地浸采铀监测井的设计与监测内容

地浸采铀监测井的设计与监测内容王海峰(核工业铀矿开采研究所，湖南 衡阳，421001)摘要本文讨论了地浸采铀中布置监测井的意义、目的和如何布置监测井。同时，还介绍了监测内容及监测井结构。 关键词：监测井本底泄漏含水层THE DESIGN AND CONTENTS OF MONITORING WELL FOR IN-SITU LEACHING OF URANIUMWang Haifeng(Research Institute of Uranium Mining, Hunan Hengyang, 421001)Abstract: The meaning, objective and how to layout monitoring well are discussed and, the content and configuration of monitoring well are introduced as well.Key words: monitoring well background leakage aquifer1监测井的监测内容与目的1.1为什么布置监测井地浸试验和开采过程中，由于注入化学试剂，一方面扰动了地下水原始状态；另一方面改变了地 下水化学成分。注入井注入和抽出井抽出过程中，造成井周围地下水位局部变化，使流速增大，破坏了 原有的水力坡度，改变了流动状态。在这种情况下，如控制不好，液流会不按人们意志流动，特别是地 下岩矿层构造复杂，裂隙纵横，增大了控制难度。当液流流出井场外，会使金属流失，扩大污染范围。注入的化学试剂改变了原有的化学反应条件，使一些元素溶解，一些元素沉淀，本身稳定的地下 水失去了平衡。酸法地浸时，因注入酸，使地下水pH值降低，铀在pH小于2时从沉淀态变为溶解态， 溶解在液体中，类似于铀这样的元素还很多，在条件成熟时会从沉淀态转为溶解态，恶化地下水水质， 尤其重金属元素更为如此。当被污染的地下水流到井场外便加重了问题的严重性。由于这些原因，无论是在试验阶段、生产阶段还是终产的地下水治理阶段都需对地下水实施监测。 1.2监测内容在地浸采铀中用来监测含水层地下水状态和化学成分本底值及变化的钻孔称为监测井。我们可把地浸矿山监测井监测大体分为三个阶段，即在地浸采铀试验前、试验和生产期间以及生 产结束后的地下水复原阶段。在这三个阶段，我们一直关注地下水动态和岩矿中某些化学成分的本底值 及其变化，无论是酸法还是碱法地浸中受关注的对象有地下水水位、水流方向、U、Ca2+、Mg2+、Fe、pH、 SO;、CO;、HCO-、TDS、Cl-、电导率等。在浸出液处理时如用硝酸盐淋洗，那还要知道叫的本底值与 变化。井场内的抽出溶液中化学成分可通过化验分析得到，而这三个阶段中井场周围和矿层上下含水层 中的地下水状态、化学成分本底值及元素迁移规律变化只有通过监测井取样才能得知。同样，其它离子 与指标的初始值与变化也要通过监测井获得。不同阶段监测内容的侧重点也不一样，表1给出了试验前本底值的监测内容1。表1开采前本底值监测参数项目名称监测参数物理参数电导率 总a总8 TDS 水位 水流方向 温度pH外观 颜色气味常量NH+ Cl K HCO- Mg Na Ca NO- SO2- CO2-微量元素43343Al Cu Ni F Ra 226 Fe S Ba Se As B Pb Th 230Cd Mn U Cr Hg V Co Mo Zn1.3监测目的上面讲到，地浸生产中我们除要掌握浸出液中的化学成分变化外，还要了解矿层上下含水层、井 场外围含矿含水层状态及化学成分变化情况。为什么要监测这些内容呢？因为通过监测可在试验前：(1) 掌握地下水状态，取得准确数据与试验和生产阶段对比；(2) 测定各化学成分本底值，为地下水复原提供依据，避免无根据的官司纠纷。 试验和生产中(1) 随时发现水平、垂直泄漏，避免含铀溶液流失，减少金属损失；(2) 将试验与生产数据与本底值比较，分析试验与生产状态，优化试验与生产过程；(3) 调整抽注平衡，实现溶浸范围的控制；(4) 减少对地下水污染。地下水复原期间(1) 根据地下水中元素及化学成分变化与迁移规律提出合理的地下水治理方案；(2) 检查地下水治理效果；(3) 向环保部门提供治理认可依据；(4) 观察地下水治理的稳定状态。2监测井的作用2.1井场抽注平衡的需要在抽注过程中，我们希望井场的流体能在一个最佳状态下流动，形成有利浸出的流场。在这个流 场内，矿层可部分或全部被浸出剂浸遍，抽出井之间在最小的动力下运行，节省能源。但是，当某处发 生溶液泄漏时，这个相对封闭的系统被破坏，使井场失去抽注平衡的最佳状态。在地浸采铀试验和生产中，由于抽注井的抽注作用，破坏了地下水原有的平衡状态，地下水的水 位、水流方向、流速在一定范围内受到干扰、改变。在抽出井周围，由于抽出作用，使井周围产生降水 漏斗，增大了水力坡度，在水力坡度驱使下，周围水体加速流向抽出井。在注入井周围，由于注入浸出 剂，使原地下水位局部升高，改变了原有的水力坡度，使注入井的水体加速向周围扩散与流动。在地浸 生产中，为使溶液能按我们控制的范围内有序流动，不因失控流出采区外污染环境，也不因井设计不当 造成部分矿体浸不到，形成溶浸死角，生产自始至终要维持抽注平衡。那么怎么才知道溶液是否流出采 区，溶液死角发生在何处呢？只有通过监测井才能完成。布置在井场内和外围的监测井可监测到溶液的 漏失情况，发现水平泄漏和垂直泄漏，而布置在井场内的监测井可发现溶浸死角的存在。监测井的用途之一就是监测抽注过程中地下水位的变化情况，经分析从中发现问题。通过井中水 位的高低，可知道局部范围内水体流势，从而调整井的抽注量，维持抽注平衡，最大限度地回收资源。 2.2地下水治理的需要 2.2.1环境形势所逼随着世界工业与经济的发展，人们对保护生态环境的认识愈来愈深，各国先后制定了一系列法规 与法律，保护我们赖以生存的地球。环保形势的发展也影响到采矿业，提出在合理利用资源的同时还要 保护环境，为子孙后代着想。地浸采矿与常规相比有它一系列常规开采无法比拟的优点，但也存在最大 的不足，即污染地下水。地下水通常较地面水难以被污染，但是一旦被污染后，其不良后果就难以消除。2.2.2 地下水污染原因地浸采铀会污染地下水是因为在浸出过程中要不断向含矿含水层注入化学试剂，化学试剂会污染 地下水。以年产200t的地浸酸法矿山为例，如吨金属耗酸40t，那么生产20年就要向地下注入160000t 硫酸，使地下水中的SO2-急剧增加。除直接注入的化学试剂会造成地下水污染之外，浸出液处理过程中4使用的化学试剂，也会随浸出剂注入地下，浓度不断积累，同样会污染地下水。同时，铀从沉淀态变为 溶解态，部分残留在含水层中，也是污染地下水的因素之一。当然，由于注入酸引起的pH变化，改变 了地下水的酸碱度及重金属浓度，这些都是污染地下水的因素。2.2.3 地下水污染实例捷克的Strdz地浸矿山，自1968年生产以来累积往地下注入约400万吨硫酸,30万吨硝酸、12万 吨铵和25吨氢氟酸及少量其它化学试剂，造成1.8X 108m3的水遭到不同程度的污染,面积达28km2。污染 后地下水中含盐量为110g/L，有时更高，pH=1.83.5。表2是某国碱法地浸时地下水水质在注入 浸出剂前后的变化，表中第一次是用10g/L碳酸钠加5g/L碳酸氢钠作浸出剂，第二次用10g/L碳酸氢 盐作浸出剂3。正是因为地浸采铀这一特殊性，国家要求采矿结束后必须进行地下水治理，原则上将地 下水水质恢复到开采前水平。因此，为便于地下水治理，避免不必要的后期可能发生的纠纷，我们要做 的第一项工作就是掌握开采前地下水水质条件，这便是监测井主要完成的任务。有了地下水本底数据就 可作为后期地下水复原的依据，并可针对一些主要化学成分提出治理方案。表2本底水质和浸出剂基本情况表成份第一次第二次本底浸出液本底浸出液pH值7.99.9 10.38.38.8 9.2TDS1097_860_Al1_HCO-21014003600190300070003CO2-_20005600300 2503Ca30_3030 35Cl380150300280150300Mg15_1525K8_9_Si20_8820Na5002000500020010003000S150_100_U130 160340 90HO_2001000_22O_1000250023监测井的结构根据监测井的目的和用途可知，利用监测井主要是取水样，测量必要的参数，有时也取固体岩芯 样。既然监测井要承担这样的任务，就要求监测井一定要与某监测层连通，并且要安装过滤管以便取到 水样。为实现监测井的功能，通常它的结构与抽注井类似，但比抽注井简单，尤其大批量施工监测井时 更为如此。因一般不会利用监测井大量抽注液体，过滤管因抽注引起细粉砂流动面降低渗透性的几率远 比抽注井小，因此周围可不必填砾，而采用裸孔形式。既然没有大量地液体流动，也不会或很少产生沉 砂，可不必考虑沉砂管。另外，从监测井的功能知道，监测井既然不考虑大量抽注，当然也没有抽注量 的要求，因此，井的直径可比抽注井小，节省钻井费用，加快钻井速度。当然，近些年来已开发了钻孔 连续监测仪，设计监测井直径时要考虑这些仪表探头的大小。如用潜水泵取样，设计监测井直径时还要 考虑潜水泵尺寸。4监测井布置4.1监测目标4.1.1水位监测开采前的监测主要是取得地下水水位、流向、化学成分和元素的本底值，布置监测井时要针对 矿床的具体情况而定。图1给出了矿床为获得不同矿段本底值监测井布置的示例。为确定采前矿层、上下含水层的水位、流动方向，考虑到矿体氧化带、还原带的地质、水文地质 条件差别，设计了 17个监测井，含矿含水层中11个，其中5个在矿体中，3个在还原带，3个在氧化 带；上、下含水层中各3个。将这些监测井得到的地下水数据加以比较可描绘出较好的地下水运动态势， 画出基本的地下水位压力面图和流动方向。垂直水流运动态势可通过比较三个含水层的水位得到。如果 认为勘探孔可能成为各含水层之间的水力联系通道，那么，可另设监测井于上下含水层中。图1开采前本底值测定监测井布置5工 一多上J； * f,；T逐4.1.2泄漏监测如果可能的话，用于收集本底值的井可考虑用于泄漏监测，如抽水试验表明邻近的含水层与含矿 含水层无串通迹象，那么可减少监测量。但是，为了预防，邻近含水层地下水位低于含矿含水层地下水 位时要设置监测井。如可能的话，可将监测井设于任何含水地段，提高安全系数。不论怎样，至少要有 三个监测井监测非矿含水层。如抽水试验表明含矿含水层与上下含水层存在水力联系，那就要在开采前搞清楚，是天然的还是 由于打井造成的。施工中井质量不好，套管与孔壁之间的环形空间会成为溶液泄漏的直接通道。这样的 井要进行封堵处理。由于天然泄漏无法靠人工阻止，因此开采时要严格控制，防止垂向泄漏发生。测定垂直方向泄漏的方法是从井中抽水，在附近产生降水漏斗，延至井场边界任何井场内的泄漏 都会流向监测井，从而分析水质变化。确定泄漏地点和泄漏渠道是困难的，监测井只能给出水中化学成 分变化，却无法告诉水流方向，哪里发生泄漏，几乎不可能区分注入井和老勘探孔的泄漏。如果找到了 泄漏源，可立即采取措施，除去污染物。我们经常遇到的问题是垂向泄漏发生后，没有合适位置的井进 行抽注，除非监测井可用或另打井。4.1.3水质监测水质监测可作为水位监测的辅助手段，早期警告水平泄漏，也是唯一的垂向泄漏指示参量。由于 浸出剂化学成分相对简单，可从阴、阳离子浓度变化确定地下水状况，监测井中电导率是监测泄漏的指 示参量。天然水质变化不大，因此，要建立起判断泄漏的准则。有几种方法可判定泄漏，如用电导率平均 值或最高天然值。如用平均值要求电导率至少超过一个标准差；如果用最高天然值，要确定超出百分数。 在得克萨斯，如在短期内电导率超过本底平均值34%或长期时间超过15%，则认为泄漏已发生。4.2布置在井场内矿体采区内溶液中的铀浓度、SO;、Ca2+、Mg2+、pH值及其它重金属含量一般可从浸出液中分析得出， 作为控制生产的必要数据。矿床是否适宜地浸方法有一系列矿床内在条件和外部条件的要求，对于内在 条件之一要求矿体要有连续的，不透水的上下顶底板，可以在开采中保证溶液不外流。但为尽可能地采 用地浸法开采铀矿资源，在一些条件不能完全满足的情况下，也采用地浸法开采，最常见的是顶底板不 连续的情况。由于顶底板不连续或厚薄不一，水力作用产生裂隙，隔水性能差等原因会造成溶液穿透顶 底板。水文地质观点认为，隔水层实际上是透水能力比较微弱的弱透水层。另外，由于钻孔施工中封孔 操作不当或质量问题，比如填砾超过泥岩层、水泥封孔质量差，隔水层渗漏、坍孔、套管破裂等，都会 成为溶液垂向漏失的通道。再则，未封好的老勘探孔也是最常见的溶液垂向漏失原因。正因为如此，地浸设计者一再强调尽可能利用老勘探孔，一是为节省钻孔费用，但更重要的是使它不成为溶液漏失通道。 由于这些原因造成的漏失会使溶浸范围控制失败，破坏抽注平衡，污染上、下含水层，给后期地下水治 理带来困难。为尽早发现，确定溶液垂向漏失的地点和严重性及时进行处理，要求井场内要布置监测井。 这类监测井主要是监测溶液漏失而进入上下含水层，给上下含水层造成的危害，因此，监测井布置在井 场内上下含水层中，如图2所示。相比较而言，上含水层是我们监测的重点，因为井场大量抽注钻孔穿过上含水层，而对下含水层 无波及。由于这些钻孔的存在，上含水层的泄漏机会远大于下含水层。4.3布置在井场周围如果布置在井场内的监测井主要监测溶液垂向漏失，那么布置在井场周围的监测井主要完成溶液 水平漏失的监测任务。井场外围的监测井主要布置在含矿含水层中，设计时监测井位置要考虑本底数据 井的位置，最好兼用。溶浸范围控制主要通过井场内抽注井的布置，各井抽注量的调整来实现。在生产实践中，矿层中 经常出现不可预见到断层、裂隙，抽注井因机械故障而中断运转，矿层内渗透性各点不一，各向异性， 周边其它水文地质工程影响等，这些都是潜在的造成溶液水平漏失的因素。由于这些不利因素存在，井 场溶液的漏失时有发生。为尽早发现溶液漏失，确定漏失地点，以便及时进行处理，需在井场周围布置 监测井，如图34从图3中看出，为考虑地下水原始流场及水流方向，矿体外水流下游方向监测井间 距小于其它三面的间距。图3井场外围监测井布置无捋地下7蛆御由向在浸出过程中尽管我们对抽注井井型和井距精心设计，但偶尔还会发生溶液渗出井场外的现象。在捷克Strdz地浸矿山，由于附近地下矿山排水，造成Strdz矿酸扩散出井场，为防止污染范围进一步 扩大，不得不在两矿之间建立水力屏障。另外，矿山停电造成抽注系统停止运行，潜水泵维修等等都或多或少会给溶液外泄造成机会。为在矿区监测泄漏，也可设计 两层井，两层距60m左右。试验阶 段和生产阶段目的不同，监测井布 置也有差别。试验阶段井场外围监 测井距井场最外井距离可近些，而 生产阶段较远。美国Smith Ranch地浸矿山每 一监测井中都装有潜水泵，并联至 集控室。在O型砂岩中试验时，布 置5个5点型，一个半五点型，周 围5个监测井呈圆形，等距离分布 （图4）：50井场内在上含水层和下含 水层中各设一个监测井。试验后， 为检验浸出效果，另打井取芯。4.4布置在地下水水流方向的下游匚抽Mb地下水有其天然流场，但流速 较缓，如视地下水是三维运动的话，这里只考虑二维的平面运动。在地浸过程中，由于抽注作用，使地 下天然流场的平衡状态遭到破坏，从注入井注入的浸出剂以远大于天然流场地下水的流动速度向抽出井 流动。这是因为抽注增大了水力坡度，比天然流场的水力坡度大得多。所以，在地浸井场开采设计中主 要考虑抽注作用下的平衡，而忽视天然流场的作用。但在矿山生产结束后，被开采扰动的天然流场逐渐 得到恢复，地下水又按原始状态流动。可以认为，矿山终产后被地浸开采注入化学试剂污染了的地下水 域中的溶质沿水流方向的迁移远大于其它方向。将监测井布置在矿体外围地下水水流方向的下游是针对矿山终产后地下水污染治理考虑的。矿山 终产后，井场抽注活动已完全停止，被污染的地下水会向四周扩散，更主要的是沿地下水水流方向渗流。 为掌握污染物质的迁移规律，随时间变化的动态，为治理地下水做好准备，更有效地提出治理方案与措 施，保证治理方法经济可行，需对一些重金属、U、SO;、pH等进行监测，这一任务要通过布置在地下 水下游的监测井来完成。这些监测井主要布置在含矿含水层中。这里讨论的井场下游布置监测井并不意味着井场其它方向不布置监测井，这可视情况而定。如图3, 井场四周均布置监测井，但地下水下游方向井间距较其它方向小。4.5布置在特殊地段在勘探过程中如已掌握矿床内在的断层或大的裂隙，那么在开采期间应有针对性地布置监测井， 因它们可能成为溶液泄露的通道。参考文献1 Geraghty, Miller. Ground-Water Elements of in situ Leach Mining of Uranium. Nuclear Regulatory Commission, Washington, US. Aug,1978:23-292 王海峰.原地浸出采铀技术与实践.原子能出版社.1998:147-1493 Haq Nawaz Khan, Anwar Ali Abidi. Comparative study of leaching behaviour of various leachants in ISL test on Oubul Khel uranium ore body. Proceedings of a Technical Committee Meeting. Vienna. 5-8 October,1992:161-180.4 姚益轩，王海峰.澳大利亚原地浸出采铀.衡阳:核工业第六研究所，2000:23-245 王海峰.Smith Ranch矿床地浸开采评价.衡阳：核工业第六研究所，1998:11-14地浸采铀监测井的取样方法与监测结果分析王海峰（核工业第六研究所）摘要本文讨论了地浸采铀中监测井的数量及其影响因素，同时，还介绍了取样方法、样品处置、指示参 量的选择及监测结果的处理。关键词：取样电导率TDS指示参量1监测井的数量1.1影响监测井数量的因素1.1.1地质条件复杂程度地质条件是指在矿体区域内的地质构造，有无大的断层、裂隙存在，复杂程度如何。如果在整个矿 区内存有贯穿矿层与上、下含水层的通道，那么监测井的数量要适当增加，除正常布置监测井外，还要 针对断层、裂隙专门布置监测井。1.1.2水文地质条件、水文化学条件同样，如果整个区域内地下水系统，水中化学成分复杂会增大抽注平衡控制难度，不易掌握化学成 分及生成的规律，要加强监测工作。1.1.3矿层顶底板状况含矿含水层的地下水和浸出过程中溶液不外泄，在垂向方向上全依赖上下顶底板，如果顶底板连续， 隔水性能好，可基本上不耽心溶液泄漏问题，除非存在老勘探孔和新钻孔封孔问题。但如果顶底板不理 想，就会有更多的溶液泄漏机会，必须多布置监测孔。1.1.4矿层上下含水层水资源状态矿层上下含水层水资源状态也是地浸开采应加强监测控制的原因之一，如含水层水质好，水量丰富 或者是居民饮用水源或可作用商业应用，必须严格保护。在这种情况下，实施地浸开采要慎重对待含水 层的监测问题，监测井的数量也随之增多。从水文地质学角度出发，含水层由补给从外界获得水量，通 过径流将水量由补给处输送到排泄处向外界排出，而含水层经常以地表水作为补给和排泄。在开采区附 近如果有地表河流、湖泊等，特别是居民饮用水源，就要弄清地下水系统，对含水层监测给予足够重视。 1.1.5钻孔成本有些矿山的监测井数量占生产井（抽出井和注入井）的一半以上，如此之多的监测井钻井费用也是一 笔不小开支。因此，除考虑其它因素外，确定监测井数量时还应将钻井成本作为主要因素。在矿层埋藏 浅施工条件好的矿山监测井数可适当增加，反之应控制监测井数量于最低限度。1.1.6采区外部环境目前世界地浸矿山多坐落在荒芜人烟的沙漠或戈壁地带，这些地带一般周围无居民居住或居民稀 少，从现阶段来看，环保条件可放松，监测井数目可适当减少。而那些坐落于人烟稠密、农田、草原的 矿山应增加监测井的数量，严格保护周围的生态环境。虽然矿层顶底板上下含水层的地下水在地浸开采 中未见串流到地表的报道，但如果地下水被污染，用于此水灌溉会污染农作物、植物、牲畜及野生动物， 人食用了这些动植物，身体会受到疾病的威胁，造成连锁反应与严重问题。1.1.7政府环保政策虽然目前各国都对环境重视程度日益提高，但各国制定的规定、法律、操作环境还各不相同，并受 发展程度与经济条件的制约。发达国家经济已发展到一定程度，不存在为生存而破坏大自然，破坏生态 环境的问题，因此制定的环保法律、法规比较严格。这些国家经济发展到了这一步，有能力保证政策的 实施。而发展中国家则不尽然，即使制定严格的法律、法规，也无力付诸实现。特别是一些还为生存而 挣扎的国家，暂时无法顾及环境。因此，法律、法规比较宽松，执行起来也因地制宜，因客观条件而异。 地浸开采属矿产资源利用范畴，环境保护受到国家大经济气候的影响，监测井的数目也随之波动。发达 国家监测井数目较多，而发展中国家较少。美国虽然采用碱法浸出，对环境的负面影响比酸法轻，但地 浸矿山监测井数目占生产井一半以上，是世界上地浸矿山最高的。而某些发展中国家的地浸矿山监测井 数目很少，有时还对地浸开采后的地下水复原置之不理。1.2井场内监测井数目受上述因素影响，各国也无统一的标准。井场内美国的原则是每8000m2布置一个监测 井。如怀俄明州的Highland矿山两个井场有67个井网单元，255个生产井，135个监测井。得克萨斯 州Clay West矿山每个采区都有550个井，其中250个注入井，150个抽出井，150个监测井。布置在井场内矿层上下含水层中的监测井施工时一定倍加小心，上盘的监测井不能打穿隔水顶板， 而下盘的监测井要穿过矿层与底板，千万不能使其成为上下含水层的通道。1.3井场周围美国布置在井场外围监测井的原则是:外围监测井距采场周边约150m；(2)监测井之间距150mm左右;(3) 任何生产井到最近两个监测井之间的连线的夹角不能大于75。这些条件只是原则性的，布置监测井时还要考虑具体条件，如在水流方向下游，井间距比其它地段 要小些。乌兹别克斯坦YHKyflyK地浸矿山在含矿含水层中距井场边界70150m布置监测井，在上含水 层中100150m。由于存在稳定的隔水层，下含水层中不设监测井。1.4地下水水流方向的下游布置在地下水流动方向下游的监测井主要是考虑地浸矿山终产后的地下水复原，设计的目的是长期 监测地下水水质变化、化学成分及元素迁移规律。这种类型监测井的数量与众多因素有关，无统一标准。 在设计时可根据井场垂直于地下水流方向的宽度布置，具体布置个数与位置可参照井场外围监测井数量 的三条原则。2监测井中取样2.1取样间隔监测井完成监测任务要通过从监测井中采取样品来实现。从监测井中取样时间间隔依据不同阶段监 测对象而变化，总体上可将水中化学成分和水文参数分为定期取样和不定期取样。取样间隔各国、甚至 同一国家不同矿山也不一样，尚无统一标准。总结目前情况来看，位于生产区上下含水层中的监测井每 月抽样两次，分析检验化学成分，而地下水位每月抽样一次。井场周围的监测井每两个月取样一次，而 布置在水流下游的监测井取样间隔时间更长些。布置在特殊地段的监测井每月取样一次，这些地段如发 生泄露即为径流而不是渗透，扩散速度较快。监测井的取样间隔并不是严格不变的，要根据实际情况调 整，如在试验初期，几乎每天都观测水位变化。泄漏发生后，采取措施前，也应每天取样。井的水位测量最好所有井同时进行，以避免水位因季节、大气压的变化受到影响。采矿前水位测 量仅一次足已。如有抽水影响，那就要多次测定。美国建议水质分析取样时取两组，分开后送至不同的 实验室，两组样要在一周内取完。取样间隔为每两周一次，分析电导率、铀、铵、氯化物和硫酸盐等。 天然地下水流速很低，注入浸出剂后流速加快，但不会超过30cm/d。因此地下水质不会在较远监测井 中迅速发生大的变化，除非长期注入大量试剂。电导率测定可通过往井中放入探针完成，探针放到过滤管1/3位置处，探针用过要用蒸馏水洗井， 才能放入其它井中。美国Smith Ranch地浸矿山试验期间每月测量水位，评价降水漏斗形状。试验阶段的地下水恢复 期间，每月取样一次，测试水质及稳定性。乌兹别克斯坦YHKyflyK地浸矿山用取样器取样时，在过滤器段从上向下隔23m取样，所有监 测井取样每6个月内，用15天时间；在12个月内，用10天时间。在此之前，每个井中要测量地下 水位和深度。在取样器取样之前进行抽液，要抽出相当于钻井3倍的液体，并保持地下水位恢复到它的 原始水位，主要是为了取到真实的样品。表1是监测井取样间隔。表1监测井取样周期监测对象矿层边界之内矿层边界上矿层边界之外不产矿的含水层开采前每6个月开采后每12个月开采后12个月开采后12个月产矿的含水层6个月6个月6个月2.2取样方法取样方法很多，如潜水泵取样，压缩空气取样，取样器取样和连续监测等。水泵或压缩空气取样时， 为取到靠近过滤管处有代表性的样，每口井至少要抽15分钟，直到每隔5分钟取的三个连续样品的电 导率一样为止。新型取样器可分层取样，不必担心因井内液体混合不匀而取不到真实的样品。实际上， 在深200m的井中，过滤管位置离地下水水位表面有几十米，甚至上百米的距离，如不用分层取样器很 难保证取到真实的样品。这是因为地浸采铀多在承压水条件下，虽然终孔在含矿含水层中，但井中静水 位会上升远高于原始含水层。在静止的上百米深的井中，底部与上部水达到完全混合均匀要很长时间， 这也是为什么潜水泵或压缩空气取样时要先抽15分钟，要抽出井体3倍的液体的原因。在井中装备精度为3mm的水位计也是监测地下水位的一种方法，工作时至少要分析三个监测井的数 据。2.3样品处置盛装从监测井取出样品的盛样器要贴上标签，表明地点、取样井号、取样日期和时间等。溶液中 pH值和有机离子平衡的变化在水样接触大气和温度变化时会受到影响，因此要在水样一到地表立即分 析，包括气味、颜色等，以保证其真实性和代表性。取出的水样放一定时间后，淤泥、粘土和有机颗粒中吸收的离子会进入溶液中，这会导致水中离 子浓度增加，反映不了真实水质。因此，取出的样品要妥善保存。沉淀和过滤可除去水中悬浮物质，视 水中颗粒大小决定采用哪种方法，砂或淤泥颗粒可利用沉淀除去，粘土颗粒靠沉淀需很长时间，可通过 过滤方法。由于实验室可能相距井场较远，样品在分析前一定要保存好，确保化学成分、水质无变化。样品 取出后，有机物的挥发，重金属的氧化，许多其它化合物及生物反应均会发生，最终影响分析的物质浓 度，因此，可针对不同分析物分别贮存。美国环境保护署EPA(US Environmental Protection Agency) 美国公共卫生协会 APHA(American Public Health Association)和美国地质调查局 USGS(US Geological Survey)都制定了样品贮存规范。表2是其规定的一部分。表2 监测样品的取样量与贮存项 目取样量(mL)容器贮存条件贮存时间NH4400PVC，玻璃阴凉，4c硫酸，pH224小时As100PVC，玻璃硝酸，pH26个月Ba200玻璃硝酸，pH26个月B100PVC，玻璃阴凉，4C7天Cd200玻璃硝酸，pH26个月Ca200PVC，玻璃现场过滤硝酸，pH26个月CO2-/HCO-33100PVC，玻璃阴凉，4C24小时Cl50PVC，玻璃无要求7天Cr200玻璃阴凉，4C3天Cu200玻璃硝酸，pH26个月F300PVC，玻璃阴凉，4C7天总a、总8100PVC，玻璃无要求7天Fe200PVC，玻璃现场过滤硝酸，pH26个月Pb200PVC，玻璃硝酸，pH26个月Mg200玻璃现场过滤硝酸，pH26个月Mn200PVC，玻璃阴凉，4C24小时Hg100PVC，玻璃过滤硝酸，pH238天或13天Ra226200PVC，玻璃无要求7天Se50PVC，玻璃硝酸，pH26个月Si50PVC阴凉，4C7天Ag200PVC，玻璃硝酸，pH26个月Na200PVC硝酸，pH26个月电导率100PVC，玻璃阴凉，4。24小时硫酸盐50PVC，玻璃阴凉，4。7天TDS100PVC，玻璃阴凉，4。7天温度1000PVC，玻璃现场测定U200PVC，玻璃无要求7天V200PVC，玻璃硝酸，pH26个月Zn200PVC，玻璃硝酸，pH26个月3指示参量的选择3.1指示参量的要求监测井的目的是要求对矿层上下含水层和井场周围地下水受到污染时向人们提出早期警告，既然要 提出警告就要有警告的依据，也就是监测参数。拿什么作为指示参量呢？它取决于地浸采矿中浸出剂的 选择，地下水及矿岩中的化学成分等。这些参量不能因为含水层中的地球化学反应而有很大变化，受到 干扰。同时这些参量应易分析、易测得。另外，参量应有较高的敏感度，水中化学成分发生变化时能及 时指示。3.2指示参量确定因为TDS几乎不被离子交换反应影响，可作为指示参量，并且在浸出期间TDS浓度显著增加。TDS 的测定可通过测量溶液电导率的变化来确定，如果不存在大量的无机物，电导率很容易测定，这是一种 估算TDS浓度的好方法，实际上也可直接用电导率作指示参量。它还可区分天然水质变化和泄漏。工作时，分析水样主要阴、阳离子的浓度，如Ca、Na、Mg、Pb、Cl、 SO;、CO;和HCO-，结果通过直方图等表示出来，与采矿前比较，离子浓度比本底浓度增加，证明泄漏 发生。泄漏发生后，周围水的TDS会增高，但不会影响水的稳定，不含有害的或有毒的物质，不影响饮 用。虽然目前监测水质的参量有铀、砷、硒或氨，但这些参量并不是泄漏指示的最好参量。这些参量 由于氧化/还原、反应、沉淀或吸收会在井场内短距离运移中消失，几乎无法相信他们会在溶液中存在 足够长的时间，以致较远的监测井能从取样中发现。尽管向铀矿层注入NH4HCO3,但却不用铀、NH：和HCO3 这三个参数作为指示参量，或许因为NH+被吸收，HCO-已消耗掉，铀在到达监测井之前已沉淀。43目前酸法浸出使用的是硫酸，由于注入硫酸，使地下水中SO4-增加，SO4-是当然的酸法浸出指示参 量。另外，由于采用酸法，铀在pH值小于2时来溶解出来，pH值和铀浓度也是较好的指示参量。4监测结果的处理4.1生产期间井场内判断泄漏是否发生可依据地下水水位变化、水质变化等，各国各矿的标准也不一样。美国认为生 产期间井场内的监测井经监测分析后如发现某指示参量超过限制20%时，应在24小时内取第二次样， 如分析结果也超过限制，那么可以确认已发生泄漏。如第二次样品结果未超过限制，那么要在48小时 内取第三次样，分析结果超过限制，认为已发生泄漏，如分析结果未超出限值，认为第一次样有误。在发现泄漏后应立即通知有关部门采取措施进行处理，处理的措施有：(1) 查看其它监测井是否也发生泄漏；(2) 如仅一个井发现泄漏，应检查井周围有无上下含水层串层通道；(3) 封堵串层通道；(4) 停止局部地区抽注；(5) 调整个别井抽注量；(6) 增加监测井取样次数。在得克萨斯州，三个监测井测到水平泄漏，过量的注入引起注抽不平衡，造成向井场之外流动的水 力坡度，使溶液流向附近的监测井。这时可调整抽注平衡，因泄漏尚未到达监测井，监测井只是水位上 升而已。4.2生产期间井场周围同井场内监测井一样，井场周围监测井地下水化验分析结果如发现异常值，应认真分析，看其数值 高于限值多少，如超过20%，应同井场内监测井一样对待。如经证实真有泄漏发生，应立即向有关部门 报告。溶液向井场外围泄漏多半由于周边井布置不合理，抽注调节不当，附近地下水工程影响等引起。 发生泄漏后要组织专门人员查找原因，根据不同的原因提出处理办法。常用的处理办法为：(1) 调整周边井抽注量；(2) 隔离其它存在的地下水工程；(3) 抽注井交换。4.3地浸结束后地下水水流下游地浸结束后井场地下水下游方向的监测与生产期间井场内监测不一样，因这时监测主要目的是观察 化学成分变化，找出溶质迁移规律，为后期治理收集数据。为这一目的出发，不管分析化验值是否超出 限值都应记录、整理、分析。参考文献1王海峰.Smith Ranch矿床地浸开采评价.衡阳：核工业第六研究所，19982姚益轩，王海峰.澳大利亚原地浸出采铀.衡阳：核工业第六研究所，20003 Geraghty， Miller. Ground-Water Elements of in situ Leach Mining of Uranium. Washington: Nuclear Regulatory Commission， 1978， 17-49