离子型稀土矿抗剪强度指标特征及影响因素

由于离子型稀土矿通常采用原地浸矿工艺,降低了矿岩的抗剪强度,从而诱发边坡失稳。利用固结不排水试验、不固结不排水试验和快剪试验,研究不同初始干密度、初始含水率和孔隙溶液类型下矿体抗剪强度指标的变化规律。结果表明：当初始含水率一定时,矿体的黏聚力与初始干密度呈正相关,内摩擦角随初始干密度变化不大;当初始干密度一定时,矿体的黏聚力与初始含水率呈负相关,内摩擦角随初始含水率增加略微增大;在不同初始干密度、含水率影响下C_cu和C′呈良好的线性关系;当初始干密度、含水率一定时,CU试验、UU试验与快剪试验的C、φ值大小关系分别为：C_q >C_uu >C_cu,φ_cu䥺Symbol{B@φ_q。研究结果为离子型稀土在无氨氮或少氨氮开采工艺中矿山边坡的稳定性评价提供一定的理论指导。     

基于矿体干密度空间变异性的临界注液强度计算

以福建某离子型稀土矿为研究对象,通过现场取原状矿样分析了矿体干密度的空间变异性。运用GEO软件建立模型,分析了矿体干密度对临界注液强度的影响。结果表明:矿体干密度在不同深度均具有中等以上的空间相关性,当取样深度由2m增加到11m时[1],等效干密度先快速增大后趋于稳定;矿体干密度由1.35g/cm~3增加到1.59g/cm~3时,临界注液强度由2m~3/m~2d下降到0.38m~3/m~2d;考虑矿体干密度空间变异性的临界注液强度为0.2m~3/m~2d,与实际临界注液强度的差值为0.05m~3/m~2d,不考虑矿体干密度空间变异性的临界注液强度为0.38m~3/m~2d,与实际临界注液强度的差值为0.13m~3/m~2d,说明在进行临界注液强度计算时必须考虑矿体干密度的空间变异性。     

原地浸矿过程中注液边界的应力路径变化规律

以福建屏南某离子型稀土矿山注液分界线所在区域为研究对象,通过原地浸矿过程中这一区域不同深度处土压力强度实测数据,运用p-q空间应力图,描述了此位置不同深度处的应力路径,并阐述了由原地浸矿引起的边坡变形和矿山内部液位变化对该区域不同深度处应力路径的影响。结果表明:处于液位以上的矿体,其应力路径主要受边坡变形的影响,当边坡破坏形式为推移式破坏或者牵引式破坏时,空间应力图相应表现出平均主应力p和广义剪应力q增大或者p减小、q增大;处于液位以下的矿体,其应力路径主要受液位高度的影响,随着液位高度增大或者减小,空间应力图相应表现出p减小、q不变或者p增大、q不变。     

原地浸矿单孔注液稳渗流量计算

为确定原地浸矿工艺中单孔注液流量,开展5组单孔注液现场试验,获得不同注液流量下孔内水头及影响半径的实测数据。假设孔周湿润体近似为椭球体,取饱和度Sr=80%等值面围成的区域为研究对象,将单孔注液稳渗过程等效为以孔内水头及Sr=80%等值面上基质吸力为驱动力的入渗问题,建立单孔注液稳渗流量计算模型,利用试验结果进行模型验证。结果表明:原地浸矿单孔注液孔周等效水力梯度随孔内水头的变化较小,对于砂土类矿体可取平均值为5.62;单孔注液稳渗流量与孔内水头近似呈线性关系,模型误差绝对值在12%以内,表明单孔注液稳渗流量计算模型是有效的。     

离子型稀土原地浸矿注液孔周含水率分布的计算模型

考虑注液孔内积水产生的压力水头在土体中的传递,建立了积水条件下的一维垂直入渗的基本方程;将实测的饱和导水率等效为孔底一维入渗的饱和导水率,采用积水条件一维垂直入渗的基本方程计算注液孔孔底中心垂向的含水率分布;假设入渗过程中形成的湿润锋簇上的含水率增量相等,根据累积注液量等于湿润体内的水分增加量,确定湿润锋簇中各湿润锋的位置,结合注液孔孔底中心垂向的含水率分布,确定湿润体内含水率分布。在龙南足洞某稀土矿山选择一场地较平整的矿块进行单孔注液试验,在注液孔周布置4个测点,采用FDS-100水分传感器记录测点位置在入渗过程中不同时刻的含水率,与模型的计算值进行比较,结果发现,4个测点的实测值与计算值相关系数基本在0.900以上,模型的计算误差均在10%以下,满足工程误差要求,说明此方法能较为准确的计算出注液孔内水分入渗过程及湿润体内含水率分布。     

导流孔周水平方向孔隙水压力分布规律

掌握导流孔周孔隙水压力分布规律对计算原地浸矿母液回收率具有重要意义。假设水沿水平方向流入导流孔的通道为普遍存在的2分叉分形树状网络结构,基于Hagen-Poiseuille方程,提出导流孔周水平方向孔隙水压力分布计算公式。室内模型试验结果表明,采用2分叉分形树状网络结构描述水流入导流孔的渗流通道是有效的;随初始水头增加,描述树状分叉网络的各级圆管长度比逐渐增加,且增加幅度越来越小,但是各级圆管的直径比和初级母管长度逐渐减小,并渐趋稳定,各级圆管的直径比稳定值为0.84。     

离子型稀土浸矿过程中渗透性变化规律的试验研究

离子型稀土矿体的渗透性对浸矿工艺和浸矿引起边坡稳定变化具有重要影响,为此,采用室内柱浸试验研究渗流过程离子型稀土渗透性变化规律,通过对比原矿和筛分样的渗透系数变化,探讨了浸矿过程渗透系数的变化机理.研究结果表明:在清水渗流过程中,微颗粒迁移引起渗流稳定时间增长.渗流变化幅度增大,随着水力梯度的增大,流场稳定时间减小.流量变化幅度增加;浸矿过程中,离子吸附和离子交换使渗透系数减小,微颗粒迁移引起渗透系数增加,两种相反的作用同时存在,当水力梯度小于某一临界值时,引起渗透系数变化的主要原因是离子吸附和离子交换,当水力梯度大于某一临界值时,引起渗透系数变化的主要原因是微颗粒迁移,水力梯度增大,微颗粒迁移对渗透系数的变化影响增大;由于原矿级配良好,粒径大小相差悬殊,导致原矿比筛分样流场稳定时间更长.      

浸矿剂浓度对离子型稀土矿体抗剪强度参数的影响

原地浸矿过程中离子型稀土矿体与浸矿剂发生离子交换和水化作用等,导致矿体颗粒成分、级配和矿体强度发生改变,从而影响矿山边坡的稳定性,甚至会造成山体滑坡等一系列工程问题。黏聚力、内摩擦角是影响矿体抗剪强度的主要参数,通过Zeta电位测定试验、颗粒级配测定试验以及直剪试验,分析出不同浓度的浸矿剂硫酸铵溶液浸矿对离子型稀土矿样双电层厚度、颗粒级配和抗剪强度参数的影响规律。试验结果表明：浸矿作用下,对粒径小于0.075 mm的矿样,当硫酸铵溶液浓度小于2%时,随着溶液浓度增大,矿样颗粒间黏聚力减小,内摩擦角增大;当硫酸铵溶液浓度在2%～3.5%之间时,随着溶液浓度增大,矿样颗粒间黏聚力增大,内摩擦角减小。     

原地浸矿单孔注液影响半径的计算模型

掌握稳渗状态下单孔注液的影响半径对于合理确定注液孔的孔网参数具有重要意义。假设注液孔孔底以上湿润体为椭球体,基于注液孔孔周入渗强度等于注液孔孔底影响范围内的下渗强度,建立稳渗状态下单孔注液影响半径的计算模型;现场试验获得5种注液强度条件下的孔中液面高度和影响半径,并与模型计算结果进行比较。结果表明:采用该模型计算得到的影响半径与现场试验得到的影响半径的最大误差为8.14%,满足工程要求,表明单孔注液影响半径计算模型是有效的;当注液孔半径小于0.2 m时,随注液孔半径增加,影响半径成非线性增加;当注液孔半径大于0.2 m时,随注液孔半径增加,影响半径近似成线性增加;当注液孔半径为0.1 m和孔中液面高度不超过3 m时,注液孔影响半径与孔中液面高度近似成线性关系。     

渗透系数空间变异条件下临界注液强度的计算

以现场渗透系数测试实验和室内物理力学参数测试实验结果为依据,基于Geostudio有限元数值计算软件,选取江西信丰典型离子型稀土矿山进行注液作用下的边坡稳定性分析。研究结果表明,随深度的增加,矿体渗透系数呈现先快速后缓慢减小的变化规律,该变化规律可较好地解释当地稀土矿山浅层滑坡现象;临界注液强度与注液范围呈指数函数关系,当注液范围由20%增加到50%时,临界注液强度由0.11 m3/(m2·d)减小到0.045 m3/(m2·d);设定注液范围为30%,当注液强度小于0.3 m3/(m2·d)时,随着注液强度的增大,滑坡的剪出口高度非线性增加,当注液强度大于0.3 m3/(m2·d)时,随着注液强度的增大,滑坡的剪出口高度处于一个稳定值。