離子型稀土礦生產勘探成果在原地浸礦開采設計中的應用

肖文剛，黃凱龍，朱健玲

（贛州稀土礦業有限公司，江西 贛州 341000）

淋積型稀土礦（離子型稀土礦）主要賦存中國南嶺五省的丘陵地帶，中國南嶺淋積型稀土的成礦過程表明，是一種以離子態的遷徙富集形成的次生礦床類型[1]，礦體賦存類型主要分為裸腳式、全覆式；礦區地質相對復雜，斷層、節理、裂隙均較發育；水文地質條件簡單，礦體基本賦存在地下潛水面以上，甚至出露于地表。為實現礦山綠色開采，提高母液回收率，減輕礦區環境影響壓力，一般都要在原地質部門提供的資料基礎上對采場進行補充生產勘探工作。礦山需根據原地浸礦開采工藝需要勘查清楚采場范圍內稀土儲量（級別達到122b以上）、礦體（含礦層）的粘土礦物含量、產狀、含水率、飽和含水率、滲透系數、礦體（含礦層）底板形態、底板以下半風化層及基巖的斷裂、裂隙發育狀況等開采技術條件，為開采設計提供扎實的基礎數據支撐。

1 礦山開展生產勘探工作的關鍵環節

筆者多年從事稀土礦山生產勘探與開采設計工作，現階段各稀土礦山由于技術力量缺乏，往往僅憑經驗開展勘探與開采設計工作。礦山生產勘探的主要目的停留在查清采場的資源情況，對礦體巖性變化、滲透率、含水率及采場水文、工程地質條件很少涉及，致使勘探與開采設計基本處于脫節狀態。

1.1 探井點位、取樣、編錄

離子型稀土一般以層狀或透鏡狀賦存于花崗巖、火山巖、混合巖風化殼中，層狀結構、呈面型或雞窩狀分布。風化殼離子型吸附性礦的探礦工程，進深（小圓井、淺井）是揭露礦體的主要手段，可配合使用少量的鉆孔了解基巖物質成分與礦床的關系[2]?？碧绞┕c定位非常重要，探井點位布設依山形走向、起伏條件、山體飽滿程度并結合注液區域現場設定。一般遵照20m×30m工程網度呈梅花狀布設，礦體連續條件下工程網度可適當放寬，礦體不連續條件下根據實際情況加密工程網度。在山脊兩側要有一定數量的探井位控制礦體邊界，摸清礦體邊界的具體位置、深度，為后期開采設計提供基礎數據。

遵照《稀土礦產地質勘查規范》要求開展取樣、編錄工作，從見礦開始取樣、每米取一個縮分均勻的綜合樣，每個綜合樣重量在1Kg。詳細編錄探井柱狀圖包括表土層厚度、每米礦層巖性、黏土含量、石英砂含量及顆粒大小、斷層情況、礦層底板土質松散度等。

1.2 采場水文地質調查

在采場（含礦層）山脊、山腰至山腳三個具代表性部位實施淺井工程，按《稀土礦產地質勘查規范》沿井壁刻槽取完整巖礦芯樣，塑料袋包裝，臘封裝筒，保證原狀物性不變，并盡快在車間測試其含水率、滲透率。

對勘探范圍內進行地質調查，重點調查有無明顯基巖裸露區、山腳及溝谷裸露裂隙、泉眼點、地表水徑流方向等。在現實中很難通過鉆孔取樣等方式獲取礦體中裂隙、破碎帶等地質構造，可以通過探井中礦體巖性變化情況分析勘探范圍內斷層、礦體風化產狀、礦體底板結構等礦體賦存特征。如無裸露基巖的采場可在山腳布設少量探井以了解潛水面或基巖區埋藏深度，便于后期收液工程設計。通過探井素描圖及現場調查情況對礦區水文地質內容進行補充。

1.3 儲量估算

采場生產儲量是原地浸析采礦設計時的重要資料之一，直接關系到采場注液量與投入電解質藥劑數量。離子型稀土礦資源儲量估算方法采用水平投影地質塊段法。

為了更準確的估算采場勘探儲量[3]，通常按山脊、山腰、山腳各區域內達邊界品位以上的工程井控制礦體圈定范圍，并分區估算資源儲量。

1.4 礦床工程地質類型的確定

勘探的最終成果用來確定礦床工藝地質類型，而礦床工程地質類型決定了礦體開采注、收液方式。礦床工程地質類型的劃分主要由礦體巖性、構造發育情況、邊坡穩定性、有無軟弱夾層、風化殼發育特征、礦石滲透性（含溶析速度）和礦體（含礦層）形態、規模、產狀及礦體的底板完整性等因素決定。而礦體（含礦層）底板下部的半風化層至微風化層、基巖的無礦段間距，構造裂隙發育程度情況及是否存在較完整的自然隔水底板等將直接決定收（集）液系統的選擇。坡度大小及有無軟弱夾層將決定礦體開采中防滑坡工程選擇。

對礦床工程地質條件簡單，在山腳或溝谷具有天然基巖底板出露的，一般采用集液溝方式收液；對礦床工程地質條件中等，無天然基巖底板出露的，一般采用巷道加導流孔的方式收液；對礦床工程地質條件復雜，也無天然基巖底板出露，坡度較大，構造發育，風化球較多等難采礦特征明顯時，建議暫緩開采。

2 生產勘探成果在開采設計中的應用

離子型稀土礦開采設計應根據生產勘探確定的工藝地質類型等地質資料和儲量作為設計依據。首先需根據生產勘探成果分析總結勘查區域內浸礦工藝地質類型，明確注、收液方式。簡單類型、復雜類型采用原地浸礦工藝開采，極復雜類型在目前工藝水平條件下建議暫不開采，如需壓覆搶救性回收資源建議采用堆浸工藝。本文主要針對可采用原地浸礦工藝地質類型進行分析勘探成果在開采設計上的應用。簡單類型主要采用在山腳開挖集液溝的方式進行收液，復雜類型通過巷道及密集導流孔形成人造假底，達到強制收液目的。

2.1 根據采場水文地質確定收液方式

水文地質成果為開采設計中注、收液系統的布局提供強有力的基礎支撐。丘陵地帶溝谷縱橫交錯，如山腳或者山腰無裸露的基巖等地質構造但溝谷中長期干枯沒有泉涌點等水系特征點出現可以預判為礦體底板構造復雜、封閉不嚴，此類采場歸為采礦工藝復雜類型。對山腳或山腰出具裸露的節理、斷層、破碎帶、礦體埋藏較深的采場歸為采礦工藝復雜類型。針對采礦工藝復雜類型采場需通過“人造假底”方式進行收液?！叭嗽旒俚住蹦康脑谟诜獾?、負壓、截流，改變浸礦液與礦體中離子吸附性稀土交換后浸出液的滲透路徑，使其組織地得以回收?！叭嗽旒俚住钡氖┕し绞綖橄锏?、密集導流孔兩種，對存在破碎帶、節理發育、在地表以下仍埋藏礦體、礦體含軟夾層的采場通常采取巷道方式收液效果會更好。如山腳或山腰出具裸露的基巖且溝谷中存在溪水、泉涌點或潮濕地的采場，此類采場的礦體具有一定封閉的天然底板賦存在潛水面之上，歸為采礦工藝簡單類型，可主要以集液溝輔助適當的導流孔形式收液。對復雜類型的采場除布設相應數量的巷道外，應在山腳開挖一條集液溝，深度至基巖或微風化層，寬度以采場注液區大小決定。集液溝外圍需布設排洪溝，確保外圍溪水不滲流進集液溝影響母液回收。

2.2 利用探井柱狀圖優化開采設計

由各探井柱狀圖繪制勘探范圍內礦體橫、縱剖面圖（圖1）。

圖1 礦體剖面圖

從礦體橫縱剖面圖及探井素描圖分析采場工程地質構造及礦體滲透性、礦體底板構造，選定收液方式。礦體風化不完全、軟夾層出現、滲透性差且礦層較厚的采場最好采取巷道方式收液；礦體薄、滲透性好且風化殼發育的最好采用導流孔方式收液；對山脊較寬且山腰礦體較薄的采場需要采用巷道與導流孔相結合方式收液。

浸礦過程中，隨著注液強度提高，礦體浸潤面不斷上升，飽和區域增加，即浸礦軟化范圍增加，邊坡穩定性系數減小。因此，浸礦過程中浸潤面高度是控制邊坡穩定性關鍵因素。表土層結構松散，上部分由亞粘土、亞砂土及腐植質組成。礦山通常以表土層的厚度及礦體厚度綜合考慮注液井的深度，深度至礦體風化均一性較好基準面，一般見礦至1～1.5m。其優點是減少盲區、增加母液高峰期、提供回收率，同時也易于浸礦過程中浸潤面高度控制，降低坍塌、滑坡風險。

礦體厚度對采用巷道或導流孔收液方式的選擇至關重要，為了避免浸礦過程中巷道塌方、礦體浸泡不完全形成通道直流，注液區域內巷道上方的礦體厚度一般需在十幾米以上，尤其是滲透性較好的礦體采用巷道收液更需一定厚度的礦層保證礦土浸泡完全不直接形成通道直流。

礦體埋藏深度、賦存特征、分布狀況及山體走勢，不僅決定注液工程設計:如注液方式（井、孔）、注液井（孔）深度、注液井（孔）布置密度等，而且也決定收液工程位置、高度、進深。采場收液工程布設既要不能過多的穿過無礦帶又要確保所有注液區域資源得以全部引流回收。礦體厚度決定了注液順序、注液量等。礦山在做開采設計時利用探井質料繪制出采場注、收液工程平面布置圖（圖2）及收液巷道剖面圖，實際施工過程中由于山體地質構造因素需臨時調整設計圖紙，礦山需按照實際施工線路及進深繪制最終收液工程施工平面圖，直觀反映“人造假底”工程質量，盡量全覆蓋注液區域，確保母液回收率，減少泄漏對環境產生影響。

圖2 注、收液系統工程平面布置圖

2.3 由礦石土方量預估注液量

所謂礦石土方量指收液系統水準面上方含稀土品位礦體方量與無礦帶方量總和。通常礦山以礦石土方量與注液量按1:0.33的比例關系估算采場所需注液量，礦體中含水率大的比例系數會適當縮小。準確估算注液量至關重要，既要保證浸礦過程中浸礦劑與礦體中稀土充分交換又要避免過量注液導致浪費。

3 結語

離子型稀土礦山動用礦塊生產勘探工作的開展需與開采設計工作相銜接，把控住關鍵點，尤其是礦體的底板構造、礦體的賦存特征及產狀分布、工程地質及水文地質條件，并將生產勘探成果真正地應用于開采設計上。