岩盐井下硐室水溶采矿
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制盐工业手册》第976页（4068字）
(一)特点
岩盐井下硐室水溶采矿法的工艺过程类似井下旱采的房柱法。两者最大不同处在于回采阶段：前者是以淡水引入初始硐室(相当于房柱法的回采矿房开切巷道)，溶解矿体，代替后者爆破回采；然后从硐室抽汲可供直接利用的高浓度卤水，代替后者井下运输和提升回采矿石。因而采矿工序简便，劳动生产率高。
对于含不溶物(主要是泥、沙石砾石)较多的岩盐，采用此法可使溶解过程产生的不溶物均残留于硐室中，从而消除了地面溶矿制卤，产生大量废渣、废水造成的环境污染问题。
(二)适应范围
1．采用房柱法采矿、并要求在地面溶矿制卤的岩盐矿井；
2．用房柱法开采深部矿体不符合安全、经济条件的老岩盐矿井；
3．特别适用于含NaCl品位较低、含水不溶物较多、难以采用房柱法和钻井水溶法开采的地下岩盐矿床。
(三)工艺过程
井下硐室水溶采矿法的工艺过程与房柱采矿法相似，主要包括矿山开拓、采矿准备及硐室回采等三个程序。
1．矿山开拓 对于采用硐室水溶法的新建矿山，根据矿山地质赋存条件，首先进行矿山开拓工程，包括建井工程，井下采区划分及开凿必要的运输，通风坑道，建立和设置井下排水、通风、照明系统，以便进行采矿准备工作。
对于原系采用房柱法开采，后期改用硐室水溶法的老矿井，除开拓新区外，可以利用原有的开拓井巷和矿井设施，因而可以省去大部分开拓工程。如云南某盐矿，矿山含盐(NaCl)品位特低，见表3－3－106，原系采用竖井开拓，房柱法采矿。本世纪60年代中期，试验硐室水溶法成功后，即在房柱法旱采的基础上，改为硐室水溶法。本节所述的硐室水溶法工艺过程及技术参数等，即以该矿多年的实践经验为依据。
表3－3－106 云南某盐矿岩盐成分分析表
2．采矿准备 由于该矿岩盐矿床系倾斜矿体，倾角在30度以上。水平厚度(假厚)最大超过100m，最小仅10余米，一般为数十米，因而采取分中段(一般中段高度为25m)自下而上开采(即开采顺序与房柱法相反)。与此相应的采准工作包括：
(1)在划分的盘区内开凿供提升、通风及敷设管道的若干对盲斜井，斜井垂深为100～200m，每对斜井的中距(沿矿体走向长度)为300～500m。在此长度内布置与走向垂直的硐室4～5个和相应的安全矿柱，构成“开采小区”。如在一个盘区内布置两个或以上的开采小区，则相邻小区之间保留宽60～80m的矿柱，以防硐室上溶期内，各小区溶蚀而互相串通。
(2)开凿初始硐室，目的是堆积水溶开始时的溶渣和增加矿体暴露面积。
初始硐室及其间的安全矿柱尺寸如下：
初始硐室高度2．5～3m，宽30～38m，长度视矿体水平厚度(假度)而定。
相邻硐室之间的安全矿柱宽40～52m。
为了减缓原始硐室建造期间的顶板沉降速度，在初始硐室中保留宽5～7m的若干小隔柱(原始硐室上溶回采时，逐渐全部溶蚀)。
初始硐室结构见图3－3－195。
图3－3－195 初始硐室结构
(3)初始硐室建造完成后，将坑道掘进设备撤出，同时敷设注水、抽卤、管道及转卤设备，全部采准工程即告完成。
3．水溶回采 将淡水由地面通过注水管注入硐室，并始终保持与顶部接触，不留空隙，以溶解硐室顶部和侧壁矿层，采矿作业即进入上溶回采阶段。
当卤水浓度接近饱和(所需时间视矿石品位高低而定，一般需15天左右)，即可进行抽卤。根据硐室组的生产能力和生产需要，硐室抽卤要求连续作业，即一边连续抽汲浓卤，一边连续注入淡水，因而抽卤量与注水量应保持平衡，并严格控制注水始终与硐室顶板接触，使之不断上溶，以保持生产持续而均衡地进行。
硐室中的溶解作用以向上静溶为主，侧溶为辅。由于在一组硐室中的抽卤点和注水点，通常设置在两端硐室的底部，其间有较大的距离，因而当连续抽卤和注水时，整个硐室组内的水体处于轻微的缓流状态，起到一定的动溶作用，促使溶质不断扩散和不同浓度卤水的重力分异。
为了保持硐室内良好的溶解状态和卤水质量，通常将注水管口置于硐室顶部，而抽卤则采用浮筒或其他漂浮工具，将抽卤管口悬于硐室底部，并与泥浆面保持一定距离，以抽汲深部浓卤(通常称为“深部汲卤”)。
硐室上溶的同时，沿水平方向产生侧溶。由于硐室中卤水比质的差异，两壁形成倾斜的侧溶角，见图3－3－196。侧溶角的大小与盐层品位高低约成反比。该矿侧溶角一般为38°～42°。
图3－3－196 水溶硐室剖面示意图
硐室溶蚀产生的泥、沙及砾石等残渣，不断堆积于硐室底部；硐室顶板面积则不断扩大，即形成近似倒锥体向上扩展，直到硐室溶蚀的设计高度(即上一中段的“楼板”为止，而本中段的上溶回采到此中止。转为已完成采准工作的上一中段硐室组，开始水溶回采。
硐室水溶开采的整个工艺流程，可以表示为：
(四)有关技术参数
1．硐室矿体溶解时间与卤水浓度增长关系
当硐室中注满淡水淹没顶板时，溶解作用开始并处于静溶状态。其溶蚀速度与矿层品位约成正比，即品位高的速度快，反之则慢。但一般卤水浓度在10°Bé以下时，溶解速度较快，10Bé以上即逐渐减缓，超过22°Bé时则极其缓慢，如图3－3－197所示。
图3－3－197 卤水浓度增长与溶解时间关系曲线
2．上溶速度 淡水(或淡卤)溶蚀硐室顶板盐层的速度，是获得高浓度卤水的关键。对于裂隙发育、可溶物分布均匀的盐层，如顶板经常与淡水接触，则上溶速度较快。该矿实测为2．9～3．00cm／昼夜，月平均为0．8～1．00m。若盐层品位在50%左右，可达1．5m／月。
3．侧溶角度及堆积角 硐室内，侧向溶蚀矿壁时所形成的矿壁斜面与水平面间的夹角，称为“侧溶角”。侧溶角的大小因矿石品位高低、硐室水溶状态(静溶或动溶)及侧溶速度而异。该矿通过试验及实侧的侧溶角为38°～42°，一般为41°。
硐室发生溶解时，泥、沙、砾石等残渣堆积于硐室底部和溶蚀的侧壁斜面上。后者又形成残渣堆积角，其大小与盐层中的不溶物残渣多少及侧溶角有关，一般为25°～38°。
4．硐室顶板暴露面积与产卤量 通过硐室上溶速度、侧溶角及硐室长度等参数，可以推算出任一上溶阶段的顶板暴露面积和硐室容积变化状况。结合矿层含盐品位，可以大致推算出硐室每天的单位面积折盐量。该矿多年实践得出硐室顶板暴露面积每10m2昼夜产20。Be′卤水1t。如盐层品位达50%左右，产20°B′e卤水1t，只需5～7m2。
5．残渣膨胀率 硐室内的不溶物残渣体积，吸水膨胀。该矿矿层不溶物大于60%，实测的残胀率如表3－3－107。
表3－3－107 云南某盐矿硐室岩盐残渣膨胀率
由于残渣膨胀率均大于1，硐室空间顶上溶而逐渐减小，因此膨胀率是初始硐室和中段高度的主要依据。
6．残渣中残留盐量 在硐室注水点附近残留盐量较低，平均含NaCl0．34%，其他地点残留的NaCl为1．9～9．2%，总平均为3．73%；Na2SO4残留量为0．88～4．92%，平均2．28%。而旱采矿石制卤后的残渣含NaCl为5．31～12．24%；Na2SO4为11．71～15．69%，可见硐室水溶采矿的溶矿回收率高于旱采。
7．水、旱采比例 硐室水溶开采的开拓和采准工程均属于旱采，旱采矿石需要提升至出井进行制卤，成本显然较水采卤水为高，因此，水、旱采的卤水应有一定比例，使水、旱采混合的卤水成本，不致陡升陡降；又能保持硐室水溶均衡生产。该矿通过实践证明，水采卤水量与旱采制卤量之比，以80∶20最为适当。