离子型稀土矿生产勘探成果在原地浸矿开采设计中的应用

2021-01-05肖文刚黄凯龙朱健玲

中国金属通报 2020年12期

肖文刚，黄凯龙，朱健玲

（赣州稀土矿业有限公司，江西赣州 341000）

淋积型稀土矿（离子型稀土矿）主要赋存中国南岭五省的丘陵地带，中国南岭淋积型稀土的成矿过程表明，是一种以离子态的迁徙富集形成的次生矿床类型[1]，矿体赋存类型主要分为裸脚式、全覆式；矿区地质相对复杂，断层、节理、裂隙均较发育；水文地质条件简单，矿体基本赋存在地下潜水面以上，甚至出露于地表。为实现矿山绿色开采，提高母液回收率，减轻矿区环境影响压力，一般都要在原地质部门提供的资料基础上对采场进行补充生产勘探工作。矿山需根据原地浸矿开采工艺需要勘查清楚采场范围内稀土储量（级别达到122b以上）、矿体（含矿层）的粘土矿物含量、产状、含水率、饱和含水率、渗透系数、矿体（含矿层）底板形态、底板以下半风化层及基岩的断裂、裂隙发育状况等开采技术条件，为开采设计提供扎实的基础数据支撑。

1 矿山开展生产勘探工作的关键环节

笔者多年从事稀土矿山生产勘探与开采设计工作，现阶段各稀土矿山由于技术力量缺乏，往往仅凭经验开展勘探与开采设计工作。矿山生产勘探的主要目的停留在查清采场的资源情况，对矿体岩性变化、渗透率、含水率及采场水文、工程地质条件很少涉及，致使勘探与开采设计基本处于脱节状态。

1.1 探井点位、取样、编录

离子型稀土一般以层状或透镜状赋存于花岗岩、火山岩、混合岩风化壳中，层状结构、呈面型或鸡窝状分布。风化壳离子型吸附性矿的探矿工程，进深（小圆井、浅井）是揭露矿体的主要手段，可配合使用少量的钻孔了解基岩物质成分与矿床的关系[2]。勘探施工点定位非常重要，探井点位布设依山形走向、起伏条件、山体饱满程度并结合注液区域现场设定。一般遵照20m×30m工程网度呈梅花状布设，矿体连续条件下工程网度可适当放宽，矿体不连续条件下根据实际情况加密工程网度。在山脊两侧要有一定数量的探井位控制矿体边界，摸清矿体边界的具体位置、深度，为后期开采设计提供基础数据。

遵照《稀土矿产地质勘查规范》要求开展取样、编录工作，从见矿开始取样、每米取一个缩分均匀的综合样，每个综合样重量在1Kg。详细编录探井柱状图包括表土层厚度、每米矿层岩性、黏土含量、石英砂含量及颗粒大小、断层情况、矿层底板土质松散度等。

1.2 采场水文地质调查

在采场（含矿层）山脊、山腰至山脚三个具代表性部位实施浅井工程，按《稀土矿产地质勘查规范》沿井壁刻槽取完整岩矿芯样，塑料袋包装，腊封装筒，保证原状物性不变，并尽快在车间测试其含水率、渗透率。

对勘探范围内进行地质调查，重点调查有无明显基岩裸露区、山脚及沟谷裸露裂隙、泉眼点、地表水径流方向等。在现实中很难通过钻孔取样等方式获取矿体中裂隙、破碎带等地质构造，可以通过探井中矿体岩性变化情况分析勘探范围内断层、矿体风化产状、矿体底板结构等矿体赋存特征。如无裸露基岩的采场可在山脚布设少量探井以了解潜水面或基岩区埋藏深度，便于后期收液工程设计。通过探井素描图及现场调查情况对矿区水文地质内容进行补充。

1.3 储量估算

采场生产储量是原地浸析采矿设计时的重要资料之一，直接关系到采场注液量与投入电解质药剂数量。离子型稀土矿资源储量估算方法采用水平投影地质块段法。

为了更准确的估算采场勘探储量[3]，通常按山脊、山腰、山脚各区域内达边界品位以上的工程井控制矿体圈定范围，并分区估算资源储量。

1.4 矿床工程地质类型的确定

勘探的最终成果用来确定矿床工艺地质类型，而矿床工程地质类型决定了矿体开采注、收液方式。矿床工程地质类型的划分主要由矿体岩性、构造发育情况、边坡稳定性、有无软弱夹层、风化壳发育特征、矿石渗透性（含溶析速度）和矿体（含矿层）形态、规模、产状及矿体的底板完整性等因素决定。而矿体（含矿层）底板下部的半风化层至微风化层、基岩的无矿段间距，构造裂隙发育程度情况及是否存在较完整的自然隔水底板等将直接决定收（集）液系统的选择。坡度大小及有无软弱夹层将决定矿体开采中防滑坡工程选择。

对矿床工程地质条件简单，在山脚或沟谷具有天然基岩底板出露的，一般采用集液沟方式收液；对矿床工程地质条件中等，无天然基岩底板出露的，一般采用巷道加导流孔的方式收液；对矿床工程地质条件复杂，也无天然基岩底板出露，坡度较大，构造发育，风化球较多等难采矿特征明显时，建议暂缓开采。

2 生产勘探成果在开采设计中的应用

离子型稀土矿开采设计应根据生产勘探确定的工艺地质类型等地质资料和储量作为设计依据。首先需根据生产勘探成果分析总结勘查区域内浸矿工艺地质类型，明确注、收液方式。简单类型、复杂类型采用原地浸矿工艺开采，极复杂类型在目前工艺水平条件下建议暂不开采，如需压覆抢救性回收资源建议采用堆浸工艺。本文主要针对可采用原地浸矿工艺地质类型进行分析勘探成果在开采设计上的应用。简单类型主要采用在山脚开挖集液沟的方式进行收液，复杂类型通过巷道及密集导流孔形成人造假底，达到强制收液目的。

2.1 根据采场水文地质确定收液方式

水文地质成果为开采设计中注、收液系统的布局提供强有力的基础支撑。丘陵地带沟谷纵横交错，如山脚或者山腰无裸露的基岩等地质构造但沟谷中长期干枯没有泉涌点等水系特征点出现可以预判为矿体底板构造复杂、封闭不严，此类采场归为采矿工艺复杂类型。对山脚或山腰出具裸露的节理、断层、破碎带、矿体埋藏较深的采场归为采矿工艺复杂类型。针对采矿工艺复杂类型采场需通过“人造假底”方式进行收液。“人造假底”目的在于封底、负压、截流，改变浸矿液与矿体中离子吸附性稀土交换后浸出液的渗透路径，使其组织地得以回收。“人造假底”的施工方式为巷道、密集导流孔两种，对存在破碎带、节理发育、在地表以下仍埋藏矿体、矿体含软夹层的采场通常采取巷道方式收液效果会更好。如山脚或山腰出具裸露的基岩且沟谷中存在溪水、泉涌点或潮湿地的采场，此类采场的矿体具有一定封闭的天然底板赋存在潜水面之上，归为采矿工艺简单类型，可主要以集液沟辅助适当的导流孔形式收液。对复杂类型的采场除布设相应数量的巷道外，应在山脚开挖一条集液沟，深度至基岩或微风化层，宽度以采场注液区大小决定。集液沟外围需布设排洪沟，确保外围溪水不渗流进集液沟影响母液回收。

2.2 利用探井柱状图优化开采设计

由各探井柱状图绘制勘探范围内矿体横、纵剖面图（图1）。

图1 矿体剖面图

从矿体横纵剖面图及探井素描图分析采场工程地质构造及矿体渗透性、矿体底板构造，选定收液方式。矿体风化不完全、软夹层出现、渗透性差且矿层较厚的采场最好采取巷道方式收液；矿体薄、渗透性好且风化壳发育的最好采用导流孔方式收液；对山脊较宽且山腰矿体较薄的采场需要采用巷道与导流孔相结合方式收液。

浸矿过程中，随着注液强度提高，矿体浸润面不断上升，饱和区域增加，即浸矿软化范围增加，边坡稳定性系数减小。因此，浸矿过程中浸润面高度是控制边坡稳定性关键因素。表土层结构松散，上部分由亚粘土、亚砂土及腐植质组成。矿山通常以表土层的厚度及矿体厚度综合考虑注液井的深度，深度至矿体风化均一性较好基准面，一般见矿至1～1.5m。其优点是减少盲区、增加母液高峰期、提供回收率，同时也易于浸矿过程中浸润面高度控制，降低坍塌、滑坡风险。

矿体厚度对采用巷道或导流孔收液方式的选择至关重要，为了避免浸矿过程中巷道塌方、矿体浸泡不完全形成通道直流，注液区域内巷道上方的矿体厚度一般需在十几米以上，尤其是渗透性较好的矿体采用巷道收液更需一定厚度的矿层保证矿土浸泡完全不直接形成通道直流。

矿体埋藏深度、赋存特征、分布状况及山体走势，不仅决定注液工程设计:如注液方式（井、孔）、注液井（孔）深度、注液井（孔）布置密度等，而且也决定收液工程位置、高度、进深。采场收液工程布设既要不能过多的穿过无矿带又要确保所有注液区域资源得以全部引流回收。矿体厚度决定了注液顺序、注液量等。矿山在做开采设计时利用探井质料绘制出采场注、收液工程平面布置图（图2）及收液巷道剖面图，实际施工过程中由于山体地质构造因素需临时调整设计图纸，矿山需按照实际施工线路及进深绘制最终收液工程施工平面图，直观反映“人造假底”工程质量，尽量全覆盖注液区域，确保母液回收率，减少泄漏对环境产生影响。