鐵礦生產中的水土保持

師幸生,師 妍

(太原市水利科學研究所,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程基本類似。揭露礦床覆蓋層會對自然地表形成擾動破壞,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,防治其在排放過程中的水土流失,就成為鐵礦生產中保持水土資源的一項重要任務[1]。

1 鐵礦生產中的棄石

(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)揭露是一個漸進過程,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量的 1%～2%。這一過程會破壞礦床原地表,造成水土流失。

(2)鐵礦開采的棄石。由于鐵礦礦床內有巖石混雜或巖石夾層,在鐵礦開采過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 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施。

(3)選礦過程中的棄石。盡管在鐵礦開采過程中,對巖石夾層進行了挖除,但是在開采出的鐵礦中還會混雜巖石。因此,需對開采出的鐵礦進行選礦處理,以進一步選排鐵礦中的巖石。選礦工藝是破碎、反復磁選,選礦過程選排的巖石量一般為開采出的鐵礦量的 16%左右。選礦過程選出的巖石須集中堆存,也會損毀堆存地的地表植被及水土保持設施。

(4)精選礦過程的棄石。開采出的鐵礦經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程中選排。精選礦是將鐵礦球磨后,進行磁選。精選礦過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、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,也會壓埋、損毀堆存地的地表植被及水土保持設施。

2 棄石的處置

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

2.1 棄石堆存場選址

棄石集中堆存,首先要慎重選擇巖石集中堆存場地。應選擇距離礦床較近,具有較大容積的低洼開闊處或溝壑地帶,并能通過修建洪水排退渠系及時排除洪水。這樣做既可滿足堆存大體積巖石的要求,又不致因運距過長而增加排巖費用,也可通過采取合理的堆存措施及修建圍擋防護工程,盡量避免產生新增水土流失[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、易起塵。

2.2.1 對塊體棄石的集中堆存

因鐵礦生產是一漸進過程,其排棄巖石也是一漸進過程。因此,在排棄巖石過程中,要依據實際地形,高巖高排、低巖低排;排棄巖石應分層堆存,每層的堆積高度一般應控制在 8～12 m,排巖邊坡與水平面的夾角應不大于 37°;每層堆積形成的平臺寬度(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 對粉狀棄石的集中堆存

經精選礦末道工序排棄的粉狀巖石,由于其顆粒細,極易流動、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)形式通過管道排棄,其排放地應選在有較大容積且具有筑壩地質、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(用粉狀排巖經沉淀結硬形成的壩體),形成的庫容(也稱尾礦庫)堆存粉狀巖石。在庫內修筑排水豎井、暗涵,將庫內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)生滑塌或遇暴雨時不會產生泥石流等災害的前提下,應對堆體表面及周邊區(qū)域進行水土保持治理,以最大限度地控制由于排棄巖石而產生的新增水土流失[4]。

3.1 對采礦區(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)為揚塵、降雨沖刷,應針對這一特性采取相應的水土保持措施。定時灑水,以防揚塵;在采礦區(qū)域修筑排水渠系,以防止雨水沖刷;對采礦形成的永久裸露面進行覆土(覆土厚度 30～50 cm),覆土后種植灌、草,以恢復生態(tài)功能。

3.2 對塊體棄石堆存場采取的水土保持措施

塊體巖石堆存后,其堆積平臺、堆積表面直接裸露,將在外營力作用下發(fā)生侵蝕。因此,需對排巖堆積形成的裸露面進行水土保持治理。治理措施為:對堆積形成的平臺進行覆土(覆土厚度 50～80 cm),覆土后種植灌、草植被,恢復生態(tài)功能;在排巖邊坡上撒播草籽;對排巖場地周邊區(qū)域及平臺,應按洪水設防標準修建排退水渠系,以便及時排除排巖場周邊區(qū)域及平臺產生的雨洪水,避免雨洪水沖刷排巖體,防止巖體發(fā)生滑塌現(xiàn)象。另外,在排巖過程中應對道路、工作面定時灑水滅塵。

3.3 對粉狀棄石堆存場采取的水土保持措施

針對粉狀巖石的特點,應在防止其流動、起塵方面采取有效措施。粉狀巖石以液態(tài)形式經管道排棄,利用其易流動性,使其自流沉淀、自然結硬,可有效防止排棄過程中的起塵;對尾礦壩表面進行覆土(覆土厚度 30～50 cm),覆土后種植灌、草植被以恢復生態(tài)功能;在尾礦庫周邊區(qū)域種植防風林帶,以有效控制風力侵蝕;在尾礦庫內按防洪標準設置豎井、暗涵向下游河床排泄庫區(qū)雨洪水;對尾礦庫終期形成的裸露面,進行覆土(覆土厚度 50～80 cm),覆土后可做耕地或種植灌、草以恢復生態(tài)功能。

4 結 語

鐵礦生產由于開挖礦床、排棄巖石,必然要擾動、壓埋原始地表,破壞原有水土保持設施。若不采取有效的防治措施,則將使擾動區(qū)域生態(tài)功能退化、抵御自然侵蝕的能力顯著下降。對鐵礦生產中產生的廢棄巖石的處理,應根據實際情況,經具有資質的設計部門專門設計,不可輕易處置。鐵礦生產中的排棄巖石,數量巨大,巖石排棄貫穿于鐵礦服務年限內,時間長。因此,應對每個階段形成的堆積裸露面及時實施水保措施,以有效防止新增水土流失。

[1]沈國榮.中國實用科技成果大辭典[M].成都:西南交通大學出版社,1993.

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

[3]廣東省科學院丘陵山地綜合科學考察隊.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)修復的要點與思考[J].中國水土保持,2003(3):1-2.