淺議古河道地浸砂巖型鈾礦床的生產勘探和開拓:以哈薩克斯坦S礦床為例

馬 亮，姚振凱，張 建

(1.中廣核鈾業發展有限公司,北京 100029; 2.核工業230研究所,湖南 長沙 410007)

古河道砂巖型(以下簡稱古河道型)鈾礦床，是一種重要的可地浸鈾礦床類型。鑒于這類礦床的地質-水文地質條件十分復雜，能否合理組織生產勘探、快速查明礦體特征和地質-水文地質條件、及時調整和優化開拓方案及工藝流程，是能否地浸開采古河道型鈾礦床的一個關鍵，也是當前急需研究和解決的一道難題。本文依據地浸原理及其工藝技術特點，參照哈薩克斯坦某大型古河道型礦床的生產勘探和開拓經驗，嘗試探析此類礦床生產勘探和開拓工作的內容、方法和基本原則等問題，以期為類似礦床的生產勘探和開拓提供借鑒。

1 地浸型鈾礦床生產勘探和開拓的含義、目的和任務

地浸型鈾礦床生產勘探的含義、目的和任務，目前尚無現成論述。我國1988年頒布的原核工業部行業標準《鈾礦山生產探礦規程》[1]，只規定了常規地下開采和露天開采的生產探礦，對于地浸開采則沒有涉及。俄羅斯1997年《地浸采鈾手冊》[2]和哈薩克斯坦2006年《地浸采鈾操作規程》[3]也沒有對地浸礦床的生產勘探作出專門定義。筆者參考常規鈾礦生產勘探相關規定和地浸采鈾工藝技術特點，結合自身對砂巖型鈾礦地浸開采實踐認為：地浸型鈾礦床的生產勘探，是礦床移交礦山后，在其勘查程度達到詳細勘查規范要求的基礎上，為滿足礦山開采設計需要，所進行的進一步查明礦體形態、埋深、產狀、規模、品位和其分布變化，進一步查明地浸地質-水文地質條件及空間分布變化，落實地質-水文地質參數，準確圈定礦體邊界，并進行儲量升級的綜合地質-水文地質-地浸工藝條件的勘查工作。因此，地浸型礦床的生產勘探，是地質勘查工作在礦山開采階段的繼續、發展和深化，其目的和任務是詳細查明礦體特征和地浸地質-水文地質條件，為生產塊段劃分、地浸鉆孔排列形式及鉆孔間距的設計、鉆孔結構設計和浸出工藝優化等地浸技術工作提供依據。

地浸型鈾礦床的開拓，也即是井場開拓，至今也無明確定義。根據目前國內外各地浸鈾礦山井場開拓工作的主要內容，筆者認為，主要是指在生產勘探的基礎上，依據地浸開采施工設計對目標礦體進行鉆孔成建井施工(包括固井、洗井)，以及設備安裝、調試等一系列工作的綜合。直接目的是為下一步的生產做好準備，并確保開拓儲量、采準儲量和備采儲量三者之間的應有比例。具體工作包括鉆孔排列形式和鉆孔間距優化、鉆孔結構設計、成建井施工以及井口設施的安裝和調試等。井場開拓的實質是人工構筑地下浸出循環系統，控制溶浸液在礦體邊界范圍內均勻、有效地運移，實現對礦體最有效的原位溶浸開采。

從上述看出，地浸礦山的生產勘探和井場開拓兩者密切相關，生產勘探是井場開拓前期不可缺少的一項工作，兩者界線有時難以劃分，特別是對礦體形態復雜，礦體厚度、品位和規模變化大，礦體數量多且分布范圍廣的礦床，經常會出現邊生產勘探、邊開拓、邊開采的情況。另外，生產勘探和開拓的主要手段都是鉆探，因此，從節省開支和降低成本的角度，兩者在生產實際中往往呈現出高度結合的特點，即通常所說的探采結合。

2 古河道砂巖型鈾礦床地質特征及其對生產勘探和開拓的影響

古河道型鈾礦床與層間氧化帶砂巖型鈾礦床地質特征有顯著區別[4](表1)。

哈薩克斯坦S礦床開拓后的生產鉆孔地質工藝剖面(圖1)，直觀地展示出古河道型鈾礦床的一些共同特點：礦體分布零散，規模相差懸殊，垂向分層多呈透鏡體狀、串珠狀、不規則狀，含礦圍巖巖性、巖相變化大，滲透性分布不均，缺乏穩定的隔水底板等。這些特點決定了古河道型礦床在勘查階段提交的地質報告，在資源量的級別和可靠性方面都存在較大的不確定性，在地質-水文地質條件的控制程度方面，也達不到地浸開采階段的要求。如哈薩克斯坦S礦床，該礦床可地浸鈾資源量達17000t，其C1級儲量鉆孔網度達到100m×50m，局部為100m×25m。而該國另一層間氧化帶型Y礦床，C1級儲量鉆孔網度僅為200m×50m，局部為100m×50m。且S礦床地浸開采的生產實踐已經表明，對于古河道型鈾礦床，即使鉆孔網度達25m×25m，也無法完全控制礦體及地質-水文地質邊界條件的變化。這些不確定性和潛在的問題，在礦山開采初期或新塊段開拓階段會逐一暴露，增加了地浸開采難度和企業生產成本，導致礦山生產進展緩慢，甚至難以為繼。具體表現在以下幾點。

1)礦體開拓前后儲量變化大，且多數情況下減少，主要是由于勘探網度加密之后，有些原圈定的大礦體支解成小礦體(圖2)，有些礦體出現了邊界內縮和內部“天窗”、厚度減薄、品位降低等現象，如S礦床2號地段0-8號工藝塊段的開拓儲量與原先地質儲量相比，減少約30%(表2)。只個別塊段有儲量增加現象或新發現礦體，如11-1塊段是鉆孔網度加密后新發現的礦體，鈾儲量達到100余t，單個礦體開拓儲量比地質儲量幾乎翻倍。這些變化表明過去對古河道型礦床在勘探階段控制的程度偏低，地質儲量不確定性偏高，這一點會嚴重影響礦山的總體回收率，進而影響到礦山企業投資收益。

2)開拓前后礦體形態變化大，致使地浸塊段劃分、地浸鉆孔排列形式和鉆孔間距的設計難度加大。如一些規模較大的礦體，開拓之前鉆孔排列形式設計為均勻的六邊形，但開拓后大礦體支解為小透鏡狀、串珠狀及不規則狀小礦體，其形態不再適合六邊形開采，只能調整為行列式、三角形或其他不規則形等，對一些單孔見礦的孤立礦體只能舍棄或采用抽注合一的“通用孔”進行“點狀”開采。

3)開拓前后地質-水文地質條件變化相差很大，表現在不同地段或塊段之間的滲透性、鈾品位、有機質含量、碳酸鹽含量、隔水底板連續性等參數值變化很大。如果采用統一的簡單地浸工藝，常造成生產中“優勢流”、溶浸“死角”、溶浸范圍擴大及向下部和外圍漏失等問題，導致浸出液鈾含量、單位酸耗、回收率等生產參數值變化加大。因此，要求在生產過程中，要因地制宜地對鉆孔結構、鉆孔排列形式、溶浸液濃度及抽注方式等地浸工藝及時采取有針對性地調整。

表1 古河道砂巖鈾礦和層間氧化帶砂巖鈾礦的主要區別

圖1 哈薩克斯坦古河道型S礦床某生產鉆孔地質工藝剖面

圖2 哈薩克斯坦S礦床礦體開拓前后礦體形態平面投影對比

表2 部分古河道砂巖鈾礦床開采現狀、勘探網度和開拓前后儲量變化

以上三方面問題的有效解決，都有賴于合理地組織礦山生產勘探，準確計算開拓儲量，快速探明礦體特征和地浸地質-水文地質條件，及時對開拓方案和浸出工藝進行優化。但是，鑒于古河道型礦床復雜多變的沉積體系和零散分布的礦化特點，目前在生產勘探和開拓方面還沒有成熟的經驗，特別是在孔位布設、工程間距確定、施工順序選擇等方面難度較大，生產中不得不面臨勘探孔數量偏多、見礦率偏低的問題。

3 古河道砂巖型鈾礦床生產勘探和開拓的方法及基本原則

3.1 基本方法

地浸采鈾是通過鉆孔進行原地溶浸回收鈾金屬的工藝，其特點是探、采、冶合為一體，生產勘探和開拓的主要手段是鉆探，通過地質-水文地質編錄和物探測井的方法獲取地質-水文地質資料，通過物探測井方法監控成井過程和施工質量(圖3)。

圖3 哈薩克斯坦S礦床抽液孔鉆孔結構和勘探、成井工序

3.2 基本原則

1)探采結合，勘探先導原則。探礦設計和礦山生產設計相結合，這是由地浸采鈾的技術特點和工作程序所決定。具體的工作程序是，新塊段開拓前，依據勘探階段提供的地質資料和前期地浸試驗的結果進行整體的開拓設計，確定地浸鉆孔排列形式和鉆孔間距，并布設孔位，確定生產勘探工作量。設計完成后，進入生產勘探施工階段，所有鉆孔，不論是勘探孔、生產孔，還是觀測孔，均采用塊段地浸鉆孔排列形式和鉆孔間距設計(確定孔位)——探礦——工藝孔設計——施工成井的工作流程。為提高效率，降低成本，通過探礦環節對鉆孔進行有針對性的調整，有礦則進行成井，無礦則封孔。鉆探一般不取巖芯，只有在地質條件復雜的地段或為“探邊找盲”而設置的專門勘探孔，才取巖芯，并進行大比例尺地質-水文地質綜合編錄(1∶200)。

2)精細編錄原則。大比例尺編錄是地浸型礦床生產勘探的一個重要原則。對于古河道型礦床的生產勘探而言，大部分生產勘探鉆孔的巖礦心應進行1∶200比例尺的地質-水文地質-物探-地浸工藝條件的綜合編錄，對于礦床有代表性的部位或地質-水文地質條件變化大及其復雜的地段，應選擇個別鉆孔對含礦層進行1∶50比例尺的地質-水文地質-物探-地浸工藝條件綜合編錄，并繪制相應的綜合編錄圖表，應保證含礦含水層的巖礦心采取率大于95%，且其結構未受破壞。

3)邊設計、邊施工、邊調整原則。這是由古河道型礦床復雜多變的沉積體系和礦化特點所決定的。由于開拓前后的礦體形態和賦存條件變化大，導致生產設計的可靠性低，在生產中必須隨時根據見礦情況對鉆孔數量、孔位、孔距、孔深、鉆孔結構，以及施工順序等進行優化和調整。

3.3 鉆孔施工順序確定

已有經驗表明，對于古河道型礦床，生產勘探鉆孔施工的順序對提高見礦率、降低井場開拓成本極為重要。從哈薩克斯坦S礦床生勘探產實踐看，以下兩點經驗可供參考。

1) 由已知到未知、逐步加密。即以已知的勘查剖面為依據，按照勘探線逐步加密，逐級提高勘查精度，最終使其達到生產網度。該礦床C1級儲量的鉆孔網度是100m×50m，而采用的生產鉆井網度是孔距25m的六邊形和孔距25m的行列式，大致相當于25m×25m的網度。在生產勘探時采用逐步加密，是先加密到50m×50m，繪制50m×50m的勘線探剖面，而后根據所獲新資料調整剩余孔位和施工順序，逐步加密到25m×50m，以此類推，逐漸加密到25 m×25m。

2) 先深后淺。對于多層礦化地段的13號、14號、17號塊段(圖1)，其主含礦層在垂向上礦化斷續達40余米，大致分三層。在開采時只能分3層進行開采，同一深度水平的礦體一般劃為同一生產塊段，不同的塊段同時開拓、分層成井。在此情況下應優先開拓最下層的礦體，便于通過物探測井資料提前掌握上層礦體的變化，進而為確定上部礦體的孔位設計和施工順序提供依據。

3.4 鉆孔間距確定

對于地浸礦山而言，鉆孔間距的確定是生產勘探和開拓工作的主要內容之一。依據探采結合的原則，生產勘探網度就是開拓后的生產網度。探礦鉆孔間距采用生產鉆孔的孔距，其數值一般由可行性研究階段的地浸條件試驗和工業性試驗確定。如S礦床采用孔距25m的六邊形和孔距25m的行列式進行開采，探礦鉆孔最終間距就選擇25m。在礦體形態復雜地段，或在“探邊找盲”時，可依據控礦因素、礦體走向及勘查具體目的進行適當的放寬或縮小。據美國等一些國家的經驗，生產勘探鉆孔的間距可稍大于生產鉆孔的間距

4 提交成果

通過生產勘探和開拓，要及時地整理和提交以下資料和成果圖件，必要時還要提交生產勘探地質報告，以滿足礦山設計和生產需要。主要圖件有：礦床生產區段地質平面圖(1∶2000)；塊段設計平面布置圖(1∶2000)；生產勘探地質剖面圖(1∶200)；工藝鉆孔地質剖面圖(水平1∶2000，垂直1∶200)；伽瑪、自然電位、視電阻率、井徑、井斜物探測井綜合成果圖(1∶200)；工藝塊段開拓儲量計算圖(1∶200)；電流測井曲線(1∶200)；感應測井曲線(1∶200)；溫度測井曲線等(1∶200)；礦體厚度等值線圖(1∶2000)；含水層厚度等直線圖(1∶2000)；礦層頂、底板等高線圖(1∶2000)；礦石滲透性分區圖(1∶2000)；礦石物質成分和粒度成分分區圖(1∶2000)；并視需要，繪制礦床或塊段的平米鈾量等值線圖(1∶2000)等。附表有開拓儲量計算表、儲量變動對比表、水文地質參數計算表等。

5 結語

全球發現的古河道型鈾礦床及其資源量不少，僅烏克蘭就約有30萬～40萬t U，且早在1959年就開始了地浸試驗，并于1961年出鈾產品，到蘇聯解體時已用地浸法開采了兩個半礦床。此外，俄羅斯、蒙古、澳大利亞、哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦等國的古河道型鈾資源量也相當豐富。迄今為止，中國、烏克蘭、俄羅斯、蒙古、哈薩克斯坦等國，曾先后開展或正在開展此類礦床的地浸試驗和工業開采。遺憾的是，人們至今因種種原因未能對其認真研究和總結。本文所涉及的問題，希望能引起領導和專家們的重視，并建議有關部門加強對古河道型鈾礦床的研究和開發，制訂出這類礦床生產勘探和開拓方面的規范和標準。

致謝：本文的撰寫得到了王西文研究員的悉心指導，特此致謝。

[1] 鈾礦山生產勘探規程(EJ 301-87)[S].北京：中華人民共和國核工業部，1988.

[2] 別列茨基 В.И, 博加特科夫 Л.К, 沃爾科夫 Н.И, 等.朱志泉，羅筱芳，王西文，等，譯.地浸采鈾手冊 [R].第1版.長沙：核工業第六研究所，2000：1-695.

[3] Инструкция по подземному скважиному вышелачиванию урана[S].АЛМАТЫ：НАЦИОНАЛЬНАЯ АТОМНАЯ КОМПАНИЯ <КАЗАТОМПРОМ>，2006:1-310.

[4] 馬亮，陳為義.大型古河道砂巖鈾礦床地浸采鈾井場工藝的探索和思考[J].鈾礦冶，2012，31(1)：1-8.

[5] 李政.鈾礦礦體生產勘探類型劃分探討[J].鈾礦冶，1996,15(4):227-235.