缓倾斜铀矿体原地爆破浸出探索性研究.pdf

第3 2 卷第2 期 2 0 1 2 年0 4 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G l N E E R I N G V 0 1 ．3 2 №2 A p r i l2 0 1 2 缓倾斜铀矿体原地爆破浸出探索性研究① 王小波，李广悦，钟永明，黄伟，冯春林 南华大学城市建设学院，湖南衡阳4 2 1 0 0 1 摘要为了解决缓倾斜铀矿床原地爆破浸出开采中的爆破筑堆和均匀性浸出问题，采用上向扇形深孔分段微差挤压爆破落矿筑 堆技术、分段水平钻孔布液和泡浸浸出工艺以及巷道集液方法，在某矿床进行了原地爆破浸出采铀工业性试验。试验研究取得了 初步成功。对缓倾斜低品位铀矿床的开发利用有一定的借鉴作用。 关键词缓倾斜铀矿体；铀矿；原地爆破浸出；筑堆；布液浸出；集液 中图分类号T D 8 5 3文献标识码A 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 2 0 0 2 6 0 4 E x p l o r a t i o no nt h eI n - s i t uL e a c h i n go fU r a n i u mf r o m F l a t - d i p p i n gO r eB o d i e sa f t e rS t o p eB l a s t i n g W A N GX i a o - b o ，L IG u a n g - y u e ，Z H O N GY o n g m i n g ，H U A N GW e i ，F E N GC h u n l i n S c h o o lo fU r b a nC o n s t r u c t i o n ，U n i v e r s 渺o fS o u t hC h i n a ，H e n g y a n g4 2 1 0 0 1 ，H u n a n ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt oo b t a i nad e s i r a b l em u c k - p i l ef o r m a t i o nb ys t o p eb l a s t i n gf o ri n - - s i t ul e a c h i n ga n dm o r eu n i f o r m l e a c h i n gr a t eo fu r a n i u mf r o mf l a t d i p p i n go r eb o d i e s ．s o m ec o m m e r c i a lt e s t sw e r ec a r r i e do u to nt h ei n s i t ul e a c h i n go f u r a n i u ma f t e rs t o p eb l a s t i n gi nam i n eb yu s i n gt h ef o l l o w i n gm e t h o d sa n dt e c h n o l o g i e s ，i n c l u d i n gm u c k p i l ef o r m a t i o nb y u p w a r dd e e p h o l es e c t o rm i l l i s e c o n dc o m p r e s s i o nb l a s t i n g ，p u m p i n gl e a c h a t es o l u t i o ni n t oo r eb o d i e sv i as u b l e v e lh o r i z o n t a lb o r e h o l e s ，i n f u s i o nl e a c h i n ga n dl e a c h a t ec o l l e c t i o ni nh e a d i n g s ．T h es u c c e s s f u lp r e l i m i n a r ys t u d yr e s u l t sf r o mt h o s e t e s t sc a nb et a k e na sr e f e r e n c ef o rf u r t h e re x p l o i t a t i o na n du t i l i z a t i o no ff i a t - d i p p i n ga n dl o w - g r a d eu r a n i u mo r eb o d i e s ． K e yw o r d s f i a t - d i p p i n gu r a n i u mo r eb o d y ；u r a n i u mo r e ；i n - s i t ul e a c h i n ga f t e rb l a s t i n g ；m u c k p i l ef o r m a t i o n ；p u m p i n g 1 e a c h a t es o l u t i o na n dl e a c h i n g l e a c h a t ec o l l e c t i o n 原地爆破浸出采铀技术以其高效、低成本、安全、 环保的特点，目前已在铀矿开采的试验研究上取得了 一系列科研成果，并得到推广应用。但先前的技术研 究和应用大都是针对急倾斜铀矿床进行的。2J 。我国 铀矿资源的总体特点是矿床类型较多，矿体赋存条件 多样，资源分散，矿床规模较小，除了急倾斜矿体外，还 有占相当比例的缓倾斜矿体。对于缓倾斜矿体，由于 存在按通常做法难以解决的技术问题而处于试验与应 用空白，主要的影响因素为如何高效地进行爆破筑堆， 如何使矿堆达到均匀性浸出，这些问题在一定程度上 限制了原地爆破浸出技术和应用范围的拓展。随着矿 床开采品位的逐年降低、开采深度的增大，常规采矿成 本随之增高，寻求低品位缓倾斜矿体矿石的回收利用 途径已逐渐呈现其重要性。根据原地爆破浸出技术原 理、实践经验和矿床的矿岩条件，进行缓倾斜铀矿床的 原地爆破浸出探索性试验，不失为开采该类矿床低品 位矿石的有益尝试。 l 矿床地质概述 某矿床为火山岩型中低温热液铀矿床。矿化主要 在绿色层下盘。即矿化受岩层控制，含矿层与构造裂 隙有关，绿色层起覆盖作用。 矿床含矿层有3 层，目前可行性研究的开采矿层 为第三矿层。第三矿层的矿体产状与岩层产状基本一 致，走向N F A O 。、倾向N W 3 1 8 。、矿体倾角2 5 。一3 0 0 ，矿 体厚度2 ～1 7m ，平均1 2m ，走向长度9 0 ～2 2 0m 。 矿床矿石为酸性冲酸性铀矿石，主要为沥青铀 矿，以显微浸染状、细脉状、网状和球粒状的集合产出， 适于酸法浸出。 矿石性质为流纹岩，致密、坚硬、性脆，f 8 ～1 2 ， 密度2 ．4 7t ／m 3 ，松散系数1 ．5 ，渗透系数0 ．0 0 5 3m ／d 。 围岩为熔凝灰岩，岩性较软，由于水云母化，具有 ①收稿日期2 0 1 1 1 0 1 0 作者简介王小波 1 9 6 5 一 ，男，四川西充人，高级工程师，从事原地爆破浸出采铀工艺、充填采矿工艺研究。 万方数据 第2 期王小波等缓倾斜铀矿体原地爆破浸出探索性研究 可塑性，不透水、不透气。 2 试验采场选择及规模确定 试验采场的选择应尽量少掘采切工程、节省试采 开支和不影响矿山正常生产，同时其规模应具有代表 性，按经验确定试验规模为矿石质量30 0 0t 左右。根 据矿床目前的生产开拓现状，3 5m 阶段的开拓工程及 个别采场的采切工程较完善，故将试采水平确定为3 5 m 阶段，选择8 2 4 采场西端一6 2 8 ～一6 4 ”线之间长6 m 的块段作为试采采场。 8 2 ’采场原设计采用上向水平分层于式充填法， 已完成了部分采切工程，6 0m 中段运输主巷通过6 “穿 脉和1 0 。穿脉和采场相通，并有无轨斜坡道通达采场， 在一6 4 4 线和一6 0 4 线附近掘进了6 8 上山和1 0 4 上山至 3 5m 中段，采场底部已形成高3 ．5m 的拉底空间。 3 爆破筑堆工艺 3 ．1 原地爆破浸出采铀工艺流程 工艺流程为采准切割一深孔凿岩一爆破落矿筑 堆一布液浸出一浸出液收集．离子交换回收铀_ 采场 尾渣处理。 3 ．2 爆破落矿筑堆方法 由矿岩条件、拟定的爆破筑堆效果指标 矿石块 度小于1 5 0m m 的产率不低于7 5 ％ 和大块矿石浸出 条件试验数据，试采矿段的爆破筑堆设计采用垂向切 割槽分段小补偿空间一次微差挤压爆破方案。将采场 沿阶段高度划分为两个分段，在每个分段施工凿岩平 巷和切割天井 切割槽 。平行切割天井钻凿上向扇 形排面深孔和平行拉槽孑L ，以切割天井和凿岩平巷为 爆破筑堆补偿空间，以切割槽和上部矿堆为爆破指向， 实行分段一次微差挤压爆破落矿筑堆。 3 ．3 采切工程 3 ．3 ．1 采场构成要素试验采场构成要素见表1 。 表1 试验采场构成要素 阶段高度4 4 m 分段 5 2m 分段 底柱 拉底空间 ／m／m ／m／m／m 2 5885 ．53 ．5 3 5 ．0 6 0 ．0 4 4 ．0 5 2 ．0 5 2 ．0 6 0 ．0 3 8 ．5 4 4 ．0 3 5 ．0 3 8 ．5 3 ．3 ．2 采切工程布置采准切割布置示意如图1 所 示。由于未构筑混凝土假底，为了下阶段开采而预留 5 ．5m 高的底柱 标高3 8 ．5 ～4 4 ．0m 。试验矿段倾 角2 6 0 ，平均厚度7 ．1m 水平厚度1 4 ．2m ，高度1 61 3 1 标高4 4 ．0 ～6 0 ．0m ，通过试验采场附近的6 8 脉外上 山，在4 41 1 3 和5 2m 标高处掘进分段联络巷、脉内凿岩 平巷、切割平巷及天井，分段高度8m ，结合6 0r a 和3 5 m 阶段已有工程，形成试验采场必需的井巷工程。 砷 5 2 4 4 3 5 3 5 ＼嵫 上 ＼ | ⋯ 山 ，5 1 ．，6 ＼＼ l 刁穿脉 图1 采准切割布置示意 1 矿堆；2 扇形炮孔；3 凿岩平巷；4 低柱；5 切割井 6 切割平巷；7 集液池 3 ．3 ．3附产矿石的处理在采切工程布置的设计阶 段既应考虑到筑堆的需要，又要结合生产探矿的要求， 尤其是爆破补偿空间的分配要基本合理，以利于爆破 的实施；生产探矿要较精确地圈定矿体边界及轮廓线， 为爆破设计提供依据。采场切顶、脉内凿岩平巷及切 割井巷的顺采矿石质量6 9 7t ，拟采用地表堆浸工艺对 其进行处理。 3 ．3 ．4 爆破补偿空间系数爆破补偿空间系数K 为 K 毕 1 y 实 式中晦为爆破矿岩实体体积，m 3 ；％为已有空间体 积，m 3 。 经计算爆破补偿空间系数K 为1 ．2 4 。 3 ．4 凿岩施工 严格按照爆破设计炮孔布置所给定的座标、方位、 倾角进行凿岩施工。共施工切割孔6 5 个，总延米深度 4 8 7 ．9m ，崩矿孔1 0 3 个，总延米深度8 7 4 ．4m ，合计延 米深度13 6 2 ．3m ，每米炮孔崩矿量2 ．5 3t 。 3 ．5 爆破施工 主要凿岩爆破参数 炸药单耗g 1 ．5 0k ∥1 1 1 _ 3 。 最小抵抗线埘 1 ．1m 。 孑L 底距o 1 ．7 5m 。 排距b 形 1 ．1m 。 炮孔直径d 6 5m m 。 孑L 口堵塞长度L 0 ．7 5 W ，计算得L 0 ．9m 。 切割槽凿岩爆破参数 炸药单耗q 2 ．7k s ／m ’。 排距b 0 ．8m 。 孔距Ⅱ 1 ．6I l l 。 炮孔直径d 6 5m m 。 采用非电复式起爆系统、孔内延时。孔内全长敷 设导爆索、单发雷管。网络连接形式为同段孔内导爆 万方数据 矿冶1 二程第3 2 卷 索三角联结，导爆管一主传爆导爆索一火管雷管。 主要爆破器材选择见表2 。 表2 主要爆破器材 沿切割槽往采场边界顺序起爆，设计非电雷管为 7 段，延时2 5 ～1 5 0m s ，段间精度误差1 0m s 。 3 ．6 采场通风 装药施工期间。采用局扇对作业面加强通风，以保 证施工的通风安全。爆破后，立即开启主扇进行通风， 连续通风时间不小于3h ，经检查确认安全后才允许爆 破作业人员进入爆破作业地点。 3 ．7 贫化损失 由于表外矿石混入较多，品位较低，经计算贫化率 为1 2 ％，矿石损失率为2 ．6 ％。 3 ．8 爆破落矿筑堆效果评价 采场实际筑堆矿石质量31 1 1t ，品位0 ．0 8 6 ％，铀 质量2 ．6 4 4t 。为检测筑堆效果，分别在4 4 ，5 2 和6 0m 3 个水平取样进行筛分，筛分结果见表3 。 表3 爆破落矿筑堆矿石块度筛分结果 由表3 可知矿堆一1 5 0m m 粒级矿石产率为 7 6 ．6 3 ％，各粒级矿石产率分布较合理，达到了预期的爆 破筑堆指标，这表明爆破落矿筑堆工艺试验是成功的。 4 采场矿堆浸出工艺 对于一个预先爆破形成的地下待浸矿堆，其空间 形态、结构便确定了，只能采取经济合理、技术可行的 布液方式来保证均匀浸出，根据该缓倾斜待浸矿堆条 件 倾角2 6 。、高度1 6m 和需探索的技术问题，在浸出 方式上考虑按先后顺序，分别采用堆内分段水平钻孔 布液和泡浸浸出方案，以探索各自的技术特点和适 用性。 4 ．1 分段水平钻孔布液“ 。4 0 为了减少布液工程量，决定不另开布液巷，而从 6 。上山向矿堆进行分段水平钻孔布液。将矿堆沿垂高 划分为4 个布液水平，分段高度为4m ，即矿堆上部爆 破筑堆切顶空间的6 0m 水平和中部的5 6 ，5 2 ，4 8m 水 平。6 0m 水平采用喷淋布液，其余水平采用钻孔布 液，布液强度均为1 5 ～2 5L ／ I n 2 h ，布液孔呈扇形 水平排面布置，孔底距2m ，排面倾角为下向5 。，采用 特制的专用钻具施工，由6 4 上山穿过围岩进入松散矿 堆钻进至设计位置，并安装布液管 2 5i 1 1 1 1 1 2 ．5m m 的聚乙烯管 ，布液点的网度为2m 1m 。浸出工艺 流程见图2 。 图2 浸出工艺流程示意 I 配液池；2 输液主管；3 输液分管；4 溶液分配器 5 分渡管；6 布液管；7 待浸矿堆；8 集液池 初期采用连续布液，后期采用间歇布液。历经7 7 d ，其中由于某些原因以及问歇调整停止布液3 5d ，实 际布液4 2d ，浸出铀0 ．4 8 4t ，浸出率仅1 8 ．2 6 ％，而浸 出液铀浓度已降至1 5 0m g ／L 左右，可见效果很不理 想。究其原因，是因为在松散矿堆中的布液孑L 施工工 艺技术难度较大，多数布液孔的施工未能达到设计要 求的深度，致使矿堆上盘存在大量浸出死角。因此决 定停止钻孔布液，采取泡浸浸出方式。 4 ．2 泡浸浸出 首先对与采场相连的上下分段凿岩平巷进行封 堵，并在下分段封堵墙预埋出液管，达到养护期后由上 部6 0m 水平注液直至矿堆饱和，浸泡一定时间由出液 管放出浸出液，然后再补充溶浸剂。上分段凿岩平巷 由于封堵质量问题，漏液较严重，因此决定只对下分段 矿堆进行泡浸浸出试验。该分段矿堆矿量l8 0 0t ，泡 浸9 2d ，泡浸循环时间为2 ～4d ，布液量3 4 5 0m 3 ，回收 万方数据 第2 期王小波等缓倾斜铀矿体原地爆破浸出探索性研究 33 7 1m 3 ，浸出液回收率达到9 7 ．7 1 ％。泡浸期间浸出液 铀浓度变化幅度不大，近一半的时间维持在0 ．2 8g ／L 左右，泡浸浸出铀0 ．5 8 1t ，加上钻孔布液浸出的0 ．2 7 9t 按续浸矿量计 ，续浸矿堆段合计浸出铀0 ．8 6t ，液计 浸出率为5 6 ．2 1 ％。后由于影响其它采场采矿生产，暂 停试验。根据上述浸出结果，可以确定泡浸是解决该矿 床缓倾斜矿体布液浸出问题的方法之一，其水文地质条 件满足泡浸所需的采场围岩隔水性好的要求。 4 ．3 集液 浸出液经4 41 1 1 水平凿岩平巷汇集至6 。上山，再 由6 4 上山导流至集液池。集液池设置在3 5m 中段6 。 穿脉巷内，容积为5 0n 1 3 。采用分段方式提升浸出液， 将3 5m 中段集液池内的浸出液输送到6 0m 中段；再 从6 0I T I 中段输送到地表中转计量池；经计量、取样分 析后转送到铀回收车间贮液池。最后通过离子交换系 统回收铀。 5 结语 1 在缓倾斜铀矿体中采取上向扇形深孔分段微 差挤压爆破落矿筑堆技术是可行的，深孔落矿的优点 是落矿强度大、效率高、安全性好，且药量集中，采用微 差挤压爆破可促使矿石内部微裂隙的扩张发育，有利 于矿石尤其是较大块矿石的浸出。 2 由于受松散矿堆中布液孔施工工艺技术的限 制，分段水平钻孔布液会使矿堆上盘留下大量浸出死 角，必要时可在矿堆上盘适当位置沿矿体走向施工布 液巷，对矿堆上盘进行钻孔布液。在矿床水文地质条 件满足泡浸所需的条件时，泡浸浸出是解决缓倾斜矿 体布液浸出问题的有效途径。 3 采取采场矿堆底部巷道集液方法，充分利用了 原有巷道工程，节省了建造集液池的工程量和费用。 浸出液经天井导流全部汇流到集液池，该集液方法简 易可行。试验期间的监测结果表明，没有发现浸出液 跑漏现象，集液方法是成功的。 4 该矿床原地爆破浸出采铀技术试验研究取得 成功，为低品位缓倾斜铀矿床的开发利用和生产建设 提供了依据和技术支持。 参考文献 [ 1 ] 全爱围，李羽，寇子顺，等赣南某铀矿原地爆破浸出采铀试验 研究[ J ] ．铀矿冶，2 0 0 3 ，2 2 4 1 6 9 1 7 3 ． [ 2 ] 钟永明，谢国森，李秦，等．低品位薄矿体原地爆破浸出采铀研 究[ J ] ．矿冶，2 0 0 4 ，1 3 1 3 0 3 2 ． [ 3 ]王小波，李广悦，谢国森，等．微灌技术在原地爆破浸出钻孔布液 中的研究与应用[ J ] ．矿冶工程，2 0 0 4 ，2 4 2 1 6 1 9 ． [ 4 ]黄伟，王小波，钟永明，等．某矿原地破碎浸出采场钻孔布液技 术研究[ J ] ．金属矿山，2 0 0 7 1 8 4 8 6 ． 上接第2 5 页 爆距离为6c m ，贮存期可达一年。且高温敏化后的乳 化炸药流动性好，特别适合于连续化、大产能塑膜装 药机。 参考文献 [ 1 ] 汪旭光．乳化炸药 第二版 【M ．北京冶金工业出版社，2 0 0 8 ． [ 2 ] 郭敏，贾海亮，原海青，等．高温敏化工艺乳化炸药储存期影响 因素分析[ J ] ．爆破器材，2 0 1 1 ，4 0 1 2 3 2 7 ． [ 3 ]叶志文．光面爆破用低爆速膨化硝铵炸药的研制[ J ] ．矿冶工 程，2 0 0 7 ，2 7 5 5 8 ． 4 ] 叶志文，吕春绪．高能乳化炸药的锅备及性质[ J ] ．火炸药学报， 2 0 0 6 ，2 9 6 5 9 ． [ 5 ]陈L t 清，蒋煜，金赢维，等．微晶纤维素丙烯酸酯复合微球的制备 及性能研究与运用[ J ] ．林产化学与工业，2 0 0 9 ，2 9 3 1 6 2 1 [ 6 ] S i l 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