一种瞬间电脉冲致使金属矿层碎裂的系统及使用方法与流程

本发明涉及原位溶浸开采技术领域，特别是指一种瞬间电脉冲致使金属矿层碎裂的系统及使用方法。

背景技术：

原位溶浸是指通过注液钻孔将溶液从地表注入深地矿体，溶液在矿体内流动过程中，与目标矿物发生浸出反应，获得的可溶性金属离子进入溶液，经抽液孔将溶液提升至地表，最后通过萃取-电积工艺获取金属产品。该技术能实现井下无人作业，避免矿体开挖带来的环境破坏，具有安全性高、污染小和成本低等特点。其中，溶液在矿体内流动过程是整个浸矿过程的核心，研究孔隙演变对原位溶浸技术的推动和发展起着至关重要的作用。近年来，许多科研工作者对原位溶浸在各种环境条件下的性能变化进行了一定的基础试验研究。

在研究影响原位溶浸性能各种因素时，孔裂结构往往起着至关重要的作用。溶浸体系孔裂结构是浸出反应体系的“骨架”，溶浸液必须经由孔裂结构才能抵达反应界面，进而与矿物接触发生化学反应，溶蚀出金属离子也需由孔裂网络发生运移，对于矿物浸出具有重要影响。在实际的原位溶浸过程中，面临高温、高渗透压、高地压的复杂深地环境，并且随着浸矿反应的进行，不同时间段孔裂演变是动态的，所以在实验室内研究在单一条件下的孔裂变化远远不能与实际情况相匹配。例如：实验室过程中得到的渗流裂缝数据远远大于深地原位溶浸的数据，这是由于高低压对渗流裂缝造成了压缩。因此，如何提高原位溶浸过程中矿体种微裂隙结构以及浸出率成为了广泛的研究对象。

综上，研究原位溶浸过程中渗流裂缝显得尤为重要。但是，目前关于此项技术的报道或研究较少。本发明旨在提出一种瞬间电脉冲致使金属矿层碎裂的方法，为提高原位溶浸设计的精准化提供技术依据。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种瞬间电脉冲致使金属矿层碎裂的系统及使用方法。

该系统包括变压器、整流器、储能电容、能量控制器、能量转换器、放电电极、套管保护装置、数据采集仪、数据分析系统、传输数据线及压力表，其中，变压器与整流器相连接，用于将交流电转换为直流电，整流器与储能电容通过螺纹连接，储能电容与能量控制器相连接，能量控制器与能量转换器相连接，能量转换器一端连接储能电容，能量转换器另一端与放电电极相连接，放电电极另一端与数据采集仪相连，数据采集仪通过传输数据线连接数据分析系统，数据采集仪和数据分析系统之间的传输数据线上设置压力表，储能电容和能量转换器外部设置套管保护装置。

变压器根据矿层的强度来选择升压或降压，变压器与整流器相连接来实现交流电到直流电的转换。

储能电容为两组，每组储能电容之间通过螺纹首尾串联而成，并且两组互相独立的储能电容之间通过并联连接。

能量控制器上装有各种控制按钮，能够改变储能电容内部的连接方式，实现电容间串联、并联自由转换，进而使能量输出自由

能量转换器将电能转化为瞬间电脉冲，放电电极直接与矿体相接触，通过释放瞬间电脉冲，实现微裂隙的生成。

套管保护装置通过内外螺纹相连接的方式对整个瞬间电脉冲致使金属矿层碎裂装置起到保护作用。

该系统的使用方法具体包括步骤如下：

s1：依据原位溶浸矿体面积、矿体深度、溶浸液体积等条件分析计算得到所需瞬间电脉冲致使金属矿层碎裂的范围；

s2：利用钻机在矿体内打垂直钻孔，大致记录钻孔深度；

s3：将由内外螺纹连接而成的套管保护装置整体塞入垂直钻孔；

s4：将第一节储能电容放入套管保护装置中，并将能量转换器、放电电极固定至第一节储能电容的端部；

s5：接着用s4中所描述的同样的方法将剩余的储能电容连续上紧并送至套管保护装置内，并且储能电容的数量与钻孔的长度进行对比验证(数据分析系统会记录不同深度各种矿石破碎所需电脉冲大小。储能电容与钻孔的长度验证，可以由储能电容数量确定输出的电脉冲大小，进而与数据分析系统进行对比，进一步提高本发明的准确性以及实用性)；

s6：打开数据采集仪电源，开始对数据进行收集；

s7：打开能量控制器，对矿体施压，形成裂缝；

s8：数据收集完毕，通过端口对数据进行下载；

s9：将套管保护装置取出，并且对储能电容、能量转换器和放电电极进行整理归置，并对储能电容进行再次储能，确保电量足够；

s10：运用数据分析系统对每次的瞬间电脉冲致使金属矿层碎裂情况进行分析，并作记录。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，能够同时精确对矿体进行造缝，并且可以得到实时、在线、连续的监测数据，为原位溶浸采矿的分析提供精确依据。主要有以下几个优点：第一、适用于任何矿体的造缝行为，高硬度岩体和低硬度岩体；第二、能够精确对矿体进行造缝，最远监测距离可以达到数百米，远远满足监测需求，同时为以后的室内相关试验提供可靠依据；第三、整个造缝过程数据采用采集系统自动收集，过程安全高效；第四，由于系统的便携性与灵活性，可根据每个矿体的特定条件，灵活布置操作点。第五，根据数据收集系统可大致确定深部岩石破碎施加高压范围，并可对其进行调控；同时该系统具有操作简单、制作成本相对较低、寿命周期长、智能化等特点，可为以后原位溶浸采矿的室内设计提供现场依据，具有很强的理论和实用价值。

附图说明

图1为本发明的瞬间电脉冲致使金属矿层碎裂的系统结构图；

图2为本发明系统的变压器区域划分示意图；

图3为本发明系统的储能电容连接方式示意图。

其中：1-变压器，2-整流器，3-储能电容，4-能量控制器，5-能量转换器，6-放电电极，7-套管保护装置，8-传输数据线，9-数据分析系统，10-数据采集仪，11-压力表，12-高压变压器控制区，13-低压变压器控制区，14-内外螺纹连接，15-储能电容并联连接，16-储能电容串联连接。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种瞬间电脉冲致使金属矿层碎裂的系统及使用方法。

如图1所示，该系统包括变压器1、整流器2、储能电容3、能量控制器4、能量转换器5、放电电极6、套管保护装置7、传输数据线8、数据分析系统9、数据采集仪10及压力表11，其中，变压器1与整流器2相连接，用于将交流电转换为直流电，整流器2与储能电容3通过螺纹连接，储能电容3与能量控制器4相连接，能量控制器4与能量转换器5相连接，能量转换器5一端连接储能电容3，能量转换器5另一端与放电电极6相连接，放电电极6另一端与数据采集仪10相连，数据采集仪10通过传输数据线8连接数据分析系统9，数据采集仪10和数据分析系统9之间的传输数据线8上设置压力表11，储能电容3和能量转换器5外部设置套管保护装置7。

变压器1根据矿层的强度来选择升压或降压，变压器1与整流器2相连接来实现交流电到直流电的转换。本发明系统中的变压器分为高压变压器控制区12和低压变压器控制区13，如图2所示，变压器1通过内外螺纹连接14与整流器2相连。

如图3所示，储能电容3为两组，每组储能电容之间通过螺纹首尾串联而成，形成储能电容串联连接16，两组互相独立的储能电容之间通过并联连接，形成储能电容并联连接15。

能量控制器4上装有各种控制按钮，通过改变储能电容3的串并联实现能量输出自由。

能量转换器4将电能转化为瞬间电脉冲，而放电电极6直接与矿体相接触，通过释放瞬间电脉冲，实现微裂隙的生成。

套管保护装置7通过内外螺纹相连接的方式对整个瞬间电脉冲致使金属矿层碎裂装置起到保护作用，实际监测中根据需要计算出所需套管保护装置7的数量。

应用该系统时，具体操作方法如下：

(1)依据原位溶浸矿体面积、矿体深度、溶浸液体积等条件分析计算得到所需瞬间电脉冲致使金属矿层碎裂的范围。

(2)利用钻机在矿体内打垂直钻孔，大致记录钻孔深度。

(3)将由内外螺纹连接而成的套管保护装置整体塞入垂直钻孔。

(4)将第一节储能电容放入套管保护装置中，并将能量转换器、放电电极固定至第一节储能电容的端部。

(5)接着用上述(4)中所描述的同样的方法将剩余的储能电容连续上紧并送至套管保护装置内，并且储能电容的数量，与钻孔的长度进行对比验证。

(6)开启数据采集仪电源，开始对数据进行收集。

(7)打开能量控制器，对矿体施压，形成裂缝。

(8)数据收集完毕，通过端口对数据进行下载。

(9)将套管保护装置取出，并且对储能电容、能量转换器和放电电极进行整理归置，并对储能电容进行再次储能，确保电量足够。

(10)运用数据分析系统对每次的瞬间电脉冲致使金属矿层碎裂情况进行分析，并作记录。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。