陡傾疏干砂巖型鈾礦開采方法探討范文

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《礦產保護與利用》2017年第5期

摘要：結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，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，設計了上盤扇形孔布液和沿脈平行孔布液2種開采方案。

關鍵詞：陡傾；疏干；砂巖鈾礦；地下鉆孔；開采

砂巖型鈾礦是指工業鈾礦化主要產于砂巖（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。礦床一般屬后生成因，是世界最早發現的鈾礦類型之一，也是世界上分布最廣和最具工業意義的鈾礦床類型。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［1－4］。砂巖型鈾礦能否采用原地浸出采鈾法，關鍵在于是否具備一個適宜于“地浸”的地質條件，該地質條件也可認為是砂巖盆地找礦的重要評價準則：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＞1∶10）［5－8］。陡傾疏干砂巖型鈾礦是指受構造運動作用，盆地蓋層變得陡直甚至倒轉，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行開采的一類砂巖型鈾礦。針對陡傾疏干砂巖型鈾礦，進行有關新型采礦方法的探討和技術可行性分析，對今后的工業開發意義重大。

1礦床概況

新疆某鈾礦是一個經歷同生沉積－層間氧化－后期改造的砂巖型鈾礦。新構造運動使盆地蓋層變得陡直甚至倒轉，承壓含水層中的地下水不斷被疏干，現今在垂深475m以上已無地下水活動，鈾礦體主要殘留在古層間氧化還原過渡帶中。礦體嚴格受層位、巖相、褶皺控制，空間分布與氧化帶密切相關，鈾礦體主要賦存于不完全氧化帶中。礦體形態簡單，呈似層狀、板狀、透鏡狀產出，產狀與地層一致；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

盆地構造演化經歷了強拉張、弱伸展、隆升剝蝕、強擠壓、差異升降5個階段，盆地總體構造線近東西向，礦區位于盆地向斜構造北翼。由于受不均衡側向擠壓力和界面條件的影響，使礦區地層走向上和傾向上均有不同程度的扭曲：傾向上形成了倒轉褶皺；礦區地層走向上呈向北凸出的弧形。礦區構造以褶皺為主，斷裂構造次之。含礦砂體為一套礫質－砂質辮狀河沉積物。碎屑巖成分、結構成熟度均較低，層理構造明顯。含礦砂體多數由2個下粗上細韻律組成，韻律發育不全。巖性有粉砂巖、細砂巖、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，瀝青鈾礦和吸附態鈾，吸附態鈾和有機質、（含鐵）礦物和黏土吸附有關。礦石自然類型以砂巖型為主，工業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

采用常規的充填采礦－地表堆浸工藝對該礦進行開發，在技術上是可行的；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，在現有原地浸出采鈾工藝技術條件下，采用原地浸出采礦方法在技術上也存在較大挑戰，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，利用井巷工程開拓礦體，在礦塊上部的注液巷道施工生產鉆孔，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變為可能。

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，經歷了層間氧化帶砂巖型鈾礦的形成和后生改造2個地質發展過程，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）采場結構。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）采準工程。采準工程在開拓巷道內進行，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，在穿脈內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，故還需在上盤運輸巷內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。主要利用礦井總負壓通風，新鮮風由下中段穿脈巷進入，污風由通風井回到上中段。當采場通風效果不好時，可利用局扇進行輔助通風。

3．2沿脈平行孔布液方案

1）采場結構。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）采準工程。采準工程在開拓巷道內進行，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，在沿脈向沿脈兩側打帷幕注漿孔對采場底部整個透水砂巖層進行帷幕注漿，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沿礦體傾斜方向在礦體內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。主要利用礦井總負壓通風，新鮮風由下中段穿脈巷進入，污風由通風井回到上中段。當采場通風效果不好時，可利用局扇進行輔助通風。

3．3小結

理論上，對該礦采用地下鉆孔原地浸出采鈾法進行開采是可行的，并且礦床的可采范圍、經濟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用案例，鉆機鉆具的選型、地下鉆孔結構、鉆孔布置形式和間距、溶浸范圍的控制與監測等都將成為關鍵研究對象。

4結語

1）地下鉆孔原地浸出采鈾法是常規地下采鈾工藝和原地浸出采鈾工藝的結合，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，較常規地下采鈾具有明顯的經濟效益。

2）我國現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行開采在技術上是可行的，經濟上是合理的。

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

4）目前新疆地區的鈾資源勘查，仍主要是針對可采用原地浸出采鈾法進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生產中能夠得到成功應用，勢必導致新疆地區的鈾礦勘查指導思想轉變，對進一步擴大新疆地區鈾資源量，具有重要意義。

參考文獻：

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［9］郭延輝．高應力區陡傾礦體崩落開采巖移規律、變形機理與預測研究［D］．昆明：昆明理工大學，2015．

［10］郭捷，馬鳳山，徐嘉謨．陡傾礦體充填法開采引起地表移動的實例分析［J］．工程地質學報，2014，22（5）：958－964.

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．新疆中核天山鈾業有限公司，2．中核第四研究設計工程有限公司