2023年《安全管理》之盐矿安全问题及环境污染的防治.docx

盐矿平安问题及环境污染的防治 据中国消防报道： 1 引言 不合理的大面积开采盐矿，将使地面沉陷而冒卤，使地面建筑和各种设施遭到破坏 甚至造成生态灾难。例如：英国维涅尔达盐矿水溶开采时，曾破坏城市住房四百多套：法国帕达林吉雅水溶采卤造成地面下沉，损害了通往巴黎的铁路线；前苏联斯拉维杨水采盐矿导致地面下沉，影响城市和疗养区建筑物的平安，迫使居民迁移；我国云南一平浪盐矿、湖南湘澧盐矿也曾发生地面沉陷；自贡长山盐矿曾发生地面冒卤，使数百亩耕地严重减产，甚至不能再耕作。另外，盐矿在采卤过程中，对盐矿周围生态和大气环境会造成一定的污染。为此，盐矿生产必须采取切实有效的工艺方法，防止环境灾害的发生，对不可防止的环境问题，也应及时加以解决。 2盐矿的平安生产 2.1防止顶板垮塌的措施 对于矿体薄而埋藏较深的岩盐矿藏，钻井水溶开采后对地表一般不产生显著影响。当矿体较厚、埋藏又较浅时，其溶腔直径就不能随意扩大，否那么就可能产生严重后果。云南乔后盐矿就曾发生过钻井垮塌并冒卤到地表的事故，造成了巨大的经济损失。岩盐矿床的地质条件表现为：顶、底板坚硬、致密、稳定性强；顶、底不稳定两种。 对于顶、底板坚硬、致密、稳定性强的岩盐矿床，仅需注重开采工艺和技术参数的合理选择，如单井对流法水溶开采盐丘，控制最大留设矿柱（理论计算矿柱）厚度与溶腔最大跨度（D＜sub>MAX）之比（k1）为2.7～3.7、回采厚度与DMAX之比（k2）为11～18.7，k1和k2越大，开采的平安性越高。不过，不同国家对上述下限的规定不尽相同，如美国能源部规定k1＞1.87，k2＞10。 当用水力压裂法采卤时，要求岩盐矿层保存完好、密封性强，顶板抗压强度、稳定性及盐层品位均较高，盐层埋深较浅，尤其是要求固井质量及管串各局部的承压能力要到达设计要求，这样才能保证不发生注入的淡水大量流失及顶板垮塌等事故，而使压裂成功；同时盐井井身条件应良好，如对复盐层宜先开采最下面的一层，而对埋深较大的岩盐矿床，在实施压裂工艺中，应改原来普通压裂的中心管注入高压水为套管或环隙注入，以提高排量而降低泵压，这不仅利于支撑剂的顺利使用，而且也使水力能量在预期部位到达足够的值。 对顶板不稳定的浅埋岩盐矿床，不仅应控制k1和k2两个参数，而且还应使两口距（指中心管下端与环隙套管下端的距离或压裂井与出卤井管串下端之间的距离）较小，以减小上溶速度，即控制溶腔的高度H（一般不宜超过岩盐层厚度的一半；对深埋盐层溶腔高度的3倍应小于盐层埋深），建槽半径应大于两井井底间的距离，溶腔间距应远大于理论计算矿柱厚度，且回采度应大于盐层的埋深。为控制溶腔中的上溶，宜采用稳定的油垫层（垫层厚度不低于2cm）等措施以保护岩盐层顶板。 要使溶腔保持稳定，其形状最好为球状或椭球状，但这种形状往往难于实现。余贤斌用轴对称线弹性有限单元法，对钻井水溶法进行岩盐厚矿体开采中的溶腔稳定性进行了计算和分析。结果说明，原岩应力的侧压力系数λ＜0.5时，顶板溶成拱形或类似形状时对其稳定性有利；当λ＞0.5时，溶腔顶板保持为上溶时的平坦状更有利于溶腔的稳定；当λ较大时适当增大溶腔直径，其稳定性不会发生明显变化。 2.2偶发事故的原因分析及其处理方法 无论是单井循环对流还是压裂采卤，都应时时监测注水出水流量比、卤水浓度及水质。一旦出现异常现象，如注水出卤比超过或低于正常值（0.7～0.9），卤水浓度急剧降低或增加，那么应立即停止注水并迅速分析、判断事故原因，切不可注入大量淡水，破坏卤井而造成环境隐患。 当注水出卤比降低，且油管、套管内压强降低时，有可能发生异地冒卤或地层深度渗漏。此时应大范围的实地查看，抽取地下水进行分析以判明其中离子浓度是否增大，进而查明原因所在。对于异地冒卤，先采用机械装置抽提卤水，在压力不太大的情况下，再下密封层以封闭出卤处；对于地层深度渗漏，应先取出地下管串，重新固井后，方可恢复生产。 当出卤浓度降低时，假设出卤流量亦减少，那么可能发生了周围地层中的流动水源与卤井相互渗透；假设出卤流量正常，那么可能是存在较低品位的夹层所致。对于前者，先结合地质资料进行分析：假设为薄的夹层，那么可增加注入淡水的压力和流量，强制冲蚀并穿透夹层；假设夹层较厚，那么应取出管串，采用机械钻孔穿过夹层，重新固井后再投入生产。 当进出水流量比、出卤浓度、管串内的压强均突然降低，出卤中含砂量突然增加，那么可能发生了严重的顶板垮塌。顶板垮塌常伴随地下套管变形，此时应割断变形局部管串，使之落入溶腔内，然后重新下入管串，抽出溶腔内的卤水，以降低腔内压力，防止地层冒卤。在封闭报废该盐井的同时，利用紧邻盐井或新建井采卤，以使原渗透到周围地层中的卤水较为顺利的返出地面，消除隐患。 3开采盐矿对环境的污染及其对策 3.1盐矿开采中对土壤环境的污染及对策 盐矿的开采，无论是采用地下坑道旱采，还是采用钻井水溶开采，其产品首先是卤水。对于旱采，还涉及到残渣在地面的堆放与处置问题。现普遍采用的地下水溶开采，产品卤水在输送过程中不免发生管壁的渗漏等事故，将对土壤或水体造成污染。在排解事故之后，应立即对被污染的土壤或水体进行评价和治理。判明及评价污染程度最简单的方法是直接取水样测其电导率（对于土壤，因卤水的主要成分是可溶的，被土壤吸收后仍可采用水溶溶出）。一般说来，未被污染的地表水其电导率为10-5S•m-1，而饱和卤水的电导率高达250 S•m-1，据此可对土壤或水体受到污染的情况作出评价。土壤的地球化学特征说明，矿区附近土壤已有较明显的盐化。平均全盐含量为0.61％，次生盐渍比较明显。在水稻无法耕作区的水域，氯化物平均含量高达2668.66mg/dm3。 对于被卤水污染的土壤，目前主要是采用种植耐盐植物对其进行改良，如污染的土壤范围较窄，也可采用客土和深翻的方法。同时，盐矿应加强管理，卤水输运管沿线应派专人进行巡查，及时发现可能或已出现的事故处，作好应急处理，从而减少对土壤污染的可能性，也降低了盐矿的本钱和减少盐矿对农民造成的损失。 3.2盐矿开采中对水环境的污染及对策 水溶法采盐对矿区环境的影响主要表现为：外泄卤水对水环境、土壤环境的污染；溶 腔塌陷导致地面沉降；造成区内水稻的减产和死亡。卤水外泄的根本途径主要表现在3个方面： ①输卤系统的卤水外泄，主要是因管道的腐蚀，破裂和密封不严而导致管内卤水的外泄； ②卤水厂的向外排放废卤水； ③因溶腔塌陷而导致卤水外泄，且局部卤水可能与地下水连通而流失，一局部卤水可沿破碎通道以盐泉的形式到达地表。 卤水对区内地表水的污染是非常严重的，如某些水域中氯化物含量已超出农用灌溉水标准。水采区水环境中氯化物的分析说明，地表水的被污染地带，氯化物浓度一般为125.25～3276.50mg/dm3，某些地段高达138000mg/dm3。相应溶液的渗透压一般为0.14×105～3.85×105Pa,污染严重的地表水局部可达162.4×105Pa；矿区地表水中Mn的含量变化较大，普遍比邻区正常水体Mn的含量高，这可能是易溶盐类的污染对土壤中Mn的淋溶有较大影响所致。 用含盐高的地表水灌溉水稻，既使不考虑碳酸盐、硫酸盐等盐分的作用，仅考虑由氯化钠所导致的渗透压即可达2.56×105Pa，实际溶液渗透压还要高，说明这一地段地表水对水稻的渗透压胁迫是存在的，使水稻吸水力相对减弱，出现吸水困难和生理紊乱。这可能是使水稻抽穗期、充浆期缩短和迅速枯黄甚至死亡的主要原因。 水体污染的治理方法有以下几种： （1）对制盐废水，在条件许可的情况下，可将其再次注入地下进行水溶开采，不能直接排放。如安微省江淮精制盐厂，将制盐车间的含盐废水（主要有刷罐水、除尘水、冲洗水等，其主要成分为NaCI和少量的Na2SO4、CaSO4、MgSO4等）全部集中回废水池，泵送盐矿缓冲池，然后回井采卤。 （2）对氯化钠含量较高的废水可采用富集浓缩的方法回收盐分，具体的工艺方法有： ①反渗透法，选择孔径适宜的渗透膜，将废水与淡水用半透膜隔开，并在废水端加压，由于μ水>μ废水(水) ,当加压到克服了废水产生的渗透压仍有较大值时，废水端的水会向水端转移，从而使其得到浓缩； ②Donnan平衡法，将废水与大分子溶液用较小孔径的半透膜等材料隔开，Na+、CI－可通过半透膜进入大分子溶液中，这既降低了废水的盐度，同时大分子溶液中含有Na+、CI－后可使某些化工生产过程简化，如肥皂的生产等； ③离子交换树脂法。 制盐厂的废卤水也可作为其他化工产品的生产原料，如电解法制氯碱，利用废卤水可减少固体氯化钠的用量。 3.3盐矿开采中对大气环境的污染及对策 当卤水输送到制盐厂和其他化工厂时，尤其是在制盐过程中，空气中飞扬大量的盐尘， 经呼吸道进入人体后，将引起呼吸道感染及高血压等疾病。制盐枯燥废气为含盐粉废气，其中主要含少量的NaCI、Na2SO4、CaSO4、MgSO4等成分，采用双级蜗式旋风除尘器和麻石水膜除尘器除尘后，排入大气，可减弱其对周围环境的污染。对于空气中的氯化钠粉尘，在车间小范围内，也可通过机械装置喷洒（射）水（雾）使之溶解而降落到地面；在其周边范围，可采用种植植株高大、枝叶茂盛、叶面吸附能力强、耐盐的植物（如玉米、棉花、大豆、甜瓜、盐角草、长冰草、海嵩和碱蓬等）来净化空气，也可用生物技术（如菌类接种）进一步提高农作物的耐盐度，扩大种植农作物的品种。 岩盐矿床常伴生天然气，其主要成分是甲烷、硫化氢等。开采时，假设不加以回收利用而直接排空，将会对大气环境造成危害：甲烷是一种强的温室效应气体，其温热势为二氧化碳的21倍；纯H2S的毒性接近HCN，空气中含少量H2S时会引起头痛，而含有大量H2S时那么引起心脏和肺神经中枢麻痹，造成昏厥和死亡。 对薄层浅埋岩盐矿床，由于气体本身的流动性较强，开采过程中容易渗出地面致使矿区大气中甲烷、硫化氢、二氧化碳等的含量增大；假设遇地面冒卤（黑或黄）事故，进入大气的污染气体就更加严重。盐矿生产中，对气体赋存量较小的矿床，宜采取气卤同采；而气体赋存量较大时，既可利用贮气进行气垫采卤，也可气卤同采。 另一方面，矿床伴生气体在卤水中有一定的溶解度（其随卤水压力的增大而增加），假设不加以净化处理，不仅在制盐过程中腐蚀设备，增大能耗，且其逸出亦将污染大气。对采出的卤水，可采取屡次预热（70～80℃）的方法实现气卤别离，且回收的气体（如甲烷）可作为能源使用。 4 结论 笔者对防止盐矿开采中顶板垮塌的措施及偶发事故的分析和处理进行了研讨和总结，认为有以下结论： （1）我国地下水溶开采岩盐的回采率较低，主要是由盐井事故（如卤水渗漏、地面冒卤等）引起的，造成了自然资源的严重浪费。岩盐水溶开采过程中岩盐层顶板垮塌的智能化预测、溶腔的利用问题，需要深入研究。 （2）盐矿旱采残渣在地面的堆放与处置、水溶开采中顶板跨塌冒卤、卤水输送过程中管壁渗漏等将对土壤或水体造成污染，通过电导率法判明受到污染的程度，据此采用种植耐盐植物、客土和深翻的方法对其进行改良，同时也应对盐矿加强管理。 （3）卤水对区内地表水的污染是非常严重的，某些水域中氯化物含量已超出农用灌溉水标准，以此灌溉水稻，将使之出现吸水困难和生理紊乱。对制盐废水可将其再次注入地下进行水溶开采或用作其他化工产品的生产原料，对氯化钠含量较高的废水可采用反渗透法、Donnam平衡法、离子交换树脂法等回收盐分。 （4）制盐过程中空气里飞扬的盐尘，可采用双级蜗式旋风除尘器和麻石水膜除尘器除尘，车间小范围内也可通过机械装置喷洒水使之溶解而降落到地面，在其周边范围，可采用种植耐盐植物净化空气，采用生物技术提高农作物的耐盐度。岩盐矿床常伴生天然气在卤水中有一定的溶解度，可采取屡次预热的方法实现气卤别离，且回收的甲烷可作为能源使用。