[发明专利]井矿盐资源水溶开采-注井充填循环开采方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种井矿盐资源水溶开采-注井充填循环开采的工艺方法，具体是采用水溶开采方法对井矿盐资源进行高回采率的资源开采；同时采用注井充填工艺方法将制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣充填到采盐溶腔中；井矿盐的水溶开采和废渣注井充填循环进行，对各种类型的井矿盐资源充分开采，尤其适用于超厚井矿盐资源开采。

背景技术

岩盐矿床按其成因类型可以分为海相沉积盐矿床和陆相沉积盐矿床。海相沉积盐矿床的特点是埋藏较深、规模大、成矿面积大、氯化钠品位高、单层厚度大、储量丰富、组分单一，盐层厚度可达数千米。陆相沉积盐矿床的特点是埋藏较浅、规模较小、成矿面积较小、氯化钠品位较低、矿层层数多、单层厚度小、共生组分多、相变大等特点。无论是哪种类型的岩盐矿床都可能会形成厚度巨大的超厚井矿盐矿床（其厚度一般大于400米）。对于超厚井矿盐进行资源开采时，以前在采盐溶腔不能得到充填的情况下，为了避免诱发地面沉陷，当腔体达到一定的大小和形状后，便不再继续进行资源开采，而是留有一定的保安矿柱后，在附近重新建设新的盐井。这样就只能对少部分盐资源进行开采利用，而造成大量的资源浪费，致使井矿盐资源的回采率不高，尤其是超厚井矿盐回采率更低。同时由于新建盐井需要增加资金投入，也增加了采卤成本。

目前井矿盐的开采方法，主要是利用盐易溶于水的特性来进行资源开采。常用的方法有单井生产和井组生产。单井生产可进一步分为单井自然对流法和单井油、气垫法。单井自然对流法为传统的开采方法，其工艺流程简单、投资少、见效快、劳动负荷较小；但岩盐的回采率不高（10～20%），盐井服务年限短。而单井油、气垫法由于可以控制溶蚀范围，防止地表塌陷，其生产能力大（可达250～300m³/h）、卤水浓度高（300g/l以上）、井下事故少、盐井服务年限长、回采率高（30%以上），而且采盐溶腔可以用于储能。井组生产可分为水力压裂连通对流法、双井定向对接连通对流法。水力压裂法对岩盐开采层的顶、底板要求较高，需要顶、底板有一定的厚度和力学强度。由于在压裂过程中压裂井的压通方向及压通层位无法控制，压通成功率较低，无法按要求预留保安矿柱，在矿区的后期建设中，易造成地面沉陷。双井定向对接连通对流法采用定向对接连通井技术实现100％对接连通，其建井成本相对较低、建井风险小，卤水产量高、质量好，可有意预留保安矿柱，利于井组有规则的布置，资源回采率较高，对地面及地层污染小，目前该方法得到了广泛的应用。

目前，国内水溶开采形成的废弃盐腔体积不断增加，废弃盐腔如果不进行妥善处置，容易诱发多种地质灾害，主要表现在形成大面积地表沉陷和卤水岀冒污染地下水。在国内的江西会昌、安徽定远和湖北应城等盐矿都曾出现过大面积的沉陷区，云南一平浪盐矿、湖南湘澧盐矿也曾发生地面沉陷。在美国，由于盐层埋深相对较浅，采盐出现的塌陷更为常见。地面塌陷的危害极大，导致巨大的经济损失，严重影响当地的正常生产、生活。在地表沉陷区域，往往伴随卤水上涌，对水环境、土壤环境产生污染，严重时外泄卤水与浅层地表水形成通道，直接污染饮用水。

纯碱工业是化学工业的基础部门之一，被称为工业之母，在国民经济中占有十分重要的地位。在世界范围内，纯碱的生产工艺多采用氨碱法，其生产规模也较大。但在氨碱法生产工艺中会产生大量的废渣，每生产1吨纯碱将产生300～350kg的废渣（干基），主要含碳酸钙、氢氧化镁和氯化钙等。到目前为止制碱废渣利用率较低，一般采取堆放方式处理，场地需求大，浪费土地资源，处理不当也会造成环境污染。因此，世界上大多氨碱企业建设在海边或人烟稀少的荒芜地区。近年来随着环保的压力加大，氨碱法的应用与发展受到一定限制和制约。所以废渣等废弃物的综合利用和处理是制碱企业健康发展必须面对的技术难题。同时，在制盐和燃煤生产过程中也会产生一些不溶或难溶的固体废弃物，这些废弃物如果不妥善处理也会对环境造成一定的污染。

采盐溶腔可以用来处置多种工业废渣和有害废物。自上个世纪五十年代，英国的Holford盐田就开始用废弃的盐腔储存制碱工业产生的碱渣。随后，在美国、加拿大、德国和墨西哥等国家都开展过相关方面的研究，并已应用到实际的生产实践中。关于纯碱废渣充填采盐溶腔方面的研究，吴志刚，“利用纯碱废渣充填岩盐开采废弃溶腔的实践”，化工矿物与加工，2011年第11期，指出纯碱废渣充填溶腔后会慢慢沉淀，在溶腔底部逐渐趋于稳定，当溶腔充满时，可以对溶腔顶板有支撑作用，利于溶腔顶板的稳固。目前，国内部分企业已经形成了比较成熟的废渣注井充填采盐溶腔技术，并成功的应用到实际生产中，取得良好的效果。