專利名稱：行進(jìn)式底部掏槽溶解采礦系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于對(duì)含有所希望的溶質(zhì)的礦石進(jìn)行原位溶解開采的系統(tǒng)和方法，特 別用于天然堿礦床的原位溶解開采。
背景技術(shù)：
從1940年代末已經(jīng)開始對(duì)Green River Basin附近的西南懷俄明州的礦物天然 堿的大量沉積物進(jìn)行機(jī)械地開采，并且經(jīng)這段中介的時(shí)間已經(jīng)通過五種單獨(dú)的采礦作業(yè)進(jìn) 行了開發(fā)。這些采礦作業(yè)在地表以下的額定深度的范圍是從約800英尺至2000英尺。所 有作業(yè)都使用由煤礦開采行業(yè)適配的技術(shù)實(shí)施了某種形式的地下礦石提取。天然堿礦石是包含約90% -95%的碳酸氫三鈉(Na2CO3 · NaHCO3 · 2H20)的一種礦 物。在天然堿礦石中發(fā)現(xiàn)的碳酸氫三鈉溶解在水中產(chǎn)生了約5重量份的碳酸鈉(Na2CO3)以 及4份的碳酸氫鈉(NaHCO3)。正常地將粗的天然堿在其有價(jià)值的鈉成分可以商售之前進(jìn)行純化來去除或減 少雜質(zhì)(主要是頁巖和其他不溶物質(zhì))，該有價(jià)值的鈉成分是作為以下物質(zhì)出售蘇打灰 (Na2CO3)、碳酸氫鈉(NaHCO3)、苛性鈉(NaOH)、碳酸氫三鈉(Na2CO3 · NaHCO3 · 2H20)、一種磷 酸鈉(Na5P3Oltl)或其他含鈉的化學(xué)物。蘇打灰是在美國(guó)制造的最大量的堿類商品的其中一種。蘇打灰的主要用途是在玻 璃制造工業(yè)中并且用于生產(chǎn)小蘇打、洗滌劑以及紙制品。為了回收這些有價(jià)值的堿類產(chǎn)品，通常使用所謂的“一水合物”商業(yè)方法來由天然 堿生產(chǎn)蘇打灰。將粉碎的天然堿礦石進(jìn)行煅燒(即，加熱)來將碳酸氫鈉轉(zhuǎn)化成碳酸鈉、去 除結(jié)晶水并形成粗的蘇打灰。然后將該粗的蘇打灰溶解在水中并從得到的溶液中分離出不 溶的物質(zhì)。將碳酸鈉的澄清溶液進(jìn)料到一臺(tái)蒸發(fā)結(jié)晶器中，在此一些水被蒸發(fā)掉，并且一些 碳酸鈉形成一水合碳酸鈉晶體(Na2CO3 ·Η20)。將這些一水合物晶體從其母液中去除并且隨 后干燥來將其轉(zhuǎn)化為細(xì)密的蘇打灰。將該母液再循環(huán)回到蒸發(fā)器的回路中，用于進(jìn)一步加 工成一水合碳酸鈉晶體。在這些方法中使用的礦石可以是干法開采的天然堿，是通過沉入大約800-2000 英尺(或約Μ0-610米)的豎井并且利用開礦機(jī)和機(jī)械在地下挖掘并將礦石傳送至地表而 得到的。由于礦井深度以及需要有采礦機(jī)和機(jī)械，采礦的成本是生產(chǎn)最終產(chǎn)品的成本的重 要部分。此外，天然堿礦床，也稱為天然堿礦層，經(jīng)常含有厚的頁巖帶，這在機(jī)械采礦過程中 也是必須去除的。然后必須將該頁巖與該礦石一起運(yùn)輸?shù)降孛婢珶拸S、從產(chǎn)品流中去除、并 且運(yùn)回礦井中或地面廢物池。這些不溶性污染物不僅耗費(fèi)了大量金錢來開采、去除、以及處置，它們向操作者回饋了非常小的價(jià)值。被開發(fā)來避免在地下持有開礦機(jī)和機(jī)械的高成本的一種采礦技術(shù)是原位溶解采 礦。以其最簡(jiǎn)單的形式，溶解采礦是通過使一種含鈉礦石如天然堿與一種溶劑(如水)進(jìn) 行接觸來溶解該礦石并形成一種含有溶解的鈉價(jià)值物的一種液體(也稱為“鹽水”)而進(jìn) 行。然后回收該液體并且將其用作進(jìn)料來將其處理成一種或多種鈉鹽。天然堿溶解采礦的 困難在于天然堿是一種非全等溶解的重鹽，它具有相對(duì)慢的溶解速率并且要求高溫來實(shí)現(xiàn) 最大溶解度和產(chǎn)生在目前的處理廠中對(duì)于高效能而要求的高度濃縮的溶液。此外，溶解采 礦還可以隨時(shí)間過去而產(chǎn)生具有不同強(qiáng)度的液體溶液，這是處理廠必須適應(yīng)的。在懷俄明州對(duì)未開采的天然堿進(jìn)行原位溶解開采的嘗試達(dá)到了低于有限的成功， 并且在1990年代初終于被廢棄。目前發(fā)展中的原位天然堿溶解采礦方法總體上涉及穿過 一個(gè)未開采的天然堿礦床水平地定向鉆探某個(gè)距離(一種溶劑(水)穿過該開放井孔的通 道)的井孔圖案、并且收集得到的天然堿液體，將其進(jìn)一步處理用于回收產(chǎn)品。然而，認(rèn)為 這些方法具有本質(zhì)上有限的生產(chǎn)力，因?yàn)樵谄渲芯字車奶烊粔A礦層已被足夠溶解到暴 露出不溶的頂板和底板材料的這一點(diǎn)達(dá)到了可用于溶解的最大表面積。一旦達(dá)到了這一 點(diǎn)，可供該溶劑與之反應(yīng)的僅有的天然堿表面積是該擴(kuò)大的井孔的壁(肋)。因此，有意義 的溶液體積僅可以通過采用非常大數(shù)目的非常昂貴的井孔來實(shí)現(xiàn)。由于用于溶劑作用于其上的“新鮮”天然堿表面積的有限可得性，這些方法還可能 易遭受一種也稱為“小蘇打遮擋(bicarb blinding)”的理論化現(xiàn)象。確實(shí)，因?yàn)樘妓徕c比 碳酸氫鈉更可溶，存在著天然堿體的碳酸鹽比碳酸氫鹽部分更易進(jìn)入溶液中的趨勢(shì)。因此， 暴露的天然堿可以浙濾而變成可溶程度更低的碳酸氫鹽并由此“遮擋”未暴露的天然堿。原位溶解采礦方法現(xiàn)在正用于開采殘余的機(jī)械開采過的天然堿礦床。最近的商業(yè) 天然堿采礦技術(shù)(申請(qǐng)人稱為“混雜”溶解開采法)利用了機(jī)械開采所留下的殘余空隙來 沉積不溶性材料以及其他污染物兩者(統(tǒng)稱為尾礦(tailings)或尾份(tails))并且從用 來攜帶尾份的水溶液中回收鈉價(jià)值物。當(dāng)時(shí)稱為iTenneco Minerals的Solvay Chemicals, Inc. (SCI)率先開始沉積尾份，是在正常的部分提取作業(yè)的過程中從精煉過程返回到機(jī)械 開采的空隙中。因此混雜溶解采礦方法必須依賴于機(jī)械采礦所提供的表面積和開口來使得它們 經(jīng)濟(jì)上可行并且是多產(chǎn)的。若現(xiàn)有機(jī)械采礦沒有以部分提取模式的必要性，則這些“混雜” 采礦方法不能以其目前形式存在。留下的相關(guān)的“殘余天然堿”提供了對(duì)有意義的生產(chǎn)體 積而言必要的暴露天然堿的體積，而留下的開口提供了對(duì)溶劑保留和液體運(yùn)輸而言所需要 的體積。即使殘余的機(jī)械開采過的天然堿的溶解采礦就安全性和生產(chǎn)力兩者而言是優(yōu)選 的采礦方法之一，但也存在有待著手解決的若干問題，其中仍很重要的是資源本身。確實(shí)， 在任何給定的機(jī)械采礦作業(yè)中，只有有限量的天然堿之前已被機(jī)械開采過。在當(dāng)前的天然 堿目標(biāo)礦床將被完全機(jī)械開采時(shí)，操作者將不得不開始開采其他產(chǎn)出程度更低的并且更危 險(xiǎn)的礦床。同樣，因?yàn)樘烊粔A在水中具有相對(duì)較低的溶解度，所以原位的混雜溶解采礦系統(tǒng) 通過在較長(zhǎng)的時(shí)間段將大體積的水引入大體積的暴露天然堿中來對(duì)這種低溶解度進(jìn)行補(bǔ) 償。另外地或者可替代地，采礦操作者可以使用更加侵蝕性的溶劑，如苛性鈉，來增大天然堿的溶解度，但是普遍認(rèn)為生產(chǎn)成本在必須提供有意義的生產(chǎn)體積的規(guī)模上有可能變得起 阻止作用。同樣從另一個(gè)方面來看，可以將可經(jīng)濟(jì)性機(jī)械開采的礦石看作是一種有價(jià)值的資 源。在當(dāng)前的混雜采礦系統(tǒng)中，機(jī)械開采的礦石主要用來提高該“礦井回水(MRW) ”溶液的 總堿度(TA)。MRW典型地含有從12%至20%的TA。經(jīng)過煅燒且浙濾的機(jī)械開采的礦石主 要被用來將MRW的堿度提高到足夠高的濃度(+30%)使之成為向一水合物方法進(jìn)料的一種 經(jīng)濟(jì)的蒸發(fā)器。在環(huán)境溫度下，MRW在20% TA左右變得完全飽和。如果將這種液體直接引 入一個(gè)蒸發(fā)器中，則必須將大量的水煮沸掉以便將濃度(并提高溫度)帶到高達(dá)+30% TA， 此時(shí)開始發(fā)生蘇打灰晶體的沉淀。通過采用MRW以及機(jī)械礦石的常規(guī)煅燒和浙濾，在TA方 面增大了 MRW，因此使得經(jīng)濟(jì)的、機(jī)械開采的礦石成為具有甚至更大價(jià)值的一種資源。因此，對(duì)于天然堿開采操作者存在一種困境。為了保持有競(jìng)爭(zhēng)性，鼓勵(lì)操作者容忍 在優(yōu)選的目標(biāo)礦床中盡可能長(zhǎng)的操作，但是通過這樣做，最終將迫使操作者將這種操作的 一個(gè)重要的并且甚至增長(zhǎng)的部分移到具有較低質(zhì)量的更薄的礦床中并且使用更嚴(yán)苛的開 采條件，同時(shí)該優(yōu)選的礦床正被耗盡并最終變得耗竭。在這種情景下，在全球的蘇打灰市場(chǎng) 上今天的天然堿作業(yè)所享有的競(jìng)爭(zhēng)性優(yōu)勢(shì)將開始隨時(shí)間的過去而減少并且將有可能隨著 礦井的關(guān)閉而結(jié)束，而還有待開采的可供使用的天然堿資源仍然留在土地上。當(dāng)前的混雜 溶解采礦系統(tǒng)以及機(jī)械采礦系統(tǒng)(如長(zhǎng)壁開采)有助于顯著地推動(dòng)礦物資源的回收，但是 它們僅僅是在在這種不可避免的狀況之前。除了對(duì)大量溶劑的需要、有限的生產(chǎn)力以及對(duì)于原位溶解開采天然堿礦床而受到 的“碳酸氫鹽遮擋”的可能的限制之外，意識(shí)到了原位溶解開采天然堿礦床進(jìn)一步遭受了降 低的液體品質(zhì)。確實(shí)，該液體可能被氯化物、硫酸鹽及類似物所污染，在將該液體處理成為 含鈉化學(xué)物時(shí)這些是難以去除的。不僅氯化物污染對(duì)溶解采礦提出了問題，它還在用于精 煉該飽和的溶液(液體)的下游方法中引起了多種嚴(yán)重的問題。這種污染可以如下進(jìn)行解釋。雖然天然堿在水中具有相對(duì)較低的溶解度，但在天 然堿上方的頂板頁巖中一些天然存在的礦物的氯化物鹽(值得注意地是氯化鈉)是高度可 溶的。事實(shí)上，氯化鈉將在顯著程度上代替碳酸鈉和碳酸氫鈉的溶解度。由于氯化物的高 溶解度，一旦氯化物溶解在該液體中，將它與所希望的溶質(zhì)分離是經(jīng)濟(jì)上不可行的。使這種 或這些氯化物鹽離開該處理系統(tǒng)的唯一方式是要么通過清洗到廢物流(隨之也攜帶了有 價(jià)值的母液溶液)中的液體要么通過最終的產(chǎn)品，在此處氯化物即使處于非常小的水平對(duì) 消費(fèi)者也是一種可觀的污染物。簡(jiǎn)言之，采礦過程中富含鈉的液體的氯化物污染物(也稱 為“氯化物中毒”)必須加以避免。避免氯化物污染的這一需要對(duì)所有的原位天然堿溶解采礦方法都提出了一項(xiàng)重 要挑戰(zhàn)，因?yàn)椤奥然镏卸尽眴栴}是從天然堿礦床的沉積的環(huán)境中得來的。在懷俄明州的天 然堿礦床17的例子中，該礦床以地層中一個(gè)相對(duì)不滲透的油頁巖層為界，并且在天然堿自 身的頂板和上部區(qū)域內(nèi)是更軟、更脆的“綠色頁巖”層。對(duì)溶解開采液體的氯化物中毒提出 最大可能性的就是這些上部頁巖。由于這些天然堿礦床沉積的復(fù)雜過程，頂板頁巖趨于包 含顯著量的負(fù)載有氯化物的礦物、連同其他水溶性污染物。如果允許這些頂板頁巖與該液 體大體積地接觸(結(jié)合有破碎和連接)，它們很有可能使該液體“中毒”并致使它不適合用 于精煉。因此，所希望的是原位溶解采礦是以這樣一種方式進(jìn)行，該方式避免使大體積的這些不希望的可溶性礦物與該溶劑相接觸。此外，這些原位溶解采礦方法和系統(tǒng)可能導(dǎo)致寬跨度的暴露于該溶劑液體的無支 持的頂板巖石。當(dāng)這些“開放的頂板跨度”超過一個(gè)臨界距離(范圍從幾英尺高達(dá)也許二十 英尺)時(shí)，該頂板將掉落并沿著其整個(gè)長(zhǎng)度落入充滿溶液的空隙中。在這些情形下，這些頂 板頁巖在該井孔的幾乎整個(gè)生命中嚴(yán)格地說浸漬在該溶劑中。因此，氯化物、無機(jī)物以及其 他可溶性礦物將有可能從這些頁巖中浙濾出并污染該液體，從而致使它無用。在殘余礦柱(pillars)的目前的混雜溶解開采中，這個(gè)問題在多數(shù)情況下可以避 免，因?yàn)樵擁敯宀⒉坏湫偷財(cái)嗔押桶枷莸牟⑶冶辉试S浸漬在該溶劑中。在這種開采方法中 采用的殘余礦柱在該頂板被緩慢溶解掉時(shí)保持它們向上離開該液體。加入不溶性尾礦材料 有助于穩(wěn)定一個(gè)礦柱并避免溶解過程中在該礦柱變得更弱并且在過度負(fù)擔(dān)的荷載下崩潰 時(shí)的完全礦柱失效。然而最終，這些礦柱殘余物周圍的空隙區(qū)域填充的不溶性材料到達(dá)了 一個(gè)點(diǎn)，此時(shí)可供用于該溶劑的天然堿的表面變成無價(jià)值的并且生產(chǎn)下降，直到采礦最后 終止。因此希望的是該采礦作業(yè)進(jìn)行的方式為使得保存適合用于機(jī)械采礦的更希望的 天然堿資源，而同時(shí)從較不希望的礦床中提取天然堿而沒有增大的采礦危險(xiǎn)以及增大的成 本的負(fù)面影響。理想地，應(yīng)該以這樣一種方式來提取天然堿，從而使得對(duì)在天然堿礦床中、尤其是 在這些淺的天然堿礦床(它們目前是較不經(jīng)濟(jì)可行的并且因此是較不希望的)中的機(jī)械采 礦的需要最小化或甚至消除。發(fā)明_既述本發(fā)明著手解決關(guān)于之前的原位溶解采礦系統(tǒng)和方法的這些問題中的一項(xiàng)或多 項(xiàng)，這些系統(tǒng)和方法具體是用于對(duì)天然堿礦床進(jìn)行原位溶解開采、更具體是用于對(duì)未開采 的天然堿礦床進(jìn)行原位溶解開采。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法涉及對(duì)一種含所希望的溶質(zhì)的礦床進(jìn)行原位溶解開采， 其方式是有效地將該希望的溶質(zhì)溶解在一種溶劑中同時(shí)防止或限制該礦石頂板與該溶劑 接觸、并由此消除通過頂板材料的溶解由不希望的(無機(jī)的和/或有機(jī)的)溶質(zhì)帶來的潛 在污染。例如，在天然堿開采的情況下，該方法由此減小或甚至消除了由不希望的氯化物和 /或溶劑可溶的有機(jī)化合物帶來的潛在污染。在開采天然堿礦床的情況下，根據(jù)本發(fā)明的用于天然堿開采的原位溶解采礦方法 總體上在位于一個(gè)非常大的天然堿礦床內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)無內(nèi)襯的井孔部分中使用了一種 溶劑，以溶解此種天然堿礦床的基底，其方式為有效地系統(tǒng)性地下切割該天然堿礦床，從而 使它易受重力加載和粉碎。該溶劑溶解了粉碎的天然堿并將溶解的天然堿送走，這進(jìn)而創(chuàng) 造了一個(gè)掏空的空間(底部掏槽(undercut))用于將更多天然堿材料移動(dòng)到該掏空空間內(nèi) 并暴露于該溶劑中以便溶解。這個(gè)過程創(chuàng)造了對(duì)于有意義的生產(chǎn)水平所需的大量的天然堿 表面積而不要求初始的機(jī)械采礦。通過以一種精確的方式控制溶劑的流動(dòng)，整個(gè)天然堿塊 體從底板向上至頂板或頂板附近被完全溶解掉。申請(qǐng)人由此將此種方法定義為原位“底部 掏槽”溶解采礦方法。底部掏槽的形成在礦床中可以隨著采礦作業(yè)的進(jìn)行而帶有一個(gè)傾斜 梯度行進(jìn)，例如以一種后退模式，像該底部掏槽在礦床的基底處初始地形成為向下傾并在 繼續(xù)在向上傾的方向上形成，或者是以一種前進(jìn)模式，像該底部掏槽在礦床的基底處初始地形成為向上傾并在繼續(xù)在向下傾的方向上形成。因?yàn)榇嬖谥撞刻筒坌纬呻S時(shí)間的過去 沿著初始的無內(nèi)襯井孔或其多個(gè)部分的遷移，因此申請(qǐng)人將這種方法稱為一種“行進(jìn)式”底 部掏槽溶解采礦方法。對(duì)于天然堿礦床的開采，該底部掏槽溶解采礦方法不僅使得能夠在天然堿礦床中 形成一個(gè)“自由面”并允許重力輔助開發(fā)出大量的天然堿礦床表面積用于溶解，而且還防止 或最小化了通過與頂板巖石接觸而可能發(fā)生的該液體的氯化物污染。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第一實(shí)施方案涉及用于對(duì)一個(gè)地下礦床進(jìn)行原位底部掏槽溶 解采礦的方法，該礦床包括選自下組的一種所希望的溶質(zhì)，該組的組成為碳酸氫三鈉、碳 酸鈉和碳酸氫鈉，所述礦床具有一個(gè)底板和一個(gè)頂板，該方法包括以下步驟通過一個(gè)無內(nèi)襯井孔部分來注入一種包括水的溶劑，所述無內(nèi)襯井孔部分包括一 個(gè)定位在所述礦床內(nèi)且在所述礦床底板上方的井下末端，所述無內(nèi)襯井孔部分是水平的或 被傾斜為使得被傾斜為使得其末端之一比另一個(gè)末端處于更高的海拔，以便將所述無內(nèi)襯 井孔部分內(nèi)的或鄰近所述無內(nèi)襯井孔部分的所述井下末端的一個(gè)礦石區(qū)域暴露于該溶劑 中；從所述暴露于溶劑的礦石區(qū)域溶解該所希望溶質(zhì)的至少一部分，其方式為有效地 形成一種含有所述溶解的天然堿的液體并且進(jìn)一步在該礦床底板上方形成一個(gè)底部掏槽， 所述底部掏槽包括所述無內(nèi)襯井孔部分的已經(jīng)通過溶解被侵蝕的至少一個(gè)區(qū)段；重復(fù)該溶劑注入來從該礦石中溶解另外的所希望的溶質(zhì)，由此使該液體富含所希 望的溶質(zhì)，并且進(jìn)一步以一種有效的方式來擴(kuò)寬該底部掏槽并觸發(fā)被布置在所述底部掏槽 上方的未暴露礦石的斷裂以及斷裂礦石碎石通過重力向下運(yùn)動(dòng)至該底部掏槽中，同時(shí)允許 該礦石頂板下陷而不破裂并且防止所述溶劑暴露于位于礦石頂板處或其上方的含氯化物 的材料中以便將該液體的氯化物污染最小化；并且使該液體朝向一個(gè)地下收集區(qū)流動(dòng)以便將所述液體遞送到一個(gè)地上位置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第二實(shí)施方案涉及用于一個(gè)地下礦床的原位底部掏槽溶解采 礦的方法，該礦床包含一種所希望的溶質(zhì)，該礦床包括一個(gè)底板，該方法包括以下步驟a)使一種溶劑穿過定位于一個(gè)無內(nèi)襯井孔部分中的一個(gè)導(dǎo)管，該無內(nèi)襯井孔部分 具有一個(gè)位于該礦床內(nèi)的井下末端，該導(dǎo)管在距離該井孔井下末端一個(gè)預(yù)定距離處具有一 個(gè)位于該無內(nèi)襯井孔部分中的井下注入?yún)^(qū)；b)通過該井下注入?yún)^(qū)來注入該溶劑以便將鄰近該井下注入?yún)^(qū)的一個(gè)礦石區(qū)暴露 于該溶劑中；c)從該暴露礦石區(qū)中溶解所希望的溶質(zhì)，其方式為有效地形成一種包括溶解的所 希望溶質(zhì)的液體，該溶解對(duì)于在礦床底板上方形成一個(gè)底部掏槽是有效的；d)重復(fù)步驟(a)-(c)來通過從溶劑保留的礦石中更多地溶解所希望的溶質(zhì)而擴(kuò) 大該底部掏槽并且觸發(fā)位于該底部掏槽上方的未暴露礦石的斷裂以及斷裂的礦石碎石通 過重力向下運(yùn)動(dòng)到該底部掏槽中；并且e)使該液體通過重力向下傾斜地朝向一個(gè)地下收集區(qū)流動(dòng)以便將所述液體遞送 到一個(gè)地上位置。斷裂的礦石碎石通過重力向下運(yùn)動(dòng)到該底部掏槽中將允許該礦石頂板下陷而不 破碎，由此防止溶劑暴露于位于礦石頂板處或其上方的含氯化物的材料中，從而將溶解的氯化物對(duì)該液體的污染最小化。該無內(nèi)襯井孔部分可以是水平的或被傾斜為使得其末端之一比另一個(gè)末端處于 更高的海拔。該無內(nèi)襯井孔部分優(yōu)選是非垂直的。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第三實(shí)施方案涉及用于對(duì)一個(gè)地下礦床進(jìn)行原位底部掏槽溶 解采礦的方法，該礦床包含一種所希望的溶質(zhì)，該礦床包括一個(gè)底板、一個(gè)頂板、兩個(gè)彼此 水平相對(duì)的橫向邊緣，該方法包括以下步驟a)使一種溶劑穿過定位于一個(gè)無內(nèi)襯井孔部分中的一個(gè)導(dǎo)管，該無內(nèi)襯井孔部分 具有一個(gè)位于該礦床內(nèi)的并且進(jìn)一步位于一個(gè)礦床橫向邊緣處或其附近的井下末端，該導(dǎo) 管在距離該井孔井下末端一個(gè)預(yù)定距離處具有一個(gè)位于該無內(nèi)襯井孔部分中的井下注入 區(qū)；b)通過該井下注入?yún)^(qū)來注入該溶劑以便將鄰近該井下注入?yún)^(qū)的一個(gè)礦石區(qū)暴露 于該溶劑中；c)從暴露的礦石區(qū)中溶解所希望的溶質(zhì)，其方式為有效地形成一種包括溶解的所 希望溶質(zhì)的液體、并且進(jìn)一步在該礦床底板上方形成一個(gè)底部掏槽、并且進(jìn)一步允許位于 該底部掏槽上方的未暴露礦石的斷裂以及斷裂的礦石碎石通過重力向下運(yùn)動(dòng)到該底部掏 槽中；并且d)將形成的液體收集在一個(gè)地下收集室中；并且e)將所收集的液體從該地下收集室遞送至地面。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第四實(shí)施方案涉及用于對(duì)一個(gè)地下礦床進(jìn)行原位底部掏槽溶 解采礦的方法，其中該礦床包含一種所希望的溶質(zhì)(例如，天然堿)并且還包括一個(gè)底板、 一個(gè)頂板、兩個(gè)水平地彼此相對(duì)的橫向邊緣。該方法包括以下步驟a)使一種溶劑穿過定位于一個(gè)無內(nèi)襯井孔部分中的一個(gè)導(dǎo)管，該無內(nèi)襯井孔部分 具有一個(gè)位于該礦床內(nèi)的井下末端，該導(dǎo)管在距離該井孔井下末端的一個(gè)預(yù)定距離處具有 一個(gè)位于該無內(nèi)襯井孔部分中的井下注入?yún)^(qū)；b)通過該井下注入?yún)^(qū)來注入該溶劑以便將鄰近該井下注入?yún)^(qū)的一個(gè)礦石區(qū)暴露 于該溶劑中；c)從暴露的礦石區(qū)中溶解所希望的溶質(zhì)，其方式為有效地形成一種包括溶解的所 希望溶質(zhì)的液體、并且進(jìn)一步在該礦床底板上方形成一個(gè)底部掏槽、并且進(jìn)一步允許位于 該底部掏槽上方的未暴露礦石的斷裂以及斷裂的礦石碎石通過重力向下運(yùn)動(dòng)到該底部掏 槽中；并且d)將形成的液體收集在一個(gè)地下收集區(qū)中。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第五實(shí)施方案涉及用于一個(gè)地下礦床的原位底部掏槽溶解采 礦的系統(tǒng)，該礦床包含一種所希望的溶質(zhì)，該礦床包括一個(gè)底板，該系統(tǒng)包括-多個(gè)無內(nèi)襯井孔(或其部分)，這些井孔是穿過該礦床從一個(gè)第一井孔末端向一 個(gè)第二井孔末端鉆孔的，其中這些無內(nèi)襯井孔與該礦床底板在礦床底板上方的一個(gè)海拔處 是縱向?qū)?zhǔn)的；-一個(gè)溶劑進(jìn)料系統(tǒng)；-定位在每個(gè)無內(nèi)襯井孔內(nèi)的至少一個(gè)導(dǎo)管，其中該導(dǎo)管具有一個(gè)與該溶劑進(jìn)料 系統(tǒng)流體連通的溶劑注入?yún)^(qū)，其中該導(dǎo)管溶劑注入?yún)^(qū)是定位在距離該第二井孔末端的一個(gè)預(yù)定距離處，其中該導(dǎo)管溶劑注入?yún)^(qū)被設(shè)計(jì)為將一種溶劑注入到鄰近該導(dǎo)管溶劑注入?yún)^(qū)的 一個(gè)礦石區(qū)(例如，這些井孔壁的至少一部分)中，其中該導(dǎo)管還包括用于沿著該無內(nèi)襯井 孔移動(dòng)該溶劑注入?yún)^(qū)的一種裝置；-與這些無內(nèi)襯井孔的第二末端流體連通的一個(gè)地下收集區(qū)，其中該地下收集區(qū) 被配置為收集由來自鄰近每個(gè)導(dǎo)管溶劑注入?yún)^(qū)的每個(gè)暴露于溶劑中的礦石區(qū)的所希望溶 質(zhì)的溶解而產(chǎn)生的一種液體；以及-與該地下收集區(qū)的至少一部分處于流體連通的一個(gè)泵送系統(tǒng)，其中該泵送系統(tǒng) 被設(shè)計(jì)為將所收集液體的至少一部分移動(dòng)至一個(gè)地上位置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第六實(shí)施方案涉及用于對(duì)一種含所希望溶質(zhì)(即，礦物價(jià)值 物)的礦床進(jìn)行原位溶解采礦的方法，該方法使用了在以上并且在詳細(xì)說明中描述的該系 統(tǒng)或其不同實(shí)施方案的任何一個(gè)。使用此種系統(tǒng)用于一種含所希望溶質(zhì)(例如，天然堿) 的地下礦床的原位溶解采礦的方法的一個(gè)實(shí)施方案(其中該第二井孔末端可以被定位在 該礦床的一個(gè)下傾區(qū)域或一個(gè)上傾區(qū)域內(nèi))可以包括以下步驟a)通過所述導(dǎo)管將一種溶劑從該溶劑進(jìn)料系統(tǒng)遞送至每個(gè)導(dǎo)管注入?yún)^(qū)；b)通過每個(gè)注入?yún)^(qū)來注入該溶劑以便將鄰近這些導(dǎo)管注入?yún)^(qū)的礦石區(qū)暴露于該 溶劑中；c)從所述暴露礦石區(qū)中溶解所希望的溶質(zhì)，其方式為有效地形成一種包括所溶解 的溶質(zhì)的液體、并且進(jìn)一步在該礦床底板上方形成一個(gè)底部掏槽、并且進(jìn)一步允許位于所 述底部掏槽上方的未暴露礦石的斷裂以及斷裂的礦石碎石通過重力向下運(yùn)動(dòng)到該底部掏 槽中；e)將形成的液體收集在該收集區(qū)中；并且f)將所收集的液體移動(dòng)到地面。本發(fā)明的不同的替代的或另外的實(shí)施方案如下。該注入步驟可以包括橫向地注入該溶劑以便將垂直方向上的溶劑注入最小化。該方法可以還包括將所收集的液體從該地下收集區(qū)遞送至地面，例如通過泵送。該方法可以還包括在低于靜水頭壓力的一個(gè)壓力下進(jìn)行所希望溶質(zhì)的溶解。所 希望溶質(zhì)的溶解可以在形成該底部掏槽之后在靜水頭壓力下進(jìn)行。該方法可以還包括在形成該底部掏槽時(shí)向其中注入一種壓縮氣體。該方法可以進(jìn)一步以一種分批模式進(jìn)行，其中注入該溶劑來填滿該無內(nèi)襯井孔部 分以及所形成的底部掏槽，并然后停止溶劑流動(dòng)，這樣不移動(dòng)的流體溶劑溶解所希望的溶 質(zhì)直到該溶劑對(duì)于所希望的溶質(zhì)是飽和的，在這一點(diǎn)將該液體從該地下收集區(qū)移除送到地 表；并且其中一旦對(duì)該底部掏槽空腔進(jìn)行排水，則重新開始溶劑注入以便重復(fù)這種溶解。該方法可以還包括將不溶性材料注入該底部掏槽中以形成一種不溶性沉積物， 從而改變?cè)撊軇┑牧鲃?dòng)路徑和/或防止溶劑在該底部掏槽的至少一個(gè)區(qū)域中流動(dòng)。該方法可以還包括f)當(dāng)滿足以下條件中的至少一項(xiàng)時(shí)終止至少該注入步驟以 及任選地該溶解步驟i)所收集的液體具有的所希望溶質(zhì)的含量低于一個(gè)最小可接受的值；ii)所收集的液體具有的不希望的溶質(zhì)的含量超過了一個(gè)最大閾值。該不希望的溶質(zhì)可能是氯化鈉，并且所收集的液體可能包含5%或更少的氯化鈉成分。該方法可以還包括g)在進(jìn)行步驟(f)之后將該導(dǎo)管的注入?yún)^(qū)移動(dòng)到該井孔內(nèi)的 另一個(gè)位置。當(dāng)滿足以下條件(i)和(ii)中的至少一項(xiàng)時(shí)可以進(jìn)行步驟(g)?？梢赃M(jìn)行步 驟(g)來將新鮮礦石暴露于該溶劑中，直到該導(dǎo)管注入?yún)^(qū)位于開始進(jìn)行溶劑注入時(shí)的導(dǎo)管 注入?yún)^(qū)的相對(duì)的礦床橫向邊緣處?？梢酝ㄟ^以下步驟中的至少一個(gè)來進(jìn)行步驟(g) :gl)將 該井孔內(nèi)的導(dǎo)管撤回，由此增大該導(dǎo)管末端與該井孔的初始井下末端之間的距離；g2)沿 著一個(gè)預(yù)選定的長(zhǎng)度從該導(dǎo)管末端向上游移動(dòng)而對(duì)該導(dǎo)管本體進(jìn)行穿孔。撤回步驟(gl) 和穿孔步驟(g》可以在與溶劑進(jìn)入導(dǎo)管中的流動(dòng)路徑相對(duì)的方向上進(jìn)行。該方法可以還包括h)重新開始該注入步驟或重新開始步驟(b)和(C)。當(dāng)步驟 (g)完成時(shí)可以進(jìn)行步驟(h)。該方法可以還包括進(jìn)行之前所說明的步驟(e)、步驟(f)、步驟(g)、步驟(h)之 一或它們的任何組合。該溶解采礦方法的另外的實(shí)施方案可以包括一種“行進(jìn)式”底部掏槽，該底部掏槽 可以是從上傾開始并下傾行進(jìn)的一種“行進(jìn)式”底部掏槽或者從下傾開始并上傾行進(jìn)的一 種后退式底部掏槽。因此諸位申請(qǐng)人將這種方法稱為一種“行進(jìn)式”底部掏槽溶解采礦方 法，因?yàn)樵诘V石基底處注入該溶劑的位置隨時(shí)間而移動(dòng)，這種移動(dòng)是從下傾到上傾或反之 亦然。對(duì)于一種行進(jìn)式底部掏槽方法，該方法可以還包括進(jìn)行任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄓ糜诟淖?溶劑注入的位置，以便將新鮮礦石暴露于該溶劑中，例如進(jìn)行之前描述的步驟(gl)和(g2) 中的至少一個(gè)。步驟(h)可以進(jìn)行到直至溶劑注入的位置到達(dá)該礦床的上傾橫向邊緣附近 或此處的一個(gè)礦石區(qū)域。本發(fā)明的一個(gè)第七實(shí)施方案涉及用于在一個(gè)含礦物溶質(zhì)、并且還包括一個(gè)頂板及 底板的礦床內(nèi)創(chuàng)造一個(gè)大空腔的一種溶解反擴(kuò)孔方法。這種方法可以包括從地面向下直到 該礦床頂板的一個(gè)所希望的位置處、優(yōu)選是在該礦床的一個(gè)下傾區(qū)域內(nèi)創(chuàng)造一個(gè)井孔的一 個(gè)內(nèi)襯部分，并且進(jìn)一步用一個(gè)無內(nèi)襯部分將該井孔延伸越過該礦床底板以便形成一個(gè)收 集坑，將一個(gè)井下泵安裝在該收集坑中。該方法還包括通過從地面定向鉆探來鉆探一個(gè)小 的井孔，而在礦石底板上方在礦床的一個(gè)區(qū)域(優(yōu)選是一個(gè)下傾區(qū)域)內(nèi)更加水平地行進(jìn) 直至到達(dá)該收集坑。該方法還包括將一個(gè)導(dǎo)管插入該小井孔內(nèi)部并且從該導(dǎo)管的井下末 端開始在所有方向上噴射高壓的不飽和溶劑，以允許溶解礦物溶質(zhì)，由此增大該井孔的尺 寸(例如，增大的截面面積)并形成一個(gè)空腔；將被埋在礦床中的無內(nèi)襯井孔部分內(nèi)的導(dǎo)管 撤回或?qū)⑵浯┛?；并且重?fù)該溶劑通過以及噴射步驟來繼續(xù)該溶質(zhì)的溶解并擴(kuò)大所形成的 空腔。這個(gè)擴(kuò)大的空腔可以用作在本發(fā)明的行進(jìn)式底部掏槽溶解采礦方法和系統(tǒng)的一些實(shí) 施方案中所采用的收集區(qū)。該礦床可以是一個(gè)未開采的天然堿礦床，并且該溶劑可以包括 水，如鈉價(jià)值物不飽和的一種水溶液，或者可以是水。本發(fā)明的不同的非限制性優(yōu)點(diǎn)如下。它使得能夠通過原位行進(jìn)式底部掏槽溶解采礦進(jìn)行礦物價(jià)值、特別是天然堿價(jià)值 的有效的、安全的且有生產(chǎn)力的提取；它對(duì)于從具有有限垂直范圍(不大于30英尺)但是大的橫向范圍(幾千英尺) 的礦床中有效生產(chǎn)礦物價(jià)值是有用的；
它通過從礦石提取的即時(shí)區(qū)域中移走人員而改善了地下礦石開采的總體安全；它以遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于任何已知機(jī)械方法的總提取比率開發(fā)了礦物資源；它可以在非常大的規(guī)模上被采用；它可以用來或者另外被適配為提取具有一種適當(dāng)特征的任何可溶性礦物沉積 物；它減小或消除了對(duì)機(jī)械采礦的需要；它可以遠(yuǎn)離相同礦床、不同礦床、或地面之處進(jìn)行操作；它是足夠靈活以致可以適應(yīng)陡峭的梯度、厚礦床、薄礦床以及低品質(zhì)的礦床；它可以被適配為用于相對(duì)于該礦床的走向以任何取向進(jìn)行采礦；它可以被適配為水平的或起伏的礦床；它可以用于地面以下多種深度處的礦床，這些深度可能以其他方式被認(rèn)為是通過 已知的機(jī)械裝置難以進(jìn)行或不可能進(jìn)行開采的；和/或它可以用于多礦層的應(yīng)用中。具體地對(duì)于天然堿開采，本發(fā)明減小或消除了對(duì)于在天然堿沉積物中天然存在的 不溶性污染物的共同生產(chǎn)。另外地或可替代地，本發(fā)明在用于天然堿開采時(shí)在防止或降低 生成的天然堿液體被不希望的礦物以及在天然堿上方的頂板巖石中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的其他可溶 性材料(如氯化物或油頁巖組分)以及在天然堿礦床的上部部分中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的頁巖層所污 染的方面是有效的。為了可以更好地理解以下本發(fā)明的詳細(xì)說明，以上內(nèi)容已經(jīng)相當(dāng)概括地指出了本 發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。下文中將對(duì)本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行說明，這形成了本發(fā) 明的權(quán)利要求的主題。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的相同目的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是， 所披露的概念和具體實(shí)施方案可以作為基礎(chǔ)容易地用于修改或設(shè)計(jì)其他結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員還應(yīng)該意識(shí)到此類等效的構(gòu)造或方法并不偏離如在所附權(quán)利要求書中列出的 本發(fā)明的精神和范圍。附圖簡(jiǎn)要說明為了對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明，現(xiàn)在將參考附圖，這些附圖是為了 舉例而非限制而提供的，其中

圖1展示了根據(jù)本發(fā)明的一種系統(tǒng)的一個(gè)第一實(shí)施方案，其中該系統(tǒng)包括在礦床 中鉆出的一個(gè)直的無內(nèi)襯井孔中定位的一個(gè)導(dǎo)管；圖2展示了根據(jù)本發(fā)明的一種系統(tǒng)的一個(gè)第二實(shí)施方案，其中該系統(tǒng)包括在礦床 中鉆出的一個(gè)傾斜的無內(nèi)襯井孔中定位的一個(gè)導(dǎo)管；圖3展示了根據(jù)本發(fā)明的一種系統(tǒng)及其操作的一個(gè)第三實(shí)施方案，其中該系統(tǒng)包 括多個(gè)平行的井孔，并且其中該操作創(chuàng)造了多個(gè)掏空的區(qū)域；圖4展示了根據(jù)本發(fā)明的一種系統(tǒng)及其操作的一個(gè)第四實(shí)施方案，其中該系統(tǒng)包 括多個(gè)平行的井孔，并且其中該操作創(chuàng)造了一個(gè)掏空的溝槽(底部掏槽)，該溝槽連接該多 個(gè)掏空區(qū)域；圖fe、5b、5c展示了在一種第五實(shí)施方案中根據(jù)本發(fā)明采用一種后退式底部掏槽 的原位行進(jìn)式底部掏槽溶解采礦的不同操作模式，其中在該天然堿礦床的一個(gè)下傾區(qū)域中 創(chuàng)建了一個(gè)底部掏槽，如圖fe中所示；其中或者通過在該井孔中撤回該溶劑導(dǎo)管(如圖恥中所示)和/或通過沿著該溶劑導(dǎo)管的一個(gè)預(yù)選定長(zhǎng)度形成穿孔(如圖5c中所示)來移 動(dòng)注入?yún)^(qū)；圖6展示了用于根據(jù)本發(fā)明的原位天然堿開采的一種系統(tǒng)及其操作的一個(gè)第六 實(shí)施方案，其中該操作在該天然堿礦床的基底處創(chuàng)造了一個(gè)新生的底部掏槽構(gòu)造；圖7展示了用于根據(jù)本發(fā)明的原位的后退式底部掏槽溶解天然堿開采的一種系 統(tǒng)及其操作的一個(gè)第七實(shí)施方案，其中該后退式底部掏槽已在該井孔的一個(gè)上傾區(qū)域中通 過將該導(dǎo)管撤回到井孔中而前進(jìn)；圖8展示了用于根據(jù)本發(fā)明的原位溶解采礦的一種系統(tǒng)及其操作的一個(gè)第八實(shí) 施方案，其中采用了一種溶解反擴(kuò)孔技術(shù)來在包括一種礦物溶質(zhì)的礦床中創(chuàng)造一個(gè)大的空 腔；圖9展示了用于根據(jù)本發(fā)明采用一種前進(jìn)式底部掏槽的原位溶解天然堿開采的 一種系統(tǒng)及其操作的一個(gè)第九實(shí)施方案；圖10展示了用于根據(jù)本發(fā)明采用一種前進(jìn)式底部掏槽的原位溶解天然堿開采的 一種系統(tǒng)及其操作的一個(gè)第十實(shí)施方案；圖Ila和lib展示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第十一實(shí)施方案的一個(gè)立面圖及一個(gè)平面 圖，其中在穿過礦床定向鉆出的一個(gè)井孔的上傾的無內(nèi)襯部分中形成一個(gè)前進(jìn)式底部掏槽 是使用一個(gè)定位在井孔中的同心導(dǎo)管以及一種上傾的氣體注入開始的；圖1 和12b展示了如圖lla-b中所示的使用氣體注入的前進(jìn)式底部掏槽形成的 進(jìn)展的一個(gè)立面圖以及一個(gè)平面圖；圖13a和1 展示了在不具有氣體注入的該溶解采礦系統(tǒng)的生產(chǎn)階段(使用如圖 12a-b中所示形成的底部掏槽)過程中的一個(gè)立面圖以及一個(gè)平面圖；圖Ha-C展示了用于根據(jù)本發(fā)明采用一種前進(jìn)式底部掏槽的原位的溶解天然堿 開采的一種系統(tǒng)及其操作的一個(gè)第十二實(shí)施方案；圖lfe-d展示了用于根據(jù)本發(fā)明采用多個(gè)平行底部掏槽的原位的溶解天然堿開 采的一種系統(tǒng)及其操作的一個(gè)第十三實(shí)施方案；圖16a_c展示了用于根據(jù)本發(fā)明采用一種前進(jìn)式底部掏槽的原位的溶解天然堿 開采的一種系統(tǒng)及其操作的一個(gè)第十四實(shí)施方案；并且圖17a_g展示了用于根據(jù)本發(fā)明采用一種前進(jìn)式底部掏槽的原位的溶解天然堿 開采的一種系統(tǒng)及其操作的一個(gè)第十五實(shí)施方案。定義及術(shù)語為了本披露的目的，某些術(shù)語旨在具有以下含義。在“天然堿”、“礦石”、“面積”或“區(qū)域”之前的術(shù)語“暴露于溶劑中的”是指在原位 溶解采礦方法的過程中已經(jīng)與該溶劑接觸的任何礦石、天然堿、面積或區(qū)域。在“天然堿”、“礦石”、“面積”或“區(qū)域”之前的術(shù)語“貧溶質(zhì)的”是指在原位溶解采 礦方法的過程中已經(jīng)與該溶劑接觸的并且更貧乏所希望的溶質(zhì)的任何礦石、天然堿、面積 或區(qū)域。在“天然堿”、“礦石”、“面積”或“區(qū)域”之前的術(shù)語“未暴露的”或“新鮮的”是指 在原位溶解采礦方法的過程中之前未被暴露于該溶劑中的任何礦石、天然堿、面積或區(qū)域。在“天然堿”、“礦石”、“面積”或“區(qū)域”之前的術(shù)語“未開采的”是指從來未被開采過的任何礦石、天然堿、面積或區(qū)域。在“天然堿”、“礦石”、“面積”或“區(qū)域”之前的術(shù)語“開采過的”是指之前已通過機(jī)
械技術(shù)進(jìn)行了開采的任何礦石、天然堿、面積或區(qū)域。如在此使用的術(shù)語“TA”或“總堿”是指溶液中的碳酸鈉和/或碳酸氫鈉(后者常 規(guī)地是以其當(dāng)量的碳酸鈉含量的方式表示)的重量百分比。例如，含17重量百分比Na2CO3 以及4重量百分比NaHCO3的一個(gè)溶液將具有19. 5%的TA。術(shù)語“液體”代表一種含有溶劑以及溶解的所希望的溶質(zhì)(如溶解的天然堿)的 接近飽和的或飽和的溶液。術(shù)語“富液，，表示當(dāng)溶劑經(jīng)過礦石時(shí)該溶劑攜帶了溶解的礦物或一種希望的溶質(zhì) (如天然堿)。該富液可以對(duì)所希望的溶質(zhì)是不飽和的，或者可以是對(duì)所希望溶質(zhì)飽和的一 種液體。優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案涉及用于原位溶解采礦的系統(tǒng)和方法，其中的每一種將一 種溶劑施加至包含一種所希望溶質(zhì)的地下礦石上，其方式為將該礦石進(jìn)行下切割，由此允 許來自過度負(fù)載的重力能將新鮮礦石斷裂成碎石并且將這些新鮮礦石的碎石移動(dòng)到該底 部掏槽中。這種底部掏槽原位溶解采礦確實(shí)使用了重力能來引發(fā)新鮮礦石的斷裂、崩落、坍 陷、以及粉碎進(jìn)入該底部掏槽中。通過礦石溶解造成礦石下切割并通過重力能造成崩落的 這種技術(shù)創(chuàng)造了可供用于暴露于溶劑中的更大表面積的礦石，這在使用之前的原位溶解采 礦方法是將不存在。因此本發(fā)明通過在礦床的一個(gè)特定區(qū)域內(nèi)局部施加一種溶劑流動(dòng)來在礦床基底 處形成一個(gè)底部掏槽而提供了用于消除或減小液體污染、并且由此允許來自這個(gè)特定區(qū)域 上方的新鮮礦石(礦石碎石)通過重力的力量剝落并落入這個(gè)底部掏槽中的一種手段。這 種溶劑的局部施加使得能夠得到新鮮礦石的一種更受控制的剝落/崩落，因?yàn)榈V石的剝落 /崩落被限制在該礦床的一個(gè)特定區(qū)域內(nèi)，因此允許頂板下陷而不破碎。根據(jù)本發(fā)明的這種底部掏槽采礦方法可以行進(jìn)到該礦床的一個(gè)鄰近區(qū)域，在此該 底部掏槽的行進(jìn)可以是以一種后退式底部掏槽上傾的或者是以一種前進(jìn)式底部掏槽下傾 的。在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中，這些無內(nèi)襯井孔或無內(nèi)襯井孔部分可以是水平的或 者被傾斜為使得它們的第一末端比它們的第二末端處于更高的海拔處。每個(gè)無內(nèi)襯井孔 (或其一部分)關(guān)于該待開采的礦床的縱軸可以是接近平行的或傾斜的。每個(gè)無內(nèi)襯井孔 部分優(yōu)選是非垂直的。這多個(gè)無內(nèi)襯井孔(或它們的部分)可以在同一個(gè)平面上，例如同 一個(gè)水平面，但不是必須的。這多個(gè)無內(nèi)襯井孔(或它們的部分)優(yōu)選(盡管非必要地) 是處于一種平行的安排中。這多個(gè)無內(nèi)襯井孔(或它們的部分)與該收集區(qū)的縱軸可以是 垂直的或平行的。這些無內(nèi)襯井孔或它們的部分可以具有至少從3英寸(7.6cm)或至少4 英寸(10. Icm)；和/或最多50英寸(127cm)或最多20英寸(50. 8cm)的內(nèi)部直徑。這些無內(nèi)襯井孔或它們的部分被定位在礦床內(nèi)但是優(yōu)選在礦床底板的上方被鉆 出以便在礦床底板的上方以某個(gè)距離間隔開。這些無內(nèi)襯井孔或它們的部分優(yōu)選被定位在 該礦床厚度的底部三分之一內(nèi)。這些無內(nèi)襯井孔部分可以通過一種定向鉆孔方法來形成。這些無內(nèi)襯井孔或它們的部分可以包括橫向的(定向鉆探的)側(cè)面分枝而在溶劑注入和溶解過程中輔助該底部掏 槽的橫向擴(kuò)寬。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，平行的無內(nèi)襯井孔或它們的部分最初不是彼此流體 連通的，直到它們的通過溶解而從它們的最初井孔位置創(chuàng)造出的對(duì)應(yīng)底部掏槽合并成一個(gè) 底部掏槽溝槽，這個(gè)溝槽允許了它們之間的流體連通。在本發(fā)明的替代實(shí)施方案中，平行的無內(nèi)襯井孔或它們的部分最初是彼此流體連 通的，這或者是通過具有與相鄰的一個(gè)或多個(gè)無內(nèi)襯井孔部分相交的多個(gè)橫向側(cè)面分枝、 或者是通過具有一個(gè)共用的井孔末端而實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)井孔末端通過多個(gè)無內(nèi)襯的彎曲區(qū)段 被連接至這些平行的無內(nèi)襯井孔的每一個(gè)上。在本發(fā)明的替代的或另外的實(shí)施方案中，其中該礦床具有一個(gè)第一橫向邊緣以及 一個(gè)第二橫向邊緣，并且其中該第二橫向邊緣與該第一橫向邊緣水平地相對(duì)，每個(gè)第一井 孔末端可以位于該礦床的第一橫向邊緣附近，并且每個(gè)第二井孔末端可以位于該礦床的第 二橫向邊緣附近。當(dāng)該第二橫向邊緣是該礦床的下傾邊緣時(shí)，該第二井孔末端優(yōu)選地是該 無內(nèi)襯井孔或其部分的井下末端。對(duì)于本發(fā)明的任何一個(gè)以及所有的實(shí)施方案，應(yīng)該理解的是可以定時(shí)地將儀器沿 這些井孔和/或?qū)Ч芟蛳聜鬟f以便測(cè)定該底部掏槽已進(jìn)展了多遠(yuǎn)，例如監(jiān)測(cè)地面下沉程度 以及下沉速率?？梢詫y(cè)量工具的定向桿插入空腔內(nèi)，并且可以將數(shù)據(jù)與初始的孔測(cè) 量值進(jìn)行比較以便測(cè)定底部掏槽的打開尺寸。該溶劑進(jìn)料系統(tǒng)可以包括一個(gè)岐管、靠近地面的一個(gè)地下空腔、或者靠近礦床的 一個(gè)地下空腔。當(dāng)通過一個(gè)導(dǎo)管進(jìn)行溶劑注入時(shí)，可以應(yīng)用以下的另外的或替代的實(shí)施方案。定 位進(jìn)入無內(nèi)襯井孔部分中的導(dǎo)管具有比這些無內(nèi)襯井孔部分更小的直徑，例如像直徑是 從2至15英寸(5-38cm)或直徑是3至10英寸(7. 6-25. 4cm)或者直徑是3至7英寸 (7. 6-17. 8cm)。該溶劑進(jìn)料系統(tǒng)被水力連接到該導(dǎo)管的一個(gè)末端上。該導(dǎo)管注入?yún)^(qū)可以 被設(shè)計(jì)為橫向地注入該溶劑以便以一種基本水平的方式來分散溶劑并且避免在垂直方向 上注入溶劑。距離每個(gè)導(dǎo)管注入?yún)^(qū)和每個(gè)第二(井下)井孔末端的預(yù)定距離可以是至少 10英尺(3m)、或至少25英尺(7. 6m)、或至少50英尺(15. 2m)、和/或可以是最多750英尺 (229m)、或最多500英尺(152m)、或最多400英尺(122m)。該井下注入?yún)^(qū)可以是一個(gè)井下 導(dǎo)管末端和/或該導(dǎo)管本體上的一系列的穿孔。該井下注入?yún)^(qū)允許從該導(dǎo)管的內(nèi)部向該導(dǎo) 管外部注入溶劑。該井下注入?yún)^(qū)可以包括一個(gè)導(dǎo)管的的一部分，該部分被定位在埋入礦床 底板上方的礦床中的一個(gè)無內(nèi)襯井孔(或它的一個(gè)無內(nèi)襯的部分)中。進(jìn)一步構(gòu)思了，當(dāng) 創(chuàng)造一個(gè)主動(dòng)崩落的底部掏槽溝槽時(shí)，可以通過該無內(nèi)襯井孔或它的一部分機(jī)械地撤回一 個(gè)同心導(dǎo)管，或者另外地用一個(gè)井下穿孔工具對(duì)其進(jìn)行穿孔以便將該溶劑暴露于新鮮礦石 (即，非之前暴露過的礦石)，或者可以使用用于移動(dòng)該溶劑注入?yún)^(qū)的任何其他的適當(dāng)手段 或方法。該系統(tǒng)可以進(jìn)一步采用用來移動(dòng)該井下注入?yún)^(qū)的裝置，它允許溶劑注入隨時(shí)間沿 著該井孔移動(dòng)。用于移動(dòng)該井下注入?yún)^(qū)的裝置可以包括用于撤回該導(dǎo)管(一般以一種間歇 的方式)的一種裝置、和/或允許沿著該導(dǎo)管本體的一個(gè)預(yù)選定長(zhǎng)度形成(一般是間歇的) 穿孔的一種穿孔工具。
關(guān)于本發(fā)明的任何一個(gè)或所有的實(shí)施方案，可以利用低到中等的工作壓力來限制 溶劑與礦床的頂板接觸的能力。該工作壓力可以低于存在于該導(dǎo)管注入?yún)^(qū)(例如，第二(井 下)導(dǎo)管末端)位置處的壓力水頭。在底部掏槽形成過程中使用的低到中等的溶劑工作壓 力(低于形成該底部掏槽的深度處的靜水壓力)也可以起作用來防止溶劑在該無內(nèi)襯井孔 或其一部分的內(nèi)部回流向地面。該收集區(qū)可以包括一個(gè)收集坑，該收集坑可以比礦床底板處于更低海拔處。該收 集坑可以被配置為收集該液體并且可以水力地連接至一個(gè)泵送系統(tǒng)上。該收集區(qū)可以通過 一種定向鉆孔方法來形成。該收集區(qū)可以通過機(jī)械手段(例如，在鉆孔機(jī)下)和/或通過 化學(xué)手段(例如，一種溶解反擴(kuò)孔技術(shù))來擴(kuò)大。在一些實(shí)施方案中，該收集區(qū)可以在形成 底部掏槽之前或形成底部掏槽之后創(chuàng)造。該收集區(qū)可以被定位在該井下井孔末端附近或被 定位在該井孔末端與該垂直的注入點(diǎn)的中間。關(guān)于本發(fā)明的任何一個(gè)或所有的實(shí)施方案，此種原位底部掏槽溶解采礦方法所針 對(duì)的礦石可能是含有希望的礦物溶質(zhì)的任何適當(dāng)?shù)牡V石。優(yōu)選地，該礦石包含未開采的天 然堿、開采過的天然堿、或含有碳酸鈉的任何沉積物，更優(yōu)選是未開采的天然堿。當(dāng)該開采 可以包括天然堿、特別是未開采的天然堿時(shí)，所希望的溶質(zhì)可以是鈉價(jià)值物，如碳酸氫三 鈉、碳酸鈉和/或碳酸氫鈉。一個(gè)天然堿礦床可以具有從5英尺到30英尺(1. 5-9. Im)的 厚度，或者可以更淺、具有從5到15英尺(1.5-4. 6m)的厚度，并且可以位于地面以下從800 到2000英尺(244-6IOm)的深度處。在該地下收集區(qū)中收集的液體優(yōu)選對(duì)所希望的溶質(zhì)是飽和的。在天然堿開采的情 況下，在該地下收集區(qū)中收集的液體優(yōu)選對(duì)碳酸鈉和/或碳酸氫鈉是飽和的。在根據(jù)本發(fā)明的原位溶解采礦方法和系統(tǒng)的任何一個(gè)或所有的實(shí)施方案中，該溶 劑可以是水或含有一種所希望溶質(zhì)(例如，堿價(jià)值物)的一種水溶液。該希望的溶質(zhì)可以 選自下組，其組成為碳酸氫三鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、以及它們的混合物。在此種原位底部 掏槽溶解采礦方法中采用的溶劑可以包含或可以主要由水或者對(duì)所希望溶質(zhì)不飽和的一 種水溶液組成。該溶劑中的水可以源自天然來源的淡水，如來自河流或湖泊；或者可以是處 理過的水，如離開廢水處理廠的水流。該溶劑可以是苛性堿。該溶劑中的水溶液可以包含 一種可溶性混合物，如氫氧化鈉、苛性鈉、任何其他的堿、一種或多種酸、或它們的兩種或多 種的任何組合。該溶劑可以被加熱至一個(gè)預(yù)定溫度來增大該礦石中存在的一種或多種所希 望溶質(zhì)的溶解度。在天然堿礦床的情況下，該溶劑可以是含有一種堿(如苛性鈉)、或可以 增強(qiáng)天然堿在該溶劑中的溶解的其他化合物的一種水溶液。該溶劑可以至少部分地包括一 種水溶液，該水溶液對(duì)該希望的溶質(zhì)是不飽和的，例如從可能經(jīng)受底部掏槽形成的同一個(gè) 溶解開采過的礦床中、和/或從可能經(jīng)受底部掏槽形成的另一個(gè)溶解開采過的礦床中再循 環(huán)的一種不飽和的溶液。在一種原位底部掏槽天然堿溶解采礦方法中采用的溶劑可以包括或可以主要由 一種弱苛性堿溶液組成，因?yàn)榇朔N溶液可能具有以下優(yōu)點(diǎn)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。用弱的苛性堿 溶液來溶解鈉價(jià)值物是更有效的，因此要求與天然堿礦石接觸更少的時(shí)間。使用該弱的苛 性堿溶液還消除了“碳酸氫鹽遮擋”效應(yīng)，因?yàn)樗兄趯⑻妓釟溻c原位轉(zhuǎn)化成碳酸鹽(如 與在提取之后于地面上異地進(jìn)行這種轉(zhuǎn)化相反)。它還允許與單獨(dú)用水所將正常溶解的相 比更多地溶解碳酸氫鈉，因此提供了生產(chǎn)率的提升。它可能進(jìn)一步在底部掏槽中留下一種不溶性碳酸鹽，如碳酸鈣，這在采礦作業(yè)中可能是有用的。應(yīng)該注意的是該溶劑的組成在該溶解采礦作業(yè)的過程中可能被改變。例如，在天 然堿開采的情況下，最初可以使用水作為溶劑來開始底部掏槽的形成，而在采礦過程中為 了完成例如碳酸氫鹽到碳酸鹽的轉(zhuǎn)化可以在稍后的時(shí)刻加入氫氧化鈉，因此導(dǎo)致從該天然 堿礦床中更大地提取所希望的堿性價(jià)值物。溶劑的注入可以在定位于該天然堿礦床中的兩個(gè)或多個(gè)平行的無內(nèi)襯井孔部分 中進(jìn)行，以便允許形成兩個(gè)或多個(gè)平行的底部掏槽。將溶劑注入進(jìn)兩個(gè)或多個(gè)平行的無內(nèi) 襯井孔部分中可以順序地或同時(shí)地進(jìn)行。所注入的溶劑的溫度可以從環(huán)境溫度到220 ° F(104°C)而變化。該溶劑 溫度可以在0° F與200 ° F之間(17.7°C _104°C )?？梢允褂脺囟仍?00° F與 220° F(37. 8°C _104°C )之間或在 100° F 與 150° F(37. 8°C-65. 6°C )之間或在 60° F 與90° F(15. 6°C -32. 2V )之間的溶劑。該溶劑溫度越高，在溶劑注入點(diǎn)處及附近的溶解 速率就越高。該溶劑溫度在它被保留于地下礦石時(shí)可以從其注入點(diǎn)變化至完全達(dá)到該液體 (或富液)到達(dá)收集區(qū)時(shí)的礦石溫度或與之相匹配。因?yàn)閺拈_采區(qū)提取出的液體優(yōu)選是處 于飽和的并且具有與該地下礦石平衡的溫度，所以受此溫度限定的所希望溶質(zhì)的飽和水平 將貫穿該底部掏槽的形成和生產(chǎn)而保持不變，因此提供了具有恒定的所希望溶質(zhì)(例如， 鈉價(jià)值物)含量的一種液體。以這種方式，該液體的所希望溶質(zhì)的含量在底部掏槽的形成 和操作過程中不隨時(shí)間波動(dòng)。該溶劑可以在一個(gè)上傾方向上或在一個(gè)下傾方向上注入。該溶劑注入優(yōu)選是以一種方式進(jìn)行的，該方式對(duì)于最初輔助底部掏槽的橫向擴(kuò)寬 并且此后輔助底部掏槽的向上擴(kuò)寬是有效的。在某些實(shí)施方案中，該溶劑的注入是通過一 個(gè)同心地定位在該無內(nèi)襯井孔部分的至少一個(gè)區(qū)段內(nèi)部的導(dǎo)管進(jìn)行的。該溶劑流動(dòng)可以依賴于該底部掏槽的尺寸而變化，如它在該底部掏槽內(nèi)部的流動(dòng) 路徑的長(zhǎng)度、為了從該礦石的自由面中溶解所希望溶質(zhì)而與礦石接觸的希望時(shí)間、連同下 切割的階段(無論它是對(duì)正在進(jìn)行的形成初期的還是對(duì)正在進(jìn)行的生產(chǎn)是成熟的)。例如， 對(duì)于每個(gè)井孔部分的溶劑流速可以從11至2 立方米每小時(shí)(m3/hr) [50-1000加侖每分 鐘]；或從 13 至 114m7hr(60-500GPM)；或從 16 至 45m7hr (70-200GPM)；或從 20 至 25m3/ hr (88-110GPM)而變化。這種溶解總體上在所形成的底部掏槽的底部留下了一層不溶物，這種不溶物層是 在斷裂的礦石的上方的并且在該底部掏槽中提供了用于該液體從中流過的一個(gè)(多孔的) 流動(dòng)通道。所希望溶質(zhì)的溶解可以在低于靜水頭壓力的一個(gè)壓力下進(jìn)行、或者在靜水頭 壓力下進(jìn)行。該壓力可以依賴于目標(biāo)礦床的深度而變化。所希望溶質(zhì)的溶解可以在 底部掏槽形成過程中在低于靜水頭壓力(在形成底部掏槽的深度處)的一個(gè)壓力下 進(jìn)行。所希望溶質(zhì)的溶解可以在形成該底部掏槽之后、例如在一個(gè)生產(chǎn)階段的過程中 (其中含有斷裂礦石碎石的所形成的底部掏槽中的掏空空間充滿了液體溶劑)在靜水 頭壓力下進(jìn)行。該壓力可以是至少0psig(102kPa)、或至少300psig(2170kPa)、或至少 700psig(5410kPa)。該壓力可以是最多 4500psig(31128kPa)、或最多 1200psig(8375kPa)、 或最多1100psig(7686kPa)。該壓力可以是范圍從Opsig到4500psig(101-31U8kPa)；或從Opsig 到 2000psig(101-13890kPa)；或從 Opsig 到 1200psig (101_8375kPa)；或從 300psig 到 1200psig(2170-8375kPa)；或甚至從 700 到 1 IOOpsig (5410_7686kPa)。該方法可以還包括在形成該底部掏槽時(shí)向其中注入一種壓縮氣體。該方法可能還 包括停止向在礦床底板附近形成的底部掏槽中注入該壓縮氣體，然后用溶劑填滿全部底部 掏槽空腔，并產(chǎn)生一種對(duì)所希望的溶質(zhì)飽和的液體。該方法可以包括一個(gè)底部掏槽形成階段，其中該底部掏槽空腔沒有填充液體，之 后是一個(gè)生產(chǎn)階段，其中該底部掏槽空腔中填充了液體。當(dāng)該掏空的底部掏槽接近或到達(dá)該礦石頂板時(shí)，可以將溶劑注入移到另一個(gè)未開 采的礦石區(qū)。對(duì)移動(dòng)該溶劑注入的指示可以是在所收集的液體中檢測(cè)出不可接受水平的一 種不希望的溶質(zhì)(污染物)時(shí)，和/或在該液體中的所希望溶質(zhì)的水平不足以從所收集的 液體中生產(chǎn)出精煉產(chǎn)品時(shí)。例如在天然堿開采的情況下，當(dāng)所收集的液體中氯化鈉的含量 超過5%并且當(dāng)TA含量低于8%時(shí)，可以將溶劑注入?yún)^(qū)移向新鮮的天然堿。設(shè)想到了可以連續(xù)地或間歇地分析多個(gè)液體等分部分以得到所希望溶質(zhì)的含量 連同污染物水平。例如，在天然堿溶解采礦的情況下，可以分析多個(gè)液體等分部分以得到TA 含量和氯化物含量?？梢詫⒃陧樞虻囊后w等分部分中升高氯化物含量用作底部掏槽接近巖 石頂板并且應(yīng)該移動(dòng)溶劑注入以便暴露出新鮮天然堿的新區(qū)域的一種指示?？梢酝ㄟ^創(chuàng)建 一個(gè)新的注入井孔、通過改變一個(gè)同中心導(dǎo)管的井下末端的位置、或者通過對(duì)該同中心導(dǎo) 管本體的至少一個(gè)區(qū)段進(jìn)行穿孔來移動(dòng)溶劑注入。該溶解采礦方法可以按一種連續(xù)模式進(jìn)行，其中將溶劑注入并使其通過該無內(nèi)襯 井孔部分并隨后通過該底部掏槽空腔，這樣移動(dòng)的溶劑溶解了所希望的溶質(zhì)，從而進(jìn)一步 切割該礦石的暴露的自由面，而同時(shí)將得到的液體從礦床的一個(gè)下傾位置移除到地面上。該溶解采礦方法可以按一種分批模式進(jìn)行，該模式可以被稱為“切割浸漬”采礦方 法。開始溶劑注入以填滿該無內(nèi)襯井孔部分和/或該底部掏槽空腔然后停止，這樣不移動(dòng) 的溶劑溶解了所希望的溶質(zhì)，從而進(jìn)一步切割該礦石的暴露的自由面，直到該溶劑對(duì)所希 望的溶質(zhì)達(dá)到飽和，在這一點(diǎn)將所得到的液體從礦床的一個(gè)下傾位置移除到地面上。一旦 對(duì)底部掏槽的空腔進(jìn)行排水，則再次將溶劑注入并重復(fù)該分批過程(填充空腔、停止溶劑 流動(dòng)、溶解、收集)。取決于該底部掏槽形成是前進(jìn)式還是后退式，可能需要將注入點(diǎn)移到 另一個(gè)礦石位置，如從之前使用的注入點(diǎn)往下或往上的一個(gè)位置。以此方式，這種“切割浸 漬”采礦方法可以隨時(shí)間在幾個(gè)相鄰的新鮮礦石區(qū)級(jí)聯(lián)地進(jìn)行操作。這種級(jí)聯(lián)式操作可以 上傾地開始，并且將注入點(diǎn)隨時(shí)間下傾地移動(dòng)。當(dāng)該底部掏槽的下傾邊緣到達(dá)礦床的下傾 邊緣時(shí)，可以終止溶劑注入。關(guān)于本發(fā)明的任何一個(gè)或所有的實(shí)施方案，可以與溶劑同時(shí)地進(jìn)行不溶性材料 (例如尾礦)的周期性(或者間歇式或者連續(xù)的)注入。不溶性材料的注入可以包括將 指定量值的不溶性材料與該溶劑周期性地混合、并且將合并的混合物直接注入該無內(nèi)襯井 孔部分或一個(gè)同心地定位在它內(nèi)部的導(dǎo)管中；或者通過被插入每個(gè)無內(nèi)襯井孔部分中的一 個(gè)第二導(dǎo)管(除該第一溶劑導(dǎo)管之外)注入不溶物(例如，尾份或尾礦)。此種不溶性材料 的注入可以形成不溶性材料的多個(gè)島，這些島將使溶劑流動(dòng)偏移至新鮮礦石(例如，未開 采的天然堿)和/或?qū)⑿纬蓪?duì)向下移動(dòng)的頂板的某種支撐。以此方式，可以構(gòu)造不溶性材 料的一種支撐系統(tǒng)來停止頂板向希望點(diǎn)的移動(dòng)，而通過在圍繞該不溶性材料的礦石區(qū)域內(nèi)的溶質(zhì)的溶解所創(chuàng)造的流動(dòng)通道將允許富液穿過這個(gè)礦石區(qū)域移動(dòng)。還可以采用不溶性材 料(如尾礦)的沉積物來阻塞某些流動(dòng)路徑，尤其是越過(或旁路通過)新鮮礦石可能短 路的那些，如稍后描述的“建通道”現(xiàn)象時(shí)所觀察到的。必須理解的是，或者由于頂板巖石的性質(zhì)或者通過這種方法將逐步允許頂板下陷 并落下而不大大斷裂的這種方式，來自頂板材料的液體污染可能不是主要問題。如果是這 種情況，申請(qǐng)人相信該系統(tǒng)就溶劑流速、底部掏槽的后退或前進(jìn)速率、以及生產(chǎn)中的礦石碎 石體積而言可以更加進(jìn)取性地進(jìn)行操作。所相信的是，由于本發(fā)明的原位溶解采礦的動(dòng)態(tài)性質(zhì)，使用該行進(jìn)式底部掏槽方 法對(duì)一個(gè)天然堿礦床進(jìn)行溶解采礦將不會(huì)受到所謂的“碳酸氫鹽遮擋”效應(yīng)所阻礙，因?yàn)樵?底部掏槽中存在新鮮礦石的連續(xù)補(bǔ)給，用于鈉價(jià)值物的溶解和液體的產(chǎn)生。對(duì)于本發(fā)明的任何一個(gè)或所有的實(shí)施方案，當(dāng)易受重力加載和粉碎的過度負(fù)載的 一部分破裂并落入底部掏槽中時(shí)可能釋放出一些地下氣體。所釋放的地下氣體可能含有甲 烷。確實(shí)，在天然堿開采的情況下，即使天然堿本身含有非常少的含碳材料并且因此釋放非 常少的甲烷，但天然堿礦床一般是位于一種載有甲烷的油頁巖之下，該油頁巖在開采過程 中釋放甲烷。當(dāng)在底部掏槽擴(kuò)展過程中發(fā)生此種地下氣體釋放，可以周期性地進(jìn)行對(duì)該釋 放氣體的吹掃以去除該氣體并解除壓力，從而防止壓力積累和/或?qū)踩珕栴}最小化。推 薦的是在此種氣體吹掃過程中停止井下的溶劑流動(dòng)。釋放氣體的吹掃可以通過經(jīng)由已經(jīng)形 成的用于溶劑注入的井孔通到地面上而完成，優(yōu)選是通過上傾定位的一個(gè)注入井孔(因?yàn)?氣體向上運(yùn)動(dòng))?？商娲兀尫艢怏w的吹掃可以通過一個(gè)或多個(gè)二級(jí)吹掃井完成。這一個(gè) 或多個(gè)二級(jí)吹掃井的井下區(qū)段優(yōu)選地與該底部掏槽的上部部分是流體連通的，因此允許與 被開采的礦石以及吹掃井流體連通。為了實(shí)現(xiàn)這樣的連通，該吹掃井的井下區(qū)段可以穿過 該頁巖層以及礦石頂板而鉆探?，F(xiàn)在將參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。圖1是用于進(jìn)行礦床5 (如天然堿礦床)的原位溶解開采的一種系統(tǒng)1的示意形 式的截面視圖。礦床5包括一個(gè)底板11、一個(gè)第一橫向邊緣12、一個(gè)第二橫向邊緣13、以及 一個(gè)頂板14。底板11與頂板14垂直相對(duì)。第二橫向邊緣12與第一橫向邊緣13水平相 對(duì)。為了構(gòu)建系統(tǒng)1，在定向井孔鉆探開始之前，向礦床底板11上方的一個(gè)預(yù)定海拔 鉆探一個(gè)第一定向井孔9。第一定向井孔9可以是傾斜的(如圖1中所示)或者可以基本 上垂直地延伸(如圖2中所示)。在一個(gè)不同的方向上繼續(xù)鉆探以在礦床5內(nèi)并且基本上 與礦床底板11水平地形成一個(gè)第二定向井孔10。該第二定向井孔10總體上被下傾地鉆探 到例如其中可能已經(jīng)存在了或創(chuàng)造了一個(gè)收集區(qū)20的一個(gè)區(qū)域。第二定向井孔10優(yōu)選與礦床頂板11在礦床底板11上方但緊鄰它的一個(gè)深度處 是縱向?qū)R的?？傮w上，井孔10的定位是在礦床5的厚度的底部三分之一內(nèi)(定義為沿著 整個(gè)礦床長(zhǎng)度在頂板14與頂板11之間的平均垂直距離)。第二定向井孔10可以基本上水 平地延伸(如圖1中所示)或者可以是傾斜的(如圖2中所示)。第二定向井孔10具有一 個(gè)位于礦床5的第一橫向邊緣12附近或此處的第一末端。第二定向井孔10具有一個(gè)可能 位于礦床的第二橫向邊緣13附近或此處(盡管不是必須的)的第二末端19。第二末端19 優(yōu)選地是該井孔的井下末端。第二定向井孔10通過它的第二末端19被水力地連接到收集區(qū)20上。井孔10與收集區(qū)20的流體連通可能允許流體經(jīng)由第二末端19離開井孔10并 直接進(jìn)入收集區(qū)20之中。為了維持井孔10在它穿過礦床處的整體性，在鉆探過程中應(yīng)該使用完全飽和的 液體的一個(gè)溶液來從井孔10中去除切屑。在天然堿的情況下，不推薦使用不飽和的水性鉆 探流體，因?yàn)橐环N不飽和的溶液將在井孔10被鉆探時(shí)侵蝕它，從而造成不穩(wěn)定性以及井孔 10的可能的空腔，這將致使這個(gè)井孔是無效的。盡管以上描述了一系列的孔用于通過半徑15完成井孔9和10，但該鉆探步驟總體 上是以一個(gè)連續(xù)的鉆探操作進(jìn)行的。照這樣，井孔9和10在實(shí)踐中可以代表一個(gè)連續(xù)鉆孔 的兩個(gè)部分，它的一個(gè)部分具有一種更加垂直的對(duì)齊，并且它的另一個(gè)部分具有一種更加 水平的對(duì)齊。還應(yīng)理解的是，如果該礦石的長(zhǎng)度超過了用定向鉆探技術(shù)可行的長(zhǎng)度，則可以鉆 探另一個(gè)垂直井孔并然后將其水平上傾地定向鉆探來與井孔10的第二末端19相遇，以便 將該井孔的長(zhǎng)度延伸超過用初始鉆探的井孔10可行的長(zhǎng)度。盡管圖1通過半徑15展示了井孔9和10的一個(gè)單一連續(xù)串，但應(yīng)該理解的是從 地面18的幾個(gè)位置到鄰近或靠近礦床5的第一橫向邊緣12的一個(gè)或多個(gè)地下位置的多個(gè) 鉆探操作可以產(chǎn)生多個(gè)這些井孔。例如圖3示出了多個(gè)井孔10的一種安排的平面視圖，這 些井孔是基本上彼此平行的并且垂直于收集區(qū)20的縱軸。優(yōu)選地但非必須地，這多個(gè)井孔 從礦床5的一個(gè)橫向邊緣到相對(duì)的橫向邊緣從中跨過了該礦床。再參見圖1，從地面18到一個(gè)預(yù)定的地下位置鉆探了一個(gè)第三定向井孔25，總體 上是在礦床5中?？赡芟Ｍ氖窃擃A(yù)定的地下位置是鄰近礦床5的第二橫向邊緣13的或在 其附近。第三定向井孔25可以按一種基本垂直的方式(如所示的)或帶有一個(gè)斜面(未 示出)地從地面18向這個(gè)地下位置延伸?？梢詫⒃摰谝欢ㄏ蚓?和第三定向井孔25加內(nèi)襯或使其處于裸露狀態(tài)，但是優(yōu) 選地襯有套管以防止這些更加垂直對(duì)齊的井孔的侵蝕。該第二定向井孔10是無內(nèi)襯的，因 為這個(gè)井孔10的大部分被埋在礦石中，并且打算在原位溶解采礦過程中將這個(gè)井孔通過 溶解進(jìn)行侵蝕。第三定向井孔25延伸到的這個(gè)地下位置可以是一個(gè)已經(jīng)存在的空腔，例如在天 然堿礦床可能位于一個(gè)已經(jīng)開采過的區(qū)域旁邊的情況下，在該已經(jīng)開采過的區(qū)域中已經(jīng)由 機(jī)械采礦形成了空腔。然而總體而言，創(chuàng)造了收集區(qū)20來將第三定向井孔25的地下末端連接到井孔10 的第二末端19上。收集區(qū)20的形成可以通過機(jī)械手段(如定向鉆探)并且任選地通過化 學(xué)手段(如在礦床內(nèi)使用一種漸進(jìn)的并且局部的溶劑施加進(jìn)行溶解采礦)。對(duì)于通過機(jī)械手段創(chuàng)造收集區(qū)20，設(shè)想到可以朝向井孔10的第二末端19鉆探一 個(gè)延伸第三定向井孔25的第四定向井孔(未示出)，優(yōu)選地但非必須地是基本上水平的，直 到遇到井孔10的末端19。一旦第四定向井孔遇到井孔10，該定向鉆探可以繼續(xù)，優(yōu)選是在 礦石5的第二橫向邊緣13的旁邊并且在其緊密附近，這樣該第四定向井孔是基本上水平的 并且平行于礦床5的橫向邊緣13。此種鉆探優(yōu)選是在礦床5內(nèi)進(jìn)行的。可以將該第四定向 井孔擴(kuò)大以創(chuàng)造一個(gè)長(zhǎng)形空腔，由此創(chuàng)造出在總體上緊鄰或低于礦床底板11的一個(gè)深度 處與礦石5的橫向邊緣13的至少一部分(或優(yōu)選是全部)縱向?qū)R的收集區(qū)20。如圖1中所示，設(shè)想到了收集區(qū)20的頂板可以向上垂直延伸至礦石5的頂板?？商娲?，具有較 大直徑的一個(gè)單一空腔可以用幾個(gè)較小的并且互連的水平井孔來代替以用作該收集區(qū)。收集區(qū)20可以通過多個(gè)互連的井孔或者通過一個(gè)單一的大井孔形成。可以采用一個(gè)機(jī)械的下擴(kuò)孔器或一種化學(xué)反擴(kuò)孔技術(shù)來形成這樣一個(gè)擴(kuò)大的空 腔。例如，為了擴(kuò)大收集區(qū)20，設(shè)想到了該化學(xué)反擴(kuò)孔技術(shù)可以包括從定位在一個(gè)小井孔 (已經(jīng)在該礦床的一個(gè)下傾區(qū)域內(nèi)鉆探出)內(nèi)的一個(gè)導(dǎo)管的末端噴射高壓的不飽和溶劑， 這種噴射允許溶解被噴射的礦石內(nèi)的溶質(zhì)，由此增大該井孔的尺寸(例如，增大的截面面 積)、并且然后撤回該導(dǎo)管以繼續(xù)這個(gè)溶解過程，直到形成了足夠大的空腔并且該空腔可以 用作收集區(qū)20。圖8展示了來執(zhí)行這種技術(shù)的一種反向擴(kuò)孔系統(tǒng)，并將在后面更詳細(xì)地描 述。收集區(qū)20的一個(gè)區(qū)域可以具有比礦床底板11更低的海拔(更大的深度)。例如， 收集區(qū)20可以是含有如圖1中所示的一個(gè)收集坑觀(或如稍后描述的圖8中所示的收集 坑1 )，具有較低海拔的一個(gè)地下空腔，在此可以收集離開井孔10的流體。收集區(qū)20還可以越過礦床5的橫向邊緣13延伸某個(gè)距離，這樣收集區(qū)20的這個(gè) 凹陷部分可以設(shè)置在礦床5之外。這個(gè)凹陷部分可以包含該收集坑觀，該收集坑比收集區(qū) 20的剩余部分位于更大的深度(即，更低海拔)處，從而允許液體匯集。該收集區(qū)20可以具有一種隧道形狀(如形式上是基本上圓柱形的)或任何卵形 形狀。收集區(qū)20總體上具有比第三定向井孔25更大的截面面積。安裝了一個(gè)泵送系統(tǒng)30，這樣可以將液體55泵送至地面以便回收這些堿價(jià)值物。 可以將適當(dāng)?shù)谋盟拖到y(tǒng)30安裝在一個(gè)回水管35的任一端，該回水管被定位在該第三井孔 25的內(nèi)部。這個(gè)泵送系統(tǒng)30可以是從地面開始的一個(gè)“地上”系統(tǒng)(如圖1中所示)或在 礦床水平處的一個(gè)“井中”系統(tǒng)(如圖2中所示)?？梢詫⒃摶厮?5延伸進(jìn)收集區(qū)20之中?？梢詫⒒厮?5延伸進(jìn)收集區(qū)20的 凹陷區(qū)域(例如，收集坑28)之中?？梢詫⒃摫盟拖到y(tǒng)30與回水管35連接以便允許將液 體55 (例如，富含總堿價(jià)值物的一種溶劑)泵送至地面18用于回收所希望的溶質(zhì)(例如， 一種或多種堿價(jià)值物)。將一個(gè)導(dǎo)管40插入井孔9和10內(nèi)部?？梢栽阢@探井孔9和10之時(shí)插入導(dǎo)管40、 或者可以在完成鉆探之后將其插入。導(dǎo)管40可以包括一個(gè)管線，其中多個(gè)管道以某種程度 上無縫的方式頭尾相接地彼此串聯(lián)連接。導(dǎo)管40可以包括一個(gè)盤繞的管道或者由其組成， 其中管道40是一個(gè)無縫的柔性的單一管狀單元。該管道40可以由任何適當(dāng)?shù)牟牧现瞥桑?例如像鋼或任何適當(dāng)?shù)木酆衔锊牧?例如高密度聚乙烯)。導(dǎo)管40具有一個(gè)第一導(dǎo)管末端，該末端被水力連接到一個(gè)溶劑進(jìn)料系統(tǒng)或區(qū)域 45上，如圖1中所示。如果該溶劑進(jìn)料系統(tǒng)或區(qū)域45位于地面處，則該第一導(dǎo)管末端可以 被定位在井孔9的地上末端附近。導(dǎo)管40可以包括與溶劑進(jìn)料系統(tǒng)(或區(qū)域)45流體連通的一個(gè)溶劑注入?yún)^(qū)。該 導(dǎo)管溶劑注入?yún)^(qū)被定位在距離該第二井孔末端19 一個(gè)預(yù)定距離處，并且該導(dǎo)管溶劑注入 區(qū)被設(shè)計(jì)為將一種溶劑注入到鄰近該導(dǎo)管溶劑注入?yún)^(qū)的一個(gè)井孔區(qū)域。該導(dǎo)管溶劑注入?yún)^(qū) 優(yōu)選地(雖然并非必須地)被設(shè)計(jì)為橫向地注入該溶劑以便避免垂直方向上的溶劑注入。 可以利用低到中等的工作壓力來限制該溶劑接觸礦床頂板的能力，即，該工作壓力低于在該導(dǎo)管注入?yún)^(qū)的位置處存在的壓力水頭。低到中等的工作壓力還將起到防止溶劑在井孔內(nèi) 部回流向地面的作用。該井下注入?yún)^(qū)可以是一個(gè)井下導(dǎo)管末端(如末端50)和/或該導(dǎo)管本體上的一系 列的穿孔。該井下注入?yún)^(qū)允許從該導(dǎo)管的內(nèi)部向該導(dǎo)管外部注入溶劑。該井下注入?yún)^(qū)可以 包括一個(gè)導(dǎo)管的被定位在埋入礦床底板上方的礦床中的一個(gè)井孔(或它的一個(gè)無內(nèi)襯的 部分)內(nèi)部的一部分。在圖1中，導(dǎo)管40具有一個(gè)第二末端50，該第二末端充當(dāng)或包含該溶劑注入?yún)^(qū)，并 且被定位在距離第二井孔末端19的一個(gè)預(yù)定距離處、并且被設(shè)計(jì)為將一種溶劑注入到該 第二導(dǎo)管末端50附近的礦石區(qū)域。該第二導(dǎo)管末端50與井孔10的第二(井下)末端19 之間的預(yù)定距離可以是至少10英尺、或至少25英尺、或至少50英尺。該預(yù)定距離可以是 最多750英尺、或最多500英尺、或最多400英尺。該系統(tǒng)1可以采用用于移動(dòng)該井下注入?yún)^(qū)的裝置，它允許溶劑注入隨時(shí)間沿著該 井孔10移動(dòng)。用于移動(dòng)該井下注入?yún)^(qū)的裝置可以包括用于撤回該導(dǎo)管的一種裝置、和/或 允許在系統(tǒng)處于操作中時(shí)沿著該導(dǎo)管本體的一個(gè)預(yù)選定長(zhǎng)度形成多個(gè)穿孔的一種穿孔工 具。無論何時(shí)對(duì)移動(dòng)溶劑注入的位置存在需要時(shí)，該用于撤回的裝置以及穿孔工具一般是 以一種間歇的方式使用的。該第二導(dǎo)管末端50可能具有任何種類的用于注入溶劑的裝置，如開放的管道末 端、噴嘴、具有不同形狀的開孔如狹長(zhǎng)的水平裂縫等等。應(yīng)該注意的是，可以對(duì)該第二導(dǎo)管 末端50進(jìn)行定向穿孔、或以其他方式將其改變而引導(dǎo)該溶劑，其方式為橫向地(以水平的 方式)增強(qiáng)溶解并且避免垂直方式的溶解。導(dǎo)管40的第二末端50可以具有任何適當(dāng)?shù)淖?入系統(tǒng)，該系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為橫向地注入該溶劑以便避免垂直方向上的溶劑施加。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，導(dǎo)管40具有在井孔10內(nèi)(并且還在井孔9內(nèi))被 撤回或后退的能力，以便增大該第二導(dǎo)管末端50與該井孔10的第二末端19之間的距離。 這種撤回可以通過機(jī)械裝置進(jìn)行。在本發(fā)明的另外的或替代的實(shí)施方案中，該導(dǎo)管40具有在從第二導(dǎo)管末端50開 始一路朝其第一末端返回的一個(gè)預(yù)選定長(zhǎng)度上沿著該導(dǎo)管本體被穿孔的能力。可以進(jìn)行該 穿孔步驟以便暴露現(xiàn)在鄰近被穿孔的導(dǎo)管本體的區(qū)域中的新鮮礦石。導(dǎo)管40的穿孔允許 溶劑從導(dǎo)管40的內(nèi)部通向?qū)Ч?0的外部。導(dǎo)管40的穿孔可以通過在導(dǎo)管的內(nèi)部定位一個(gè)穿孔工具、并且操作該穿孔工具 以在一個(gè)預(yù)選定長(zhǎng)度上對(duì)該導(dǎo)管本體進(jìn)行穿孔而進(jìn)行。可以將該穿孔工具移回(即，朝向 該第一導(dǎo)管末端)到該導(dǎo)管40內(nèi)部，從而允許在采礦作業(yè)的過程中發(fā)生幾次穿孔事件。該 穿孔工具可以被水力地啟動(dòng)以將該導(dǎo)管本體穿孔。導(dǎo)管40的穿孔還可以僅僅在導(dǎo)管本體 的橫向側(cè)面上進(jìn)行，從而在這些導(dǎo)管橫向側(cè)面上沿著一個(gè)或多個(gè)水平的平面創(chuàng)造穿孔。進(jìn) 行這個(gè)橫向穿孔步驟來允許溶劑以一種優(yōu)先的橫向方式通過這些形成的穿孔。應(yīng)該理解的是本發(fā)明中考慮到了用于改變?nèi)軇┳⑷胛恢玫娜魏芜m當(dāng)?shù)难b置，并且 不被限制為使用可撤回的導(dǎo)管或井下穿孔工具。該溶劑進(jìn)料系統(tǒng)45可以是一種位于礦床水平附近的“井中”或地下的溶劑進(jìn)料系 統(tǒng)或區(qū)域(未示出)或位于井孔9的地上末端附近的一種“地上”溶劑進(jìn)料系統(tǒng)或區(qū)域(如 圖1中所示)。對(duì)于一種地下位置，該溶劑進(jìn)料系統(tǒng)或區(qū)域45可以是被水力連接到導(dǎo)管40的第一末端上的一個(gè)地下空腔?？商娲?，對(duì)于一種地下的或者地上的位置，該溶劑進(jìn)料系 統(tǒng)或區(qū)域45可以是被水力連接到導(dǎo)管40的第一末端上的一個(gè)泵(在圖1中的地上位置示 出)。關(guān)于圖1中的系統(tǒng)1的操作，該注入和溶解采礦過程是開始于通過溶劑進(jìn)料系統(tǒng) 45將溶劑注入進(jìn)導(dǎo)管40之中以使該溶劑在一個(gè)預(yù)定的低到中等的工作壓力(例如，低于第 二導(dǎo)管末端50處的壓力水頭的一個(gè)工作壓力)下從中穿過流向第二導(dǎo)管末端50。一旦該 溶劑經(jīng)由第二導(dǎo)管末端50離開導(dǎo)管40并進(jìn)入無內(nèi)襯井孔10之中，則在暴露于該溶劑中的 這個(gè)井孔區(qū)域中的礦石(例如，天然堿)中存在的所希望溶質(zhì)開始溶解。隨著該溶劑被溶 解的材料所浸漬時(shí)，該溶液變重，這樣該富液通過重力穿過井孔10的剩余部分流向它的第 二末端19。在富液向井孔(井下)末端19行進(jìn)時(shí)，這個(gè)井孔區(qū)域內(nèi)的更多的所希望溶質(zhì)開 始暴露于該溶劑中并因此溶解，從而進(jìn)一步使該富液飽和而形成了對(duì)所希望溶質(zhì)飽和的或 接近飽和的(例如，在天然堿礦石情況下對(duì)總堿飽和的或接近飽和的)一種液體。一旦該 富液飽和，則不再溶解所希望的溶質(zhì)。經(jīng)由井孔末端19離開井孔10的液體55流入收集區(qū)20中，在此處它被合并(例 如在收集坑觀中)并且接著通過泵送系統(tǒng)30經(jīng)由回水管35被泵送至地面?；蛘唢柡偷?或者接近飽和的液體陽離開該礦井用于進(jìn)一步處理，如在天然堿的情況下對(duì)其TA值進(jìn)行處理。由于在導(dǎo)管40的第二導(dǎo)管末端50附近一路向下至井孔末端19發(fā)生了礦物溶解 (例如，天然堿)，所以礦床5的這個(gè)暴露于溶劑中的區(qū)域?qū)⒃诮缑婷娣e上增大。從該暴露 于溶劑中的礦石區(qū)中的礦物(例如，天然堿)溶解不僅在形成一種接近飽和的或飽和的液 體方面是有效的，而且還在形成例如圖3的平面視圖中所示的一個(gè)掏空區(qū)域60(也稱為“底 部掏槽”或“自由面”)方面是有效的。在重力的作用力下，在底部掏槽上方可以發(fā)生更高 海拔的未利用礦石的斷裂，并且這種斷裂的未暴露礦石可以通過重力向下移動(dòng)到這個(gè)底部 掏槽中。當(dāng)在該底部掏槽中發(fā)生礦石崩落，該富含溶質(zhì)的不飽和溶液可以溶解更多的在該 崩落的未利用礦石中存在的所希望溶質(zhì)(例如，天然堿)。圖2展示了用于進(jìn)行礦床5的原位溶解開采的一種系統(tǒng)la(在設(shè)計(jì)和操作上大部 分與圖1中的系統(tǒng)1類似)的示意形式的另一個(gè)截面視圖。系統(tǒng)Ia的區(qū)別之一如下在將 第一定向井孔9垂直鉆探到礦床底板Ila上方的一個(gè)預(yù)定的地下位置后，開始進(jìn)行第二定 向井孔的鉆探，但不是在一個(gè)水平的平面中。第二定向井孔10相比之下為被鉆探得與起伏 的礦石底板Ila (從一個(gè)上傾位置到一個(gè)下傾位置)基本上對(duì)齊。該礦床可以傾斜約0. 4% 至10%的坡度。在天然堿礦床的情況下，該礦床可以傾斜例如從約0. 4%至2%或從約
至2%的坡度。在這個(gè)系統(tǒng)Ia中，由于礦石5的第一橫向邊緣12是上傾的(總體上比礦石 5的第二橫向邊緣13在更高海拔上)，所以井孔10的第一末端也是上傾的(例如，比井孔 10的第二末端19在更高海拔上)。此外，系統(tǒng)Ia不同于圖1中的系統(tǒng)1之處在于泵送系統(tǒng)30a被定位在緊密鄰近收 集區(qū)20或在其之內(nèi)的一個(gè)地下空腔中。例如，泵送系統(tǒng)30a的吸水管線可以浸沒在收集坑 28之中，并且泵送系統(tǒng)30a的離開管線被水力連接到用于將液體55返回到地面的管道35 上。然而，應(yīng)該注意這些泵送系統(tǒng)30、30a中任何一個(gè)在本發(fā)明的任何一個(gè)以及所有實(shí)施方案中可以互換地或組合地使用。對(duì)泵送系統(tǒng)的選擇在很大程度上與礦床構(gòu)型及維修 問題相關(guān)；例如，這個(gè)選擇可能取決于可供采礦操作者使用的地下空腔的尺寸。圖2的系統(tǒng)Ia的操作總體上以與之前關(guān)于圖1的系統(tǒng)1所描述的相同的方式進(jìn) 行，除了之前指出的泵送步驟上的區(qū)別，該泵送步驟發(fā)生在收集區(qū)20附近或之中而不是圖 1中所描述的在地面處。在本發(fā)明的背景下設(shè)想到可以使用礦床中的定向鉆探、之后是周圍礦石的受控制 的溶解，來“開采”為協(xié)助液體流動(dòng)、泵送、以及操作所必須的其他應(yīng)用所要求的大的空腔。 這將允許從該溶解采礦區(qū)域本身遠(yuǎn)遠(yuǎn)移開的一個(gè)位置來發(fā)展并操作該系統(tǒng)，(也許是該目 標(biāo)溶解礦床上方的一個(gè)機(jī)械開采過的礦層、或者甚至是地面)。這對(duì)于采礦人員的安全和操 作成本兩者都具有重大優(yōu)點(diǎn)。此外，遠(yuǎn)距離操作還可以減小由于在大規(guī)模溶解采礦的應(yīng)力 下與巖石質(zhì)量響應(yīng)的機(jī)械學(xué)相關(guān)的不確定性所帶來的影響。圖3展示了根據(jù)本發(fā)明的一種系統(tǒng)的一個(gè)平面視圖，其中該系統(tǒng)包括多個(gè)井孔10 以及定位在井孔10中的一個(gè)導(dǎo)管40。每個(gè)導(dǎo)管具有一個(gè)井下注入?yún)^(qū)(第二末端50)，能夠 將溶劑52注入每個(gè)井孔的一個(gè)井下的無內(nèi)襯部分中。井孔10的無內(nèi)襯部分是以一種平行 的安排定位的。在圖3中，井孔10的這些井下的無內(nèi)襯部分從一個(gè)橫向邊緣到相對(duì)的橫向 邊緣沿著礦床的整個(gè)長(zhǎng)度是基本上平行地對(duì)齊的，并且基本上垂直于收集區(qū)20的縱軸(未 示出)。術(shù)語“基本上”用于井孔的定位，因?yàn)樗庠诎ㄟ@些井孔的實(shí)際方向的某種變化 (在10%以內(nèi))。確實(shí)，即使對(duì)鉆探的空間確定可以是相當(dāng)精確的，但預(yù)期可能發(fā)生空間變 化，并且照這樣，預(yù)期在井孔的某些部分的對(duì)齊中有高達(dá)10度或更小的變化。然而總體上， 優(yōu)選的是這些井孔10的整個(gè)縱軸線是彼此平行的。這些井孔的間距可以是從10至1000英尺或者任何適當(dāng)?shù)木嚯x隔開的，這個(gè)距離 可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何技術(shù)進(jìn)行確定，包括實(shí)驗(yàn)、測(cè)試和數(shù)字模型。對(duì)這些井 孔間距的選擇將至少部分地取決于以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)或多項(xiàng)礦石的組成、溶劑組成 及溫度、溶解速率、礦床傾斜、或在頂板材料中不希望的溶質(zhì)的存在(與否)。井孔10的井下無內(nèi)襯部分優(yōu)選在靠近在距離礦石底板的一個(gè)預(yù)選定距離(例如， 1至20英尺或1至10英尺)內(nèi)在礦床的第二邊緣附近或此處的收集區(qū)20中終止。這些井 孔10的每個(gè)井下末端19被水力連接至收集區(qū)20，并且允許液體55離開每個(gè)井孔10。液 體55被合并在收集區(qū)20中并接著被泵送系統(tǒng)30泵送至地面。如之前說明的，該泵送系統(tǒng) 30可以是一個(gè)地上的或地下的系統(tǒng)。這些井孔10可以具有直徑范圍從3至50英寸的直徑。定位在這些井孔10中的導(dǎo)管40具有比這些井孔10更小的直徑，例如像直徑是從 2至15英寸或直徑是從3至10英寸或者直徑是從3至7英寸。這些導(dǎo)管40的末端50被 定位在不及這些井孔末端19的某個(gè)預(yù)定距離D處。在采礦作業(yè)開始時(shí)這個(gè)距離D可以從 10到750英尺、或從50到400英尺而變化。一個(gè)溶劑進(jìn)料系統(tǒng)(圖3中未示出)可以包括一個(gè)岐管來將溶劑遞送到每個(gè)單獨(dú) 的導(dǎo)管40中，這樣可以對(duì)每個(gè)單獨(dú)導(dǎo)管40中的溶劑的流動(dòng)和壓力進(jìn)行控制。該溶劑52，例如像水或?qū)τ谒Ｍ苜|(zhì)不飽和的一種水溶液(如含有碳酸鈉、碳 酸氫鈉和/或氫氧化鈉)，然后穿過導(dǎo)管40。以一種優(yōu)選的方式，可以控制導(dǎo)管40中的溶 劑52的壓力，其方式為有效地允許該溶劑在相當(dāng)?shù)偷膲毫λ^下離開這些導(dǎo)管。大家應(yīng)該控制穿過導(dǎo)管40的流速和壓力以確保離開這些井孔10進(jìn)入收集區(qū)20的液體55是完全飽 和的。所注入的溶劑52的溫度可以從環(huán)境溫度到104°C (120° F)而變化。該溶劑溫度越 高，在溶劑注入點(diǎn)處及其附近的溶解速率就越高。例如，在天然堿礦的情況下，最初可以使用例如接近100° F(37.8°C )的熱水 或者一種苛性鈉水溶液作為溶劑來確保飽和。確實(shí)，被加熱到環(huán)境溫度以上(例如大約 100° F-IlO0 F(38. 8°C -43. 3°C ))在暴露于天然堿時(shí)將相對(duì)快速地達(dá)到飽和。可替代地， 可以使用苛性鈉水溶液來確保飽和。隨著該富液通過與天然堿接觸而冷卻，十水合物將沉 淀并將因此確保該富液在環(huán)境溫度下是完全飽和的。這將進(jìn)一步保證該溶液將不起作用來 溶解或另外地?fù)p壞該天然堿礦床中開發(fā)的固定結(jié)構(gòu)。在這種情景下，大家可以保護(hù)收集區(qū) 20以及泵送系統(tǒng)60。再參見圖3，在這種系統(tǒng)的操作中，溶劑52流經(jīng)導(dǎo)管40(優(yōu)選是在低的水頭壓力 下)而在末端50處完全離開這些導(dǎo)管40。該溶劑立即與鄰近每個(gè)末端50及其附近的井 孔區(qū)域中的礦石(例如，天然堿)相接觸，在這一點(diǎn)所希望溶質(zhì)在該溶劑中的溶解開始發(fā) 生?？上胂蟮氖沁@些導(dǎo)管40可以被定向穿孔、或以其他方式改變，以引導(dǎo)該溶劑，其方式為 朝向附近的導(dǎo)管40橫向地增強(qiáng)溶解。隨著在這些導(dǎo)管40的每個(gè)末端50附近的所希望溶 質(zhì)或礦物(例如，天然堿)被溶解，該富液達(dá)到飽和而形成液體陽。應(yīng)該控制溶劑52的流 速和溫度以保證液體陽在區(qū)域20中收集之前的飽和。在該底部掏槽方法的替代實(shí)施方案 中，其中該底部掏槽可以在不使用或使用一個(gè)收集區(qū)時(shí)直接進(jìn)料到一個(gè)收集坑(圖3中未 示出)中，仍然不希望的是將不飽和的溶劑遞送到該收集坑中。另外，隨著溶解發(fā)生，通過在每個(gè)導(dǎo)管末端50周圍的溶解而創(chuàng)造了幾個(gè)掏空區(qū)域 60 (也稱為“新生的”底部掏槽)。優(yōu)選的是這些新生底部掏槽60在垂直范圍中保持是淺 的(不大于1至2英尺)，但在橫向范圍內(nèi)應(yīng)是相當(dāng)廣的(例如，寬度幾百英尺且長(zhǎng)度幾千 英尺)。在其中礦床上方的頂板材料并不包含高度可溶性礦物污染物或僅僅包含具有遠(yuǎn) 低于所希望溶質(zhì)的溶解度的礦物的情況下，該方法可以在遠(yuǎn)遠(yuǎn)更高的壓力(例如靜水頭壓 力)以及高的溶劑流速下操作。該溶解采礦過程持續(xù)進(jìn)行直至每個(gè)導(dǎo)管末端50周圍的新生底部掏槽60在圓周上 增大到足以使這些新生底部掏槽60相連接。在一些實(shí)施方案中，如圖4中所示，其中這些 井孔被定位在最佳距離處，這些溶解的掏空區(qū)60相連接而在礦床底板附近或此處形成了 一個(gè)具有足夠的水平跨度的淺的底部掏槽“溝槽” 70使得位于頭頂?shù)奈幢┞兜牡V石開始脫 落進(jìn)入底部掏槽溝槽70之中。另外，該頂板也將最終垂下，但是下陷的頂板不能比頂板下 方的礦石碎石將允許的進(jìn)行任何更進(jìn)一步地向下行進(jìn)。當(dāng)該掏空的底部掏槽接近或到達(dá)該礦石頂板時(shí)，可能有必要移動(dòng)該溶劑注入?yún)^(qū)。 在實(shí)踐中，這可能發(fā)生在當(dāng)所收集的液體55中檢測(cè)出了不可接受的水平的一種不希望的 溶質(zhì)(污染物)時(shí)，和/或在該液體中的所希望溶質(zhì)的水平不足以從所收集的液體中生產(chǎn) 出精煉產(chǎn)品時(shí)，例如像在天然堿開采的情況下，是當(dāng)氯化鈉含量超過5%和/或在TA含量小 于8%時(shí)。圖fe-c展示了用于移動(dòng)溶劑注入位置的適當(dāng)裝置的非限制性實(shí)例；然而在本發(fā) 明中考慮到了用于改變?nèi)軇┳⑷胛恢玫娜魏芜m當(dāng)?shù)难b置。在圖fe中，如之前在圖4中說明的，在礦床5的基底處的一個(gè)下傾區(qū)域中創(chuàng)造了一個(gè)底部掏槽溝槽70，該切口溝槽在體積 上橫向地并且垂直地?cái)U(kuò)展，一般是直到它到達(dá)該礦床的頂板。為了移動(dòng)該溶劑注入?yún)^(qū)，可以 將這些導(dǎo)管撤回該井孔的內(nèi)部直到從第二末端50到井孔末端19的距離從Dl增大至D2 (如 圖恥中所示的)，和/或可以沿著其本體的一個(gè)預(yù)選定長(zhǎng)度進(jìn)行穿孔(如圖中5c所示)。 這種導(dǎo)管部分撤回和/或?qū)Ч芫植看┛自试S將溶劑暴露于新鮮礦石這樣底部掏槽形成的 過程得以重復(fù)。圖6展示了一種后退式底部掏槽系統(tǒng)以及它在溶解天然堿開采中的操作。在該天 然堿礦床的基底處存在著一個(gè)通過溶解天然堿礦石而創(chuàng)造的底部掏槽的新生形成。高的流 動(dòng)壓力將趨于垂直地侵蝕該掏空的底部掏槽溝槽，具有以一種不希望的方式潛在暴露該頂 板巖石、以及還有允許不飽和的液體達(dá)到收集區(qū)的負(fù)面影響。優(yōu)選的是不飽和的溶劑不到 達(dá)收集區(qū)。圖7展示了在天然堿礦石的基底的一個(gè)有進(jìn)展的后退式底部掏槽形成。經(jīng)一段特 定的時(shí)間，形成了顯著地大的掏空區(qū)域(底部掏槽溝槽)，它被垂直地定位在天然堿礦床的 上方并且到達(dá)了(但優(yōu)選并不碰到)該頂板巖石和/或該頁巖油層。將導(dǎo)管從其初始井下 位置撤回到一個(gè)更上游的位置(即，在與導(dǎo)管中的溶劑流動(dòng)路徑相對(duì)的方向上)，由此增大 第二導(dǎo)管末端與收集區(qū)之間的距離，以便在這個(gè)更上游的位置沿著該井孔將新鮮天然堿暴 露于該溶劑中用于重復(fù)該底部掏槽技術(shù)。這種撤回可以在滿足以下條件中的至少一項(xiàng)時(shí)發(fā)生(i)所收集的液體包含一個(gè) 閾值以下的一個(gè)量值的所希望溶質(zhì)(即，該底部掏槽溝槽非常貧乏或耗盡了天然堿)；和/ 或( )所收集的液體包含一個(gè)閾值以上的一個(gè)量值的不希望的溶質(zhì)(即，該底部掏槽溝槽 已與該頂板巖石和/或頁巖油層相接觸)。對(duì)于天然堿采礦的例子，所收集的液體可以具有 的TA閾值是從8%至21%，并且可以包含的作為不希望的溶質(zhì)的氯化鈉的量值是0至5%， 其中5%是閾值。在所收集的液體中NaCl多于5%的氯化鈉含量將表明該溶劑與頂板附近 的受污染的材料進(jìn)行了接觸，并且應(yīng)該將該導(dǎo)管移動(dòng)到未開采的天然堿的一個(gè)區(qū)域。對(duì)于 底部掏槽的進(jìn)展的評(píng)估，可以對(duì)于在某個(gè)時(shí)間段上間歇獲取的多個(gè)順序的液體等分部分進(jìn) 行分析以得到污染物含量和/或所希望溶質(zhì)的含量?？梢詫⑦@些順序的液體等分部分中遞 增的污染物(例如，氯化物)含量和/或所希望溶質(zhì)(例如，TA)的遞減含量單獨(dú)地或組合 地用作一種指示物，表明應(yīng)該將遞送溶劑的這些導(dǎo)管撤回到新鮮的天然堿之中。在優(yōu)選實(shí) 施方案中，當(dāng)液體中的氯化物含量超過了為確保恰當(dāng)?shù)南掠翁幚矶o出的這種污染物的最 大允許量(例如，對(duì)于氯化鈉，閾值是5% )時(shí)，則將溶劑注入位置移到另一個(gè)(一般是附 近的)未開采的礦石區(qū)。在替代的或另外的實(shí)施方案中，當(dāng)該液體中的TA含量落在為確保 經(jīng)濟(jì)和/或有效的下游處理而給出的這種所希望溶質(zhì)的最小允許量(例如，閾值是8% TA) 時(shí)，則將溶劑注入位置移到另一個(gè)未開采的礦石區(qū)(一般是鄰近剛剛開采的這一個(gè))以便 暴露出該礦床基底處的新鮮礦石。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施方案，設(shè)想到將源自一個(gè)附近水平井孔的擴(kuò)大的空腔 在本發(fā)明中用作一個(gè)收集區(qū)將是令人希望的。進(jìn)一步設(shè)想這可以在一個(gè)可溶性礦物床中通 過使用以設(shè)計(jì)和受控的方式采用的高壓溶劑而實(shí)現(xiàn)。例如，圖8展示了一種系統(tǒng)2的一個(gè)立面圖，該系統(tǒng)可用于在天然堿礦床105內(nèi)形 成并擴(kuò)大一個(gè)井孔110的水平的無內(nèi)襯部分，該部分可以用作收集區(qū)20 (如上面在圖1至7的背景下描述的)。鉆探了一個(gè)垂直井孔125來在一個(gè)希望的位置穿透天然堿礦床105。該希望的位 置優(yōu)選是在天然堿礦床105的一個(gè)下傾區(qū)域內(nèi)，例如像緊鄰天然堿礦床105的該下傾橫向 邊緣的一個(gè)天然堿區(qū)域(例如，這個(gè)區(qū)域的一面可能碰到該下傾橫向邊緣的一部分、或者 可能距離這個(gè)邊緣幾英尺)。井孔125的一部分1 從套管122下至天然堿礦床105的頂 部114是被包覆的或內(nèi)襯的。進(jìn)一步將井孔125用一個(gè)無內(nèi)襯部分127延伸越過該天然堿 礦床底板111而形成了一個(gè)收集坑128，在該收集坑中安裝了一個(gè)井下水泵。將一個(gè)導(dǎo)管 135定位在井孔125內(nèi)并在井孔125的底部將該導(dǎo)管水力連接到收集坑區(qū)域128中的井下 水泵130上。從地面開始或者垂直地或者傾斜地(未示出)鉆出了一個(gè)定向鉆探的井孔108并 然后在更水平的路徑中定向鉆探，以穿過天然堿礦床105在希望有一個(gè)大空腔(例如，收集 區(qū)20)的一個(gè)位置處形成井孔部分110。該井孔部分110在井下水泵130所在的收集坑128 處終止。井孔108優(yōu)選從地面下至天然堿礦床105的頂部114被內(nèi)襯，但是沿著其長(zhǎng)度從 這個(gè)位置一路至收集坑1 使它在井孔部分110中是無內(nèi)襯的。一旦完成井孔108，則撤出 鉆柱。在鉆柱的井下末端上安裝一個(gè)溶劑反擴(kuò)孔工具(未示出)。然后將該反向的擴(kuò)孔 工具以及鉆柱沿井孔108向下重新插入直到該工具緊鄰井孔108靠近收集坑128的末端。 然后將溶劑以所希望的流速和壓力沿該鉆柱向下泵送，其方式為將離開該工具的溶劑以一 種希望的模式噴射到井孔108中。該溶劑噴射從該工具周圍的區(qū)域中溶解掉了礦物。得到 的富液流入收集坑128中并通過泵130被泵送至地面。在礦物被離開該反向的擴(kuò)孔工具的溶劑噴射所溶解時(shí)，對(duì)泵送至地面的溶液的量 和礦物溶質(zhì)的濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。使用這一信息，有可能計(jì)算出已經(jīng)溶解掉了多少體積的礦物。當(dāng)已經(jīng)從該工具周圍溶解了所希望量值的礦物時(shí)，可以將鉆柱140撤回一個(gè)預(yù)定 距離并且重復(fù)該溶劑泵送和噴射步驟，直到該操作沿著井孔部分110創(chuàng)造了具有充分增大 的截面的一個(gè)擴(kuò)大的空腔，該空腔從收集坑1 上至它不再被埋入礦床105中的一點(diǎn)被埋 入礦床105中?？商娲兀谝呀?jīng)從初始的溶劑噴射周圍溶解了所希望量值的礦物時(shí)，代替使用 這種后退式反溶劑的擴(kuò)孔工具，可以沿著一個(gè)預(yù)選定長(zhǎng)度通過一個(gè)井下穿孔工具對(duì)鉆柱 140進(jìn)行穿孔以便創(chuàng)造更多的噴射孔洞來沿著井孔108的部分110將溶劑噴射在天然堿上 并且重復(fù)這種溶解來侵蝕并擴(kuò)大井孔108的部分110，以便創(chuàng)建一個(gè)大的空腔，該空腔可以 充當(dāng)如圖1-7中所示的收集區(qū)20。圖 9、10、lla-b、12a-b、13a-b、14a-c、15a-d、16a_c、以及 17a_g 展示了用于溶解 開采一個(gè)礦床(例如，天然堿礦床)的采用了一種前進(jìn)式底部掏槽形成的不同系統(tǒng)和方法。圖9是一種系統(tǒng)3a的一個(gè)平面圖，該系統(tǒng)包括一個(gè)礦床205、一個(gè)帶有無內(nèi)襯部 分215及井下末端220的井孔210、一種溶劑225、帶有一個(gè)部分238的返回鉆孔235、一個(gè) 泵230、帶有多個(gè)開孔245的一個(gè)導(dǎo)管M0、以及一個(gè)底部掏槽沈0。對(duì)井孔210進(jìn)行了垂直 鉆探以在一個(gè)希望的位置穿透該天然堿礦床205。該希望的位置優(yōu)選是在天然堿礦床205 的一個(gè)上傾區(qū)域內(nèi)，例如像緊鄰天然堿礦床205的該上傾橫向邊緣的一個(gè)天然堿區(qū)域。井 孔210的一部分從地面下至天然堿礦床205的頂部是被包覆的或適當(dāng)內(nèi)襯的。進(jìn)一步將井孔210延伸了在礦床底板上方的天然堿礦床中定向鉆探出的水平無內(nèi)襯部分215，優(yōu)選 是沿著該礦床的上傾橫向邊緣。井孔210的部分215優(yōu)選是水平的，但也可以與井孔末端 220(優(yōu)選是下坡的)具有一個(gè)坡度。將該返回鉆孔235進(jìn)行垂直鉆探以便在一個(gè)希望的位置穿透天然堿礦床205，該 希望的位置優(yōu)選是在天然堿礦床205的一個(gè)下傾區(qū)域內(nèi)，例如像緊鄰天然堿礦床205的下 傾橫向邊緣的一個(gè)天然堿區(qū)域。鉆孔235的一部分從地面下至天然堿礦床205的頂部是被 包覆的或適當(dāng)內(nèi)襯的。進(jìn)一步越過該天然堿礦床底板將鉆孔235垂直延伸了一個(gè)無內(nèi)襯部 分而形成了一個(gè)收集坑，在該收集坑中安裝了一個(gè)井下水泵230。然后將鉆孔235的另一個(gè) 部分238穿過礦床205定向鉆探到一個(gè)更加水平的通路之中直到它遇到井孔210的井下末 端220而將井孔末端220與返回泵230所在的收集坑區(qū)域水力地連接起來。鉆孔部分238 優(yōu)選是無內(nèi)襯的。將一個(gè)導(dǎo)管240定位在井孔210內(nèi)。導(dǎo)管240沿其長(zhǎng)度的被井孔210的無內(nèi)襯部 分215圍繞的部分包括多個(gè)開孔對(duì)5，這些開孔被配置為用于噴射一種溶劑，優(yōu)選是在橫向 的且下傾的方向上。這些開孔245確定尺寸的方式是將該溶劑沿著導(dǎo)管240的被插入井孔 部分215中的長(zhǎng)度均勻地分配該溶劑。然后將溶劑以所希望的流速和壓力沿導(dǎo)管MO向下泵送，其方式為將離開這些開 孔的溶劑以一種希望的模式噴射到無內(nèi)襯井孔部分215中。該溶劑噴射從這些開孔周圍的 這個(gè)暴露的礦石區(qū)中溶解掉了所希望的溶質(zhì)(天然堿)，其方式為有效地形成一種包含了 所溶解溶質(zhì)的液體，該液體然后流向井孔末端220、穿過該鉆孔部分238并匯集到該收集坑 中，在此處它可以通過泵送系統(tǒng)230被泵送至地面。這種溶解對(duì)于在礦床205的底板的井孔部分215的底壁處形成底部掏槽260也是 有效的。由于這個(gè)掏空的底部掏槽的形成以及來自過度負(fù)載的壓力，發(fā)生了位于這個(gè)底部 掏槽上方的未暴露礦石的斷裂并且如此創(chuàng)造的礦石碎石通過重力向下移動(dòng)到底部掏槽260 中。落入該底部掏槽中的礦石碎石中的溶質(zhì)被暴露于該溶劑中并且溶解掉。在底部掏槽 260隨著溶解進(jìn)行而下傾地行進(jìn)時(shí)，這個(gè)溶解采礦過程繼續(xù)進(jìn)行，并且直到掏空的區(qū)域到達(dá) 礦石頂板為止。圖10是一種系統(tǒng)北的一個(gè)平面圖，該系統(tǒng)包括一個(gè)天然堿礦床305、帶有一個(gè)無 內(nèi)襯部分315及井下末端320的井孔210、一種溶劑325、帶有一個(gè)無內(nèi)襯部分338的返回 鉆孔335、一個(gè)泵330、以及一個(gè)底部掏槽360。與圖9相比，該系統(tǒng)北不包括一個(gè)用于將溶 劑遞送到礦床的導(dǎo)管。將井孔310進(jìn)行垂直鉆探以在一個(gè)希望的位置312穿透該天然堿礦床305。該希 望的位置優(yōu)選是在天然堿礦床305的一個(gè)上傾區(qū)域內(nèi)，例如像緊鄰天然堿礦床305的該上 傾橫向邊緣的一個(gè)天然堿區(qū)域。該希望的位置312是在該礦床內(nèi)，但是略在該礦床底板上 方。井孔310從地面下至天然堿礦床205的頂部是被包覆的或適當(dāng)內(nèi)襯的。進(jìn)一步將井孔 310延伸了在礦床底板上方的天然堿礦床中定向鉆探出的水平無內(nèi)襯部分315。井孔310 的無內(nèi)襯部分315優(yōu)選是水平的，但也可以與其井下末端320 (優(yōu)選是下坡的)具有一個(gè)坡 度。垂直鉆探該返回鉆孔335以便在一個(gè)希望的位置穿透天然堿礦床305，該希望的 位置優(yōu)選是在天然堿礦床305的一個(gè)下傾區(qū)域內(nèi)，例如像緊鄰天然堿礦床305的該下傾橫向邊緣的一個(gè)天然堿區(qū)域。鉆孔335的一部分從地面下至天然堿礦床305的頂部是被包覆 的或適當(dāng)內(nèi)襯的。進(jìn)一步越過該天然堿礦床底板將鉆孔335垂直延伸了一個(gè)無內(nèi)襯部分而 形成了一個(gè)收集坑，在該收集坑中安裝了一個(gè)井下水泵330。然后將鉆孔335的一個(gè)部分 338從該收集坑區(qū)域定向鉆探到一個(gè)水平的通路之中，直到它遇到井孔310的井下位置312 而將井孔310的這個(gè)位置312與該收集坑區(qū)域水力地連接起來。將鉆孔335的另一個(gè)部分 339從該收集坑區(qū)域定向鉆探到一個(gè)水平的通路之中，直到它遇到井孔210的井下末端220 而將井孔末端320與該收集坑區(qū)域水力地連接起來。鉆探到該礦石中的部分338和399優(yōu) 選是無內(nèi)襯的以便允許它們被溶解侵蝕。在井孔310內(nèi)沒有定位導(dǎo)管。然后將溶劑以所希望的流速和壓力沿井孔310向下 泵送，其方式為使得在位置312離開的溶劑接觸到礦石。該溶劑從位置312周圍的這個(gè)暴 露的礦石區(qū)中溶解掉了溶質(zhì)(鈉價(jià)值物)，其方式為有效地形成了一種含有所溶解的希望 溶質(zhì)(鈉價(jià)值物)的液體，該液體然后經(jīng)由無內(nèi)襯的井孔部分315和339、和/或經(jīng)由無內(nèi) 襯的部分338流向該收集坑區(qū)域。所收集的液體通過泵送系統(tǒng)330被泵送至地面。這種溶解對(duì)于在礦床305的底板的井孔位置312的底壁處形成底部掏槽360也是 有效的。由于這個(gè)掏空的底部掏槽的形成以及來自過度負(fù)載的壓力，發(fā)生了位于這個(gè)底部 掏槽上方的未暴露礦石的斷裂并且如此創(chuàng)造的礦石碎石通過重力向下移動(dòng)到底部掏槽360 中。落入該底部掏槽中的礦石碎石中的所希望溶質(zhì)被暴露于該溶劑中并且溶解掉。在底部 掏槽360隨著溶解進(jìn)行而下傾地行進(jìn)時(shí)，這個(gè)溶解采礦過程繼續(xù)進(jìn)行，并且直到掏空的區(qū) 域到達(dá)礦石頂板為止，并且由無內(nèi)襯井孔部分315、338和339界定的礦床區(qū)域中的所希望 溶質(zhì)被完全溶解掉。圖lla-bUh-b和13a_b是一種系統(tǒng)4的立面和平面圖，該系統(tǒng)包括帶有一個(gè)傾 斜梯度的天然堿礦床405、具有同心套管的多個(gè)第一井孔435和多個(gè)第二井孔410、以及與 礦床底板對(duì)齊的一個(gè)無內(nèi)襯部分415。這種系統(tǒng)4的操作具有幾個(gè)主要的發(fā)展階段鉆探 階段、在靜水頭壓力下從上傾開始而下傾行進(jìn)的一個(gè)底部掏槽的形成(如關(guān)于圖lla-b和 lh-b所描述的)、之后是一個(gè)生產(chǎn)階段(如關(guān)于圖13a-b所描述的)，其中一種溶液流經(jīng)橫 跨了目標(biāo)礦床的整個(gè)長(zhǎng)度的這個(gè)大的底部掏槽并且創(chuàng)造了一種液體，該液體被收集并移到 地面。參見圖lla-b，這多個(gè)第一井孔435是從礦床405的一個(gè)上傾區(qū)域開始定向鉆探 的，具有從礦床405的頂部至接近或到達(dá)礦床的底板的單一套管。從礦床405的一個(gè)下傾 部分鉆探了相同量的第二定向井孔410，它們具有兩個(gè)同心的套管(從地面至礦床頂部的 一個(gè)外部套管以及定位在每個(gè)井孔410內(nèi)部的一個(gè)內(nèi)導(dǎo)管40)，這樣井孔410的每個(gè)井下末 端在天然堿中攔截之前鉆探的第一井孔435其中之一。為了開始形成該前進(jìn)式底部掏槽，將一種溶劑(水或含有碳酸鈉和/或氫氧化鈉 的一種水溶液)注入同心地定位在定向鉆探出的第二井孔410內(nèi)的每個(gè)內(nèi)導(dǎo)管40中以使 注入的溶劑與鄰近每個(gè)導(dǎo)管40的井下末端50的新鮮天然堿區(qū)域進(jìn)行接觸。然后將該溶液 收集在該外部套管中并推送至地面。通過如以上描述的繼續(xù)注入并收集溶劑，該底部掏槽接著通過從暴露于溶劑中的 天然堿區(qū)域中溶解天然堿而形成。同時(shí)在引發(fā)溶劑流動(dòng)時(shí)，將一種壓縮氣體(例如包括空 氣、甲烷、氮?dú)狻⒒蛟诓傻V條件下是惰性的任何適當(dāng)?shù)臍怏w)注入每個(gè)垂直的第一井孔435中進(jìn)入新生的底部掏槽空腔中。這種氣體注入允許在靜水頭壓力下進(jìn)行底部掏槽的形成， 該壓力是在底部掏槽形成的頂部形成一個(gè)氣墊層時(shí)通過目標(biāo)礦床405的深度測(cè)定的。以此 方式，該氣墊層保護(hù)頂板不被溶解并且迫使這種溶解是在水平方向上而非垂直方向上。為了推進(jìn)該底部掏槽形成，可以在井孔410的無內(nèi)襯部分415內(nèi)在下傾方向上撤 回這些同中心的導(dǎo)管40 (如圖1 和12b中所示)以便該底部掏槽朝向礦床405的下傾邊 緣生長(zhǎng)。維持該氣墊層以便保護(hù)頂板，而同時(shí)允許該底部掏槽進(jìn)一步下傾地發(fā)展。如果在礦床中存在甲烷并且被釋放出，則所釋放的甲烷將與該氣墊層混合。在井 下注入空氣的情況下，可以進(jìn)行該氣體混合物的周期性吹掃來去除甲烷。推薦在甲烷吹掃 過程中停止井下的溶劑流動(dòng)。一旦將這些同中心的導(dǎo)管40—路拉到井孔410的無內(nèi)襯部 分415的下傾末端，則認(rèn)為該底部掏槽完成。然而，應(yīng)該存在一些剩余的天然堿以便鉆探一 個(gè)收集井420(圖13a中所示)。當(dāng)在天然堿礦床405的基底處完全形成底部掏槽空間時(shí)終 止通過導(dǎo)管40的溶劑注入。為了開始生產(chǎn)，然后在礦床405的底部或其附近鉆探一個(gè)定向井來攔截(一般是 但并非必須是周期性地)井孔410在其井下末端的水平部分415形成收集井420。鉆探一 個(gè)垂直收集坑井來攔截收集井420的水平部分以形成一個(gè)收集坑428，優(yōu)選是在礦床405的 最低的下傾位置。在收集坑428的底部安裝一個(gè)收集坑排水泵430，如圖13a中所示。在創(chuàng)造了收集井420和收集坑4 之后，移動(dòng)該氣墊層，并且在用溶劑填充了底 部掏槽中的所有空腔之后，開始通過溶解采礦來生產(chǎn)可溶性礦石。通過多個(gè)井孔435來將 一種溶液注入礦床405的上前區(qū)域，如圖13a-b中所示。該溶液優(yōu)選是水或?qū)λＭ苜|(zhì) (即，鈉價(jià)值物)不飽和的一種溶液，該溶液可以是從其他正經(jīng)歷底部掏槽形成的系統(tǒng)中循 環(huán)來的。該溶液在每個(gè)單獨(dú)的底部掏槽形成中向下流動(dòng)時(shí)變得浸漬有溶解的鈉價(jià)值物、被 收集在收集井420中、被導(dǎo)向收集坑排水泵430并且作為一種對(duì)碳酸鈉/碳酸氫鈉飽和的 溶液被泵送至地面。這個(gè)生產(chǎn)階段優(yōu)選是在低壓并且不在靜水頭壓力下進(jìn)行。該生產(chǎn)階段 過程中的溶解將在水平和垂直兩個(gè)方向上進(jìn)行，因?yàn)樵摎鈮|層將不再存在。這種下切割使 得礦石易受重力加載和粉碎，這樣未暴露的礦石通過重力落入該底部掏槽中，從而導(dǎo)致將 新鮮礦石暴露于該溶液中用于溶解并且垂直擴(kuò)展該底部掏槽。最終所有的單獨(dú)底部掏槽將 連接起來而形成一個(gè)底部掏槽溝槽，如之前參考圖4所描述的。該生產(chǎn)階段應(yīng)該持續(xù)到所 有的可接近的所希望的溶質(zhì)都從礦石中被溶解。在離開系統(tǒng)4的溶液很好地處于所希望溶 質(zhì)(例如，碳酸鈉/碳酸氫鈉)的飽和以下和/或包含過高含量的一種或多種污染物(例 如，氯化物)這一點(diǎn)，通過停止溶液流動(dòng)而終止該溶解采礦。圖Ha-c在一個(gè)平面視圖中展示了一種溶解采礦系統(tǒng)5的發(fā)展，該系統(tǒng)包括一個(gè) 具有傾斜梯度及兩個(gè)定向井孔510和535的一個(gè)天然堿礦床505的未利用區(qū)段。一個(gè)天然 堿礦床的未利用區(qū)段將在其生命周期中經(jīng)受下文中描述的多個(gè)不同的發(fā)展階段。因?yàn)橐粋€(gè) 周期的長(zhǎng)度可以是可觀的，如幾年，所以推薦在不同的發(fā)展階段中具有多個(gè)礦床區(qū)段。參見圖14a，在鉆探階段的過程中，鉆探了帶有單一套管的兩個(gè)定向井孔，一個(gè) (510)在上傾位置“A”而另一個(gè)(53 在下傾位置“B”，首先是垂直地接著以一種更水平的 方式，相對(duì)于傾斜梯度的方向?qū)?10是處于角α而對(duì)于井孔535是角β。角α —般 是在10與85度之間，并且角度β —般是在95與170度之間。這兩個(gè)井孔510和535在 點(diǎn)C處相連接，該點(diǎn)一般(盡管并非必須)是定位為大約中傾斜的并且與點(diǎn)A和B橫向間隔開，這樣點(diǎn)A、B、C定義了一種三角形的形狀，這個(gè)形狀具有從約0. 5至5平方千米的面 積。在下傾井孔535的垂直部分的底部在位置B創(chuàng)造了一個(gè)收集坑，并在該收集坑中安裝 一個(gè)收集坑排水泵。將上傾井孔510的某種程度上水平的部分中的套管516從連接點(diǎn)“C” 拉動(dòng)一個(gè)預(yù)定距離(至少5英尺、或至少10英尺或至少20英尺)以創(chuàng)造一個(gè)無內(nèi)襯井孔 部分515。將下傾井孔535的套管一路去除到收集坑(在點(diǎn)“B”處)。井孔510和535的 垂直部分優(yōu)選地內(nèi)襯有套管從而防止在底部掏槽形成及生產(chǎn)階段過程中它們的侵蝕。將溫度在環(huán)境溫度與220° F(104°C )之間的溶劑52 (例如，水或飽和的碳酸鈉、 碳酸氫鈉和/或氫氧化鈉)注入上傾井孔510中，以便使它流入無內(nèi)襯井孔部分515中并且 暴露出新鮮天然堿礦石并溶解一些天然堿，因此形成一個(gè)稱為底部掏槽560的掏空區(qū)域。 當(dāng)被溶解的天然堿浸漬的溶劑流向該收集坑時(shí)，它形成了一種液體陽，該液體被收集在下 傾井孔535的收集坑中。該收集坑排水泵將這種液體移送到地表。這個(gè)底部掏槽形成階段 不是在靜水頭壓力下進(jìn)行的。這種溶解首先沿著連接點(diǎn)(點(diǎn)“C”)的邊緣進(jìn)行并且它的延 展是受到飽和以及重力指令的。應(yīng)該控制溶劑52的流速和溫度以保證該富液在它到達(dá)該 收集坑時(shí)的飽和。如果不飽和的溶液到達(dá)了收集坑，這可能創(chuàng)造不想要的溶解模式以及可 能的短路路徑和更低的整體回收率。一旦將上傾井孔510的套管516 —路上拉到井孔510 的垂直部分的開始處從而將底部掏槽面積最大化，則認(rèn)為底部掏槽形成完成了。對(duì)于該生 產(chǎn)階段，可以在礦床的最低的下傾部分(例如，在圖14c中的點(diǎn)“D”)鉆探一個(gè)垂直收集井 570并且使之與底部掏槽空腔560流體連通，并且在這個(gè)井的底部安裝一個(gè)第二收集坑排 水泵。該底部掏槽空腔560填充有通過上傾井孔510注入的溶液(優(yōu)選是從底部掏槽還在 形成中的其他系列的井孔中循環(huán)而來的一種溶液)。該溶液通過收集井570被收集并然后 通過第二收集坑排水泵作為一種對(duì)鈉價(jià)值物(碳酸鹽和/或碳酸氫鹽)飽和的溶液被泵送 至地面。這個(gè)生產(chǎn)階段不是在靜水頭壓力下進(jìn)行的，而是在靜水頭壓力以下進(jìn)行。天然堿 的溶解在水平和垂直方向上都發(fā)生。這個(gè)生產(chǎn)階段持續(xù)進(jìn)行，直至離開的溶液對(duì)碳酸鈉/ 碳酸氫鈉不再是飽和的，這指示了天然堿幾乎從這個(gè)底部掏槽560中被耗盡。預(yù)期通過使 用這種方法，提取率將在80% -90%左右。圖1 在一個(gè)平面視圖中展示了一種溶解采礦系統(tǒng)6，該系統(tǒng)包括一個(gè)具有或不 具有傾斜梯度、一個(gè)定向井孔610以及一個(gè)垂直井孔635的一個(gè)天然堿礦床605的未利用 區(qū)段。在它的最初發(fā)展中，穿過天然堿礦床鉆探了垂直井孔635并且該井孔在礦床605的 底板下方終止于一個(gè)收集坑628，在此處安裝了帶有一個(gè)連接至地面的排水管的收集坑排 水泵630。井孔635包括一個(gè)具有玻璃纖維區(qū)段640的穿過天然堿礦床605而定位的鋼套 管。井孔610首先被垂直鉆探并配備有一個(gè)鋼套管，直到它接近礦床605的頂板位置，然后 在這一點(diǎn)對(duì)井孔610進(jìn)行定向地鉆探來恰好彎進(jìn)該礦床605中以便與井孔635的玻璃纖維 套管的一部分相交。這種鉆探在礦床605的頂板上方及附近持續(xù)進(jìn)行，以便創(chuàng)造出一個(gè)基 本水平的具有一個(gè)井下末端619的無內(nèi)襯部分615。然后將一個(gè)導(dǎo)管40插入井孔610中，這樣它的井下末端50接近無內(nèi)襯井孔部分 615的井下末端619。井下導(dǎo)管末端50(充當(dāng)了或包含該溶劑注入?yún)^(qū))被定位在距離井下 井孔末端619的一個(gè)預(yù)定距離處、并且被設(shè)計(jì)為將該溶劑注入到井下導(dǎo)管末端50附近的礦 石區(qū)域、一般是注入到無內(nèi)襯井孔部分615的含礦石的壁的至少一個(gè)區(qū)段。該井下導(dǎo)管末 端50與無內(nèi)襯井孔部分615的井下末端619之間的這個(gè)預(yù)定距離可以是至少10英尺、或至少25英尺、或至少50英尺。該預(yù)定距離可以是最多750英尺、或最多500英尺、或最多 400英尺。圖1 在其設(shè)計(jì)上類似于圖1，除了與圖1中返回井孔35位于井孔10的井下末 端19附近相反，返回井孔635不是位于井孔610的井下末端619附近，而在圖15a中是，返 回井孔635在距離注入井孔610的垂直部分(注入點(diǎn))的距離上比它的井下末端619更靠 近。對(duì)于底部掏槽形成，通過導(dǎo)管40注入溶劑52并且該溶劑離開導(dǎo)管末端50以接觸 未開采的天然堿，其中的一些天然堿被溶解。然后迫使該溶劑在井孔井下末端619處回轉(zhuǎn)。 隨著溶劑穿過水平的無內(nèi)襯井孔部分615朝向收集坑628，它溶解了越來越多的未開采的 天然堿并且形成了一種富液，該溶液被收集在收集坑擬8中。隨著充當(dāng)無內(nèi)襯井孔部分615 的壁的天然堿溶解，這個(gè)無內(nèi)襯井孔部分615的圓周被擴(kuò)大從而沿著井孔部分615的至少 一個(gè)區(qū)段形成了一個(gè)底部掏槽，該區(qū)段已經(jīng)在從井孔610的井下末端619到收集坑628的 一個(gè)距離上通過溶解而被侵蝕。為了將溶劑注入移動(dòng)到新鮮的天然堿從而進(jìn)一步擴(kuò)大該底 部掏槽(例如增大其長(zhǎng)度)，在無內(nèi)襯井孔部分615內(nèi)撤回導(dǎo)管40，使得將導(dǎo)管井下末端50 從井孔610的井下末端619拉離。底部掏槽形成的這個(gè)第一階段(階段1)在圖15b的平 面視圖中進(jìn)行了展示。離開收集坑628的富液可能是飽和的，但在多數(shù)情況下該溶液對(duì)碳酸鈉是不飽和 的。這種富液一般是通過井下水泵630經(jīng)由管線655從收集坑628中移除的，其中可以將 此種富液的一部分(管線67 進(jìn)行處理用于回收鈉價(jià)值物而可以將另一部分(管線665) 通過導(dǎo)管40再注入而再循環(huán)至底部掏槽發(fā)展中。如圖1 中所示，底部掏槽發(fā)展的其他階段可以沿著第一形成的底部掏槽660進(jìn) 行以創(chuàng)造第一組平行的底部掏槽空腔。這些另外的階段是通過在該天然堿礦床內(nèi)從主要井 孔610中定向鉆探出其他的一個(gè)或多個(gè)無內(nèi)襯井孔部分(這些無內(nèi)襯井孔部分通過彎曲的 區(qū)段被連接到這個(gè)共用的主要井孔上)而開始，這個(gè)或這些新的無內(nèi)襯井孔部分平行于第 一底部掏槽660的縱軸線。重復(fù)這個(gè)或這些新的無內(nèi)襯井孔部分的溶解過程直到所得的平 行的擴(kuò)寬的底部掏槽空腔最終合并而在礦床底板附近創(chuàng)造出一個(gè)底部掏槽溝槽670。這些 組合的發(fā)展的底部掏槽區(qū)域可以包括1000至3000英尺(304-914米)、優(yōu)選2000-3000英 尺(610-914米)的長(zhǎng)度以及200至300英尺(61-91米)的寬度。可以創(chuàng)造一組或多組具有相似井孔設(shè)計(jì)的平行的底部掏槽空腔。這將允許底部掏 槽形成在天然堿礦床的底板附近橫向擴(kuò)展。如圖15d中在平面視圖中展示的，可以發(fā)展第 二組平行的底部掏槽空腔作為第一組的鏡像圖像。第二組優(yōu)選是使用定向鉆探的井孔611 和垂直井孔636創(chuàng)造的，如圖15c中所示(與具有井孔610和635的第一組類似)。對(duì)于具 有傾斜梯度的礦床，第二組優(yōu)選地相對(duì)于第一組是下傾的。優(yōu)選地，獨(dú)立形成的這兩組空腔 是流體連通的(即，這些組的平行的底部掏槽空腔最終合并)，從而允許流體從一個(gè)通向另 一個(gè)，例如從上傾的一組到下傾的一組。這些組合的發(fā)展的區(qū)域可以包括1000至3000英 尺(304-914米)、優(yōu)選2000-3000英尺(610-914米)的長(zhǎng)度以及400至600英尺(122-183 米)的寬度。底部掏槽溝槽670的生產(chǎn)模式是通過上傾井孔635流體靜力學(xué)地注入溶劑并且通 過下傾井孔636借助第二收集坑排水泵631撤出富液而進(jìn)行的，如圖15c中的立面圖所展示的。在這種生產(chǎn)模式的過程中，該操作有利于垂直地?cái)U(kuò)大底部掏槽溝槽670，這樣使得該 天然堿礦床的在更高海拔處的上部部分開始斷裂并崩落，從而允許更多的天然堿(以碎石 的形式)與溶劑進(jìn)行接觸并被溶解，最終從底板至頂板溶解該天然堿礦床。在井孔635和 636中可以維持一個(gè)給定的水位，以便更有效地溶解開采出該天然堿礦床的上部部分。如果 希望的話，在這些井孔635和636中的水位上的變化將允許改變靜水壓力。對(duì)于這個(gè)實(shí)施方案中底部掏槽的形成和生產(chǎn)模式，該溶劑可以是水或者包含碳 酸鈉、碳酸氫鈉和/或氫氧化鈉的一種不飽和溶液?？梢允褂迷?° F與200° F之間 (17. 7°C -104°C )的溶劑溫度。但是對(duì)于這樣的實(shí)施方案中的底部掏槽形成，優(yōu)選是使用溫 度為約 100-220° F(37.8°C-104°C)或約 100° F_150° F(37. 8°C-65. 6°C )并且處于低壓 力(如約Opsig或lOlltfa的壓力)下的溫暖的溶劑。對(duì)于生產(chǎn)模式，優(yōu)選是使用溫度為大 約 60° F-90° F(15.6°C-32.2°C)并且在靜壓力(如大約 300 至 1200psig Ql70_8375kPa) 或大約700-1 IOOpsigG928-7686kPa)的水頭壓力)下的一種溶劑。圖16a_c提供了一種溶解采礦系統(tǒng)和方法的又另一個(gè)實(shí)施方案，該方法利用了一 種前進(jìn)式底部掏槽的形成。圖16a在一個(gè)平面視圖中展示了一種系統(tǒng)7，該系統(tǒng)包括一個(gè)具 有一個(gè)傾斜梯度、一個(gè)第一定向井孔710以及一個(gè)第二定向井孔735的天然堿礦床710的 未利用區(qū)段。在其最初發(fā)展中，在天然堿礦床的一個(gè)上傾區(qū)域內(nèi)從地面(具有地表位置A)穿過 天然堿礦床705垂直地鉆探井孔710 (向下開采至底板深度)并且然后沿著天然堿礦床705 的底板朝向點(diǎn)C(從點(diǎn)A下傾)定向地鉆探但是不到達(dá)該礦床的下傾橫向邊緣。井孔710 的第一水平部分715是無內(nèi)襯的并且長(zhǎng)度上可以為約0. 5至2千米，或約1-1. 6km。進(jìn)一 步在底板深度處朝點(diǎn)D (從點(diǎn)A上傾)將井孔710定向鉆探任何所希望的距離，以便形成井 孔710的一個(gè)第二水平無內(nèi)襯部分(長(zhǎng)度約0. 1至0. 5千米或大約0. 4千米(1/4英里))。 這個(gè)步驟影響了待開采的面積的大小并且有助于飽和的控制。在天然堿礦床的一個(gè)下傾區(qū)域內(nèi)從地面(具有地表位置B)穿過天然堿礦床705 垂直地鉆探井孔735(向下開采至底板深度)然后沿著天然堿礦床705的底板朝向點(diǎn)D(從 點(diǎn)B下傾)定向地鉆探。井孔735的這個(gè)水平部分745是無內(nèi)襯的并且長(zhǎng)度上可以是1至 6千米、或從約3至5km長(zhǎng)。井孔173的地面位置B應(yīng)該被選擇為使得它比地面位置C更加 下傾，并且它與地面位置A、C和D相對(duì)于該礦床走向的方向(垂直于該礦床傾向)是橫向 間隔開的。為了形成一個(gè)底部掏槽，采用井孔710來注入溶劑，而采用井孔735來撤出一種飽 和的溶液(液體)。因?yàn)榫?10的無內(nèi)襯部分715是從點(diǎn)B到點(diǎn)C下傾地傾斜的，所以注 入井孔710中的溶劑填滿了這個(gè)無內(nèi)襯部分715，該溶劑然后溢流到井孔710的上傾的無 內(nèi)襯部分720之中朝向點(diǎn)D，在此暴露于該溶劑中的天然堿開始溶解。推薦該含有溶解的 天然堿的溶劑在點(diǎn)D (無內(nèi)襯的井孔部分720和745相連接之處)恰好處于飽和以下。點(diǎn) D下傾的天然堿區(qū)域開始暴露于該溶劑中并且該暴露于溶劑中的天然堿的溶解創(chuàng)造了一個(gè) 底部掏槽760。然后這種不飽和的溶液在井孔735的無內(nèi)襯部分745中向下流向井孔735 的垂直部分的井下末端(具有地面位置點(diǎn)B)，變得富含溶解的天然堿，而在它接近點(diǎn)B時(shí)或 者優(yōu)選地當(dāng)它到達(dá)點(diǎn)B時(shí)最終達(dá)到飽和。隨著溶解繼續(xù)從點(diǎn)D下傾，底部掏槽760從點(diǎn)D向下并且在井孔710的無內(nèi)襯部分715的任一側(cè)上變寬，并且它的下傾邊緣朝C-B線前進(jìn)，如在圖16a中通過曲線a、b、c的 行進(jìn)并且在圖16b中通過曲線d到g所展示的。為了沿著井孔710的無內(nèi)襯部分715擴(kuò)展該底部掏槽形成，可以下傾地移動(dòng)該溶 劑注入點(diǎn)。例如在圖16b中，垂直地鉆探具有地面位置E的井孔780來與井孔710的無內(nèi) 襯部分715相交。井孔780優(yōu)選被包覆到下至天然堿礦床705的頂板，但是之后穿過該天 然堿礦床下至底板是無內(nèi)襯的。位置E優(yōu)選被選擇為是從該部分715上與底部掏槽的下傾 邊緣相交的這一點(diǎn)下傾的(在此情況下，通過曲線g代表)。然后通過這個(gè)井孔780進(jìn)行溶 劑注入，并如之前描述的進(jìn)行天然堿的溶解以便使該底部掏槽繼續(xù)它的下傾前進(jìn)。任選地， 可以加入井孔780的一個(gè)定向鉆探的無內(nèi)襯部分785(以虛線示出)來繼續(xù)在天然堿礦床 的這個(gè)區(qū)域中的底部掏槽形成的進(jìn)展。將溶劑注入點(diǎn)下傾地移動(dòng)的另一種選擇在圖16c中進(jìn)行了展示并且是通過將一 個(gè)導(dǎo)管740插入井孔710中以及插入它的剩余的井下無內(nèi)襯部分715之中而進(jìn)行的，這樣 使得導(dǎo)管740的井下末端750對(duì)于在這個(gè)剩余的無內(nèi)襯部分715中將該溶劑朝點(diǎn)C向下注 入是有效的，并且天然堿的溶解如之前描述地而進(jìn)行。此種溶解采礦方法可以按一種連續(xù)模式進(jìn)行，其中將溶劑注入并使其通過該底部 掏槽空腔，這樣使得該移動(dòng)的溶劑溶解了所希望的溶質(zhì)，從而進(jìn)一步切割該礦石的暴露的 自由面，而同時(shí)飽和的溶液從礦床的一個(gè)下傾位置被移到地面上。當(dāng)該底部掏槽的下傾邊 緣到達(dá)礦床的下傾邊緣時(shí)，可以終止該連續(xù)模式中的溶劑注入。然而，還設(shè)想到了該溶解采礦方法可以按一種分批模式進(jìn)行，該模式可以稱之為 “切割浸漬”采礦方法。在這種情況下，溶劑注入首先是在點(diǎn)A注入，直到該溶劑填滿了這些 無內(nèi)襯井孔部分715、720和745和/或該新生的底部掏槽空腔760，并且此后停止溶劑流 動(dòng)以便使不移動(dòng)的溶劑原位溶解被暴露的天然堿，從而進(jìn)一步切割該天然堿自由面，直到 該富液變得對(duì)鈉價(jià)值物是飽和的。當(dāng)該富液達(dá)到飽和時(shí)，將得到的飽和液體從點(diǎn)B的下傾 位置移到地面上。一旦對(duì)該底部掏槽空腔進(jìn)行排水，則可以注入更多的溶劑并且重復(fù)該分 批過程。當(dāng)該底部掏槽的下傾邊緣到達(dá)井下注入點(diǎn)時(shí)，可以移動(dòng)溶劑注入。以此方式，這種 “切割浸漬”采礦方法可以隨時(shí)間而在幾個(gè)相鄰的新鮮礦石區(qū)級(jí)聯(lián)地進(jìn)行操作。這種級(jí)聯(lián)式 操作可以上傾地開始，并且將注入點(diǎn)隨時(shí)間而下傾地移動(dòng)。當(dāng)該底部掏槽的下傾邊緣到達(dá) 礦床的下傾邊緣時(shí)，可以終止溶劑注入?？梢钥刂圃撊軇┑牧魉俸蜏囟葋泶┻^該礦石挖掘所希望的路徑。當(dāng)并不擔(dān)憂頂板 污染時(shí)，可以將用于溶解開采的這個(gè)系統(tǒng)7及其操作用來在天然堿開采的基底處緩慢形成 一個(gè)底部掏槽或者迅速開采整個(gè)礦床。確實(shí)該底部掏槽的快速形成將造成上部材料的更快 速的破裂以及崩落并且對(duì)該天然堿礦床頂板施加更顯著的應(yīng)力。因此當(dāng)不存在位于天然堿 礦床頂板的頁巖礦并因此存在極小的氯化物污染風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，可以加快底部掏槽的發(fā)展并且可 以使用高的流速。在注入點(diǎn)處在100° F-220。F(37.8°C _104°C )范圍內(nèi)的溫度將有利 于快速溶解注入點(diǎn)附近的天然堿，并且隨著富液冷卻下來，當(dāng)該溶液在無內(nèi)襯井孔部分745 內(nèi)朝點(diǎn)B向下行進(jìn)時(shí)溶解的速率下降。圖17a_g提供了一種溶解采礦系統(tǒng)8和方法的又另一個(gè)實(shí)施方案，該方法在具有 傾斜梯度的天然堿礦床805的一個(gè)未利用區(qū)段中利用了一種前進(jìn)式底部掏槽的形成。最初從地面開始鉆探了三個(gè)C3)平行的井孔。兩個(gè)井孔A、B (其地面位置A和B是上傾的)，以及該第三井孔C(其地面位置C是下傾的并且在中間與其他兩個(gè)孔洞橫向間 隔開)是從相對(duì)的方向上鉆探的。描述為“A”和“B”的孔洞將被用于溶劑注入點(diǎn)，而描述 為“C”的孔洞將被用于從開采過的區(qū)域中提取溶液的點(diǎn)。在圖17a中所展示的其最初發(fā)展中，在天然堿礦床的一個(gè)上傾區(qū)域內(nèi)從地面(具 有地表位置A)穿過被開采天然堿礦床805并且至底板深度而垂直地鉆探井孔A，然后沿著 天然堿礦床805的底板朝向下傾的礦床邊緣定向地鉆探以形成部分810。在這個(gè)初始鉆探 之后，將鉆頭朝井下位置A撤回到水平部分810中，并且進(jìn)行一系列的橫向鉆探來形成該主 要水平部分810的多個(gè)分枝。進(jìn)行該主要部分810以及每個(gè)側(cè)面分枝的一種定向調(diào)查以確 保恰當(dāng)?shù)你@探布局。同樣在圖17a中展示的第二個(gè)階段包括在天然堿礦床的一個(gè)上傾區(qū)域內(nèi)從地面 (具有地表位置B)穿過被開采的天然堿礦床805并且至底板深度而定向鉆探一個(gè)平行的井 孔B(如以上描述的)然后沿著天然堿礦床805的底板朝向下傾的礦床邊緣定向地鉆探以 形成一個(gè)水平的部分820并且然后從這個(gè)主要水平部分820形成多個(gè)側(cè)面分枝。這些水平 井孔部分810、820是彼此平行的并且彼此相距幾百英尺(例如，間隔從30至122m)并且可 以是幾千英尺長(zhǎng)，例如長(zhǎng)度上為從約0. 5至5千米，或者大約1英里(1. 6km)。這些水平部 分810、820的布置總體是在該礦床的下部中，優(yōu)選是從底板到該礦床深度的大致底部三分 之一。這種布置取決于位于該礦床內(nèi)的頁巖帶。圖17a中展示的第三個(gè)階段包括定向鉆探另一個(gè)平行的井孔C。初始地在天然堿 礦床的一個(gè)下傾區(qū)域內(nèi)從地面(具有地表位置C)穿過被開采的天然堿礦床805并且至底 板深度在與井孔A、B相反的方向上垂著地鉆探井孔C，然后沿著天然堿礦床805的底板朝向 上傾的礦床邊緣定向地鉆探以形成一個(gè)水平部分835并且然后從這個(gè)主要水平部分835形 成多個(gè)側(cè)面分枝，部分835的這些分枝中的每個(gè)都與井孔A、B的主要水平部分810、820相 交。水平部分835被定位在部分810、820之間并且與它們平行。這些無內(nèi)襯的部分彼此相 距幾百英尺并且可以是幾千英尺長(zhǎng)，例如長(zhǎng)度上為約1至5千米，或者大約1. 6km (1英里)。 該水平部分835的布置總體是在該礦床的下部中，優(yōu)選是從底板到該礦床深度的大致底部 三分之一。在完成鉆探階段I、II和III以及定向調(diào)查之后，從井孔部分810、820、835中移除 鉆柱和鉆頭。套管總體上保留在這些井孔A、B、C的垂直部分中以防止孔洞坍塌以及地面與 礦床頂板之間的區(qū)域的污染?？梢詫?duì)最初得到的地表海拔進(jìn)行測(cè)量。這完成了鉆探階段。如圖17c_f所示的后續(xù)的發(fā)展階段IV至VII提供了底部掏槽形成階段，在此過程 中底部掏槽形成的進(jìn)展可以通過使用照相機(jī)以及測(cè)井技術(shù)來測(cè)定其大小而進(jìn)行監(jiān)測(cè)。從一 個(gè)主要的水平無內(nèi)襯井孔部分具有多個(gè)分枝的溶解采礦允許發(fā)展相交的多個(gè)底部掏槽，其 方式為產(chǎn)生一個(gè)大的底部掏槽嵌段，該嵌段在范圍上是相當(dāng)大的而在深度上則不是，因?yàn)?此種底部掏槽的橫向形成受到圖17b中所示系統(tǒng)的協(xié)助。圖17c中展示的階段IV開始了底部掏槽的形成，在此啟動(dòng)了溶劑注入以及流體循 環(huán)。該溶劑(水或不飽和的溶液)被注入兩個(gè)無內(nèi)襯井孔A、B之一或兩者之中，在此它然 后接觸并溶解了形成這些水平井孔部分810、820的壁的天然堿，因此擴(kuò)大了它們。這產(chǎn)生 了更大的流動(dòng)面積并且暴露了該天然堿的更大的周長(zhǎng)或接觸表面。該底部掏槽是通過利用 頁巖礦床來限制天然堿溶解的這種天然傾向而形成的，從而導(dǎo)致溶解了該礦床的較低區(qū)域內(nèi)的天然堿表面。一種富液流經(jīng)無內(nèi)襯部分810和820以及將部分810和820連接到835 上的這些側(cè)面分枝，從而沿著此路徑溶解了更多的天然堿，以最終流入無內(nèi)襯部分835中。 在第三井孔C的井下末端收集了一種飽和溶液，通過一個(gè)井下水泵將其遞送至地面。該系統(tǒng)可以在壓力下操作，從而允許周圍的巖石維持或向局部巖層施加一個(gè)壓 力，從而將任何局部的地面壓力最小化。周圍巖石上的壓力可以通過液體施加、或者通過 利用在底部掏槽空腔中注入空氣或一些地面天然氣體而通過氣體施加?？梢詫?duì)該溶劑的溫 度、流速以及生成的溶液的密度進(jìn)行監(jiān)測(cè)來獲得返回溶液的飽和性。這整個(gè)方法并不將任何鉆管保留在通過定向鉆探而創(chuàng)造的這些不同的水平部分 和分枝之中，但是可以通過使用尾礦來指導(dǎo)流動(dòng)以及改變所注入溶劑的流速、溫度和飽和 水平來對(duì)所希望的區(qū)域有效地提供空腔的發(fā)展和布置。這些尾礦還可以起到形成一種障礙 物的作用，以免頁巖底板和污染物從礦床的上部區(qū)域中落下，從而保持液體免于被該頁巖 層污染。因此該溶劑可以包括尾礦，這些尾礦然后沉積在該底部掏槽的底面上。沉積的尾 礦通過筑壩效應(yīng)改變了流動(dòng)路徑并且引導(dǎo)溶劑流動(dòng)朝向通過定向鉆探所創(chuàng)造的空腔內(nèi)。在圖17d中所示的階段V的過程中，該底部掏槽形成隨著天然堿繼續(xù)在主要的水 平井孔部分810、820以及它們的對(duì)應(yīng)的側(cè)面分枝中以及周圍、以及主要的水平返回井孔部 分835及其側(cè)面分枝周圍創(chuàng)造一個(gè)更大的空腔而進(jìn)行。高流速和低溶劑溫度使注入點(diǎn)附近 的天然堿的溶解最小化并且使得底部掏槽能夠在沿著無內(nèi)襯井孔部分810、820和/或在返 回井孔部分835附近的多個(gè)區(qū)域處發(fā)展，這樣使得溶解無內(nèi)襯部分的壁引起的侵蝕朝返回 井孔C 一路向下而發(fā)生。在圖17e中所示的階段VI的過程中，延伸超過這些初始的無內(nèi)襯 井孔部分的底部掏槽以及二級(jí)區(qū)域正變得有更大發(fā)展。可以進(jìn)行尾礦的使用來覆蓋掉落的 頁巖礦床部分以及來自底板的有機(jī)污染。與溶劑混合的尾礦沉降并形成了一個(gè)墊子，從而 保持這些不飽和的以及飽和的流體不接觸崩落的頁巖。在圖17f中所示的階段VII的過程 中，該底部掏槽隨著礦床的較低部分被溶解并且過度負(fù)載的天然堿的一部分粉碎并落入底 部掏槽中而垂直地發(fā)展。可以使用地表下沉監(jiān)測(cè)來確定礦柱侵蝕的范圍和影響(在此礦柱 被定義為井孔之間未被侵蝕的礦石區(qū)域)。圖17g展示了該底部掏槽形成的垂直進(jìn)展，其中在階段IV和V中，最初的井孔部 分810、820周圍的天然堿的最接近的下部和上部區(qū)域正被溶解掉。但是，在后續(xù)的底部掏 槽形成階段VI至VII的過程中，隨著溶劑開始侵蝕該底部掏槽的上部面的天然堿，該底部 掏槽被進(jìn)一步向上擴(kuò)大了。在本發(fā)明的又另一個(gè)實(shí)施方案中，用于天然堿礦石的該溶解采礦方法使用了不溶 性巖石的層，該巖石沉積在通過天然堿的溶解而形成的底部掏槽中。這層不溶物將底板與 該底部掏槽空腔的頂層分開，同時(shí)機(jī)械地支撐了該空腔頂層，后者是天然堿碎石以及它上 方的礦石的底部界面。這樣的不溶物層隨著越來越多的過度負(fù)載的天然堿被溶解而變厚， 并且通過它的孔隙性提供了一個(gè)通道，通過這個(gè)通道該液體可以從一個(gè)上傾位置通向一個(gè) 下傾位置。在實(shí)施中，經(jīng)受一個(gè)底部掏槽形成的一個(gè)天然堿礦床可以包括處于不同發(fā)展階段 的幾個(gè)區(qū)域。這些區(qū)域可以包括天然堿礦床的多個(gè)平行條帶，這些條帶橫跨該礦床的寬度 從上部部分(上傾)到下部部分(下傾)延伸。此類區(qū)域可以包括還未處于操作中的一個(gè)區(qū)域，這里天然堿是原樣的，除了將溶劑送入下一個(gè)條帶中的多個(gè)井孔之外；一個(gè)準(zhǔn)備區(qū)，在此處首先使溶劑與天然堿接觸，并且在此處這多個(gè)溶解區(qū)域(無 內(nèi)襯井孔)變得更寬直到它們最終橫向合并成一個(gè)和該礦床的寬度一樣大的寬的底部掏 槽溝槽；一個(gè)過渡區(qū)，在此處液體在由礦床底板的斜坡所提供的重力下自由流動(dòng)，如以上 所述的，沒有天然堿碎石的任何進(jìn)一步溶解；一個(gè)生產(chǎn)區(qū)，在此處該液體填充了該不溶層的整個(gè)厚度、到達(dá)這個(gè)不溶層的頂層 并且溶解了該天然堿碎石的底板，直到該溶液對(duì)鈉價(jià)值物(碳酸鈉/碳酸氫鈉)是完全飽 和的。在這個(gè)區(qū)的末端，可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)純天然堿區(qū)的完全溶解(除了不再足夠純并且過度 濃縮有雜質(zhì)如鹵化物或硫酸鹽的頂部部分)；以及一個(gè)耗乏區(qū)，在此處該飽和溶液被運(yùn)輸?shù)皆摰V床底部的收集區(qū)。關(guān)于該準(zhǔn)備區(qū)，該溶劑在這個(gè)區(qū)中在重力下流動(dòng)，除了離開注入點(diǎn)的最初幾米，此 時(shí)該溶劑速度仍然過大而不能得到一種重力驅(qū)動(dòng)的流動(dòng)模式。一旦該底部掏槽空腔的直徑 變得大于約20英寸，可供液體流動(dòng)的面積就將變得足夠大使得該底部掏槽空腔的上部部 分將不再充滿液體。這意味著該空腔僅可以向下(此處它將受天然堿層的底板所限制)并 且向側(cè)面延伸。該底部掏槽空腔越向側(cè)面延伸，可供用于溶劑流動(dòng)的截面面積就越大，因而 該液體層的厚度將保持遞減，并且天然堿的橫向溶解區(qū)的寬度也將如此，從而隨時(shí)間粗略 地刻出一種三角形的形狀。在該空腔的底部，該不溶性材料將緩慢開始累積，因?yàn)樵撘后w的 速度將越來越小并且阻止與該液體一起的任何不溶物運(yùn)輸。當(dāng)該底部掏槽空腔的橫向范圍將變得過大而不能支撐該空腔頂板時(shí)，在中心處或 附近的頂板將在空腔中屈服于重力荷載和坍塌。因此該液體將主要被推向側(cè)面，從而使得 能夠繼續(xù)該空腔的橫向刻蝕，這進(jìn)而將引起在其中心處發(fā)生過度負(fù)載的天然堿的更多坍 塌。但是該液體的一小部分將在填充有該不溶性材料的淺的空間內(nèi)、在該底部掏槽中央的 坍塌區(qū)域的底部保持流動(dòng)。這種液體將在中心處重新開心一些溶解并且因此實(shí)現(xiàn)沿準(zhǔn)備區(qū) 向下的過渡區(qū)(橫向連續(xù)的)的形成。該底部掏槽空腔橫向延伸得越多，將流入它的更廣的坍塌的中央?yún)^(qū)域中的液體就 越多，并且可供用于底部掏槽空腔的橫向溶解的液體就越少。對(duì)于一個(gè)給定的溶劑進(jìn)料速 率，將存在該底部掏槽空腔的最大可能橫向范圍，并且這種限制將限定跨過該礦床的多個(gè) 順序的水平鉆孔之間的距離，以使得在多個(gè)相鄰底部掏槽區(qū)域之間的能夠有一個(gè)接合。這 樣的距離將取決于該天然堿礦床的局部結(jié)構(gòu)并且特別是它的鈉價(jià)值物溶解的速率。一般， 在熱水中無液體的任何攪拌時(shí)天然堿溶解的速率是大約0. 5至Icm每小時(shí)。例如，為了使 一個(gè)無內(nèi)襯井孔的圓周得到從4英寸至20英寸的直徑，一天多一點(diǎn)的接觸時(shí)間是必需的。 因?yàn)椴僮鲄^(qū)中的溶解保持進(jìn)行并且井孔注入以1. 2m/天的平均速度行進(jìn)，在空腔的頂部部 分將不再被暴露于液體中之前該空腔的初始長(zhǎng)度應(yīng)該不大于1米。在這樣的距離之后，該 底部掏槽空腔的定向的橫向溶解將發(fā)生。關(guān)于該生產(chǎn)區(qū)，它具有兩個(gè)同時(shí)的約束條件一個(gè)是針對(duì)生產(chǎn)飽和的溶液并且另 一個(gè)是針對(duì)溶解可使用的天然堿的整個(gè)厚度。可以獨(dú)立地定義兩個(gè)操作參數(shù)以便實(shí)現(xiàn)這樣 的約束條件中任一項(xiàng)該溶劑的流速以及整個(gè)生產(chǎn)區(qū)的長(zhǎng)度(計(jì)算為從與過渡區(qū)的界面以 及與耗乏區(qū)的界面上至底部的距離)。與耗乏區(qū)的這個(gè)界面的位置是由該操作跨時(shí)間的發(fā)展而設(shè)定的。例如，如果該礦床包含4百萬噸天然堿并且預(yù)期有1百萬公噸蘇打灰/年的 產(chǎn)量，則這個(gè)界面在對(duì)此種礦床進(jìn)行兩年操作的過程中可以向上移動(dòng)1.2米/天。與過渡 區(qū)的這個(gè)界面的位置可以通過控制位于從底部掏槽空腔向下的收集區(qū)中的液體水平而進(jìn) 行調(diào)節(jié)。在這個(gè)液體水平之上，該液體在重力下流動(dòng)并且不能觸及天然堿碎石的底板，而在 這個(gè)液體水平以下，則該空腔溢流并且該液體可以重新開始天然堿的溶解。雖然通過使用水該溶解速度可能對(duì)于這些不同注入點(diǎn)的最初幾米的直徑增長(zhǎng) (0. 5至lcm/hr)是令人滿意的，但對(duì)于這些底部掏槽空腔的橫向擴(kuò)展的快速發(fā)展它可能不 是足夠的并且不足以引起它們?cè)趶倪@些注入點(diǎn)向下的一個(gè)可接受距離處的合并。另外，使 用水用于天然堿溶解在生產(chǎn)區(qū)中的某個(gè)距離處將產(chǎn)生一種碳酸氫鹽飽和溶液，該溶液將隨 后通過進(jìn)一步的天然堿溶解而演化成更多的碳酸鹽溶解，但是碳酸氫鹽的沉淀可能阻塞該 溶解自由面。因?yàn)檫@些原因之一或兩者，可能推薦使用一種苛性堿溶液(如含有^gNaOH/ kg)，該溶液將既增強(qiáng)該準(zhǔn)備區(qū)的效率又防止在生產(chǎn)區(qū)中的阻塞。另一個(gè)改進(jìn)將是在待開采 的天然堿礦床中注入一種稀釋的苛性堿溶液O. 6%或2.7% )，以便引起碳酸氫鹽沉淀并 且防止恰在該生產(chǎn)區(qū)末端處的溶解界面的阻塞、以及進(jìn)一步的溶解在耗乏區(qū)中的不想要的 鹽的任何可能性。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中可能發(fā)生在礦床中稱為“建通道”的一種現(xiàn)象?！敖ㄍǖ馈?事件描述了該溶劑穿過一個(gè)礦石不溶物(例如，天然堿碎石)的區(qū)域來尋找并維護(hù)一條路 徑的趨勢(shì)。一旦創(chuàng)建了一個(gè)通道，則它可能導(dǎo)致周圍礦石的低或接近零的溶解速率，因?yàn)樵?溶劑旁路通過了含溶質(zhì)的礦石并且未能將該溶質(zhì)暴露于溶劑中。然而預(yù)期到在本發(fā)明的溶 解采礦方法中發(fā)生的礦石坍陷/粉碎過程在本質(zhì)上將最有可能防止或至少是中斷該建通 道現(xiàn)象。關(guān)于本發(fā)明的任何一個(gè)或所有的實(shí)施方案，在溶解采礦過程中發(fā)生此種建通道現(xiàn) 象的情況下，可能的補(bǔ)救辦法之一可以通過周期性地變動(dòng)該溶劑穿過一個(gè)無內(nèi)襯井孔部分 或同心地定位在其中的一個(gè)導(dǎo)管的壓力和/或流速而有效地實(shí)現(xiàn)。以此方式，不飽和溶劑 將被迫使離開旁路通道并且=新鮮的礦石將被暴露于溶劑中。另一種可能的補(bǔ)救辦法可以通過引入不溶的尾礦來改變這些如此形成的旁路通 道的流動(dòng)路徑并且將該溶劑暴露于新鮮礦石而有效地實(shí)現(xiàn)。設(shè)想到了可以按一種間歇方式 或按一種連續(xù)方式周期性地注入尾礦。關(guān)于本發(fā)明的任何一個(gè)或所有的實(shí)施方案，設(shè)想到了與溶劑一起周期性注入不溶 性材料(如尾礦)可能具有形成多個(gè)材料島的作用，這些島將既使流向新鮮礦石(例如，新 鮮的天然堿)的溶劑流動(dòng)偏移和/或又將形成對(duì)于向下移動(dòng)的頂板材料的某種支撐。以此 方式，可想象的是將有意構(gòu)造一種不溶性材料的支撐系統(tǒng)來停止頂板向希望點(diǎn)的移動(dòng)，而 通過在圍繞該不溶性材料的礦石中的溶質(zhì)的溶解所創(chuàng)造的通道將允許富液穿過這個(gè)礦石 區(qū)域移動(dòng)。不溶性材料的周期性注入可以通過將一個(gè)確定量值的不溶性材料與該溶劑進(jìn)行 周期性地混合并且將組合的混合物直接注入該無內(nèi)襯井孔部分或同心地定位其中的導(dǎo)管 內(nèi)、或者通過在每個(gè)井孔中插入一個(gè)第二導(dǎo)管來協(xié)助不溶性材料的間歇流動(dòng)而進(jìn)行。旁路建通道的這個(gè)問題也可以通過在收集坑附近安裝一個(gè)堰而解決，該堰將導(dǎo)致 該液體蓄積在該主動(dòng)溶解區(qū)域內(nèi)。該不飽和的溶劑的接觸區(qū)可以通過調(diào)節(jié)該堰的高度以及 因此的匯合的液體的“海岸線”而進(jìn)行調(diào)節(jié)。
諸位申請(qǐng)人設(shè)想可以適當(dāng)?shù)貙?duì)這種使用底部掏槽形成、礦石崩落、以及底部掏槽 行進(jìn)的溶解采礦方法進(jìn)行調(diào)整以便跨過該礦床的走向來將這些無內(nèi)襯的井孔(或它們的 部分)定向。確實(shí)，利用適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，該方法可以使用在相對(duì)于天然堿礦床傾向的任何方向 上行進(jìn)的底部掏槽來進(jìn)行，包括在一種基本上平坦的沉積物上進(jìn)行。該底部掏槽行進(jìn)可以 是上傾的(如圖1和2中所示)或者可以是下傾的(如圖lla_12a中所示)。已經(jīng)對(duì)本發(fā)明概括地進(jìn)行了說明，作為本發(fā)明的一種具體實(shí)施方案并且為了證實(shí) 本發(fā)明的實(shí)施和優(yōu)點(diǎn)而給出了以下實(shí)例。應(yīng)理解的是該實(shí)例是以說明的方式給出而不旨在 以任何方式限制本說明書或之后跟隨的權(quán)利要求書。實(shí)例在此說明了如何可以對(duì)在某個(gè)深度以下具有顯著的過度負(fù)載覆蓋物的一個(gè)天然 堿礦床執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的原位行進(jìn)式底部掏槽方法的一個(gè)預(yù)測(cè)性實(shí)例。該天然堿礦床位于 地面以下約1500英尺、并且包含未開采的天然堿(即，之前未開采過的天然堿礦床)。該 天然堿礦床的厚度范圍可以是從僅僅幾英尺高達(dá)幾十英尺(例如，從5至30英尺，或5-15 英尺)。在本實(shí)例中，該天然堿礦床厚度為10英尺。對(duì)于本實(shí)例，該天然堿面積是每條邊 為2500英尺的正方形或?yàn)樗姆种黄椒接⒗?。該目?biāo)天然堿區(qū)是10英尺厚乘2500英尺 的長(zhǎng)度和寬度，以的斜率向南傾斜。這個(gè)體積代表了大約4百萬噸的在位的天然堿。諸位申請(qǐng)人相信這種方法的空間局限性將僅僅由為了布置并操作該溶解采礦系 統(tǒng)而要求的機(jī)器的能力所限定。諸位申請(qǐng)人不能想象出對(duì)目標(biāo)提取區(qū)域的空間范圍和形狀 的任何地質(zhì)學(xué)或水力相關(guān)的限制。在大多數(shù)實(shí)際情況下，該天然堿礦床可能以大約0. 4%至 1. 5%或從到1. 5%的坡度而傾斜，但是諸位申請(qǐng)人相信本方法也可以被適配用于水平 的或起伏的礦床。創(chuàng)造一個(gè)具有相當(dāng)大直徑(例如，從2至10英尺)的隧道(收集區(qū))，由此橫過該 目標(biāo)區(qū)域的最南邊的邊緣的整個(gè)2500英尺，并朝西部向前延伸從約200至300英尺。然后 在這個(gè)隧道的西部末端定位一個(gè)泵送系統(tǒng)。在該天然堿礦床的北部邊緣上提供一個(gè)第二隧 道。這個(gè)第二隧道并非必須與該目標(biāo)天然堿礦床在同一個(gè)礦層中。確實(shí)，諸位申請(qǐng)人想象到 該第二隧道實(shí)際上可以是在地面處。本實(shí)例中的第二隧道是用于將溶劑進(jìn)料的一種手段， 并且它提供了到一個(gè)岐管的途徑，該岐管是用來將溶劑引導(dǎo)至定位在多個(gè)無內(nèi)襯井孔內(nèi)部 的多個(gè)導(dǎo)管。這個(gè)岐管可替代地可以在另一個(gè)礦層中或在地面上。使用多種定向鉆探技術(shù)，穿過天然堿礦床在礦床底板上方的1至2英寸以一種北 向南的取向(上傾至下傾)定向鉆探了彼此平行的多個(gè)無內(nèi)襯井孔部分，它們基本上與該 第一和第二隧道的縱軸垂直。這些無內(nèi)襯井孔部分總體上具有比第一和第二隧道更小的直 徑；例如，這些孔洞在直徑上可以是3至4英寸。因此該10英尺厚的1/4平方英里的天然 堿礦床被基本上平行于礦床底板的M個(gè)井孔穿透并且這些井孔在一端被連接至北面(上 傾)邊界上的第二橫向隧道(溶劑進(jìn)料區(qū))上而在另一端終止于南面(下傾)邊界上的第 一橫向隧道(液體收集區(qū))。這些無內(nèi)襯井孔部分的間距是大約100英尺間隔開的，盡管它們可能以從10到 200英尺或更大隔開，這取決于通過實(shí)驗(yàn)、測(cè)試以及數(shù)字模型所確定的底部掏槽形成的最佳 模式。多個(gè)導(dǎo)管被定位在這些無內(nèi)襯井孔部分中。導(dǎo)管具有比這些井孔更小的直徑，例如像2至4英寸的直徑。這些導(dǎo)管的井下末端被定位為不及該第一南面(下傾)隧道(收 集區(qū))的某個(gè)預(yù)定距離處。最初，這個(gè)預(yù)定距離可以從10到750英尺而變化，例如像100 英尺。該溶劑岐管可以安裝在這些導(dǎo)管的北部(下傾)末端上，其方式為使得可以控制每 個(gè)單獨(dú)管道中的溶劑的流速和壓力。然后將一種溶劑(水或一種水溶液)通過該岐管泵送 進(jìn)這些導(dǎo)管中。該溶劑以低的壓力水頭從地面經(jīng)這些導(dǎo)管流向它們的井下末端。該溶劑隨 即與這些無內(nèi)襯井孔中所含的天然堿進(jìn)行接觸，在這一點(diǎn)開始發(fā)生天然堿的溶解。隨著這 些導(dǎo)管末端附近的天然堿被溶解，該富液變?yōu)轱柡偷牟⑶译x開進(jìn)入該第一橫向隧道(收集 區(qū))中。這個(gè)過程持續(xù)到在每個(gè)導(dǎo)管末端周圍所溶解出的空白區(qū)域的圓周增大到足夠使每 個(gè)導(dǎo)管末端處的這些空隙連接起來并且在天然堿礦床的基底處形成具有足夠跨度的一個(gè) 淺的底部掏槽“溝槽”，而使過度負(fù)載的天然堿開始脫落掉入該底部掏槽溝槽中。另外，該礦 床頂板最終垂下，但是它不能比天然堿碎石將允許的進(jìn)行任何進(jìn)一步的向下行進(jìn)。因?yàn)閯?chuàng) 造了一個(gè)主動(dòng)崩落的底部掏槽溝槽，該底部掏槽溝槽變得足夠大而允許該原位采礦系統(tǒng)的 操作以穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行，因?yàn)槿芙膺^程、天然堿坍塌/粉碎、以及向下的頂板運(yùn)動(dòng)持續(xù)進(jìn)行直 至該溶劑開始緊密接近礦床頂板。在這一點(diǎn)，可以停止溶劑流動(dòng)和注入以便移動(dòng)溶劑注入 位置。例如，可以將這些導(dǎo)管穿過這些無內(nèi)襯井孔部分而機(jī)械地撤回或者另外用一種井下 工具進(jìn)行穿孔以便將該溶劑暴露于新的新鮮天然堿區(qū)域，并且然后重復(fù)溶劑注入、溶解、天 然堿坍塌/粉碎、以及向下的頂板運(yùn)動(dòng)這些步驟。該底部掏槽跨度、溶劑流速、持續(xù)時(shí)間、以及距離可以被調(diào)整為使得當(dāng)可以將這些 導(dǎo)管可能被撤回或穿孔到這些無內(nèi)襯井孔部分內(nèi)的一個(gè)新的位置時(shí)，在該溶劑接近頂板巖 石和/或油頁巖附近的礦石區(qū)(之后希望在此處停止溶解)之前，該溶質(zhì)將在該富液中達(dá) 到完全飽和。由此防止了(如果希望的話)如此形成的液體的氯化物污染。從這種具有0. 25平方英里的天然堿礦床中生產(chǎn)1百萬公噸/年的蘇打灰將要求 注入總流量粗略地為500立方米每小時(shí)(m3/h)的溶劑并且提取粗略地為600m3/h的負(fù)載有 天然堿的溶液。這就是說，利用M個(gè)注入點(diǎn)以及無內(nèi)襯的平行井孔的一種模式，每個(gè)注入 點(diǎn)的溶劑流量將是從約20至約25m3/h。如果這些無內(nèi)襯井孔的直徑是4英寸，那么溶劑的 初始速度將是0. 7m/s。當(dāng)所有擴(kuò)展的井孔橫向地連接時(shí)，該流速對(duì)于在礦床中向下的液體 行進(jìn)寬度中的每個(gè)“線性的米”而言將變?yōu)?.75m3/h m。當(dāng)一個(gè)0. 25米天然堿的層被溶解 時(shí)，可能留下約2厘米(cm)的不溶物(測(cè)定值為92%)，從而有可能創(chuàng)造厚度為3cm且孔隙 率為33%的一個(gè)不溶物層，因此為該液體創(chuàng)造一個(gè)Icm高的彎曲流動(dòng)通道。那么該液體的 速度將是大約2cm/s。如果該液體在其中流動(dòng)穿過這種不溶物層的這些通道的水力直徑是 2mm，那么該底板的一個(gè)0. 4%的斜率將足以使得一種自由流動(dòng)的液體能夠通過重力移動(dòng)穿 過這個(gè)區(qū)域。如果通過頂板巖石材料的溶解而發(fā)生的液體污染不是一個(gè)嚴(yán)重的問題(在頂板 巖石材料不含有污染性溶質(zhì)如氯化物的情況下)，則該原位采礦系統(tǒng)的操作在導(dǎo)管行進(jìn)距 離或?qū)Ч鼙倔w穿孔程度以及溶劑流速的方面可以更進(jìn)取性地進(jìn)行。這個(gè)過程將持續(xù)進(jìn)行直 到整個(gè)1/4平方英里的天然堿礦床被提取出。取決于所使用的鉆探以及泵送設(shè)備的能力，預(yù)期本發(fā)明的這種系統(tǒng)和方法可以用 來經(jīng)過幾年在一個(gè)連續(xù)操作中提取幾平方英里的天然堿。因此，保護(hù)范圍并不受本說明書以及以上列出的實(shí)例所限制，而是僅受跟隨的權(quán)利要求書所限制，該范圍包括該權(quán)利要求書的主題的所有等效物。每一個(gè)權(quán)利要求都作為 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案結(jié)合到本說明書之中。因此，權(quán)利要求書是一種進(jìn)一步的說明并且 是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的附加。 盡管已經(jīng)示出并說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)此進(jìn) 行變更而不背離本發(fā)明的精神或傳授內(nèi)容。在此說明的實(shí)施方案只是示意性的而并非限制 性的。系統(tǒng)和方法的多種變體和變更是有可能的并且在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。因此，保護(hù)范 圍并不受在此說明的實(shí)施方案所限制，而是僅受跟隨的權(quán)利要求書所限制，該范圍應(yīng)該包 括該權(quán)利要求書的主題的所有等效物。
權(quán)利要求
1.一種用于地下礦床的原位底部掏槽溶解采礦的方法，所述礦床包含選自以下的所希 望的溶質(zhì)碳酸氫三鈉、碳酸鈉和碳酸氫鈉，所述礦床具有底板和頂板，所述方法包括以下步驟通過無內(nèi)襯井孔部分注入包含水的溶劑，所述無內(nèi)襯井孔部分包括定位在所述礦床內(nèi) 且在所述礦床底板上方的井下末端，所述無內(nèi)襯井孔部分是水平的或傾斜為使得其末端中 的一個(gè)比另一個(gè)末端處于更高的海拔，以便使所述無內(nèi)襯井孔部分內(nèi)的或鄰近所述無內(nèi)襯 井孔部分的所述井下末端的礦石區(qū)域暴露于所述溶劑；從所述暴露于溶劑的礦石區(qū)域溶解所述所希望溶質(zhì)的至少一部分，其方式為有效地形 成含有所述溶解的天然堿的液體并且進(jìn)一步在所述礦床底板上方形成底部掏槽，所述底部 掏槽至少包括所述無內(nèi)襯井孔部分的已經(jīng)通過溶解被侵蝕的區(qū)段；重復(fù)所述溶劑注入以從礦石中溶解另外的所希望的溶質(zhì)，由此使所述液體富含所希望 的溶質(zhì)，并且進(jìn)一步以有效的方式來擴(kuò)寬所述底部掏槽并觸發(fā)位于所述底部掏槽上方的未 暴露礦石的斷裂以及斷裂礦石碎石由于重力向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)入所述底部掏槽中，同時(shí)使得所述 礦石頂板下陷而不破裂，以便通過防止所述溶劑暴露于位于所述礦石頂板處或其上方的含 氯化物的材料以使所述液體的氯化物污染最小化；以及使所述液體朝向地下收集區(qū)流動(dòng)，以便將所述液體遞送到地上位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述希望的溶質(zhì)的溶解是在低于靜水頭壓力的壓 力下進(jìn)行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述希望的溶質(zhì)的溶解是在形成所述底部掏槽之 后在靜水頭壓力下進(jìn)行的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法還包括在形成所述底部掏槽的同時(shí)向其 中注入壓縮氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述收集區(qū)是在形成所述底部掏槽之前產(chǎn)生的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述收集區(qū)是在形成所述底部掏槽之后形成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，以分批方式進(jìn)行，其中注入所述溶劑以填滿所述無內(nèi) 襯井孔部分以及如此形成的底部掏槽；然后阻止所述溶劑流動(dòng)，使得不移動(dòng)的溶劑溶解所 述希望的溶質(zhì)直到所希望的溶質(zhì)使所述溶劑飽和，此時(shí)將所述液體從所述地下收集區(qū)移送 到地表；并且其中一旦對(duì)底部掏槽空腔進(jìn)行排水，則重新開始溶劑注入以便重復(fù)所述溶解 步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溶劑注入在定位于所述礦床中的兩個(gè)或更多 個(gè)平行的無內(nèi)襯井孔部分中進(jìn)行，使得能夠形成兩個(gè)或更多個(gè)平行的底部掏槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中將溶劑注入進(jìn)兩個(gè)或更多個(gè)平行的無內(nèi)襯井孔部 分中是順序地進(jìn)行的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述礦床具有傾斜梯度，并且所述溶劑是在上傾 方向上注入的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述礦床具有傾斜梯度，并且所述溶劑是在下傾 方向上注入的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述無內(nèi)襯井孔部分包括橫向側(cè)分枝以協(xié)助所 述底部掏槽的橫向擴(kuò)寬。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溶劑是水或?qū)λＭ娜苜|(zhì)不飽和的水溶液。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中被收集在所述地下收集區(qū)中的液體對(duì)所希望的 溶質(zhì)是飽和的。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溶劑注入是以如下方式進(jìn)行的，所述方式對(duì) 于初始協(xié)助所述底部掏槽的橫向擴(kuò)寬并且此后協(xié)助所述底部掏槽的向上擴(kuò)寬是有效的。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中溶解步驟在所形成的底部掏槽底部留下不溶物 層，所述不溶物層在所述底部掏槽中為所述液體從中流過提供流動(dòng)通道。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法包括底部掏槽形成階段，在該階段所 述底部掏槽空腔沒有填充液體；之后是生產(chǎn)階段，在該階段所述底部掏槽空腔填充液體。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括f)當(dāng)滿足以下條件中的至少一項(xiàng)時(shí)，至少終止注入步驟 i)所收集的液體中所希望溶質(zhì)的含量低于最小可接受值； )所收集的液體中不希望的溶質(zhì)的含量超過最大閾值。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述礦床具有傾斜梯度，并且所述井孔井下末端 是定位在所述礦床的下傾區(qū)域內(nèi)的。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述礦床具有傾斜梯度，并且所述井孔井下末端 是定位在所述礦床的上傾區(qū)域內(nèi)的。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溶劑注入是通過同心地定位在所述無內(nèi)襯 井孔部分的至少一部分內(nèi)部的導(dǎo)管進(jìn)行的。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中注入步驟是通過所述導(dǎo)管的井下注入?yún)^(qū)進(jìn)行 的，并且所述方法還包括g)將所述導(dǎo)管的所述注入?yún)^(qū)移動(dòng)到在所述無內(nèi)襯井孔部分內(nèi)的另一個(gè)位置。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述導(dǎo)管的所述注入?yún)^(qū)是井下導(dǎo)管末端，并且 其中實(shí)施步驟(g)以通過以下步驟中的至少一個(gè)將新鮮礦石暴露于所述溶劑gl)將所述無內(nèi)襯井孔部分內(nèi)的導(dǎo)管撤回，由此增大所述井下導(dǎo)管末端與所述無內(nèi)襯 井孔部分的井下末端之間的距離；g2)沿著預(yù)選定的長(zhǎng)度從所述導(dǎo)管末端向上游移動(dòng)對(duì)所述導(dǎo)管本體進(jìn)行穿孔。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述注入步驟是通過所述導(dǎo)管的井下注入?yún)^(qū)進(jìn) 行的，并且所述導(dǎo)管注入?yún)^(qū)被設(shè)計(jì)為使得橫向地注入所述溶劑，以避免在垂直方向上注入 溶劑。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述礦床是天然堿礦床。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所收集的液體包含的氯化鈉含量為5%或更少。
27.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述無內(nèi)襯井孔部分與所述礦床的縱軸是平行的。
28.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中無內(nèi)襯井孔部分在同一平面上。
29.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中平行的無內(nèi)襯井孔部分與所述收集區(qū)的縱軸是 垂直的。
30.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中平行的無內(nèi)襯井孔部分與所述收集區(qū)的縱軸是平行的。
31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將不溶性材料注入所述底部掏槽中以形成不 溶性沉積物，從而改變所述溶劑的流動(dòng)路徑和/或防止溶劑在所述底部掏槽的至少一個(gè)區(qū) 域中流動(dòng)。
32.一種用于在含礦物溶質(zhì)的礦床內(nèi)產(chǎn)生大空腔的溶解反擴(kuò)孔方法，所述礦床還包括 頂板及底板，所述方法包括從地面向下直到礦床頂板在位于所述礦床內(nèi)的所希望的下傾位置處產(chǎn)生井孔的內(nèi)襯 部分，并且越過所述礦床底板進(jìn)一步將所述井孔延伸井孔無內(nèi)襯部分以形成收集坑，在所 述收集坑中安裝井下泵；從地面向下直到所述礦床頂板在位于所述礦床內(nèi)的另一個(gè)所希望的下傾位置處鉆探 井孔，直到到達(dá)所述收集坑，所述井孔具有布置在所述礦床底板上方的礦床內(nèi)的無內(nèi)襯井 孔部分；將導(dǎo)管插入所述井孔內(nèi)部；使高壓不飽和溶劑通過所述導(dǎo)管；從所述導(dǎo)管的井下末端在所有方向上噴射所述溶劑，以將所述無內(nèi)襯井孔部分的礦床 區(qū)域暴露于所述溶劑，使得所述溶質(zhì)溶解，由此增大所述無內(nèi)襯井孔部分的截面面積并形 成空腔；將埋入所述礦床中的無內(nèi)襯井孔部分內(nèi)的導(dǎo)管撤回或?qū)⑵浯┛祝灰约爸貜?fù)溶劑通過和噴射步驟，以繼續(xù)溶解所述溶質(zhì)并且擴(kuò)大所述形成的空腔。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述礦床是未開采的天然堿礦床，并且所述溶 劑是水或?qū)︹c價(jià)值物不飽和的水溶液。
全文摘要
礦床、特別是含有天然堿的礦床的原位溶解采礦方法，該方法包括將礦石中鉆出的井孔內(nèi)部的一個(gè)礦石區(qū)暴露于一種溶劑中、并且將該暴露區(qū)內(nèi)的一種希望的溶質(zhì)進(jìn)行溶解以提供一種液體并創(chuàng)造一個(gè)掏空的“底部掏槽”，這樣的下切割使得該礦石易受重力加載及粉碎。未暴露的礦石通過重力落入該底部掏槽中而不破壞該礦石頂，從而導(dǎo)致新鮮礦石暴露于該溶劑中并且防止溶劑暴露于礦頂附近的污染性材料中。該希望的溶質(zhì)在整個(gè)礦床中從其底板上至其頂板完全被溶解掉。溶劑注入可以通過一個(gè)定位在該井孔內(nèi)部的導(dǎo)管進(jìn)行輸送，并且可以通過撤回該導(dǎo)管或?qū)ζ溥M(jìn)行穿孔來移動(dòng)。該方法可以采用從上傾開始并下傾地行進(jìn)的一種前進(jìn)式底部掏槽或者從下傾開始并上傾地行進(jìn)的一種后退式底部掏槽。
文檔編號(hào)E21B43/28GK102112699SQ200980130803
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日
發(fā)明者吉恩-保羅·德圖爾奈, 拉里·C·雷夫斯達(dá)爾, 約瑟夫·A·文代蒂, 羅納德·O·休斯, 邁克爾·C·蒙托亞, 阿蘭·萬登多倫 申請(qǐng)人:索爾維化學(xué)有限公司