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来源：中国矿业报 作者：仝立华
油砂的定义 油砂是常规油气的重要补充资源之一，随着对其研究不断深入，愈来愈多的国家认识到其对能源补充的战略意义。通俗来讲，油砂就是油和沉积砂（砂和黏土）的混合物。地表油砂矿通常有两种不同的形态，一种是松散状的油砂，另一种是固结成岩的含油砂岩，其砂岩孔隙中多被沥青、重质油充填，少量被轻质油等烃类物质充填。 油砂地表开采即露天开采，是指从露天的矿体上或矿坑中开采矿石，运至地表的分离工厂，经分离后得到油砂油的过程。
油砂地表开采的步骤 在纵向上，典型的油砂矿床由浅至深大致可分为4层，即表层-顶板-油砂矿-底板。根据油砂矿床的特殊性，开采油砂大致需要6个步骤。 第一步：移除植被和表层土 在正式开采油砂之前，须将矿场内所有的地表植被清除，具有经济价值的树木可被出售或用于基础设施建设。 移除地表植被后，开挖表层土。由于植被生长原因，表层土往往是非常潮湿的，且土壤稳定性极差，不能用作建筑材料，因此，表层土通常被运至预设的废料倾倒场。 第二步：矿区排水和降低地下水位 受地下水位的高低和岩层物性特征的不同，承受一定压力的地下水会不断地向地表方向渗出，破坏矿场地面稳定，并对在矿区内的作业人员和采矿设备构成威胁。因此，抽排水是油砂露天开采作业的重要环节，开矿前必须进行水文地质勘查，布设抽水井不断抽吸地下水，使地下水位保持在相对较低水平。 第三步：清除顶板沉积层 油砂顶板的沉积覆盖层是一套多岩性的地层组合，包括砂岩、粉砂岩、泥岩、粘土和少量油砂等。当覆盖层的沉积砂土达到建筑用料标准，具有一定商业价值时，可以用于修筑道路、堤坝等。但从采矿的经济性角度看，顶板沉积层过厚或挖掘过大面积的顶板也会导致开采成本的增加。 第四步：开矿 油砂矿床被最先挖掘的上层是矿口，打开矿口也是形成首个掘进面的过程。在纵向上，含油砂地层具有一定的岩性过度特征，矿口部位的油砂往往含油性较低，该阶段输送给选矿厂的矿石品位较低且良莠不齐。因此，在开矿后的前几个月里，油砂矿的生产效率通常会处于一个较低的水平。 随着矿口开采顺利进行，多个铲车开挖作业使矿口逐渐形成了一个开采矿坑，同时也形成了多个掘进平台和作业面。该阶段可根据矿产实际情况计算最小矿石运输距离、最大采收比以及最佳资源利用率等关键生产参数，制订一套具有针对性的采矿方案。例如，安排大部分铲车挖掘高品位的矿石，少量铲车在较低品位矿段挖掘。这样的开采计划可以实现不同品位的矿石按一定比例混合，提高配矿能力，同时亦实现了资源利用最大化。此开采过程将一直持续到该矿不再具备开采经济性为止。 第五步：矿坑回填 开采工作停止后，须对矿坑进行回填，回填材料多是不含油砂的尾矿、顶板沉积物等废料。需特别注意的是，为了提高回填后矿坑的稳定性和安全性，降低后续地质风险，应选择不含水或低含水、具有良好稳定性的回填材料。 第六步：生态恢复 回填矿坑后必须对地表生态系统进行恢复，恢复效果尽可能地达到开采前的自然状态。矿区生态恢复完成后，应具备维持野生动植物生存的能力。 油砂地表开采的经济性 露天开采的经济性主要取决于矿产埋深、剥采比、油砂含油率、石油价格等关键因素。 1. 矿床埋深 从采矿技术角度考虑，200米以浅的油砂矿床可以采用露天开采的方式进行生产，然而从经济性上考虑，产出位置相对靠近地表、深度较浅的油砂矿床，露天开采的经济性更佳。随着挖掘深度的加大，开采过程中产生的不含油砂的废料、废渣就愈多，因此，通常认为埋深不超过75米的油砂矿床，其露天开采的经济价值最高。 2. 剥采比 剥采比是影响露天矿开采经济效果的一个最重要因素，代表露天采矿中平均每采1吨或1立方米矿石与需要剥离多少表土和岩石量的比例。由于矿床埋藏条件不同，各矿山的采剥比也不一样。对于规模较大的油砂矿，经济开采剥采比约为1∶1~1.5∶1；对于规模较小的油砂矿而言，经济开采剥采比约为2.5∶1~3∶1。 3. 油砂含油率 油砂含油率越高，采矿经济性越显著。不同地区不同类型的油砂矿产，其经济可采的矿石含油率下限亦不相同。加拿大阿尔伯塔地区的露天油砂矿，含油率不低于6%的油砂矿床具备开采价值；我国新疆克拉玛依地区的油砂矿，含油率低于5%的一般不予开采。 4. 石油价格 国际石油经济专家公认，若国际石油价格大于30美元/桶，油砂开发肯定是盈利的。近10年来，随着油砂开采技术的不断进步，油砂开发在规模化、挖掘技术现代化和洗油温度低温化等方面取得了长足的进展，在加拿大某些地区，油砂露天开采的成本最低可降至10美元/桶。因此，若国际油价稳定在30美元/桶以上，规模化油砂开采势必产生可观的经济效益。 关注：环境保护和恢复 油砂资源与常规油气资源最重要的不同点是其埋藏浅，勘探开发模式与固体矿产有类似之处，与钻井为主的常规油气开发又有所区别，因此，在土地使用、环境保护等各个方面比常规油气有着更为严格的要求。 油砂企业必须高度重视环境保护问题，勘查、开发方案必须通过环境影响评估，在油砂开发过程中严格执行环保标准；油砂开采企业在开发过程中必须缴纳生态保护金，造成破坏的必须由企业出资完成环境恢复。
（作者单位：中国地质调查局油气资源调查中心）
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发表于 2019-12-23 17:43:26
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