黃東杰，王 鵬，劉加杰，湯福彬，唐顯軍，劉曉博

（四川省非金屬（鹽業(yè)）地質(zhì)調(diào)查研究所，四川省井礦鹽開采工程技術(shù)研究中心，四川 自貢 643010）

1 前言

目前我國(guó)巖鹽礦床的開采普遍采用鉆井水溶法，根據(jù)大部分鹽類礦物易溶于水的特性，把水作為溶劑注入礦床，將礦床中的鹽類礦物就地溶解，轉(zhuǎn)變成流動(dòng)狀態(tài)的溶液鹵水，然后進(jìn)行采集、輸送。1892 年，在自貢大墳堡鹽礦“發(fā)源井”加深鉆進(jìn)至870.12 m，發(fā)現(xiàn)石鹽礦床，采用注水溶鹽提撈采鹵，開創(chuàng)我國(guó)鉆井水溶開采之先河［1-3］。

鉆井水溶法先后經(jīng)歷了單井對(duì)流法（見(jiàn)圖1）、兩井溶蝕連通法和水平對(duì)接井組連通法（見(jiàn)圖2）等開采方法［4-5］。然而，由于我國(guó)巖鹽礦床賦存特點(diǎn)、行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀等多方面原因，一直未有一項(xiàng)專業(yè)性和系統(tǒng)性的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)巖鹽水溶開采地質(zhì)工作。為了更好促進(jìn)巖鹽開采地質(zhì)工作的發(fā)展，更加有效地開發(fā)利用鹽礦資源，四川省非金屬（鹽業(yè)）地質(zhì)調(diào)查研究所（原四川鹽業(yè)地質(zhì)鉆井大隊(duì)）與鹽礦山企業(yè)和科研院校一起編制了我國(guó)第一部系統(tǒng)性指導(dǎo)巖鹽開采地質(zhì)工作的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——《巖鹽鉆井水溶開采礦山地質(zhì)工作規(guī)范》。

圖1 單井對(duì)流法水溶開采工藝示意圖Fig.1 The diagram of single well convection method water solution mining process

圖2 水平對(duì)接井組連通法水溶開采工藝示意圖Fig.2 Schematic diagram of water solution mining process using horizontal docking well group connection method

該標(biāo)準(zhǔn)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)同行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的空白，為巖鹽礦山鉆井水溶開采提供統(tǒng)一的地質(zhì)工作模板，并可促進(jìn)巖鹽鉆井水溶開采地質(zhì)工作更廣泛的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，同時(shí)也標(biāo)志著井礦鹽礦山全生命周期技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系得到了進(jìn)一步健全和完善。

2 目標(biāo)任務(wù)

根據(jù)我國(guó)巖鹽鉆井水溶開采行業(yè)現(xiàn)狀，針對(duì)國(guó)內(nèi)同行業(yè)尚未有相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際情況，以及巖鹽鉆井水溶開采領(lǐng)域的特殊性、未來(lái)發(fā)展方向和趨勢(shì)，開展巖鹽鉆井水溶開采地質(zhì)工作相關(guān)理論研究與試驗(yàn)分析，進(jìn)一步提高巖鹽礦床地質(zhì)特征、開采技術(shù)條件及共伴生組分等研究程度，提升礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量類型，保證礦山正常生產(chǎn)，保障礦產(chǎn)資源合理開發(fā)和綜合利用。在以上研究成果的基礎(chǔ)上，編制形成一部涵蓋基建與生產(chǎn)勘探、鉆井與開采、礦山采樣與測(cè)試、資源儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)管理、封井閉坑等內(nèi)容的全面系統(tǒng)、特色突出、前瞻性強(qiáng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)具有先進(jìn)性和指導(dǎo)性，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)同行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的空白。

3 基本原則

3.1 定位適當(dāng)

為巖鹽鉆井水溶開采礦山地質(zhì)工作提供依據(jù)，強(qiáng)調(diào)現(xiàn)行規(guī)范中沒(méi)有明確的、目前有效使用的有關(guān)規(guī)定和規(guī)程，重申多年來(lái)行之有效的有關(guān)原則要求，并結(jié)合巖鹽礦山開發(fā)管理中發(fā)現(xiàn)和歸納的礦山地質(zhì)工作存在的普遍問(wèn)題，有針對(duì)性地提出相關(guān)要求。

3.2 技術(shù)指導(dǎo)性強(qiáng)

適用于巖鹽鉆井水溶開采礦山地質(zhì)工作，提出了各項(xiàng)工作對(duì)應(yīng)的要求，并明確了具體指標(biāo)，具有很強(qiáng)的指導(dǎo)性和可操作性，可作為巖鹽礦山地質(zhì)工作及其驗(yàn)收的技術(shù)依據(jù)之一。

3.3 內(nèi)容系統(tǒng)全面

明確規(guī)定礦山地質(zhì)工作的基建勘探地質(zhì)工作、生產(chǎn)勘探地質(zhì)工作、鉆井與開采地質(zhì)工作和采礦結(jié)束地質(zhì)工作等方面的要求。

3.4 注重勘查實(shí)踐與研究成果的科學(xué)應(yīng)用

巖鹽礦山勘查實(shí)踐通過(guò)對(duì)巖鹽礦床進(jìn)行勘探、開采、評(píng)價(jià)等工作，開展科學(xué)研究，結(jié)合社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)要求和巖鹽礦山工作實(shí)踐，統(tǒng)一了巖鹽鉆井水溶開采礦山地質(zhì)工作的要求。

4 基本框架

4.1 適用范圍

規(guī)定了巖鹽鉆井水溶開采礦山地質(zhì)工作的總體要求，以及基建與生產(chǎn)勘探、鉆井與開采、采樣與測(cè)試、資源儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)管理與礦山開采經(jīng)濟(jì)意義評(píng)價(jià)等相關(guān)地質(zhì)工作要求。適用于采用鉆井水溶法開采巖鹽的礦山地質(zhì)工作。

4.2 基本結(jié)構(gòu)

根據(jù)GB/T 1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》等標(biāo)準(zhǔn)編寫的規(guī)范性文件，結(jié)合巖鹽鉆井水溶開采地質(zhì)工作實(shí)際，首先提出巖鹽礦山地質(zhì)工作的目的任務(wù)和總體要求，再?gòu)幕碧降刭|(zhì)工作開始，到礦山開采經(jīng)濟(jì)意義評(píng)價(jià)結(jié)束，涵蓋了巖鹽礦山鉆井水溶開采地質(zhì)工作全流程。

4.3 確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

4.3.1 確定依據(jù)

根據(jù)已有巖鹽鉆井水溶開采地質(zhì)工作有關(guān)研究資料和成果進(jìn)行系統(tǒng)梳理和分析總結(jié)，結(jié)合巖鹽鉆井水溶開采礦山地質(zhì)工作實(shí)踐及資源儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)管理中遇到的實(shí)際問(wèn)題，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的總體思路、要求以及行業(yè)內(nèi)有關(guān)專家的意見(jiàn)和建議，確定該標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容。

4.3.2 主要內(nèi)容

標(biāo)準(zhǔn)共分為十四章。主要內(nèi)容包括除了前三章的編制編寫的規(guī)范性要素外；第四章目的任務(wù)；第五章總體要求；第六章基建勘探地質(zhì)工作；第七章生產(chǎn)勘探地質(zhì)工作；第八章鉆井與開采地質(zhì)工作；第九章礦山采樣及測(cè)試；第十章礦石（鹵水）質(zhì)量管理；第十一章礦石（鹵水）損失；第十二章資源儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)管理；第十三章采礦結(jié)束地質(zhì)工作；第十四章礦山開采經(jīng)濟(jì)意義評(píng)價(jià)。整體編排科學(xué)合理、邏輯性強(qiáng)、內(nèi)容緊湊、前后連貫，涵蓋了巖鹽鉆井水溶開采礦山地質(zhì)工作的各個(gè)方面。此外，標(biāo)準(zhǔn)中還列有2 個(gè)資料性附錄，分別為生產(chǎn)礦山應(yīng)收集的地質(zhì)資料和鉆井地質(zhì)編錄基本要求。

4.4 與其他標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)問(wèn)題

標(biāo)準(zhǔn)在編制過(guò)程中，密切關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)與已經(jīng)發(fā)布和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)和銜接等問(wèn)題，與國(guó)家法律法規(guī)和行政文件等充分保持一致，防止與既有標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生沖突或矛盾。

5 確定主要內(nèi)容的論據(jù)

5.1 標(biāo)準(zhǔn)名稱定為《巖鹽鉆井水溶開采礦山地質(zhì)工作規(guī)范》

鑒于巖鹽鉆井水溶開采法“集采、選、冶于一體”的特殊性，巖鹽礦山地質(zhì)工作與其他固體礦山地質(zhì)工作在基建勘探和生產(chǎn)勘探等方面差異太大，不宜統(tǒng)一于同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，標(biāo)準(zhǔn)確定名稱為《巖鹽鉆井水溶開采礦山地質(zhì)工作規(guī)范》，僅針對(duì)巖鹽鉆井水溶開采礦山地質(zhì)工作提出技術(shù)要求。

5.2 巖鹽鉆井水溶開采礦山地質(zhì)工作的范圍確定

礦山地質(zhì)工作包括從基建勘探、生產(chǎn)勘探、直至開采結(jié)束、閉坑等進(jìn)行的一系列地質(zhì)工作。礦山生產(chǎn)活動(dòng)也會(huì)揭露地質(zhì)現(xiàn)象，且更加可靠，綜合研究有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定及成果認(rèn)識(shí)，也普遍認(rèn)為生產(chǎn)地質(zhì)是礦山地質(zhì)工作的重要組成部分。

5.3 礦山地質(zhì)工作與鉆井、開采的關(guān)系

礦山地質(zhì)是指導(dǎo)礦山鉆井和開采的重要依據(jù)，對(duì)礦山開發(fā)過(guò)程中的降低成本、增加儲(chǔ)量、提高效益、延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限等方面起到了重要作用。通過(guò)科學(xué)的手段，地質(zhì)能讓鉆井活動(dòng)和開采活動(dòng)具有方向性和目的性。

5.4 地質(zhì)錄井項(xiàng)目及編錄內(nèi)容的處理

根據(jù)DZ/T 0212.3—2020要求，地質(zhì)錄井包括鉆時(shí)錄井、巖屑錄井、泥漿錄井、氯離子滴定等，并對(duì)取芯工作的巖芯（礦芯）采取率提出了要求，但并未過(guò)多提及巖芯錄井，故此標(biāo)準(zhǔn)增加了巖芯錄井的要求。生產(chǎn)實(shí)踐表明，上述所有錄井項(xiàng)目中與礦產(chǎn)資源相關(guān)性最強(qiáng)的是巖屑錄井、巖芯錄井和氯離子滴定［6］，故標(biāo)準(zhǔn)中僅重點(diǎn)列出了此三項(xiàng)地質(zhì)編錄要求，其他項(xiàng)目參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范執(zhí)行。

5.5 礦石（鹵水）質(zhì)量均衡的方法應(yīng)用條件

鉆井水溶開采的巖鹽礦山與其他金屬、非金屬礦山有顯著區(qū)別，巖鹽鉆井水溶開采的采、選、冶過(guò)程，均在地下進(jìn)行，通常是非人為可控制［7］。在水溶開采活動(dòng)中，礦石質(zhì)量實(shí)際上表征為鹵水質(zhì)量。盡管非人為可控制，但在掌握礦石質(zhì)量分布特征的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地合理安排采礦層段、采礦方向、出鹵產(chǎn)量比例，一定程度上能夠控制鹵水質(zhì)量穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)各井產(chǎn)出鹵水質(zhì)量進(jìn)行管理，不同濃度鹵水進(jìn)行混合調(diào)整，也可實(shí)現(xiàn)鹵水質(zhì)量相對(duì)均衡穩(wěn)定。

5.6 礦山挖潛改造的要求

在巖鹽礦山開采后期，因巖鹽頂板垮塌、溶腔自然連通等原因，會(huì)造成鹵水濃度和流量降低，礦井生產(chǎn)能力下降等影響，不利于礦產(chǎn)資源的高質(zhì)量開發(fā)［8］。為此，迫切需要對(duì)巖鹽礦山資源進(jìn)行挖潛，以提高礦石回采率和礦山綜合利用率，延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限。近幾年，在四川、重慶等地實(shí)施了多個(gè)老井挖潛成功案例，實(shí)踐證明眾多老礦區(qū)經(jīng)過(guò)技術(shù)改造和工藝升級(jí)，礦產(chǎn)資源大有潛力可挖［9］。故此標(biāo)準(zhǔn)提出：在開采后期應(yīng)對(duì)礦區(qū)內(nèi)的殘余礦量、邊角礦量、下部未采礦量進(jìn)行工程改造，對(duì)資源進(jìn)行充分利用和挖潛。

5.7 礦山地質(zhì)采樣要求

巖鹽鉆井水溶開采是通過(guò)鉆井形成的井筒注入溶劑（水）將巖鹽就地溶解，生成的鹵水常被稱為原鹵，通過(guò)井筒返出地面。處于開發(fā)階段的礦山，與其他固體礦產(chǎn)采樣相比應(yīng)增加鹵水（原鹵）采樣內(nèi)容。標(biāo)準(zhǔn)中固體樣品采集參照DZ/T 0212.3-2020 執(zhí)行，同時(shí)列出了鹵水（原鹵）采樣內(nèi)容，如單井采樣、綜合采樣及基本檢測(cè)項(xiàng)目等的相關(guān)要求。

5.8 溶腔探測(cè)要求

溶腔是鹽礦開采后留下的充滿淡鹵水的腔體，在鹽礦山區(qū)域廣泛分布，是一種地質(zhì)災(zāi)害的潛在風(fēng)險(xiǎn)因素，常會(huì)引起鹵水泄露和地面沉陷等復(fù)雜地質(zhì)災(zāi)害。通過(guò)溶腔探測(cè)，掌握溶腔大小、形態(tài)和埋深，為溶腔綜合利用提供依據(jù)［10］。

5.9 地應(yīng)力及鹽層蠕變特性研究

隨著淺部資源開采的枯竭，礦山開采深度不斷加大，地應(yīng)力隨著井深增加而增加，圍巖的應(yīng)變特別是巖鹽蠕變特性，對(duì)鉆井施工和開采過(guò)程中井筒質(zhì)量的影響越來(lái)越大［11］；隨著巖鹽的開采，溶腔高度逐漸增加，溶腔范圍逐漸擴(kuò)大，溶腔頂板應(yīng)力狀態(tài)隨之變化，易導(dǎo)致溶腔頂板垮塌［12］，故在該標(biāo)準(zhǔn)中提出研究巖鹽蠕變特性及圍巖應(yīng)力的相關(guān)要求。

5.10 關(guān)于礦石損失的界定

巖鹽溶解在溶腔底部形成一個(gè)形似空心倒錐體的傾斜底面［13］。溶腔傾斜底面與理想水平面的夾角，稱為側(cè)溶角。側(cè)溶角以下及水平對(duì)接井水平段井眼軌跡以下難以溶解的礦石均列為損失。巖鹽溶解以后在地下形成的腔體被鹵水完全充填，這部分無(wú)法返出地面的鹵水也被視為損失。此外，還有永久保安礦柱、鹽井及構(gòu)造維護(hù)帶的損失等。

6 結(jié)語(yǔ)

標(biāo)準(zhǔn)于2023-04-19 發(fā)布，2023-08-01 正式實(shí)施。標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)資料收集、一線調(diào)研、專家指導(dǎo)和座談交流等方式進(jìn)行編制，充分體現(xiàn)了其客觀性和科學(xué)性，對(duì)于巖鹽鉆井水溶開采地質(zhì)工作做出了相應(yīng)規(guī)定和指標(biāo)要求，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)同行業(yè)空白。標(biāo)準(zhǔn)的推廣應(yīng)用，更好地規(guī)范和指導(dǎo)巖鹽鉆井水溶開采行業(yè)礦山地質(zhì)工作，促進(jìn)巖鹽地質(zhì)研究、巖鹽資源開采及鹽腔的綜合開發(fā)利用。