陡傾疏干砂巖型鈾礦開采方法探討范文

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《礦產(chǎn)保護(hù)與利用》2017年第5期

摘要：結(jié)合我國鈾礦開采的原地爆破浸出采鈾工藝和原地浸出采鈾工藝技術(shù)，提出陡傾疏干砂巖型鈾礦的地下鉆孔原地浸出采鈾法，利用井巷工程開拓礦體，在礦塊上部的注液巷道施工生產(chǎn)鉆孔，通過鉆孔將溶浸液注入礦體，然后在礦塊下部的集液巷道收集浸出液。針對新疆某陡傾疏干砂巖型鈾礦的地下鉆孔原地浸出采鈾法，設(shè)計了上盤扇形孔布液和沿脈平行孔布液2種開采方案。

關(guān)鍵詞：陡傾；疏干；砂巖鈾礦；地下鉆孔；開采

砂巖型鈾礦是指工業(yè)鈾礦化主要產(chǎn)于砂巖（包括含礫砂巖、粉砂巖、泥巖）中的鈾礦，一般具有品位低、儲量大、可滲透、含水等特點(diǎn)。礦床一般屬后生成因，是世界最早發(fā)現(xiàn)的鈾礦類型之一，也是世界上分布最廣和最具工業(yè)意義的鈾礦床類型。對水成砂巖型鈾礦床的開采多采用原地浸出采鈾法，即利用從地表施工的鉆孔工程開拓礦體，鉆孔作為礦床開拓工程，并作為溶浸液輸入、浸出液輸出的通道，通過注液鉆孔將浸出劑注入礦體，通過抽液鉆孔將浸出液抽至地表，形成完整的抽注系統(tǒng)［1－4］。砂巖型鈾礦能否采用原地浸出采鈾法，關(guān)鍵在于是否具備一個適宜于“地浸”的地質(zhì)條件，該地質(zhì)條件也可認(rèn)為是砂巖盆地找礦的重要評價準(zhǔn)則：礦體是可滲透的；鈾礦體處于承壓含水層；鈾礦物是可溶的；含礦砂體的有害組分及干擾元素含量少；礦體傾角不宜過大（一般＜45°）；礦體與含礦砂體的厚度比不能太小（有效厚度比應(yīng)＞1∶10）［5－8］。陡傾疏干砂巖型鈾礦是指受構(gòu)造運(yùn)動作用，盆地蓋層變得陡直甚至倒轉(zhuǎn)，承壓含水層中的地下水已被疏干，礦體傾角變陡傾（一般＞55°），難以采用原地浸出采鈾法進(jìn)行開采的一類砂巖型鈾礦。針對陡傾疏干砂巖型鈾礦，進(jìn)行有關(guān)新型采礦方法的探討和技術(shù)可行性分析，對今后的工業(yè)開發(fā)意義重大。

1礦床概況

新疆某鈾礦是一個經(jīng)歷同生沉積－層間氧化－后期改造的砂巖型鈾礦。新構(gòu)造運(yùn)動使盆地蓋層變得陡直甚至倒轉(zhuǎn)，承壓含水層中的地下水不斷被疏干，現(xiàn)今在垂深475m以上已無地下水活動，鈾礦體主要?dú)埩粼诠艑娱g氧化還原過渡帶中。礦體嚴(yán)格受層位、巖相、褶皺控制，空間分布與氧化帶密切相關(guān)，鈾礦體主要賦存于不完全氧化帶中。礦體形態(tài)簡單，呈似層狀、板狀、透鏡狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與地層一致；走向近東西，傾向北，傾角在51°～80°，平均傾角66°，是典型的陡傾疏干砂巖型鈾礦。

1．1礦床地質(zhì)

盆地構(gòu)造演化經(jīng)歷了強(qiáng)拉張、弱伸展、隆升剝蝕、強(qiáng)擠壓、差異升降5個階段，盆地總體構(gòu)造線近東西向，礦區(qū)位于盆地向斜構(gòu)造北翼。由于受不均衡側(cè)向擠壓力和界面條件的影響，使礦區(qū)地層走向上和傾向上均有不同程度的扭曲：傾向上形成了倒轉(zhuǎn)褶皺；礦區(qū)地層走向上呈向北凸出的弧形。礦區(qū)構(gòu)造以褶皺為主，斷裂構(gòu)造次之。含礦砂體為一套礫質(zhì)－砂質(zhì)辮狀河沉積物。碎屑巖成分、結(jié)構(gòu)成熟度均較低，層理構(gòu)造明顯。含礦砂體多數(shù)由2個下粗上細(xì)韻律組成，韻律發(fā)育不全。巖性有粉砂巖、細(xì)砂巖、中砂巖和粗砂巖、砂礫巖等，其中以粗砂巖、砂礫巖為主，滲透性能良好。

1．2鈾礦物特征

鈾主要以2種賦存形式存在，瀝青鈾礦和吸附態(tài)鈾，吸附態(tài)鈾和有機(jī)質(zhì)、（含鐵）礦物和黏土吸附有關(guān)。礦石自然類型以砂巖型為主，工業(yè)類型屬特征礦物含量低的碎屑巖和高硅酸鹽鈾礦石，礦石水冶加工技術(shù)性能較好，酸耗低。

2礦床開采存在的問題與新型采礦方法的提出

采用常規(guī)的充填采礦－地表堆浸工藝對該礦進(jìn)行開發(fā)，在技術(shù)上是可行的；但其投資大、成本高，可采資源量大幅減少，采礦工藝安全性相對較差，對地表環(huán)境影響相對較大。受含礦層不含承壓水（疏干）以及礦體傾角大（陡傾）的賦存條件約束，在現(xiàn)有原地浸出采鈾工藝技術(shù)條件下，采用原地浸出采礦方法在技術(shù)上也存在較大挑戰(zhàn)，我國已有陡傾礦體開采方面的一些研究［9－10］。通過對該礦床設(shè)計的多種采礦方法的比較，綜合考慮礦床開拓與浸出特征，提出采用“地下鉆孔原地浸出采鈾法”。該方法綜合了就地爆破浸出采鈾法與原地浸出采鈾法的工藝特點(diǎn)，利用井巷工程開拓礦體，在礦塊上部的注液巷道施工生產(chǎn)鉆孔，通過鉆孔將溶浸液注入礦體，然后在礦塊下部的集液巷道收集浸出液，即抽注液工程不從地表施工，而從地下巷道中施工。地下鉆孔原地浸出采鈾法對礦石的滲透性和浸出性要求與原地浸出采鈾法相同，但其不受礦體賦存的承壓含水層和礦體傾角條件的約束。因此，該方法使陡傾疏干砂巖型鈾礦床開發(fā)變?yōu)榭赡堋?/p>

3新疆某陡傾砂巖型鈾礦的地下鉆孔原地浸出采鈾法

新疆某陡傾砂巖型鈾礦，經(jīng)歷了層間氧化帶砂巖型鈾礦的形成和后生改造2個地質(zhì)發(fā)展過程，礦體傾角51°～80°，礦體平均厚度為3．2m，含礦層不含水但透水性能好，兩端均有穩(wěn)定隔水層，采用地下鉆孔原地浸出采鈾工藝，按鉆孔及布液形式可分為上盤扇形孔布液和沿脈平行孔布液2種開采方案。

3．1上盤扇形孔布液方案

1）采場結(jié)構(gòu)。采場礦塊沿礦體走向布置，長為50m，高為中段高度（50m）。采場不留頂柱，底柱為帷幕注漿建造的人工隔水層形式。

2）采準(zhǔn)工程。采準(zhǔn)工程在開拓巷道內(nèi)進(jìn)行，包括穿脈、采場頂部注液孔、采場上盤注液孔和采場底部帷幕注漿孔。先掘進(jìn)穿脈貫穿整個含礦砂巖層，穿脈穿過透水砂巖層段采用整體混凝土砌碹支護(hù)，在穿脈內(nèi)沿砂巖層走向方向打帷幕注漿孔對采場底部整個透水砂巖層進(jìn)行帷幕注漿，注漿孔孔距1．6m，最終形成寬度為砂巖層厚度，長度為采場長度（50m），厚度為2m的人工隔水層。在采場下部帷幕注漿的同時，可在采場上部穿脈內(nèi)揭露礦體部位沿礦體走向方向施工采場頂部注液孔，采場頂部注液孔為3排，排距為1m。因礦體為陡傾礦體，礦體平均傾角66°，若僅施工采場頂部注液孔會存在采場上盤淋浸死角，故還需在上盤運(yùn)輸巷內(nèi)施工采場上盤注液孔，采場上盤注液孔為扇形注液孔，同排注液孔孔底距6m左右，排距為4m。

3）回采工藝。配制浸出劑→將浸出劑經(jīng)注液孔（上盤注液孔＋采場頂部注液孔）加壓注入礦層→在下中段回收浸出液。

4）通風(fēng)。主要利用礦井總負(fù)壓通風(fēng)，新鮮風(fēng)由下中段穿脈巷進(jìn)入，污風(fēng)由通風(fēng)井回到上中段。當(dāng)采場通風(fēng)效果不好時，可利用局扇進(jìn)行輔助通風(fēng)。

3．2沿脈平行孔布液方案

1）采場結(jié)構(gòu)。采場礦塊沿礦體走向布置，長為50m，寬為礦體厚度，高為中段高度（50m）。采場不留頂柱，底柱為帷幕注漿建造的人工隔水層形式。

2）采準(zhǔn)工程。采準(zhǔn)工程在開拓巷道內(nèi)進(jìn)行，包括穿脈、沿脈、采場頂部注液孔和采場底部帷幕注漿孔。先掘進(jìn)穿脈貫穿整個含礦砂巖層，穿脈穿過透水砂巖層段采用整體混凝土砌碹支護(hù)，在沿脈向沿脈兩側(cè)打帷幕注漿孔對采場底部整個透水砂巖層進(jìn)行帷幕注漿，注漿孔孔距為1．6m，最終形成寬度為砂巖層厚度，長度為采場長度（50m），厚度為2m的人工隔水層。在采場下部帷幕注漿的同時，可在采場上部沿脈內(nèi)沿礦體傾斜方向在礦體內(nèi)施工采場頂部注液孔，注液孔垂深約40m，采場頂部注液孔共為13排，排距為4m。

3）回采工藝。配制浸出劑→將浸出劑經(jīng)注液孔（采場頂部注液孔）加壓注入礦層→在下中段回收浸出液。

4）通風(fēng)。主要利用礦井總負(fù)壓通風(fēng)，新鮮風(fēng)由下中段穿脈巷進(jìn)入，污風(fēng)由通風(fēng)井回到上中段。當(dāng)采場通風(fēng)效果不好時，可利用局扇進(jìn)行輔助通風(fēng)。

3．3小結(jié)

理論上，對該礦采用地下鉆孔原地浸出采鈾法進(jìn)行開采是可行的，并且礦床的可采范圍、經(jīng)濟(jì)可采資源量也將增加，省去落礦、破碎、地表堆廠等工序和基建投資，采礦工藝的安全性也較常規(guī)的充填采礦法高；但由于地下鉆孔原地浸出采鈾法在我國鈾礦山還沒有應(yīng)用案例，鉆機(jī)鉆具的選型、地下鉆孔結(jié)構(gòu)、鉆孔布置形式和間距、溶浸范圍的控制與監(jiān)測等都將成為關(guān)鍵研究對象。

4結(jié)語

1）地下鉆孔原地浸出采鈾法是常規(guī)地下采鈾工藝和原地浸出采鈾工藝的結(jié)合，對礦石的滲透性和浸出性要求與原地浸出采鈾法相同；但其不受礦體須處于承壓含水層和礦體傾角條件約束，較常規(guī)地下采鈾具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

2）我國現(xiàn)已查明的陡傾疏干砂巖型鈾礦資源儲量可觀。理論上，采用地下鉆孔原地浸出采鈾法對陡傾疏干砂巖型鈾礦進(jìn)行開采在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)上是合理的。

3）新疆的鈾礦資源開發(fā)主要集中在北疆地區(qū)，開采方式基本為原地浸出采鈾法。南疆地區(qū)的鈾資源雖也多為沉積型礦床，但由于水文地質(zhì)條件所限，可采用原地浸出采鈾法進(jìn)行開采的礦床較少。建議有關(guān)部門加大支持力度，對地下鉆孔原地浸出采鈾法的實(shí)踐研究進(jìn)行資助，使我國掌握地下鉆孔原地浸出采鈾這一新型采礦方法。

4）目前新疆地區(qū)的鈾資源勘查，仍主要是針對可采用原地浸出采鈾法進(jìn)行開采的砂巖型鈾礦資源，若地下鉆孔原地浸出采鈾這一新型采礦方法在工業(yè)生產(chǎn)中能夠得到成功應(yīng)用，勢必導(dǎo)致新疆地區(qū)的鈾礦勘查指導(dǎo)思想轉(zhuǎn)變，對進(jìn)一步擴(kuò)大新疆地區(qū)鈾資源量，具有重要意義。

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作者：張傳飛1；段柏山1；楊潤生2；楊正偉1；王旨儒1 單位：1．新疆中核天山鈾業(yè)有限公司，2．中核第四研究設(shè)計工程有限公司