三维遥感技术辅助离子型稀土矿原地浸取工艺的方法

摘要

本发明提供一种三维遥感技术辅助离子型稀土矿原地浸取工艺的方法，通过采用无人机及其三维遥感技术对离子型稀土矿矿区工作区地表的测定，建立地面遥感三维模型，并利用地面遥感三维模型的遥感解译，获取断层的位置、平面延伸方向、剖面延伸状况等地质环境信息，根据遥感构造解译结果，分析其对稀土矿原地浸取工艺的影响，采取正确的方法应对。对区内大规模的断层，一般布设钻孔是要远离断层，减少浸取液的流失；对于小规模断层，可以利用断层汇聚浸取液。采用遥感技术辅助离子型稀土矿原地浸取生产，可以明显提高浸取液的回收率，节约生产成本、降低投资风险，最大限度地减少对环境的影响。

说明书

技术领域

本发明涉及采矿技术领域，具体来说，涉及一种三维遥感技术辅助离子型稀土矿原地浸取工艺的方法。

背景技术

稀土是镧、铈和镨等17种稀有元素的总称，是一组同时具有电、磁、光以及生物等多种特性的新型功能材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料。用稀土制得的磁性材料其磁性极强，用途广泛。在化学工业中广泛用作催化剂。稀土氧化物是重要的发光材料、激光材料。中国拥有丰富的稀土矿产资源，成矿条件优越，堪称得天独厚，探明的储量居世界之首，为发展中国稀土工业提供了坚实的基础。离子型稀土矿的开采工艺经历了池浸工艺和堆浸工艺，现已发展到原地浸矿。

原地浸矿开采离子型稀土的工艺是在稀土矿体区域布置注液井网，通过注液井向矿体注入浸取剂溶液，使其与稀土离子发生交换反应形成母液，母液从收液工程流出，用草酸沉淀母液中的稀土，实现资源回收的目的。由于原地浸矿开采过程中不需剥离表土，不开挖与搬运矿体，达到不破坏植被，环境污染小，稀土资源回采率大幅提高的目的，被称为“绿色高效”的开采工艺，取得了较好的社会和经济效益。

目前，南方离子型稀土矿山正在推广应用原地浸矿开采工艺。工作中，因为溶洞和断层等地质构造的原因，项目导流孔布置不合理，导致收液效果不理想，不仅浪费了宝贵的稀土资源，还造成了土壤和地下水系的污染，给矿区周边地区的生产和生活带来危害。如何高效回收母液是原地浸矿工艺面临的核心技术难题之一，特别是开采地质条件复杂、底板裂隙发育的稀土矿体。大部分稀土矿山没有完好底板，如赣南70％的稀土矿山中不具备完好底板，因而收液技术直接决定原地浸矿工艺的生命力。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提供了一种三维遥感技术辅助离子型稀土矿原地浸取工艺的方法，其通过采用三维遥感技术对离子型稀土矿原地的三维地貌进行描绘，准确把握断层位置及方向，实现研究不同地质条件和工艺参数下离子型稀土原地浸矿渗流过程和渗流规律，从而优化收集浸取液收集池位置，为合理确定实际收液工程布置提供辅助依据。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供一种三维遥感技术辅助离子型稀土矿原地浸取工艺的方法，包括如下步骤：

1)根据离子型稀土矿原地浸取工作区的面积，进行工作区划分，设计无人机测量流程。设计过程考虑无人机的续航能力及测量精度；所述离子型稀土矿原地是指离子型稀土矿矿体覆盖区域及与矿体相邻的无矿区域；

2)利用无人机倾斜测量技术进行工作区遥感扫描，安装数据存储设备、GPS仪、测距传感器和遥感摄影仪等，按照设计的无人机测量流程，运用无人机对离子型稀土矿原地浸取工作区进行地貌的倾斜摄影测量；无人机以固定的高程进行飞行扫描多角度的获取数据影像数据和建模需要的高程数据；通过GPS获取地面点的具体坐标位置，通过遥感摄影仪拍摄地面点具体影像；在飞行扫描过程中获取的数据存储并传送给地面PC端。

3)基于步骤2)获得的数据，综合运用倾斜三维自动建模技术、倾斜三维交互式建模技术和三维实景模型编辑技术，完成稀土原地浸取工作区三维遥感场景构建。其构建过程主要可分为四个步骤：①基于倾斜影像自动化处理系统，进行倾斜影像空三加密、影像点云匹配、模型三角网构建优化和模型纹理自动映射，自动化生成三维实景模型成果；②在倾斜影像空三加密成果或倾斜三维模型成果的基础上，基于透视成像原理，采用人机交互的方式采集模型轮廓线，通过纹理自动映射技术，实现精细化三维单体模型的快速构建；③对三维实景模型成果进行踏平、删悬浮物等编辑操作处理；④在三维应用平台中，将三维实景模型编辑后成果和三维单体模型成果进行叠加套合显示，得到稀土原地浸取工作区三维遥感场景。

4)对稀土原地浸取工作区三维遥感场景上的地形和地质特征构造进行遥感解译得到遥感三维模型；具体通过建立的遥感三维模型，相当于一定比例尺缩小了的地面立体模型；遥感三维模型是高分辨率、高清晰度的地面三维遥感影像，一般要求地面分辨率达到0.2～0.5m。三维遥感影像高清，一般需要通过无人机倾斜摄影方式从不同方向获取同一地面物体的不同侧面的高清晰度遥感影像；同时，利用GPS获取相机位置信息，利用激光雷达获取距离及方位信息等；再将高清遥感影像、位置、距离和方位等信息导入专业建模软件中，得到清晰地三维地面遥感模型。遥感三维模型全面、真实地反映了各种地物(包括地质体)的特征及其空间组合关系。在遥感三维模型上进行目视解译，凸起和凹陷的位置可以进行重点判断，通过相互之间的位置关系判断是正断层还是逆断层根据绵延的长度可以进行规模的判断：大规模断层由于规模大，其水平延伸达1km，甚至数公里，垂直延深达数百米，宽度数米至数十米，这类断层，有限的浸取液一旦进入，几乎会流失殆尽；中等规模断层由于规模中等，其水平延深一般数百米，宽度1m左右，垂直延深100～200m；小规模断层一般规模较小，水平延深一般只有几十米，少数超过100m，宽度不超过1m，垂直延深一般只有几十米。利用遥感三维模型进行断层构造，相对于野外地质调查具有视角更高、更效率更高、灵活性更好、成本根底；相对于平面遥感构造解译真实感更强、获取的信息更丰富、更准确，高清三维遥感影像断层构造解译不仅可以获得断层的位置和走向信息，还可以获知断层的倾角大小、规模，水平延伸长度、深部延伸情况等，这些信息可以直接用于指导离子型稀土矿原地浸取生产工程布设。从所得遥感三维模型中的可以直接解译出有断层的位置、地形的走向及陡崖等地质环境信息，确定浸取液的流向。所述分析区内断层对离子型稀土矿原地浸取生产流程的影响是指分析断层对浸取液的收集是有利还是有害。

5)根据所得结论，进行实地验证和考察，精确确定断层走向、倾向和倾角，判断离子型稀土矿原地浸取工艺中浸取液的流向；在解译出来不同规模的断层时采取相应的应对措施，在布设浸取工程时，针对大规模断层，钻孔布设应尽可能远离这类断层；针对中等规模断层，如果地形有利，可以利用断层汇集浸取液，在断层低洼的一段设置导引槽(或孔)，就可以将大部分浸取液导出回收；如果地形不利，就尽量避开断层；针对小规模断层，都可以因势利导，充分利用断层的构造。针对不同的断层，出现如下不同的情况：大规模断层，有限的浸取液一旦进入，几乎会流失殆尽(这就是生产中有时浸取液一点都收集不到的情况)；中等规模断层少量浸取液进入，是很难收集到流出的浸取液的，只有大量的浸取液持续长时间进入，才可回收到部分浸取液；小规模断层一般规模较小，浸取液进入很快就充满整个断层，自然就流出来，回收率就很高。

本发明针对现有技术中离子型稀土矿收集过程中对于断层和其他地质构造判断不明导致母液收集不完全，从而造成浪费和生态污染的问题；以及因为溶洞和断层等地质构造的原因，导致导流孔布置不合理、收液效果不理想的问题；以及因此不仅浪费了宝贵的稀土资源，还造成了土壤和地下水系的污染，给矿区周边地区的生产和生活带来危害等问题，提出一种采用三维遥感技术辅助离子型稀土矿原地浸取工艺的方法。本发明提供的方法，不仅可大大改进现有技术的方法中对浸出液收集过程中的浪费，还能改善对土壤地下水系的污染。

本发明的有益效果：

本发明提供一种三维遥感技术辅助离子型稀土矿原地浸取工艺的方法，通过采用无人机及其三维遥感技术对离子型稀土矿原地工作区表面的测定，建立遥感三维模型，通过对遥感三维模型的遥感解译，得到断层的位置、地形的走形及陡崖等地质环境信息，进而确定浸取液的流向，可精确的获取采矿区的断层及其他成矿构造的位置及走向倾角倾向等产状信息，为收集稀土矿浸取母液提供较为准确的位置，为后续实际进行离子型稀土矿原地浸取工艺的实现提供参考，有助于离子型稀土矿原地浸取工艺工作的快速开展，有助于提高矿山开采效率，可缓解矿山生态环境压力；通过对地形的判断，也有助于提高矿山防滑、抗灾和减灾能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是无断层存在的地层中离子型稀土矿原地浸取液的剖面图

图2是有断层存在的地层中离子型稀土矿原地浸取液的剖面图

图3是有未知断层存在的注液孔平面分布图

图4是在获知断层位置时的注液孔平面分布图

图5是获知断层位置时注液孔剖面图

1-地表；2-钻孔；3-浸取液；4-浸取液土壤渗透；5-工作区；6-断层；7-断层边界线；8-工作区边界线；9-正常收取浸取液导管；10-利用断层设计的导管；11-可遥感解译的地表断层位置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。

实施例1

一种三维遥感技术辅助离子型稀土矿原地浸取工艺的方法，包括如下步骤：

1)根据离子型稀土矿原地浸取工作区的面积，进行工作区划分；根据无人机续航能力进行设计一架或多架无人机获取地面遥感数据；根据实际情况进行航线的设计。

2)无人机安装数据存储设备、GPS仪、测距传感器和遥感摄影仪，按照设计的无人机测量流程，运用无人机对划分的离子型稀土矿原地浸取工作区进行地貌的多角度倾斜摄影测量，无人机以固定的高程进行飞行扫描多角度的获取数据影像数据和建模需要的高程数据；通过GPS获取地面点的具体坐标位置，通过遥感摄影仪拍摄地面点具体影像；在飞行扫描过程中获取的数据存储并传送给地面PC端；在这一过程中，具体影像包括形成工作区的平面图像以及基本环境。

3)将步骤2)测量的数据在遥感建模软件中进行处理，建立遥感三维模型；接收数据的PC端将无人机检测的数据传输至处理设备；综合运用倾斜三维自动建模技术、倾斜三维交互式建模技术和三维实景模型编辑技术，快速完成三维场景构建。其构建过程主要可分为四个步骤：①基于倾斜影像自动化处理系统，进行倾斜影像空三加密、影像点云匹配、模型三角网构建优化和模型纹理自动映射，自动化生成三维实景模型成果；②在倾斜影像空三加密成果或倾斜三维模型成果的基础上，基于透视成像原理，采用人机交互的方式采集模型轮廓线，通过纹理自动映射技术，实现精细化三维单体模型的快速构建；③对倾斜三维实景模型进行踏平、删悬浮物等编辑操作处理；④在三维应用平台中，将三维实景模型编辑后成果和三维单体模型成果进行叠加套合显示，得到稀土原地浸取工作区三维遥感场景。在倾斜辅助建模软件的支持下建立的遥感三维模型能够清晰的、实时的、有效的显示出离子型稀土矿原地浸取工作区的地形特征和地表特征，为遥感解译提供了数据基础。

4)对稀土原地浸取工作区三维遥感场景上的地形和地质特征构造进行遥感解译得到遥感三维模型；三维遥感模型相当于一定比例尺缩小了的地面立体模型。所述遥感三维模型是指高分辨率、高清晰度的地面三维遥感影像，地面分辨率达到0.2～0.5m。它全面、真实地反映了各种地物(包括地质体)的特征及其空间组合关系，可以直接通过对遥感三维模型的解译得到真实的地质构造情况。例如，凸起和凹陷的位置可以进行重点判断如图1和图5的标注11所示，通过相互之间的位置关系和断层的正逆方向判断是正断层还是逆断层根据绵延的长度可以进行规模的判断，大规模断层由于规模大，其水平延伸达1km，甚至数公里，垂直延深达数百米，宽度数米至数十米，这类断层，有限的浸取液一旦进入，几乎会流失殆尽；中等规模断层由于规模中等，其水平延深一般数百米，宽度1m左右，垂直延深100～200m；小规模断层一般规模较小，水平延深一般只有几十米，少数超过100m，宽度不超过1m，垂直延深一般只有几十米。相对于平面遥感构造解译真实感更强、获取的信息更丰富、更准确，高清三维遥感影像断层构造解译不仅可以获得断层的位置和走向信息，还可以获知断层的倾角大小、规模，水平延延伸长度、深部延伸情况等。

5)根据所得结论，进行实地验证和考察，精确确定断层走向、倾向和倾角，判断离子型稀土矿原地浸取工艺中浸取液的流向，计算得出浸取液的收集位置和钻孔位置。

如图1所示，没有断层存在的地层条件下离子型稀土矿浸取自由下渗。在没有断层的地方，浸取液会由于重力和渗透压的作用下向四周扩散，比较均匀的扩散可以很容易把握收集区。有断层存在的地层条件下，离子型稀土矿浸取液流向则发生改变，如图2所示。在有断层的地方，浸取液会顺着断层流失，而很大一部分浸取液在收集区将无法收集到，从而造成了浸取液和稀土元素的流失和浪费，更对工作区的土壤造成了污染，破坏了环境如图3所示。利用本发明建立的三维遥感模型就很好的解决了这一难题，如图4所示，通过对三维模型遥感解译，可对工作区的断层位置及产状做出初步判断，然后通过野外实地调查，精确确定断层走向、倾向和倾角，可以计算得到母液收集位置，以及钻孔位置；从而我们可以改变收集区。如图5所示可以在断层的底端另外设置一个收集母液的收集处，可以大大节省成本增加收集效率，减少浪费减少环境污染。因此，三维遥感技术辅助离子型稀土矿原地浸取工艺的方法，为工作区收集浸取液提供了较为精确的技术支持，大大地降低了工作过程中的浸取液浪费、减少环境污染、提高浸取液的回收率、避免稀土矿资源的意外流失。对浸取工作的进行提供了稳定的保障，为工作效率和工作结果的改善提供了技术基础。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。