師幸生,師 妍

(太原市水利科學(xué)研究所,山西太原 030002)

鐵礦一般有露天、地下兩種開采方式,兩者的主要區(qū)別在于前者要揭露地表,而后者為地下開采,兩種開采方式的廢石排棄過(guò)程基本類似。揭露礦床覆蓋層會(huì)對(duì)自然地表形成擾動(dòng)破壞,開挖礦床、礦石篩選要排棄鐵礦中混雜的大量巖石,鐵礦精選要排放大量尾礦(粉狀巖石),如何合理處置排放的廢石、尾礦,防治其在排放過(guò)程中的水土流失,就成為鐵礦生產(chǎn)中保持水土資源的一項(xiàng)重要任務(wù)[1]。

1 鐵礦生產(chǎn)中的棄石

(1)揭露礦床的棄石。在開挖礦床前,首先要揭露覆蓋在礦床上部的地表巖石(土層),使礦床裸露。地表巖石(土層)揭露是一個(gè)漸進(jìn)過(guò)程,也就是隨著礦床開挖而逐漸揭露。地表巖石揭露量一般為礦石儲(chǔ)量的 1%～2%。這一過(guò)程會(huì)破壞礦床原地表,造成水土流失。

(2)鐵礦開采的棄石。由于鐵礦礦床內(nèi)有巖石混雜或巖石夾層,在鐵礦開采過(guò)程中必定要排棄巖石(廢石),且排棄量巨大,采剝比(巖石量/礦石量)一般為 0.4～1.5,多者可達(dá) 2.0以上。排棄的巖石須集中堆存,不可避免地將壓埋、損毀堆存地的地表植被及水土保持設(shè)施。

(3)選礦過(guò)程中的棄石。盡管在鐵礦開采過(guò)程中,對(duì)巖石夾層進(jìn)行了挖除,但是在開采出的鐵礦中還會(huì)混雜巖石。因此,需對(duì)開采出的鐵礦進(jìn)行選礦處理,以進(jìn)一步選排鐵礦中的巖石。選礦工藝是破碎、反復(fù)磁選,選礦過(guò)程選排的巖石量一般為開采出的鐵礦量的 16%左右。選礦過(guò)程選出的巖石須集中堆存,也會(huì)損毀堆存地的地表植被及水土保持設(shè)施。

(4)精選礦過(guò)程的棄石。開采出的鐵礦經(jīng)選礦工藝選排巖石后,只選排了鐵礦中所含巖石量的 16%左右,鐵礦中未被選排的巖石要在精選工藝過(guò)程中選排。精選礦是將鐵礦球磨后,進(jìn)行磁選。精選礦過(guò)程選排的巖石量一般為開采出的鐵礦量的 50%左右。精選礦選排的巖石也稱尾礦,為粉粒狀,易流動(dòng)、易起塵,不能與選礦工藝選排的巖石一起堆存。精選礦選排的巖石要集中堆存,也會(huì)壓埋、損毀堆存地的地表植被及水土保持設(shè)施。

2 棄石的處置

鐵礦生產(chǎn)中的礦床開挖、精選礦工藝過(guò)程的排巖量較大。以年選礦能力 400萬(wàn)t的礦為例,每年礦床開挖過(guò)程的排巖量可達(dá) 350萬(wàn) ～600萬(wàn)t,精選礦過(guò)程的尾礦排棄量可達(dá) 200多萬(wàn)t,如此巨大數(shù)量的排棄巖石、尾礦集中堆存,若處置不當(dāng),極易形成滑塌或泥石流[2]。

2.1 棄石堆存場(chǎng)選址

棄石集中堆存,首先要慎重選擇巖石集中堆存場(chǎng)地。應(yīng)選擇距離礦床較近,具有較大容積的低洼開闊處或溝壑地帶,并能通過(guò)修建洪水排退渠系及時(shí)排除洪水。這樣做既可滿足堆存大體積巖石的要求,又不致因運(yùn)距過(guò)長(zhǎng)而增加排巖費(fèi)用,也可通過(guò)采取合理的堆存措施及修建圍擋防護(hù)工程,盡量避免產(chǎn)生新增水土流失[3]。

2.2 棄石的集中堆存

棄石可分為兩種:一種是開挖礦床及選礦排棄的巖石,這些巖石數(shù)量巨大,且?guī)r石塊體較大;另一種是精選礦排棄的尾礦,即粉狀巖石,這些巖石易流動(dòng)、易起塵。

2.2.1 對(duì)塊體棄石的集中堆存

因鐵礦生產(chǎn)是一漸進(jìn)過(guò)程,其排棄巖石也是一漸進(jìn)過(guò)程。因此,在排棄巖石過(guò)程中,要依據(jù)實(shí)際地形,高巖高排、低巖低排;排棄巖石應(yīng)分層堆存,每層的堆積高度一般應(yīng)控制在 8～12 m,排巖邊坡與水平面的夾角應(yīng)不大于 37°;每層堆積形成的平臺(tái)寬度(上層的坡角線與該層邊線間的距離)不小于10 m,以避免發(fā)生滑塌現(xiàn)象。

2.2.2 對(duì)粉狀棄石的集中堆存

經(jīng)精選礦末道工序排棄的粉狀巖石,由于其顆粒細(xì),極易流動(dòng)、起塵,因此不能像堆存塊體排巖一樣直接堆積。粉狀巖石排棄一般以液態(tài)形式通過(guò)管道排棄,其排放地應(yīng)選在有較大容積且具有筑壩地質(zhì)、地形條件的溝壑。在粉狀巖石排棄地下游修筑初期壩、尾礦壩(用粉狀排巖經(jīng)沉淀結(jié)硬形成的壩體),形成的庫(kù)容(也稱尾礦庫(kù))堆存粉狀巖石。在庫(kù)內(nèi)修筑排水豎井、暗涵,將庫(kù)內(nèi)的雨洪水排向下游河床。在尾礦壩兩岸修筑截、排洪渠,防止雨洪水對(duì)壩體的沖刷。

3 需采取的水土保持措施

塊體巖石、粉狀巖石的排放堆存,在確保堆體穩(wěn)定、不發(fā)生滑塌或遇暴雨時(shí)不會(huì)產(chǎn)生泥石流等災(zāi)害的前提下,應(yīng)對(duì)堆體表面及周邊區(qū)域進(jìn)行水土保持治理,以最大限度地控制由于排棄巖石而產(chǎn)生的新增水土流失[4]。

3.1 對(duì)采礦區(qū)采取的水土保持措施

采礦區(qū)域的水土流失主要表現(xiàn)為揚(yáng)塵、降雨沖刷,應(yīng)針對(duì)這一特性采取相應(yīng)的水土保持措施。定時(shí)灑水,以防揚(yáng)塵;在采礦區(qū)域修筑排水渠系,以防止雨水沖刷;對(duì)采礦形成的永久裸露面進(jìn)行覆土(覆土厚度 30～50 cm),覆土后種植灌、草,以恢復(fù)生態(tài)功能。

3.2 對(duì)塊體棄石堆存場(chǎng)采取的水土保持措施

塊體巖石堆存后,其堆積平臺(tái)、堆積表面直接裸露,將在外營(yíng)力作用下發(fā)生侵蝕。因此,需對(duì)排巖堆積形成的裸露面進(jìn)行水土保持治理。治理措施為:對(duì)堆積形成的平臺(tái)進(jìn)行覆土(覆土厚度 50～80 cm),覆土后種植灌、草植被,恢復(fù)生態(tài)功能;在排巖邊坡上撒播草籽;對(duì)排巖場(chǎng)地周邊區(qū)域及平臺(tái),應(yīng)按洪水設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)修建排退水渠系,以便及時(shí)排除排巖場(chǎng)周邊區(qū)域及平臺(tái)產(chǎn)生的雨洪水,避免雨洪水沖刷排巖體,防止巖體發(fā)生滑塌現(xiàn)象。另外,在排巖過(guò)程中應(yīng)對(duì)道路、工作面定時(shí)灑水滅塵。

3.3 對(duì)粉狀棄石堆存場(chǎng)采取的水土保持措施

針對(duì)粉狀巖石的特點(diǎn),應(yīng)在防止其流動(dòng)、起塵方面采取有效措施。粉狀巖石以液態(tài)形式經(jīng)管道排棄,利用其易流動(dòng)性,使其自流沉淀、自然結(jié)硬,可有效防止排棄過(guò)程中的起塵;對(duì)尾礦壩表面進(jìn)行覆土(覆土厚度 30～50 cm),覆土后種植灌、草植被以恢復(fù)生態(tài)功能;在尾礦庫(kù)周邊區(qū)域種植防風(fēng)林帶,以有效控制風(fēng)力侵蝕;在尾礦庫(kù)內(nèi)按防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置豎井、暗涵向下游河床排泄庫(kù)區(qū)雨洪水;對(duì)尾礦庫(kù)終期形成的裸露面,進(jìn)行覆土(覆土厚度 50～80 cm),覆土后可做耕地或種植灌、草以恢復(fù)生態(tài)功能。

4 結(jié) 語(yǔ)

鐵礦生產(chǎn)由于開挖礦床、排棄巖石,必然要擾動(dòng)、壓埋原始地表,破壞原有水土保持設(shè)施。若不采取有效的防治措施,則將使擾動(dòng)區(qū)域生態(tài)功能退化、抵御自然侵蝕的能力顯著下降。對(duì)鐵礦生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄巖石的處理,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況,經(jīng)具有資質(zhì)的設(shè)計(jì)部門專門設(shè)計(jì),不可輕易處置。鐵礦生產(chǎn)中的排棄巖石,數(shù)量巨大,巖石排棄貫穿于鐵礦服務(wù)年限內(nèi),時(shí)間長(zhǎng)。因此,應(yīng)對(duì)每個(gè)階段形成的堆積裸露面及時(shí)實(shí)施水保措施,以有效防止新增水土流失。

[1]沈國(guó)榮.中國(guó)實(shí)用科技成果大辭典[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,1993.

[2]石波,林艷,高淑清,等.遼東山區(qū)水土保持生態(tài)修復(fù)對(duì)策探討[J].中國(guó)水土保持,2008(5):47-48.

[3]廣東省科學(xué)院丘陵山地綜合科學(xué)考察隊(duì).廣東山區(qū)水土流失及其治理[M].廣州:廣東科技出版社,1991.

[4]焦居仁.生態(tài)修復(fù)的要點(diǎn)與思考[J].中國(guó)水土保持,2003(3):1-2.