一种铝土矿原位溶浸开采方法与流程

专利2022-05-10  1


1.本发明涉及铝土矿产开采技术领域,尤其涉及一种铝土矿原位溶浸开采方法。


背景技术:

2.目前,世界范围内铝土矿开采主要以露天开挖和巷洞掘进开采两种类型,且都针对的是出露地表或者埋藏很浅的矿床。矿体储量探明后即进入开采阶段,这一时期需要投入大量的资金,用于地表覆盖层的剥离或者巷洞的建设,除工程量巨大,施工周期较长外,开采过程中投入的人力物力成本较多,安全风险高。另外,露天矿和洞采均会对矿体以上及周边造成巨大的环境破坏,包括地表剥离形成矿坑,植被的破坏、水土流失、尾矿污染等,造成矿山地区经常是黑水横流、地表满目疮痍、漫天黄土。
3.原位采矿技术在二十世纪初就有实验记录,目前在国内外广泛用于铀矿、稀土矿的开采,即利用注液井向目标矿体注入特定的溶浸液,经过一系列物理化学反应将有用金属浸出,通过抽液井将溶浸液提出地表,在地表工厂实现有用金属萃取的过程。铝土矿实质上是一种在近地表强风化作用下形成的残积岩,属于沉积岩,研究发现:铝土矿具有一定的渗透性,具有采用原位溶浸开采的地质条件,因此,提出了适用于深浅层的铝土矿原位溶浸开采技术发明。


技术实现要素:

4.本发明旨在针对上述问题,提出一种绿色、环保、节土、高效、安全的铝土矿开采方法,能够实现深浅层铝土矿的开采和溶浸液有效回收。
5.本发明的技术方案在于:一种铝土矿原位溶浸开采方法,包括如下步骤:(1)钻井工程:采用从式井;地面井场采用“一字形”布井,井口间距大于5m;以反九点法、反七点法或反五点法布注采井网;井距50

100m;包括注液井和排采井,注液井位于中间位置,排采井位于周边位置;其中,注液井为直井,排采井为定向井,定向井轨迹的最大井斜角不超过35
°
,进入铝土矿层后降斜,井斜角小于10
°
;钻井钻穿铝土矿的上伏地层、铝土矿层至铝土矿底层基岩后20m完钻,采用套管完井;(2)矿层改造:注液井在铝土矿层顶部设置有射孔段,排采井在铝土矿层底部设置有射孔段;以注液井为起始端、排采井为终止端在铝土矿层顶部距离铝土矿的矿层顶板0.5m处钻取第一水平钻孔,第一水平钻孔自注液井到排采井平行于铝土矿的矿层顶板水平延伸,第一水平钻孔与排采井不连通;再以排采井为起始端、注液井为终止端在铝土矿层底部距离铝土矿的矿层底板0.5m处钻取第二水平钻孔;第二水平钻孔自排采井到注液井以不超过5
°
的倾角向上倾斜,该第二水平钻孔与注液井不连通;
对注液井通过水力压裂或者爆破增渗,在铝土矿层中形成压裂裂缝,建立渗流通道;(3)溶浸作业:由注液井注入溶浸液,通过上述注液井的射孔段及第一水平钻孔进入铝土矿层,通过压裂裂缝向下渗流溶蚀铝土矿;再通过第二水平钻孔及排采井的射孔段的渗流到排采井底,再将含铝土矿的溶浸液抽取至地面;(4)地面作业:将含铝土矿的溶浸液经沉降后,对含铝土矿的溶浸液依次进行分离、萃取及净化处理后实现重复利用。
6.优选地,所述矿层改造过程中:若铝土矿中黏土矿物含量超过40%时,采用爆破增渗;若铝土矿中黏土矿物含量低过40%时,采用水力压裂。
7.或者优选地,所述溶浸液包括酸性溶浸液和碱性溶浸液;若铝土矿的二氧化硅含量高于20%时,选用酸性溶浸液,否则选用碱性溶浸液。
8.更优选地,所述溶浸液为酸性溶浸液时,套管选用抗酸材质套管,否则溶浸液选用碱性溶浸液,套管选用抗碱材质套管。
9.优选地,注入溶浸液时,通过集中增压实现,将含铝土矿的溶浸液抽取至地面时,通过集中式负压抽取或者井下排液实现。
10.或者优选地,所述地面作业包括注采区及溶浸液处理区,注采区包括采出区及注入区;含铝土矿的溶浸液首先在采出区沉降后再输送到溶浸液处理区依次进行分离、萃取、净化及再调配形成新的溶浸液,将新的溶浸液再通过注入区注入到注液井中实现循环利用。
11.更优选地,所述采出区包括沉降罐,溶浸液处理区包括依次连接的分离装置、萃取装置、净化处理装置及溶浸液制备装置,注入区包括溶浸液罐;其中,沉降罐一端连接至排采井的井口装置,另一端与分离装置连接;溶浸液罐一端连接溶浸液制备装置,另一端连接至注液井的井口装置。
12.更优选地,所述沉降罐与排采井的井口装置之间、溶浸液罐与注液井的井口装置均设有加压装置。
13.更优选地,所述加压装置为泵房。
14.或者优选地,所述钻取第一水平钻孔及第二第一水平钻孔时均通过高压喷射钻头实现。
15.本发明的技术效果在于:本发明利用原位溶浸采矿技术优势,通过建立注采井网,压裂改造,配合地面处理,形成一套用于铝土矿原位溶浸开采模式,区别于传统的铝土矿露天开挖和巷洞掘进开采方式,既能实现铝土矿经济高效开采,又能节土、节水,保护矿山环境,有效解决了铝土矿开采对环境破坏的难题。
附图说明
16.图1本发明实施提供的铝土矿的原位溶浸开采技术思路图。
17.图2本发明实施提供的铝土矿的原位溶浸开采时的开采过程的平面布井图。
18.图3本发明实施提供的铝土矿的原位溶浸开采时的开采过程的剖面原理图。
19.附图标记:1、地面井场;2、地面井口;3、排采井;4、定向井轨迹;5、注液井;6、上伏地层;7、铝土矿层;8、铝土矿底层基岩;9、注液井的井口装置;10、套管;11、射孔段;12、第二水平钻孔;13、压裂裂缝;14、沉降罐;15、泵房;16、分离装置;17、净化处理装置;18、溶浸液制备装置;19、溶浸液罐;20、注采区;21、溶浸液处理区;22、萃取装置;23、第一水平钻孔;24、排采井的井口装置。
具体实施方式
20.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。
21.一种铝土矿原位溶浸开采方法,包括如下步骤:(1)钻井工程:采用从式井;地面井场1采用“一字形”布井,井口间距大于5m;以反九点法、反七点法或反五点法布注采井网;井距50

100m;包括注液井5和排采井3,注液井5位于中间位置,排采井3位于周边位置;其中,注液井5为直井,排采井3为定向井,定向井轨迹4要注意防碰绕障,最大井斜角不超过35
°
,进入铝土矿层7后降斜,井斜角小于10
°
;钻井钻穿铝土矿的上伏地层6、铝土矿层7至铝土矿底层基岩8后20m,采用套管10完井;(2)矿层改造:注液井5在铝土矿层7顶部设置有射孔段11,排采井3在铝土矿层7底部设置有射孔段11;以注液井5为起始端、排采井3为终止端在铝土矿层7顶部距离铝土矿的矿层顶板0.5m处钻取第一水平钻孔23,第一水平钻孔23自注液井5到排采井3平行于铝土矿的矿层顶板水平延伸,第一水平钻孔23与排采井3不连通;再以排采井3为起始端、注液井5为终止端在铝土矿层7底部距离铝土矿的矿层底板0.5m处钻取第二水平钻孔12;第二水平钻孔12自排采井3到注液井5以不超过5
°
的倾角向上倾斜,该第二水平钻孔12与注液井5不连通;对注液井5通过水力压裂或者爆破增渗,在铝土矿层7中形成压裂裂缝13,建立渗流通道;(3)溶浸作业:由注液井5注入溶浸液,通过上述注液井5的射孔段11及第一水平钻孔23进入铝土矿层7,通过压裂裂缝13向下渗流溶蚀铝土矿;再通过第二水平钻孔12及排采井3的射孔段11的渗流到排采井3底,再将含铝土矿的溶浸液抽取至地面;(4)地面作业:将含铝土矿的溶浸液经沉降后,对含铝土矿的溶浸液依次进行分离、萃取及净化处理后实现重复利用。
22.实施例2一种铝土矿原位溶浸开采方法,包括如下步骤:(1)钻井工程:
采用从式井;地面井场1采用“一字形”布井,钻机从第一个槽口逐个滑移到最后一个槽口,为满足防碰要求,最小井口间距设置为5m;以反九点法、反七点法或反五点法布注采井网,井距50

100m;包括1口注液井5和8口排采井3,注液井5位于中间位置,排采井3位于周边位置;其中,注液井5为直井,排采井3为定向井,定向井轨迹4要注意防碰绕障,最大井斜角不超过35
°
,进入铝土矿层7后降斜,井斜角小于10
°
,降低后期水平钻孔和压裂施工风险,便于后期排采井3排液施工作业;注液井5及排采井3均钻穿铝土矿的上伏地层6、铝土矿层7至铝土矿底层基岩8后20m完钻,采用套管10完井;其中,若铝土矿的二氧化硅含量高于20%时,溶浸液选用酸性溶浸液,对应套管10选用抗酸材质套管10,否则溶浸液选用碱性溶浸液,套管10选用抗碱材质套管10;(2)矿层改造:注液井5在铝土矿层7顶部设置有射孔段11,排采井3在铝土矿层7底部设置有射孔段11;以注液井5为起始端、排采井3为终止端在铝土矿层7顶部距离铝土矿的矿层顶板0.5m处钻取第一水平钻孔23,第一水平钻孔23自注液井5到排采井3平行于铝土矿的矿层顶板水平延伸,第一水平钻孔23与排采井3不连通;再以排采井3为起始端、注液井5为终止端在铝土矿层7底部距离铝土矿的矿层底板0.5m处钻取第二水平钻孔12;第二水平钻孔12自排采井3到注液井5以不超过5
°
的倾角向上倾斜,该第二水平钻孔12与注液井5不连通;注液井5和排采井3之间的第二水平钻孔12可以为一个也可以是多个;对注液井5通过水力压裂或者爆破增渗,在铝土矿层7中形成压裂裂缝13,建立渗流通道;其中,若铝土矿中黏土矿物含量超过40%时,采用爆破增渗;若铝土矿中黏土矿物含量低过40%时,采用水力压裂;在注液井5和排采井3之间设置双向平行的水平钻孔(第一水平钻孔23及第二水平钻孔12),溶浸液通过注液井5的第一水平钻孔23进入铝土矿层7,沿着压裂裂缝13渗流,溶浸铝土矿,流入排采井3的第二水平钻孔12,由于排采井3的第二水平钻孔12具有5
°
的倾角,便于含铝土矿的溶浸液回收;设置双向平行的水平钻孔,有益于铝土矿层7改造,使得近井段和远井段都能形成有效裂缝,建立更大范围的渗流通道,有益于溶浸液与铝土矿充分接触,提高浸出率;第二水平钻孔12位于铝土矿层7底部,主要便于含铝土矿溶浸液回收,防治溶浸液漏失,提高溶浸液回收率,实现更好经济效益,因此,注液井5和排采井3之间的第二水平钻孔12不局限于一个,可以设计多个;(3)溶浸作业:通过集中增压由注液井5注入溶浸液,通过注液井5的射孔段11及第一水平钻孔23进入铝土矿层7,通过压裂裂缝13向下渗流溶蚀铝土矿;再通过第二水平钻孔12及排采井3的射孔段11的渗流到排采井3底,并借助集中式负压抽取或者井下排液工艺再将含铝土矿的溶浸液抽取至地面;(4)地面作业:所述地面作业包括注采区20及溶浸液处理区21,注采区20包括采出区及注入区;
采出区包括沉降罐14,溶浸液处理区21包括依次连接的分离装置16、萃取装置22、净化处理装置17及溶浸液制备装置18,注入区包括溶浸液罐19;其中,沉降罐14一端连接至排采井的井口装置24,另一端与分离装置16连接;溶浸液罐19一端连接溶浸液制备装置18,另一端连接至注液井的井口装置9。所述沉降罐14与排采井的井口装置24之间、溶浸液罐19与注液井的井口装置9均设有加压装置。所述加压装置为泵房15。含铝土矿的溶浸液首先在采出区沉降后再输送到溶浸液处理区21依次进行分离、萃取、净化及再调配形成新的溶浸液,将新的溶浸液再通过注入区注入到注液井5中实现循环利用。
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