原地浸矿工艺对矿床开采技术条件勘查工作的要求*

陈 志 吴 盛 傅群和 秦雅静

(1.国土资源评价与利用湖南省重点实验室；2.湖南省矿产资源储量评审中心；3.湖南省地质科学研究院)

原地浸矿工艺属于溶浸采矿方法范畴，是一种将溶浸液通过注液井注入天然埋藏条件下的矿体中有选择性地浸出有用成分，并将浸出液通过重力下渗汇流或由钻孔抽至地表并输送至车间进行加工处理的方法[1]。作为一种新型采矿方法，近年来得到了快速发展，目前主要用于工业规模开采铀、铜以及我国南方地区的离子吸附型稀土资源，特别是“十二五”时期，我国出台了相关产业政策，将离子型稀土矿堆浸和池浸工艺列为淘汰类生产工艺[2]，大大促进了原地浸矿工艺在离子型稀土矿山的大规模推广应用。当前我国通用的以《稀土金属地质勘查规范》(DZ/T 0204—2002)为代表的相关勘查规范均未对原地浸矿工艺开采矿床的开采技术条件勘查工作进行系统性规定，不同的矿床开采方式会产生不同的开采技术问题，开采技术条件勘查工作重点也不尽相同。对于原地浸矿工艺而言，因规范对于开采技术条件的要求与矿山需求脱节，导致大量矿床勘查工作的重点与方向步入误区。随着学术界对于原地浸矿工艺开采矿床的研究不断深入，勘查和开发技术不断成熟，在开采技术条件勘查方面已经积累了大量经验。本研究结合原地浸矿工艺特点，针对开采技术条件方面存在的问题，梳理和总结原地浸矿工艺对矿床开采技术条件勘查工作的要求。

1 原地浸矿工艺特点

原地浸矿工艺开采即是在不开挖山体、不剥离表土采掘矿石的情况下，通过一定的浸取剂溶液将有用金属矿物通过化学反应溶解，浸出液通过采矿收集系统经过水冶车间进行沉淀提取，工业用水和贫液、尾液则通过闭路循环进行回收，用于重新配置浸取剂溶液。该工艺流程如图1所示。

图1 原地浸矿工艺生产流程

原地浸矿工艺特点为：①该工艺集合了地质、地下水动力学、流体力学、化学、采矿、选矿、湿法冶金、计算机模拟技术、机械以及自动控制技术于一体，工艺简单，技术水平较高，可大幅度降低生产成本，可靠性强[3]；②工艺适用条件苛刻，对于天然底板的完整性和透(渗)水性、矿床(包括矿体)渗透性、矿床中的断裂破碎带、山体稳定性和潜在地下工程稳定性、地下水文条件等均有严格要求；③工艺不可避免地会破坏环境(如开采后地下水体和土壤环境不同程度上被污染破坏)，并在一定程度上造成资源损失，如资源的渗漏损失、残留于矿体中的损失等[2]。

2 地质勘查规范存在问题分析

我国现行的《地质矿产勘查规范总则》(GB/T 13908—2002)及相关单矿种规范统一将开采技术条件划分为3类9型[4-6]。在此基础上，对不同开采技术条件勘查类型的矿床给出了划分依据并提出了相应的工作要求，分预查、普查、详查、勘探4个阶段分别对开采技术条件的勘查程度提出了相关要求。预查强调资料收集，初步了解区域水工环地质条件；普查强调在收集水工环资料的基础上，类比同类已开发的矿床，大致了解开采技术条件，作出概略评价，并视水文地质条件的复杂程度确定是否补充适当量的水文工作；详查强调通过一定量的工程手段基本查明开采技术条件，初步确定矿床充水的主(次)含水层及其水文地质参数、矿体围岩岩体质量及主要不良层位，一般要求估算涌水量，预测矿山开采时可能产生的水工环问题，进而对开采技术条件的复杂性作出评价，初步划分出矿床的开采技术条件类型；勘探阶段强调对影响矿床开采的主要水工环问题进行详细查明，通过试验获得相关参数，计算矿区首采区、第一开采水平矿坑涌水量，预测下一开采水平的涌水量，根据查明的水工环地质条件，准确划分出开采技术条件类型，并对突出的水工环问题提出相关防治措施，为矿山建设提供可靠依据。

可见，已有的地质勘查规范对于开采技术条件的勘查要求能较好地适用于普通井工开采和露天开采矿山的需求，但对于原地浸矿工艺开采则总体不适用。原因为：①对于一般矿床而言，对于是否适合采用原地浸矿工艺开采的判别要求极高，而在判别依据上也有别于常规地下开采和露天开采，矿区底板收液效果和矿床的渗透性能是决定能否使用原地浸矿工艺开采的最主要因素，决定着浸矿工艺的回收性能及效果，相对而言，对于井工开采和露天开采等开采方式的选取通常聚焦于开采可能导致或面临的常规技术问题；②开采易引发的技术问题有所不同(表1)，原地浸矿工艺开采主要面临的是采场滑坡以及地下水体、土壤环境污染破坏等环境地质问题，一般性水文和工程地质问题涉及较小，这对于开采技术条件勘查工作影响极大。

表1 3种开采方式面临的主要开采技术问题

3 矿床开采技术条件勘查工作要点

3.1 开采技术条件勘查工作的基本原则

开采技术条件勘查工作的合理与否主要从法律和技术经济两个方面进行评价。首先，开采技术条件涉及到矿山生产后的安全以及生态完整性问题，国家相关法律法规对此均有明确规定；其次，应考虑采用先进的科学技术手段，以最少的投入、最短的勘查时间完成相关阶段的水工环勘查工作，能够提供符合要求的成果资料。开采技术条件勘查工作应遵循的原则有：①为矿区下一步工作提供必需的开采技术条件基础资料；②与地质勘查工作紧密结合；③水、工、环三者作为统一系统进行研究；④突出重点和问题导向，不同情况应区别对待；⑤保证成果质量；⑥提高环境地质调查评价定位。

3.2 矿床开采技术条件勘查阶段划分及类型

3.2.1 勘查阶段划分

适用于原地浸矿工艺开采的矿床，其成矿地质条件相对简单，勘查周期短、相对容易，如我国南方离子型稀土矿山，采选工艺简单，矿山建设投资少，除了对原地浸矿工艺选择判定要求较严苛以外，开发面临的开采技术问题相对不复杂，而且比较固定，因此，针对开采技术条件勘查阶段的划分可不必拘泥于预查、普查、详查、勘探4个环节，可以适当简化或者合并，建议仅划分为预—普查、详查2个阶段[7-8]。预—普查阶段的工作重点是对矿区天然底板完整程度、矿床渗透性开展相关工作，对矿区是否适合采用原地浸矿工艺开采作出基本评价；详查阶段的工作重点是对矿山开发可能引发的主要开采技术问题进行评价和预测，并提出切实可行的防治措施，为矿山建设、经济技术评价、生态环境保护提供可靠依据。

3.2.2 勘查类型确定

对于采用原地浸矿工艺开采的矿床，矿体首先须位于侵蚀基准面以上(否则不适用于原地浸矿工艺开采)，并且不存在矿坑涌水现象，此外，由于浸取液注入矿床不可避免地会污染矿区地质环境，并且改变了山体岩土力学性能，加大了节理裂隙的发育程度，在降雨或浸取液大量注入的情况下，可能导致山体滑坡和崩塌，因此，采用原地浸矿工艺开采的矿床，其开采技术条件宜确定为以环境地质条件为主的中等类型矿床(Ⅱ-3)或复杂类型矿床(Ⅲ-3)。本研究统计了采用原地浸矿工艺开采的7个我国南方离子型稀土矿床勘查时确定的开采技术条件勘查类型(表2)，可见，7个矿床中没有以水文地质问题和工程地质问题为主的矿床，同时也不存在开采技术条件简单的矿床(Ⅰ型)。

表2 7个离子型稀土矿床开采技术条件勘查类型

3.3 主要勘查内容及重点

根据原地浸矿工艺特点，结合开采技术条件勘查原则，针对原地浸矿工艺开采主要面临的开采技术问题，在勘查阶段应切实查明矿床(包括矿体)渗透性、浸矿山体稳定性、地下收液工程稳定性以及浸取可能产生的环境问题等[7-8]。

3.3.1 渗透性评价

查明浸出液渗透规律的工作重点有：

(1)收集区域内相关气象水文资料，理清矿区气象规律，雨水季节一般不适合采用原地浸矿工艺开采；查明浸矿矿床地下水文地质条件，了解地下水活动状况和地下水通道，对于低于潜水面的矿体或地下水文条件复杂的矿区不宜采用原地浸矿工艺开采。

(2)强化对矿床底板性质的评价。首先应查清底板位置，明确底板属于出露式还是深潜式(图2)。出露式需查清基岩出露的分布情况，摸清基岩的节理、劈理和断裂构造特征，评价底板的完整程度、透(渗)水性能、产状、起伏情况、结构状况等，进而评判底板是否可以作为回收浸出液的天然收液界面，若底板存在规模较大构造破碎带或断裂、裂隙较发育，注液后则易发生浸取液泄漏，既影响收液效果，又会破坏矿区生态环境，故而不适合采用原地浸矿工艺开采。深潜式底板类矿床若进行开采，需要制造人工假底。

图2 采用原地矿工艺开采的矿床底板类型

(3)需对矿床风化层结构、构造、砂土层(矿层)的黏土含量、渗透率、含水饱和度、塑限、液限以及矿石中Fe、Al、Mg等离子含量进行分析研究，以评价矿段、矿体或局部区域是否适合采用原地浸矿工艺开采，为后期浸矿工艺设计提供基础参数。一般而言，渗透速率小于0.25 m/d的矿区或其局部区域，不适合采用原地浸矿工艺开采。

3.3.2 工程地质灾害以及环境问题预测评价

(1)重点查明矿岩构造，包括断层、裂隙、结构面，尤其是中型以上结构面、结构弱面、工程岩体稳定性、潜在的地下工程不稳定体等。根据矿区地形坡度、岩土力学性质、矿石黏土含量及含水饱和度三者之间的关系，研究确定发生山体崩塌或滑坡以及地下收液工程破坏的理论临界点。

(2)对于环境问题，一方面须强化对矿床原生地质环境的评价，尤其是对于开采可能导致环境污染破坏的相关指标的原始值应进行测试和分析，在资料收集和实地调查的基础上，对地表山林情况、地下天然水化学状态、地表土壤化学状态进行测试和研究，查明相关背景值，如采用原地浸矿工艺开采的我国南方离子型稀土矿，由于存在浸出液渗漏的可能性，极易造成地下水和地表水稀土、氨、氮含量超标，导致水体污染，但该类污染是否确实由于稀土开采浸出液渗漏所致，需要比较(与背景值相比)评判，否则无端放大原地浸矿工艺开采的危害，不利于工艺提高和矿山生产；另一方面需要评估原地浸矿工艺开采对环境天然状态的影响，重点预测可能对原生环境造成破坏的组分种类、数量、分布状况，明确环境治理与恢复的可能性，另外，勘查过程中须明确划出不适宜采用原地浸矿工艺开采的矿床范围，对于生产过程中强化监管、监控工作的重要性和必要性，勘查报告也应予以明确。

4 结 论

(1)由于对矿床是否适合采用原地浸矿工艺开采的判别要求极高，且原地浸矿工艺开采易引发的开采技术问题与井工开采和露天开采有明显区别，导致以《稀土金属地质勘查规范》(DZ/T 0204—2002)为代表的地质勘查规范对开采技术条件勘查工作的要求基本不适用于采用原地浸矿工艺开采的矿山。

(2)对于拟采用原地浸矿工艺开采的矿山，矿床开采技术条件勘查阶段宜划分为预—普查、详查2个阶段。预—普查阶段的工作重点是对矿区天然底板完整程度、矿床渗透性开展相关工作，对矿区是否适合采用原地浸矿工艺开采进行评价；详查阶段的工作重点是对矿山开发可能引发的主要开采技术问题进行评价和预测，并提出切实可行的防治措施。

(3)适宜采用原地浸矿工艺开采的矿床，其开采技术条件一般仅可以确定为以环境地质条件为主的中等类型矿床(Ⅱ-3)或复杂类型矿床(Ⅲ-3)。

(4)对于拟采用原地浸矿工艺开采的矿床，在勘查阶段应切实查明矿床(包括矿体)的渗透性、浸矿山体的稳定性、地下收液工程的稳定性以及浸取可能导致的环境问题等，尤其强化对矿床底板性质的评价、矿床风化层结构渗透规律的研究、山体崩塌或滑坡及地下收液工程破坏的理论临界点的分析、矿床原生地质环境的评价以及原地浸矿工艺开采对环境天然状态的影响评估。

[1] 吴爱祥，王洪江，杨保华，等.溶浸采矿技术的进展与展望[J].采矿技术，2006(3)：39-48.

[2] 邹国良，吴一丁，蔡嗣经.离子型稀土矿浸取工艺对资源、环境的影响[J].有色金属科学与工程，2014(2)：104-110.

[3] 邵亿生.离子型稀土原地浸矿新工艺研究[C]//中国稀土学会第四届学术年会论文集.北京：冶金工业出版社，2000.

[4] 中华人民共和国国土资源部.GB/T 13908—2002 固体矿产地质勘查规范总则[S].北京：地质出版社，2002.

[5] 中华人民共和国国土资源部.DZ/T 0204—2002 稀土矿产地质勘查规范[S].北京：地质出版社，2002.

[6] 中华人民共和国国土资源部.DZ/T 0214—2002 铜、铅、锌、银、镍、钼矿地质勘查规范[S].北京：地质出版社，2002.

[7] 王炯辉.南方离子型稀土矿产地质勘查规范修订建议[J].中国国土资源经济，2016，29(1)：14-21.

[8] 丁嘉榆，邓国庆.现行离子型稀土勘查规范存在的主要问题与修订建议[J].有色金属科学与工程，2013(4)：96-102.