原地浸礦單孔注液影響半徑的計算模型

桂 勇，王觀石，賴遠(yuǎn)明，洪本根，胡世麗，龍 平

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原地浸礦單孔注液影響半徑的計算模型

桂 勇1，王觀石2, 3，賴遠(yuǎn)明2，洪本根1，胡世麗3，龍 平1

(1. 江西理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，贛州 341000；2. 中國科學(xué)院 寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，蘭州 730000；3. 江西理工大學(xué) 建筑與測繪工程學(xué)院，贛州 341000)

掌握穩(wěn)滲狀態(tài)下單孔注液的影響半徑對于合理確定注液孔的孔網(wǎng)參數(shù)具有重要意義。假設(shè)注液孔孔底以上濕潤體為橢球體，基于注液孔孔周入滲強(qiáng)度等于注液孔孔底影響范圍內(nèi)的下滲強(qiáng)度，建立穩(wěn)滲狀態(tài)下單孔注液影響半徑的計算模型；現(xiàn)場試驗獲得5種注液強(qiáng)度條件下的孔中液面高度和影響半徑，并與模型計算結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明：采用該模型計算得到的影響半徑與現(xiàn)場試驗得到的影響半徑的最大誤差為8.14%，滿足工程要求，表明單孔注液影響半徑計算模型是有效的；當(dāng)注液孔半徑小于0.2 m時，隨注液孔半徑增加，影響半徑成非線性增加；當(dāng)注液孔半徑大于0.2 m時，隨注液孔半徑增加，影響半徑近似成線性增加；當(dāng)注液孔半徑為0.1 m和孔中液面高度不超過3 m時，注液孔影響半徑與孔中液面高度近似成線性關(guān)系。

原地浸礦；注液孔；影響半徑；離子型稀土

原地浸礦是提取離子型稀土資源的第三代工 藝[1]，該工藝通過注液孔向礦體注入浸礦劑溶液，使其與稀土離子發(fā)生交換反應(yīng)，再在注液孔注入上清液，稀土離子進(jìn)入上清液中形成浸出液，浸出液從收液工程流出，用沉淀劑沉淀浸出液中的稀土離子，實現(xiàn)資源回收的目的[2]。在推廣原地浸礦工藝20多年的過程中，也暴露出該工藝的不足，如網(wǎng)孔布置主要依賴于經(jīng)驗。

網(wǎng)孔布置的合理與否將直接影響到稀土資源回收率[3?4]，主要表現(xiàn)在兩個方面。一方面，注液孔間距布置過大，在注液強(qiáng)度一定的情況下，浸礦劑不能入滲到更遠(yuǎn)的區(qū)域，容易造成浸礦盲區(qū)，降低稀土資源回收率；另一方面，注液孔間距布置過小，就會加大投入成本，同時也容易造成竄孔現(xiàn)象，一旦發(fā)生竄孔，進(jìn)一步增加浸礦盲區(qū)范圍，降低資源回收率；另外，注液孔間距太小，容易造成注液強(qiáng)度偏大，進(jìn)而容易發(fā)生滑坡[5?6]，滑坡區(qū)域的資源也難以回收。

一般來說，原地浸礦注液孔的影響范圍內(nèi)處于非飽和狀態(tài)，浸礦劑溶液的入滲過程不僅受到重力作用和孔內(nèi)水壓力作用，同時還受到礦體的基質(zhì)吸力作用。有關(guān)地表水從飽和區(qū)入滲至非飽和區(qū)，國內(nèi)外學(xué)者已開展了大量研究，提出了飽和?非飽和滲流計算原 理[7]，以及具有不同特點和用途的入滲模型[8]，其中Green-Ampt入滲模型因其具有明確的物理意義而得到了廣泛的應(yīng)用。但由于Green-Ampt入滲模型忽略非飽和區(qū)域存在的實際情況，張杰等[9]提出了基于分層假定的入滲模型。同時為了使這些地表水入滲模型的計算結(jié)果與試驗符合得更好，尹升華等[10]提出入滲率與入滲水頭的關(guān)系，何丹等[11]研究了土壤物理力學(xué)參數(shù)變異條件下的入滲規(guī)律，趙偉霞等[12]建立了地表水從井(孔)中入滲至土壤的簡化模型。由于原地浸礦的注液孔具有自身的特殊性，如孔半徑為0.1~0.2 m，孔中積水深度為0.5~1.0 m等，運(yùn)用現(xiàn)有的模型難以分析注液孔的影響半徑和浸礦盲區(qū)。

本文作者根據(jù)現(xiàn)場亮藍(lán)示蹤試驗結(jié)果，假設(shè)注液孔孔底以上濕潤體為橢球體，基于注液孔孔周入滲強(qiáng)度等于注液孔孔底影響范圍內(nèi)的下滲強(qiáng)度，建立了穩(wěn)滲狀態(tài)下單孔注液影響半徑的計算模型，該模型為合理確定原地浸礦工藝的注液孔孔網(wǎng)參數(shù)提供依據(jù)。

1 單孔注液影響半徑的計算模型

1.1 注液孔的濕潤體

為建立單孔注液影響半徑的計算模型，在江西龍南足洞礦區(qū)開展單孔注液的亮藍(lán)染色示蹤試驗。在試驗礦山選擇一處地勢平整的試驗點，采用洛陽鏟鉆取一個孔深2.0 m，孔半徑0.09 m的注液孔，之后在注液孔內(nèi)注入濃度為4.0 g/L的亮藍(lán)溶液，單孔注液強(qiáng)度為1.2 m3/d，注液量為2.4 m3。注液完成5 d后，以注液孔為中心，沿豎向開挖，染色范圍如圖1所示。從圖1可以看出，注液孔孔底以上部分的染色范圍近似為橢球體。

基于單孔注液的染色示蹤試驗結(jié)果，提出建立單孔注液影響半徑計算模型的基本假設(shè)：假設(shè)注液孔孔底以上部分的濕潤體為橢球體，如圖2所示，橢球面方程為

式中：為孔底平面上注液孔周與橢球面的距離；為注液孔中積水深度；為徑向坐標(biāo)；0為注液孔半徑；為注液孔深度方向的坐標(biāo)，向下為正方向。

1.2 孔周入滲強(qiáng)度

在注液孔孔底以上的濕潤體內(nèi)取一個微小圓環(huán)段，弧度為單位1，厚度為單位1，如圖3所示。設(shè)注液孔半徑為0，當(dāng)微小圓環(huán)段的深度方向坐標(biāo)為時，′′面為注液孔孔壁，受到的壓力水頭k=+，水頭方向垂直孔壁；′′面受到土體的基質(zhì)吸力作用，負(fù)壓水頭值為f，水頭方向垂直橢球面向外。則計算得到微小圓環(huán)段單位弧度的平均滲流速度z，其計算公式為

圖2 單孔注液濕潤體示意圖

圖3 微小圓環(huán)段示意圖

令注液孔孔周對應(yīng)的單位時間內(nèi)單位弧度的入滲強(qiáng)度為，對平均滲流速度z在方向(?；0]上進(jìn)行積分即為，則的計算公式為

將3代入式(4)并簡化可得注液孔孔周對應(yīng)的單位時間內(nèi)單位弧度的入滲強(qiáng)度：

假設(shè)橢球面上的含水率相等，且體積含水率沿徑向成負(fù)指數(shù)變化，即：

式中：s為飽和體積含水率；i為初始體積含水率；為反映含水率隨徑向距離變化快慢的常數(shù)。

根據(jù)文獻(xiàn)[13]，當(dāng)飽和度大于80.0%時，砂性土就處于飽和狀態(tài)。考慮到原地浸礦過程中，浸礦劑需要通過滲流過程才能進(jìn)入礦體，因而滲流速度決定浸礦效率和浸礦速度，為此重點關(guān)注飽和度大于80.0%的區(qū)域，以飽和度80.0%以上濕潤體為研究對象。

令在注液孔底所在平面上飽和度為80%的橢球面與注液孔周的距離為1，橢球面上的體積含水率為1，對應(yīng)的負(fù)壓水頭值為f1，則影響半徑=1+0。

由式(6)可得1的計算公式為

由文獻(xiàn)[14]可知，某一等含水率面上的平均基質(zhì)吸力可基于非飽和土的土水特征曲線和滲透系數(shù)方程確定。根據(jù)文獻(xiàn)[15]中濕潤鋒面上平均基質(zhì)吸力的算法，類比飽和度為80%橢球面(等含水率面)上平均基質(zhì)吸力的算法為

式中：為基質(zhì)吸力；1為飽和度80%橢球面的平均基質(zhì)吸力；為非飽和滲透系數(shù)；a1為飽和度80%所對應(yīng)的基質(zhì)吸力。

由van GENUCHTEN提出的經(jīng)驗公式[16]可知：

式中：為形狀參數(shù)；為土體相對飽和度，其計算公式為

式中：s為飽和體積含水率；r為殘余體積含水率；、、為形狀參數(shù)，且=1?1/，該3個參數(shù)可通過土水特征曲線獲得。

由公式(8)、(9)和(10)可得飽和度為80%橢球面上平均基質(zhì)吸力1的計算公式，由此可得負(fù)壓水頭值f1的計算公式：

式中：w為水的密度；為重力加速度。

由文獻(xiàn)[17]可知，非飽和土的滲透性參數(shù)隨體積含水率變化呈現(xiàn)非線性變化，含水率降低，滲透性快速降低。當(dāng)土體的體積含水率由飽和體積含水率s降低到飽和度80%所對應(yīng)的體積含水率1時，濕潤體內(nèi)的平均滲透系數(shù)小于飽和滲透系數(shù)。由van GENUCHTEN提出的估算非飽和土體滲透系數(shù)的經(jīng)驗公式[16]，可令平均滲透系數(shù)d的計算公式為：

將式(7)、(11)、(12)代入式(5)便得到單位弧度孔周入滲強(qiáng)度的計算公式。

1.3 孔底影響范圍內(nèi)的下滲強(qiáng)度

浸礦劑溶液進(jìn)入礦體后，在重力作用下向下滲透，水力梯度=1，注液孔孔底單位時間內(nèi)單位弧度的徑向距離處溶液下滲強(qiáng)度為d，如圖2所示。d的計算公式為

則注液孔底影響范圍內(nèi)單位時間單位弧度下滲強(qiáng)度的計算公式為

為簡化式(14)的計算，需要設(shè)定計算范圍，假設(shè)注液孔底影響范圍內(nèi)含水率()滿足如下關(guān)系式：

由式(6)和式(15)可得的計算公式：

將式(9)、式(16)代入式(14)可得注液孔底影響區(qū)域內(nèi)單位時間單位弧度下滲強(qiáng)度的計算公式。

穩(wěn)滲狀態(tài)時，在單位弧度和單位時間內(nèi)，孔周的入滲強(qiáng)度等于注液孔底影響范圍內(nèi)的下滲強(qiáng)度，即=，則根據(jù)式(5)和式(14)可以解出對應(yīng)液面高度下的參數(shù)，運(yùn)用式(7)便可計算1，由此可計算出單孔注液的影響半徑。

2 單孔注液的影響半徑分析

2.1 土水特征曲線測試試驗

原狀礦體的土?水特征曲線測試地點位于江西省龍南縣某離子型稀土礦山，試驗前先將試驗場地平整，利用環(huán)刀取樣，通過室內(nèi)土工試驗測得該類型礦體的基本物理性質(zhì)指標(biāo)如表1所列。利用激光粒度分析儀測得該礦體的粒徑累積曲線，如圖4所示。根據(jù)表1的基本物理性質(zhì)指標(biāo)和圖4顆粒級配累計曲線判定該離子型稀土礦的土體類型為粉砂。

根據(jù)表1中孔隙比=0.92，可計算出飽和體積含水率s=0.48，飽和度為80%等含水率面上的體積含水率1=0.38。

表1 離子型稀土礦體物理性質(zhì)指標(biāo)

圖4 顆粒級配累計曲線

土?水特征曲線的測試試驗的現(xiàn)場是1個1 m×1 m的平面區(qū)域，如圖5所示。測試儀器為TEN型張力計，長度為30 cm，可量測的基質(zhì)吸力范圍為0~100 kPa，本次試驗共埋入8根張力計。儀器埋置完畢后，使其在土體中靜置一段時間，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后在觀測讀數(shù)，并取樣測試不同張力計所對應(yīng)的體積含水率，結(jié)果見表2。

圖5 現(xiàn)場基質(zhì)吸力試驗

表2 土?水特征曲線測試結(jié)果

土水特征曲線模型采用van Genuchten模型進(jìn)行描述，其表達(dá)式為

式中：各參數(shù)含義與式(10)相同。

采用van Genuchten模型擬合稀土礦體的土水特性曲線，并確定相關(guān)參數(shù)r=0.09、=12.30、=1.97、=0.49、決定系數(shù)為0.94、殘差平方和為0.01。

2.2 單孔注液試驗

本次現(xiàn)場單孔注液試驗位于同一離子型稀土礦山，試驗區(qū)域的坡度為12°~19°，表土層厚度為0.8~1.1 m。試驗開始前，通過單環(huán)法測得注液孔所在區(qū)域的飽和滲透系數(shù)為1.08 m/d。

本次試驗設(shè)定5種注液強(qiáng)度，分別為3.0、2.4、1.8、1.2、0.6 m3/d。在試驗區(qū)域人工鉆5個注液孔，孔深為2~3 m，孔半徑為0.09 m。距離每個注液孔0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 m處各鉆1個孔，分別命名為1號孔、2號孔、3號孔、4號孔、5號孔、6號孔，孔內(nèi)埋置型號為FDS?100水分傳感器，用于記錄不同位置處土壤體積含水率的變化，如圖6所示。其中1號孔、2號孔、3號孔中埋置9個水分傳感器， 4號孔、5號孔中埋置8個水分傳感器，6號孔中埋置7個水分傳感器，水分傳感器的埋深及埋置位置如圖7所示。

圖6 水分傳感器布置平面圖

為使試驗區(qū)域土體恢復(fù)至初始狀態(tài)，儀器布置完畢后，靜置2個月，隨后開始向注液孔內(nèi)連續(xù)注液。注液方式是由高位池引出1根PVC主管，在主管相應(yīng)位置上分別引出1根PVC支管至對應(yīng)的注液孔。為控制和記錄注液量，在支管的出水口處安裝1個水龍頭和1個水表。

試驗正式開始后，將各水分傳感器連接至主機(jī)采集器，利用主機(jī)采集器記錄土壤體積含水率的變化，數(shù)據(jù)采集時間間隔設(shè)定為3 min，同時利用數(shù)顯型液位變送器記錄注液孔內(nèi)積水深度的變化。當(dāng)注液孔周邊90%以上水分傳感器讀數(shù)及孔中液面高度趨于穩(wěn)定時，則認(rèn)為該注液孔周邊滲流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。注液10 d后達(dá)到穩(wěn)滲狀態(tài)，試驗所得孔中液面高度和影響半徑見表3。

表3 現(xiàn)場試驗實測值

2.3 試驗結(jié)果與分析

2.3.1 模型的驗證

采用本模型計算得到試驗條件下的注液強(qiáng)度和影響半徑，詳見表4。

由表4可看出，除液面高度為0.32 m時模型計算出的孔周入滲強(qiáng)度偏大外，其余液面高度下模型計算結(jié)果與現(xiàn)場試驗結(jié)果的誤差均在25%以內(nèi)；同時考慮到原地浸礦技術(shù)規(guī)范中提出的注液孔深為見礦0.5~1.0 m，即要求注液孔中液面高度為0.5~1.0 m，該孔內(nèi)液面深度范圍內(nèi)，誤差均小于20%，因此可以認(rèn)為滿足工程要求，驗證了計算模型的有效性。

圖7 水分傳感器布置剖面示意圖

表4 注液孔影響半徑及孔周入滲強(qiáng)度的計算值與試驗值

2.3.2 注液孔半徑與影響半徑的關(guān)系

現(xiàn)討論穩(wěn)滲狀態(tài)下影響半徑隨注液孔半徑的變化規(guī)律。由模型計算的數(shù)據(jù)可得，液面高度為0.69 m、0.95 m、1.13 m 3種情況下，影響半徑隨注液孔半徑的變化規(guī)律如圖8所示。

圖8 注液孔徑對影響半徑的影響

從圖8可以看出，當(dāng)注液孔半徑小于0.2 m時，隨注液孔孔徑增加，影響半徑成非線性增加；當(dāng)注液孔半徑大于0.2 m時，隨注液孔孔徑增加，影響半徑近似成線性增加。為進(jìn)一步反映注液孔孔徑對影響半徑的影響，采用冪函數(shù)=′×0′(′和′為擬合參數(shù))擬合影響半徑與孔徑的關(guān)系，擬合結(jié)果見表5，決定系數(shù)都大于0.98，擬合效果較好。影響半徑對注液孔徑求導(dǎo)數(shù)，導(dǎo)數(shù)值的大小可以作為設(shè)計注液孔大小的依據(jù)，導(dǎo)數(shù)值越大，表明注液孔的注液效率越高，由擬合結(jié)果計算得到影響半徑對注液孔徑的導(dǎo)數(shù)值與孔徑的關(guān)系，如圖9所示。圖9表明，隨注液孔徑增加，注液效率降低；目前原地浸礦工程中的注液孔半徑通常為0.1 m，此時影響半徑對注液孔徑的導(dǎo)數(shù)值大于1，具有較高的注液效率，表明現(xiàn)有的孔徑設(shè)計是合理的。

表5 參數(shù)A′和B′的擬合結(jié)果

圖9 影響半徑對注液孔孔徑的導(dǎo)數(shù)值與孔徑的關(guān)系

2.3.3 孔內(nèi)液面高度與影響半徑的關(guān)系

現(xiàn)進(jìn)一步討論穩(wěn)滲狀態(tài)下影響半徑隨孔內(nèi)液面高度的變化規(guī)律。當(dāng)注液孔半徑為0.1 m且孔中液面高度不超過3m時，采用本模型計算得到注液孔影響半徑與孔徑的關(guān)系，如圖10所示。由圖10可知，注液孔影響半徑與孔中液面高度近似成線性關(guān)系，采用線性函數(shù)=+(和為擬合參數(shù))影響半徑與液面高度的關(guān)系，擬合結(jié)果為=0.54，=0.29，決定系數(shù)為0.99，擬合效果較好。

圖10 孔內(nèi)液面高度對影響半徑的影響

3 結(jié)論

1) 假設(shè)注液孔孔底以上濕潤體為橢球體，基于注液孔孔周入滲強(qiáng)度等于注液孔孔底影響范圍內(nèi)的下滲強(qiáng)度，建立穩(wěn)滲狀態(tài)下單孔注液影響半徑的計算模型，現(xiàn)場試驗驗證了該模型的有效性。

2) 現(xiàn)場試驗獲得5種注液強(qiáng)度條件下孔中液面高度和影響半徑，采用本模型計算得到的影響半徑與現(xiàn)場試驗得到的影響半徑的最大誤差為8.14%，滿足工程要求。

3) 當(dāng)注液孔半徑小于0.2 m時，隨注液孔孔徑增加，影響半徑成非線性增加；當(dāng)注液孔半徑大于0.2 m時，隨注液孔孔徑增加，影響半徑近似成線性增加，目前原地浸礦工程中的注液孔半徑通常為0.1 m，此時影響半徑對注液孔徑的導(dǎo)數(shù)值大于1，具有較高的注液效率，表明孔徑是合理的。

4) 當(dāng)注液孔半徑為0.1 m和孔中液面高度不超過3 m時，注液孔影響半徑與孔中液面高度近似成線性關(guān)系。

[1] 田 君, 尹敬群, 歐陽克氙, 池汝安. 風(fēng)化殼淋積型稀土礦提取工藝綠色化學(xué)內(nèi)涵與發(fā)展[J]. 稀土, 2006, 27(1): 70?72, 102.Tian Jun, Yin Jing-qun,Ouyang Ke-xian, CHI Ru-an. Development progress and research connotation of green chemistry of extraction process of rare earth from weathering crust elution-deposited rare earth ores in China[J]. Chinese Rare Earths, 2006, 27(1): 70?72, 102.

[2] 袁長林. 中國南嶺淋積型稀土溶浸采礦正壓系統(tǒng)的地質(zhì)分類與開采技術(shù)[J]. 稀土, 2010, 31(2): 75?79.Yuan Chang-lin. Leaching mining positive pressure system's geological classification and corresponding mining technology of Chinese Nanling illuviation rare earth[J]. Chinese Rare Earths, 2010, 31(2): 75?79.

[3] 賴兆添, 姚渝州. 采用原地浸礦工藝的風(fēng)化殼淋積型稀土礦山“三率”問題的探討[J]. 稀土, 2010, 31(2): 86?88.Lai Zhao-tian, Yao Yu-zhou. Discussion on extraction rate, ore -dilution rate and ore-dressing recovery inweathered crust -leaching rare earth mines with in-situ leaching mining technology[J]. Chinese Rare Earths, 2010, 31(2): 86?88.

[4] 王觀石, 鄧 旭, 胡世麗, 洪本根, 羅嗣海. 非達(dá)西滲流條件下的單孔注液強(qiáng)度計算模型[J]. 礦冶工程, 2015, 35(3): 4?8, 13.Wang Guan-shi, Deng Xu, Hu Shi-li, HONG Ben-gen, LUO Si-hai. A calculation model for intensity of single-hole liquid injection under non-darcy flow condition[J]. Mining and Metallurgical Engineering, 2015, 35(3): 4?8, 13.

[5] 饒 睿, 李明才, 張樹標(biāo), 饒運(yùn)章, 鐘健民. 離子型稀土原地浸礦采場滑坡特征及防控試驗研究[J]. 稀土, 2016, 37(6): 26?31.Rao Rui, Li Ming-cai, Zhang Shu-biao, RAO Yun-zhang, ZHONG Jian-min. Experimental study on landslide features and countermeasures of in situ leaching stope of ion type rare earth mines[J]. Chinese Rare Earths, 2016, 37(6): 26?31.

[6] 湯洵忠, 李茂楠, 楊 殿. 離子型稀土礦原地浸析采場滑坡及其對策[J]. 金屬礦山, 2000(7): 6?8, 12.Tang Xun-zhong, LI Mao-nan, YANG Dian. Stope slide in in-situ leaching of ionic-type rare earth ore and its countermeasures[J]. Metal Mine, 2000(7): 6?8, 12.

[7] 曾 鈴, 付宏淵, 何忠明, 賀 煒, 周功科. 飽和-非飽和滲流條件下降雨對粗粒土路堤邊坡穩(wěn)定性的影響[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2014, 45(10): 3614?3620.ZENG Ling, FU Hong-yuan, HE Zhong-ming, HE Wei, ZHONG Gong-ke. Impact of rainfall on stability of granular soil embankment slope considering saturated-unsaturated seepage[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2014, 45(10): 3614?3620.

[8] 雷志棟, 楊詩秀, 謝森傳. 土壤水動力學(xué)[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 1988.Lei Zhi-dong, YANG Shi-xiu, XIE Sen-chuan. Soil water dynamics [M]. Beijing: Tsinghua University Press, 1988.

[9] 張 杰, 韓同春, 豆紅強(qiáng), 馬世國. 基于分層假定入滲模型的邊坡安全性分析[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2014, 45(9): 3211?3218.ZHANG Jie, HAN Tong-chun, DOU Hong-qiang, MA Shi-guo. Analysis slope safety based on infiltration model based on stratified assumption[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2014, 45(9): 3211?3218.

[10] 尹升華, 謝芳芳. 基于Green-Ampt模型離子型稀土柱浸試驗入滲水頭的確定[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2016, 26(12): 2668?2675. YIN Sheng-hua, XIE Fang-fang. Infiltration head of ion-absorbed rare earth with column leaching experiment determined based on Green-Ampt model[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2016, 26(12): 2668?2675.

[11] 何 丹, 馬東豪, 張錫洲, 張佳寶, 鄭子成. 土壤入滲特性的空間變異規(guī)律及其變異源[J]. 水科學(xué)進(jìn)展, 2013, 24(3): 340?348. HE Dan, MA Dong-hao, ZHANG Xi-zhou, ZHANG Jia-bao, ZHENG Zi-cheng. Regularity of spatial variability of soil infiltration and its variation sources[J]. Advances in Water Science, 2013, 24(3): 340?348.

[12] 趙偉霞, 張振華, 蔡煥杰, 謝恒星. 恒定水頭井入滲Green-Ampt模型的改進(jìn)與驗證[J]. 水利學(xué)報, 2010, 41(4): 464?470.ZHAO Wei-xia, ZHANG Zhen-hua, CAI Huan-jie, XIE Heng-xing. Improvement and verification of the Green-Ampt model for constant-head well permeameter[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2010, 41(4): 464?470.

[13] 張克恭, 劉松玉. 土力學(xué)(第三版)[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2010?8.Zhang Ke-gong, Liu Song-yu. Soil mechanics(Third Edition)[M]. Beijing: China Building Industry Press, 2010?8.

[14] SCHAAP M G, FEIKE J. Improved prediction of unsaturated hydraulic conductivity with the Mualem-Van Genuchten model[J]. Soil Science Society of America, 2002, 64(3): 843?851.

[15] MEIN R G, FARRELL D A. Determination of wetting front suction in the Green-Ampt equation[J]. Soil Science Society of America Proceedings, 1974, 38(6): 872?876.

[16] 呂 特, 張 潔, 薛建峰, 黃宏偉, 于永堂. Green-Ampt模型滲透系數(shù)取值方法研究[J]. 巖土力學(xué), 2015, 36(S1): 341?345.Lü Te, Zhang Jie, Xue Jian-feng, HUANG Hong-wei, YU Yong-tang. Determining permeability coefficient of Green-Ampt modelfor infiltration analysis[J]. Rock and Soil Mechanics, 2015, 36(S1): 341?345.

[17] 葉為民, 錢麗鑫, 白 云, 陳 寶. 由土–水特征曲線預(yù)測上海非飽和軟土滲透系數(shù)[J]. 巖土工程學(xué)報, 2005, 27(11): 1262?1265.Ye Wei-min, Qian Li-xin, Bai Yun,CHEN Bao. Predicting coefficient of permeability from soil-water characteristic curve for Shanghai soft soil[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2005, 27(11): 1262?1265.

A calculation model of influence radius ofsingle-hole injection in in-situ leaching

GUI Yong1, WANG Guan-shi2, 3, LAI Yuan-ming2, HONG Ben-gen1, HU Shi-li3, LONG Ping1

(1. School of Resources and Environmental Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, China;2. Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China; 3. School of Architectural and Surveying & Mapping Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, China)

It is of great significance for the reasonable determination of the hole pattern parameters to master the influence radius of single-hole injection in steady state. This work assumed that the wetted body above the hole bottom was ellipsoid, based on the infiltration intensity around injecting hole equals to the leaching intensity in the influenced area of hole bottom, a calculation model was established for the influence radius of single-hole injection under steady infiltration state. The liquid height in the hole and the influence radius were obtained by field test under five kinds of injection intensity, and compared with the calculated results. The results show that the maximum error between calculated value and measured value of the influence radius is 8.14%, up to the requirement of project, so the validity of the model is proved. When the injecting hole radius is not more than 0.2 m, the influence radius increases nonlinearly with the increase of aperture. And the influence radius increases linearly with the increase of aperture when the injecting hole radius is more than 0.2 m. The influence radius of the injecting hole is approximately linear with the liquid height in the hole when the injecting hole radius is 0.1 m and the liquid height in the hole is not more than 3 m.

in-situ leaching; injecting hole; influence radius; ion-type rare earth

Projects(51664015, 41602311, 51264008) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(GJJ150658) supported by the Science and Technology Project of Education Department, China; Project(KJLD14042) supported by the Science and technology landing project of Jiangxi Provincial Education Department, China

2017-03-06;

2017-05-22

WANG Guan-shi; Tel: +86-13576737701; E-mail: wgsky010@ 126.com

國家自然科學(xué)基金資助項目(51664015，41602311，51264008)；教育廳科技項目(GJJ150658)；江西省教育廳科技落地計劃項目(KJLD14042)

2017-03-06；

2017-05-22

王觀石，教授，博士；電話：15179716062；E-mail：wgsky010@126.com

10.19476/j.ysxb.1004.0609.2018.05.22

1004-0609(2018)-05-1050-09

TD865

A

(編輯 王 超)