[發(fā)明專利]離子型稀土原地浸礦注液孔周體積含水率分布的計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710021639.1
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106706885B
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龍平;王觀石;胡世麗;洪本根;羅嗣海
• 申請（專利權(quán)）人: 江西理工大學(xué)
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 贛州凌云專利事務(wù)所 36116
• 代理人: 曾上

1.一種離子型稀土原地浸礦注液孔周體積含水率分布的計算方法，包括以下步驟：

第一步：測試礦體的土-水特征曲線，

用現(xiàn)有技術(shù)測試礦體不同體積含水率下的基質(zhì)吸力，即測試礦體的土-水特征曲線，采用關(guān)系式(1)擬合體積含水率和基質(zhì)吸力的實驗數(shù)據(jù)，確定擬合參數(shù)；

關(guān)系式(1)：

關(guān)系式(1)中：θ為礦體的體積含水率，θ_s為飽和體積含水率，θ_r為殘余體積含水率，α、m₀和m₁為擬合參數(shù)，m₁＝1-1/m₀，ψ為基質(zhì)吸力，單位為kPa；

第二步：計算礦體的比水容量，

在關(guān)系式(1)兩邊對基質(zhì)吸力求導(dǎo)，得到關(guān)系式(2)，采用關(guān)系式(2)計算不同體積含水率對應(yīng)的比水容量；

關(guān)系式(2)：

關(guān)系式(2)中：C為比水容量，ρ為密度，g為重力加速度，θ_s為飽和體積含水率，θ_r為殘余體積含水率，α和m₀為擬合參數(shù)，ψ為基質(zhì)吸力，單位為kPa；θ_s、θ_r、α和m₀由關(guān)系式(1)擬合實驗測試礦體的土-水特征曲線得到；

第三步：計算礦體的等效飽和導(dǎo)水率，

采用現(xiàn)有技術(shù)測試礦體的飽和導(dǎo)水率，通過關(guān)系式(3)將實測飽和導(dǎo)水率等效為一維入滲的飽和導(dǎo)水率；

關(guān)系式(3)：

關(guān)系式(3)中：K_s為等效飽和導(dǎo)水率，K_stest為實測飽和導(dǎo)水率，r₀為注液孔半徑，L為濕潤鋒與孔底的垂直距離，h_f為濕潤鋒處的負壓水頭，h_m為注液孔內(nèi)積水深度；

第四步：計算礦體的導(dǎo)水率，

采用關(guān)系式(4)計算礦體不同體積含水率對應(yīng)的導(dǎo)水率，

關(guān)系式(4)：

關(guān)系式(4)中：K為體積含水率θ對應(yīng)的導(dǎo)水率，K_s為等效飽和導(dǎo)水率，θ_s為礦體飽和體積含水率，θ_r為礦體殘余體積含水率，m₁為擬合參數(shù)；等效飽和導(dǎo)水率K_s采用關(guān)系式(3)計算得到，θ_s、θ_r和m₁由關(guān)系式(1)擬合實驗測試礦體的土-水特征曲線得到；

第五步：計算礦體的擴散率，

利用關(guān)系式(2)和關(guān)系式(4)可以計算得到K/C與體積含水率的關(guān)系數(shù)據(jù)，采用關(guān)系式(5)擬合K/C～θ的數(shù)據(jù)，得到不同體積含水率對應(yīng)的擴散率；

關(guān)系式(5)：

關(guān)系式(5)中：D為體積含水率θ對應(yīng)的擴散率，D_s為礦體飽和擴散率，θ_s為礦體飽和體積含水率，m₂為擬合參數(shù)；

第六步：計算注液孔孔底中心垂向體積含水率分布，

建立注液孔內(nèi)積水條件下，孔底中心垂向體積含水率與時間、坐標的偏微分方程，見關(guān)系式(6)，解關(guān)系式(6)得到孔底中心垂向不同時刻不同坐標的體積含水率；

關(guān)系式(6)：

關(guān)系式(6)中：θ為體積含水率，t為時間，z為z坐標，h_m為注液孔內(nèi)積水深度，K為礦體的導(dǎo)水率，n為礦體的孔隙度，D為礦體的擴散率；K和D分別采用關(guān)系式(4)和關(guān)系式(5)計算；

當坐標z≥z₀時，均有體積含水率大于1.01倍的初始體積含水率時，z₀即為該時刻對應(yīng)的濕潤鋒坐標；

第七步：計算注液孔周體積含水率的分布，

孔底以上的濕潤區(qū)域為1/4橢圓線繞孔軸線的旋轉(zhuǎn)體，孔底以下為半橢球體，濕潤區(qū)域的濕潤鋒采用關(guān)系式(7)描述；

關(guān)系式(7)：

關(guān)系式(7)中：x、y和z分別表示x坐標、y坐標和z坐標，a為最大水平入滲距離，r₀為注液孔的半徑，h_m為注液孔內(nèi)積水深度，L為濕潤鋒與孔底的垂直距離；

采用關(guān)系式(8)計算整個濕潤體的體積；

關(guān)系式(8)：

關(guān)系式(8)中：V為濕潤體的體積，a為最大水平入滲距離，h_m為注液孔內(nèi)積水深度，r₀為注液孔的半徑，L為濕潤鋒與孔底的垂直距離；

采用現(xiàn)有技術(shù)測試礦體的初始體積含水率，對時間進行離散t_k＝kΔt，其中k＝0,1,2,…,N，Δt為時間步長，t_k時刻濕潤體內(nèi)的水體積與初始時刻對應(yīng)濕潤體內(nèi)水體積的差值稱為t_k時刻濕潤體內(nèi)的水分變化量，采用關(guān)系式(9)計算；

關(guān)系式(9)：

關(guān)系式(9)中：ΔQ_k為t_k時刻濕潤體內(nèi)水分變化量，p和k分別表示第p時步和第k時步，V_p和V_p-1分別為t_p時刻和t_p-1時刻濕潤體的體積，為t_k時刻濕潤體V_p與濕潤體V_p-1增加部分的平均體積含水率增量，利用關(guān)系式(6)計算不同時刻注液孔孔底中心垂向含水率分布，采用第六步確定t_p-1時刻和t_p時刻的濕潤鋒位置L_p-1和L_p，根據(jù)L_p-1～L_p的體積含水率分布計算L_p-1～L_p內(nèi)的平均體積含水率

利用t_k時刻濕潤體內(nèi)水體積增量ΔQ_k等于t_k時刻內(nèi)水分的累積入滲量I_k，采用關(guān)系式(10)確定t_k時刻濕潤體的體積V_k；

關(guān)系式(10)：

關(guān)系式(10)中：V_k為t_k時刻濕潤體的體積，I_k為t_k時刻水分的累積入滲量，p和k分別表示第p時步和第k時步，V_p和V_p-1分別為t_p時刻和t_p-1時刻濕潤體的體積，為t_k時刻濕潤體V_p與濕潤體V_p-1增加部分的平均體積含水率增量，為t_k時刻濕潤體V_k與濕潤體V_k-1增加部分的平均體積含水率增量；

把利用關(guān)系式(10)計算不同時刻的的濕潤體體積代入關(guān)系式(8)中，可以計算出不同時刻的最大水平入滲距離a，把不同時刻的最大水平入滲距離a和由第六步計算出的不同時刻的濕潤鋒與孔底的垂直距離L代入關(guān)系式(7)中，得到不同時刻的濕潤鋒簇，濕潤鋒簇中各個濕潤鋒上的體積含水率相同，利用關(guān)系式(6)可以確定注液孔孔底中心垂向的體積含水率分布，因此可以確定注液孔周的體積含水率分布。