[科普中国]-特殊方法开采

特殊方法开采是指采用溶解、浸出、熔化，气化等特殊工艺，而不采用常规的凿岩爆破、装载运输、选矿富集等采选工艺开采矿产资源的方法，亦称特殊开采方法。它根据矿物的物理化学特性，将工作剂注入矿床或矿石堆，通过溶解、浸出、熔化、气化、水力破碎等工艺，使矿床中或矿石中的有用成分从固态就地转化为流动状态的水溶浸、浸出液、熔融液、气体或固液混合悬浮体，经钻孔或其他工程将其输运至地表加工成产品。

简介特殊方法开采是指采用溶解、浸出、熔化，气化等特殊工艺，而不采用常规的凿岩爆破、装载运输、选矿富集等采选工艺开采矿产资源的方法，亦称特殊开采方法。它根据矿物的物理化学特性，将工作剂注入矿床或矿石堆，通过溶解、浸出、熔化、气化、水力破碎等工艺，使矿床中或矿石中的有用成分从固态就地转化为流动状态的水溶浸、浸出液、熔融液、气体或固液混合悬浮体，经钻孔或其他工程将其输运至地表加工成产品。

特殊方法开采是建立在许多学科基础上的综合性的应用科学技术，其主要内容是运用采矿学、地质学、物理学和化学等科学技术成就，解决特殊方法开采中矿山地质和开采工艺两方面的科学技术问题。在矿山地质方面主要研究岩石介质对矿物转变为流动状态的影响因素和有用成分转变为流动状态的可能性。分析矿床赋存条件是否符合开采工艺的要求，以及从特殊方法开采工艺的要求，全面评价地下矿产资源，在开采方案开采工艺力一面，主要研究矿床开拓方式，回采顺序，工作剂的选择和制备，工作剂的注入和输送，生产过程的控制，产品液的抽出以及加工处理方法等。

特殊方法开采一词是相对常规方法提出的，最早见于J954年苏联阿果什科夫的著作《金属矿床开采》，阿氏将金属矿物的溶浸、岩盐的溶解、硫的熔融、煤的地下气化，油页岩的干馏等开采方法统称为特殊开采方法。在西方国家的文献中、该词见于美国1973年出版的《采矿工程手册》。在中国1984年出版的《中国大百科全书-矿冶卷》、1987年出版的《采矿设计手册》和1988年出版的《采矿手册》中也采用了“特殊采矿”这一术语1。

特点特殊方法开采的主要特点有：

(1)矿床通常用钻孔开拓，并配以成套的专用设备(钻孔套管柱、气升泵、潜水泵、水枪、加热器等)进行开采，无需掘出大量的井巷等地下工程。故又称钻孔开采。

(2)经钻孔注人直接作用于矿体并沿矿层裂隙流动的工作剂(水、气、溶浸剂、载热体等)是特殊采矿的主要回采手段.不需采用凿岩爆破等工艺设备。

(3)矿体既是开采对象，又是采选有用成分的场所，在工作剂的作用下，其有用成分就地从固态转变为流动状态，并经钻孔抽至地表处理，其他废石或残碴则留在原地，故又称无废开采。

(4)矿石中固态有用成分转变为流态的可能性及其转变程度、转变速度是决定本方法技术上是否可行，经济上是否合理的关键。

(5)采出的产品不是原矿石，而是含一定浓度有用成分并易于加工的流体。

(6)通过改变工作剂的流量、温度、浓度、注入位置和产品抽出位置、在地表控制整个回采过程，而毋需到地下作业2。

分类根据矿石有用成分从固态转变为流动状态的方法，特殊方法开采可分为：溶解、溶浸、地下气化、地下干馏、热熔和钻孔水力开采等方法。

(1)溶解法

此法主要用于开采岩盐、钾盐、天然碱以及氯镁石等矿床。利用盐碱易溶解于水的特点，通过钻孔向地下盐、碱矿床注入淡水，就地溶解其有用成分、并将溶液(卤水)抽至地表，经加工而获得盐碱产品。水溶解法按生产工艺分为单井对流法、油(气)热对流法和水力压裂法。此法工艺设备简单，投资少，见效快。劳动条件好。因此得到很快发展。随着油气垫和水力压裂等先进技术和自喷、气举、潜卤泵等工艺没备的不断采用，使产量不断增大，20世纪80年代世界各国用钻孔水溶法开采岩盐的产量已占岩盐开采总量的95%以上。

(2)溶浸法

此法主要用于铜、铀、金、银等金属矿的开采。

(3)地下气化法

此法主要用于采煤。通过钻孔注入空气、氧气或水蒸气，使地下煤层沿气化道燃烧，气化后转化为可燃气体，井送至地表作为能源或化上原料供工业使用，气化道的形成是此法的关键，其贯通方法有火力渗透法、电力法、水力压裂法和钻孔贯通法等。

(4)地下干溜法

此法主要用于油页岩的开采。通过钻孔系统将地下油页岩层加热至300-480℃，油负岩在原地热解或裂化，油母分解出液体燃料油和煤气，由钻孔排至地表加工后供工业利用。地下干溜法一般需经过地下干馏罐的准备、油页岩层预裂、加热干馏和碳质残渣的气化等过程。根据加热方法该法可分为电力加热法、燃烧法、热注入法和电焦化法。

(5)热熔法

此法主要用于采硫。利用自然硫熔点低(112.8-119℃)。不溶于水且密度比水大等特点，通过钻孔将加压的过热水(165-170℃)注入硫矿层，使自然硫就地熔化并汇集于钻孔底部，通过同一钻孔排至地表进行加工。此法首先由弗拉施1891年提出，故又名弗拉施法。

根据矿床赋存条件，所采用的热熔方法有弗拉施法、流体动力法和热流体法。热熔法工艺简单，生产安全。投资省，生产效益高，开采深度大，无尾矿和污染问题，可获得含液态硫99.5%的产品，其主要缺点是回采率低、热效率差、耗水量大。

(6)钻孔水力法

此法用于开采疏松和胶结性较弱的金属和非金属矿床3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学