盐类矿床地下水溶开采

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1、3.5盐类矿床地下水溶开采本章提要介绍盐类矿床水溶开采的特点,盐类矿床的工业特征,重点介绍水溶开采的基本原理，水溶矿山地下开采的开拓方法和开采方法，钻井水溶法的钻前准备与完井，各种地下采矿方法的工艺、设备、优缺点与适用条件。3.5.1概论盐类矿物的共性是能溶于水，不同的盐类矿物溶于水的难易程度不同。盐类矿床是盐类物质在地质作用过程中，在适宜的地质条件和干旱的气候条件下，水盐体系天然蒸发、浓缩形成的天然卤水和化学沉积矿床。水溶开采是根据盐类矿物易溶于水的特性，把水作为溶剂注入矿床，在矿床进行物理化学作用，将盐类矿物就地溶解，转变为溶液—卤水，然后进行采集与输送的一类采矿方法。它在氯化物（石盐、钾

2、石盐）、硫酸盐（无水芒硝、芒硝、钙芒硝）、碳酸盐（天然碱）等盐类矿床的开采中得到广泛运用，取得了良好的技术经济效果。3.5.1.1水溶开采的特点水溶开采融采矿与选矿为一体，在盐类矿床所在地进行物理化学加工，使用最廉价的溶剂—水或淡卤（有的矿床加助溶剂如氢氧化钠等）溶解矿物，把泥沙等杂质留在原地。水溶开采的优点是工艺简单，钻井代替了常规的地下井巷，开拓工程量少，基建时间短，基建投资不到常规地下开采的四分之一，生产成本下降80～90％；常规开采深度超过1000m后常遇到深部地压和地热增温等困难，钻孔则可以容易地超过3000m，在一定条件下可提高盐类矿床的矿石采收率；管道化生产，采卤和输卤实现自动化

3、，工人在地面完成操作，安全生产条件好，劳动生产率高；盐类矿物溶解取走后，矿渣留在原地，不对地面环境造成污染。水溶开采存在的问题是基本理论和开采方法还不够完善，矿石采收率一般较低，少数矿山诱发地质灾害，出现地面沉降和冒卤。3.5.1.2盐类矿床的工业特征除了矿床的一般工业特征外，盐类矿床的下列特性受到特别关注。⑴盐类矿石与围岩的工业性质：①可溶性。盐类矿物的溶解度与温度、压力有关，溶解速度受矿石品位、化学成分、结构构造、温度、压力、溶液浓度、布水方式、溶液动态、溶液磁化等因素的影响。②含水性与隔水性。孔隙较大的岩层含水性好，如砂层、砾石层、发育溶洞的石灰岩等，如果它们与盐类矿床沟通，就会破坏矿体

4、，在钻井水溶开采时，应下套管固井，将含水层封隔；如果矿体中有断层通过，为防止断裂带的地下水破坏矿体，距断层1km以外才能布置溶采区。盐类矿层顶、底板岩层隔水性良好，有利于水溶开采。③孔隙度。孔隙度是岩石孔隙体积与包括孔隙在内的总体积之比。盐湖类岩石的孔隙度是晶间卤水静储量计算的重要水文地质参数，与颗粒大小、形状、排列情况、级配、压密程度、胶结状况等因素有关，其范围从百分之几到百分之三十几，甚至更大，对水溶开采有重要影响。④强度。盐类矿石的强度较低，抗压强度在5～37MPa左右，抗剪强度在0.7～14MPa左右，抗拉强度在0.3～2MPa左右；围岩的抗压强度在0.8～143MPa左右，抗剪强度在

5、1.5～59MPa左右，抗剪强度在0.2～4MPa左右。⑤硬度。硬度指岩石抵抗工具侵入的能力。岩石硬度分为10级，盐类矿物的硬度较低，为1～4级。⑥韧性。指岩石抵抗冲击工具侵入的能力。一般沉积岩的韧度较低，为0.08～0.4kg·m/cm。⑦稳固性。水溶开采溶洞顶部暴露面积的大小及其在一定时间内保持稳定而不崩落的性能，叫盐类矿石与围岩的稳固性。它与矿石和围岩的结构与构造、裂隙发育情况、溶洞顶板岩石的工程力学和受水侵蚀后耐崩解的性能、溶洞大小等因素有关。不稳固的矿岩允许溶洞顶部有不大的暴露面积，当顶部暴露面积扩大后，顶板岩石极易垮塌，堵塞井下管柱和初始溶洞，无法继续开采。这类矿床一般不适宜用常规

6、的钻井水溶法开采，如内蒙达拉特旗等第四纪芒硝矿；较稳固的矿岩允许溶洞顶部有一定的暴露面积而不垮塌，当溶采直径扩大并经较长时间侵蚀后，顶板逐渐垮塌，但水采溶洞仍保持一定的容积，可继续进行水溶开采，矿石采收率一般较低，如广泛分布的陆相碎屑岩系型盐类矿床；极稳固的矿岩允许溶洞有很大的暴露面积而不垮塌，如海相碳酸盐系型盐类矿床，特别是厚大的盐丘中建造的水采溶洞极稳固，常用于储存石油、天然气等。⑵盐类矿床的工业性质①矿床规模与矿石质量。一般分为大、中、小三个类型。四种主要盐类矿床资源储量的划分标准见表3.5.1。表3.5.1四种盐类矿产资源储量规模划分标准（单位：万吨）大型中型小型石盐NaCl10000

7、010000～100000＜10000钙芒硝Na2SO4≥100001000～10000＜1000天然碱Na2CO3＋NaHCO3≥1000200～1000＜200钾盐KCl≥1000100～1000＜100通常按矿石品位划分等级。石盐根据NaCl的品位划分为：富矿＞80％，中矿为50～80％，贫矿为30～50％；钾盐根据KCl的品位划分为：富矿＞12％，贫矿为8～12％。②矿体形态。盐类矿床的矿