1
Изобретение относится к горному делу, а именно к способам физического моделирования геотехнологических свойств руд, и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых подземным выщелачиванием.
Целью изобретения является повышение достоверности результатов моделирования и расширение диапазона используемых эквивалентных материалов.
10
л.
Сущность способа заключается в следующем.
Выход вышеупомянутых 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 - теорема теории подобия), 2-я теорема теории размерностей (П - теорема теории размерностей) и следел
31454956
ствия из них (Седов Л.И. Методы по- добия и размерности в механике. М.: Наука, 1967, с. 428. Седов Л.И. Ме- ха1шка сплошной среды. Т. II, М.: Наука, 1973, с. 484.
ЗУ -( -ь. К О, oi + 8 0, р. 5 0, 5- J О, /Ь -S 0.
Z pa M epHU; величины V,,, К,, | 1, тогда /1 1, S -1,
. .«««vb «ч t ЧТТЛПП У I Л I
F, Dn и инвариант характеризуют гидродинамику и диффузию з капиллярах пласта при химической реакции, т.е.
10
10
р
-АП-ЬП
Инвариант Т, характеризует зависиXiiii t it.- Ю
ь J омость теплообмена от приемистости
М-С-Т- М-С -И - М С 1-, пласта. j..j..2S..j.-(J-S ,
+(i + 2J+ 2S О, -ct - (5 - 0.
Примам о;. / 1, тогда у + - U S -2, 5 1, а
20
1Г,
,- F Di
Xltiio. л c;v
5. Размерные величины jU , Ь„, tf, Р QH
W (u: hj tjpj; QH 1.
кг-М- ...кг.М- 4мЗ Ц- 1,
Ь Ы+8 0, -BL+/i +3K-3fi 0,
jf- об - К О
Значение F находится из поперечного25 л . „.„„а 5 1 сечения пласта F, , а коэффициент его Положим - 1 проницаемости К„ - из трансцендент- К -1, J ного уравнения/. (Ujk hp УЖ. tip
173(1-3,467Kr K;::iVlj Qv.
F - F F-° + T,, характеризует зависи(Степанов Ю.С. «одел„ро а„„в процес- .Т иТл:.са подземного горения угля. Кн. U реа.ента
отчет МГИ, УДК .ЗЗ.ОО, номер госу- ность J , ,
дарственной регистрации 018300Ьи/иь,. o.id
М.5 1984, с. 70)..п р,у -.
3. Размерные величины Е, R, Т,Кб rin Е Г.П Нг-л , EVT М EVlH 1..M- j-.rH.M-J.CMjy 1,
Инвариант IT, характеризует кинети- 1, .Гл.- Р|рЦГ Т - Р °. . . 2 у . f . ,.
,, pu-и. .. - t . у -1 и Развитие трещины определяется внешПримем 1, тогда f - 1, J растягивающим напряжением Gp .
rj- Е Поэтому
RT .. .
1уСзрА. 12 /1 ,
4. Размерные величины С, р ,wг.п
, h п
50
-т.п
,o QtcJpb5b 1 ,
М. дж.кг- .град- - кг.М-7. ,Дж.М- -С- - град- - м U
- 1
G p-C Kr.n Е,.,)° .Г°
I
где 1 - характерный размер тела.
Следовательно, разрушающая дефор1-г--п с V / |Г 1
55 мадия по Гуку Ь „ i
и
зв
() (1 Н,„ ) -г.п
ЗУ -( -ь. К О, oi + 8 0, р. 5 0, 5- J О, /Ь -S 0.
| 1, тогда /1 1, S
10
р
-АП-ЬП
Инвариант Т, характеризует зависиXiiii t it.- Ю
мость теплообмена от приемистости
w
50
-т.п
G p-C Kr.n Е,.,)° .Г°
I
где 1 - характерный размер тела.
Следовательно, разрушающая дефор-п с V / |Г 1
мадия по Гуку Ь „ i
и
зв
() (1 Н,„ ) -г.п
Способ выполняют в следующей последовательности.
Осуществляют подбор эквивалентных
материалов с соблюдением теорем теории подобия и размерностей и математической обработкой результатов подбора с достижением максима;:ьного значения корреляционного момента и индекса корреляции на основе математи- ческой статистики и теории вероятностей. В специальный микростенд закладывают эквивалентные материалы, мо- делирукяцие рудовмещающую породу, рудоносный пласт, на который воздейст- вует через модельную закачную скважину эквивалентный материал, моделирующий реагент при заданных термоди- йамических 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 измене- irae во времени и пространстве ско-- рости продвижения по пласту реагента продуктивного раствора, физико-химического барьера, концентрации полезного элемента в продуктивном растворе, тепловьщеления 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, М.: Мир, 1981), позволяющей получить представительные результаты при меньшем числе опытов. В результате эксперимента получают критериальные эмпирические зависимости, позволяющие вьщелить 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 п. 1 факторов), а также получают оптимальные условия протекания моделируемого процесса для различных ис
5
5
ходных 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 вьпделачивания, к простому процессу физического моделирования, связанного только с приобретением этих недефицитных материалов и моделированием независимо от места пpoвeдeшiя исследований. Нет необходимости бурения контрольных скважин для отбора кернов, их упаковки, транспортировки с соблкщением всех 0 необходимых условий по их сохранению. Также нет необходимости проведения специальных полевых исследований, в том числе и бурения скважин, по определению параметров трещинообразова- ния, 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 попной их представительности.
30
35
40
Способ дает возможность отбора методов воздействия на изучаемый процесс при полученных основных закономерностях его протекания.
Формула изобретения
1 .Способ физического моделирования подземного выщелачивания, включающий подбор по инвариантам физического подобия процессов массопереноса и скорости фильтрующ11х 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 интервапы времени положения фронта материала реаген- та в материале рудоносного пласта, отличающийся те, что, с целью повышения эффектнрностл моде- лирорания путем повышенной достовер0
7U54956
ности результатов п расширения диапазона подбираемых эквивалентных материалов, в качестве эквивалентных материал ов подбирают материалы, от- вечающие дополнительно подобию хими ческой реакдаи, скорости продвижения физико-химического барьера, тепловыделения, трещинообразования во вмещающей горной породе по инвариантам подобия
Е Уфу K,F RT D, Л,Л1„
где
E
ii
т V,
к.
F
D.
t
рл
-энергия активации
-газовая постояниая,
-температура;
-скорость продвижения фр1зико-х11мического барьера;
-скорость химической реакщш
-площадь пропускающих реагеит пор и капилляров пластаi
-коэффициент диффузии i
- приемистость пласта
(расход реагента); V - соответственно теплоемкость, плотность, кинематичеспри этом в процессе моделирования дополнительно измеряют температуру, положение фронта выщелачивания, положение фронта физико-химического 15 барьера, концентрацию вьщелачиваемог элемента в продуктивном растворе в заданных точках модели через заданные интервалы времени.
2. Способ по П.1, отличающийся тем, что в качестве эквивалентных материалов используют для реагента ацетон, для продуктивного пласта - аморфный кремнезем, для ог вмещающей горной породы - поваренную соль. . ,
30
3, Способ по П.1, отличаю- щ и и с я тем, что в качестве эквивалентных материалов используют для реагента водный раствор едкого натра при рН 13,4, весовой концентрации бо лее 1% и температуре 40 с, для продуктивного пласта - аморфньш кремне- для вмещающей горной породы кая вязкость реаген- 35 обезвоженный гранулированньй насып- та-ной так плотностью 400 кг/м .
8
E
r. n t
It
Г.П
H
r,n
O
Ь„ - теплопроводность и мощность пласта модуль упругости и удельная энергия трещинообразования вмещающей горной породы;
глубина залегания пласта,
при этом в процессе моделирования дополнительно измеряют температуру, положение фронта выщелачивания, положение фронта физико-химического 5 барьера, концентрацию вьщелачиваемого элемента в продуктивном растворе в заданных точках модели через заданные интервалы времени.
2. Способ по П.1, отличающийся тем, что в качестве эквивалентных материалов используют для реагента ацетон, для продуктивного пласта - аморфный кремнезем, для ог вмещающей горной породы - поваренную соль. . ,
30
3, Способ по П.1, отличаю- щ и и с я тем, что в качестве эквивалентных материалов используют для реагента водный раствор едкого натра при рН 13,4, весовой концентрации более 1% и температуре 40 с, для продуктивного пласта - аморфньш кремне- для вмещающей горной породы 
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 вьпцелачиваемо- го 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
