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水溶开采岩盐矿环境影响评价重点与污染防治措施探讨

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开采 岩盐 环境影响评价 重点 污染 防治 措施 探讨
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第19卷第2期 2009年6月 中国环境管理干部学院学报 F 009 10.3969/j.008—813X.2009.02.006 王忠训 ,许光辉 ,孙 (1.山东省环境保护科学研究设计院,山东济南250013; 2.宁阳县环境保护局,山东泰安271400) 摘 要:随着科技进步和经济发展,地下卤水和岩盐矿床逐步得到开发利用,该类矿床开采引 起的环境影响日益受到关注。本文在分析水溶开采岩盐矿钻探工艺和采输工程基础上,重点 分析了岩盐矿水溶开采项目环境影响评价中的污染源及源强,着重阐述了重点污染源的环境 影响。并针对特征环境影响因素提出了指导性的环境防护措施。 关键词:岩盐矿;水溶开采;环境影响;风险 中图分类号:献标识码:A 文章编号:1008—813(2009)02—00191.50013; 2.71403) of by he by of on on to of in he of 类矿床是盐类物质在地质作用过程中,在 适宜的地质条件和干旱的气候条件下,水盐体系 天然蒸发、浓缩而形成的天然卤水和化学沉积矿 床。水溶开采是根据大部分盐类矿物易溶于水的 特性,把水作溶剂注入矿床,在矿床赋存地进行物 理化学作用,将矿床中的盐类矿物就地溶解,转变 成流动状态的溶液——卤水,然后进行采集、输送 的一种采矿方法[1]。这种特殊采矿方法集采、选、 冶于一体,运用“化学工艺学方法”,直接从矿石中 提取有益组分,而且提取的产品是化学溶液。经 过长期的研究实验,水溶开采已发展成为一门独 立的应用科学口]。 山东省泰安市大汶口西北一带的岩盐矿藏资 源极为丰富,岩盐矿区面积达45 已探明储 量75亿t,是全国最大的岩盐矿床之一。正在进 行企业再造产业调整中的新矿集团,已向非煤产 收稿日期:2009金项目:山东省优秀中青年科学家科研奖励基金(2作者简介:王忠训(1963一),男,山东烟台人,高级工程师,研究方向为环境影响评价与环境管理。 20 中国环境管理干部学院学报 2009年6月 业多元化发展,决定利用该区域丰富的岩盐矿资 源发展盐化工行业。开采工程东向——马庄盐矿 没有开采记录,是一个新申请采矿权的岩盐矿山。 工程主要包括矿井开采、公建及采集卤管线三部 分。矿山开拓方式为钻井开拓,采矿方法为钻井 水溶开采,自采卤泵从淡水池吸人淡水(淡卤水) 开始,到卤水返出地面流入卤池结束,整个体系为 一密闭循环系统,在此过程中淡水(淡卤水)、卤水 均用产规模为100万t/(a ·卤折盐),即卤水生产能力约380万m。/(a·卤 水)。 1’工程分析重点关注内容 1.1矿区边界与隔离矿柱 1.1.1矿区边界 矿区边界的确定是岩盐矿计算资源量、开采 年限、设置卤井布置的重要前提。矿区边界一般 是由矿区勘探工作边界为基准确定范围。总资源 量是在矿区边界范围内,以各勘探层厚度为基础 计算的资源量。扣除矿区范围村庄及与隔离矿柱 占压的资源为矿区实际可利用的资源。需要特别 注意的是,在矿区边界问题上还必须弄清矿山开 采是否与周边矿山存在重叠,以便确认矿山开采 不会造成企业间纠纷。 1.1.2采矿边界与周边村庄隔离矿柱宽度 一般情况下,盐矿山周边会存在一个或多个 已建同类岩盐矿山或规划岩盐开采区,为避免开 采冲突,一般要求划出矿山共用边界隔离矿柱,该 隔离矿柱的宽度为100 1.2伴生矿产资源 1.2.1伴生矿产概述 盐类矿床大都是多种盐类矿物密切共生,水 溶开采时,卤水中总是包含多种有用和无用的物 质成分。通过对国内同类岩盐矿的调查,自然硫 矿和石膏矿是岩盐类矿床的主要伴生矿种,其次 为少量的杂卤石和钙芒硝。 本工程自然硫矿主要赋存在泥灰岩、页片状 泥灰岩和石膏岩中,其次在含膏及膏质泥灰岩、油 页岩、含砂及砂质泥灰岩中也较为常见。盐矿段 内的石膏矿可分为含盐地段石膏矿和无盐地段石 膏矿两部分。矿段内石膏矿品位多在70 9/6以下, 且以条带状石膏为主,该石膏层沉积时浓淡卤水 交替频繁,影响了矿层质量。 1.2.2伴生矿产资源保护 鉴于石膏矿一般在岩盐矿的上部,可在预测 崩落带高度的基础上,通过限制开采高度的方法 保护石膏矿。本工程开采高度达到22 ,就会对自然硫矿造成较大影响。充分开发利 用岩盐矿与保护自然硫矿形成一对矛盾,如何以 科学合理的方法解决尚待有关部门组织专家作专 题研究。 1.3矿床开拓 1.3.1卤井布置参数 水溶开采单位通常划分为矿区、采区和开采 单元 引。 在水溶开采矿山中,有的成为独立矿山企业, 划归独立的矿山企业或有关厂、矿开采的盐类矿 床叫“矿区”。采区是矿区的基本开采单位,用一 套独立的生产设施进行开采。开采单元是采区的 一部分,是最小的开采单元口]。在钻井水溶法开 采的采区中,每隔一定间距布置一个小井组,井组 就是开采单元;有时一个独立的井也构成一个开 采单元。一般来说,一个井组有2~3口井组成, 多的4~5口井。井距因水溶开采方法而异,通常 60~120 m,组距为井距的1.5~2倍左右。工程 分析中必须明确井距和组距,为地质塌陷分析提 供基本参数。 1.3.2钻井工程 钻井工程中主要的一个环节是固井。一口井 固井质量的好坏,不仅影响该井能否继续钻井,而 且影响到能否顺利生产、盐井的寿命和矿石采 收率 ]。 钻井过程中的钻井液是钻井工程中重点关注 的内容。钻井液是钻探过程中,孔内使用的循环 冲洗介质。不同的钻井液成分不同,因此必须明 晰工程中所用钻井液的成分,对照最新的《国家危 险废物名录》确定钻井过程中是否有危险废物产 生。另外,钻井过程中还必须明晰固井中下套管 和注水泥两个重要内容,为钻井风险分析提供 依据。 1.3.3采集卤工程 在盐类矿床水溶开采时,注入矿床的溶 剂——淡水和采出的产品——卤水均为液体,其 采取和输送方法主要有管道和渠道两种。渠道受 地形影响较大,目前,大多数矿山用管道进行采集 卤和输卤[2]。 采集卤工程的评价工作包括管线类项目环评 中的所有内容。环评中需要对管线沿线的敏感目 标、管线走向、施工方式、穿越方式及穿越保护措 2009年第2期 王忠训 许光辉孙娟 水溶开采岩盐矿环境影响评价重点与污染防治措施探讨 21 施等在工程分析中重点加以分析。 1.4辅助工程 工程给水以充分利用工艺返回的淡卤水为 主,岩盐矿的产品——卤水一般供给附近的盐化 工企业用于生产烧碱等化工产品。通过盐化工的 烧碱工艺,卤水经电离产生淡卤水,此部分淡卤水 可返回卤水井,电离损失的部分由新鲜水补充。 根据离子膜烧碱工艺分析及实际运行情况,l m。 的卤水进入烧碱工艺,经电离后产生的淡卤水 0.75 m 。根据此系数计算,岩盐矿开采中工艺 补充新鲜水量一般为产卤总量的1/4。新鲜水建 议由附近地表水补充,而不宜采用就近抽取地下 水方式,可有效避免或减轻盐矿开采对地下水的 影响。 1.5污染源分析 1.5.1施工期污染源 施工期间产生的特征污染物钻屑需特别关注。 钻井施工期间一个单井产生体积约为200~230 m。 钻屑废物,钻屑中的可能污染成分来自于钻井液, 钻井液约占钻屑体积的0.1 。因此,必须在明确 钻井液成分基础上对钻屑进行合理处置。 1.5.2运营期污染源 运营期岩盐类开采中典型的污染源为伴随卤 水上至地表,以间歇方式出现的H 如 不加处理,在排放量较大时,会对周边居民造成影 响。目前的处理方式为在输卤管线上安装“水气 分离器”,可选择式)水气分离器, 在水气分离器上端安装压力表及引气点燃管线, 当水气分离器压力到达近0.6 开点燃 管线的放气闸门,点火燃烧H。S,生成对人体无 害的体。为便于管理及监控,建议水气分 离器建于矿部。 卤水池残渣是采卤过程中卤水携带出来的小 颗粒沉砂,沉淀于卤水池底部,量很小,属含盐固 废。残渣成分主要为硬石膏晶体或其集合体、泥 质物和少量钙芒硝、杂卤石等,一般卤水池1~2 年清理一次即可,该类含盐残渣可集中存储后,用 做建材行业原料。 2环境影响分析重点内容 2.1地下水影响分析 2.1_1 钻井施工对地下水的影响分析 钻井过程中,在钻头穿越地下水含水层时,对 地下水的可能影响主要是穿越地下水含水层时发 生涌水现象,涌水发生为钻井过程中的风险事故。 2.1.2钻井运营期对地下水的影响分析 运营期对地下水的可能影响来源于井筒损坏 和溶腔垮塌污染。 一种是卤井在钻井施工时采用的套管质量不 合格、固井作业不合格,引起井筒质量差而易遭损 坏,引起卤水进入含水层污染地下水;另一种是卤 井在长期的采卤生产过程中,由于卤水对套管的 电化、氧化腐蚀作用,有可能引起套管穿孔,引起 卤水进入含水层污染地下水。水溶采矿实践证 明,井筒损坏后污染地下水的可能性是最大的,应 引起高度警惕并采取相应的严格措施。 本矿山所在地有第四系孔隙水含水层和古近 系裂隙水含水层(大汶口组三段)两个含水层。其 中第四系孔隙水含水层距盐层很远,溶腔垮塌不 会对其构成任何影响。古近系裂隙水含水层的层 底距盐层顶为280 岩盐矿层累计采 空高度按40 照煤矿塌陷中常用的计 算公式,溶腔全部为空时崩落、裂隙带及沉降带的 发育高度及影响高度分别是134 m、268 m。盐矿开采溶腔中始终有高压淡卤水充填,相 当于在岩盐矿原来的地层中形成了承压水层,这 部分新形成承压水层与上覆隔水层相连,与上覆 的古近系含水量不易发生水利联系,一般不会对 该层水的使用功能构成影响。 2.2地质灾害影响分析 盐类矿石经水溶采出后,在地下形成一定形 状和大小的溶洞(采空区),原岩地应力平衡遭到 破坏,使围岩发生变形、位移、开裂、冒落,甚至发 生大面积移动,随着溶洞直径(跨度)的不断扩大, 岩移范围也相应扩大,有的还波及地表,发生地面 变形、沉陷,形成沉陷盆地或塌陷坑,且常常伴随 地面冒卤[4]。因此,必须研究采空区的稳定性,防 止地面沉陷。 导致采空塌陷及伴生地裂缝的主要因素可利 用定量化的回采率来定量核算,水溶法地下开采 属于隐蔽工程,很难将回采率进行量化控制。根 据“自贡市井矿盐矿山开发设计院”的岩盐矿山开 采经验,可以使用经验公式计算采矿最大影响带 厚度,如果采矿最大影响带厚度小于矿层顶板埋 深,则认为不产生采空塌陷。计算公式如下: : (1) 式中 丁_一采矿最大影响带厚度(塌落带+裂 隙带+影响带),m; K——塌陷系数,~3.0;一 中国环境管理干部学院学报 2009年6月 m。 为保证安全塌陷系数采用,根据开发 方案开采厚度m,计算结果为T:360 m。 矿层顶板埋深为700 m,采矿最大影响带距离地面 340 m。采卤过程中用采卤泵高压注入淡卤水(或 淡水),进入水平段盐槽溶盐形成卤水后沿水平井 回卤通道上升至地表,经回卤管送至卤池,使其采 卤腔始终处于高压状态,对采空区上部岩石起到托 浮作用[5 ;在毕坑后采卤井采用潜浆法封堵,使其 采卤腔成为一个密闭的水仓(不可压缩)。 2.3环境风险源识别 2.3.1微量盐矿所在矿区含少量含硫地层,钻井过程 中可能会有少量有害气体随钻井过程上升至地 表,由于H 层压力低,在钻 井施工过程中不易发生严重井喷事故。但从保护 施工人员安全及周边村庄居民安全角度出发,仍 应制定防范措施。 2.3.2钻井过程中涌水 在建井和采矿过程中,采掘空间引起了围岩 应力场改变,破坏了地下含水系统与围岩的原始 平衡状态[4]。井巷或采掘工作面的围岩薄弱带在 有一定水头或承压地下水作用下,经陷落柱、断 层、节理、裂隙、破碎带、软弱层,或矿压破坏产生 的裂隙系统等过水通道,突然突破围岩涌入矿井 中的股状水流,称为矿井突然涌水,亦称矿井 突水。 钻探过程中用泥浆密度平衡地层压力,且根 据项目所在区域地下水补给区与排泄区的相对位 置关系,不会发生涌水现象。在本矿山周边岱岳 岩盐已钻的18口盐井及宏达岩盐公司已有的9 口盐井在钻探过程中,均未发生涌水现象。但环 评中仍应给出发生涌水时的相应防范措施。 2.3.3钻井套管腐蚀 采矿层以上地层在钻井过程中均下套管固井 封隔,一般情况下,采矿活动对浅层地下水没有影 响。经过较长时间后,由于卤水对套管的腐蚀、氧 化作用,有可能引起套管穿孑L,导致采出卤水进入 浅层地下水。为此,在开采过程中要密切观测和 检查,发现此类污染问题应及时注水泥封堵,严防 造成浅层地下水污染。 2.3.4输卤管道腐蚀 矿山废水主要来自于开采过程和输卤过程中 的“跑、冒、滴、漏”,可能因连接件紧固不严引起滴 漏,也有可能爆管引起大量跑漏,预计最大跑漏流 量可达40 m。/h。 2.3.5盐类结晶堵管 盐类矿床中共生有钙芒硝、硬石膏等矿物[6]。 石膏的溶解度很小,易于结晶析出附着于管壁,使 管径缩小,管壁粗糙度增大,摩阻损失亦随之增 大,影响采卤量和输卤量,甚至堵塞管道,发生卤 水外泄。 3重点污染防治措施 3.1施工期防护措施 健全施工期生态保护、水土保持措施,尽量避 免或减缓对生态的破环和影响。建立环境保护管 理体系,加强环境保护监理。 3.2污染防治措施 3.2.1废水处理设施 生活污水处理为旱厕收集,吸粪车集中外运, 用于农田施肥;施工生产废水用污水池收集,采取 隔油措施后,对废水循环使用,施工结束后清洗废 水地表蒸发损耗,不会形成地表径流。管道试压 分段进行,每次试压排水较少,试压排水中主要含. 悬浮物,经沉淀后一般就地排入附近灌渠。 3.2.2风险防治措施 钻井过程含硫地层钻探时应配备便携式 加强防H。根据矿井充水因素、水文地质钻探参数进行 突水预测,密切观察矿井突水征兆;一旦发生运用 潜浆封堵矿井。 加强事故苗头监控,定期巡检、调节、保养、维 修;在管道外侧设置粘土防渗隔离层。 控制生产卤水浓度,并定期调整注、采井,注 水管与集卤管口]。 参考文献 [1]陈军华.浅论多层薄层岩盐开采工艺技术中国井矿盐, 2005,36(5):2O~22 [2]王清明.盐类矿床水溶开采[京:化工工业出版社, 2003.1.9O~91,70,383 [31刘成伦,廖振方,鲜学福.盐矿安全问题及环境污染的防治 口].中国安全科学学报,2003,13(3):35~36,46,56 [4]王光亚,邱祖林,倪嘉曾.江苏省金坛市盐矿区地面沉降预测 及环境影响分析国地质灾害与防治学报,2007,18 (3):35 [51张风禹,王戈.芒硝钻井水溶开采中的事故预防与处理口]. 内蒙古科技与经济,2004(14):91~92 卤管盐硝结晶堵塞的预防[J].中国井矿盐,1992 (4):13~15
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