固體鉀鹽礦地下開采中的問題探討和解決對策

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

高 新

(化工部長沙設計研究院，湖南長沙 410116)

結合老撾地區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，世界范圍內開發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。主要產品有氯化鉀和硫酸鉀，是農業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，作為一個農業大國，鉀資源是對中國經濟發展具有重要作用的戰略資源，但由于我國鉀資源匱乏，產業發展滯后，鉀肥供給長期依賴進口。目前中國企業在老撾，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，對環境造成危害不大。

老撾鉀鹽礦北部萬象地區以光鹵石型礦石為主，南部甘蒙地區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。現以老撾某鉀礦的生產實踐經驗為依據，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，該鉀礦區域內地層主要由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。現階段主要的開拓運輸巷道部分布置在脈內，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育區段，當施工或生產靠近這些構造區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個防治水環節。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，建立一定數量的井上下水文觀測孔，圍繞采掘生產活動，重點探測采掘工作面水文地質條件。可用地質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，避免巷道布置在脈內造成頂板泥巖冒落和出水等事故。

(3)老撾地處熱帶地區，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

加工廠產出的尾鹽和老鹵現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，現階段在老撾通過蒸發處理老鹵經濟上不可行。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出量、同時處理產出的尾鹽和老鹵。

(1)在加工環節，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，最終實現可直接排放。

(3)結合老撾現場現有的一些原料，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，這其中要做大量的試驗研究才能找到這樣的原料。

(4)老撾鉀鹽礦區為海源陸相沉積型，礦區內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。

(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

老撾地區鉀礦是中國企業走出去開發鉀肥走在前列的地區，但由于大部分是光鹵石型礦石，大規模地下開采光鹵石在世界范圍內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提供參考和借鑒。

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2016-06-27)