高 新

(化工部長沙設計研究院，湖南長沙 410116)

固體鉀鹽礦地下開采中的問題探討和解決對策

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(化工部長沙設計研究院，湖南長沙 410116)

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

固體鉀鹽；地下開采；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)開發(fā)利用的主要對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。中國是一個鉀鹽資源極度匱乏的國家，作為一個農(nóng)業(yè)大國，鉀資源是對中國經(jīng)濟發(fā)展具有重要作用的戰(zhàn)略資源，但由于我國鉀資源匱乏，產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后，鉀肥供給長期依賴進口。目前中國企業(yè)在老撾，剛果，加拿大，泰國等地都有一些鉀鹽項目，但是進入實際生產(chǎn)的僅有老撾的幾個鉀鹽礦山。

1 固體鉀礦地下開采主要問題

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準是：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，對選礦回收率影響大；而鉀石鹽礦石選礦工藝比較簡單，對環(huán)境造成危害不大。

老撾鉀鹽礦北部萬象地區(qū)以光鹵石型礦石為主，南部甘蒙地區(qū)前期開采少量的鉀石鹽，且都是次生鉀石鹽，后期開采主要也是光鹵石型礦石。當前老撾地區(qū)鉀鹽地下開采主要面臨兩方面的問題，一是地表淡水通過各類通道涌入井下致使礦層溶解，造成淹礦閉坑的風險；二是鉀鹽尾礦和老鹵的處理問題，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)實踐經(jīng)驗為依據(jù)，對影響老撾鉀礦涌水的主要因素進行分析。

(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個沉積旋回形成，共分為6個巖段，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水層。

(2)鉆孔。地質勘查需施工鉆孔，鉆孔封孔質量不高，就會形成通達礦層的導水通道，這給井下涌水帶來嚴重隱患。

(3)井巷工程。礦層深埋地下，主要開拓井筒工程必須穿越頂板巖層才能到達礦層，即將地表和礦層直接連通。由于考慮成本的原因，井筒施工質量無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置截水措施將水截留，基于成本的原因沒有采取嚴格的堵水措施，致使井筒涌水量為礦坑總水量很大的一部分。現(xiàn)階段主要的開拓運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，泥巖長期暴露在井下潮濕的空氣中，加上頂部有細小的裂隙和上部連通有少量出水，又缺乏有效的支護，致使頂板泥巖冒落，時間長久后出水量變大。

(4)地質構造。地質構造中對涌水影響較大的

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或隔離這些構造發(fā)育區(qū)段，當施工或生產(chǎn)靠近這些構造區(qū)段時應采取充分的預防措施。

表1 老撾某鉀礦綜合地層表

2 主要預防對策

礦山防治水以“安全第一、預防為主，綜合治理”為方針，以“預測預報、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項措施，加強“預測預報、科技攻關和治理整改”的3個防治水環(huán)節(jié)。對于老撾鉀鹽礦，由于水文地質工作前期的重視程度不夠，所以建議主要在以下幾個方面采取措施，減少井下涌水量，降低井下突水的可能性。

(1)首先應查明礦井水文地質條件，建立一定數(shù)量的井上下水文觀測孔，圍繞采掘生產(chǎn)活動，重點探測采掘工作面水文地質條件?？捎玫刭|雷達探測掘進工作面前方的水文地質異常情況，探測采場工作面的內(nèi)部構造。對于物探結果，進行綜合分析，并配以鉆探手段作進一步驗證。對采掘生產(chǎn)活動容易造成的突水地段，可留設保安礦柱。

(2)井筒施工采取特殊施工法，如預注漿法，凍結法，盡量使井筒處于一個無水的工作條件下，避免地表淡水直接通過井筒通達井下。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，對于井下鹽類礦層開挖后，表層長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。對于這些巷道，采取噴漿錨網(wǎng)等支護方式，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和老鹵池的量越來越大，且由于尾鹽堆場和老鹵池均需做特殊的防滲處理，防滲材料一般價格不菲，造成環(huán)境壓力日趨嚴重且成本較高。在老撾鉀鹽礦建設之前，設計方案是將尾鹽充填到井下，老鹵通過蒸發(fā)結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皮帶運送到采場，運輸效率低，難以處理每年近200萬t的尾鹽。而蒸發(fā)是用煤做能源，要耗費大量的煤炭，老撾用煤需要進口，價格高，考慮到成本的原因，現(xiàn)階段在老撾通過蒸發(fā)處理老鹵經(jīng)濟上不可行。本文僅針對老撾鉀礦目前沒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、同時處理產(chǎn)出的尾鹽和老鹵。

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

(2)對于老鹵主要是含MgCl2的鹵水，能否直接用藥劑選出其中MgCl2，使老鹵淡化后達到排放標準，最終實現(xiàn)可直接排放。

(3)結合老撾現(xiàn)場現(xiàn)有的一些原料，尤其是量多價廉的原料，和老鹵尾鹽組成可行的膠結充填體通過管道直接充填到井下采空區(qū)，這其中要做大量的試驗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，直接將鹵水通過管道往下回灌，當空間足夠大時，將尾鹽溶解后也回灌至空腔。

4 結 語

老撾地區(qū)鉀礦是中國企業(yè)走出去開發(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采光鹵石，是當下鉀鹽開采面臨的主要問題，本文結合老撾鉀礦實際開采中遇到的一些問題，提出了一些解決的對策和思路，希望能為以后鉀礦的開發(fā)提供參考和借鑒。

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2016-06-27)