井矿盐资源水溶开采-注井充填循环开采方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术可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，且无论是在“纵向”上还是在“横向”上都显著地提高了井矿盐资源的回采率，并且延长盐井服务年限；并将制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣充填到腔体中，避免了地面环境污染，实现了废物的资源化利用，也防止了地面沉陷的发生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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出冒污染地下水。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I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Ho I ford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。目前，虽然将固体废弃物注入到盐腔中在一定程度上解决了环境污染问题，但是这样也只是对少部分盐资源进行了开采利用，而造成大量的盐资源浪费。井矿盐资源(尤其是超厚井矿盐)回采率不高，采卤成本较高等问题仍然没有得到很好地解决。
技术实现思路
针对目前井矿盐资源回采率不高、容易诱发地面沉陷，以及制碱、制盐或燃煤产生的废渣污染环境等一系列问题，本申请的专利技术人将井矿盐水溶开采和废渣注井充填有机结合，首先采用水溶开采方法开采井矿盐资源；之后，将充填物质例如制碱、制盐或燃煤产生的废渣注井充填到采盐溶腔中；在采盐溶腔得到充填后，再进行水溶开采井矿盐，即水溶开采和注井充填循环进行。可以实现井矿盐资源的高回采率，也延长了钻井的服务年限；同时避免了制碱、制盐或燃煤产生的废渣对地面生态环境造成污染，实现废物资源化利用。可谓是一举多得。具体而言，本专利技术涉及一种，属于水溶开采和溶腔注井充填相结合对井矿盐资源进行水溶开采的新工艺，循环交替进行水溶开采和注井充填两个工艺流程。此循环开采方法对井矿盐矿床无论是在“纵向”上还是在“横向”上都显著地提高了井矿盐资源的回采率，并且延长盐井服务年限。在岩盐资源充分开采的同时，将充填物质例如制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣充填到腔体中，既避免了地面环境污染，实现了废物的资源化利用，也防止了地面沉陷的发生。本专利技术所涉及，该方法具有(或包括)以下步骤:(I)在矿区布置矿井(优选分别为单井对流、或双井连通对流法)，对井矿盐的下部盐群进行水溶开采，生产卤水并在地下形成空的溶腔体(即一次溶腔体)；(2)水溶开采达到最大许可的开采量(例如20 30万吨矿盐，按照所采出卤水的干基计算)之后，结合声纳测腔技术测定腔体的溶腔直径(简称溶径)和形状，确定腔体的体积大小(即溶腔的容积)；(3)通过注井充填技术将充填物质(优选为制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣，更优选为制碱过程中产生的废渣)注入到采盐溶腔体中，随着溶腔内充填物质的增加(例如充填物质(如废渣)填充达到溶腔体容积的40 95vol%，优选60 80vol%。盐腔体因为下部被填充而变小)，通过割管工艺将盐井的下部井管逐渐割短(其中，在溶腔中由于微溶或难溶的充填物质比重较卤水大，而逐渐沉淀至腔体底部，并逐渐固结，保证了采盐溶腔的力学稳定性);(4)采盐溶腔下部得到充填后，对腔体的上部盐群继续进行水溶开采，继续生产卤水并在地下形成二次溶腔体(即扩大的溶腔体。因为，继续开采卤水使得以上步骤(3)中缩小的盐腔体逐渐向上延伸而再次扩大)；(5)水溶开采达到最大许可的开采盐量(例如20 30万吨矿盐，按照所采出卤水的干基计算)后，结合声纳测腔技术确定腔体的体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井矿盐资源水溶开采?注井充填循环开采方法，该方法包括以下步骤：（1）在矿区布置矿井，对井矿盐的下部盐群进行水溶开采，生产卤水并在地下形成空的溶腔体即一次溶腔体；（2）水溶开采达到最大许可的开采量之后，结合声纳测腔技术测定腔体的溶径和形状，确定腔体的体积大小；（3）通过注井充填技术将充填物质(例如制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣)注入到采盐溶腔体中，随着溶腔内充填物质的增加，通过割管工艺将盐井的下部井管逐渐割短；（4）采盐溶腔下部得到充填后，对腔体的上部盐群继续进行水溶开采，生产卤水并在地下形成二次溶腔体；（5）水溶开采达到最大许可的开采盐量后，结合声纳测腔技术确定腔体的体积大小，再通过注井充填技术将充填物质(例如制碱、制盐或燃煤过程产生的废渣)充填到采盐溶腔中，并随着溶腔内充填物质的增加，通过割管工艺将盐井的下部井管逐渐割短；（6）重复以上（4）和（5）的步骤，以循环交替进行水溶开采和注井充填，直至盐井控矿范围内的含盐地层从下至上依次得到开采。

【技术特征摘要】
1.一种井矿盐资源水溶开采-注井充填循环开采方法，该方法包括以下步骤: (1)在矿区布置矿井，对井矿盐的下部盐群进行水溶开采，生产卤水并在地下形成空的溶腔体即一次溶腔体； (2)水溶开采达到最大许可的开采量之后，结合声纳测腔技术测定腔体的溶径和形状，确定腔体的体积大小； (3)通过注井充填技术将充填物质(例如制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣)注入到采盐溶腔体中，随着溶腔内充填物质的增加，通过割管工艺将盐井的下部井管逐渐割短； (4)采盐溶腔下部得到充填后，对腔体的上部盐群继续进行水溶开采，生产卤水并在地下形成二次溶腔体； (5)水溶开采达到最大许可的开采盐量后，结合声纳测腔技术确定腔体的体积大小，再通过注井充填技术将充填物质(例如制碱、制盐或燃煤过程产生的废渣)充填到采盐溶腔中，并随着溶腔内充填物质的增加，通过割管工艺将盐井的下部井管逐渐割短； (6)重复以上(4)和(5)的步骤，以循环交替进行水溶开采和注井充填，直至盐井控矿范围内的含盐地层从下至上依次得到开采。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:进一步包括在所述盐井开采完毕之后，根据矿区的矿藏分布确定盐井间距，布置新的盐井重新进行井矿盐的水溶开采和注井充填循环过程。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述方法中井矿盐水溶开采方法为单井生产或井组生产，优选为单井对流水溶开采法或双井对流水溶开采法。4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于:所述方法中井矿盐水溶开采方法是利用淡水，或利用制盐或制碱生产的废水直接注入盐矿井中，或在制盐、制碱生产的废水中加入淡水后替代注井淡水注入盐矿井中进行水溶开采。5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于:所述方法中水溶开采所生产的卤水直接用于制盐工业，或者直接作为制碱工业的原料卤水。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于:在所述水溶开采过程中遇到不溶或难溶的厚度大的夹层，致使无法继续进行水溶开采时，在夹层下方溶腔得到充分充填的情况下，采用割管工艺，将盐井下部井管割除，并用水泥塞封住原钻孔；在夹层上方的未采盐群中，重新进行水溶开采，继续循环进行水溶开采和注井充填。7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其特征在于:在注井充填时，每次注井充填的充填物质(例如废渣)量填充达到溶腔体容积的一般为40 95vol%，优选为60 80vol%。8.一种利用单井...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋海斌，张文广，刘正友，刘凯，宋茜茜，王桂春，艾红，卢青峰，赵斯祝，
申请(专利权)人：江苏井神盐化股份有限公司，
类型：发明
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