Способ физического моделирования подземного выщелачивания

 

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при разработке месторождений полезных ископаемых подземным вьщелачиванием, Цель изобретения - повышение достоверности результатов моделирования и расширение диапазона используемых эквивалентных материалов (ЭМ), Вначале осуществляют подбор ЭМ по инна-| риантам физического подобия процессов массопереноса и скорости. Затем в специальный микростенд закладывают ЭМ, моделирующие рудоносный пласт, рудовмещающую породу и реагент. В качестве ЭМ подбирают материалы, отвечающие дополнительно подобию химической реакции, скорости продвижения физико-хим11ческого барьера, тепловыделения , трещинообразования во вмещающей горной породе. Их определяют по определенной зависимости. В процессе моделирования дополнительно измеряют температуру, положение фронта выщелачивания, положение фронта физико-химического барьера. Определяют также концентрацию вьпцелачиваемого элемента в продуктивном растворе в заданных точках модели через заданные интервалы времени. В качестве ЭМ используют для реагента ацетон, для продуктивного пласта - аморфный кремнезем, для вмещающей горной породы - поваренную соль. 2 з.п. ф-лы. i (Л ел 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (дц @ Е 21 В 43/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4114644/22-03 (22) 24.07,86 (46) 30.01.89. Бюл. й.- 4 (71) Московский геолого-разведочный институт им. Серго Орджоникидзе (72) Ю.С.Степанов и Т.Атакулов (53) 622.234.5 (088.8) (56) Шумилин М.В. и др. Разведка месторождений урана для отработки методом подземного вьпцелачивания.

М.: Недра, 1985, с;. 135-147 °

Мироненко В.А., Шестаков В.М.

Основы гидромеханики. M. Недра, 1974, с, 96-98, .(54) СПОСОБ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНОГО ВЬЛЦЕЛАЧИВАНИЯ (57) Изобретение относится к горно" му делу и м.б. использовано при разработке месторождений полезных ископаемых подземным вьпцелачиванием.

Цель изобретения — повышение достоверности результатов моделирования и расширение диапазона используемых эквивалентных материалов (ЭМ). Вна1

Изобретение относится к горному делу, а именно к способам физического моделирования геотехнологических свойств руд, и может быть использовано при разработке месторождений по5 лезных ископаемых подземным выщелачиванием.

Целью изобретения является повышение достоверности результатов моделирования и расширение диапазона используемых эквивалентных материалов.

„.SU„„1454956 А1 чале осуществляют подбор ЭМ по инва-1 риантам физического подобия процессов массопереноса и скорости. Затем в специальный микростенд закладывают

ЭМ, моделирующие рудоносный пласт, рудовмещающую породу и реагент. В качестве ЭМ подбирают материалы, отвечающие дополнительно подобию химической реакции, скорости продвижения физико-химического барьера, тепловыделения, трещинообразования во вмещающей горной породе. Их определяют по определенной зависимости. В процессе моделирования дополнительно измеряют температуру, положение фронта выщелачивания, положение фронта физико-химического барьера. Определяют также концентрацию вьппелачиваемого элемента в продуктивном растворе в заданных точках модели через за- С. данные интервалы времени. В качестве

ЭМ используют для реагента ацетон, 2 для продуктивного пласта — аморфный кремнезем, для вмещающей горной породы — поваренную соль. 2 з.п. ф-лы.

Сущность способа заключается в следующем.

Выход вьппеупомянутых выражений (инвариантов подобия) производится в следующей последовательности.

1. Использовались 1-я (прямая, необходимое условие) теорема подобия, 3-я (обратная, достаточное условие) теорема подобия, 2-я теорема подобия (П вЂ” теорема теории подобия), 2-я теорема теории размерностей (Птеорема теории размерностей) и след54956 зы- зу +3

К=o, О, +о

Р+5

1, тогда P = и

О, 5 Г+()

Примем

М=1, К=1

= О.

5. Размерные величины р„,, h„, t,Гж 0 (кг M С ) .)MJ ° (С)» (кг M )

20 ()(„+ (-33Н Ъ)(.,с+» )(3+3 =О, — oL+ + ЗК вЂ” 33=0, -К-К=о

Положим ()L, = P = 1, тогда () = -1„

К=-1, =Он гр (к ип )))(с hï

p QH QH

Инвариант м „характеризует зависимость приемистости от температуры реагента (через вязкость р и плотность (),„) .

6. Размерные величины К,„,„, E,,„, 35 Н г,п („)-(« „Н „Н „) - ), (H M j (H M j (M3" = 1, 40 (Н) . (М) ()!,+P =О, ь!,+ 2P=g = 1, 1= гп оь

Е. Н. з8 ,г,п

5 Развитие трещины определяется внешним растягивающим напряжением (>

Поэтому

Е

ll

4. Размерные величины Q, С, 3, h„:

12 Х

Е г.п з 14 ствия из них (Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М.:

Наука, 1967, с. 428. Седов Л,И, Механика сплошной среды. T. II М.:

Наука, 1973, с. 484, 2, Размерные величины V „, К,, F, Р„ и инвариант м характеризуют гйдродинамику и диффузию в капиллярах пласта при наличии химической реакции, т ° е. (М С- )" (И С ) (М )» fM С )

)р(+Рр2».«23 ) g, Р-» ())+P + 2)+23 = 0, -к-р-8 =o. г

Примем сА=P = 1, тогда g+ 8 = -i о=-2, =1, а

1x

V К F. ь В2 () Значение F находится из поперечного сечения пласта F, а коэффициент его проницаемости К вЂ” из трансцендент« и ного уравнения (Степанов Ю.С. Моделирование процесса подземного горения угля. Кн. 1, отчет МГИ, УДК 52,35 ° 00, номер государственной регистрации 01830050706, М, 1984, с. 70) .

3. Размерные величины Е, R, Т, ") = Е Б."То; (М«Д = (Е Rt Tt(j = 1.

Инвариант м, характеризует кинетику химической реакции: (gx моль ) )( (Да моль град )" (град) = 1; (Дж) (Р (моль)" ) (град (" = 1; (+

+P =О, - + =О; =-е(;

II = — ы.

Примем Ы. = 1, тогда $ = -1, (= -1 и (- „) (()"„c„p(a„g) = ), (М С ) (Дк кг град ) (кг М ), «(Дж М .С град ) )MJ = 1, 3.

) 3а4-Р»-I)+)((Р(.$ ) . P+ Ii ) 3 - (3+»

«(град ) = 1, (1 п

Инвариант м„ характеризует зависимость теплообмена от приемистости пласта. (0,5 1-О где 1 — характерный размер тела.

Следовательно, разрушающая деформация по Гуку F Х, Е,„ 1

t)2 (" ° — Н" ) (1 = Н )

Г.Н

1454956

10

l5

25

35

Способ выполняют в следующей последовательности.

Осуществляют подбор эквивалентных материалов с соблюдением теорем теории подобия и размерностей и математической обработкой результатов подбора с достижением максимального значения корреляционного момента и индекса корреляции на основе математи ческой статистики и теории вероятностей. В специальный микростенд закладывают эквивалентные материалы, моделирующие рудовмещающую породу, рудоносный пласт, на который воздействует через модельную закачную скважину эквивалентный материал, моделирующий реагент при заданных термодийамических параметрах (давлении, концентрации, температуре, рН). При закладке эквивалентных материалов и в процессе проведения модельного эксперимента соблюдают геометрический, временной и другие выбранные масштабы подобия. В процессе подземного выщелачивания на модельных эквивалентных материалах определяют изменение во времени и пространстве ско-рости продвижения по пласту реагента, продуктивного раствора, физико-химического барьера, концентрации полезного элемента в продуктивном растворе, тепловыделения при его образовании, Таким образом, определяют степень влияния на процесс подземного выщелачивания полезного ископаемого неизученных ранее физических факторов для чего необходимо изменять каждый из них при постоянных других. Число опытов определяют по теории факторного эксперимента (Джонсон Н., Лион Ф.

Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Т. I, M.: Мир, 1981), позвогтяющей погтучить представительные результаты при меньшем числе опытов. В результате эксперимента получают критериальные эмпирические зависимости, позволяющие выделить наиболее важные с точки зрения подземного выщелачивания параметры, заложить. основы для перехода к математическому моделированию, получить теорию изучаемого процесса в отдельных частных случаях (при преимущественном влиянии одного из указанных в и. I факторов), а также получают оптимальные условия протекания моделируемого процесса для различных исходных данных, что позволяет сделать практически бесконечный выбор эквивалентных материалов путем изменения

"волевым" путем макроскопических параметров (свойства реагента, диаметры скважин, сетка скважин, расход реагента). При этом удается свести весь сложный комплекс работ, связанный с определением основных параметров выщелачивания, к простому процессу физического моделирования, связанного только с приобретением этих недефицитных материалов и моделированием независимо от места проведения исследований. Нет необходимости бурения контрольных скважин для отбора кернов, их упаковки, транспортировки с соблюдением всех необходимых условий по их сохранению.

Также нет необходимости проведения специальных полевых исследований, в том числе и бурения скважин, по определению параметров трещинообразования, так как, зная характерный размер рудного тела, модуля упругости вмещающей горной породы, удельную энергию трещинообразования и глубину залегания кровли продуктивного пласта, можно определить на модели разрушающую деформацию, сохранив средства и время на определение основных параметров при полной их представительности.

Способ дает возможность отбора методов воздействия на изучаемый процесс при полученных основных закономерностях его протекания.

Формула изобретения

1.Способ физическогомоделирования подземного выщЕлачивания,, включающий подбор по инвариантам физического подобия процессов массопереноса и скорости фильтрующих эквивалентных материалов, моделирующих рудоносный пласт, рудовмещающую породу и реагент, закладку в стенд материалов, эквивалентных рудоносному пласту и рудовмещающей породе, подачу материала, эквивалентного реагенту, и измерение через заданные интервалы времени ттоложения фронта материала реагента в материале рудоносттс го пласта, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности моделироРяния путРм пс РышР Иной )(ccTABe p

1454956!

Vyx К Г /AC P 1, 1 д

КТ где Е

17 (р.х

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что в качестве эквивалентных материалов используют для реагента ацетон, для продуктивного пласта — аморфпый кремнезем, для вмещающей горной породы — поваренную соль. лоемкость, плотность, кинематическая вязкость реаген- Зб та;

Составитель М. Подоляко

Техред М,Дидык Корректор И.Муска

Редактор N.Êåëåìåø

Заказ 742 1/35 Тираж 514 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Прои:зводственно †полиграфическ предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ности результатов и расширения диапазона подбираемых эквивалентных материалов, в качестве эквивалентных материалов подбирают материалы, отвечающие дополнительно подобию хими" ческой реакции, скорости. продвижения физико-химического барьера, тепловыделения, трещинообразования во вмещающей горной породе по инвариантам подобия энергия активации, газовая постоянная! температура

20 скорость продвижения физико-химического барьера скорость химической реакции, площадь пропускающих реагеит пор и капилляров пласта, коэффициент диффузии, приемистость пласта (расход реагента), соответственно теп— теплопроводность и мощность пласта, Е,„ - модуль упругости и удельная энергия трещинообразования вмещающей горной породы

Нгб — глубина залегания пласта, при этом в процессе моделирования дополнительно измеряют температуру, положение фронта выщелачивания, положение фронта физико-химического барьера, концентрацию выщелачиваемого элемента в продуктивном растворе в заданных точках модели через заданные интервалы времени.

3. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что в качестве эквивалентных материалов используют для реагента водный раствор едкого натра при рН 13,4, весовой концентрации более 1Х и температуре 40 С, для продуктивного пласта — аморфный кремне" зем„ для вмешающей горной породив обезноженный гранулированный насыпной шпак плотностью 400 кг/м .