1、d o i:j i s s n 收稿日期:基金项目:国家自然科学基金联合基金资助项目(U );河北省自然科学基金资助项目(E )作者简介:郑永香(),男,博士,讲师爆破作用对低渗砂岩铀矿增渗效果的影响郑永香,杨浩天,王伟,张同景,牛庆合,王文,吴童盼(石家庄铁道大学 道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室,石家庄 ;石家庄铁道大学 河北金属矿山安全高效开采技术创新中心,石家庄 ;石家庄铁道大学 土木工程学院,石家庄 ;南华大学 资源环境与安全工程学院,湖南 衡阳 )摘要:为探明不同因素对地浸效果的影响规律与机理,建立地浸采铀渗流模型,并用响应面法探究各因素对地浸效果影响的显著性.在此模
2、型中,将具备高效流速的溶浸范围定为有效溶浸范围,通过有效溶浸范围和流量分析爆破范围、注采井压差和井距对地浸效果的影响.研究表明:利用爆破改善矿层渗透性可高效提升地浸效果;在较小爆破范围下增大抽注液井压差,地浸效果提升缓慢,在较大爆破范围中,提升效果较显著;随着井距的增大,有效溶浸范围呈先增后降趋势,流量则是呈逐渐降低趋势;抽注井压差对地浸具有良好的提升效果,流量随压差增大近似呈线性增长,有效溶浸范围根据不同井距具备不同的增长趋势.三种因素对流量的影响较为显著,爆破范围和井距比压差对地浸范围影响更显著,爆破范围和井距的相互作用相比于其他两种对流量的影响更为显著.关键词:爆破增渗;地浸采铀;地浸效
3、果;有效溶浸范围中图分类号:T L 文献标志码:A文章编号:()I n f l u e n c eo fB l a s t i n go nI n f i l t r a t i o nE n h a n c e m e n t o fL o wP e r m e a b i l i t yS a n d s t o n eU r a n i u mO r eZ HE NGY o n g x i a n g,YANG H a o t i a n,WANG W e i,Z HANGT o n g j i n g,N I U Q i n g h e,WANG W e n,WUT o n g p a
4、 n(K e yL a b o r a t o r yo fM i n i s t r yo fE d u c a t i o no fR o a d sa n dR a i l w a yE n g i n e e r i n gS a f e t yC o n t r o l,S h i j i a z h u a n gT i e d a oU n i v e r s i t y,S h i j i a z h u a n g ,C h i n a;H e b e iM e t a lM i n eS a f e t ya n dE f f i c i e n tM i n i n gT
5、 e c h n o l o g yC e n t e r,S h i j i a z h u a n gT i e d a oU n i v e r s i t y,S h i j i a z h u a n g ,C h i n a;S c h o o l o fC i v i lE n g i n e e r i n g,S h i j i a z h u a n gT i e d a oU n i v e r s i t y,S h i j i a z h u a n g ,C h i n a;S c h o o l o fR e s o u r c e s,E n v i r o n
6、 m e n t a n dS a f e t yE n g i n e e r i n g,U n i v e r s i t yo fS o u t hC h i n a,H e n g y a n g ,H u n a n,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e rt oe x p l o r et h ei n f l u e n c el a wa n d m e c h a n i s m o fd i f f e r e n tf a c t o r so ni n s i t ul e a c h i n ge f f e c t,as e e
7、 p a g e m o d e lo fi n s i t ul e a c h i n go fu r a n i u m w a se s t a b l i s h e d,a n dt h es i g n i f i c a n c eo ft h ei n f l u e n c eo fe a c hf a c t o ro ni n s i t ul e a c h i n ge f f e c tw a se x p l o r e db yt h er e s p o n s es u r f a c em e t h o d I nt h i sm o d e l,t
8、h e l e a c h i n gr a n g ew i t he f f i c i e n t f l o wr a t ew a sd e t e r m i n e da s t h ee f f e c t i v e l e a c h i n gr a n g e,a n dt h ee f f e c t so fb l a s t i n gr a n g e,i n j e c t i o nw e l l p r e s s u r ed i f f e r e n c ea n dw e l l s p a c i n go n i n s i t u l e a
9、 c h i n ge f f e c tw e r ea n a l y z e db ye f f e c t i v e l e a c h i n gr a n g e a n d f l o wr a t e T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h eu s eo f b l a s t i n g t o i m p r o v e t h ep e r m e a b i l i t yo f t h eo r es e a mc a ne f f e c t i v e l yi m p r o v et h ei n s i t ul e
10、 a c h i n ge f f e c t U n d e rt h es m a l lb l a s t i n g 年第 期有色金属(冶炼部分)(h t t p:y s y l b g r i mm c n)r a n g e,t h ep r e s s u r ed i f f e r e n c eo ft h ep u m p i n gl i q u i d w e l li si n c r e a s e d,a n dt h ei n s i t ul e a c h i n ge f f e c ti n c r e a s e ss l o w l y,a n d
11、 i nt h e l a r g e rb l a s t i n gr a n g e,t h e l i f t i n ge f f e c t i sm o r es i g n i f i c a n t W i t ht h e i n c r e a s eo fw e l ls p a c i n g,t h ee f f e c t i v el e a c h i n gr a n g er i s e sf i r s t l ya n dt h e nd r o p s,a n dt h ef l o wr a t eg r a d u a l l yd e c r
12、e a s e s T h ep r e s s u r ed i f f e r e n c eo f t h ep u m p e dw e l l h a s ag o o d l i f t i n ge f f e c t o ng r o u n d l e a c h i n g,a n d t h ef l o wr a t er i s e sa p p r o x i m a t e l yl i n e a r l yw i t ht h e i n c r e a s eo fp r e s s u r ed i f f e r e n c e,a n dt h ee
13、f f e c t i v el e a c h i n gr a n g eh a sd i f f e r e n t g r o w t h t r e n d s a c c o r d i n g t od i f f e r e n tw e l l d i s t a n c e s T h e i n f l u e n c eo f t h r e e f a c t o r s o n t h ef l o wr a t e i sm o r es i g n i f i c a n t,t h ei m p a c to ft h eb u r s tr a n g ea
14、 n dw e l ld i s t a n c eo nt h ee f f e c t i v el e a c h i n gr a n g e i sm o r es i g n i f i c a n tt h a nt h a to ft h ep r e s s u r ed i f f e r e n c e,a n dt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nt h eb l a s t i n gr a n g ea n dt h ew e l l d i s t a n c e i sm o r es i g n i f i c a n
15、 t t h a nt h a to f t h eo t h e r t w oo nt h e f l o w K e y w o r d s:b l a s t i n gi n f i l t r a t i o n e n h a n c e m e n t;i n s i t ul e a c h i n g o f u r a n i u m;i n s i t ul e a c h i n g e f f e c t;e f f e c t i v e l e a c h i n gr a n g e铀资源是我国核电发展不可或缺的资源,而我国铀资源并不丰富,仅占全球资源量的,且
16、禀赋较差.我国大部分铀矿主要存在砂岩型铀矿床中,地浸采铀主要应用于砂岩型铀矿的开采,地浸采铀已成为我国现阶段主要的铀矿开采技术,截至 年底,地浸采铀技术产能已占我国天然铀产能的 以上.我国大部分砂岩为低渗砂岩,渗透率低至 m d,低渗透会增加地浸渗流阻力,严重影响铀矿的开采与利用.提升储层渗透性是提高地浸采铀效果的关键.在油气和煤炭行业,通过水力压裂技术、射孔技术、高能气体致裂技术等物理方法和酸化改造等化学技术可有效提升储层的渗透性 .但在铀矿地浸开采中的井距偏小,且溶浸液需与储层充分反应,因此相关增渗技术在低渗砂岩铀矿储层增渗中具有一定的局限性.王伟等 提出了低渗透砂岩型铀矿床爆破增渗方法,
17、该方法通过爆破产生的应力波和爆生气体共同作用,在井周围产生大量连通小裂隙,通过这些连通的小裂隙来达到提高储层的渗透性目的.经过初步实施研究已验证了此方法的可能性.低渗砂岩型铀矿床在爆破增渗后,储层的渗透率可提高 个数量级,可有效提高铀矿的开采效率.虽然形成了针对低渗砂岩铀矿的爆破增渗技术体系,但是针对爆破作用对地浸效果影响规律尚未明确.前人研究表明,地浸采铀的溶浸效果与注采井距和注采压差密切相关 .在爆破增渗中,爆破范围决定了增渗区域的大小,是影响地浸效果的关键参数.除影响因素外,地浸效果评价是爆破增渗方案设计的关键.在地浸过程中,溶浸液在矿层中流经的区域即溶浸范围,确定地浸过程中的溶浸范围可
18、更高效地浸出铀矿 .何柯 利用电法勘查对二连盆地某铀矿进行探测试验,经过数据处理与反演最终确定了此矿山浸出液的溶浸范围.常云霞等 利用地下水动力学模拟研究地下水的流速场,并通过注液井周围的地下水流场特征来探讨溶浸范围的确定方法,最终认为是水力梯度控制了溶浸范围.刘正邦等 通过分析地浸采铀井场的抽注系统和溶液的运移特征,并对不同水文地质矿场如:鄂尔多斯盆地、二连盆地、松辽盆地和伊利盆地进行模拟计算,结果表明:溶液在含水矿层中以分子扩散和渗流为主,地浸砂岩型铀矿地下水运移符合达西定律,在矿山生产运行中,控制排至蒸发池溶液量大于向外渗流量即可保持正常浸出.本文在前人研究的基础上,利用等效渗透系数模拟
19、爆破后粉碎区与裂隙区的渗透性,建立爆破后的地层数值模型开展数值模拟计算,考虑爆破范围、注采井间距和注采压差等因素,以有效地浸面积和流量为指标对地浸效果进行评价.在此基础上,揭示爆破增渗对砂岩型铀矿地浸效果的影响规律,为低渗砂岩铀矿爆破增渗方案设计提供理论支撑,助力盘活我国低渗砂岩型铀矿资源.数学模型 几何模型本文模型旨在研究不同因素对地浸效果的影响规律,几何模型如图所示.研究区域选定为m m m,即矿层厚度为m,注液井和抽液井直径均为 m.在模型中设置两口竖井,左侧为注液井,右侧为抽液井,井外围是爆破产生的粉碎区和裂隙区,中间区域为未扰动区域.利用前人对爆破模拟的结果,将爆破产生的粉碎区和裂隙
20、区的渗透系数等效化处理,爆破产生的粉碎区与裂隙区采用圆形等效处理,利用模型中的孔隙流动代替裂隙流.有色金属(冶炼部分)(h t t p:y s y l b g r i mm c n)年第 期整个粉碎区的渗透系数为定值,裂隙区渗透系数则是从粉碎区外边缘至裂隙区外边缘采用梯度等效渗透系数.图爆破增渗模型F i g B l a s t i n ge n h a n c e dp e r m e a b i l i t ym o d e l 渗流控制方程在砂岩型铀矿中的地浸符合达西定律,故此模型利用达西定律进行稳态模拟.本次模拟采用水作为溶浸液体,由注液井注入经过中间未扰动区域最终从抽液井中提取出来.
21、渗流控制方程如下:(u)Q()uKP()式中,为液体密度(k g m);u为液体在基质中的渗流速度(m s);Q为流体总质量通量(g(ms);K为流体渗流系数(m d);为流体的动力黏度(P as);P为液体压力(MP a).地层渗流特征的等效处理假设储层岩体为等效介质模型,多孔弹性介质为各向同性,爆破后范围可分为粉碎区和裂隙区.基于爆破后损伤范围分布规律,将爆破产生的区域等效化处理,爆破产生的粉碎区等效为定值渗透系数,粉碎区外边缘至裂隙区外边缘利用线性梯度渗透系数做等效化处理.爆破范围渗透系数等效图如图所示,图中R为爆破总扰动范围半径,r为爆破粉碎区范围半径.计算参数因爆破范围、井距与注液井
22、压力对地浸效果有影响,故将此三种参数设为变量.根据实际情况,将爆破产生的粉碎区r与整体扰动区域的范围R比值设为,将爆破扰动的总范围R设为、m;注液井压力P分别取 、MP a;注液井与抽液井间距L设为 m.具体参数如下:液体密度 k g m、液体动力黏度 P as、注液井压力PM P a、抽液井压力P M P a、矿层渗透系数K m d、粉碎区渗透系数K m d、裂隙区外边缘渗透系数K m d.图爆破范围等效渗透图F i g E q u i v a l e n tp e r m e a b i l i t yo fb l a s t i n gr a n g e 影响因素分析 爆破前后地浸效果对
23、比分析为对比分析爆破对地浸效果的影响,开展爆破与未爆破的模型计算.设置井距为 m,注液井压力为 MP a,分别进行未爆破与爆破(Rm)的模型计算,结果见图.地浸场的溶浸范围可以看作溶浸液自注液孔注入后,又由抽液孔抽出地面在地浸场中所有迹线所围的闭合区域.在此次模拟中,将基质初始渗透系数的十倍渗流速度(m d)定为有效溶浸,所覆盖的范围为有效溶浸范围,即图中红色区域部分.白色箭头为水流方向,白色区域为未达到有效溶浸速度的低速溶浸区域.由图(a)可知,高渗流速度主要出现在井口附近,有效溶浸仅覆盖在近井周的小范围区域.因为压力是主要驱动力,在井口周围压力梯度较大,其余区域梯度变化小.所以有效溶浸只出
24、现在井口的小部分区域,未能实现大面积覆盖.由图(b)可知,在利用爆破改善矿层渗透性后,有效溶浸范围有显著提升,由井周围向中间区域扩展,直至连通.这是因为在爆破增渗后,提升了井周围矿层的渗透性,有效溶浸范围得以扩展.年第 期有色金属(冶炼部分)(h t t p:y s y l b g r i mm c n)图地浸有效范围F i g E f f e c t i v e r a n g eo f i n s i t u l e a c h i n g 爆破后地浸效果的影响因素分析 爆破范围对地浸的影响为研究爆破范围对地浸效率的影响,设置井距为 m,注液井压力为 MP a,分别对爆破扰动范围为、m等种
25、工况进行模拟计算,通过有效溶浸范围分析爆破范围对地浸效果的影响,有效溶浸范围云图如图所示.在爆破扰动范围R为m时,有效溶浸范围已有部分提升,主要增长区域为注液井与抽液井周围,但增长效果不大,仍处于孤立状态,并未出现贯通现象.当R达到m时,有效溶浸范围有显著提升,在抽液井与注液井中间出现小部分贯通区域.当爆破扰动范围R达到m时,有效溶浸范围进一步增大,主要增长部分为井中间区域.有效溶浸范围的左右两侧刚好覆盖在两口井的爆破边缘处,中间区域已成为地浸主要流动区域,从四周汇入抽液井的流速在逐渐减小.在爆破范围为m时,有效溶浸范围虽然有较高提升,但主要增长在井中间区域;在井两侧边缘处,有效溶浸范围已经不
26、能完全覆盖爆破增渗区域,出现爆破范围的部分浪费情况.主要原因是随着爆破扰动范围的增长,压力等值线在井两侧越来越稀疏,在中间区域更加密集,使得中间流域已成为主要地浸域,而导致两侧范围并未完全利用.由整个模型结果可知,随着爆破范围的增大,有效溶浸范围由井周围逐渐向中间区域扩展直至形成连通状态,在井两侧的扩展趋势则较为缓慢.由此可见,利用爆破提升岩层渗透性对地浸具备良好的改善效果.图不同爆破范围下有效溶浸范围F i g E f f e c t i v e l e a c h i n ga r e au n d e rd i f f e r e n tb l a s t i n gr a n g e
27、s有色金属(冶炼部分)(h t t p:y s y l b g r i mm c n)年第 期图为压力等值线图,在较小爆破范围情况下,井周围的压力等值线较密集,井中间区域的压力等值线较稀疏,致使有效地浸面积仅可覆盖爆破范围.随着爆破范围逐步增大,井周围的压力等值线逐渐稀疏,中间区域压力等值线逐渐密集;即地浸流速在中间区域得以提升,有效地浸范围可在中间区域形成贯通现象.爆破范围的进一步增大,可在井两侧形成环状的压力等值线逐渐减少,即压力梯度逐渐减小,有效地浸范围不足以完全覆盖爆破扰动范围.随着爆破范围的增大,井中间区域的压力等值线逐渐密集,井两侧的逐渐稀疏;有效地浸范围则是在中间区域得以扩展并形
28、成主要的地浸区域.图不同爆破范围下压力等值线图(单位:M P a)F i g C o n t o u rp l o t so fd o w n f o r c eu n d e rd i f f e r e n tb u r s t r a n g e s(U n i t:MP a)井距对地浸效果的影响为研究井距对地浸效果的影响,选取总爆破范围为m,注液井压力为 MP a,分别对井距从、m等五种工况进行模拟计算.利用有效溶浸范围进行井距对地浸效果的影响分析,模拟结果云图如图所示.图不同井距下有效溶浸范围F i g E f f e c t i v e l e a c h i n ga r e a
29、u n d e rd i f f e r e n tw e l l s p a c i n g 年第 期有色金属(冶炼部分)(h t t p:y s y l b g r i mm c n)从图可见,随着井距的不断增大,有效溶浸范围呈现出先增大后减小的趋势.在井距为 m时,有效溶浸范围在模型的纵向上覆盖面积较大,横向则较小.随着井距的增大,有效溶浸范围在横向上得以扩展,而在纵向上逐渐减小.当井距为 m时,中间区域的有效溶浸范围即将出现中断现象,在两侧上,有效溶浸范围不足完全覆盖爆破范围.当井距为 m时,有效溶浸范围极小,中间出现大部分低速区域,井两侧上的有效溶浸范围逐渐向井中心靠拢.图为压力等值
30、线图,随着井距的增大,压力等值线整体呈逐渐稀疏的趋势.在 m的井距区间中,压力等值线呈逐渐稀疏趋势,但在井中间区域,等值线的分布仍较为密集,地浸流速仍可达到高效流速,有效地浸范围可覆盖井中间部分区域.在 m的井距区间,由于压力等值线的分布过于稀疏,即压力梯度较小,导致地浸流速不足达到有效流速,有效溶浸范围逐渐减小,直至最后仅覆盖井周部分区域.图不同井距下压力等值线图(单位:MP a)F i g C o n t o u rp l o t so fp r e s s u r ea td i f f e r e n tw e l l d i s t a n c e s(U n i t:MP a)压力
31、对地浸效果的影响为研究压力对地浸效果的影响,选取总爆破范围为m,井距为 m,抽液井压力不变,分别对注液井压力为 、MP a等多种工况进行模拟计算.利用有效溶浸范围分析压力对地浸效果的影响,模拟结果如图所示.在较低注液井压力情况下,有效溶浸范围在抽注液井中间形成贯通现象.随着注液井压力的增大,有效溶浸范围逐渐增大,主要在抽注液井中间区域呈纵向扩展趋势.在井两侧上的有效溶浸范围增长幅度较小,由始至终只是仅覆盖爆破扰动范围.图为压力等值线图,随着注液井压力的增大,压力等值线整体呈逐渐密集的趋势.中间区域相对于井周的压力梯度增长较快,导致中间区域为有效溶浸范围的主要增长区域.由于井周的压力等值线较稀疏
32、,且密集过程缓慢,致使有效溶浸范围在井周扩展较少,仅从未完全覆盖爆破范围至完全覆盖爆破范围区域.有色金属(冶炼部分)(h t t p:y s y l b g r i mm c n)年第 期图不同注液井压力下有效溶浸范围F i g E f f e c t i v e l e a c h i n ga r e au n d e rd i f f e r e n t i n j e c t i o nw e l l p r e s s u r e s图不同注液井压力下压力等值线图(单位:MP a)F i g C o n t o u rp l o t so fp r e s s u r eu n d
33、e rd i f f e r e n t i n j e c t i o nw e l lp r e s s u r e s(U n i t:MP a)分析与讨论 双因素交互作用下对地浸效果影响分析 爆破范围与注液井压力对地浸效果的交互影响选取井距为 m,分别进行注液井压力P为 、MP a,爆破范围为、m等多种工况下爆破范围对地浸效果的影响模拟,通过有效地浸面积和流量分析爆破范围在不同压力 差 值 下 对 地 浸 效 果 的 影 响,结 果 如 图 所示.年第 期有色金属(冶炼部分)(h t t p:y s y l b g r i mm c n)图 爆破范围和注液井压力对有效溶浸范围(a)和流
34、量(b)的交互影响分析F i g I n t e r a c t i v e i n f l u e n c ea n a l y s i sd i a g r a m so fb l a s t i n gr a n g ea n d i n j e c t i o nw e l lp r e s s u r eo ne f f e c t i v e l e a c h i n gr a n g e(a)a n df l o wr a t e(b)不利用爆破改善渗透性,只是增大注液井与抽液井之间的压差,有效地浸面积和流量增长均较小,而爆破后有效地浸面积和流量增长较快,可见爆破范围对地浸效果
35、影响较为显著.观察图(a)分析其对有效地浸面积的影响,发现在注液井压力P为M P a时,随着爆破范围增长,有效地浸面积呈现出缓慢增长快速增长线性增长的趋势.在m的爆破范围前,有效地浸面积增长缓慢;达到m的爆破范围后,有效地浸面积增长速率变大;在m的爆破范围之后,有效地浸面积基本呈线性增长.随着注液井压力的增大,有效地浸面积的缓慢增长部分在逐步减小,直至注液井压力P达到MP a时,有效地浸面积已经不存在缓慢增长趋势;其达到线性增长趋势的爆破范围正随着注液井压力的增大而减小.此三种趋势是有效地浸面积在两处井中形成贯通前、贯通及贯通后的现象而导致的.分析流量曲线可知,在同种爆破范围下增大注液井压力,
36、流量呈等值增长,主要是因为达西公式中压力是决定流量的关键因素.对于相同注液井压力情况,流量的快速增长只存在初始爆破时期,后期爆破范围的增大,流量增长速率相对稳定.井距与爆破范围对地浸效果的交互影响选取注液井压力为 MP a,爆破范围R分别为、m,分别对井距为 m等多种工况进行模拟计算.通过有效地浸面积和流量分析爆破范围在不同压力差值下对地浸效果的影响,结果如图 所示.由图(a)可知,在未进行爆破增渗时,有效地浸面积随着井距的增长呈缓慢降低并逐渐趋于稳定.利用爆破增渗改善矿层渗透性后,总爆破范围R仅仅只是m时,在 m的井距情况下,有效地浸面积已增大一倍.观察m的爆破范围曲线可发现,有效地浸面积随
37、着井距的增长,呈缓慢增长快速下降缓慢下降趋于稳定四种阶段.结合图可更好理解此四种阶段的原因,缓慢增长阶段是由于井距的初步增大,有效地浸面积可覆盖的中间区域增加.当有效地浸面积达到峰值后,此时井距增加,中间区域的地浸速度开始减小,进而有效地浸面积逐渐减小,以至于出现中断现象,因此出现快速下降阶段.缓慢下降阶段是因为随着井距的增大,中间区域压力梯度缓慢减小,有效地浸面积在中间区域缓慢向井口方向减小而形成.最终随着井距的增加,有效地浸面积仅可覆盖爆破范围,此时有效地浸面积近似趋于稳定状态.随着爆破范围的增大,达到有效地浸面积峰值和出现不同阶段的井距值逐渐增大,有效地浸面积随爆破范围的增大近似呈等梯度
38、增大.分析流量曲线可知.在未进行爆破时,地浸流量随着井距的增长呈缓慢降低趋势.在井距较小时,利用爆破增渗提高矿层渗透性后,流量快速增长,是因为随着爆破范围的增加,井中间未扰动区域逐步减小,压力梯度的增长致使流量增大.对于较大的井距,爆破增渗的作用并不显著,流量增长较少.随着井距的增大,较大爆破范围相对小的爆破范围流量下降速度较快.若不利用爆破增渗单独调节井距,可见对地浸效果变化甚微,通过爆破改善矿层渗透性后,有效溶浸范围和流量均有显著提升,对地浸具有良好的改善效果.有色金属(冶炼部分)(h t t p:y s y l b g r i mm c n)年第 期图 井距和爆破范围对有效溶浸范围(a)
39、和流量(b)的交互影响分析F i g I n t e r a c t i v e i n f l u e n c ea n a l y s i sd i a g r a m so fw e l l s p a c i n ga n db l a s t i n gr a n g eo ne f f e c t i v e l e a c h i n gr a n g e(a)a n df l o wr a t e(b)注液井压力与井距对地浸效果的交互影响选取总爆破范围为m,井距分别为、m,抽液井压力不变,分别对注液井压力P为 、M P a等多种工况进行模拟计算.利用有效溶浸面积和流量分析在不同
40、井距下抽注压力对地浸效果的影响,结果如图 所示.图 压力和井距对有效溶浸范围(a)和流量(b)的交互影响分析F i g I n t e r a c t i v ee f f e c t so fp r e s s u r ea n dw e l l s p a c i n go ne f f e c t i v e l e a c h i n gr a n g e(a)a n df l o wr a t e(b)由图(a)可知,井距在、和 m时有效溶浸范围呈线性增长,且 m的井距有效溶浸范围增长速率最快.井距为 m时,有效溶浸范围整体呈快速增长缓慢增长趋势.快速增长阶段是因为在较低压力情况下,
41、有效溶浸范围并未形成贯通,有效溶浸范围呈双向扩展趋势.在达到 M P a的压力时,有效溶浸范围刚刚形成贯通现象,故此期间增长较快.随着压力的再次增长,有效溶浸范围在中间区域仅呈纵向增长,增长较为缓慢.观察 m井距曲线,整体呈快速增长趋势,且增长速率逐步增大,并未出现转折点.这是因为在 m的井距情况下,有效溶浸范围未曾出现贯通现象,整体呈双向扩展趋势,因此增长较快.在相同注液井压力情况下,并非井距越小有效溶浸范围越大.在较低的注液井压力时,m井距的有效溶浸范围最大.当注液井压力为 MP a时,m井距和 m井距的有效溶浸范围基本相同,此时处于有效溶浸范围峰值的井距应为 m.而注液井压力达到 MP
42、a时,m井距的有效溶浸范围最大.此现象是因为当井距较小时,抽注液井中间区域较小,有效溶浸范围在中间区域可覆盖范围较小;随着井距的增大,有效溶浸范围在中间区域的可覆盖范围增加.当达到最大有效溶浸范围时,再次增大井距,有效溶浸范围在中间区域开始逐 年第 期有色金属(冶炼部分)(h t t p:y s y l b g r i mm c n)渐减小甚至出现中断现象.随着注液井压力的增加,达到有效溶浸范围峰值的井距值逐步增大,近似呈线性增大.由图(b)可知,m的井距流量值最大,且流量随着有压差的增大快速增长.在 m井距中,流量快速下降,流量随压差增大的增长速率也逐渐降低.在 m和 m这种较大井距的情况下
43、,随压差的增大,流量增长较为缓慢,且增长速率近似相同.此现象原因是,在较小井距初始增大期间,井中间区域的压力梯度快速降低,导致流量的快速下降;而随着井距的逐渐增大,中间区域的压力梯度呈缓慢降低趋势,因此流量减少速率较小.基于响应面法的地浸效果影响因素分析以爆破范围、井距和注液井压力为影响因素,有效地浸范围和流量为响应值,并以、代表三因素的三个水平,进行响应面法探究各因素显著性.自变量因素编码水平表见表.三因素三水平的试验设计共有 个试验点,以有效地浸面积和流量为响应值设计的试验方案及结果见表.表响应面法试验影响因素及水平T a b l eF a c t o r sa n d l e v e l
44、 so f r e s p o n s e s u r f a c em e t h o d水平A爆破范围 mB井距 mC注液井压力 MP a 表响应面分析法试验设计方案及结果T a b l eE x p e r i m e n t a l d e s i g ns c h e m ea n dr e s u l t so f r e s p o n s e s u r f a c ea n a l y s i s编号A爆破范围 mB井距mC注液井压力 MP a有效地浸范围 m流量(md)根据表中的试验结果,利用d e s i g ne x p e r t对表中数据进行多元回归拟合,得到有效地
45、浸范围和流量的显著性检验结果与回归方程.)有效溶浸范围通过响 应 面 法 得 到 有 效 溶 浸 范 围 的 回 归 方程为:Y A B C A B A C B C A B C显著性检验结果见表.由表可知,二次回归模型的F值为 ,表明模型是显著的,P值 ,P值 表示模型具有统计学意义.从三个自变量来看,爆破范围和井距比注液井压力对有效地浸范围的影响更为显著.变异系数(C V)为 ,远小于 ,表明试验的稳定性良好;复相关系数R ,即响应值的变化有 取决于此三种因素的变化.综上所述,三种因素单独对有效溶浸范围的影响是显著的,但在两因素交互作用下,对有效溶浸范围的影响并不显著.表有效溶浸范围的响应面
46、回归模型方差分析和显著性检验T a b l eV a r i a n c ea n a l y s i sa n ds i g n i f i c a n c e t e s t o f r e s p o n s es u r f a c e r e g r e s s i o nm o d e l f o r e f f e c t i v e l e a c h i n gr a n g e方差来源平方和自由度均方F值P值模型 A爆破范围 B井距 C注液井压力 A B A C B C A B C 残差 失拟误差 纯误差总和 )流量通过响应面法得到流量的回归方程方程为:Y A B C A
47、B A C B C A B C显著性检验结果见表.由表可知,二次回归模型的F值为 ,表明模型是显著的,P值 ,P值 表示模型具有统计学意义.三个自变量对流量均有显著影响,从两因素相互作用有色金属(冶炼部分)(h t t p:y s y l b g r i mm c n)年第 期来看,爆破范围和井距相互作用下对流量的影响最为显著.变异系数(C V)为 ,远小于 ,表明试验的稳定性良好;复相关系数R ,即响应值的变化有 取决于此三种因素的变化.综上所述,通过利用响应面法分析各因素对流量的影响,总结出三种因素对流量均有显著影响;对于两种因素交互作用的情况下,只有爆破范围和井距的交互作用对流量有显著影
48、响.表流量的响应面回归模型方差分析和显著性检验T a b l eV a r i a n c ea n a l y s i sa n ds i g n i f i c a n c e t e s t o fr e s p o n s e s u r f a c e r e g r e s s i o nm o d e l f o r f l o wr a t e方差来源平方和自由度均方F值P值模型 A爆破范围 B井距 C注液井压力 A B A C B C A B C 残差 失拟误差 纯误差总和 结论)利用爆破改善矿层渗透性具备良好效果,在地浸流场中,无论是有效溶浸范围还是流量都具有较高的提升.在
49、较小的爆破范围下,提高注液井压力,有效溶浸范围与流量增长较为缓慢;在较高的爆破范围情况下,提高注液井压力,有效溶浸范围和流量增长较快且增长速率近似相同.)在爆破范围和注液井压力一定时,有效溶浸范围随井距的增大呈先增后降的趋势,流量则是呈逐渐降低趋势.随着爆破范围的增大,达到最大有效溶浸范围的井距值逐步增大,且增长趋势近似相同.)在爆破范围和井距一定时,流量随注液井压力的增长呈线性增长趋势.有效溶浸范围整体呈增长趋势,在爆破范围固定、较小井距的情况下,有效溶浸范围呈线性增长,在较大井距情况下,有效溶浸范围呈缓慢增长趋势.)爆破范围和井距相比注液井压力对有效地浸范围的影响更为显著,三种因素对流量均
50、有显著影响,而爆破范围和井距的相互作用相比于其他两种对流量的影响更为显著.)在现场施工时对上述个因素可实现动态调控,可以为现场施工提供一定的理论依据与数据参考.参考文献施祖远我国铀矿开采技术成就与发展对策J铀矿冶,():S H IZY A c h i e v e m e n t s i nu r a n i u mm i n i n g t e c h n i q u eo fC h i n a a n d i t s d e v e l o p m e n t c o u n t e r m e a s u r e sJU r a n i u m M i n i n g a n d M e