低渗透砂岩型铀矿床爆破增渗的方法

摘要

本发明公开了一种低渗透砂岩型铀矿床爆破增渗的方法，其步骤是：A.从地表打炮孔经过覆盖岩层、赋矿岩层的上顶板岩层到赋矿岩层适当位置。在赋矿岩层用扩孔器对炮孔进行局部扩孔达到装药要求；B.以不耦合装药方式将药包放置到炮孔，炸药采用防水类型炸药，不耦合装药爆破包括径向不耦合装药以及轴向不耦合装药；C.药包安放好后采用封孔措施封堵炮孔；D.通过微差爆破起爆药包，微差爆破包括炮孔内微差爆破以及炮孔间微差爆破。提高原地浸出采铀的采收率和单产量；充分利用低渗透砂岩型铀矿床资源，缓解铀资源紧缺。

说明书

技术领域

本发明涉及提高低渗透赋矿岩层渗透性领域，更具体涉及一种低渗透砂岩型铀矿床爆破增渗的方法，本发明适用于可原地浸出开采的低渗透矿床(除铀矿外还包括金矿、铜矿、银矿、钼等)提高其赋矿岩层渗透率领域。

背景技术

核能是一种安全、清洁、可靠的能源。当前，中国核能利用迅速发展，《核电中长期发展规划(2005～2020年)》提出：核电运行装机容量将由目前的700万千瓦提高到2020年的4000万千瓦。这必然导致对铀资源需求的大幅度增加。为适应核能利用的快速发展，确保铀资源的供应、提高铀的产量已成为中国核能利用可持续发展的关键因素之一。

在中国初步探明的砂岩型铀资源中，低渗透资源占一半以上。由于低渗透砂岩型铀矿的客观地质特点(主要是渗透率低)，造成了开采过程中的诸多突出矛盾，使地浸开采成本升高、开采速度和采收率降低，严重阻碍了中国砂岩型铀资源的利用。因此，赋矿岩层的低渗透性成为制约地浸法开采砂岩型铀矿顺利生产的瓶颈。

由于以往中国核工业体制的制约及铀资源需求的不旺盛，与煤、石油等能源开采相比，对低渗透砂岩型铀矿床地浸开采中如何提高其低渗透矿层渗透性的方法研究很少。目前，在石油开采、煤层气开采和煤矿瓦斯治理等过程中，提高矿层渗透性的主要方法有：水力压裂技术、高能气体压裂技术、复合射孔技术、爆炸松动技术、“层内”爆炸改造油藏技术及低频脉冲波强化采油技术等。上述技术虽然在油气井增产、煤层气开采及瓦斯治理中得到广泛应用，但每种方法有各自的特点：如水力压裂，裂缝具有“方向性”和“单一性”，并且重复性较差，二次改造效果不理想；高能气体压裂虽然由于升压时间较短，裂缝的方向不受地应力的控制，可形成3-5条径向裂缝，但裂缝的长度较短；虽然复合压裂技术使水力压裂和高能气体压裂两种技术优势互补，但也只能在矿层中形成几条方向不可控的长径向裂缝；复合射孔技术也主要在钻孔矿层周围形成几条方向可控的径向裂缝；松动爆破是一种局部性的瓦斯防突措施，其松动范围小，一般在几米范围内。这些方法的主要目的是在钻井周围形成几条大长裂缝，使其成为石油或煤层气的汇集通道，利用大长裂缝高导流能力，增加了石油或煤层气的生产效率。这些技术并不能直接应用在提高低渗透砂岩型铀矿的地浸开采效率中。铀矿地浸开采过程中，需要溶浸液在矿层中均布迁移，并且和矿层中的铀矿物充分反应，随后浸出液汇集抽液孔，通过抽液孔抽出地表。矿层的渗透性过小或过大均不利于地浸开采，过小不利于溶浸液在岩层中的迁移，过大不利于溶浸液和铀矿物之间的充分反应，特别是前述方法在矿层中形成几条明显的径向裂缝，使溶浸液易形成优势流，不能使溶浸剂充分全面的溶浸矿石，达不到浸出的目的。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的上述缺点和不足，提供了一种低渗透砂岩型铀矿床爆破增的方法。该方法不仅有利于提高低渗透砂岩型铀矿资源的利用效率，缓解了铀资源的紧缺，同时，还可以为其它可地浸开采的低渗透性矿床(如金矿、铜矿、银矿、钼等)的高效开采提供了参考。

一种低渗透砂岩型铀矿床爆破增渗的方法(简称本增渗方法)，其步骤如下：

①从地表打炮孔经过覆盖岩层、赋矿岩层的上顶板岩层到赋矿岩层适当位置，避免扰动赋矿岩层的底板岩层。炮孔的布置位置依据原地浸出开采铀矿生产中的浸出工艺，即原地浸出生产工艺，采用五点井型炮孔布置方式，在赋矿岩层用扩孔器对炮孔进行局部扩孔达到装药要求，炮孔间距一般为5-40米。

②以不耦合装药方式将药包放置到炮孔合适位置，炸药需采用防水类型炸药，不耦合装药爆破包括径向不耦合装药以及轴向不耦合装药，不耦合系数控制范围为1～4；

③药包安放好后采用黄泥加粗砂封堵炮孔或者爆破工程中其它封孔措施封堵炮孔；

④通过微差爆破起爆药包，微差爆破包括炮孔内微差爆破以及炮孔间微差爆破，微差时间控制范围为25～50毫秒。本发明提高低渗透砂岩型铀矿床赋矿岩层的渗透率，进而提高了原地浸出开采的采收率和单产量；提高低渗透砂岩型铀矿资源的利用效率，缓解铀资源的紧缺。

本发明的工作原理：

通过赋矿岩层炮孔中药包爆破后爆炸应力波致裂以及爆生气体驱动作用增加低渗透砂岩型铀矿床的渗透性。

本发明具有以下优点和积极效果：

1、成本低廉。相对于前述增渗方法，本发明所用施工设备简单，所用材料(即炸药)价格相对较低，并且可将原地浸出抽、注夜孔与炮孔合二为一，大幅度减少施工费用。

2、增渗范围大、增渗幅度高。采用合理的不耦合装药爆破，使岩体不形成粉碎区，大幅度减少能量耗散。并且受到炮孔周围岩石强约束的水介质成为炸药爆炸产物与岩体间的弹性缓冲层，延长了爆炸产物对药室壁的作用时间，增加了冲击波压缩相的长度，降低了冲击波频率，加大了爆炸应力波的作用范围，增加了能量传递，大幅度提高了炸药能量利用率，使增渗范围加大，增渗幅度提高。

3、增渗效果均匀，避免出现大长裂隙。采用微差爆破，先起爆的药包爆炸使岩体产生新的裂隙，这些裂隙在随后起爆的药包爆炸时起到了反射面的作用，使之产生一个复杂的反射拉伸波场，进一步破碎岩体。与瞬时爆破相比，微差爆破时沿着药包连线没有拉应力叠加现象，避免了出现单一的大长裂纹，并且在各药包45°斜线交点附近区域不形成应力减弱区，这使得微差爆破增渗效果更加均匀，炸药能量利用更加合理，增渗效果更加均匀。

4、使用范围广。该发明除应用在低渗透砂岩型铀矿床赋矿岩层渗透率提高上，还可以应用在可地浸开采的其它低渗透性矿床(如金矿、铜矿、银矿、钼等)。

总之，本发明提高低渗透砂岩型铀矿床赋矿岩层的渗透率，进而提高了原地浸出开采的采收率和单产量；提高低渗透砂岩型铀矿资源的利用效率，缓解铀资源的紧缺。

附图说明

图1为一种低渗透砂岩型铀矿床爆破增渗的方法整体布置剖面示意图；

图2为一种低渗透砂岩型铀矿床爆破增渗的方法五点井型炮孔布置平面示意图。

其中：1-炮孔；2-药包；3-赋矿岩层；4-底板岩层；5-上顶板岩层；6-覆盖岩层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

根据图1、图2可知，一种低渗透砂岩型铀矿床爆破增渗的方法，其步骤如下：

A.从地表打炮孔1经过覆盖岩层6、赋矿岩层的上顶板岩层5到赋矿岩层3适当位置，避免扰动赋矿岩层的底板岩层4。炮孔位置依据原地浸出开采工艺中抽注孔位置确定，如图2采用五点井型布置炮孔，四角炮孔间距为20米，中间炮孔与四角炮孔的间距都为14米，或四角炮孔间距为10米，中间炮孔与四角炮孔的间距都为7米，或采用原地浸出开采工艺中其他布井方式，如三点井型、六点井型等。

B.在赋矿岩层用扩孔器进行局部扩孔达到不耦合装药的要求。采用不耦合装药方式把药包2放置在炮孔1合适位置，药包2装好后采用封孔措施封堵炮孔1。不耦合装药包括径向不耦合装药以及轴向不耦合装药，不耦合系数可以变化，不耦合系数控制范围为1～4，如采用径向不耦合装药，不耦合系数为2或2.5或3；

C.药包安放好后采用黄泥加粗砂封堵炮孔或者爆破工程中其它封孔措施封堵炮孔；

D.采用微差爆破起爆药包2，微差爆破包括炮孔1内微差爆破以及炮孔1间微差爆破，微差时间可以变化，其控制范围为25～50毫秒，如采用炮孔间微差爆破，微差爆破时间为30或35或40毫秒。药包起爆后低渗透赋矿岩层在爆炸应力波及爆生气体作用下渗透率可大幅度、大范围、均匀提高。

实施3次低渗透砂岩型铀矿床爆破增渗模型试验，炮孔布置采用五点井型法布置，根据模型试验几何相似比取20，则试验中五点井型四角炮孔间距为50厘米，中间炮孔与四角炮孔的间距都为70厘米。采用径向不耦合装药，三次试验不耦合系数分别为1.7、2.5、3.2。同样根据模型试验几何相似比取20，微差爆破时间间隔分别为5毫秒、7毫秒、7毫秒。通过3次试验，岩石原始渗透率由4.6×10-5D(达西)分别提高为4.3×10-2D、6.5×10-2D和2.6×10-3D。通过爆破增渗试验，岩石渗透率提高了2～3个数量级，爆破增渗范围满足试验要求。证明了低渗透砂岩型铀矿床爆破增渗系统及其方法确实可以有效增加低渗透赋矿岩层的渗透率。