浸矿过程中矿土渗透系数的变化规律及其估算方法

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目前,离子型稀土矿主要的开采工艺为原地浸析法,采用原地浸析法进行矿山开采的过程中,孔隙结构的变化是造成渗透系数改变的直接因素。当浸矿液注入上部矿体时,矿土先由非饱和状态进入饱和状态。之后,浸矿液与矿土发生水土化学作用,使矿土颗粒发生分散或团聚,且浸矿液渗流会同时引起微颗粒迁移,使得矿土孔隙结构不断发生改变,从而引起矿土渗透系数发生变化。当注液强度超过矿土有效渗透强度时,极易引发表层滑坡事故。故而探究浸矿过程中矿土渗透系数的变化规律对矿山实际生产具有指导意义。在原地浸矿过程中,矿土的初始含水量、硫酸铵溶液浓度和浸矿过程中微颗粒迁移都会改变矿土的孔隙结构,进而对渗透系数变化产生影响。因此,针对这三个因素,本文分别开展了室内试验,分析了矿土渗透系数的变化规律及其机理,并提出了矿土渗透系数的估算方法。通过以上工作,得出的结论如下:(1)对矿山初始含水量进行采集分析,并用固定初始级配配比的矿土在室内进行对应含水量的常水头柱浸试验:矿土初始含水量为12%、15%、18%和21%时,对应的分布频率依次为17.86%、24.11%、37.5%、19.64%,对应条件下矿土的渗透系数依次为0.83m/d、0.93m/d、1.37m/d、1.14m/d。由此,矿山初始注液强度的确定应考虑矿土初始含水量的影响。(2)为弱化微颗粒迁移作用,采用短柱对同种矿土进行常水头柱浸试验,浸矿液为不同浓度的硫酸铵溶液。当硫酸铵溶液浓度由3%逐步下降至0%时,矿土的渗透系数由0.119m/d下降至0.077m/d,原因是当硫酸铵溶液浓度由3%逐步下降至0%时,矿土的有效孔隙度由39.065%下降至38.027%。(3)在考虑微颗粒迁移和硫酸铵溶液浓度共同作用下,采用长柱、不同浓度的硫酸铵溶液进行常水头柱浸试验。硫酸铵溶液浓度由1%增加到3%时。矿土总体渗透系数由0.056m/d增加到0.103m/d,原因是对应条件下矿土的有效孔隙度由10.93%增加到15.48%。(4)仅考虑浸矿剂溶液浓度的影响,或同时考虑浸矿剂溶液浓度和微颗粒迁移共同作用,均可运用建立的基于K-C方程的渗透系数经验计算方法来估算矿土渗透系数,计算结果与实测值的吻合度较高。
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