百米級高尾砂壩回采優(yōu)化設(shè)計(jì)

張鵬飛，陳珂佳

（1.長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長沙 410019；2.中冶長天國際工程有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410019）

湖南安化湘安鎢業(yè)有限責(zé)任公司大溶溪尾礦庫位于湖南省安化縣柘溪鎮(zhèn)大溶溪村，公司所屬的大溶溪尾礦庫用于集中貯存浮選白鎢礦后的尾砂，尾礦庫初期壩為透水堆石壩，壩頂高程192.00m，壩軸線底部高程為165.0m，壩高27m，壩軸線長80.00m，后期壩采用尾砂上游法筑壩，最終堆積標(biāo)高為265.0m，設(shè)計(jì)總壩高100.0m，總庫容約313.73×104m3，為三等庫[1]。

為積極響應(yīng)國家對礦山綜合治理的方針，大多數(shù)礦山都對其所屬的尾礦庫治理工作狠抓落實(shí)。經(jīng)尾砂物理實(shí)驗(yàn)，湖南安化湘安鎢業(yè)有限責(zé)任公司大溶溪尾礦庫貯存的白鎢礦尾砂可用作高速路基砂料,且當(dāng)?shù)匦藿ㄒ骊栔榴R跡塘高速路，公司計(jì)劃對尾礦庫尾砂進(jìn)行回采,進(jìn)而對大溶溪尾礦庫進(jìn)行削荷回用，此舉即能降低尾砂壩安全隱患，又促進(jìn)尾砂的綜合利用，繼而減少環(huán)境污染[2]。

1 尾砂回采方案概述

本尾礦庫尾砂回采日回采規(guī)模預(yù)定為3000t/d，年回采總規(guī)模56.25×104m3/a；由于目前庫內(nèi)采用排水井-隧洞進(jìn)行排洪，庫內(nèi)現(xiàn)用排水井的井坐標(biāo)高為238.8m，考慮沉積灘頂和進(jìn)水口需要一定的高差，因此以240.0m標(biāo)高為界，在該標(biāo)高以上或以下尾礦庫將采用不同的排洪方式，本次設(shè)計(jì)考慮將大溶溪尾礦庫尾礦進(jìn)行分期回采，由終期的265.0m回采至240.0m為一期，由240.0m回采至205.0m為二期。尾砂擬采用船運(yùn)和汽運(yùn)方式將尾砂轉(zhuǎn)移至指定地點(diǎn)。

2 尾砂回采方案比選

尾礦庫回采作業(yè)方式通常有水下開采、濕法開采和干法開采等幾種。

2.1 水下開采法

水下開采方法是可采尾礦均在水面以下，回采時需抬高尾礦庫沉積灘面水位，采用船載吸砂泵回采尾礦，回采尾礦順序?yàn)樽陨隙路謱泳鶆蜷_采，再通過管道輸送入泵站。

由于該庫灘長不長，不宜抬高水位形成較大的作業(yè)水深來進(jìn)行回采，而且自然沖刷不易控制，深坑開挖易塌方。同時現(xiàn)用排水井井坐標(biāo)高238.8m，239m標(biāo)高以下該庫如大量蓄水后對尾礦庫防洪和壩體自身穩(wěn)定安全都不利，故設(shè)計(jì)不予推薦[3]。

2.2 濕法回采

濕法回采法是采用高壓水槍或絞刀頭將尾砂沖成較高濃度的砂漿，再在庫內(nèi)設(shè)置組合式挖泥船采用渣漿泵將其揚(yáng)送到庫外泵站。

離采坑較遠(yuǎn)的地方可用TSY160超濕地推土機(jī)將尾砂推至坑邊，再用高壓水槍沖到坑底[4]。

考慮到開采尾礦的邊坡穩(wěn)定性，開采時要求分臺階開采，開采邊坡不陡于1：3，每開采3m高度為一級，逐層向下開采。尾砂回采過程中坑底坡度不小于2%，以便礦漿自流到砂泵處。

2.3 干法回采

干法回采是采用挖掘機(jī)或推土機(jī)分區(qū)自上而下逐層回采干灘區(qū)的尾礦，自卸汽車運(yùn)尾礦堆放區(qū)。

采用干法回采尾礦時，采取由庫尾到壩前、自上而下分層開采，壩前尾砂顆粒較粗區(qū)可直接用1m3挖掘機(jī)和10t自卸汽車挖運(yùn)，庫尾尾砂顆粒細(xì)，含水量高，承載能力較差的地方可用TSY160超濕地推土機(jī)，推至路邊山坡邊，再用挖掘機(jī)裝，自卸汽車運(yùn)至輸送點(diǎn)。

2.4 回采方案選擇

（1）濕法回采方案需用渣漿泵將尾砂抽排至庫外貯砂池沉淀排水后，才能用挖機(jī)和自卸汽車運(yùn)輸，過程對于干法回采的直接挖運(yùn)至庫周轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)而言，相對繁瑣。

（2）濕法開采讓尾礦庫長期在高水位的情況下運(yùn)行，對尾礦庫穩(wěn)定安全不利，尤其是本尾礦庫庫長和壩軸線均較短，尾礦庫開采時的防洪庫容小，濕法開采還對尾礦庫防洪造成很大壓力，帶來很大的安全隱患。

（3）工程所在地區(qū)枯水季節(jié)基本沒什么大降雨；加上設(shè)計(jì)在尾礦堆積壩中設(shè)有排滲層，壩體尾砂含水量不高，在枯水季節(jié)適合干法回采。

所以，設(shè)計(jì)對大溶溪尾礦庫尾砂推薦使用干法回采。

3 尾砂干法回采設(shè)計(jì)

3.1 干法回采優(yōu)化

回采時首先從庫尾到壩前進(jìn)行分區(qū)，265m～230m標(biāo)高段，每層按35m長設(shè)成一個區(qū)（230m～205m標(biāo)高段每層按25m長設(shè)成一個區(qū)），然后自上而下分層開采，每層開采高度3.0m，采完一個區(qū)后再往壩前推進(jìn)下一個區(qū)，每層在堆積壩前留有70m寬尾礦平臺（230m～205m標(biāo)高段留50m寬尾礦平臺），主要目的是為了在回采過程中留有足夠的防洪庫容，在遭遇洪水時能起到調(diào)蓄洪水，讓洪水及時通過排水設(shè)施排走[5]。

回采過程中尾砂平均灘面坡度壩前（坡向庫尾）不得低于2%，以滿足尾礦庫在回采過程中能滿足規(guī)范規(guī)定的防洪要求。由于初期壩為堆石結(jié)構(gòu)，結(jié)合地形，尾砂回采終了標(biāo)高為205.0m，尾砂回采至終了標(biāo)高時，要求沿該標(biāo)高庫周地形線修建環(huán)庫截水溝，矩形斷面，尺寸為1.0×1.0m，采用漿砌石砌筑。

庫尾細(xì)顆粒區(qū)域采用毛渠瀝干，毛渠深度1.0m，邊坡1：1.5，在灘面縱橫網(wǎng)狀布置，溝間距10m~15m，并聯(lián)入主渠后通過潛水泵排走。如仍不能滿足干法回采條件，采用泵抽向充填站進(jìn)行充填。

回采時間宜選擇從枯水季節(jié)開始，為保證非常時期排洪，每層尾砂回采前，預(yù)先在灘面（靠近壩肩側(cè)）修建溢洪道（可采用挖機(jī)修建，并鋪設(shè)土工膜或彩條布，以防水流沖刷開挖面），寬度1.2m，高度1.2m，長度70m，坡度大于2%指向下游。溢洪道隨著每層回采，逐級增設(shè)。

3.2 回采邊界

本尾礦庫尾砂回采屬露天回采，每層開采深度為3.0m，本尾礦庫為山谷型尾礦庫，沿線尾砂回采邊坡不得陡于1：3。為保護(hù)排水井的結(jié)構(gòu)安全，排水井周邊15m范圍要求尾砂均勻回采，靠近井2m范圍尾砂要求人工逐層回采。

3.3 回采設(shè)備確定

每天回采尾礦量3000t。轉(zhuǎn)運(yùn)地與尾礦庫距離均在1km以內(nèi)（暫不考慮皮帶運(yùn)輸），經(jīng)計(jì)算，需配置12輛10t載重汽車，4臺1m3挖掘機(jī)，一臺推土機(jī)（幫助濕地等地方尾礦回采），6臺200Q400-40-90潛水泵，用軟管接至排水井排水。

3.4 回采道路設(shè)計(jì)

庫內(nèi)回采運(yùn)輸?shù)缆房衫梦驳V庫右岸的道路進(jìn)行改造使用。

3.5 回采注意事項(xiàng)

①庫尾現(xiàn)存水經(jīng)澄清后，通過排洪系統(tǒng)排至下游水處理池，處理完畢達(dá)標(biāo)排放。②開采過程中要注意不要破壞排水井、排水肩溝等排水構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)，保持排水構(gòu)筑物的通暢。③尾砂的回采應(yīng)對施工機(jī)械的運(yùn)輸路線進(jìn)行規(guī)劃，避免對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。④回采時間應(yīng)選擇從枯水季節(jié)開始，避開汛期和冬季結(jié)冰時間，回采過程中一旦下雨、結(jié)冰就停止作業(yè)，撤離人員、設(shè)備，確保作業(yè)人員安全。⑤運(yùn)輸車輛在運(yùn)輸尾砂時，應(yīng)控制裝載量，不得使尾砂沿途散落，污染環(huán)境。運(yùn)輸汽車宜加蓋封閉，必要時汽車斗底面及四周鋪膜。⑥開采過程中，將剝離的壩體外坡塊石堆存至尾礦庫下游合適地點(diǎn)；另壩坡上布設(shè)的在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備及線路盡量回收復(fù)用。

3.6 回采安全管理

尾礦庫回采必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行回采，不得亂采亂挖；對尾礦庫的排洪設(shè)施經(jīng)常進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題，及時處理；必須嚴(yán)格執(zhí)行巡壩和護(hù)壩制度；要定期觀測庫水位、壩體浸潤線及逸出點(diǎn)的位置以及滲水量與水質(zhì)，并做好記錄；庫區(qū)內(nèi)嚴(yán)禁爆破、采石、挖土、濫挖尾礦砂，嚴(yán)禁濫伐、濫墾、濫牧，防止泥石流的發(fā)生；嚴(yán)防尾礦庫在汛期發(fā)生重大事故，必須切實(shí)做好防汛排洪工作[6]。

4 結(jié)語

該回采工程通過方案比選后，推薦采用干法回采；本尾砂壩總壩高100m，回采后將降低至40m高，大幅削減了尾砂荷載，減小了重大危險源的勢能，有效地保障了下游設(shè)施的安全；礦山竭力完成國家力推的“和諧礦山，綠色礦山”的目標(biāo)，通過對尾砂回采綜合利用后，變廢為寶，減少了資源的浪費(fèi)且具有很高的社會環(huán)境效益。

[1]沃廷樞《尾礦庫手冊》[M]，冶金工業(yè)出版社，2013.

[2]《尾礦設(shè)施規(guī)范》（GB50863-2013）[S]，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2013.

[3]《湖南安化湘安鎢業(yè)有限責(zé)任公司大溶溪尾礦庫加高擴(kuò)容工程工程地質(zhì)勘察報告書》[R]，（湘西自治州紫源工程勘察有限責(zé)任公司2013年9月）.

[4]《湖南安化湘安鎢業(yè)有限責(zé)任公司大溶溪尾礦庫加高擴(kuò)容工程初步設(shè)計(jì)》[R]，（長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司2014年6月）.

[5]《湖南安化湘安鎢業(yè)有限責(zé)任公司大溶溪尾礦庫加高擴(kuò)容工程施工圖設(shè)計(jì)》[R]，（長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司2014年8月）.

[6]《湖南安化湘安鎢業(yè)有限責(zé)任公司大溶溪尾礦庫尾砂回采工程安全預(yù)評價報告》[R]，（湖南金能安全科技有限責(zé)任公司，2015年12月）.