量空气间隔***增渗方法，以解决浸取效率和矿体稳定性的问题。

本发明通过以下技术方案实现的:

步骤一：***区风化层矿床岩样采集和制备，在稀土风化层中不同点开挖较大两到三个粗坯，尺寸约为1m×1m×0.5m。沿周边用竹片和钢丝将矿样扎紧，在矿样底部掏槽，将木板***矿样底部，将矿样取出，取出至少2块矿样粗坯后妥善保护运至实验室。在实验室内加工成标准的50mm×100mm(直径×高度)、50mm×50mm(直径×高度)和50mm×25mm(直径×高度)圆柱形岩石试件；

步骤二：对岩样孔隙结构进行核磁共振扫描并按孔隙度大小分组编号，采用核磁共振横向弛豫时间谱、核磁共振成像确定风化岩石内部孔隙分布和结构组成，并按照孔隙大小进行分类；

步骤三：测定各组岩样单轴抗压强度，对不同孔隙度岩石进行单轴抗压强度测试，确定其在受多次***冲击前、后静力学强度的劣化程度；

步骤四：对不同孔隙度岩样在分离式霍普金森压杆试验系统(SHPB)上进行冲击试验，主要包括单次冲击和多次冲击，单次冲击模拟不同药量***冲击后岩石的损伤和渗透性演化规律，多次冲击模拟微差间隔***冲击下对岩石的损伤和渗透性的影响；

步骤五：根据实验结果建立双参数的损伤演化模型，确定产生有效渗透率的冲击载荷大小，根据能量法换算***量并设计孔网参数。

为更好地实现本发明，可进一步地，所述方法步骤一中，采用岩心钻勘探爆区地层情况，确定具有代表性的取样地点。

为更好地实现本发明，可进一步地，所述方法步骤四中，单次冲击确定的有效入射能量为9.85J-52.65J，在此范围内的***冲击载荷下，岩样会产生有效损伤但又不丧失承载能力。岩样在在承载范围内进行等幅和逐级多次冲击，建立损伤演化模型，结合三轴渗流试验确定的渗透性演化规律；确定分别以12.80J、20.3J和27.25J三级加载能达到最优效果。

为更好地实现本发明，可进一步地，所述方法步骤五中，设计每个炮孔内三个小药包，空气间隔装药，间隔距离大于***殉爆距离，微差间隔起爆；炮孔间精确延时起爆。

与现有技术相比本发明的有益效果为：

1、本发明以室内岩石力学试验为基础，结合岩石损伤力学分析并确定***参数，针对性更强，可有效地减少现场试爆的次数，节约成本和时间，也避免了现场试验的偶然误差，准确性更高；

2、本发明通过精细控制***平均增渗2倍，使浸矿时间理论上缩短一半，同时岩体力学强度降低2～3MPa能保证矿体的稳定，小药量孔内三段延期***设计也能严格控制其他***危害，例如***振动、飞石等；

3、该发明提出一种实验室指导现场精细控制***增渗的方法，这种方法技术可以广泛推广应用，解决其他工程的***增渗难题。

附图说明

图1是本发明离子型稀土矿小药量空气间隔***增渗方法的流程图。

图2是本发明部分岩石试样及编组图。

图3是本发明***增渗示意图。

图4是本发明核磁共振横向弛豫时间谱冲击前、后对比图。

图5是本发明核磁共振成像冲击前、后对比图。

图6是本发明三种入射能等幅冲击损伤演化图。

图7是本发明四级加载损伤演化图。

图8是本发明冲击前、后岩石的孔隙度和渗透系数演化图。

图9是本发明炮孔内装要结构图。

图中附图标记的含义：1：堵塞炮泥，2：药包，3：空气阻隔器。

具体实施方式

在本文中提及实施例意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

下面结合附图对本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，但本发明的实施方式不限于此。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

如图1所示，一种离子型稀土矿小药量空气间隔***增渗方法，其具体步骤如下：

步骤一：***区风化层矿床岩样采集和制备，在稀土风化层中不同点开挖两到三个粗坯，尺寸约为1m×1m×0.5m，沿周边用竹片和钢丝将矿样扎紧，在矿样底部掏槽，将木板***矿样底部，将矿样取出，取出多块矿样粗坯后妥善保护运至实验室，在实验室内加工成标准的50mm×100mm(直径×高度)、50mm×50mm(直径×高度)和50mm×25mm(直径×高度)圆柱形岩石试件；

如图3所示，取样矿层位于稀土矿的半风化层。

步骤二：对岩样孔隙结构进行核磁共振扫描，并按有效孔隙度：小于2％、2％-3％、3％-4％、4％-5％、5％-6％、6％-7％、7％-8％和大于8％分为8组，剔除有小孔隙度小于2％和大于8％的岩石试样，对剩余6组岩石试样采用核磁共振横向弛豫时间谱、核磁共振成像确定风化岩石内部孔隙分布和结构组成，6组岩样分别编号为L、M、N、O、P、Q，同组岩样在大写字母后面加数字，例如L3，部分岩石试样，如图2所示；

步骤三：测定各组岩样单轴抗压强度，对不同孔隙度岩石进行单轴抗压强度测试，孔隙度在2％～8％之间岩样的静载强度为22.9MPa-55.23MPa；

步骤四：对不同孔隙度岩样在分离式霍普金森压杆试验系统(SHPB)上进行冲击试验，主要包括单次冲击和多次冲击，单次冲击模拟不同药量***冲击后岩石的损伤和渗透性演化规律，多次冲击包括等幅值循环致裂冲击和四级加载冲击，模拟微差间隔***冲击下对岩石的损伤和渗透性的影响；

单次和多次冲击后返回步骤2，用核磁共振横向弛豫时间谱如图4和核磁共振成像如图5进行无损量化和图像观测，记录下岩样冲后未产生宏观裂缝和大量孔隙所施加的冲击载荷方式；再返回步骤三，测得冲击后单轴抗压强度降低3MPa-4MPa是合理的，能满足矿体稳定性的要求。

步骤五：根据实验结果建立双参数的损伤演化模型，确定产生有效渗透率的冲击载荷大小，根据能量法换算***量并设计孔网参数，单次冲击确定的有效入射能量为9.85J-52.65J，所承受的冲击载荷为66.12-148.17MPa，在此范围内的***冲击载荷下，岩样会产生有效损伤但又不丧失承载能力，岩样在承载范围内进行等幅和逐级多次冲击。在等幅冲击下，根据利用弹性模量定义的损伤变量和相对冲击次数建立损伤演化的数学模型。如下：

其中，E₀为有效孔隙度为小于等于1％相对致密岩样的动态弹性模量，取值53GPa；E_e为每次冲击岩样的动态弹性模量，GPa；N为岩样能承受同以一冲击载荷反复冲击的总次数；n为岩样冲击的次数，n/N为相对循环冲击次数；α和β为待测常数。图6为分别以66.12MPa(12.80J)、84.19MPa(20.3J)和98.30MPa(27.25J)三种冲击前度等幅循环冲击的损伤演化图，可以看出等幅冲击时随入射能的增大，岩样所能承受的冲击次数越少，等幅冲击时损伤累积是递增的，分为加速累加阶段和减速累加阶段，当D>0.4时岩石损伤累积迅速增加直至破坏，为保证矿体的稳定性必须使损伤度低于0.4，且尽量减少分段数以降低***振动对矿体的扰动。以上演化模型主要是对风化岩石在***冲击条件下动力学特性的揭示及临界损伤读的确定。在此基础上，分别以66.12MPa(12.80J)、84.19MPa(20.3J)、98.30MPa(27.25J)和121.21MPa(37.92J)四级加载，第四次冲击后试样完全破碎，损伤累积变化见图7，在第三次冲击后损伤度接近0.4，由此可确定分别以66.12MPa(12.80J)、84.19MPa(20.3J)、98.30MPa(27.25J)为最优方案。结合三轴渗流试验结果见图8，分别对冲击前、后岩石的孔隙度和渗透系数进行测定，可以看到渗透性有明显的增加，且增加的幅度随着初始孔隙度，平均渗透率增大2.31倍。

如图3所示，爆孔深度要贯穿半风化层，且高于基岩1m，由于风化层深度不一，要根据现场地质情况而设计，孔径90mm，孔内装药结构如图8，孔内3个药包由孔底到孔口顺序按分别按0ms、500ms、1000ms的时间起爆，药包间用空气阻隔器间隔，间隔距离根据所选***的殉爆距离决定，以2号岩石乳化***为例间隔距离1m，一般在井与井中间布置一个炮孔，不在井内布孔。

应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。