胡祥群 袁 朝 楊利平

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

0 前言

尾礦庫是堆存礦石選別后排出尾礦的場所[1]，目前礦山行業(yè)的尾礦處置問題仍主要依靠尾礦庫堆存來解決，尾礦庫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，如果一個尾礦庫的服務(wù)年限滿足不了需求，則需要續(xù)建尾礦庫，這種新老尾礦庫銜接工程要考慮的問題與新礦山建設(shè)配套尾礦庫工程考慮的問題往往不一樣。本文從設(shè)計的角度，結(jié)合實際工程項目，對續(xù)建尾礦庫需注意的問題進行初步探討。

1 新建尾礦庫和續(xù)建尾礦庫的區(qū)別

新建尾礦庫是指針對一個新的礦山，根據(jù)資源量、采選規(guī)模和開采年限尋找地址并新建的配套尾礦庫[2]；續(xù)建尾礦庫是指針對已有礦山現(xiàn)有尾礦庫服務(wù)年限不足的問題，續(xù)建配套的尾礦庫，使其繼續(xù)為該礦山服務(wù)。從設(shè)計的維度來看，兩者在諸多方面存在不同之處。

新建尾礦庫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)建尾礦庫是老尾礦庫的銜接設(shè)施，其服務(wù)的礦山已處于正常達產(chǎn)運行狀態(tài)，兩庫銜接過渡期要充分考慮維持礦山正常運轉(zhuǎn)事宜，不能出現(xiàn)因為續(xù)建尾礦庫的銜接不及時而致使礦山減產(chǎn)或停產(chǎn)的問題。

因此，續(xù)建尾礦庫是一個延續(xù)的尾礦庫建設(shè)工程，需充分考慮新老尾礦庫的銜接問題，比如續(xù)建尾礦庫的建設(shè)規(guī)劃、新老尾礦庫規(guī)模銜接方案、選廠用水過渡方案、現(xiàn)有尾礦設(shè)施的利舊方案、礦山多年尾礦設(shè)施運行經(jīng)驗數(shù)據(jù)借鑒等。

2 續(xù)建尾礦庫需注意的問題

2.1 續(xù)建尾礦庫的提前規(guī)劃

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

2.2 新老尾礦庫規(guī)模銜接方案

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

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

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

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

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

2.3 選廠用水過渡方案

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

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

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，以實現(xiàn)過渡期增大新水供應(yīng)能力從而減輕尾礦庫回水壓力的需求。

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

采用上述方法，單獨一種不足以解決問題時，可以采取兩種或三種組合的方式來緩解選廠用水問題。

2.4 已有尾礦設(shè)施的利舊方案

從經(jīng)濟學(xué)的角度考慮，續(xù)建尾礦庫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)約場地、減少投資，還能縮減工期，便于尾礦庫運行管理。

當(dāng)兩個尾礦庫所處方位相對于選廠位置一致、尾礦處置工藝相似時，應(yīng)優(yōu)先考慮廠區(qū)濃密機、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)兩個尾礦庫位置相鄰時，可以考慮尾礦庫上游攔排洪、尾礦庫排洪和回水、尾礦庫聯(lián)絡(luò)道路等設(shè)施的全部利舊或者局部利舊。

2.5 經(jīng)驗數(shù)據(jù)甄別和應(yīng)用

設(shè)計續(xù)建尾礦庫尾礦設(shè)施時，應(yīng)充分借鑒老尾礦庫的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，尤其是新老尾礦庫的處置工藝相似時，可以借鑒的經(jīng)驗更多?？山梃b的經(jīng)驗包括定性和定量兩個層面，也包括失敗的教訓(xùn)和成功的經(jīng)驗，要加以甄別選用。具體而言，針對國內(nèi)90%以上的濕式堆存尾礦庫，可借鑒的經(jīng)驗大體包括以下幾方面：

1)干灘，包括干灘長度和坡度、水下沉積灘長度和坡度。這些經(jīng)驗數(shù)據(jù)可用于優(yōu)化續(xù)建尾礦庫的調(diào)洪演算、庫容利用系數(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、運行狀況等。這些經(jīng)驗數(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)庫內(nèi)尾礦水澄清距離、pH 值和滲水水質(zhì)。庫內(nèi)尾礦水澄清距離是布置庫內(nèi)取水構(gòu)筑物時需考慮的關(guān)鍵因素；庫內(nèi)尾礦水pH 值是確定庫內(nèi)構(gòu)筑物、設(shè)備、材料抗腐蝕性能的重要依據(jù)；同時，庫內(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)，對庫區(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、運行過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)用實例分析

下面以國內(nèi)某銅礦礦山的續(xù)建尾礦庫工程為例，細(xì)述實際工程中如何根據(jù)實際情況解決上述問題。

江西某銅礦礦山共有兩個選廠，選廠規(guī)模分別為9.2 萬t/d 和3.8 萬t/d，總生產(chǎn)規(guī)模為13 萬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，需尾礦庫有效庫容約12.0 億m3，當(dāng)時老尾礦庫剩余庫容約3.4 億m3，需新增有效庫容約8.6 億m3。為了實現(xiàn)礦山的可持續(xù)發(fā)展，于2011 年開展續(xù)建尾礦庫可研工作，續(xù)建尾礦庫庫容為10.313 億m3，最大壩高222 m。續(xù)建尾礦庫建成后，新老尾礦庫能容納前述所產(chǎn)全部尾礦。

3.1 新老尾礦庫銜接方案

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

1)開始設(shè)計續(xù)建尾礦庫時，老尾礦庫剩余庫容較大，按13 萬t/d 選廠規(guī)?？紤]，尚能為礦山承擔(dān)6年多時間的尾礦處置任務(wù)，可降低續(xù)建尾礦庫初期的尾礦處置壓力。

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

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

3.2 選廠用水過渡方案

另外，在解決續(xù)建尾礦庫與老尾礦庫過渡期的選廠用水問題上，主要依賴?yán)衔驳V庫的調(diào)蓄能力來解決。這是因為一方面采取了尾礦處置規(guī)模逐漸過渡的方案，從源頭減輕了續(xù)建尾礦庫前期的回水壓力；另一方面，通過核算續(xù)建尾礦庫起始回水標(biāo)高以下的庫容，可知續(xù)建尾礦庫在接受排尾后約50 d 才能提供回水，這段時期選廠需要的回水量約為600萬m3，這可以通過老尾礦庫的調(diào)蓄來解決。

3.3 利舊方案

最后，在利舊和經(jīng)驗借鑒方面，續(xù)建尾礦庫在尾礦輸送和回水方面均對老尾礦庫已有設(shè)施進行了利舊，并充分借鑒了老尾礦庫的一些設(shè)計經(jīng)驗。例如，對9.2 萬t/d 規(guī)模的選廠廠區(qū)及附近的尾礦輸送設(shè)施進行利舊，于合適的地方尋找切入點對輸送線路進行延伸；對3.8 萬t/d 選廠的尾礦輸送設(shè)施幾乎全盤利用，于老尾礦庫壩肩尋找切入點對輸送線路進行延伸。此外，續(xù)建尾礦庫回水設(shè)施供應(yīng)9.2 萬t/d 規(guī)模的選廠時，充分利用了選廠內(nèi)老尾礦庫的回水加壓泵站，對其進行了適當(dāng)改造；續(xù)建尾礦庫回水設(shè)施供應(yīng)3.8 萬t/d 規(guī)模的選廠時，回水經(jīng)續(xù)建尾礦庫送至老尾礦庫后，充分利用了老尾礦庫庫內(nèi)的自流回水設(shè)施，回送至選廠。

3.4 經(jīng)驗借鑒

續(xù)建尾礦庫設(shè)計過程中，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的經(jīng)驗，并結(jié)合老尾礦庫多年的運行管理經(jīng)驗進行了適當(dāng)優(yōu)化。

3.5 續(xù)建尾礦庫運行情況

續(xù)建尾礦庫一次性投資分四期建設(shè)，歷經(jīng)8 年多的時間，一期工程建設(shè)完畢，于2019 年9 月投入使用。目前，續(xù)建尾礦庫已運行1 年多，安全設(shè)施及環(huán)保設(shè)施分別順利通過竣工驗收，項目各項指標(biāo)均達到了設(shè)計要求，平穩(wěn)實現(xiàn)了新老尾礦庫的銜接過渡。

4 結(jié)束語

續(xù)建尾礦庫與新建尾礦庫不同，其服務(wù)的礦山已處于正常達產(chǎn)運行狀態(tài)，要充分考慮兩庫銜接事宜，以防礦山減產(chǎn)或停產(chǎn)。通過實例說明續(xù)建尾礦庫需注意的問題，包括續(xù)建尾礦庫的建設(shè)規(guī)劃、新老尾礦庫規(guī)模銜接方案、選廠用水過渡方案、對現(xiàn)有尾礦設(shè)施的利舊方案、礦山多年尾礦設(shè)施運行經(jīng)驗數(shù)據(jù)借鑒等，具有一定的實際參考意義。