原地浸礦工藝對礦床開采技術條件勘查工作的要求*

陳 志 吳 盛 傅群和 秦雅靜

(1.國土資源評價與利用湖南省重點實驗室；2.湖南省礦產資源儲量評審中心；3.湖南省地質科學研究院)

原地浸礦工藝屬于溶浸采礦方法范疇，是一種將溶浸液通過注液井注入天然埋藏條件下的礦體中有選擇性地浸出有用成分，并將浸出液通過重力下滲匯流或由鉆孔抽至地表并輸送至車間進行加工處理的方法[1]。作為一種新型采礦方法，近年來得到了快速發展，目前主要用于工業規模開采鈾、銅以及我國南方地區的離子吸附型稀土資源，特別是“十二五”時期，我國出臺了相關產業政策，將離子型稀土礦堆浸和池浸工藝列為淘汰類生產工藝[2]，大大促進了原地浸礦工藝在離子型稀土礦山的大規模推廣應用。當前我國通用的以《稀土金屬地質勘查規范》(DZ/T 0204—2002)為代表的相關勘查規范均未對原地浸礦工藝開采礦床的開采技術條件勘查工作進行系統性規定，不同的礦床開采方式會產生不同的開采技術問題，開采技術條件勘查工作重點也不盡相同。對于原地浸礦工藝而言，因規范對于開采技術條件的要求與礦山需求脫節，導致大量礦床勘查工作的重點與方向步入誤區。隨著學術界對于原地浸礦工藝開采礦床的研究不斷深入，勘查和開發技術不斷成熟，在開采技術條件勘查方面已經積累了大量經驗。本研究結合原地浸礦工藝特點，針對開采技術條件方面存在的問題，梳理和總結原地浸礦工藝對礦床開采技術條件勘查工作的要求。

1 原地浸礦工藝特點

原地浸礦工藝開采即是在不開挖山體、不剝離表土采掘礦石的情況下，通過一定的浸取劑溶液將有用金屬礦物通過化學反應溶解，浸出液通過采礦收集系統經過水冶車間進行沉淀提取，工業用水和貧液、尾液則通過閉路循環進行回收，用于重新配置浸取劑溶液。該工藝流程如圖1所示。

圖1 原地浸礦工藝生產流程

原地浸礦工藝特點為：①該工藝集合了地質、地下水動力學、流體力學、化學、采礦、選礦、濕法冶金、計算機模擬技術、機械以及自動控制技術于一體，工藝簡單，技術水平較高，可大幅度降低生產成本，可靠性強[3]；②工藝適用條件苛刻，對于天然底板的完整性和透(滲)水性、礦床(包括礦體)滲透性、礦床中的斷裂破碎帶、山體穩定性和潛在地下工程穩定性、地下水文條件等均有嚴格要求；③工藝不可避免地會破壞環境(如開采后地下水體和土壤環境不同程度上被污染破壞)，并在一定程度上造成資源損失，如資源的滲漏損失、殘留于礦體中的損失等[2]。

2 地質勘查規范存在問題分析

我國現行的《地質礦產勘查規范總則》(GB/T 13908—2002)及相關單礦種規范統一將開采技術條件劃分為3類9型[4-6]。在此基礎上，對不同開采技術條件勘查類型的礦床給出了劃分依據并提出了相應的工作要求，分預查、普查、詳查、勘探4個階段分別對開采技術條件的勘查程度提出了相關要求。預查強調資料收集，初步了解區域水工環地質條件；普查強調在收集水工環資料的基礎上，類比同類已開發的礦床，大致了解開采技術條件，作出概略評價，并視水文地質條件的復雜程度確定是否補充適當量的水文工作；詳查強調通過一定量的工程手段基本查明開采技術條件，初步確定礦床充水的主(次)含水層及其水文地質參數、礦體圍巖巖體質量及主要不良層位，一般要求估算涌水量，預測礦山開采時可能產生的水工環問題，進而對開采技術條件的復雜性作出評價，初步劃分出礦床的開采技術條件類型；勘探階段強調對影響礦床開采的主要水工環問題進行詳細查明，通過試驗獲得相關參數，計算礦區首采區、第一開采水平礦坑涌水量，預測下一開采水平的涌水量，根據查明的水工環地質條件，準確劃分出開采技術條件類型，并對突出的水工環問題提出相關防治措施，為礦山建設提供可靠依據。

可見，已有的地質勘查規范對于開采技術條件的勘查要求能較好地適用于普通井工開采和露天開采礦山的需求，但對于原地浸礦工藝開采則總體不適用。原因為：①對于一般礦床而言，對于是否適合采用原地浸礦工藝開采的判別要求極高，而在判別依據上也有別于常規地下開采和露天開采，礦區底板收液效果和礦床的滲透性能是決定能否使用原地浸礦工藝開采的最主要因素，決定著浸礦工藝的回收性能及效果，相對而言，對于井工開采和露天開采等開采方式的選取通常聚焦于開采可能導致或面臨的常規技術問題；②開采易引發的技術問題有所不同(表1)，原地浸礦工藝開采主要面臨的是采場滑坡以及地下水體、土壤環境污染破壞等環境地質問題，一般性水文和工程地質問題涉及較小，這對于開采技術條件勘查工作影響極大。

表1 3種開采方式面臨的主要開采技術問題

3 礦床開采技術條件勘查工作要點

3.1 開采技術條件勘查工作的基本原則

開采技術條件勘查工作的合理與否主要從法律和技術經濟兩個方面進行評價。首先，開采技術條件涉及到礦山生產后的安全以及生態完整性問題，國家相關法律法規對此均有明確規定；其次，應考慮采用先進的科學技術手段，以最少的投入、最短的勘查時間完成相關階段的水工環勘查工作，能夠提供符合要求的成果資料。開采技術條件勘查工作應遵循的原則有：①為礦區下一步工作提供必需的開采技術條件基礎資料；②與地質勘查工作緊密結合；③水、工、環三者作為統一系統進行研究；④突出重點和問題導向，不同情況應區別對待；⑤保證成果質量；⑥提高環境地質調查評價定位。

3.2 礦床開采技術條件勘查階段劃分及類型

3.2.1 勘查階段劃分

適用于原地浸礦工藝開采的礦床，其成礦地質條件相對簡單，勘查周期短、相對容易，如我國南方離子型稀土礦山，采選工藝簡單，礦山建設投資少，除了對原地浸礦工藝選擇判定要求較嚴苛以外，開發面臨的開采技術問題相對不復雜，而且比較固定，因此，針對開采技術條件勘查階段的劃分可不必拘泥于預查、普查、詳查、勘探4個環節，可以適當簡化或者合并，建議僅劃分為預—普查、詳查2個階段[7-8]。預—普查階段的工作重點是對礦區天然底板完整程度、礦床滲透性開展相關工作，對礦區是否適合采用原地浸礦工藝開采作出基本評價；詳查階段的工作重點是對礦山開發可能引發的主要開采技術問題進行評價和預測，并提出切實可行的防治措施，為礦山建設、經濟技術評價、生態環境保護提供可靠依據。

3.2.2 勘查類型確定

對于采用原地浸礦工藝開采的礦床，礦體首先須位于侵蝕基準面以上(否則不適用于原地浸礦工藝開采)，并且不存在礦坑涌水現象，此外，由于浸取液注入礦床不可避免地會污染礦區地質環境，并且改變了山體巖土力學性能，加大了節理裂隙的發育程度，在降雨或浸取液大量注入的情況下，可能導致山體滑坡和崩塌，因此，采用原地浸礦工藝開采的礦床，其開采技術條件宜確定為以環境地質條件為主的中等類型礦床(Ⅱ-3)或復雜類型礦床(Ⅲ-3)。本研究統計了采用原地浸礦工藝開采的7個我國南方離子型稀土礦床勘查時確定的開采技術條件勘查類型(表2)，可見，7個礦床中沒有以水文地質問題和工程地質問題為主的礦床，同時也不存在開采技術條件簡單的礦床(Ⅰ型)。

表2 7個離子型稀土礦床開采技術條件勘查類型

3.3 主要勘查內容及重點

根據原地浸礦工藝特點，結合開采技術條件勘查原則，針對原地浸礦工藝開采主要面臨的開采技術問題，在勘查階段應切實查明礦床(包括礦體)滲透性、浸礦山體穩定性、地下收液工程穩定性以及浸取可能產生的環境問題等[7-8]。

3.3.1 滲透性評價

查明浸出液滲透規律的工作重點有：

(1)收集區域內相關氣象水文資料，理清礦區氣象規律，雨水季節一般不適合采用原地浸礦工藝開采；查明浸礦礦床地下水文地質條件，了解地下水活動狀況和地下水通道，對于低于潛水面的礦體或地下水文條件復雜的礦區不宜采用原地浸礦工藝開采。

(2)強化對礦床底板性質的評價。首先應查清底板位置，明確底板屬于出露式還是深潛式(圖2)。出露式需查清基巖出露的分布情況，摸清基巖的節理、劈理和斷裂構造特征，評價底板的完整程度、透(滲)水性能、產狀、起伏情況、結構狀況等，進而評判底板是否可以作為回收浸出液的天然收液界面，若底板存在規模較大構造破碎帶或斷裂、裂隙較發育，注液后則易發生浸取液泄漏，既影響收液效果，又會破壞礦區生態環境，故而不適合采用原地浸礦工藝開采。深潛式底板類礦床若進行開采，需要制造人工假底。

圖2 采用原地礦工藝開采的礦床底板類型

(3)需對礦床風化層結構、構造、砂土層(礦層)的黏土含量、滲透率、含水飽和度、塑限、液限以及礦石中Fe、Al、Mg等離子含量進行分析研究，以評價礦段、礦體或局部區域是否適合采用原地浸礦工藝開采，為后期浸礦工藝設計提供基礎參數。一般而言，滲透速率小于0.25 m/d的礦區或其局部區域，不適合采用原地浸礦工藝開采。

3.3.2 工程地質災害以及環境問題預測評價

(1)重點查明礦巖構造，包括斷層、裂隙、結構面，尤其是中型以上結構面、結構弱面、工程巖體穩定性、潛在的地下工程不穩定體等。根據礦區地形坡度、巖土力學性質、礦石黏土含量及含水飽和度三者之間的關系，研究確定發生山體崩塌或滑坡以及地下收液工程破壞的理論臨界點。

(2)對于環境問題，一方面須強化對礦床原生地質環境的評價，尤其是對于開采可能導致環境污染破壞的相關指標的原始值應進行測試和分析，在資料收集和實地調查的基礎上，對地表山林情況、地下天然水化學狀態、地表土壤化學狀態進行測試和研究，查明相關背景值，如采用原地浸礦工藝開采的我國南方離子型稀土礦，由于存在浸出液滲漏的可能性，極易造成地下水和地表水稀土、氨、氮含量超標，導致水體污染，但該類污染是否確實由于稀土開采浸出液滲漏所致，需要比較(與背景值相比)評判，否則無端放大原地浸礦工藝開采的危害，不利于工藝提高和礦山生產；另一方面需要評估原地浸礦工藝開采對環境天然狀態的影響，重點預測可能對原生環境造成破壞的組分種類、數量、分布狀況，明確環境治理與恢復的可能性，另外，勘查過程中須明確劃出不適宜采用原地浸礦工藝開采的礦床范圍，對于生產過程中強化監管、監控工作的重要性和必要性，勘查報告也應予以明確。

4 結 論

(1)由于對礦床是否適合采用原地浸礦工藝開采的判別要求極高，且原地浸礦工藝開采易引發的開采技術問題與井工開采和露天開采有明顯區別，導致以《稀土金屬地質勘查規范》(DZ/T 0204—2002)為代表的地質勘查規范對開采技術條件勘查工作的要求基本不適用于采用原地浸礦工藝開采的礦山。

(2)對于擬采用原地浸礦工藝開采的礦山，礦床開采技術條件勘查階段宜劃分為預—普查、詳查2個階段。預—普查階段的工作重點是對礦區天然底板完整程度、礦床滲透性開展相關工作，對礦區是否適合采用原地浸礦工藝開采進行評價；詳查階段的工作重點是對礦山開發可能引發的主要開采技術問題進行評價和預測，并提出切實可行的防治措施。

(3)適宜采用原地浸礦工藝開采的礦床，其開采技術條件一般僅可以確定為以環境地質條件為主的中等類型礦床(Ⅱ-3)或復雜類型礦床(Ⅲ-3)。

(4)對于擬采用原地浸礦工藝開采的礦床，在勘查階段應切實查明礦床(包括礦體)的滲透性、浸礦山體的穩定性、地下收液工程的穩定性以及浸取可能導致的環境問題等，尤其強化對礦床底板性質的評價、礦床風化層結構滲透規律的研究、山體崩塌或滑坡及地下收液工程破壞的理論臨界點的分析、礦床原生地質環境的評價以及原地浸礦工藝開采對環境天然狀態的影響評估。

[1] 吳愛祥，王洪江，楊保華，等.溶浸采礦技術的進展與展望[J].采礦技術，2006(3)：39-48.

[2] 鄒國良，吳一丁，蔡嗣經.離子型稀土礦浸取工藝對資源、環境的影響[J].有色金屬科學與工程，2014(2)：104-110.

[3] 邵億生.離子型稀土原地浸礦新工藝研究[C]//中國稀土學會第四屆學術年會論文集.北京：冶金工業出版社，2000.

[4] 中華人民共和國國土資源部.GB/T 13908—2002 固體礦產地質勘查規范總則[S].北京：地質出版社，2002.

[5] 中華人民共和國國土資源部.DZ/T 0204—2002 稀土礦產地質勘查規范[S].北京：地質出版社，2002.

[6] 中華人民共和國國土資源部.DZ/T 0214—2002 銅、鉛、鋅、銀、鎳、鉬礦地質勘查規范[S].北京：地質出版社，2002.

[7] 王炯輝.南方離子型稀土礦產地質勘查規范修訂建議[J].中國國土資源經濟，2016，29(1)：14-21.

[8] 丁嘉榆，鄧國慶.現行離子型稀土勘查規范存在的主要問題與修訂建議[J].有色金屬科學與工程，2013(4)：96-102.