新疆陸相沉積型鈾礦、煤礦的勘查和采礦次序探討

任滿船，王 冰，康 勇

(核工業(yè)216大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830011)

新疆陸相沉積型鈾礦、煤礦的勘查和采礦次序探討

任滿船，王 冰，康 勇

(核工業(yè)216大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830011)

新疆為我國鈾煤資源儲(chǔ)藏大省，鈾和煤埋藏條件相近。長期分行業(yè)管理、勘查和開采，既浪費(fèi)資源，又造成環(huán)境污染，制肘了兩個(gè)礦種的綜合開采和利用。本文從分析鈾、煤礦床的特點(diǎn)及空間分布和勘查現(xiàn)狀入手，認(rèn)為鈾、煤勘查應(yīng)共享資料，提高勘查效率；采礦順序?yàn)榈亟皫r型鈾礦床：先鈾后煤；疏干型和含鈾煤型礦床：先煤后鈾的采礦順序，以降低環(huán)境污染，提高礦產(chǎn)資源綜合利用價(jià)值。

新疆；勘查精度；采礦順序；綜合利用

新疆煤炭儲(chǔ)量約占全國的1/4，地浸法開采的鈾礦約為全國1/3，二者均主要產(chǎn)在中下侏羅統(tǒng)層位中，水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)條件相似，采用的勘查手段基本上都以鉆探工程為主，但開采方式上卻存在差異：鈾礦床(特別是砂巖型鈾礦床)以原地浸出、原地淋濾浸出為主[1-3]，而煤礦一般為井巷和露天采礦方式[4]。長期以來先煤后鈾的勘查和開采順序，嚴(yán)重制約著礦產(chǎn)資源的綜合利用，造成了資源的極大浪費(fèi)。因此，優(yōu)化鈾、煤礦的勘查和開采方案，降低放射性污染，提高綜合利用水平已刻不容緩。

1 鈾礦、煤礦床勘查及開采現(xiàn)狀分析

1.1 鈾煤礦床的特點(diǎn)及空間分布

侏羅系陸相沉積型鈾礦一般分為可地浸砂巖型、疏干型和含鈾煤型，其中，礦體賦存于砂巖中，但不含水的鈾礦床習(xí)慣地稱為疏干型，如薩瓦甫齊和塔里克鈾礦床。

新疆侏羅系鈾礦主要產(chǎn)在中下侏羅統(tǒng)陸相含煤碎屑巖建造中。鈾礦賦存于三角洲-濱湖相的層間氧化帶前緣部位，三角洲相見礦率77.77%[5]，單一礦體范圍較小，寬度25～2000 m，長度5～15 km，分布不均，礦體常呈迭瓦狀排列。煤礦主要以沼澤相為主，分布范圍大，基本與地層范圍相當(dāng)，分布較均勻?，F(xiàn)己查明，可地浸砂巖型鈾礦與煤礦在空間上疊合的現(xiàn)象普遍存在(圖1)。

1.2 鈾礦、煤礦床勘查程度分析

因煤礦埋藏范圍大、分布廣、形態(tài)簡單、勘探、開采見效快，因此政府和企業(yè)投入勘查經(jīng)費(fèi)充足。目前，1000 m以淺的地區(qū)多已達(dá)到詳勘程度，常見工程間距1000 m×500 m。而鈾礦受礦體形態(tài)復(fù)雜、經(jīng)費(fèi)來源單一、采礦周期長、礦業(yè)權(quán)等影響，勘探程度相對較低，僅在個(gè)別地區(qū)達(dá)到詳查階段，工程間距一般(100～200)m×(25～50)m，主要集中在伊犁鈾礦田、十紅灘鈾礦床、薩瓦甫齊鈾礦床、巴什布拉克鈾礦床，全疆絕大部分地區(qū)仍處在潛力評價(jià)至普查階段。

圖1 可地浸砂巖型鈾礦與煤礦疊合示意圖Fig.1 Schematic section showing the superimposed In-situ leachable sandstone-type uranium orebody and coal bed

煤礦勘查深度已達(dá)1000～1200 m，勘查經(jīng)費(fèi)約1400元/m。鈾礦大部分為500 m以淺，近幾年受鈾礦“深挖細(xì)找”找礦原則的影響，個(gè)別鉆孔深度達(dá)600～800 m，達(dá)到800～1000 m的鉆孔數(shù)量很少，經(jīng)費(fèi)640元/m。工作程度低、目的層埋深大。鈾礦勘查程度低的主要原因是經(jīng)費(fèi)投入少。

煤礦和鈾礦勘探具有互補(bǔ)性。如在伊犁盆地、準(zhǔn)東煤田、三塘湖盆地、吐魯番-哈密盆地的鈾礦勘查中發(fā)現(xiàn)了煤礦，提供了煤礦埋藏條件和找礦線索，為政府煤礦勘查規(guī)劃和社會(huì)資金的注入提供了直接有效的依據(jù)。但未進(jìn)行煤質(zhì)和開采條件研究。同樣，煤礦勘查以其工程間距大，控制范圍廣、探測深度大，為鈾礦成礦環(huán)境、鈾礦成因分析提供依據(jù)?？梢?，鈾礦、煤礦地質(zhì)資料共享，鈾煤兼探不僅可以節(jié)約成本，也可提高礦產(chǎn)資源的綜合利用。

1.3 鈾礦、煤礦床采礦方式分析

可地浸砂巖鈾礦：可地浸砂巖型鈾礦品位偏低，采礦方法采用經(jīng)濟(jì)又環(huán)保的原地浸出法[1-3]。其優(yōu)勢為：首先，不用將礦石提升到地表，環(huán)境地質(zhì)條件基本與天然狀態(tài)一致，僅水冶廠和廢液池的小范圍內(nèi)有污染，基本不產(chǎn)生固體廢渣和空氣懸浮物的污染，放射性污染治理方案簡便易行、成本低。其次，可綜合開采伴生的稀有金屬，如Re、Ga、Se等，提高礦產(chǎn)資源的綜合利用，降低開采成本。

疏干型砂巖鈾礦，含礦層基本不含水，礦體陡傾。采礦方式以井巷開拓或露天加淋浸為主，其特點(diǎn)與地浸法相近。用井巷代替注液井和抽液井，在礦體頂部噴淋溶浸劑，底部收集含礦的淋浸液，對環(huán)境污染小，但成本稍高[3]。

含鈾煤型：采礦方式多為傳統(tǒng)井巷開采法。一般采用人工采掘，后續(xù)還要采用特殊鍋爐焚燒煤，再從煤灰中提煉鈾，開采成本高。有固體廢渣和空氣懸浮物的污染，但場所固定，治理較為簡便。

煤礦：主要以井巷開采和露天開采為主，目前，90萬噸/年規(guī)模的礦山，一般機(jī)械掘進(jìn)，連通不同煤層的開采平巷，穿過未發(fā)現(xiàn)的鈾礦層可能性極大。疏干礦坑涌水時(shí)會(huì)排出大量的含鈾地下水，最高鈾含量可達(dá)10-2g/L，與部分礦床地浸液中鈾含量相當(dāng)。廢渣(廢水)中鈾可隨地下水和揚(yáng)塵大范圍擴(kuò)散，對環(huán)境造成不可逆的放射性污染，治理難度相當(dāng)大[6]。

1.4 煤礦、鈾礦床及其伴生礦產(chǎn)開采的經(jīng)濟(jì)分析

核電投資成本40元/(MW·h)，乏燃料處理費(fèi)和退役治理約37元/(MW·h)，計(jì)77元/(MW·h)，而沿海地區(qū)燃煤電成本250元/(MW·h)[7]?？梢?，鈾礦經(jīng)濟(jì)成本優(yōu)勢明顯，還具有減少CO2排放量，污染可控性強(qiáng)，運(yùn)輸成本低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣泛。

鈾礦主要有3種天然同位素：234U、235U、238U，235U主要用于原子彈和核電，按1 kg235U裂變能量相當(dāng)于2500 t煤所產(chǎn)生能量和235U自然豐度0.72%計(jì)算：1 t鈾產(chǎn)生的能量相當(dāng)于18000 t煤產(chǎn)生的發(fā)熱量。鈾的價(jià)格[8]約為(0.85～1)×106元/t，而18000 t煤按坑口價(jià)100元/t計(jì)，不包括運(yùn)輸、浮選和深加工就已1.8×106元/t，實(shí)際上遠(yuǎn)大于該值。若煤礦勘查區(qū)發(fā)現(xiàn)小型地浸砂巖型鈾礦床(100～3000 t)，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值可達(dá)(0.1～3)×109元。若鈾礦為萬噸級，其經(jīng)濟(jì)蘊(yùn)藏量達(dá)10×109元左右，相當(dāng)于約5×109t動(dòng)力用煤礦，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過煤礦本身收益。

可地浸砂巖型鈾礦常伴生稀有金屬Re、Ga、Se和Mo[9]，酸法地浸時(shí)能同時(shí)回收。伊犁某礦床錸礦量達(dá)中型，其價(jià)值遠(yuǎn)大于萬噸級鈾礦和十億噸級煤礦價(jià)值。鎵和鉬可在退役治理時(shí)提純。因此，鈾礦伴生元素的綜合采礦，可進(jìn)一步提高綜合利用價(jià)值。

2 鈾、煤礦床并采及采礦次序分析

2.1 鈾、煤礦床并采

如前所述，無序開采產(chǎn)生的無序排放會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，且治理費(fèi)用至少相當(dāng)于百億噸級煤礦產(chǎn)生的效益。而鈾、煤并采是減少污染，提高效益最可靠有效的方法。

新疆煤炭勘查已基本結(jié)束，四大煤田為：準(zhǔn)噶爾、吐哈、庫-拜、伊犁。砂巖型鈾礦優(yōu)選靶區(qū)與四大煤田規(guī)劃區(qū)基本一致，這就是鈾、煤并采的依據(jù)，也為鈾、煤并采提供了極大的方便。

2.2 鈾、煤礦床采礦次序

煤礦開采與鈾礦地浸法開采，二者在開采流程上具有矛盾性：煤礦開采需降低地下水水位，甚至疏干地下水，巖層不滲透最佳；而鈾礦需要承壓地下水，水位埋深在50 m以內(nèi)，滲透系數(shù)在1～10 m/d最佳。伊犁盆地南緣曾經(jīng)有幾十家小型煤炭企業(yè)，由于地下水的疏干和煤礦采動(dòng)(冒落帶)影響，地表塌陷坑和地下采空區(qū)密布，已造成達(dá)拉地礦床無法地浸(甚至井下)開采。因此建立采礦次序、合理開采是十分必要的。

(1)地浸砂巖型鈾礦床：先鈾后煤，其優(yōu)勢在于：

① 地浸開采不會(huì)破壞地層結(jié)構(gòu)，地浸液主要作用在滲透性較好的疏松砂巖中，其抗壓、抗剪強(qiáng)度均低，一般小于10 MPa，這恰恰不是煤礦開采的持力層。力學(xué)性質(zhì)較好的粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖基本不與地浸液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，很難降低力學(xué)強(qiáng)度；

② 地浸井管均為PVC管材，遠(yuǎn)小于巖石強(qiáng)度，不會(huì)影響煤礦的機(jī)械化開采；

③ 地下水賦存狀態(tài)與開采前基本無變化，有必要可人為控制疏干地下水；

④ 鈾礦的75%～110%高回采率有效降低了放射性環(huán)境污染的危害；

⑤ 綜合利用U、Re、Se等礦產(chǎn)資源，提高采礦經(jīng)濟(jì)效益。

(2)疏干型和含鈾煤型：可先煤后鈾或鈾煤并采，但仍需合理規(guī)劃。因鈾礦體規(guī)模遠(yuǎn)小于煤炭的分布范圍，且埋藏較淺，可共用煤礦開采主巷，采掘到鈾礦開采水平時(shí)專門開挖采鈾平巷，減少鈾礦石運(yùn)輸成本，縮小煤炭采礦過程中放射性污染范圍，降低放射性退役治理難度。鈾礦石運(yùn)輸必須采用防礦渣泄漏的措施，鈾礦采完后，封閉采鈾平巷仍能正常采煤。

3 結(jié)論

鑒于新疆煤礦勘查已基本完成，鈾礦找礦方興未艾，應(yīng)加強(qiáng)煤炭地質(zhì)資料共享，出臺(tái)鈾煤兼探成果分配制度，激勵(lì)社會(huì)資金投入鈾礦找礦積極性，提高鈾礦勘查精度，減少放射性污染源?？傻亟皫r型鈾礦采礦順序?yàn)椋合肉櫤竺海岣哔Y源利用率，減少放射性污染。疏干型和含鈾煤型采礦順序是先煤后鈾或鈾煤并采的綜合采礦，即先采掘煤，遇鈾后專門采鈾，鈾開采結(jié)束后，再續(xù)采煤，可降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

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StudyontheExplorationandMiningOrderofContinentalSedimentaryUraniumandCoalMineinXinjiang

REN Man-chuan,WANG Bing,KANG Yong

(GeologyPartyNo.216,CNNC,Urumqi,Xinjiang830011,China)

Uranium,coal resources reserves are rich in Xinjiang,uranium and coal buried in similar conditions,but have not been explored,mined and developed comprehensively due to the long-term industrialized administration,which not only waste resources and cause environmental pollution ,but also bring the difficulty for governance.This paper discussed the exploration degree and mining sequence and suggested sharing the exploration data of coal to improve the efficiency of uranium prospecting.As to in-situ leaching sandstone type uranium deposit,uranium should mine first and then mine coal.For the drainage and coal type uranium ore,uranium and coal can be mined as co-products after reasonable planning so as to increase the comprehensive utilization value of mineral resources.

Xinjiang;exploration efficiency;mining order;comprehensive utilization

10.3969/j.issn.1000-0658.2014.05.007

2013-05-23 [改回日期]2013-10-22

任滿船(1968—)，男，高級工程師，2010年畢業(yè)于長安大學(xué)，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)和勘探工作。E-mail：rmch216@163.com

1000-0658(2014)05-0294-04

P624；TD82+TD868

A