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摘要:湘衡盐矿于1969年建矿。矿山现共有两个采区,其中一采区已于1998年停采,目前主要开采的是二、三、四采区,经过多年的技术改造后,2017年的设计生产能力为:精制盐120万吨/年,精硝15万吨/年;同时也经过多年的开采,采区面临如下诸多方面的问题:采区溶腔大面积连通,形成较大的采空区;溶腔上部已接近顶板;卤水泄漏程度加剧等。本人从矿区自然地理环境、资源现状、水文地质及工程地质特征入手分析,针对矿区开采现状,结合国内外最新开采技术、方法及经验,对矿山后期开采提出了详细保护和建议。
关键词:衡阳盐矿区;矿产资源;开采建议
一、矿区自然地理和经济概况
衡阳的地理位置优越,交通优势突出,是沟通粤、桂、川、琼、滇、闽的必经之路,素有“九省通衢”之称。
湘衡盐矿位于衡阳市珠晖区,东外环路从矿区内经过,延接京珠、衡昆、吉邵高速公路。矿山南临衡北铁路编组站,已建成专线站台,产品可以从厂内直接输送站台,以减少短途运输和装卸费用。耒水设有茶山装运码头,锅炉用煤绝大部分以廉价水运进厂。因此,湘衡盐矿的交通运输条件得天独厚。
盐为高运输量低价位产品,运输费用的高低是决定产品价值的重要因素。衡阳是湖南中心,两广要冲,具有独特的区位优势。两广是盐资源短缺省份,却又是盐市场需求量大的省份。以广东为例,仅漂染行业年需盐总量在100万吨以上,何况还有广西和湖南半壁江山的市场。基于衡阳的区位优势,湖南省轻工集团总公司、湖南省轻工行业管理办公室2000年出台的“十五”计划和十年长期规划中提出了湖南北盐南移计划。
为此,利用衡阳的区位优势和交通运输优势,发展精制盐生产,切断湘北、湖北盐南下之路,战略上具有重要意义。
矿山具备的其它有利条件:
(1)供水
大源渡枢纽工程使湘江、耒水衡阳段水位稳定在48.0—50.4米标高。湘衡盐矿于耒水建有供水站,供水距离约1公里,日供水能力>1500立方,能满足目前生产和长远发展需要。
(2)供电
该矿山范围内设有茶山供电站,供电等级为110KV,可供容量63000KVA。湘衡盐矿的汽电联产工程,自备供电有余,并网调配使用。
(3)燃料
郴州、耒阳的无烟煤,资源丰富,运输方便,煤价适宜,能满足生产、发展所需。
(4)劳动力资源
湘衡盐矿现有员工1200余人。适应各岗位作业,搬运及临时用工就近富余劳动力解决。
二、矿区矿产资源概况
湘衡盐矿矿山位于茶山坳岩盐矿段中部,范围东起茶山镇政府,西与珠晖塔矿山毗邻,南临衡阳铁路编组站,北抵撞仙岭,为不规则长方形,大致呈东西方向展布,矿权范围面积4.0496Km2。地理坐标:
东经:112°39′46″——112°41′48″
北纬:26°55′57″——26°56′53″
核定:开采深度-174—-644米标高。
2005年8月衡阳市地质矿产综合服务中心根据省厅颁证矿山范围,提交了《湖南省衡阳盐矿区茶山坳岩盐矿段湘衡盐矿资源储量核实报告》,备案文号:湘国土资源储备字(2006)086号,截止2004年12月31日批准的资源储量为:保有资源储量岩盐主矿层 NaCl 77797.9万吨、Na2So4 20909.5万吨,岩盐副矿层 NaCl 3606.7万吨,钙芒硝矿层 Na2So4 6155.4万吨。按180万吨盐/年的生产规模,20%的礦区总的回采率,不考虑岩盐副矿层资源量,主矿层基础储量可服务79年,作为特大型盐矿山,资源量与生产规模大致适应。但从资源角度尚有扩大生产规模的潜力
三、矿区水文地质和工程地质条件
1、地表水
湘衡盐矿矿区南部为耒河、西部为湘江。大源渡枢纽工程使湘江、耒河水位常年稳定于48.00-50.40米标高。而矿区地处丘陵地区,丘顶标高82.2-118.5米、谷地标高57.00-69.20米,因此,地表水不影响矿山岩盐开采。
2、含水层与隔水层
根据钻孔揭露、简易水文观测和地表水文测量,将岩盐矿层上部自上而下划分为五个含水层和三个隔水层。
(1)、全新统砂卵石层孔隙水含水层(Ⅰ)
分布于矿段外侧之南部及西部,具二元结构:上部为耕植土、亚粘土;下部为砂卵层。最大厚度达28米,属潜水,受大气降水补充,与耒河、湘江水位联系密切。
(2)、基岩风化裂隙潜水含水层(Ⅱ)
位于矿段岩层上部,主要分布于谷地,即地表浅部风化裂隙发育地段。其岩性为粉砂质泥岩、泥岩,含水层一般埋藏于地表下30米以内,雨季可见泉水出露,流量一般小于0.3升/秒,旱季则涸。
(3)、上部泥灰岩、泥岩隔水层
由青灰色泥灰岩、紫红色泥岩及薄层长石石英细粉砂岩组成。岩石结构致密无裂隙、不透水。厚39.15米。
(4)、上部溶孔承压含水层(Ⅲ1)
主要为泥灰岩沿层面溶蚀及中细粒砂岩中裂隙发育所致。一般埋藏于地表以下50-100米。钻孔抽水试验,涌水量为0.148-0.4升/秒。
(5)、下部泥岩、泥灰岩隔水层
由青灰色泥灰岩、紫红色泥岩及少量砂岩组成。岩石结构致密,无裂隙,不透水。厚25.04米。
(6)、下部溶孔承压含水层(Ⅲ2)
为棕红色钙质泥岩。岩石中常见有溶蚀现象,钻进中冲洗液全被漏失。埋藏于地表100米以下,矿段内分布不均匀。
(7)、矿层顶板隔水层
由青灰色泥岩、泥灰岩及硫酸盐岩石组成。致密、无裂隙、不透水。厚97.75米。
(8)、盐(卤)水含水层(Ⅳ) 埋藏于岩盐主矿层的顶部与上硫酸盐带的接触部位。一般为深灰色含岩盐泥岩,岩石有明显的溶蚀现象。该含水层于矿段内普遍存在,局部还出现溶洞。
综上所述,根据含水层分布特征分析,本矿区Ⅰ含水层与Ⅱ含水层存在水力联系。Ⅱ含水层以下至岩盐矿层之间,隔水层与含水层相间分布,上下含水层之间没有水力联系。采卤井建井时使用技术套管和油井水泥固井,使地下水不能进入岩盐矿层。
因此,地下水不影响矿段岩盐开采。
3、工程地质条件
(1)、矿层顶板盖层及夹层岩性特征
A、盖层
近地表为紫红色泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、薄层灰色泥岩,因风化原因,垂直裂隙发育,岩石较破碎。
中部以青灰色泥岩、泥灰岩、泥质粉砂岩为主,夹灰色细砂岩、紫红色泥岩、粉砂岩,裂隙不发育。
下部为青灰色泥灰岩、紫红色泥岩和棕红色钙质泥岩,岩石结构致密,钙质泥岩有溶蚀现象。
中部和下部岩石,物理力学试验在干燥状态下,极限抗压强度值较高;但在饱和状态下,极限抗压强度值低。
B矿层顶板
矿层顶板为青灰色泥岩与硫酸盐岩石组成,稳固性较好,不透水。但该层与矿层过渡带为深灰色含岩盐泥岩,溶蚀现象明显,局部已形成溶洞,稳固性能较差
C夹层
主矿层矿石本身并非全为岩盐,常含粘土,夹薄层含盐泥岩,矿层内夹层多为硬石膏泥岩、钙芒硝泥岩或泥岩,厚为几十公分到数米不等。
(2)、岩石的稳固性
对岩盐夹层和矿层直接顶板未取物理性能测定样,参照盖层岩石测试结果,顶板过渡带层属极不坚实岩石;夹层为含硬石膏泥岩、含钙芒硝泥岩、含岩盐钙芒硝泥岩和泥岩,其主要成分为粘土矿物含部分可溶盐类矿物,易崩塌软化,属不坚实岩石,此类岩石于水采过程中随着溶腔的扩大、岩盐采空、加以水体动能作用失去稳固性平衡而塌落,压覆下伏岩盐矿层,是影响矿产回采率和井内事故的根源;矿层顶板为硫酸盐岩石夹泥岩,微密无裂隙,不透水,为顶板隔水层,岩石稳固性相对较好。
盖层岩石的极限抗压强度值于干燥状态下较高,于饱和状态下则低,说明岩石受水影响易于软化。因含水层与隔水层呈互层形势出现,建井采用高标号快凝油井水泥固井,可阻止岩层中水流串通,相应地保持岩层处于抗压强度值较高状态,以维持其自然稳固性。
4、开采技术条件
(1)、采矿权范围,主盐层顶板最小埋深-170m,底板最大埋深-644m。
(2)、主盐层的直接顶板为含膏钙芒硝岩,平均厚37m,该层的主要矿物成份为粘土质30~60%,石膏10~30%,钙芒硝20~40%,其它矿物<1%,抗压强度<30MPa,岩质松软,易碎,遇水易软化、膨胀,开采过程中不稳定,易产生顶板坍塌现象。
(3)、直接顶板含膏芒硝岩的上部为泥岩和粉砂质泥岩,抗压强度为30~60MPa,属半(次)坚硬岩石,但只能作为开采的间接顶板。
(4)、用钻孔水溶法深部开采一般对环境地质影响不大,但随着开采时间的增加,溶腔不断扩大,往往会引起顶板坍塌,造成冒卤和地面不均匀沉陷现象。本采区主盐层顶板埋深>350m,发生地面沉陷地质灾害的机率偏少。
(5)、矿石加工条件
钻孔中采出的是粗卤水,经管道送至卤水净化车间净化,脱硝而成精卤水,并回收工业Na2SO4(元明粉)。精卤水除制盐外可输至烧碱厂,采用“冷冻脱硝,全卤制碱”的生产工艺,制成目前的隔膜烧碱、液氯、盐酸、氯化石蠟等、PVC专用树脂和过氧化氢(双氧水)。回收率可达100%。
四、矿山开采现状
矿山开采为钻井水溶法,有单井对流采卤和双(多)井定向连通采卤两种方式。矿山一采区和二采区设于矿山范围中部,三采区设于矿山范围西部。至2008年底,采矿能力已达到180万吨/年。
矿山开采后的直接产品是NaCl卤水,从矿区采用管道输送至制盐厂区供作原料,生产最终产品为精制盐和芒硝。采出的卤水的主要有用成分是NaCl,伴生有用成份是Na2SO4,根据本矿区已有的开采经验,对合格卤水的指标为:NaCl平均290g/l。浓度≥22°Be′。;Na2SO4<20-25克/升;MgSO4<0.4-0.6克/升;CaSO4<1.5-1.8克/升。
一采区控采面积0.02km2,共有单井13口,建矿时开始开采,1998年全部停采。共动用NaCL储量674万吨,实际采出NaCL储量约141万吨,回采率20.93%。
二采区在一采区的北部,依卤井生产状态和储量动用情况被分成南区和北区。南区开采始于1990年,控采面积0.1133km2,NaCL储量2865万吨,Na2SO4储量约600万吨,共有单井26口,对接井1组4井。截止2005年底,二采区采出NaCL 约610万吨,基本上为南区矿量。现南区回采率已达到22%。估算南区最终回采率为25%。北区开采始于1994年,控制面积0.216km2,NaCL储量5459万吨,Na2SO4储量1321万吨,现有单井1口(已停采),对接井6对14井。尽管北区开采时间已达十年以上,但由于一直作为南区的辅助开采区,开采量很少。2005年后由于产能扩大,北区采卤量才大幅度提高,现北区出卤量约为300方/小时左右。
三采区于2008年底已投入生产,是30万吨纯碱盐化配套项目(一期)——60万吨盐硝联产环保技改工程新建的,位于二采区西部,两采区间隔400—500 m。三采区前期拟定面积0.99km2,含工业储量块段C—2和C—5,矿体平均厚度230m,NaCL平均品位45.6%,Na2SO4平均品位13.5%,NaCL储量 为2.5亿吨,Na2SO4 储量为0.76亿吨,现有对接井组4对,于2008年底全部投产,每对井组出卤量达到100方/小时左右。 经过多年的开采,湘衡盐化衡阳盐矿区主要面临如下不利现状:
1.老卤井泄漏严重
虽然一采区已封井,但封井质量不好,未能彻底堵死泄漏通道,致使二采区部分井组不能使用。而二采区的南区和北区即将重复这种现象:据南区周边污染情况看,现南区卤水泄漏量增加,且北区已有井组与南区连通。
2.溶腔规模大小、空间形态难以准确掌握
尽管湘衡盐矿水溶采盐近四十年,但井下溶腔从未被测量过。溶腔的大小、形态怎样,设计的保安矿柱是否还准确存在,井距或井组距的设计是否适合采区的地质情况等都不得而知。采区管理仅凭地面资料推测、估计感性而行。而有些方面如井组注水、出卤量等必须的计量仪表都还没有安装。
3.岩盐矿层上部的钙芒硝层因埋深250米左右(021--025线)。开采时安全系数较小。
4.一采区西南部品位较好的矿层因水文地质条件复杂而不能开采。
5.采区的资源回采率较底。
尽管湘衡盐矿采用了先进的定向连通钻井工艺,但受水溶采盐法本身的限制,采区总的回采率仍然较低。
五、后期矿山资源开采保护及建议
1、采区盖层厚度
尽管南区溶腔上部距岩盐矿层顶板还有55米左右的矿层可采。但由于采空区范围较大,且依据《湘衡盐矿技术标准》规定,盖层厚度须保持在300米以上,这样可防止因地面下沉等地质灾害造成的资源非正常损失。因此二采区南区卤井已分组定期停采并封井。第一批封井的卤井有24、25、28、32、33和34井。
2、二采区南区卤井管理
因40—49—41井组可能已与南区连通,南区西部靠近一采区的各注水单井如13、23和37等井已停止正压注水采卤。以防止与一采区连通致使南区全部停采而导致南区回采率较低,浪费资源。
3、创新钻井工艺
1992年湘衡盐矿与北京地勘研究所、湖南地勘局四一七队合作,成功实现了两井定向钻进连通的新工艺,为钻井水溶采盐法资源回采率的提高奠定了基础。
4、使用高强度耐腐蚀的建井管材
為避免出现一采区因套管腐蚀穿孔引起卤水泄漏,1998年以后的新井技术套管全部采用石油套管,固井水泥采用油井水泥,使用水泥固井车固井。而且表层套管深度深于潜水层底板。
5、进行地面沉降观测
2003年湘衡盐矿在一、二采区埋设地面沉降观测点并每年进行观测分析,以监测采区地面变动情况。
6、井下溶腔的测量
为准确了解地下溶腔的空间形态及规模,可与有关单位合作开展井下的溶腔测量。为采区井位、井数及保安矿柱的设计提供较准确的依据。
7、矿山开采的自动控制
因水溶采矿工序简单,设备操作全在地面,淡、卤水都靠管道输送等,这些都是水溶采盐自动控制化的有利条件。自动控制还可使各计量仪表配备到位,并得到采卤和输卤的主要参数,以全面、科学、准确掌控矿山开采。
参考文献:
[1]李正理 凌受卿. 湖南省衡阳盐矿区茶山坳盐矿段勘探报告. 湖南省地质局四一七队.1980.09.
[2]张生国. 湖南省衡阳盐矿区茶山坳岩盐矿段湘衡盐矿资源储量核实报告. 衡阳市地质矿产综合服务中心,2005.08.
[3]贺德军. 高精度点对点中靶引导系统在定向对接钻井施工的应用探析.湖南地学新进展. 2013年度NO.10期.
关键词:衡阳盐矿区;矿产资源;开采建议
一、矿区自然地理和经济概况
衡阳的地理位置优越,交通优势突出,是沟通粤、桂、川、琼、滇、闽的必经之路,素有“九省通衢”之称。
湘衡盐矿位于衡阳市珠晖区,东外环路从矿区内经过,延接京珠、衡昆、吉邵高速公路。矿山南临衡北铁路编组站,已建成专线站台,产品可以从厂内直接输送站台,以减少短途运输和装卸费用。耒水设有茶山装运码头,锅炉用煤绝大部分以廉价水运进厂。因此,湘衡盐矿的交通运输条件得天独厚。
盐为高运输量低价位产品,运输费用的高低是决定产品价值的重要因素。衡阳是湖南中心,两广要冲,具有独特的区位优势。两广是盐资源短缺省份,却又是盐市场需求量大的省份。以广东为例,仅漂染行业年需盐总量在100万吨以上,何况还有广西和湖南半壁江山的市场。基于衡阳的区位优势,湖南省轻工集团总公司、湖南省轻工行业管理办公室2000年出台的“十五”计划和十年长期规划中提出了湖南北盐南移计划。
为此,利用衡阳的区位优势和交通运输优势,发展精制盐生产,切断湘北、湖北盐南下之路,战略上具有重要意义。
矿山具备的其它有利条件:
(1)供水
大源渡枢纽工程使湘江、耒水衡阳段水位稳定在48.0—50.4米标高。湘衡盐矿于耒水建有供水站,供水距离约1公里,日供水能力>1500立方,能满足目前生产和长远发展需要。
(2)供电
该矿山范围内设有茶山供电站,供电等级为110KV,可供容量63000KVA。湘衡盐矿的汽电联产工程,自备供电有余,并网调配使用。
(3)燃料
郴州、耒阳的无烟煤,资源丰富,运输方便,煤价适宜,能满足生产、发展所需。
(4)劳动力资源
湘衡盐矿现有员工1200余人。适应各岗位作业,搬运及临时用工就近富余劳动力解决。
二、矿区矿产资源概况
湘衡盐矿矿山位于茶山坳岩盐矿段中部,范围东起茶山镇政府,西与珠晖塔矿山毗邻,南临衡阳铁路编组站,北抵撞仙岭,为不规则长方形,大致呈东西方向展布,矿权范围面积4.0496Km2。地理坐标:
东经:112°39′46″——112°41′48″
北纬:26°55′57″——26°56′53″
核定:开采深度-174—-644米标高。
2005年8月衡阳市地质矿产综合服务中心根据省厅颁证矿山范围,提交了《湖南省衡阳盐矿区茶山坳岩盐矿段湘衡盐矿资源储量核实报告》,备案文号:湘国土资源储备字(2006)086号,截止2004年12月31日批准的资源储量为:保有资源储量岩盐主矿层 NaCl 77797.9万吨、Na2So4 20909.5万吨,岩盐副矿层 NaCl 3606.7万吨,钙芒硝矿层 Na2So4 6155.4万吨。按180万吨盐/年的生产规模,20%的礦区总的回采率,不考虑岩盐副矿层资源量,主矿层基础储量可服务79年,作为特大型盐矿山,资源量与生产规模大致适应。但从资源角度尚有扩大生产规模的潜力
三、矿区水文地质和工程地质条件
1、地表水
湘衡盐矿矿区南部为耒河、西部为湘江。大源渡枢纽工程使湘江、耒河水位常年稳定于48.00-50.40米标高。而矿区地处丘陵地区,丘顶标高82.2-118.5米、谷地标高57.00-69.20米,因此,地表水不影响矿山岩盐开采。
2、含水层与隔水层
根据钻孔揭露、简易水文观测和地表水文测量,将岩盐矿层上部自上而下划分为五个含水层和三个隔水层。
(1)、全新统砂卵石层孔隙水含水层(Ⅰ)
分布于矿段外侧之南部及西部,具二元结构:上部为耕植土、亚粘土;下部为砂卵层。最大厚度达28米,属潜水,受大气降水补充,与耒河、湘江水位联系密切。
(2)、基岩风化裂隙潜水含水层(Ⅱ)
位于矿段岩层上部,主要分布于谷地,即地表浅部风化裂隙发育地段。其岩性为粉砂质泥岩、泥岩,含水层一般埋藏于地表下30米以内,雨季可见泉水出露,流量一般小于0.3升/秒,旱季则涸。
(3)、上部泥灰岩、泥岩隔水层
由青灰色泥灰岩、紫红色泥岩及薄层长石石英细粉砂岩组成。岩石结构致密无裂隙、不透水。厚39.15米。
(4)、上部溶孔承压含水层(Ⅲ1)
主要为泥灰岩沿层面溶蚀及中细粒砂岩中裂隙发育所致。一般埋藏于地表以下50-100米。钻孔抽水试验,涌水量为0.148-0.4升/秒。
(5)、下部泥岩、泥灰岩隔水层
由青灰色泥灰岩、紫红色泥岩及少量砂岩组成。岩石结构致密,无裂隙,不透水。厚25.04米。
(6)、下部溶孔承压含水层(Ⅲ2)
为棕红色钙质泥岩。岩石中常见有溶蚀现象,钻进中冲洗液全被漏失。埋藏于地表100米以下,矿段内分布不均匀。
(7)、矿层顶板隔水层
由青灰色泥岩、泥灰岩及硫酸盐岩石组成。致密、无裂隙、不透水。厚97.75米。
(8)、盐(卤)水含水层(Ⅳ) 埋藏于岩盐主矿层的顶部与上硫酸盐带的接触部位。一般为深灰色含岩盐泥岩,岩石有明显的溶蚀现象。该含水层于矿段内普遍存在,局部还出现溶洞。
综上所述,根据含水层分布特征分析,本矿区Ⅰ含水层与Ⅱ含水层存在水力联系。Ⅱ含水层以下至岩盐矿层之间,隔水层与含水层相间分布,上下含水层之间没有水力联系。采卤井建井时使用技术套管和油井水泥固井,使地下水不能进入岩盐矿层。
因此,地下水不影响矿段岩盐开采。
3、工程地质条件
(1)、矿层顶板盖层及夹层岩性特征
A、盖层
近地表为紫红色泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、薄层灰色泥岩,因风化原因,垂直裂隙发育,岩石较破碎。
中部以青灰色泥岩、泥灰岩、泥质粉砂岩为主,夹灰色细砂岩、紫红色泥岩、粉砂岩,裂隙不发育。
下部为青灰色泥灰岩、紫红色泥岩和棕红色钙质泥岩,岩石结构致密,钙质泥岩有溶蚀现象。
中部和下部岩石,物理力学试验在干燥状态下,极限抗压强度值较高;但在饱和状态下,极限抗压强度值低。
B矿层顶板
矿层顶板为青灰色泥岩与硫酸盐岩石组成,稳固性较好,不透水。但该层与矿层过渡带为深灰色含岩盐泥岩,溶蚀现象明显,局部已形成溶洞,稳固性能较差
C夹层
主矿层矿石本身并非全为岩盐,常含粘土,夹薄层含盐泥岩,矿层内夹层多为硬石膏泥岩、钙芒硝泥岩或泥岩,厚为几十公分到数米不等。
(2)、岩石的稳固性
对岩盐夹层和矿层直接顶板未取物理性能测定样,参照盖层岩石测试结果,顶板过渡带层属极不坚实岩石;夹层为含硬石膏泥岩、含钙芒硝泥岩、含岩盐钙芒硝泥岩和泥岩,其主要成分为粘土矿物含部分可溶盐类矿物,易崩塌软化,属不坚实岩石,此类岩石于水采过程中随着溶腔的扩大、岩盐采空、加以水体动能作用失去稳固性平衡而塌落,压覆下伏岩盐矿层,是影响矿产回采率和井内事故的根源;矿层顶板为硫酸盐岩石夹泥岩,微密无裂隙,不透水,为顶板隔水层,岩石稳固性相对较好。
盖层岩石的极限抗压强度值于干燥状态下较高,于饱和状态下则低,说明岩石受水影响易于软化。因含水层与隔水层呈互层形势出现,建井采用高标号快凝油井水泥固井,可阻止岩层中水流串通,相应地保持岩层处于抗压强度值较高状态,以维持其自然稳固性。
4、开采技术条件
(1)、采矿权范围,主盐层顶板最小埋深-170m,底板最大埋深-644m。
(2)、主盐层的直接顶板为含膏钙芒硝岩,平均厚37m,该层的主要矿物成份为粘土质30~60%,石膏10~30%,钙芒硝20~40%,其它矿物<1%,抗压强度<30MPa,岩质松软,易碎,遇水易软化、膨胀,开采过程中不稳定,易产生顶板坍塌现象。
(3)、直接顶板含膏芒硝岩的上部为泥岩和粉砂质泥岩,抗压强度为30~60MPa,属半(次)坚硬岩石,但只能作为开采的间接顶板。
(4)、用钻孔水溶法深部开采一般对环境地质影响不大,但随着开采时间的增加,溶腔不断扩大,往往会引起顶板坍塌,造成冒卤和地面不均匀沉陷现象。本采区主盐层顶板埋深>350m,发生地面沉陷地质灾害的机率偏少。
(5)、矿石加工条件
钻孔中采出的是粗卤水,经管道送至卤水净化车间净化,脱硝而成精卤水,并回收工业Na2SO4(元明粉)。精卤水除制盐外可输至烧碱厂,采用“冷冻脱硝,全卤制碱”的生产工艺,制成目前的隔膜烧碱、液氯、盐酸、氯化石蠟等、PVC专用树脂和过氧化氢(双氧水)。回收率可达100%。
四、矿山开采现状
矿山开采为钻井水溶法,有单井对流采卤和双(多)井定向连通采卤两种方式。矿山一采区和二采区设于矿山范围中部,三采区设于矿山范围西部。至2008年底,采矿能力已达到180万吨/年。
矿山开采后的直接产品是NaCl卤水,从矿区采用管道输送至制盐厂区供作原料,生产最终产品为精制盐和芒硝。采出的卤水的主要有用成分是NaCl,伴生有用成份是Na2SO4,根据本矿区已有的开采经验,对合格卤水的指标为:NaCl平均290g/l。浓度≥22°Be′。;Na2SO4<20-25克/升;MgSO4<0.4-0.6克/升;CaSO4<1.5-1.8克/升。
一采区控采面积0.02km2,共有单井13口,建矿时开始开采,1998年全部停采。共动用NaCL储量674万吨,实际采出NaCL储量约141万吨,回采率20.93%。
二采区在一采区的北部,依卤井生产状态和储量动用情况被分成南区和北区。南区开采始于1990年,控采面积0.1133km2,NaCL储量2865万吨,Na2SO4储量约600万吨,共有单井26口,对接井1组4井。截止2005年底,二采区采出NaCL 约610万吨,基本上为南区矿量。现南区回采率已达到22%。估算南区最终回采率为25%。北区开采始于1994年,控制面积0.216km2,NaCL储量5459万吨,Na2SO4储量1321万吨,现有单井1口(已停采),对接井6对14井。尽管北区开采时间已达十年以上,但由于一直作为南区的辅助开采区,开采量很少。2005年后由于产能扩大,北区采卤量才大幅度提高,现北区出卤量约为300方/小时左右。
三采区于2008年底已投入生产,是30万吨纯碱盐化配套项目(一期)——60万吨盐硝联产环保技改工程新建的,位于二采区西部,两采区间隔400—500 m。三采区前期拟定面积0.99km2,含工业储量块段C—2和C—5,矿体平均厚度230m,NaCL平均品位45.6%,Na2SO4平均品位13.5%,NaCL储量 为2.5亿吨,Na2SO4 储量为0.76亿吨,现有对接井组4对,于2008年底全部投产,每对井组出卤量达到100方/小时左右。 经过多年的开采,湘衡盐化衡阳盐矿区主要面临如下不利现状:
1.老卤井泄漏严重
虽然一采区已封井,但封井质量不好,未能彻底堵死泄漏通道,致使二采区部分井组不能使用。而二采区的南区和北区即将重复这种现象:据南区周边污染情况看,现南区卤水泄漏量增加,且北区已有井组与南区连通。
2.溶腔规模大小、空间形态难以准确掌握
尽管湘衡盐矿水溶采盐近四十年,但井下溶腔从未被测量过。溶腔的大小、形态怎样,设计的保安矿柱是否还准确存在,井距或井组距的设计是否适合采区的地质情况等都不得而知。采区管理仅凭地面资料推测、估计感性而行。而有些方面如井组注水、出卤量等必须的计量仪表都还没有安装。
3.岩盐矿层上部的钙芒硝层因埋深250米左右(021--025线)。开采时安全系数较小。
4.一采区西南部品位较好的矿层因水文地质条件复杂而不能开采。
5.采区的资源回采率较底。
尽管湘衡盐矿采用了先进的定向连通钻井工艺,但受水溶采盐法本身的限制,采区总的回采率仍然较低。
五、后期矿山资源开采保护及建议
1、采区盖层厚度
尽管南区溶腔上部距岩盐矿层顶板还有55米左右的矿层可采。但由于采空区范围较大,且依据《湘衡盐矿技术标准》规定,盖层厚度须保持在300米以上,这样可防止因地面下沉等地质灾害造成的资源非正常损失。因此二采区南区卤井已分组定期停采并封井。第一批封井的卤井有24、25、28、32、33和34井。
2、二采区南区卤井管理
因40—49—41井组可能已与南区连通,南区西部靠近一采区的各注水单井如13、23和37等井已停止正压注水采卤。以防止与一采区连通致使南区全部停采而导致南区回采率较低,浪费资源。
3、创新钻井工艺
1992年湘衡盐矿与北京地勘研究所、湖南地勘局四一七队合作,成功实现了两井定向钻进连通的新工艺,为钻井水溶采盐法资源回采率的提高奠定了基础。
4、使用高强度耐腐蚀的建井管材
為避免出现一采区因套管腐蚀穿孔引起卤水泄漏,1998年以后的新井技术套管全部采用石油套管,固井水泥采用油井水泥,使用水泥固井车固井。而且表层套管深度深于潜水层底板。
5、进行地面沉降观测
2003年湘衡盐矿在一、二采区埋设地面沉降观测点并每年进行观测分析,以监测采区地面变动情况。
6、井下溶腔的测量
为准确了解地下溶腔的空间形态及规模,可与有关单位合作开展井下的溶腔测量。为采区井位、井数及保安矿柱的设计提供较准确的依据。
7、矿山开采的自动控制
因水溶采矿工序简单,设备操作全在地面,淡、卤水都靠管道输送等,这些都是水溶采盐自动控制化的有利条件。自动控制还可使各计量仪表配备到位,并得到采卤和输卤的主要参数,以全面、科学、准确掌控矿山开采。
参考文献:
[1]李正理 凌受卿. 湖南省衡阳盐矿区茶山坳盐矿段勘探报告. 湖南省地质局四一七队.1980.09.
[2]张生国. 湖南省衡阳盐矿区茶山坳岩盐矿段湘衡盐矿资源储量核实报告. 衡阳市地质矿产综合服务中心,2005.08.
[3]贺德军. 高精度点对点中靶引导系统在定向对接钻井施工的应用探析.湖南地学新进展. 2013年度NO.10期.