陡倾疏干砂岩型铀矿开采方法探讨范文

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《矿产保护与利用》2017年第5期

摘要：结合我国铀矿开采的原地爆破浸出采铀工艺和原地浸出采铀工艺技术，提出陡倾疏干砂岩型铀矿的地下钻孔原地浸出采铀法，利用井巷工程开拓矿体，在矿块上部的注液巷道施工生产钻孔，通过钻孔将溶浸液注入矿体，然后在矿块下部的集液巷道收集浸出液。针对新疆某陡倾疏干砂岩型铀矿的地下钻孔原地浸出采铀法，设计了上盘扇形孔布液和沿脉平行孔布液2种开采方案。

关键词：陡倾；疏干；砂岩铀矿；地下钻孔；开采

砂岩型铀矿是指工业铀矿化主要产于砂岩（包括含砾砂岩、粉砂岩、泥岩）中的铀矿，一般具有品位低、储量大、可渗透、含水等特点。矿床一般属后生成因，是世界最早发现的铀矿类型之一，也是世界上分布最广和最具工业意义的铀矿床类型。对水成砂岩型铀矿床的开采多采用原地浸出采铀法，即利用从地表施工的钻孔工程开拓矿体，钻孔作为矿床开拓工程，并作为溶浸液输入、浸出液输出的通道，通过注液钻孔将浸出剂注入矿体，通过抽液钻孔将浸出液抽至地表，形成完整的抽注系统［1－4］。砂岩型铀矿能否采用原地浸出采铀法，关键在于是否具备一个适宜于“地浸”的地质条件，该地质条件也可认为是砂岩盆地找矿的重要评价准则：矿体是可渗透的；铀矿体处于承压含水层；铀矿物是可溶的；含矿砂体的有害组分及干扰元素含量少；矿体倾角不宜过大（一般＜45°）；矿体与含矿砂体的厚度比不能太小（有效厚度比应＞1∶10）［5－8］。陡倾疏干砂岩型铀矿是指受构造运动作用，盆地盖层变得陡直甚至倒转，承压含水层中的地下水已被疏干，矿体倾角变陡倾（一般＞55°），难以采用原地浸出采铀法进行开采的一类砂岩型铀矿。针对陡倾疏干砂岩型铀矿，进行有关新型采矿方法的探讨和技术可行性分析，对今后的工业开发意义重大。

1矿床概况

新疆某铀矿是一个经历同生沉积－层间氧化－后期改造的砂岩型铀矿。新构造运动使盆地盖层变得陡直甚至倒转，承压含水层中的地下水不断被疏干，现今在垂深475m以上已无地下水活动，铀矿体主要残留在古层间氧化还原过渡带中。矿体严格受层位、岩相、褶皱控制，空间分布与氧化带密切相关，铀矿体主要赋存于不完全氧化带中。矿体形态简单，呈似层状、板状、透镜状产出，产状与地层一致；走向近东西，倾向北，倾角在51°～80°，平均倾角66°，是典型的陡倾疏干砂岩型铀矿。

1．1矿床地质

盆地构造演化经历了强拉张、弱伸展、隆升剥蚀、强挤压、差异升降5个阶段，盆地总体构造线近东西向，矿区位于盆地向斜构造北翼。由于受不均衡侧向挤压力和界面条件的影响，使矿区地层走向上和倾向上均有不同程度的扭曲：倾向上形成了倒转褶皱；矿区地层走向上呈向北凸出的弧形。矿区构造以褶皱为主，断裂构造次之。含矿砂体为一套砾质－砂质辫状河沉积物。碎屑岩成分、结构成熟度均较低，层理构造明显。含矿砂体多数由2个下粗上细韵律组成，韵律发育不全。岩性有粉砂岩、细砂岩、中砂岩和粗砂岩、砂砾岩等，其中以粗砂岩、砂砾岩为主，渗透性能良好。

1．2铀矿物特征

铀主要以2种赋存形式存在，沥青铀矿和吸附态铀，吸附态铀和有机质、（含铁）矿物和黏土吸附有关。矿石自然类型以砂岩型为主，工业类型属特征矿物含量低的碎屑岩和高硅酸盐铀矿石，矿石水冶加工技术性能较好，酸耗低。

2矿床开采存在的问题与新型采矿方法的提出

采用常规的充填采矿－地表堆浸工艺对该矿进行开发，在技术上是可行的；但其投资大、成本高，可采资源量大幅减少，采矿工艺安全性相对较差，对地表环境影响相对较大。受含矿层不含承压水（疏干）以及矿体倾角大（陡倾）的赋存条件约束，在现有原地浸出采铀工艺技术条件下，采用原地浸出采矿方法在技术上也存在较大挑战，我国已有陡倾矿体开采方面的一些研究［9－10］。通过对该矿床设计的多种采矿方法的比较，综合考虑矿床开拓与浸出特征，提出采用“地下钻孔原地浸出采铀法”。该方法综合了就地爆破浸出采铀法与原地浸出采铀法的工艺特点，利用井巷工程开拓矿体，在矿块上部的注液巷道施工生产钻孔，通过钻孔将溶浸液注入矿体，然后在矿块下部的集液巷道收集浸出液，即抽注液工程不从地表施工，而从地下巷道中施工。地下钻孔原地浸出采铀法对矿石的渗透性和浸出性要求与原地浸出采铀法相同，但其不受矿体赋存的承压含水层和矿体倾角条件的约束。因此，该方法使陡倾疏干砂岩型铀矿床开发变为可能。

3新疆某陡倾砂岩型铀矿的地下钻孔原地浸出采铀法

新疆某陡倾砂岩型铀矿，经历了层间氧化带砂岩型铀矿的形成和后生改造2个地质发展过程，矿体倾角51°～80°，矿体平均厚度为3．2m，含矿层不含水但透水性能好，两端均有稳定隔水层，采用地下钻孔原地浸出采铀工艺，按钻孔及布液形式可分为上盘扇形孔布液和沿脉平行孔布液2种开采方案。

3．1上盘扇形孔布液方案

1）采场结构。采场矿块沿矿体走向布置，长为50m，高为中段高度（50m）。采场不留顶柱，底柱为帷幕注浆建造的人工隔水层形式。

2）采准工程。采准工程在开拓巷道内进行，包括穿脉、采场顶部注液孔、采场上盘注液孔和采场底部帷幕注浆孔。先掘进穿脉贯穿整个含矿砂岩层，穿脉穿过透水砂岩层段采用整体混凝土砌碹支护，在穿脉内沿砂岩层走向方向打帷幕注浆孔对采场底部整个透水砂岩层进行帷幕注浆，注浆孔孔距1．6m，最终形成宽度为砂岩层厚度，长度为采场长度（50m），厚度为2m的人工隔水层。在采场下部帷幕注浆的同时，可在采场上部穿脉内揭露矿体部位沿矿体走向方向施工采场顶部注液孔，采场顶部注液孔为3排，排距为1m。因矿体为陡倾矿体，矿体平均倾角66°，若仅施工采场顶部注液孔会存在采场上盘淋浸死角，故还需在上盘运输巷内施工采场上盘注液孔，采场上盘注液孔为扇形注液孔，同排注液孔孔底距6m左右，排距为4m。

3）回采工艺。配制浸出剂→将浸出剂经注液孔（上盘注液孔＋采场顶部注液孔）加压注入矿层→在下中段回收浸出液。

4）通风。主要利用矿井总负压通风，新鲜风由下中段穿脉巷进入，污风由通风井回到上中段。当采场通风效果不好时，可利用局扇进行辅助通风。

3．2沿脉平行孔布液方案

1）采场结构。采场矿块沿矿体走向布置，长为50m，宽为矿体厚度，高为中段高度（50m）。采场不留顶柱，底柱为帷幕注浆建造的人工隔水层形式。

2）采准工程。采准工程在开拓巷道内进行，包括穿脉、沿脉、采场顶部注液孔和采场底部帷幕注浆孔。先掘进穿脉贯穿整个含矿砂岩层，穿脉穿过透水砂岩层段采用整体混凝土砌碹支护，在沿脉向沿脉两侧打帷幕注浆孔对采场底部整个透水砂岩层进行帷幕注浆，注浆孔孔距为1．6m，最终形成宽度为砂岩层厚度，长度为采场长度（50m），厚度为2m的人工隔水层。在采场下部帷幕注浆的同时，可在采场上部沿脉内沿矿体倾斜方向在矿体内施工采场顶部注液孔，注液孔垂深约40m，采场顶部注液孔共为13排，排距为4m。

3）回采工艺。配制浸出剂→将浸出剂经注液孔（采场顶部注液孔）加压注入矿层→在下中段回收浸出液。

4）通风。主要利用矿井总负压通风，新鲜风由下中段穿脉巷进入，污风由通风井回到上中段。当采场通风效果不好时，可利用局扇进行辅助通风。

3．3小结

理论上，对该矿采用地下钻孔原地浸出采铀法进行开采是可行的，并且矿床的可采范围、经济可采资源量也将增加，省去落矿、破碎、地表堆厂等工序和基建投资，采矿工艺的安全性也较常规的充填采矿法高；但由于地下钻孔原地浸出采铀法在我国铀矿山还没有应用案例，钻机钻具的选型、地下钻孔结构、钻孔布置形式和间距、溶浸范围的控制与监测等都将成为关键研究对象。

4结语

1）地下钻孔原地浸出采铀法是常规地下采铀工艺和原地浸出采铀工艺的结合，对矿石的渗透性和浸出性要求与原地浸出采铀法相同；但其不受矿体须处于承压含水层和矿体倾角条件约束，较常规地下采铀具有明显的经济效益。

2）我国现已查明的陡倾疏干砂岩型铀矿资源储量可观。理论上，采用地下钻孔原地浸出采铀法对陡倾疏干砂岩型铀矿进行开采在技术上是可行的，经济上是合理的。

3）新疆的铀矿资源开发主要集中在北疆地区，开采方式基本为原地浸出采铀法。南疆地区的铀资源虽也多为沉积型矿床，但由于水文地质条件所限，可采用原地浸出采铀法进行开采的矿床较少。建议有关部门加大支持力度，对地下钻孔原地浸出采铀法的实践研究进行资助，使我国掌握地下钻孔原地浸出采铀这一新型采矿方法。

4）目前新疆地区的铀资源勘查，仍主要是针对可采用原地浸出采铀法进行开采的砂岩型铀矿资源，若地下钻孔原地浸出采铀这一新型采矿方法在工业生产中能够得到成功应用，势必导致新疆地区的铀矿勘查指导思想转变，对进一步扩大新疆地区铀资源量，具有重要意义。

参考文献：

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［2］王海峰．原地浸出采铀技术的发展：第四届全国矿山采选技术进展报告会论文集［C］．安徽芜湖：《矿业快报》编辑部，2001：6．

［3］杜运斌．我国地浸采铀工艺的述评及展望［J］．铀矿冶，1996，15（4）：221－226．

［4］苏学斌，杜志明．我国地浸采铀工艺技术发展现状与展望［J］．中国矿业，2012（9）：79－83．

［5］姚益轩，刘乃忠，霍建党，等．砂岩铀矿床原地浸出开采条件评价［J］．铀矿冶，2002，21（4）：169－175．

［6］阙为民，姚益轩．疏松砂岩型铀矿原地浸出开采法［J］．中国矿业，1998，（5）：5－8．

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［8］苏学斌，张明瑜，姚益轩，等．地浸矿山地质与水文地质合理指标的确定［J］．中国矿业，2006（7）：84－88．

［9］郭延辉．高应力区陡倾矿体崩落开采岩移规律、变形机理与预测研究［D］．昆明：昆明理工大学，2015．

［10］郭捷，马凤山，徐嘉谟．陡倾矿体充填法开采引起地表移动的实例分析［J］．工程地质学报，2014，22（5）：958－964.

作者：张传飞1；段柏山1；杨润生2；杨正伟1；王旨儒1 单位：1．新疆中核天山铀业有限公司，2．中核第四研究设计工程有限公司