探析大型露天鉬礦排土場設計

費 慧

（中鋁長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410007）

1 引言

鉬是一種具有戰略意義的稀有金屬，具有高熔點、高強度，耐腐蝕等優良性能，廣泛應用于特種鋼熔煉、航空航天、軍工、能源等各個領域。

我國鉬資源十分豐富，儲量大、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。我國大部分鉬礦規模大、埋藏淺、易采剝，適宜露天開采。

由于鉬礦石品位相對較低，在露天開采過程中，需排棄大量剝離物，剝離物的集中堆放形成礦山排土場。排土場的設計涉及到露天礦采裝、運輸的生產能力和礦山經濟效益，還涉及到土地的合理利用等問題。

2 排土場場址的選擇

2.1 排土場場址選擇一般原則

排土場總容積應與礦山總剝離量相適應。排土場宜選擇在露天采場附近的溝谷、丘陵、沙灘、荒地，少占耕地，不占良田。在不妨礙礦山生產和露天采場邊坡穩定的前提下，應盡量靠近露天采場，使廢石的運輸距離最短，廢石的運輸費用最省。排土場宜選擇在礦區最小風頻上風向，以減少揚塵污染。排土場應保持良好的工作狀態，保證排土作業的安全。

2.2 影響排土場場址選擇的特殊因素：區域行政劃分。

若露天采場位于兩行政區域交界處，排土場場址的選擇還受到政府行政部門意見的限制。政府行政部門的意見也會關系到礦山的建設投資、運營費用，影響礦山產品的市場競爭力。

中西礦業大蘇計鉬礦10kt/d采選工程位于內蒙古烏蘭察布市卓資縣境內，東面緊鄰岱海縣。礦山總廢石量為12.62×104km3，低品位礦石量為0.18×104km3。露天采場、礦山的生產、生活設施均布置在卓資縣。

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

方案一：排土場布置在露天采場東面100m處的荒地山溝處，距露天采場距離較近，廢石堆存標高為1520m，最大堆存高度為125m，可堆存廢石11.97×104km3，露天采場可內排廢石量為0.65×104km3，滿足礦山廢石的堆存要求。采用汽車運輸，推土機配合的排土方式。尾礦庫緊鄰排土場東面布置，位于排土場上游，采用碾壓廢石筑壩。此荒地山溝在行政區域劃分上屬于岱海縣。

方案二：排土場布置在露天采場西北面3km處的索代溝，該山溝較開闊、平坦，可滿足廢石的堆存要求。采用汽車運輸，推土機配合的排土方式。尾礦庫緊鄰排土場西北面布置，位于排土場上游，采用碾壓廢石筑壩。廢石、尾礦的輸送距離較長，所需運輸設備臺數多，建設投資大，礦山經營費用高。此山溝在行政區域劃分上屬于卓資縣。

經與兩縣政府部門協商，選擇岱海縣的荒地山溝堆存廢石、尾礦，可節約廢石、尾礦輸送費用，礦山同時給岱海縣財政做適當補貼，礦山減少了建設投資、節約了運輸費用，提高了產品的市場競爭性，也符合國家的環境保護政策，創建了低碳、環保、綠色的環境友好型礦山，開創了兩縣共贏的局面。

千鵝沖鉬礦30kt/d采選工程位于河南省信陽市光山縣與新縣交界處。千鵝沖鉬礦是一個特大型鉬礦床，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。露天采場分屬光山縣晏河鄉和新縣千斤鄉管轄，礦山生產、生活設施均布置在光山縣境內。

排土場有兩處場址可供選擇，均有足夠的容量滿足廢石的堆存要求。

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

采場西排土場布置在露天采場西面的山溝中，距露天采場100 m，最終堆存標高為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。采用汽車運輸，推土機配合的排土方式。

羅溝排土場布置在露天采場西面的山溝中，距露天采場約3km，最終堆存標高為300m，最大堆置高度為190m，可堆存廢石量為20.00×104km3。采用汽車+膠帶聯合運輸、排土機排土。

羅溝排土場西北側山溝為規劃的排土場，可滿足剩余廢石的堆放。采用汽車+膠帶聯合運輸、排土機排土。

方案二：排土場布置在露天采場南面，新縣境內。距露天采場100m，最終堆存標高為280m，最大堆置高度為140m，可堆存廢石量為30.80×104km3。采用汽車—膠帶聯合運輸、排土機配合排土，可滿足礦山前15年的堆存的要求。排土場東側山溝為規劃的排土場，可滿足剩余廢石的堆放。

由于礦山生產、生活設施均布置在光山縣境內，礦山難以和新縣縣政府協調排土場場址，因此千鵝沖排土場的場址受縣域行政區劃的影響，只能分散布置，且距露天采場較遠，廢石運輸距離遠，運輸費用較高，采用汽車—膠帶聯合運輸、排土機配合排土的排土方式，建設期長，基建投資較高，影響礦山產品的市場競爭力。

3 排土方式的選擇

大型露天鉬礦常用的排土方式為：汽車運輸，推土機配合排土；汽車—膠帶聯合運輸、排土機配合排土。

汽車運輸，推土機配合排土方式，其生產工藝為：汽車進入排土場后調車，翻卸廢石；推土機轉排，平整場地和整修排土場公路。

該排土方式優點是：工序簡單，適應性廣，機動靈活，堆置高度高，基建投資少，投產快；可向大型化方向發展，推土機向大功率發展，運輸汽車也增大容量、規格，得到國內、外露天礦山的廣泛應用。

該排土方式缺點是：當運輸量大，運輸距離長時，運輸費用、排土費用較高。

汽車—膠帶聯合運輸、排土機配合排土方式，其生產工藝為：在露天采場內部，廢石采用汽車運輸至粗碎站，破碎后，采用膠帶運輸機運至排土場，經轉載機進入排土機內的接受運輸機，再輸送至卸載運輸機進行排土，排土機移位并開始下一次排土循環。

該排土方式優點是：排土作業連續化，一次性排棄寬度大，生產能力大，輔助作業時間少，作業效率高，自動化程度高，管理簡便。

該排土方式缺點是：采、運、排生產作業各環節間制約性強，機動性差，在排土場場址地形、工程地質和水文地質條件等方面要求高，且不宜采用分散的排土場。

洛陽龍羽山川鉬業魚池嶺鉬礦15kt/d采選工程位于河南省嵩縣舊縣鎮。魚池嶺鉬礦屬特大型鉬礦，資源儲量十分巨大，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。在露天采場東北面的馬老石溝可作排土場及低品位礦石堆場。

馬老石溝排土場位于露天采場東北面100m處，排土場與露天采場之間有一山梁相隔，山梁埡口標高800m，露天采場廢石總出入溝口標高665m，根據礦區地形、地質特點，以及排土場與露天采場的相對位置關系，設計了兩種排土方式。

方案一：汽車運輸，推土機配合排土。采用91t自卸汽車將廢石和低品位礦石從露天采場直接運至排土場，汽車運距約4450m，運廢石公路路基寬度為23m，需91t汽車53臺。該方案還需掘進2條單行汽車隧道穿過山梁，隧道長800m，凈寬9m。

方案二：汽車—膠帶聯合運輸、排土機配合排土。采用91t汽車將廢石和低品位礦石從露天采場運至粗碎站，汽車運距1850m，需91t自卸汽車22臺；用2臺旋回破碎機將廢石及低品位礦石破碎，破碎后的廢石用振動放礦機放給至膠帶運輸機后，再轉運至排土場，根據現場地形、地質條件，采用2條膠帶運輸機接力運輸。1#膠帶機自粗碎站底部裝礦硐室沿地下膠帶機通廊往北，在710m標高出地表，出地表后轉運至2#膠帶運輸機，由2#膠帶運輸機運往排土場。在2#膠帶運輸機上布置一臺卸料車，可沿排土場運行。排土時，卸料車停放于指定位置，將2#膠帶機上廢石轉運至排土機，由排土機排至廢石場內。由于廢石和低品位礦石需要分別堆放，故選用2臺排土機，分別置于2#膠帶機兩側，一臺采用下排土方式排廢石，并形成下一步的排土平臺；另一臺采用上排土方式將低品位礦石排至上一步的廢石平臺之上，廢石在下，低品位礦石在上，以便后期回采低品位礦石。兩臺排土機共用一臺卸料車，由于低品位礦石與廢石比例為1：2，故每天1個班排低品位礦石，2個班排廢石。

排土方式經技術經濟比較后，方案二較方案一可比投資減少11798.2萬元；年經營費減少6519萬元/a，故設計推薦方案二，采用汽車—膠帶聯合運輸、排土機配合排土。

基建期部分廢石、低品位礦石通過前期運廢石公路直接運至排土場及低品位礦石堆場堆存，后期部分廢石、低品位礦石通過后期運廢石公路直接運至排土場及低品位礦石堆場堆存。

4 排土場堆置高度的確定

礦山排土場需要占用大量土地，我國人口眾多，人均耕地面積少，保護耕地，節約用地是我國的基本國策。在保證排土場安全的前提下，結合礦區地形、地質條件，應盡量提高排土場的堆置高度，增加單位面積的排土容量，減少排土場占地面積。澳大利亞地廣人稀，和我國國情不同，因而排土場堆置高度的確定方式也和我國不同。

澳大利亞Spinifex Ridge鉬礦位于西澳馬布爾巴城鎮東北約為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。

排土場靠近露天采場布置, 距露天采場100 m，將廢石和低品位礦石堆置在Talga山脈南面，分三個區域堆存，分別是WD1、WD2和WD3。WD1和WD2位于露天采場以西，WD3位于露天采場東南面，相距約1.0km。采用汽車運輸，推土機配合排土。

西澳馬布爾巴城鎮有關部門要求在礦區范圍內，任何方向，視野內都不應有超過自然Talga山脈高度的“人造山”。因此排土場的堆置高度不得超過自然Talga山脈。

排土場由地面往上形成三級臺階，臺階高度均為10m，排土場總堆置高度為30m。各個臺階的邊坡角分別為8°、16°、26°，最終坡面角為13.3°，見圖1。

由于受礦區自然環境因素的影響，排土場堆置高度受到限制，導致排土場占地面積大大增加。

圖1 排土場堆高與坡面角

5 排土場和低品位礦石堆場、尾礦庫的關系

排土場可以和低品位礦石堆場共同堆置，也可以分開堆置，應根據礦山采裝、運輸的生產工藝及礦區地形、地質條件確定。低品位礦石堆置時應考慮回采時的采裝方便，也應避免回采后形成堰塞湖，影響排土場整體安全。

排土場可以和尾礦庫共同堆置，也可分開堆置，應根據礦山采裝和尾礦的生產工藝及礦區地形、地質條件等確定。排土場和尾礦庫布置在同一個山溝，共同堆置時，宜將尾礦庫布置在排土場上游，可以提高尾礦庫的安全系數，便于直接利用廢石筑壩。

6 結語

在大型露天鉬礦的設計中，排土場是一個主要工業場地。礦山采掘期間排土量大，排土場占地面積約占大型露天鉬礦總用地的35%～50%，廢石的運輸與排放費用占礦山成本的比重較大，廢石運輸成本約占巖石剝離成本的40%，排土場的形態不僅關系到礦山的經濟效益，同時會對礦區生態環境產生影響，也可能造成水土流失及其它危害。

影響排土場設計的因素很多，當露天采場的開拓運輸系統確定后，要綜合考慮各個因素，做出技術經濟比較，選擇排土場最優場址方案，達到經濟合理的運輸距離，最優排土方式，使得礦區環境污染的整治費用、排土場復墾費用最小。