淮安盐矿蒋南块段开采技术试验研究

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  摘要:淮安盐矿蒋南块段位于淮安盐盆地、下关次凸的南侧,此次采用盐类矿石水溶性能实验室试验方法研究该区域中盐矿石的溶解性,为选择该盐矿的开采技术方法提供依据。
   关键词:淮安盐矿蒋南块段盐矿石溶解性
  Abstract: Huaian salt Jiangnan Block is located in Huaian salt Basin, used the salts ore water-soluble laboratory test methods to study the solubility of the salt ore in the region, to provide a basis for the selection of the salt mining techniques.
  Key words: Huaian salt Jiang Nan block; salt rock; solubility
   中图分类号: TS38文献标识码: A 文章编号:
  
  1、淮安盐矿蒋南块段地质概述
   蒋南块段位于淮安市楚州区东北侧,现采区南侧,行政区分别隶属于楚州区的淮城镇和城东乡。地理坐标:东经119°09′30″——119°11′00″,北纬33°30′00″——33°31′30″,面积约4.10km2。区内交通方便,有楚州至淮安、京沪高速、盐淮宿高速、淮安—扬州等多条公路经过。可通过公路和省市县及全国相连。京杭大运河、苏北灌溉总渠是本区的主要航道,常年通航,运河可通1000吨位的船只,水运北可至徐州、南至镇江等地。新长铁路也通过本区,已开始运营,在楚州有停靠站点,可和全国相连(见交通位置图)。块段中心点距楚州汽车站直线距离约2.5km,距淮安火车南站约15km。
  
  
  
   图1 交通位置图
   块段内根据钻井揭露的地层自下而上为白垩系上统浦口组、上第三系盐城群、第四系东台组。浦口组可分为三段,块段内钻遇浦三段和浦二段地层。浦二段(K2P2)据其特征划分为三个亚段,即上盐亚段、中淡化段和下盐亚段,其中浦口组二段上盐亚段为主要含盐地层。块段内的含盐系主要由碎屑岩、硫酸岩及石盐岩组成,结构类型上可分为:碎屑岩型:盐层顶、底板有粉砂岩、泥岩等组成。硫酸岩型:盐层顶、底板由硬石膏岩、钙芒硝岩组成。混合型:盐层顶、底板由以上两种混合类型岩石组成。上述三种结构类型的含盐系组成在Ⅲ、Ⅳ岩性组合内都有分布,但以碎屑岩型为主,混合型次之。
   蒋南块段位于淮安盐盆地、下关次凸的南侧,据下关块段勘探地质报告资料:“下关次凸(窿)脊线最高位置在安3井——淮钾2井之间,略靠淮钾2井一侧”。根据块段内4个钻孔所揭示地层变化资料表明,工作区内为一单斜构造,地层倾角3~10°,倾向SW,未见明显的折断现象,仅在安12井Ⅲ4盐群以下部分所见岩层产状变化较大,倾角局部大于60°,应为层间柔皱所致,未发现地层位移、缺失、重复现象。裂隙主要为近于垂直地层层面的一组裂隙,是成盐过程中所形成的干涸裂隙,其中常为次生盐及石膏等硫酸盐类充填,规模小,长度一般小于1米,宽度1~3cm,常出现在盐群顶底板岩层中。
   另据相邻的下关块段钻孔资料,张兴块段二维地震勘探报告资料及邻近的钻孔资料分析,进一步说明下关次凸隆起幅度不大,为一低缓的丘状隆起,褶皱构造简单,在蒋南块段局部表现为单斜构造。
  2、淮安盐矿蒋南块段矿石开采技术性能试验
   地下盐类矿床的开采,主要是利用盐类矿物的溶解性,进行水溶开采,蒋南块段石盐岩矿床也不例外,因此对石盐矿石的开采加工技术性能的研究,主要是通过各种不同的室内试验来了解矿石利用水溶法开采的可行性,为矿床开采提供设计依据。
   根据块段详查设计及有关规范,共采集试验样品6组,每组两块,每块长度20~30cm,采用钻孔全岩芯抽取,岩芯直径7cm,取样层位分别是块段内厚度大品位高最主要的Ⅲ9、Ⅲ8、Ⅲ7工业盐群,以及投资人计划最先开采的Ⅲ2盐群。试验样品分布在块段内四个详查钻孔的三个孔中,具有代表性。
   对所有所采样品分别进行侧溶蚀试验、上溶蚀试验及其配套的各项试验,并对上溶、侧溶后的残渣部分进行湿体重、湿体膨胀率、颗粒度分析、颗粒沉降速度以及卤水膨胀率、残渣含盐量进行测定。
  3、试验方法
   按照《盐类矿石分析规程》DZG93-08及《盐湖和盐类矿产地质勘查规范》DZ/T0212-2002 “盐类矿石水溶性能实验室试验方法及要求”进行。
  
  
  
   图2 试验流程图
  4、 试验结果分析
   一、矿石溶解试验样品基本数据测试表(表1)
   表1矿石溶解试验样品基本数据测试表
  
  
  
   说明:检测依据:《盐湖和盐类矿产地质勘察规范》(DZ/T0212-2002)
  
   二、側溶试验结果(表2)
   表2矿石溶解试验结果表
  
  
  
   说明:检测依据《盐湖和盐类矿产地质勘察规范》(DZ/T0212-2002)
  
   (1)溶蚀后试样的形状
   试样在溶解中不断有小块夹石沉落于溶器底部,当试样溶蚀到卤水达到饱和时,几乎不再被溶蚀。溶蚀后的岩盐试样可见:
   条带状岩盐试样被溶蚀后、条带状的夹石留于残留样中(照片)形成两个或两个以上溶腔。
   团块状岩盐试样被溶蚀后,其溶腔为大溶腔,无明显隔层,大块夹石留于残样中,小块夹石随溶蚀散落于容器中(照片)
   (2)侧溶溶蚀速度
   A、侧溶溶蚀速度随时间和卤水浓度变化情况
   a、条带状岩盐试样,最大溶蚀速度为3.684(mm/h)以溶5-1为例,20°Be′时为2.278 mm/h,24°Be′时为1.019 mm/h。数据说明侧溶溶蚀速度和溶蚀时间、卤水浓度有密切关系,当岩盐溶蚀到一定时间后、卤水浓度上升到20°Be′左右,溶蚀速度明显下降,卤水浓度越接近饱和,溶蚀的速度越慢,直至停止。
   b、团块状岩盐试样最大溶蚀速度达7.500 mm/h,以水溶6-1号样为例,5°Be′~10°Be′时为7.200~7.500 mm/h,,15°Be′时为6.000 mm/h,20°Be′时为5.063mm/h,24°Be′时为1.468 mm/h,数据同样可以说明:侧溶溶蚀速度和溶蚀时间、卤水浓度有密切关系,实验数据表明,不管是条带状岩盐还是团块状岩盐,侧溶溶蚀速度随时间和卤水浓度变化情况是相同的,不同的是团块状岩盐溶蚀速度比条带状岩盐快,更容易形成浓度高的卤水。
   B、卤水浓度与溶蚀上的变化规律(表3)
  表3侧溶试验溶蚀时间与卤水浓度变化一览表
  
  
  
   试验数据表明,试样溶蚀5个小时时卤水浓度为13.5~19.5°
   Be′,10小时时为21.5~23°Be′,15小时为22.5~24°Be′,试样溶蚀卤水浓度达24°Be′所需时间为15~35个小时,同时说明试验样卤水浓度达23°Be′左右,所需时间基本一致,从23°Be′至24°Be′的溶蚀时间,则和试验样品的NaCl含量有关,含量越高所需时间越短,含量越低,则所需时间越长,当含量为48%左右时,约需35个小时。
   C、侧溶角
   试样中夹石含量及分布情况对侧溶角的影响很大,如夹石出现在溶蚀面下面,分布杂乱,残渣覆盖覆盖侧溶角位置则无法测量,所做6个侧溶试样中仅侧得2个试样,最大侧溶角35°,最小为15°。
   上溶试验结果(表 2)
   6件上溶试样,经上溶试验均能通过溶蚀,使卤水达到饱和,但达到饱和浓度的溶蚀时间因石盐岩矿的构造形态的影响差别很大,团块状、块状石盐岩所需时间最快仅需23小时,而条带状的石盐岩需66小时以上,主要是因夹石与石盐岩互相间隔而产生的。
   溶解速度与卤水浓度的关系
   从验结果可以看出:上溶溶解速度随着卤水浓度的增加而降低。开始时溶解速度最快,当卤水浓度为5°Be′时,溶解最快,为2.279~5.452g/cm2•h,平均为3.396g/cm2•h。当卤水浓度达到10°Be′时溶解速度为1.043~2.685 g/cm2•h,平均为1.90 g/cm2•h,当卤水浓度15°Be′时,溶解速度为0.944~3.471 g/cm2•h,平均为1.674 g/cm2•h,当卤水浓度为20°Be′时,溶解速度为0.591~1.183 g/cm2•h,平均为0.894 g/cm2•h,当卤水浓度为24°Be′时,溶解速度仅0.080~0.396 g/cm2•h,平均为0.197 g/cm2•h。
   卤水浓度与溶蚀时间的变化规律(表 4)
   试验数据表明试样溶蚀5小时时,卤水浓度为13.5~19.5°
   Be′,10小时为20~21°Be′,15小时为21~22.5°Be′,20小时为22~23.2°Be′,试样卤水浓度达24°Be′,所需溶蚀时间为23~66小时。
   从表 4可以看出,石盐岩上溶卤水浓度与时间的变化规律是:开始阶段卤水浓度上升快、时间短(0~10小时),中间阶段卤水浓度上升较慢(10~20小时),当溶蚀时间达20小时,卤水浓度23°Be′左右以后,卤水浓度至饱和所需时间则和石盐岩矿石构造形态与NaCl含量有密切关系。
  
  表4上溶试验溶蚀时间与卤水浓度变化一览表
  
  
  
   水不溶物的物理性质
   残渣的物理性质包括残渣湿体重、湿体膨胀率、残渣颗粒度及残渣颗粒沉降速度(表 5、表 6)所有结果均为试样侧溶、上溶残渣经测试所取得。
   水不溶残渣湿体重为1.45~2.29 g/cm3,平均为1.91 g/cm3。
   水不溶残渣湿体膨胀率为3.802~17.49%,平均值为10.89%。
   水不溶残渣颗粒度小于0.1mm为1.07~31.31%,平均为17.31%,0.1~2.0mm为2.53~6.68%平均为4.58%,2~10mm为4.64~8.16%,平均为6.45%,大于10mm的为60.61~85.14%,平均为71.61%。
   残渣颗粒沉降速度(表 6)
   从试验数据可得出残渣颗粒沉降速度与卤水浓度成反比,与粒径成正比。
  
   表5水不溶残渣的物理性质及含盐量测定结果总表
  
  
  
   表6水不溶残渣颗粒沉降速度测定表
  
  
  
   卤水膨胀率
   试样中的岩盐溶解后,测得卤水在饱和时膨胀率为15.20~19.8%,平均为17.92%。
  据有关资料介绍成品盐溶解后卤水达到饱和时膨胀率为13.60%。试样中的卤水膨胀率比成品盐卤水的膨胀率大,可能是试样中的卤水中含有Na2SO4所致(图3)。
  
  
  
   图3 试验卤水膨胀率
   水不溶残渣含盐量分析结果(表5)
   从表中可见:水不溶残渣含盐量中NaCl含量为5.57~16.16%,平均10.52%,CaSO4(石膏)含量为10.59~30.03%,平均16.74%。
  5、 开采方法选择
   采用钻孔水采方法,按溶蚀的方式和采卤井组合可分为单井对流和双井(多井)连通。单井对流可分为普通单井对流与油垫单井对流,双井(多井)连通按其连通的方式又可分为自然连通和强制连通。由于本块段单盐层薄、埋藏深度较大、采用单井对流或自然连通必定建槽期长、产量低、生产效益上不去,而且自然连通的难度较大,因此考虑强制连通的方式。
   选择水采方法主要考虑到安全采矿,回采率较高、成熟稳定、技术上可行、经济上合理。目前强制连通的方式主要有压裂连通法和定向钻井连通法,压裂法在西部相邻的韩园块段、谢碾块段及井神公司都有成功经验。定向钻井联通法在井神公司下关块段取得成功,卤水浓度最高达310g/L,采卤量可达一对井60m3/h,因此项目申请设计开采方法全部采用双井水力压裂连通工艺,即一井注水,另一井返出高浓度卤水。按工程设计年产60万吨精制盐原卤量为:226万m3/年,6954 m3/日,290m3/小时。故矿山年采卤能力为271万m3原方卤水,8345 m3/日,348 m3/h,需矿井6对。
   參考文献:
   [1]全东来,《盐矿水溶开采最小安全开采深度分析方法初探》,中国井矿盐,2009年第2期[2]黄书城,《淮安盐矿朱桥东淮1井射孔采卤工艺技术总结》,中国井矿盐,1991年第2期
   第一作者简介:
   郑盛明(1981年─),男,2005年毕业于安徽理工大学,学士学位,现主要从事盐井地质勘探施工,地质灾害评估等。
  
  注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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