固體鉀鹽礦地下開(kāi)采中的問(wèn)題探討和解決對(duì)策

高 新

(化工部長(zhǎng)沙設(shè)計(jì)研究院，湖南長(zhǎng)沙 410116)

固體鉀鹽礦地下開(kāi)采中的問(wèn)題探討和解決對(duì)策

高 新

(化工部長(zhǎng)沙設(shè)計(jì)研究院，湖南長(zhǎng)沙 410116)

結(jié)合老撾地區(qū)鉀鹽開(kāi)采實(shí)例中遇到的一些具體問(wèn)題，提出了一些防治井下涌水和處理尾鹽和老鹵的對(duì)策和思路，給鉀礦開(kāi)采尤其是光鹵石型礦的地下開(kāi)采處理這些問(wèn)題提供參考。

固體鉀鹽；地下開(kāi)采；涌水；尾鹽處理；老鹵處理

0 引 言

鉀鹽是含鉀礦物的總稱。按其可溶性可分為可溶性鉀鹽礦物和不可溶性含鉀的鋁硅酸鹽礦物。前者是自然界可溶性含鉀鹽類礦物堆積構(gòu)成的可被利用的礦產(chǎn)資源。鋁硅酸類巖石是不可溶的含鉀巖石或富鉀巖石。目前，世界范圍內(nèi)開(kāi)發(fā)利用的主要對(duì)象是可溶性鉀鹽資源。

鉀鹽主要用于制造鉀肥。主要產(chǎn)品有氯化鉀和硫酸鉀，是農(nóng)業(yè)不可缺少的三大肥料之一。中國(guó)是一個(gè)鉀鹽資源極度匱乏的國(guó)家，作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，鉀資源是對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用的戰(zhàn)略資源，但由于我國(guó)鉀資源匱乏，產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后，鉀肥供給長(zhǎng)期依賴進(jìn)口。目前中國(guó)企業(yè)在老撾，剛果，加拿大，泰國(guó)等地都有一些鉀鹽項(xiàng)目，但是進(jìn)入實(shí)際生產(chǎn)的僅有老撾的幾個(gè)鉀鹽礦山。

1 固體鉀礦地下開(kāi)采主要問(wèn)題

鉀鎂鹽礦礦石類型主要有光鹵石和鉀石鹽兩種，這兩種自然類型的劃分標(biāo)準(zhǔn)是：鉀石鹽礦石MgCl2≤2.50%，KCl≥5.00%；光鹵石礦石：MgCl2＞2.50%，KCl≥5.00%。光鹵石礦石含鎂高，對(duì)選礦回收率影響大；而鉀石鹽礦石選礦工藝比較簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境造成危害不大。

老撾鉀鹽礦北部萬(wàn)象地區(qū)以光鹵石型礦石為主，南部甘蒙地區(qū)前期開(kāi)采少量的鉀石鹽，且都是次生鉀石鹽，后期開(kāi)采主要也是光鹵石型礦石。當(dāng)前老撾地區(qū)鉀鹽地下開(kāi)采主要面臨兩方面的問(wèn)題，一是地表淡水通過(guò)各類通道涌入井下致使礦層溶解，造成淹礦閉坑的風(fēng)險(xiǎn)；二是鉀鹽尾礦和老鹵的處理問(wèn)題，其中尾鹽主要是含NaCl的固體廢鹽，老鹵主要是含MgCl2的鹵水，簡(jiǎn)單的堆存需要占用大量的土地且極易造成環(huán)境事故。

由于鉀鹽礦極易溶于水，因此，鉀鹽礦層開(kāi)挖之前，礦層上部是有隔水巖層，將礦層和上部淡水層隔離?，F(xiàn)以老撾某鉀礦的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)，對(duì)影響老撾鉀礦涌水的主要因素進(jìn)行分析。

(1)地層。老撾某鉀礦為海源陸相沉積型礦層，該鉀礦區(qū)域內(nèi)地層主要由3個(gè)沉積旋回形成，共分為6個(gè)巖段，主要礦層位于a巖段上部，平均埋深在200 m左右。鹽類礦床的特殊之處在于溶解度大，遇淡水易溶解，所以主要礦層上部是有很厚的隔水層，具體的地層分布見(jiàn)表1。礦層的頂板主要為泥巖和石膏巖段，泥巖和石膏層為微含水層，老撾鉀礦井下揭露泥巖層后，有少量裂隙，為局部弱含水層；上部第四系為主要來(lái)水層。

(2)鉆孔。地質(zhì)勘查需施工鉆孔，鉆孔封孔質(zhì)量不高，就會(huì)形成通達(dá)礦層的導(dǎo)水通道，這給井下涌水帶來(lái)嚴(yán)重隱患。

(3)井巷工程。礦層深埋地下，主要開(kāi)拓井筒工程必須穿越頂板巖層才能到達(dá)礦層，即將地表和礦層直接連通。由于考慮成本的原因，井筒施工質(zhì)量無(wú)法完全杜絕井筒的壁后出水，一般主要采取在中間出水部位設(shè)置截水措施將水截留，基于成本的原因沒(méi)有采取嚴(yán)格的堵水措施，致使井筒涌水量為礦坑總水量很大的一部分?，F(xiàn)階段主要的開(kāi)拓運(yùn)輸巷道部分布置在脈內(nèi)，由于礦體的變化，部分巷道頂板穿透了礦層，頂板位于泥巖層中，泥巖長(zhǎng)期暴露在井下潮濕的空氣中，加上頂部有細(xì)小的裂隙和上部連通有少量出水，又缺乏有效的支護(hù)，致使頂板泥巖冒落，時(shí)間長(zhǎng)久后出水量變大。

(4)地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造中對(duì)涌水影響較大的

主要是斷層、裂隙、溶孔、溶洞等。這需要在地質(zhì)勘查階段采取必要的措施盡量查明，井巷工程布置盡量避開(kāi)或隔離這些構(gòu)造發(fā)育區(qū)段，當(dāng)施工或生產(chǎn)靠近這些構(gòu)造區(qū)段時(shí)應(yīng)采取充分的預(yù)防措施。

表1 老撾某鉀礦綜合地層表

2 主要預(yù)防對(duì)策

礦山防治水以“安全第一、預(yù)防為主，綜合治理”為方針，以“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘和先治后采”為原則，主要采取“防、堵、疏、排、截”5項(xiàng)措施，加強(qiáng)“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、科技攻關(guān)和治理整改”的3個(gè)防治水環(huán)節(jié)。對(duì)于老撾鉀鹽礦，由于水文地質(zhì)工作前期的重視程度不夠，所以建議主要在以下幾個(gè)方面采取措施，減少井下涌水量，降低井下突水的可能性。

(1)首先應(yīng)查明礦井水文地質(zhì)條件，建立一定數(shù)量的井上下水文觀測(cè)孔，圍繞采掘生產(chǎn)活動(dòng)，重點(diǎn)探測(cè)采掘工作面水文地質(zhì)條件。可用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)掘進(jìn)工作面前方的水文地質(zhì)異常情況，探測(cè)采場(chǎng)工作面的內(nèi)部構(gòu)造。對(duì)于物探結(jié)果，進(jìn)行綜合分析，并配以鉆探手段作進(jìn)一步驗(yàn)證。對(duì)采掘生產(chǎn)活動(dòng)容易造成的突水地段，可留設(shè)保安礦柱。

(2)井筒施工采取特殊施工法，如預(yù)注漿法，凍結(jié)法，盡量使井筒處于一個(gè)無(wú)水的工作條件下，避免地表淡水直接通過(guò)井筒通達(dá)井下。另外主要巷道宜布置在礦層底部的脈外石鹽層內(nèi)，避免巷道布置在脈內(nèi)造成頂板泥巖冒落和出水等事故。

(3)老撾地處熱帶地區(qū)，常年高溫且空氣潮濕，井下空氣濕度大，對(duì)于井下鹽類礦層開(kāi)挖后，表層長(zhǎng)期暴露在高濕度的空氣中，造成局部溶解，尤其是頂板片幫冒落后容易露出泥巖，造成出水的安全隱患。對(duì)于這些巷道，采取噴漿錨網(wǎng)等支護(hù)方式，將巖層與外界空氣隔離。

3 尾鹽和老鹵處理措施

加工廠產(chǎn)出的尾鹽和老鹵現(xiàn)階段是采取地表堆存和老鹵池存放方式處理，隨著時(shí)間的推移，尾鹽和老鹵的量每年都在增加，致使地表的尾鹽堆場(chǎng)和老鹵池的量越來(lái)越大，且由于尾鹽堆場(chǎng)和老鹵池均需做特殊的防滲處理，防滲材料一般價(jià)格不菲，造成環(huán)境壓力日趨嚴(yán)重且成本較高。在老撾鉀鹽礦建設(shè)之前，設(shè)計(jì)方案是將尾鹽充填到井下，老鹵通過(guò)蒸發(fā)結(jié)晶成光鹵石和鎂片的方式處理的。由于單純的尾鹽充填是通過(guò)皮帶運(yùn)送到采場(chǎng)，運(yùn)輸效率低，難以處理每年近200萬(wàn)t的尾鹽。而蒸發(fā)是用煤做能源，要耗費(fèi)大量的煤炭，老撾用煤需要進(jìn)口，價(jià)格高，考慮到成本的原因，現(xiàn)階段在老撾通過(guò)蒸發(fā)處理老鹵經(jīng)濟(jì)上不可行。本文僅針對(duì)老撾鉀礦目前沒(méi)有引起重視的方面提出一些措施和思路，目的是有效減少尾鹽和老鹵的產(chǎn)出量、同時(shí)處理產(chǎn)出的尾鹽和老鹵。

(1)在加工環(huán)節(jié)，通過(guò)研制高效的選礦藥劑或者改進(jìn)工藝流程盡量提高回收率，降低尾鹽和老鹵的產(chǎn)出。

(2)對(duì)于老鹵主要是含MgCl2的鹵水，能否直接用藥劑選出其中MgCl2，使老鹵淡化后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，最終實(shí)現(xiàn)可直接排放。

(3)結(jié)合老撾現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有的一些原料，尤其是量多價(jià)廉的原料，和老鹵尾鹽組成可行的膠結(jié)充填體通過(guò)管道直接充填到井下采空區(qū)，這其中要做大量的試驗(yàn)研究才能找到這樣的原料。

(4)老撾鉀鹽礦區(qū)為海源陸相沉積型，礦區(qū)內(nèi)a巖段下部石鹽層厚度很大，勘探鉆孔未將其完全揭露，可在石鹽層挖掘鹵水池，將地表鹵水排到鹵水池堆存，尾鹽可采取加工提純等措施后出售給有需要的企業(yè)。

(5)在地下深層位找含有大裂隙的空腔，然后施工深鉆孔連通地表和空腔，直接將鹵水通過(guò)管道往下回灌，當(dāng)空間足夠大時(shí)，將尾鹽溶解后也回灌至空腔。

4 結(jié) 語(yǔ)

老撾地區(qū)鉀礦是中國(guó)企業(yè)走出去開(kāi)發(fā)鉀肥走在前列的地區(qū)，但由于大部分是光鹵石型礦石，大規(guī)模地下開(kāi)采光鹵石在世界范圍內(nèi)可供借鑒的成功案例較少，如何更安全高效的開(kāi)采光鹵石，是當(dāng)下鉀鹽開(kāi)采面臨的主要問(wèn)題，本文結(jié)合老撾鉀礦實(shí)際開(kāi)采中遇到的一些問(wèn)題，提出了一些解決的對(duì)策和思路，希望能為以后鉀礦的開(kāi)發(fā)提供參考和借鑒。

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2016-06-27)