探析大型露天鉬礦排土場(chǎng)設(shè)計(jì)

費(fèi) 慧

（中鋁長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410007）

1 引言

鉬是一種具有戰(zhàn)略意義的稀有金屬，具有高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度，耐腐蝕等優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于特種鋼熔煉、航空航天、軍工、能源等各個(gè)領(lǐng)域。

我國(guó)鉬資源十分豐富，儲(chǔ)量大、分布廣，主要以原生礦為主，共、伴生鉬資源較少，多屬于低品位礦床。我國(guó)大部分鉬礦規(guī)模大、埋藏淺、易采剝，適宜露天開采。

由于鉬礦石品位相對(duì)較低，在露天開采過(guò)程中，需排棄大量剝離物，剝離物的集中堆放形成礦山排土場(chǎng)。排土場(chǎng)的設(shè)計(jì)涉及到露天礦采裝、運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)能力和礦山經(jīng)濟(jì)效益，還涉及到土地的合理利用等問(wèn)題。

2 排土場(chǎng)場(chǎng)址的選擇

2.1 排土場(chǎng)場(chǎng)址選擇一般原則

排土場(chǎng)總?cè)莘e應(yīng)與礦山總剝離量相適應(yīng)。排土場(chǎng)宜選擇在露天采場(chǎng)附近的溝谷、丘陵、沙灘、荒地，少占耕地，不占良田。在不妨礙礦山生產(chǎn)和露天采場(chǎng)邊坡穩(wěn)定的前提下，應(yīng)盡量靠近露天采場(chǎng)，使廢石的運(yùn)輸距離最短，廢石的運(yùn)輸費(fèi)用最省。排土場(chǎng)宜選擇在礦區(qū)最小風(fēng)頻上風(fēng)向，以減少揚(yáng)塵污染。排土場(chǎng)應(yīng)保持良好的工作狀態(tài)，保證排土作業(yè)的安全。

2.2 影響排土場(chǎng)場(chǎng)址選擇的特殊因素：區(qū)域行政劃分。

若露天采場(chǎng)位于兩行政區(qū)域交界處，排土場(chǎng)場(chǎng)址的選擇還受到政府行政部門意見(jiàn)的限制。政府行政部門的意見(jiàn)也會(huì)關(guān)系到礦山的建設(shè)投資、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，影響礦山產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

中西礦業(yè)大蘇計(jì)鉬礦10kt/d采選工程位于內(nèi)蒙古烏蘭察布市卓資縣境內(nèi)，東面緊鄰岱?？h。礦山總廢石量為12.62×104km3，低品位礦石量為0.18×104km3。露天采場(chǎng)、礦山的生產(chǎn)、生活設(shè)施均布置在卓資縣。

將排土場(chǎng)、尾礦庫(kù)緊鄰布置，有兩處溝谷、荒地可供選擇，該兩處場(chǎng)址都有足夠的容量，能滿足廢石、尾礦的堆存要求。

方案一：排土場(chǎng)布置在露天采場(chǎng)東面100m處的荒地山溝處，距露天采場(chǎng)距離較近，廢石堆存標(biāo)高為1520m，最大堆存高度為125m，可堆存廢石11.97×104km3，露天采場(chǎng)可內(nèi)排廢石量為0.65×104km3，滿足礦山廢石的堆存要求。采用汽車運(yùn)輸，推土機(jī)配合的排土方式。尾礦庫(kù)緊鄰排土場(chǎng)東面布置，位于排土場(chǎng)上游，采用碾壓廢石筑壩。此荒地山溝在行政區(qū)域劃分上屬于岱?？h。

方案二：排土場(chǎng)布置在露天采場(chǎng)西北面3km處的索代溝，該山溝較開闊、平坦，可滿足廢石的堆存要求。采用汽車運(yùn)輸，推土機(jī)配合的排土方式。尾礦庫(kù)緊鄰排土場(chǎng)西北面布置，位于排土場(chǎng)上游，采用碾壓廢石筑壩。廢石、尾礦的輸送距離較長(zhǎng)，所需運(yùn)輸設(shè)備臺(tái)數(shù)多，建設(shè)投資大，礦山經(jīng)營(yíng)費(fèi)用高。此山溝在行政區(qū)域劃分上屬于卓資縣。

經(jīng)與兩縣政府部門協(xié)商，選擇岱海縣的荒地山溝堆存廢石、尾礦，可節(jié)約廢石、尾礦輸送費(fèi)用，礦山同時(shí)給岱?？h財(cái)政做適當(dāng)補(bǔ)貼，礦山減少了建設(shè)投資、節(jié)約了運(yùn)輸費(fèi)用，提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性，也符合國(guó)家的環(huán)境保護(hù)政策，創(chuàng)建了低碳、環(huán)保、綠色的環(huán)境友好型礦山，開創(chuàng)了兩縣共贏的局面。

千鵝沖鉬礦30kt/d采選工程位于河南省信陽(yáng)市光山縣與新縣交界處。千鵝沖鉬礦是一個(gè)特大型鉬礦床，礦體厚大，品位較高，表土覆蓋層厚，礦體上部剝離量大，上部覆蓋層中賦存大量低品位礦石。礦山總廢石量為46.80×104km3，低品位礦石量為6.90×104km3。露天采場(chǎng)分屬光山縣晏河鄉(xiāng)和新縣千斤鄉(xiāng)管轄，礦山生產(chǎn)、生活設(shè)施均布置在光山縣境內(nèi)。

排土場(chǎng)有兩處場(chǎng)址可供選擇，均有足夠的容量滿足廢石的堆存要求。

方案一：受縣域行政區(qū)劃限制，排土場(chǎng)完全布置在光山縣境內(nèi)，排土場(chǎng)只能分散成兩處布置，分別為采場(chǎng)西排土場(chǎng)和羅溝排土場(chǎng)，兩排土場(chǎng)共同使用可滿足礦山前10年的堆存要求。

采場(chǎng)西排土場(chǎng)布置在露天采場(chǎng)西面的山溝中，距露天采場(chǎng)100 m，最終堆存標(biāo)高為300m，最大堆置高度為205m，可堆存廢石量為8.00×104km3、堆存低品位礦石量為0. 90×104km3。采用汽車運(yùn)輸，推土機(jī)配合的排土方式。

羅溝排土場(chǎng)布置在露天采場(chǎng)西面的山溝中，距露天采場(chǎng)約3km，最終堆存標(biāo)高為300m，最大堆置高度為190m，可堆存廢石量為20.00×104km3。采用汽車+膠帶聯(lián)合運(yùn)輸、排土機(jī)排土。

羅溝排土場(chǎng)西北側(cè)山溝為規(guī)劃的排土場(chǎng)，可滿足剩余廢石的堆放。采用汽車+膠帶聯(lián)合運(yùn)輸、排土機(jī)排土。

方案二：排土場(chǎng)布置在露天采場(chǎng)南面，新縣境內(nèi)。距露天采場(chǎng)100m，最終堆存標(biāo)高為280m，最大堆置高度為140m，可堆存廢石量為30.80×104km3。采用汽車—膠帶聯(lián)合運(yùn)輸、排土機(jī)配合排土，可滿足礦山前15年的堆存的要求。排土場(chǎng)東側(cè)山溝為規(guī)劃的排土場(chǎng)，可滿足剩余廢石的堆放。

由于礦山生產(chǎn)、生活設(shè)施均布置在光山縣境內(nèi)，礦山難以和新縣縣政府協(xié)調(diào)排土場(chǎng)場(chǎng)址，因此千鵝沖排土場(chǎng)的場(chǎng)址受縣域行政區(qū)劃的影響，只能分散布置，且距露天采場(chǎng)較遠(yuǎn)，廢石運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，運(yùn)輸費(fèi)用較高，采用汽車—膠帶聯(lián)合運(yùn)輸、排土機(jī)配合排土的排土方式，建設(shè)期長(zhǎng)，基建投資較高，影響礦山產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

3 排土方式的選擇

大型露天鉬礦常用的排土方式為：汽車運(yùn)輸，推土機(jī)配合排土；汽車—膠帶聯(lián)合運(yùn)輸、排土機(jī)配合排土。

汽車運(yùn)輸，推土機(jī)配合排土方式，其生產(chǎn)工藝為：汽車進(jìn)入排土場(chǎng)后調(diào)車，翻卸廢石；推土機(jī)轉(zhuǎn)排，平整場(chǎng)地和整修排土場(chǎng)公路。

該排土方式優(yōu)點(diǎn)是：工序簡(jiǎn)單，適應(yīng)性廣，機(jī)動(dòng)靈活，堆置高度高，基建投資少，投產(chǎn)快；可向大型化方向發(fā)展，推土機(jī)向大功率發(fā)展，運(yùn)輸汽車也增大容量、規(guī)格，得到國(guó)內(nèi)、外露天礦山的廣泛應(yīng)用。

該排土方式缺點(diǎn)是：當(dāng)運(yùn)輸量大，運(yùn)輸距離長(zhǎng)時(shí)，運(yùn)輸費(fèi)用、排土費(fèi)用較高。

汽車—膠帶聯(lián)合運(yùn)輸、排土機(jī)配合排土方式，其生產(chǎn)工藝為：在露天采場(chǎng)內(nèi)部，廢石采用汽車運(yùn)輸至粗碎站，破碎后，采用膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)至排土場(chǎng)，經(jīng)轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)入排土機(jī)內(nèi)的接受運(yùn)輸機(jī)，再輸送至卸載運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行排土，排土機(jī)移位并開始下一次排土循環(huán)。

該排土方式優(yōu)點(diǎn)是：排土作業(yè)連續(xù)化，一次性排棄寬度大，生產(chǎn)能力大，輔助作業(yè)時(shí)間少，作業(yè)效率高，自動(dòng)化程度高，管理簡(jiǎn)便。

該排土方式缺點(diǎn)是：采、運(yùn)、排生產(chǎn)作業(yè)各環(huán)節(jié)間制約性強(qiáng)，機(jī)動(dòng)性差，在排土場(chǎng)場(chǎng)址地形、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件等方面要求高，且不宜采用分散的排土場(chǎng)。

洛陽(yáng)龍羽山川鉬業(yè)魚池嶺鉬礦15kt/d采選工程位于河南省嵩縣舊縣鎮(zhèn)。魚池嶺鉬礦屬特大型鉬礦，資源儲(chǔ)量十分巨大，礦石品位較低，上部覆蓋層較淺，部分礦體出露地表。礦山總廢石量為43.50×104km3，低品位礦石量為9.10×104km3。在露天采場(chǎng)東北面的馬老石溝可作排土場(chǎng)及低品位礦石堆場(chǎng)。

馬老石溝排土場(chǎng)位于露天采場(chǎng)東北面100m處，排土場(chǎng)與露天采場(chǎng)之間有一山梁相隔，山梁埡口標(biāo)高800m，露天采場(chǎng)廢石總出入溝口標(biāo)高665m，根據(jù)礦區(qū)地形、地質(zhì)特點(diǎn)，以及排土場(chǎng)與露天采場(chǎng)的相對(duì)位置關(guān)系，設(shè)計(jì)了兩種排土方式。

方案一：汽車運(yùn)輸，推土機(jī)配合排土。采用91t自卸汽車將廢石和低品位礦石從露天采場(chǎng)直接運(yùn)至排土場(chǎng)，汽車運(yùn)距約4450m，運(yùn)廢石公路路基寬度為23m，需91t汽車53臺(tái)。該方案還需掘進(jìn)2條單行汽車隧道穿過(guò)山梁，隧道長(zhǎng)800m，凈寬9m。

方案二：汽車—膠帶聯(lián)合運(yùn)輸、排土機(jī)配合排土。采用91t汽車將廢石和低品位礦石從露天采場(chǎng)運(yùn)至粗碎站，汽車運(yùn)距1850m，需91t自卸汽車22臺(tái)；用2臺(tái)旋回破碎機(jī)將廢石及低品位礦石破碎，破碎后的廢石用振動(dòng)放礦機(jī)放給至膠帶運(yùn)輸機(jī)后，再轉(zhuǎn)運(yùn)至排土場(chǎng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形、地質(zhì)條件，采用2條膠帶運(yùn)輸機(jī)接力運(yùn)輸。1#膠帶機(jī)自粗碎站底部裝礦硐室沿地下膠帶機(jī)通廊往北，在710m標(biāo)高出地表，出地表后轉(zhuǎn)運(yùn)至2#膠帶運(yùn)輸機(jī)，由2#膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)往排土場(chǎng)。在2#膠帶運(yùn)輸機(jī)上布置一臺(tái)卸料車，可沿排土場(chǎng)運(yùn)行。排土?xí)r，卸料車停放于指定位置，將2#膠帶機(jī)上廢石轉(zhuǎn)運(yùn)至排土機(jī)，由排土機(jī)排至廢石場(chǎng)內(nèi)。由于廢石和低品位礦石需要分別堆放，故選用2臺(tái)排土機(jī)，分別置于2#膠帶機(jī)兩側(cè)，一臺(tái)采用下排土方式排廢石，并形成下一步的排土平臺(tái)；另一臺(tái)采用上排土方式將低品位礦石排至上一步的廢石平臺(tái)之上，廢石在下，低品位礦石在上，以便后期回采低品位礦石。兩臺(tái)排土機(jī)共用一臺(tái)卸料車，由于低品位礦石與廢石比例為1：2，故每天1個(gè)班排低品位礦石，2個(gè)班排廢石。

排土方式經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，方案二較方案一可比投資減少11798.2萬(wàn)元；年經(jīng)營(yíng)費(fèi)減少6519萬(wàn)元/a，故設(shè)計(jì)推薦方案二，采用汽車—膠帶聯(lián)合運(yùn)輸、排土機(jī)配合排土。

基建期部分廢石、低品位礦石通過(guò)前期運(yùn)廢石公路直接運(yùn)至排土場(chǎng)及低品位礦石堆場(chǎng)堆存，后期部分廢石、低品位礦石通過(guò)后期運(yùn)廢石公路直接運(yùn)至排土場(chǎng)及低品位礦石堆場(chǎng)堆存。

4 排土場(chǎng)堆置高度的確定

礦山排土場(chǎng)需要占用大量土地，我國(guó)人口眾多，人均耕地面積少，保護(hù)耕地，節(jié)約用地是我國(guó)的基本國(guó)策。在保證排土場(chǎng)安全的前提下，結(jié)合礦區(qū)地形、地質(zhì)條件，應(yīng)盡量提高排土場(chǎng)的堆置高度，增加單位面積的排土容量，減少排土場(chǎng)占地面積。澳大利亞地廣人稀，和我國(guó)國(guó)情不同，因而排土場(chǎng)堆置高度的確定方式也和我國(guó)不同。

澳大利亞Spinifex Ridge鉬礦位于西澳馬布爾巴城鎮(zhèn)東北約為50km，距離皮爾巴拉郡東部黑德蘭港東南約140km。Spinifex Ridge鉬-銅礦廢石量為7.32×104km3，低品位礦石量為2.31×104km3。

礦區(qū)位于平緩起伏、開闊且覆蓋有濱刺草的丘陵地帶，海拔高度為170～180m的地帶，在礦區(qū)中部橫亙一座陡峭的東西向帶狀Talga 山脈，海拔高度為 300～320m。

排土場(chǎng)靠近露天采場(chǎng)布置, 距露天采場(chǎng)100 m，將廢石和低品位礦石堆置在Talga山脈南面，分三個(gè)區(qū)域堆存，分別是WD1、WD2和WD3。WD1和WD2位于露天采場(chǎng)以西，WD3位于露天采場(chǎng)東南面，相距約1.0km。采用汽車運(yùn)輸，推土機(jī)配合排土。

西澳馬布爾巴城鎮(zhèn)有關(guān)部門要求在礦區(qū)范圍內(nèi)，任何方向，視野內(nèi)都不應(yīng)有超過(guò)自然Talga山脈高度的“人造山”。因此排土場(chǎng)的堆置高度不得超過(guò)自然Talga山脈。

排土場(chǎng)由地面往上形成三級(jí)臺(tái)階，臺(tái)階高度均為10m，排土場(chǎng)總堆置高度為30m。各個(gè)臺(tái)階的邊坡角分別為8°、16°、26°，最終坡面角為13.3°，見(jiàn)圖1。

由于受礦區(qū)自然環(huán)境因素的影響，排土場(chǎng)堆置高度受到限制，導(dǎo)致排土場(chǎng)占地面積大大增加。

圖1 排土場(chǎng)堆高與坡面角

5 排土場(chǎng)和低品位礦石堆場(chǎng)、尾礦庫(kù)的關(guān)系

排土場(chǎng)可以和低品位礦石堆場(chǎng)共同堆置，也可以分開堆置，應(yīng)根據(jù)礦山采裝、運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)工藝及礦區(qū)地形、地質(zhì)條件確定。低品位礦石堆置時(shí)應(yīng)考慮回采時(shí)的采裝方便，也應(yīng)避免回采后形成堰塞湖，影響排土場(chǎng)整體安全。

排土場(chǎng)可以和尾礦庫(kù)共同堆置，也可分開堆置，應(yīng)根據(jù)礦山采裝和尾礦的生產(chǎn)工藝及礦區(qū)地形、地質(zhì)條件等確定。排土場(chǎng)和尾礦庫(kù)布置在同一個(gè)山溝，共同堆置時(shí)，宜將尾礦庫(kù)布置在排土場(chǎng)上游，可以提高尾礦庫(kù)的安全系數(shù)，便于直接利用廢石筑壩。

6 結(jié)語(yǔ)

在大型露天鉬礦的設(shè)計(jì)中，排土場(chǎng)是一個(gè)主要工業(yè)場(chǎng)地。礦山采掘期間排土量大，排土場(chǎng)占地面積約占大型露天鉬礦總用地的35%～50%，廢石的運(yùn)輸與排放費(fèi)用占礦山成本的比重較大，廢石運(yùn)輸成本約占巖石剝離成本的40%，排土場(chǎng)的形態(tài)不僅關(guān)系到礦山的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)會(huì)對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響，也可能造成水土流失及其它危害。

影響排土場(chǎng)設(shè)計(jì)的因素很多，當(dāng)露天采場(chǎng)的開拓運(yùn)輸系統(tǒng)確定后，要綜合考慮各個(gè)因素，做出技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇排土場(chǎng)最優(yōu)場(chǎng)址方案，達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)輸距離，最優(yōu)排土方式，使得礦區(qū)環(huán)境污染的整治費(fèi)用、排土場(chǎng)復(fù)墾費(fèi)用最小。