浅议古河道地浸砂岩型铀矿床的生产勘探和开拓:以哈萨克斯坦S矿床为例

马 亮，姚振凯，张 建

(1.中广核铀业发展有限公司,北京 100029; 2.核工业230研究所,湖南 长沙 410007)

古河道砂岩型(以下简称古河道型)铀矿床，是一种重要的可地浸铀矿床类型。鉴于这类矿床的地质-水文地质条件十分复杂，能否合理组织生产勘探、快速查明矿体特征和地质-水文地质条件、及时调整和优化开拓方案及工艺流程，是能否地浸开采古河道型铀矿床的一个关键，也是当前急需研究和解决的一道难题。本文依据地浸原理及其工艺技术特点，参照哈萨克斯坦某大型古河道型矿床的生产勘探和开拓经验，尝试探析此类矿床生产勘探和开拓工作的内容、方法和基本原则等问题，以期为类似矿床的生产勘探和开拓提供借鉴。

1 地浸型铀矿床生产勘探和开拓的含义、目的和任务

地浸型铀矿床生产勘探的含义、目的和任务，目前尚无现成论述。我国1988年颁布的原核工业部行业标准《铀矿山生产探矿规程》[1]，只规定了常规地下开采和露天开采的生产探矿，对于地浸开采则没有涉及。俄罗斯1997年《地浸采铀手册》[2]和哈萨克斯坦2006年《地浸采铀操作规程》[3]也没有对地浸矿床的生产勘探作出专门定义。笔者参考常规铀矿生产勘探相关规定和地浸采铀工艺技术特点，结合自身对砂岩型铀矿地浸开采实践认为：地浸型铀矿床的生产勘探，是矿床移交矿山后，在其勘查程度达到详细勘查规范要求的基础上，为满足矿山开采设计需要，所进行的进一步查明矿体形态、埋深、产状、规模、品位和其分布变化，进一步查明地浸地质-水文地质条件及空间分布变化，落实地质-水文地质参数，准确圈定矿体边界，并进行储量升级的综合地质-水文地质-地浸工艺条件的勘查工作。因此，地浸型矿床的生产勘探，是地质勘查工作在矿山开采阶段的继续、发展和深化，其目的和任务是详细查明矿体特征和地浸地质-水文地质条件，为生产块段划分、地浸钻孔排列形式及钻孔间距的设计、钻孔结构设计和浸出工艺优化等地浸技术工作提供依据。

地浸型铀矿床的开拓，也即是井场开拓，至今也无明确定义。根据目前国内外各地浸铀矿山井场开拓工作的主要内容，笔者认为，主要是指在生产勘探的基础上，依据地浸开采施工设计对目标矿体进行钻孔成建井施工(包括固井、洗井)，以及设备安装、调试等一系列工作的综合。直接目的是为下一步的生产做好准备，并确保开拓储量、采准储量和备采储量三者之间的应有比例。具体工作包括钻孔排列形式和钻孔间距优化、钻孔结构设计、成建井施工以及井口设施的安装和调试等。井场开拓的实质是人工构筑地下浸出循环系统，控制溶浸液在矿体边界范围内均匀、有效地运移，实现对矿体最有效的原位溶浸开采。

从上述看出，地浸矿山的生产勘探和井场开拓两者密切相关，生产勘探是井场开拓前期不可缺少的一项工作，两者界线有时难以划分，特别是对矿体形态复杂，矿体厚度、品位和规模变化大，矿体数量多且分布范围广的矿床，经常会出现边生产勘探、边开拓、边开采的情况。另外，生产勘探和开拓的主要手段都是钻探，因此，从节省开支和降低成本的角度，两者在生产实际中往往呈现出高度结合的特点，即通常所说的探采结合。

2 古河道砂岩型铀矿床地质特征及其对生产勘探和开拓的影响

古河道型铀矿床与层间氧化带砂岩型铀矿床地质特征有显著区别[4](表1)。

哈萨克斯坦S矿床开拓后的生产钻孔地质工艺剖面(图1)，直观地展示出古河道型铀矿床的一些共同特点：矿体分布零散，规模相差悬殊，垂向分层多呈透镜体状、串珠状、不规则状，含矿围岩岩性、岩相变化大，渗透性分布不均，缺乏稳定的隔水底板等。这些特点决定了古河道型矿床在勘查阶段提交的地质报告，在资源量的级别和可靠性方面都存在较大的不确定性，在地质-水文地质条件的控制程度方面，也达不到地浸开采阶段的要求。如哈萨克斯坦S矿床，该矿床可地浸铀资源量达17000t，其C1级储量钻孔网度达到100m×50m，局部为100m×25m。而该国另一层间氧化带型Y矿床，C1级储量钻孔网度仅为200m×50m，局部为100m×50m。且S矿床地浸开采的生产实践已经表明，对于古河道型铀矿床，即使钻孔网度达25m×25m，也无法完全控制矿体及地质-水文地质边界条件的变化。这些不确定性和潜在的问题，在矿山开采初期或新块段开拓阶段会逐一暴露，增加了地浸开采难度和企业生产成本，导致矿山生产进展缓慢，甚至难以为继。具体表现在以下几点。

1)矿体开拓前后储量变化大，且多数情况下减少，主要是由于勘探网度加密之后，有些原圈定的大矿体支解成小矿体(图2)，有些矿体出现了边界内缩和内部“天窗”、厚度减薄、品位降低等现象，如S矿床2号地段0-8号工艺块段的开拓储量与原先地质储量相比，减少约30%(表2)。只个别块段有储量增加现象或新发现矿体，如11-1块段是钻孔网度加密后新发现的矿体，铀储量达到100余t，单个矿体开拓储量比地质储量几乎翻倍。这些变化表明过去对古河道型矿床在勘探阶段控制的程度偏低，地质储量不确定性偏高，这一点会严重影响矿山的总体回收率，进而影响到矿山企业投资收益。

2)开拓前后矿体形态变化大，致使地浸块段划分、地浸钻孔排列形式和钻孔间距的设计难度加大。如一些规模较大的矿体，开拓之前钻孔排列形式设计为均匀的六边形，但开拓后大矿体支解为小透镜状、串珠状及不规则状小矿体，其形态不再适合六边形开采，只能调整为行列式、三角形或其他不规则形等，对一些单孔见矿的孤立矿体只能舍弃或采用抽注合一的“通用孔”进行“点状”开采。

3)开拓前后地质-水文地质条件变化相差很大，表现在不同地段或块段之间的渗透性、铀品位、有机质含量、碳酸盐含量、隔水底板连续性等参数值变化很大。如果采用统一的简单地浸工艺，常造成生产中“优势流”、溶浸“死角”、溶浸范围扩大及向下部和外围漏失等问题，导致浸出液铀含量、单位酸耗、回收率等生产参数值变化加大。因此，要求在生产过程中，要因地制宜地对钻孔结构、钻孔排列形式、溶浸液浓度及抽注方式等地浸工艺及时采取有针对性地调整。

表1 古河道砂岩铀矿和层间氧化带砂岩铀矿的主要区别

图1 哈萨克斯坦古河道型S矿床某生产钻孔地质工艺剖面

图2 哈萨克斯坦S矿床矿体开拓前后矿体形态平面投影对比

表2 部分古河道砂岩铀矿床开采现状、勘探网度和开拓前后储量变化

以上三方面问题的有效解决，都有赖于合理地组织矿山生产勘探，准确计算开拓储量，快速探明矿体特征和地浸地质-水文地质条件，及时对开拓方案和浸出工艺进行优化。但是，鉴于古河道型矿床复杂多变的沉积体系和零散分布的矿化特点，目前在生产勘探和开拓方面还没有成熟的经验，特别是在孔位布设、工程间距确定、施工顺序选择等方面难度较大，生产中不得不面临勘探孔数量偏多、见矿率偏低的问题。

3 古河道砂岩型铀矿床生产勘探和开拓的方法及基本原则

3.1 基本方法

地浸采铀是通过钻孔进行原地溶浸回收铀金属的工艺，其特点是探、采、冶合为一体，生产勘探和开拓的主要手段是钻探，通过地质-水文地质编录和物探测井的方法获取地质-水文地质资料，通过物探测井方法监控成井过程和施工质量(图3)。

图3 哈萨克斯坦S矿床抽液孔钻孔结构和勘探、成井工序

3.2 基本原则

1)探采结合，勘探先导原则。探矿设计和矿山生产设计相结合，这是由地浸采铀的技术特点和工作程序所决定。具体的工作程序是，新块段开拓前，依据勘探阶段提供的地质资料和前期地浸试验的结果进行整体的开拓设计，确定地浸钻孔排列形式和钻孔间距，并布设孔位，确定生产勘探工作量。设计完成后，进入生产勘探施工阶段，所有钻孔，不论是勘探孔、生产孔，还是观测孔，均采用块段地浸钻孔排列形式和钻孔间距设计(确定孔位)——探矿——工艺孔设计——施工成井的工作流程。为提高效率，降低成本，通过探矿环节对钻孔进行有针对性的调整，有矿则进行成井，无矿则封孔。钻探一般不取岩芯，只有在地质条件复杂的地段或为“探边找盲”而设置的专门勘探孔，才取岩芯，并进行大比例尺地质-水文地质综合编录(1∶200)。

2)精细编录原则。大比例尺编录是地浸型矿床生产勘探的一个重要原则。对于古河道型矿床的生产勘探而言，大部分生产勘探钻孔的岩矿心应进行1∶200比例尺的地质-水文地质-物探-地浸工艺条件的综合编录，对于矿床有代表性的部位或地质-水文地质条件变化大及其复杂的地段，应选择个别钻孔对含矿层进行1∶50比例尺的地质-水文地质-物探-地浸工艺条件综合编录，并绘制相应的综合编录图表，应保证含矿含水层的岩矿心采取率大于95%，且其结构未受破坏。

3)边设计、边施工、边调整原则。这是由古河道型矿床复杂多变的沉积体系和矿化特点所决定的。由于开拓前后的矿体形态和赋存条件变化大，导致生产设计的可靠性低，在生产中必须随时根据见矿情况对钻孔数量、孔位、孔距、孔深、钻孔结构，以及施工顺序等进行优化和调整。

3.3 钻孔施工顺序确定

已有经验表明，对于古河道型矿床，生产勘探钻孔施工的顺序对提高见矿率、降低井场开拓成本极为重要。从哈萨克斯坦S矿床生勘探产实践看，以下两点经验可供参考。

1) 由已知到未知、逐步加密。即以已知的勘查剖面为依据，按照勘探线逐步加密，逐级提高勘查精度，最终使其达到生产网度。该矿床C1级储量的钻孔网度是100m×50m，而采用的生产钻井网度是孔距25m的六边形和孔距25m的行列式，大致相当于25m×25m的网度。在生产勘探时采用逐步加密，是先加密到50m×50m，绘制50m×50m的勘线探剖面，而后根据所获新资料调整剩余孔位和施工顺序，逐步加密到25m×50m，以此类推，逐渐加密到25 m×25m。

2) 先深后浅。对于多层矿化地段的13号、14号、17号块段(图1)，其主含矿层在垂向上矿化断续达40余米，大致分三层。在开采时只能分3层进行开采，同一深度水平的矿体一般划为同一生产块段，不同的块段同时开拓、分层成井。在此情况下应优先开拓最下层的矿体，便于通过物探测井资料提前掌握上层矿体的变化，进而为确定上部矿体的孔位设计和施工顺序提供依据。

3.4 钻孔间距确定

对于地浸矿山而言，钻孔间距的确定是生产勘探和开拓工作的主要内容之一。依据探采结合的原则，生产勘探网度就是开拓后的生产网度。探矿钻孔间距采用生产钻孔的孔距，其数值一般由可行性研究阶段的地浸条件试验和工业性试验确定。如S矿床采用孔距25m的六边形和孔距25m的行列式进行开采，探矿钻孔最终间距就选择25m。在矿体形态复杂地段，或在“探边找盲”时，可依据控矿因素、矿体走向及勘查具体目的进行适当的放宽或缩小。据美国等一些国家的经验，生产勘探钻孔的间距可稍大于生产钻孔的间距

4 提交成果

通过生产勘探和开拓，要及时地整理和提交以下资料和成果图件，必要时还要提交生产勘探地质报告，以满足矿山设计和生产需要。主要图件有：矿床生产区段地质平面图(1∶2000)；块段设计平面布置图(1∶2000)；生产勘探地质剖面图(1∶200)；工艺钻孔地质剖面图(水平1∶2000，垂直1∶200)；伽玛、自然电位、视电阻率、井径、井斜物探测井综合成果图(1∶200)；工艺块段开拓储量计算图(1∶200)；电流测井曲线(1∶200)；感应测井曲线(1∶200)；温度测井曲线等(1∶200)；矿体厚度等值线图(1∶2000)；含水层厚度等直线图(1∶2000)；矿层顶、底板等高线图(1∶2000)；矿石渗透性分区图(1∶2000)；矿石物质成分和粒度成分分区图(1∶2000)；并视需要，绘制矿床或块段的平米铀量等值线图(1∶2000)等。附表有开拓储量计算表、储量变动对比表、水文地质参数计算表等。

5 结语

全球发现的古河道型铀矿床及其资源量不少，仅乌克兰就约有30万～40万t U，且早在1959年就开始了地浸试验，并于1961年出铀产品，到苏联解体时已用地浸法开采了两个半矿床。此外，俄罗斯、蒙古、澳大利亚、哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦等国的古河道型铀资源量也相当丰富。迄今为止，中国、乌克兰、俄罗斯、蒙古、哈萨克斯坦等国，曾先后开展或正在开展此类矿床的地浸试验和工业开采。遗憾的是，人们至今因种种原因未能对其认真研究和总结。本文所涉及的问题，希望能引起领导和专家们的重视，并建议有关部门加强对古河道型铀矿床的研究和开发，制订出这类矿床生产勘探和开拓方面的规范和标准。

致谢：本文的撰写得到了王西文研究员的悉心指导，特此致谢。

[1] 铀矿山生产勘探规程(EJ 301-87)[S].北京：中华人民共和国核工业部，1988.

[2] 别列茨基 В.И, 博加特科夫 Л.К, 沃尔科夫 Н.И, 等.朱志泉，罗筱芳，王西文，等，译.地浸采铀手册 [R].第1版.长沙：核工业第六研究所，2000：1-695.

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

[4] 马亮，陈为义.大型古河道砂岩铀矿床地浸采铀井场工艺的探索和思考[J].铀矿冶，2012，31(1)：1-8.

[5] 李政.铀矿矿体生产勘探类型划分探讨[J].铀矿冶，1996,15(4):227-235.