鹽礦安全問題及環境汙染的防治

據《中國消防》報道：

1 引言

不合理的大麵積開采鹽礦，將使地麵沉陷而冒鹵，使地麵建築和各種設施遭到破壞

甚至造成生態災難。例如：英國維涅爾達鹽礦水溶開采時，曾破壞城市住房四百多套：法國帕達林吉雅水溶采鹵造成地麵下沉，損害了通往巴黎的鐵路線；前蘇聯斯拉維楊水采鹽礦導致地麵下沉，影響城市和療養區建築物的安全，迫使居民遷移；我國雲南一平浪鹽礦、湖南湘澧鹽礦也曾發生地麵沉陷；自貢長山鹽礦曾發生地麵冒鹵，使數百畝耕地嚴重減產，甚至不能再耕作。另外，鹽礦在采鹵過程中，對鹽礦周圍生態和大氣環境會造成一定的汙染。為此，鹽礦生產必須采取切實有效的工藝方法，防止環境災害的發生，對不可避免的環境問題，也應及時加以解決。

2鹽礦的安全生產

2.1防止頂板垮塌的措施

對於礦體薄而埋藏較深的岩鹽礦藏，鑽井水溶開采後對地表一般不產生顯著影響。當礦體較厚、埋藏又較淺時，其溶腔直徑就不能隨意擴大，否則就可能產生嚴重後果。雲南喬後鹽礦就曾發生過鑽井垮塌並冒鹵到地表的02manbetx.com ，造成了巨大的經濟損失。岩鹽礦床的地質條件表現為：頂、底板堅硬、致密、穩定性強；頂、底不穩定兩種。

對於頂、底板堅硬、致密、穩定性強的岩鹽礦床，僅需注重開采工藝和技術參數的合理選擇，如單井對流法水溶開采鹽丘，控製最大留設礦柱（理論計算礦柱）厚度與溶腔最大跨度（D＜sub>MAX）之比（k₁）為2.7～3.7、回采厚度與D_MAX之比（k₂）為11～18.7，k₁和k₂越大，開采的安全性越高。不過，不同國家對上述下限的規定不盡相同，如美國能源部規定k₁＞1.87，k₂＞10。

當用水力壓裂法采鹵時，要求岩鹽礦層保存完好、密封性強，頂板抗壓強度、穩定性及鹽層品位均較高，鹽層埋深較淺，尤其是要求固井質量及管串各部分的承壓能力要達到設計要求，這樣才能保證不發生注入的淡水大量流失及頂板垮塌等02manbetx.com ，而使壓裂成功；同時鹽井井身條件應良好，如對複鹽層宜先開采最下麵的一層，而對埋深較大的岩鹽礦床，在實施壓裂工藝中，應改原來普通壓裂的中心管注入高壓水為套管或環隙注入，以提高排量而降低泵壓，這不僅利於支撐劑的順利使用，而且也使水力能量在預期部位達到足夠的值。

對頂板不穩定的淺埋岩鹽礦床，不僅應控製k₁和k₂兩個參數，而且還應使兩口距（指中心管下端與環隙套管下端的距離或壓裂井與出鹵井管串下端之間的距離）較小，以減小上溶速度，即控製溶腔的高度H（一般不宜超過岩鹽層厚度的一半；對深埋鹽層溶腔高度的3倍應小於鹽層埋深），建槽半徑應大於兩井井底間的距離，溶腔間距應遠大於理論計算礦柱厚度，且回采度應大於鹽層的埋深。為控製溶腔中的上溶，宜采用穩定的油墊層（墊層厚度不低於2cm）等措施以保護岩鹽層頂板。

要使溶腔保持穩定，其形狀最好為球狀或橢球狀，但這種形狀往往難於實現。餘賢斌用軸對稱線彈性有限單元法，對鑽井水溶法進行岩鹽厚礦體開采中的溶腔穩定性進行了計算和03manbetx 。結果表明，原岩應力的側壓力係數λ＜0.5時，頂板溶成拱形或類似形狀時對其穩定性有利；當λ＞0.5時，溶腔頂板保持為上溶時的平坦狀更有利於溶腔的穩定；當λ較大時適當增大溶腔直徑，其穩定性不會發生明顯變化。

2.2偶發02manbetx.com 的原因03manbetx 及其處理方法

無論是單井循環對流還是壓裂采鹵，都應時時監測注水出水流量比、鹵水濃度及水質。一旦出現異常現象，如注水出鹵比超過或低於正常值（0.7～0.9），鹵水濃度急劇降低或增加，則應立即停止注水並迅速03manbetx 、判斷02manbetx.com 原因，切不可注入大量淡水，破壞鹵井而造成環境隱患。

當注水出鹵比降低，且油管、套管內壓強降低時，有可能發生異地冒鹵或地層深度滲漏。此時應大範圍的實地查看，抽取地下水進行03manbetx 以判明其中離子濃度是否增大，進而查明原因所在。對於異地冒鹵，先采用機械裝置抽提鹵水，在壓力不太大的情況下，再下密封層以封閉出鹵處；對於地層深度滲漏，應先取出地下管串，重新固井後，方可恢複生產。

當出鹵濃度降低時，若出鹵流量亦減少，則可能發生了周圍地層中的流動水源與鹵井相互滲透；若出鹵流量正常，則可能是存在較低品位的夾層所致。對於前者，先結合地質資料進行分析：若為薄的夾層，則可增加注入淡水的壓力和流量，強製衝蝕並穿透夾層；若夾層較厚，則應取出管串，采用機械鑽孔穿過夾層，重新固井後再投入生產。

當進出水流量比、出鹵濃度、管串內的壓強均突然降低，出鹵中含砂量突然增加，則可能發生了嚴重的頂板垮塌。頂板垮塌常伴隨地下套管變形，此時應割斷變形部分管串，使之落入溶腔內，然後重新下入管串，抽出溶腔內的鹵水，以降低腔內壓力，避免地層冒鹵。在封閉報廢該鹽井的同時，利用緊鄰鹽井或新建井采鹵，以使原滲透到周圍地層中的鹵水較為順利的返出地麵，消除隱患。

3開采鹽礦對環境的汙染及其對策

3.1鹽礦開采中對土壤環境的汙染及對策

鹽礦的開采，無論是采用地下坑道旱采，還是采用鑽井水溶開采，其產品首先是鹵水。對於旱采，還涉及到殘渣在地麵的堆放與處置問題。現普遍采用的地下水溶開采，產品鹵水在輸送過程中不免發生管壁的滲漏等事故，將對土壤或水體造成汙染。在排解事故之後，應立即對被汙染的土壤或水體進行評價和治理。判明及評價汙染程度最簡單的方法是直接取水樣測其電導率（對於土壤，因鹵水的主要成分是可溶的，被土壤吸收後仍可采用水溶溶出）。一般說來，未被汙染的地表水其電導率為10^-5S•m^-1，而飽和鹵水的電導率高達250 S•m^-1，據此可對土壤或水體受到汙染的情況作出評價。土壤的地球化學特征表明，礦區附近土壤已有較明顯的鹽化。平均全鹽含量為0.61％，次生鹽漬比較明顯。在水稻無法耕作區的水域，氯化物平均含量高達2668.66mg/dm³。

對於被鹵水汙染的土壤，目前主要是采用種植耐鹽植物對其進行改良，如汙染的土壤範圍較窄，也可采用客土和深翻的方法。同時，鹽礦應加強管理，鹵水輸運管沿線應派專人進行巡查，及時發現可能或已出現的事故處，作好應急處理，從而減少對土壤汙染的可能性，也降低了鹽礦的成本和減少鹽礦對農民造成的損失。

3.2鹽礦開采中對水環境的汙染及對策

水溶法采鹽對礦區環境的影響主要表現為：外泄鹵水對水環境、土壤環境的汙染；溶

腔塌陷導致地麵沉降；造成區內水稻的減產和死亡。鹵水外泄的基本途徑主要表現在3個方麵：

①輸鹵係統的鹵水外泄，主要是因管道的腐蝕，破裂和密封不嚴而導致管內鹵水的外泄；

②鹵水廠的向外排放廢鹵水；

③因溶腔塌陷而導致鹵水外泄，且部分鹵水可能與地下水連通而流失，一部分鹵水可沿破碎通道以鹽泉的形式到達地表。

鹵水對區內地表水的汙染是非常嚴重的，如某些水域中氯化物含量已超出農用灌溉水標準。水采區水環境中氯化物的分析表明，地表水的被汙染地帶，氯化物濃度一般為125.25～3276.50mg/dm³，某些地段高達138000mg/dm³。相應溶液的滲透壓一般為0.14×10⁵～3.85×10⁵Pa,汙染嚴重的地表水局部可達162.4×10⁵Pa；礦區地表水中Mn的含量變化較大，普遍比鄰區正常水體Mn的含量高，這可能是易溶鹽類的汙染對土壤中Mn的淋溶有較大影響所致。

用含鹽高的地表水灌溉水稻，既使不考慮碳酸鹽、硫酸鹽等鹽分的作用，僅考慮由氯化鈉所導致的滲透壓即可達2.56×10⁵Pa，實際溶液滲透壓還要高，說明這一地段地表水對水稻的滲透壓脅迫是存在的，使水稻吸水力相對減弱，出現吸水困難和生理紊亂。這可能是使水稻抽穗期、充漿期縮短和迅速枯黃甚至死亡的主要原因。

水體汙染的治理方法有以下幾種：

（1）對製鹽廢水，在條件許可的情況下，可將其再次注入地下進行水溶開采，不能直接排放。如安微省江淮精製鹽廠，將製鹽車間的含鹽廢水（主要有刷罐水、除塵水、衝洗水等，其主要成分為NaCI和少量的Na₂SO₄、CaSO₄、MgSO₄等）全部集中回廢水池，泵送鹽礦緩衝池，然後回井采鹵。

（2）對氯化鈉含量較高的廢水可采用富集濃縮的方法回收鹽分，具體的工藝方法有：

①反滲透法，選擇孔徑合適的滲透膜，將廢水與淡水用半透膜隔開，並在廢水端加壓，由於μ_水>μ_廢水(水),當加壓到克服了廢水產生的滲透壓仍有較大值時，廢水端的水會向水端轉移，從而使其得到濃縮；

②Donnan平衡法，將廢水與大分子溶液用較小孔徑的半透膜等材料隔開，Na⁺、CI^－可通過半透膜進入大分子溶液中，這既降低了廢水的鹽度，同時大分子溶液中含有Na⁺、CI^－後可使某些化工生產過程簡化，如肥皂的生產等；

③離子交換樹脂法。

製鹽廠的廢鹵水也可作為其他化工產品的生產原料，如電解法製氯堿，利用廢鹵水可減少固體氯化鈉的用量。

3.3鹽礦開采中對大氣環境的汙染及對策

當鹵水輸送到製鹽廠和其他化工廠時，尤其是在製鹽過程中，空氣中飛揚大量的鹽塵，

經呼吸道進入人體後，將引起呼吸道感染及高血壓等疾病。製鹽幹燥廢氣為含鹽粉廢氣，其中主要含少量的NaCI、Na₂SO₄、CaSO₄、MgSO₄等成分，采用雙級蝸式旋風除塵器和麻石水膜除塵器除塵後，排入大氣，可減弱其對周圍環境的汙染。對於空氣中的氯化鈉粉塵，在車間小範圍內，也可通過機械裝置噴灑（射）水（霧）使之溶解而降落到地麵；在其周邊範圍，可采用種植植株高大、枝葉茂盛、葉麵吸附能力強、耐鹽的植物（如玉米、棉花、大豆、甜瓜、鹽角草、長冰草、海嵩和堿蓬等）來淨化空氣，也可用生物技術（如菌類接種）進一步提高農作物的耐鹽度，擴大種植農作物的品種。

岩鹽礦床常伴生天然氣，其主要成分是甲烷、硫化氫等。開采時，若不加以回收利用而直接排空，將會對大氣環境造成危害：甲烷是一種強的溫室效應氣體，其溫熱勢為二氧化碳的21倍；純H₂S的毒性接近HCN，空氣中含少量H₂S時會引起頭痛，而含有大量H₂S時則引起心髒和肺神經中樞麻痹，造成昏厥和死亡。

對薄層淺埋岩鹽礦床，由於氣體本身的流動性較強，開采過程中容易滲出地麵致使礦區大氣中甲烷、硫化氫、二氧化碳等的含量增大；若遇地麵冒鹵（黑或黃）事故，進入大氣的汙染氣體就更加嚴重。鹽礦生產中，對氣體賦存量較小的礦床，宜采取氣鹵同采；而氣體賦存量較大時，既可利用貯氣進行氣墊采鹵，也可氣鹵同采。

另一方麵，礦床伴生氣體在鹵水中有一定的溶解度（其隨鹵水壓力的增大而增加），若不加以淨化處理，不僅在製鹽過程中腐蝕設備，增大能耗，且其逸出亦將汙染大氣。對采出的鹵水，可采取多次預熱（70～80℃）的方法實現氣鹵分離，且回收的氣體（如甲烷）可作為能源使用。

4 結論

筆者對防止鹽礦開采中頂板垮塌的措施及偶發事故的分析和處理進行了研討和總結，認為有以下結論：

（1）我國地下水溶開采岩鹽的回采率較低，主要是由鹽井事故（如鹵水滲漏、地麵冒鹵等）引起的，造成了自然資源的嚴重浪費。岩鹽水溶開采過程中岩鹽層頂板垮塌的智能化預測、溶腔的利用問題，需要深入研究。

（2）鹽礦旱采殘渣在地麵的堆放與處置、水溶開采中頂板跨塌冒鹵、鹵水輸送過程中管壁滲漏等將對土壤或水體造成汙染，通過電導率法判明受到汙染的程度，據此采用種植耐鹽植物、客土和深翻的方法對其進行改良，同時也應對鹽礦加強管理。

（3）鹵水對區內地表水的汙染是非常嚴重的，某些水域中氯化物含量已超出農用灌溉水標準，以此灌溉水稻，將使之出現吸水困難和生理紊亂。對製鹽廢水可將其再次注入地下進行水溶開采或用作其他化工產品的生產原料，對氯化鈉含量較高的廢水可采用反滲透法、Donnam平衡法、離子交換樹脂法等回收鹽分。

（4）製鹽過程中空氣裏飛揚的鹽塵，可采用雙級蝸式旋風除塵器和麻石水膜除塵器除塵，車間小範圍內也可通過機械裝置噴灑水使之溶解而降落到地麵，在其周邊範圍，可采用種植耐鹽植物淨化空氣，采用生物技術提高農作物的耐鹽度。岩鹽礦床常伴生天然氣在鹵水中有一定的溶解度，可采取多次預熱的方法實現氣鹵分離，且回收的甲烷可作為能源使用。