離子型稀土礦生產(chǎn)勘探成果在原地浸礦開采設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

肖文剛，黃凱龍，朱健玲

（贛州稀土礦業(yè)有限公司，江西 贛州 341000）

淋積型稀土礦（離子型稀土礦）主要賦存中國南嶺五省的丘陵地帶，中國南嶺淋積型稀土的成礦過程表明，是一種以離子態(tài)的遷徙富集形成的次生礦床類型[1]，礦體賦存類型主要分為裸腳式、全覆式；礦區(qū)地質(zhì)相對(duì)復(fù)雜，斷層、節(jié)理、裂隙均較發(fā)育；水文地質(zhì)條件簡單，礦體基本賦存在地下潛水面以上，甚至出露于地表。為實(shí)現(xiàn)礦山綠色開采，提高母液回收率，減輕礦區(qū)環(huán)境影響壓力，一般都要在原地質(zhì)部門提供的資料基礎(chǔ)上對(duì)采場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)充生產(chǎn)勘探工作。礦山需根據(jù)原地浸礦開采工藝需要勘查清楚采場(chǎng)范圍內(nèi)稀土儲(chǔ)量（級(jí)別達(dá)到122b以上）、礦體（含礦層）的粘土礦物含量、產(chǎn)狀、含水率、飽和含水率、滲透系數(shù)、礦體（含礦層）底板形態(tài)、底板以下半風(fēng)化層及基巖的斷裂、裂隙發(fā)育狀況等開采技術(shù)條件，為開采設(shè)計(jì)提供扎實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

1 礦山開展生產(chǎn)勘探工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

筆者多年從事稀土礦山生產(chǎn)勘探與開采設(shè)計(jì)工作，現(xiàn)階段各稀土礦山由于技術(shù)力量缺乏，往往僅憑經(jīng)驗(yàn)開展勘探與開采設(shè)計(jì)工作。礦山生產(chǎn)勘探的主要目的停留在查清采場(chǎng)的資源情況，對(duì)礦體巖性變化、滲透率、含水率及采場(chǎng)水文、工程地質(zhì)條件很少涉及，致使勘探與開采設(shè)計(jì)基本處于脫節(jié)狀態(tài)。

1.1 探井點(diǎn)位、取樣、編錄

離子型稀土一般以層狀或透鏡狀賦存于花崗巖、火山巖、混合巖風(fēng)化殼中，層狀結(jié)構(gòu)、呈面型或雞窩狀分布。風(fēng)化殼離子型吸附性礦的探礦工程，進(jìn)深（小圓井、淺井）是揭露礦體的主要手段，可配合使用少量的鉆孔了解基巖物質(zhì)成分與礦床的關(guān)系[2]。勘探施工點(diǎn)定位非常重要，探井點(diǎn)位布設(shè)依山形走向、起伏條件、山體飽滿程度并結(jié)合注液區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定。一般遵照20m×30m工程網(wǎng)度呈梅花狀布設(shè)，礦體連續(xù)條件下工程網(wǎng)度可適當(dāng)放寬，礦體不連續(xù)條件下根據(jù)實(shí)際情況加密工程網(wǎng)度。在山脊兩側(cè)要有一定數(shù)量的探井位控制礦體邊界，摸清礦體邊界的具體位置、深度，為后期開采設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

遵照《稀土礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》要求開展取樣、編錄工作，從見礦開始取樣、每米取一個(gè)縮分均勻的綜合樣，每個(gè)綜合樣重量在1Kg。詳細(xì)編錄探井柱狀圖包括表土層厚度、每米礦層巖性、黏土含量、石英砂含量及顆粒大小、斷層情況、礦層底板土質(zhì)松散度等。

1.2 采場(chǎng)水文地質(zhì)調(diào)查

在采場(chǎng)（含礦層）山脊、山腰至山腳三個(gè)具代表性部位實(shí)施淺井工程，按《稀土礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》沿井壁刻槽取完整巖礦芯樣，塑料袋包裝，臘封裝筒，保證原狀物性不變，并盡快在車間測(cè)試其含水率、滲透率。

對(duì)勘探范圍內(nèi)進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查，重點(diǎn)調(diào)查有無明顯基巖裸露區(qū)、山腳及溝谷裸露裂隙、泉眼點(diǎn)、地表水徑流方向等。在現(xiàn)實(shí)中很難通過鉆孔取樣等方式獲取礦體中裂隙、破碎帶等地質(zhì)構(gòu)造，可以通過探井中礦體巖性變化情況分析勘探范圍內(nèi)斷層、礦體風(fēng)化產(chǎn)狀、礦體底板結(jié)構(gòu)等礦體賦存特征。如無裸露基巖的采場(chǎng)可在山腳布設(shè)少量探井以了解潛水面或基巖區(qū)埋藏深度，便于后期收液工程設(shè)計(jì)。通過探井素描圖及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況對(duì)礦區(qū)水文地質(zhì)內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充。

1.3 儲(chǔ)量估算

采場(chǎng)生產(chǎn)儲(chǔ)量是原地浸析采礦設(shè)計(jì)時(shí)的重要資料之一，直接關(guān)系到采場(chǎng)注液量與投入電解質(zhì)藥劑數(shù)量。離子型稀土礦資源儲(chǔ)量估算方法采用水平投影地質(zhì)塊段法。

為了更準(zhǔn)確的估算采場(chǎng)勘探儲(chǔ)量[3]，通常按山脊、山腰、山腳各區(qū)域內(nèi)達(dá)邊界品位以上的工程井控制礦體圈定范圍，并分區(qū)估算資源儲(chǔ)量。

1.4 礦床工程地質(zhì)類型的確定

勘探的最終成果用來確定礦床工藝地質(zhì)類型，而礦床工程地質(zhì)類型決定了礦體開采注、收液方式。礦床工程地質(zhì)類型的劃分主要由礦體巖性、構(gòu)造發(fā)育情況、邊坡穩(wěn)定性、有無軟弱夾層、風(fēng)化殼發(fā)育特征、礦石滲透性（含溶析速度）和礦體（含礦層）形態(tài)、規(guī)模、產(chǎn)狀及礦體的底板完整性等因素決定。而礦體（含礦層）底板下部的半風(fēng)化層至微風(fēng)化層、基巖的無礦段間距，構(gòu)造裂隙發(fā)育程度情況及是否存在較完整的自然隔水底板等將直接決定收（集）液系統(tǒng)的選擇。坡度大小及有無軟弱夾層將決定礦體開采中防滑坡工程選擇。

對(duì)礦床工程地質(zhì)條件簡單，在山腳或溝谷具有天然基巖底板出露的，一般采用集液溝方式收液；對(duì)礦床工程地質(zhì)條件中等，無天然基巖底板出露的，一般采用巷道加導(dǎo)流孔的方式收液；對(duì)礦床工程地質(zhì)條件復(fù)雜，也無天然基巖底板出露，坡度較大，構(gòu)造發(fā)育，風(fēng)化球較多等難采礦特征明顯時(shí)，建議暫緩開采。

2 生產(chǎn)勘探成果在開采設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

離子型稀土礦開采設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)勘探確定的工藝地質(zhì)類型等地質(zhì)資料和儲(chǔ)量作為設(shè)計(jì)依據(jù)。首先需根據(jù)生產(chǎn)勘探成果分析總結(jié)勘查區(qū)域內(nèi)浸礦工藝地質(zhì)類型，明確注、收液方式。簡單類型、復(fù)雜類型采用原地浸礦工藝開采，極復(fù)雜類型在目前工藝水平條件下建議暫不開采，如需壓覆搶救性回收資源建議采用堆浸工藝。本文主要針對(duì)可采用原地浸礦工藝地質(zhì)類型進(jìn)行分析勘探成果在開采設(shè)計(jì)上的應(yīng)用。簡單類型主要采用在山腳開挖集液溝的方式進(jìn)行收液，復(fù)雜類型通過巷道及密集導(dǎo)流孔形成人造假底，達(dá)到強(qiáng)制收液目的。

2.1 根據(jù)采場(chǎng)水文地質(zhì)確定收液方式

水文地質(zhì)成果為開采設(shè)計(jì)中注、收液系統(tǒng)的布局提供強(qiáng)有力的基礎(chǔ)支撐。丘陵地帶溝谷縱橫交錯(cuò)，如山腳或者山腰無裸露的基巖等地質(zhì)構(gòu)造但溝谷中長期干枯沒有泉涌點(diǎn)等水系特征點(diǎn)出現(xiàn)可以預(yù)判為礦體底板構(gòu)造復(fù)雜、封閉不嚴(yán)，此類采場(chǎng)歸為采礦工藝復(fù)雜類型。對(duì)山腳或山腰出具裸露的節(jié)理、斷層、破碎帶、礦體埋藏較深的采場(chǎng)歸為采礦工藝復(fù)雜類型。針對(duì)采礦工藝復(fù)雜類型采場(chǎng)需通過“人造假底”方式進(jìn)行收液。“人造假底”目的在于封底、負(fù)壓、截流，改變浸礦液與礦體中離子吸附性稀土交換后浸出液的滲透路徑，使其組織地得以回收。“人造假底”的施工方式為巷道、密集導(dǎo)流孔兩種，對(duì)存在破碎帶、節(jié)理發(fā)育、在地表以下仍埋藏礦體、礦體含軟夾層的采場(chǎng)通常采取巷道方式收液效果會(huì)更好。如山腳或山腰出具裸露的基巖且溝谷中存在溪水、泉涌點(diǎn)或潮濕地的采場(chǎng)，此類采場(chǎng)的礦體具有一定封閉的天然底板賦存在潛水面之上，歸為采礦工藝簡單類型，可主要以集液溝輔助適當(dāng)?shù)膶?dǎo)流孔形式收液。對(duì)復(fù)雜類型的采場(chǎng)除布設(shè)相應(yīng)數(shù)量的巷道外，應(yīng)在山腳開挖一條集液溝，深度至基巖或微風(fēng)化層，寬度以采場(chǎng)注液區(qū)大小決定。集液溝外圍需布設(shè)排洪溝，確保外圍溪水不滲流進(jìn)集液溝影響母液回收。

2.2 利用探井柱狀圖優(yōu)化開采設(shè)計(jì)

由各探井柱狀圖繪制勘探范圍內(nèi)礦體橫、縱剖面圖（圖1）。

圖1 礦體剖面圖

從礦體橫縱剖面圖及探井素描圖分析采場(chǎng)工程地質(zhì)構(gòu)造及礦體滲透性、礦體底板構(gòu)造，選定收液方式。礦體風(fēng)化不完全、軟夾層出現(xiàn)、滲透性差且礦層較厚的采場(chǎng)最好采取巷道方式收液；礦體薄、滲透性好且風(fēng)化殼發(fā)育的最好采用導(dǎo)流孔方式收液；對(duì)山脊較寬且山腰礦體較薄的采場(chǎng)需要采用巷道與導(dǎo)流孔相結(jié)合方式收液。

浸礦過程中，隨著注液強(qiáng)度提高，礦體浸潤面不斷上升，飽和區(qū)域增加，即浸礦軟化范圍增加，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)減小。因此，浸礦過程中浸潤面高度是控制邊坡穩(wěn)定性關(guān)鍵因素。表土層結(jié)構(gòu)松散，上部分由亞粘土、亞砂土及腐植質(zhì)組成。礦山通常以表土層的厚度及礦體厚度綜合考慮注液井的深度，深度至礦體風(fēng)化均一性較好基準(zhǔn)面，一般見礦至1～1.5m。其優(yōu)點(diǎn)是減少盲區(qū)、增加母液高峰期、提供回收率，同時(shí)也易于浸礦過程中浸潤面高度控制，降低坍塌、滑坡風(fēng)險(xiǎn)。

礦體厚度對(duì)采用巷道或?qū)Я骺资找悍绞降倪x擇至關(guān)重要，為了避免浸礦過程中巷道塌方、礦體浸泡不完全形成通道直流，注液區(qū)域內(nèi)巷道上方的礦體厚度一般需在十幾米以上，尤其是滲透性較好的礦體采用巷道收液更需一定厚度的礦層保證礦土浸泡完全不直接形成通道直流。

礦體埋藏深度、賦存特征、分布狀況及山體走勢(shì)，不僅決定注液工程設(shè)計(jì):如注液方式（井、孔）、注液井（孔）深度、注液井（孔）布置密度等，而且也決定收液工程位置、高度、進(jìn)深。采場(chǎng)收液工程布設(shè)既要不能過多的穿過無礦帶又要確保所有注液區(qū)域資源得以全部引流回收。礦體厚度決定了注液順序、注液量等。礦山在做開采設(shè)計(jì)時(shí)利用探井質(zhì)料繪制出采場(chǎng)注、收液工程平面布置圖（圖2）及收液巷道剖面圖，實(shí)際施工過程中由于山體地質(zhì)構(gòu)造因素需臨時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)圖紙，礦山需按照實(shí)際施工線路及進(jìn)深繪制最終收液工程施工平面圖，直觀反映“人造假底”工程質(zhì)量，盡量全覆蓋注液區(qū)域，確保母液回收率，減少泄漏對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。

圖2 注、收液系統(tǒng)工程平面布置圖

2.3 由礦石土方量預(yù)估注液量

所謂礦石土方量指收液系統(tǒng)水準(zhǔn)面上方含稀土品位礦體方量與無礦帶方量總和。通常礦山以礦石土方量與注液量按1:0.33的比例關(guān)系估算采場(chǎng)所需注液量，礦體中含水率大的比例系數(shù)會(huì)適當(dāng)縮小。準(zhǔn)確估算注液量至關(guān)重要，既要保證浸礦過程中浸礦劑與礦體中稀土充分交換又要避免過量注液導(dǎo)致浪費(fèi)。

3 結(jié)語

離子型稀土礦山動(dòng)用礦塊生產(chǎn)勘探工作的開展需與開采設(shè)計(jì)工作相銜接，把控住關(guān)鍵點(diǎn)，尤其是礦體的底板構(gòu)造、礦體的賦存特征及產(chǎn)狀分布、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，并將生產(chǎn)勘探成果真正地應(yīng)用于開采設(shè)計(jì)上。