固体钾盐矿地下开采中的问题探讨和解决对策

高 新

(化工部长沙设计研究院，湖南长沙 410116)

固体钾盐矿地下开采中的问题探讨和解决对策

高 新

(化工部长沙设计研究院，湖南长沙 410116)

结合老挝地区钾盐开采实例中遇到的一些具体问题，提出了一些防治井下涌水和处理尾盐和老卤的对策和思路，给钾矿开采尤其是光卤石型矿的地下开采处理这些问题提供参考。

固体钾盐；地下开采；涌水；尾盐处理；老卤处理

0 引 言

钾盐是含钾矿物的总称。按其可溶性可分为可溶性钾盐矿物和不可溶性含钾的铝硅酸盐矿物。前者是自然界可溶性含钾盐类矿物堆积构成的可被利用的矿产资源。铝硅酸类岩石是不可溶的含钾岩石或富钾岩石。目前，世界范围内开发利用的主要对象是可溶性钾盐资源。

钾盐主要用于制造钾肥。主要产品有氯化钾和硫酸钾，是农业不可缺少的三大肥料之一。中国是一个钾盐资源极度匮乏的国家，作为一个农业大国，钾资源是对中国经济发展具有重要作用的战略资源，但由于我国钾资源匮乏，产业发展滞后，钾肥供给长期依赖进口。目前中国企业在老挝，刚果，加拿大，泰国等地都有一些钾盐项目，但是进入实际生产的仅有老挝的几个钾盐矿山。

1 固体钾矿地下开采主要问题

钾镁盐矿矿石类型主要有光卤石和钾石盐两种，这两种自然类型的划分标准是：钾石盐矿石MgCl2≤2.50%，KCl≥5.00%；光卤石矿石：MgCl2＞2.50%，KCl≥5.00%。光卤石矿石含镁高，对选矿回收率影响大；而钾石盐矿石选矿工艺比较简单，对环境造成危害不大。

老挝钾盐矿北部万象地区以光卤石型矿石为主，南部甘蒙地区前期开采少量的钾石盐，且都是次生钾石盐，后期开采主要也是光卤石型矿石。当前老挝地区钾盐地下开采主要面临两方面的问题，一是地表淡水通过各类通道涌入井下致使矿层溶解，造成淹矿闭坑的风险；二是钾盐尾矿和老卤的处理问题，其中尾盐主要是含NaCl的固体废盐，老卤主要是含MgCl2的卤水，简单的堆存需要占用大量的土地且极易造成环境事故。

由于钾盐矿极易溶于水，因此，钾盐矿层开挖之前，矿层上部是有隔水岩层，将矿层和上部淡水层隔离。现以老挝某钾矿的生产实践经验为依据，对影响老挝钾矿涌水的主要因素进行分析。

(1)地层。老挝某钾矿为海源陆相沉积型矿层，该钾矿区域内地层主要由3个沉积旋回形成，共分为6个岩段，主要矿层位于a岩段上部，平均埋深在200 m左右。盐类矿床的特殊之处在于溶解度大，遇淡水易溶解，所以主要矿层上部是有很厚的隔水层，具体的地层分布见表1。矿层的顶板主要为泥岩和石膏岩段，泥岩和石膏层为微含水层，老挝钾矿井下揭露泥岩层后，有少量裂隙，为局部弱含水层；上部第四系为主要来水层。

(2)钻孔。地质勘查需施工钻孔，钻孔封孔质量不高，就会形成通达矿层的导水通道，这给井下涌水带来严重隐患。

(3)井巷工程。矿层深埋地下，主要开拓井筒工程必须穿越顶板岩层才能到达矿层，即将地表和矿层直接连通。由于考虑成本的原因，井筒施工质量无法完全杜绝井筒的壁后出水，一般主要采取在中间出水部位设置截水措施将水截留，基于成本的原因没有采取严格的堵水措施，致使井筒涌水量为矿坑总水量很大的一部分。现阶段主要的开拓运输巷道部分布置在脉内，由于矿体的变化，部分巷道顶板穿透了矿层，顶板位于泥岩层中，泥岩长期暴露在井下潮湿的空气中，加上顶部有细小的裂隙和上部连通有少量出水，又缺乏有效的支护，致使顶板泥岩冒落，时间长久后出水量变大。

(4)地质构造。地质构造中对涌水影响较大的

主要是断层、裂隙、溶孔、溶洞等。这需要在地质勘查阶段采取必要的措施尽量查明，井巷工程布置尽量避开或隔离这些构造发育区段，当施工或生产靠近这些构造区段时应采取充分的预防措施。

表1 老挝某钾矿综合地层表

2 主要预防对策

矿山防治水以“安全第一、预防为主，综合治理”为方针，以“预测预报、有疑必探、先探后掘和先治后采”为原则，主要采取“防、堵、疏、排、截”5项措施，加强“预测预报、科技攻关和治理整改”的3个防治水环节。对于老挝钾盐矿，由于水文地质工作前期的重视程度不够，所以建议主要在以下几个方面采取措施，减少井下涌水量，降低井下突水的可能性。

(1)首先应查明矿井水文地质条件，建立一定数量的井上下水文观测孔，围绕采掘生产活动，重点探测采掘工作面水文地质条件。可用地质雷达探测掘进工作面前方的水文地质异常情况，探测采场工作面的内部构造。对于物探结果，进行综合分析，并配以钻探手段作进一步验证。对采掘生产活动容易造成的突水地段，可留设保安矿柱。

(2)井筒施工采取特殊施工法，如预注浆法，冻结法，尽量使井筒处于一个无水的工作条件下，避免地表淡水直接通过井筒通达井下。另外主要巷道宜布置在矿层底部的脉外石盐层内，避免巷道布置在脉内造成顶板泥岩冒落和出水等事故。

(3)老挝地处热带地区，常年高温且空气潮湿，井下空气湿度大，对于井下盐类矿层开挖后，表层长期暴露在高湿度的空气中，造成局部溶解，尤其是顶板片帮冒落后容易露出泥岩，造成出水的安全隐患。对于这些巷道，采取喷浆锚网等支护方式，将岩层与外界空气隔离。

3 尾盐和老卤处理措施

加工厂产出的尾盐和老卤现阶段是采取地表堆存和老卤池存放方式处理，随着时间的推移，尾盐和老卤的量每年都在增加，致使地表的尾盐堆场和老卤池的量越来越大，且由于尾盐堆场和老卤池均需做特殊的防渗处理，防渗材料一般价格不菲，造成环境压力日趋严重且成本较高。在老挝钾盐矿建设之前，设计方案是将尾盐充填到井下，老卤通过蒸发结晶成光卤石和镁片的方式处理的。由于单纯的尾盐充填是通过皮带运送到采场，运输效率低，难以处理每年近200万t的尾盐。而蒸发是用煤做能源，要耗费大量的煤炭，老挝用煤需要进口，价格高，考虑到成本的原因，现阶段在老挝通过蒸发处理老卤经济上不可行。本文仅针对老挝钾矿目前没有引起重视的方面提出一些措施和思路，目的是有效减少尾盐和老卤的产出量、同时处理产出的尾盐和老卤。

(1)在加工环节，通过研制高效的选矿药剂或者改进工艺流程尽量提高回收率，降低尾盐和老卤的产出。

(2)对于老卤主要是含MgCl2的卤水，能否直接用药剂选出其中MgCl2，使老卤淡化后达到排放标准，最终实现可直接排放。

(3)结合老挝现场现有的一些原料，尤其是量多价廉的原料，和老卤尾盐组成可行的胶结充填体通过管道直接充填到井下采空区，这其中要做大量的试验研究才能找到这样的原料。

(4)老挝钾盐矿区为海源陆相沉积型，矿区内a岩段下部石盐层厚度很大，勘探钻孔未将其完全揭露，可在石盐层挖掘卤水池，将地表卤水排到卤水池堆存，尾盐可采取加工提纯等措施后出售给有需要的企业。

(5)在地下深层位找含有大裂隙的空腔，然后施工深钻孔连通地表和空腔，直接将卤水通过管道往下回灌，当空间足够大时，将尾盐溶解后也回灌至空腔。

4 结 语

老挝地区钾矿是中国企业走出去开发钾肥走在前列的地区，但由于大部分是光卤石型矿石，大规模地下开采光卤石在世界范围内可供借鉴的成功案例较少，如何更安全高效的开采光卤石，是当下钾盐开采面临的主要问题，本文结合老挝钾矿实际开采中遇到的一些问题，提出了一些解决的对策和思路，希望能为以后钾矿的开发提供参考和借鉴。

[1] 钱自强，曲一华.钾盐矿床[M].北京：地质出版社，1994.

[2] 蔡美峰，何满潮，刘东燕.岩石力学与工程[M].北京：科学出版社，2002.

[3] 李国政，李雨峰，丁 鹏，等.镁水泥与钾石盐尾矿胶结充填材料试验研究[J].中国矿山工程，2010，39(5)：23-26.

[4] 鲍荣华.世界钾盐行业垄断加剧，我国应采取多种对策[J].国土资源情报，2012(7)：22，26-28.

[5] 续培信.老挝万象钾盐矿开采方法的探讨[J].中国井矿盐，2005，36(4)：28-31.

2016-06-27)