具体实施方式

为了使本发明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，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图3，现对本发明提供的砂岩铀矿水平井地浸开采模拟试验系统进行说明。所述砂岩铀矿水平井地浸开采模拟试验系统，包括溶浸装置1、注液装置2、抽液装置3和采集监测装置4，溶浸装置1包括含铀矿含水层的矿体材料11以及设于矿体材料11内呈水平状布置的水平井12和呈竖直状布置的直井13，水平井12沿程布设有多个监测孔14，水平井12的一端开口另一端封闭，水平井12开口端和直井13顶端均漏出矿体材料11；注液装置2与水平井12开口端连通，用于向水平井12内注入浸出剂，浸出液通过水平井12浸入至矿体材料11内；抽液装置3与直井13顶端连通，通过直井13用于抽取位于矿体材料11内与铀反应后的浸出剂；采集监测装置4用于通过多个监测孔14采集矿体材料11内水平井12沿程孔隙水压力和用于监测经抽液装置3抽出的浸出剂中铀浓度。

本发明提供的砂岩铀矿水平井地浸开采模拟试验系统，与现有技术相比，本发明砂岩铀矿水平井地浸开采模拟试验系统，模拟了砂岩铀矿水平井12地浸开采过程，通过溶浸装置1的含矿含水层矿体材料11内部设置水平井12和直井13，沿水平井12沿程布设多个监测孔14，通过注液装置2向水平井12内注入浸出剂，使浸出剂浸入到矿体材料11内并与铀发生化学反应，通过抽液装置3将反应后的浸出剂通过直井13抽出，通过采集监测装置4可以采集水平井12沿程孔隙水压力和监测反应后浸出剂中铀浓度，解决了对砂岩铀矿水平井12地浸开采物理模拟试验研究欠缺的技术问题，通过对砂岩铀矿水平井12地浸开采物理模拟，得出可采用水平井12注液、直井13抽液的方式开采铀矿，为工程实践提供借鉴，为探索水平井12地浸开采中浸出剂配比、抽注液量对地浸效果的影响、掌握溶浸液渗流规律、优化布井方案、提高铀资源采收率有重要指导意义。

在进行模拟试验开始之前，准备一个容器，将清水放在容器内，通过注液装置2，用清水清洗矿体材料11矿层；再在容器内配制硫酸溶液和水，混合后完成配制，然后将酸溶液通过注液装置2注入到矿层(含矿含水层)内部，用于对矿层进行酸化；最后在容器中加入H₂O₂氧化剂，通过注液装置2注入到矿层内部，开始模拟溶浸过程。

本发明建立了一种砂岩铀矿水平井12地浸开采模拟实验装置，用于模拟从钻孔、注液、溶浸液渗流运移、与矿石发生化学反应，到抽液的地浸开采全过程，全程可实时监测溶浸液压力和流量、溶浸液离子成分变化、溶浸范围、矿层渗透性、矿层孔隙结构变化、浸出液含铀浓度等信息。

监测孔14设置为水平井12沿程布置，如图2中的1#-14#的监测孔14的布置方式。监测孔14与直井13的布置采用交错式布置，直井13顶部连接好抽液装置3后，直井13顶部通过密封材料封堵密封。通过布设的多个监测孔14，监测孔14是按照一定间距布置的，可以监测水平井12沿程水力压降效应，也可以监测渗流范围、矿层内孔隙压力变化及溶浸液离子浓度变化。本申请中的水平井12布置为一个，直井13布置为多个，直井13分布在水平井12的两侧。

作为本发明提供的砂岩铀矿水平井地浸开采模拟试验系统的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，溶浸装置1还包括可透视内部结构且上端开口的箱体15，矿体材料11设于箱体15内部，在水平井12内和直井13内均设有用于过滤砂子的过滤器16。箱体15的顶部为开口，可通过该开口向箱体15内部放置矿体材料11，水平井12的一端伸出箱体15的一侧，并可实现与注液装置2的输出端连接，水平井12的另一端埋设在矿体材料11内部，水平井12呈水平状设置，水平井12的设置方式是通过钻孔设备在矿体材料11内进行钻孔而实现的；直井13的设置方式也是通过钻孔设备在矿体材料11内进行钻孔而实现的，箱体15为钢化透明玻璃制成，四周和底部密封，顶部开放，水平井12与箱体15壁之间的接缝处通过玻璃胶或密封胶密封严实。

矿体材料11选用实际含铀的矿山，提前测定矿层含铀量，然后再进行模拟试验。具体的，过滤器16为割缝筛管过滤器16，可一端封闭，一端开口，套接在水平井12和直井13的内部，起到了防砂的作用。水平井12只模拟实际生产中的矿井的水平段，特点是降低了水平井12造斜及井眼轨迹控制等钻孔难度。

作为本发明提供的砂岩铀矿水平井地浸开采模拟试验系统的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，注液装置2包括配液箱21、注液管路22和注液泵23，配液箱21用于容纳浸出剂；注液管路22的两端分别连通配液箱21和水平井12开口端，用于向水平井12内输送浸出剂；注液泵23设于注液管路22上，用于向水平井12内泵送浸出剂。配液箱21就是对注入到矿体材料11内部的浸出剂进行容纳和盛放的作用，将浸出剂放置在配液箱21内，可人工或电动对其进行搅拌，混合均匀后通过注液泵23向水平井12内注入，浸出剂到达水平井12内以后，通过渗透的作用，就会渗透到矿体材料11内，并与矿体材料11内的铀进行化学反应，待一段时间后，通过抽液装置3抽出与铀反应后的浸出剂，再通过采集监测装置4对铀的浓度进行检测。

在配液箱21内可配置不同浓度的酸溶液，寻找浸出剂最优配比。在注液管路22的首端和末端设有阀门，这样可以控制注入浸出剂的流量和时间等。在配液箱21的一侧设有阀门，这样可以控制配液箱21内的液体的容量和配比量等。

作为本发明提供的砂岩铀矿水平井地浸开采模拟试验系统的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，注液装置2还包括设于注液管路22上的第一流量计24和第一压力表25，第一流量计24用于监测注液管路22内浸出剂注液流量，第一压力表25用于监测注液管路22内浸出剂注液压力。通过对注液的压力和流量进行调节，可模拟实际矿井中采用地浸开采的对于浸出剂的注入压力和流量，为后期的采用水平井12注液、直井13抽液的开采方式作理论参考依据。

优选的，可使第一流量计24和第一压力表25与采集监测装置4连接，通过采集监测装置4可以实时的监测和记录注液压力和注液量。

作为本发明提供的砂岩铀矿水平井地浸开采模拟试验系统的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，注液装置2还包括设于配液箱21内的搅拌器26，搅拌器26用于搅拌置于配液箱21内液体。通过搅拌器26的全程搅拌，使得配液箱21内的液体混合均匀，以上所指液体可为浸出剂。

作为本发明提供的砂岩铀矿水平井地浸开采模拟试验系统的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，抽液装置3包括集液池31、抽液管路32和抽液泵33，集液池31用于容纳矿体材料11内与铀反应的浸出剂；抽液管路32的两端分别连通直井13顶端和集液池31，用于输送反应的浸出剂至集液池31内；抽液泵33设于抽液管路32上，用于抽出矿体材料11内与铀反应后的浸出剂。在集液池31的侧部设有阀门，可以将浸出剂排出，排出后方便进行监测铀的浓度等。在抽液管路32的首端和末端也设有阀门，这样可以控制抽出液(浸出剂)的流量和时间等。

作为本发明提供的砂岩铀矿水平井地浸开采模拟试验系统的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，抽液管路32上还设有第二流量计34和第二压力表35，第二流量计34用于监测抽液管路32内浸出剂抽液流量，第二压力表35用于监测抽液管路32内浸出剂抽液压力。通过第二流量计34和第二压力表35监测抽液管路32内水压力和抽液量，抽出的浸出剂到达集液池31内。

优选的，可使第一流量计24和第一压力表25与采集监测装置4连接，通过采集监测装置4可以实时的监测和记录注液压力和注液量。

作为本发明提供的砂岩铀矿水平井地浸开采模拟试验系统的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，抽液装置3还包括设于抽液管路32上的背压阀36。通过抽液泵33进行抽液，背压阀36对抽液管路32中的抽液压力进行调节，这样可以模拟矿层水压力情况，以模拟矿层压力环境。通过第二压力表35、第二流量计34和背压阀36的调节，可以调节浸出剂配比方案、注液压力、抽注液量、布井方式、过滤器16割缝密度等因素。

作为本发明提供的砂岩铀矿水平井地浸开采模拟试验系统的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，采集监测装置4包括压力传感器41、铀浓度监测器42和计算机43，压力传感器41为多个，均设于多个监测孔14内，用于采集矿体材料11内的水平井12沿程孔隙水压力；铀浓度监测器42用于监测经抽液装置3抽出的浸出剂中铀浓度；计算机43分别与多个压力传感器41和铀浓度监测器42电性连接，用于接收多个压力传感器41的压力信号和接收铀浓度监测器42的浓度信号并显示信号。压力传感器41分别布置在如图2中的1#-14#的监测孔14内部，监控孔的上端封堵，将压力传感器41与计算机43连接，连接线穿过该封堵处，封堵可采用密封胶等材料封堵。铀浓度监测器42对集液池31内的或输出的浸出剂进行监测，通过监测不同时间间隔下的浸出剂的铀浓度，在计算机43上可计算浸出铀含量，进而估计矿层中铀剩余量和采收率。

将第一流量计24、第一压力表25、第二流量计34和第二压力表35分别与计算机43连接，通过计算机43可以控制注液压力、注液流量、抽液压力和抽液流量，进而可以模拟实际矿井中进行注液和抽液的压力和流量，使模拟的铀的浸出浓度和实际矿井中的铀浸出浓度尽量一致，以便能为后期研究提供理论参考依据。通过计算机43可以分析注液压力、抽注液量对地浸效果的影响；按一定时间间隔，从1#-14#的监测孔14内提取浸出剂，通过铀浓度监测器42检测溶浸液的PH值(铀在pH值小于2时可溶解出来)及铀浓度、Ca2+、Mg2+、CO32-、HCO3-、SO42-等离子浓度变化，获取溶浸液在矿层中溶质迁移规律。由压力传感器41监测矿体材料11内的水平井12沿程孔隙水压力变化，以便合理的调节抽注液量，维持抽注平衡。

通过计算机43还可以接收第一流量计24、第一压力表25、第二流量计34和第二压力表35所监测到的数据，以上对抽注液的流量和压力的控制可以通过手动调节，也可以实现通过计算机43的控制进行调节。

铀浓度监测器42为电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS，可以获取浸出剂中含铀浓度。计算机43可采用现有技术中的计算机43，具有可以计算数据，接收采集和监测的数据，可以打字和输出打印数据等功能，因此本申请中的计算机43可以配合地浸开采模拟进行操作，计算机43的具体作用不再论述。

由水平井12沿程布置的压力传感器41监测水平井12沿程水力压降，为合理布置井网空间位置及筛管割缝密度提供依据；待浸出液含铀浓度低于<10mg/t时认为进入浸出末期，此时不再继续加酸溶液，只抽不注，直到模拟地浸过程结束；结束后对浸出液进行铀浓度测定，预估采收率；最后，对矿层典型断面(如水平井12所在水平剖面、直井13所在横向剖面)进行切割，测试矿石孔隙结构和渗透性，分析水平井12地浸过程中砂岩物性特征的变化，深入理解溶浸液的流动-反应-传质过程。

作为本发明提供的砂岩铀矿水平井地浸开采模拟试验系统的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，矿体材料11的上部和下部均设有隔水板17，隔水板17为泥岩隔水层，隔水板17起到防水渗透的作用。直井13穿过上部的隔水板17，再到达矿体材料11内部，根据箱体15的尺寸和布置的间距，在本申请中设置直井13的数量为四个，直井13分布在水平井12的两侧，沿矿层走向延续布置。

本发明还提供一种砂岩铀矿水平井地浸开采模拟试验方法，包括以下步骤：

在箱体内布置矿体材料11，并在矿体材料11上部和下部布置隔水板17，沿矿体材料11的水平方向设置水平井12和沿竖直方向设置多个直井13，在矿体材料11上沿水平井沿程布置多个监测孔14；

使注液装置2连通水平井12的一端，通过注液装置2向水平井12内注入浸出剂，浸出剂渗透至矿体材料11内部并与矿体材料11内的铀发生反应；

使抽液装置3与直井13的上端连通，通过抽液装置3抽取位于矿体材料11内且与铀反应后的浸出剂，使抽出的浸出剂盛放在容器中；

通过采集监测装置4采集矿体材料11内的监测孔14内的水平井沿程孔隙水压力和监测经抽液装置3抽出的容器中浸出剂的铀浓度。

在进行模拟试验开始之前，准备一个容器，将清水放在容器内，通过注液装置2，用清水清洗矿体材料11矿层；再在容器内配制硫酸溶液和水，混合后完成配制，然后将酸溶液通过注液装置2注入到矿层(含矿含水层)内部，用于对矿层进行酸化；最后在容器中加入H₂O₂氧化剂，通过注液装置2注入到矿层内部，开始模拟溶浸过程。

本发明建立了一种砂岩铀矿水平井12地浸开采模拟实验系统和及试验方法，用于模拟从钻孔、注液、溶浸液渗流运移、与矿石发生化学反应，到抽液的地浸开采全过程，全程可实时监测溶浸液压力和流量、溶浸液离子成分变化、溶浸范围、矿层渗透性、矿层孔隙结构变化、浸出液含铀浓度等信息。

本发明的砂岩铀矿水平井地浸开采模拟试验方法中对于溶浸装置、注液装置、抽液装置和采集监测装置的具体结构设置，具体的操作步骤和操作方法，均参见上述对于砂岩铀矿水平井地浸开采模拟试验系统中的具体解释，在此不再介绍。

本发明的砂岩铀矿水平井地浸开采模拟试验系统及试验方法的有益效果在于：

1)开辟了一种新型地浸采铀工艺的室内模型试验，通过水平井12注液、直井13抽液的方式进行铀资源地浸开采，可实现水平井12地浸工艺增产效果评价；

2)能够模拟砂岩铀矿水平井12地浸开采过程，通过监测溶浸液波及范围及浸出液含铀浓度，探索浸出剂最优配比方案，对注液压力、抽注液量，井网布置等各影响因素进行优化和调节；

3)可通过监测矿层孔隙压力、溶浸液离子浓度变化及矿层溶蚀效果及孔隙变化，掌握水平井12地浸开采过程中溶浸液流动-反应-传质规律。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。