胡祥群 袁 朝 楊利平

（1.中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038；2.中條山有色金屬集團(tuán)有限公司，山西 垣曲 043700）

0 前言

尾礦庫(kù)是堆存礦石選別后排出尾礦的場(chǎng)所[1]，目前礦山行業(yè)的尾礦處置問(wèn)題仍主要依靠尾礦庫(kù)堆存來(lái)解決，尾礦庫(kù)作為礦山的配套工程，是維持礦山正常生產(chǎn)的必要設(shè)施。

一般礦山生命周期較長(zhǎng)，如果一個(gè)尾礦庫(kù)的服務(wù)年限滿足不了需求，則需要續(xù)建尾礦庫(kù)，這種新老尾礦庫(kù)銜接工程要考慮的問(wèn)題與新礦山建設(shè)配套尾礦庫(kù)工程考慮的問(wèn)題往往不一樣。本文從設(shè)計(jì)的角度，結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，對(duì)續(xù)建尾礦庫(kù)需注意的問(wèn)題進(jìn)行初步探討。

1 新建尾礦庫(kù)和續(xù)建尾礦庫(kù)的區(qū)別

新建尾礦庫(kù)是指針對(duì)一個(gè)新的礦山，根據(jù)資源量、采選規(guī)模和開(kāi)采年限尋找地址并新建的配套尾礦庫(kù)[2]；續(xù)建尾礦庫(kù)是指針對(duì)已有礦山現(xiàn)有尾礦庫(kù)服務(wù)年限不足的問(wèn)題，續(xù)建配套的尾礦庫(kù)，使其繼續(xù)為該礦山服務(wù)。從設(shè)計(jì)的維度來(lái)看，兩者在諸多方面存在不同之處。

新建尾礦庫(kù)作為新建礦山的配套工程，可與上游采礦、選礦設(shè)施同期建設(shè)、調(diào)試、投入使用，各個(gè)工藝流程可以統(tǒng)籌考慮，互相協(xié)調(diào)，因此出現(xiàn)采選尾上游和下游設(shè)施銜接不暢的可能性較小。續(xù)建尾礦庫(kù)是老尾礦庫(kù)的銜接設(shè)施，其服務(wù)的礦山已處于正常達(dá)產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)，兩庫(kù)銜接過(guò)渡期要充分考慮維持礦山正常運(yùn)轉(zhuǎn)事宜，不能出現(xiàn)因?yàn)槔m(xù)建尾礦庫(kù)的銜接不及時(shí)而致使礦山減產(chǎn)或停產(chǎn)的問(wèn)題。

因此，續(xù)建尾礦庫(kù)是一個(gè)延續(xù)的尾礦庫(kù)建設(shè)工程，需充分考慮新老尾礦庫(kù)的銜接問(wèn)題，比如續(xù)建尾礦庫(kù)的建設(shè)規(guī)劃、新老尾礦庫(kù)規(guī)模銜接方案、選廠用水過(guò)渡方案、現(xiàn)有尾礦設(shè)施的利舊方案、礦山多年尾礦設(shè)施運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)借鑒等。

2 續(xù)建尾礦庫(kù)需注意的問(wèn)題

2.1 續(xù)建尾礦庫(kù)的提前規(guī)劃

近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人們生活水平和文化水平的提高，人們環(huán)保意識(shí)日漸加強(qiáng)[3]，國(guó)家大力倡導(dǎo)綠色礦山[4]，礦山行業(yè)的各種政策越來(lái)越嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范，尾礦庫(kù)建設(shè)周期越來(lái)越長(zhǎng)。因此，從響應(yīng)國(guó)家政策、健康發(fā)展礦山行業(yè)的角度考慮[5]，對(duì)于已建礦山，要做到生產(chǎn)順利銜接和過(guò)渡，提前進(jìn)行采礦、選礦、尾礦整體規(guī)劃，尤其是針對(duì)儲(chǔ)量較大、開(kāi)采年限較長(zhǎng)、一個(gè)尾礦庫(kù)不能滿足整個(gè)生命周期服務(wù)年限需求的礦山，更應(yīng)盡早開(kāi)展續(xù)建尾礦庫(kù)的選址工作，為尾礦庫(kù)建設(shè)預(yù)留較為充沛的時(shí)間，以防出現(xiàn)采選尾設(shè)施首尾銜接不匹配問(wèn)題或者礦山減產(chǎn)或停產(chǎn)的局面。

2.2 新老尾礦庫(kù)規(guī)模銜接方案

續(xù)建尾礦庫(kù)與老尾礦庫(kù)在尾礦處置規(guī)模上，一般有以下三種銜接方案：

1)續(xù)建尾礦庫(kù)建成后，礦山所有尾礦從老尾礦庫(kù)轉(zhuǎn)入續(xù)建尾礦庫(kù)，老尾礦庫(kù)閉庫(kù)或者作為事故備用庫(kù)留存。

2)續(xù)建尾礦庫(kù)建成后，礦山尾礦分步轉(zhuǎn)入續(xù)建尾礦庫(kù)，續(xù)建尾礦庫(kù)接受尾礦的規(guī)模不斷擴(kuò)大，直至接受全部尾礦。老尾礦庫(kù)最終閉庫(kù)或者作為事故備用庫(kù)留存。

3)續(xù)建尾礦庫(kù)與老尾礦庫(kù)共同承擔(dān)尾礦處置任務(wù)直至同時(shí)閉庫(kù)。

在實(shí)際的尾礦庫(kù)工程中，通常需要結(jié)合老尾礦庫(kù)剩余庫(kù)容、續(xù)建尾礦庫(kù)筑壩方式、壩體上升速度、尾礦庫(kù)運(yùn)行成本等因素綜合確定銜接方案。如果老尾礦庫(kù)剩余庫(kù)容很小，一般采取全部尾礦直接轉(zhuǎn)入續(xù)建尾礦庫(kù)的方案；如果老尾礦庫(kù)尚有一定的庫(kù)容、續(xù)建尾礦庫(kù)要利用尾礦筑壩且堆積壩前期上升速度較快時(shí)，一般采取尾礦分步轉(zhuǎn)入續(xù)建尾礦庫(kù)的方案；如果老尾礦庫(kù)剩余庫(kù)容較大、續(xù)建尾礦庫(kù)運(yùn)行成本相對(duì)于老尾礦庫(kù)較高時(shí)，可采取兩個(gè)尾礦庫(kù)同時(shí)承擔(dān)排尾任務(wù)直至同時(shí)閉庫(kù)的方案。其中第二個(gè)銜接方案涉及續(xù)建尾礦庫(kù)處置規(guī)模由小到大的變化，需要在設(shè)計(jì)續(xù)建尾礦庫(kù)時(shí)對(duì)尾礦輸送和回水設(shè)施的各工況進(jìn)行復(fù)核，以滿足各種規(guī)模尾礦的運(yùn)行需求。

2.3 選廠用水過(guò)渡方案

續(xù)建尾礦庫(kù)建成后，從接受尾礦排放到具備庫(kù)內(nèi)回水條件一般需要一段時(shí)期，而選廠生產(chǎn)持續(xù)，用水不會(huì)間斷，因此這段時(shí)期的選廠用水需要提前做好規(guī)劃，一般可從以下幾個(gè)方面著手：

1)提前建好續(xù)建尾礦庫(kù)，在尾礦庫(kù)接受排尾之前將庫(kù)內(nèi)水位蓄至起始回水標(biāo)高。先根據(jù)庫(kù)區(qū)地形和回水澄清距離，確定起始回水標(biāo)高，再結(jié)合水下庫(kù)容、尾礦庫(kù)所處地區(qū)降雨量和徑流系數(shù)，估算所需蓄水時(shí)間，從而確定續(xù)建尾礦庫(kù)的建成時(shí)間。

2)階段性增加礦山新水系統(tǒng)取水能力。這具體與礦山新水系統(tǒng)的型式和配置相關(guān)，可以通過(guò)復(fù)核新水系統(tǒng)的取水和輸送能力，研究其最大取水和輸送能力，以實(shí)現(xiàn)過(guò)渡期增大新水供應(yīng)能力從而減輕尾礦庫(kù)回水壓力的需求。

3)利用老尾礦庫(kù)的調(diào)蓄功能解決過(guò)渡期選廠的用水需求。對(duì)于續(xù)建尾礦庫(kù)工程，可以充分利用老尾礦庫(kù)的調(diào)蓄能力，在保證老尾礦庫(kù)防洪安全前提下提前適當(dāng)多蓄水，以解決續(xù)建尾礦庫(kù)短期內(nèi)不能提供回水的問(wèn)題。具體而言，根據(jù)續(xù)建尾礦庫(kù)接受排尾到回水能力達(dá)產(chǎn)的時(shí)間，推算出老尾礦庫(kù)需要提前蓄積的水量，然后根據(jù)老尾礦庫(kù)的水面面積和水深，推算其是否具備相應(yīng)的調(diào)蓄功能。如可行，則在保證老尾礦庫(kù)防洪安全的前提下，通過(guò)調(diào)整庫(kù)內(nèi)排洪系統(tǒng)封堵標(biāo)高來(lái)調(diào)節(jié)尾礦庫(kù)蓄水量，以達(dá)到過(guò)渡期從老尾礦庫(kù)回水的目的。

采用上述方法，單獨(dú)一種不足以解決問(wèn)題時(shí)，可以采取兩種或三種組合的方式來(lái)緩解選廠用水問(wèn)題。

2.4 已有尾礦設(shè)施的利舊方案

從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度考慮，續(xù)建尾礦庫(kù)一般都要摸清已有尾礦設(shè)施，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合續(xù)建尾礦庫(kù)的尾礦處置工藝、輸送線路等情況，充分考慮已有尾礦設(shè)施是否可以利舊。利舊不僅能節(jié)約場(chǎng)地、減少投資，還能縮減工期，便于尾礦庫(kù)運(yùn)行管理。

當(dāng)兩個(gè)尾礦庫(kù)所處方位相對(duì)于選廠位置一致、尾礦處置工藝相似時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮廠區(qū)濃密機(jī)、尾礦輸送泵站、尾礦輸送流槽或管道、輸送隧洞和橋架、尾礦回水泵站和管道等尾礦濃密、輸送和回水設(shè)施是否可以利舊。

當(dāng)兩個(gè)尾礦庫(kù)位置相鄰時(shí)，可以考慮尾礦庫(kù)上游攔排洪、尾礦庫(kù)排洪和回水、尾礦庫(kù)聯(lián)絡(luò)道路等設(shè)施的全部利舊或者局部利舊。

2.5 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)甄別和應(yīng)用

設(shè)計(jì)續(xù)建尾礦庫(kù)尾礦設(shè)施時(shí)，應(yīng)充分借鑒老尾礦庫(kù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，尤其是新老尾礦庫(kù)的處置工藝相似時(shí)，可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)更多。可借鑒的經(jīng)驗(yàn)包括定性和定量?jī)蓚€(gè)層面，也包括失敗的教訓(xùn)和成功的經(jīng)驗(yàn)，要加以甄別選用。具體而言，針對(duì)國(guó)內(nèi)90%以上的濕式堆存尾礦庫(kù)，可借鑒的經(jīng)驗(yàn)大體包括以下幾方面：

1)干灘，包括干灘長(zhǎng)度和坡度、水下沉積灘長(zhǎng)度和坡度。這些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可用于優(yōu)化續(xù)建尾礦庫(kù)的調(diào)洪演算、庫(kù)容利用系數(shù)等。

2)尾礦濃密設(shè)施，包括絮凝劑消耗量、濃密設(shè)施額定能力、底流濃度、運(yùn)行狀況等。這些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可用于優(yōu)化濃密設(shè)施選型、確定尾礦輸送濃度等。

3)尾礦輸送設(shè)施，包括輸送濃度、輸送設(shè)備、管材和管徑、流速、水力坡降等。這些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可用于優(yōu)化輸送設(shè)備選型、管道規(guī)格和管材。

4)庫(kù)內(nèi)尾礦水澄清距離、pH 值和滲水水質(zhì)。庫(kù)內(nèi)尾礦水澄清距離是布置庫(kù)內(nèi)取水構(gòu)筑物時(shí)需考慮的關(guān)鍵因素；庫(kù)內(nèi)尾礦水pH 值是確定庫(kù)內(nèi)構(gòu)筑物、設(shè)備、材料抗腐蝕性能的重要依據(jù)；同時(shí)，庫(kù)內(nèi)尾礦水pH 值和滲水水質(zhì)是與環(huán)保密切相關(guān)的重要數(shù)據(jù)，對(duì)庫(kù)區(qū)防滲形式選擇的影響較大。

5)尾礦壩，包括壩高、壩坡、上游式尾礦筑壩法尾礦堆積壩上升速度、中線式尾礦筑壩法粗砂控制產(chǎn)率、浸潤(rùn)線埋深、堆積容重、尾砂分區(qū)及相應(yīng)力學(xué)指標(biāo)和滲透系數(shù)等。這些數(shù)據(jù)可用于優(yōu)化尾礦壩的設(shè)計(jì)內(nèi)容。

6)排洪系統(tǒng)，包括排洪構(gòu)筑物型式、泄流量、封堵管理是否方便、運(yùn)行過(guò)程中是否存在滲水現(xiàn)象及滲水部位等。這些數(shù)據(jù)可以用來(lái)指導(dǎo)排洪設(shè)施選型、優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸和細(xì)節(jié)處理等。

3 應(yīng)用實(shí)例分析

下面以國(guó)內(nèi)某銅礦礦山的續(xù)建尾礦庫(kù)工程為例，細(xì)述實(shí)際工程中如何根據(jù)實(shí)際情況解決上述問(wèn)題。

江西某銅礦礦山共有兩個(gè)選廠，選廠規(guī)模分別為9.2 萬(wàn)t/d 和3.8 萬(wàn)t/d，總生產(chǎn)規(guī)模為13 萬(wàn)t/d。截至2010 年底，礦山保有礦石量尚能產(chǎn)出尾礦約15.6 億t，需尾礦庫(kù)有效庫(kù)容約12.0 億m3，當(dāng)時(shí)老尾礦庫(kù)剩余庫(kù)容約3.4 億m3，需新增有效庫(kù)容約8.6 億m3。為了實(shí)現(xiàn)礦山的可持續(xù)發(fā)展，于2011 年開(kāi)展續(xù)建尾礦庫(kù)可研工作，續(xù)建尾礦庫(kù)庫(kù)容為10.313 億m3，最大壩高222 m。續(xù)建尾礦庫(kù)建成后，新老尾礦庫(kù)能容納前述所產(chǎn)全部尾礦。

3.1 新老尾礦庫(kù)銜接方案

緣于以下幾點(diǎn)，續(xù)建尾礦庫(kù)排尾計(jì)劃采取了尾礦處置規(guī)模逐漸過(guò)渡的方案，從6.95 萬(wàn)t/d 逐漸過(guò)渡到9.2 萬(wàn)t/d，再到13 萬(wàn)t/d。

1)開(kāi)始設(shè)計(jì)續(xù)建尾礦庫(kù)時(shí)，老尾礦庫(kù)剩余庫(kù)容較大，按13 萬(wàn)t/d 選廠規(guī)?？紤]，尚能為礦山承擔(dān)6年多時(shí)間的尾礦處置任務(wù)，可降低續(xù)建尾礦庫(kù)初期的尾礦處置壓力。

2)尾礦庫(kù)上游、下游均采用中線式尾礦筑壩法，為了降低尾礦庫(kù)前期壩體上升速度，以增強(qiáng)壩體穩(wěn)定性，尾礦庫(kù)前期排尾規(guī)模不宜過(guò)大。

3)該礦山規(guī)模較大，新老尾礦庫(kù)逐漸過(guò)渡有利于礦山的運(yùn)行管理和降低尾礦設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 選廠用水過(guò)渡方案

另外，在解決續(xù)建尾礦庫(kù)與老尾礦庫(kù)過(guò)渡期的選廠用水問(wèn)題上，主要依賴(lài)?yán)衔驳V庫(kù)的調(diào)蓄能力來(lái)解決。這是因?yàn)橐环矫娌扇×宋驳V處置規(guī)模逐漸過(guò)渡的方案，從源頭減輕了續(xù)建尾礦庫(kù)前期的回水壓力；另一方面，通過(guò)核算續(xù)建尾礦庫(kù)起始回水標(biāo)高以下的庫(kù)容，可知續(xù)建尾礦庫(kù)在接受排尾后約50 d 才能提供回水，這段時(shí)期選廠需要的回水量約為600萬(wàn)m3，這可以通過(guò)老尾礦庫(kù)的調(diào)蓄來(lái)解決。

3.3 利舊方案

最后，在利舊和經(jīng)驗(yàn)借鑒方面，續(xù)建尾礦庫(kù)在尾礦輸送和回水方面均對(duì)老尾礦庫(kù)已有設(shè)施進(jìn)行了利舊，并充分借鑒了老尾礦庫(kù)的一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。例如，對(duì)9.2 萬(wàn)t/d 規(guī)模的選廠廠區(qū)及附近的尾礦輸送設(shè)施進(jìn)行利舊，于合適的地方尋找切入點(diǎn)對(duì)輸送線路進(jìn)行延伸；對(duì)3.8 萬(wàn)t/d 選廠的尾礦輸送設(shè)施幾乎全盤(pán)利用，于老尾礦庫(kù)壩肩尋找切入點(diǎn)對(duì)輸送線路進(jìn)行延伸。此外，續(xù)建尾礦庫(kù)回水設(shè)施供應(yīng)9.2 萬(wàn)t/d 規(guī)模的選廠時(shí)，充分利用了選廠內(nèi)老尾礦庫(kù)的回水加壓泵站，對(duì)其進(jìn)行了適當(dāng)改造；續(xù)建尾礦庫(kù)回水設(shè)施供應(yīng)3.8 萬(wàn)t/d 規(guī)模的選廠時(shí)，回水經(jīng)續(xù)建尾礦庫(kù)送至老尾礦庫(kù)后，充分利用了老尾礦庫(kù)庫(kù)內(nèi)的自流回水設(shè)施，回送至選廠。

3.4 經(jīng)驗(yàn)借鑒

續(xù)建尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，壩體排滲墊層、攔砂壩、排洪設(shè)施、回水設(shè)施的布置型式，以及尾礦壩粗砂控制產(chǎn)率、堆積容重、壩體分區(qū)力學(xué)指標(biāo)及滲透系數(shù)等參數(shù)的選擇均充分吸收了老尾礦庫(kù)的經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合老尾礦庫(kù)多年的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了適當(dāng)優(yōu)化。

3.5 續(xù)建尾礦庫(kù)運(yùn)行情況

續(xù)建尾礦庫(kù)一次性投資分四期建設(shè)，歷經(jīng)8 年多的時(shí)間，一期工程建設(shè)完畢，于2019 年9 月投入使用。目前，續(xù)建尾礦庫(kù)已運(yùn)行1 年多，安全設(shè)施及環(huán)保設(shè)施分別順利通過(guò)竣工驗(yàn)收，項(xiàng)目各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)了新老尾礦庫(kù)的銜接過(guò)渡。

4 結(jié)束語(yǔ)

續(xù)建尾礦庫(kù)與新建尾礦庫(kù)不同，其服務(wù)的礦山已處于正常達(dá)產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)，要充分考慮兩庫(kù)銜接事宜，以防礦山減產(chǎn)或停產(chǎn)。通過(guò)實(shí)例說(shuō)明續(xù)建尾礦庫(kù)需注意的問(wèn)題，包括續(xù)建尾礦庫(kù)的建設(shè)規(guī)劃、新老尾礦庫(kù)規(guī)模銜接方案、選廠用水過(guò)渡方案、對(duì)現(xiàn)有尾礦設(shè)施的利舊方案、礦山多年尾礦設(shè)施運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)借鑒等，具有一定的實(shí)際參考意義。