米拉多大型銅礦排土場工程優化研究與實踐

周 生 楊承祥 胡慧曙 陳 平 雷丁丁 李廣澤 蔣 蔚

（銅陵有色金屬集團控股有限公司，安徽銅陵244000）

米拉多大型露天銅礦2 000萬t/a采選項目位于厄瓜多爾東南部，坐落在亞馬遜熱帶雨林的邊緣和安第斯山脈東南部，礦區海拔標高為800～1 680 m。區內水系發育、地表水、地下水都十分豐富，為濕潤性赤道氣候，礦區年平均降雨量1 860 mm，年最高降雨量可達3 000 mm，24 h內降水量可超過60 mm。海拔每升高100 m，降雨量增加10%。每年3～6月份為多雨季節，月降雨量最高可達180～240 mm，年平均蒸發量1 000 mm。廢石主要物理參數：密度2.63 t/m3，松散系數1.5，普氏硬度系數8～12，沉降系數1.05。該礦正在建設中，計劃2019年建成投產。

米拉多銅礦初步設計的排土場位于南露天采場和北露天采場之間的瓦瓦伊米河谷地，為了安全和環保，排土場在使用前要施工好上游的截水溝。由于原設計先規劃施工的南排土場上游截水溝長度有8.3 km，山體陡峭，施工難度大，工程量大，遠不能滿足礦山整體施工進度要求，工程進度和環保壓力均很大。經過多次踏勘、研究和討論，提出對排土場及上游截水溝、酸性水庫等相關工程方案進行優化。

1 原初步設計排土場方案

米拉多銅礦南露天采場廢石量為8.17億t，北露天采場廢石量為2.84億t，合計需排土場庫容為6.3億m3。根據礦山整體規劃，南露天采場廢石大部分經過破碎—皮帶運往尾礦庫進行尾礦筑壩，筑壩用量為4.2億t，南露天采場需運往排土場的廢石量僅為3.97億t，即南北露天采場運往排土場總量為6.82億t，需排土場容積為3.7億m3，初步設計選定的瓦瓦伊米排土場容積大于4億m3，能夠滿足南北露天采場的排廢石的要求，原初步設計排土場布置（方案Ⅰ）見圖1。由于米拉多南礦已開工建設，北礦還在做開采前期工作，首先要設計米拉多南礦2.16億m3（3.97億t）廢石的排土場。

2 排土場優化方案

2.1 排土場設計優化

將初步設計連在一起的南北礦排土場（方案Ⅰ）分開，讓出中間最大的溪流作為清污分流使用。南排土場整體移至靠近南礦采場邊處（重心比調整前靠近南礦采場約1.1 km），首期排土場重心靠近采場約0.6 km。設計調整后南北排土場，也就是優化后的方案Ⅱ，總容積3.93億m3，能夠滿足南北礦總廢石量3.7億m3的要求，其中南礦排廢量2.16億m3，北礦排廢量1.54億m3。分開后南排土場庫容只有0.98億m3（可堆存1.81億t廢石），只能滿足南礦前15 a排廢，后期生產的1.18億m3廢石排往北排土場；北排土場總容積2.95億m3，可滿足南北礦排廢量2.72億m3。

2.2 排土場上游截水溝設計優化

為考慮減少露天采場與排土場中間的清水溝流量，初步設計沿著南北排土場上游水流坡度，從南至北施工1條截水溝，1個水流出口單側流向。優化后南北排土場截水溝斷開，水流出口主要在南北排土場之間，南排土場截水溝也采取南北線分流雙側流向，南北排土場有3個水流出口。為避免清污分流混合，在生產組織過程中要加強管理，優化后排土場布置 （方案Ⅱ）見圖2。

2.3 酸性水庫設計優化

原初步設計，南礦前10 a設置2個酸性水庫（圖1中露天采場下游酸性水庫2和排土場下游酸性水庫3，無交叉干擾性小），10 a后與北礦共同考慮再設置1個大型酸性水庫1。設計優化調整后南北礦下游排土場各設置1個酸性水庫。因調整后南北礦排土場匯水面積大幅減少，直接導致酸性水處理量減少，減少生產運營成本。

3 排土場優化前后方案比較

3.1 排土場優化前后工程技術優缺點

原初步設計南排土場（方案Ⅰ）首期設計在3號路上方，距離露天采場約1.3 km，排土標高在1 350 m以下，容積為588萬m3，需要建設1條寬30 m、長約1 km的排廢道路。優化后南排土場（方案Ⅱ）首期移位到3號路以下，排土標高在1 300 m以下，容積670萬m3，利用現有3號路對其拓寬并修建臨時排水溝攔截首期排土場上游雨水，3號路拓寬和臨時排水溝建好后就可在首期排土場排土。這樣首期排土工程量減少，不需要等上游排水溝建成就能進行基建剝離和基建道路施工。

優化后排土場方案Ⅱ優點：①南礦首期排土場建設難度變小，建設時間縮短，能盡早解決基建剝離和道路棄土問題；②南排土場整體排廢運距縮短約1.1 km，基建剝離排廢運距縮短約0.6 km；③基建期少建設1條寬30 m、長約1 km的排廢道路；④南排土場上游截水溝采用南北線分流的方案，各段水流量減少，工程量、施工難度、安全風險大大降低，工期也將大大縮短；⑤綜合考慮南北礦排土場上游截水溝，優化后的方案截水溝截水量大大減少，工程量隨之減少，安全性顯著提高；⑥南北排土場自身匯水面積減少約8 km2，酸性水處理量減少。

排土場方案Ⅱ缺點：①南排土場截水溝南向水流經過排土場和采場之間，運營期清污分流管理難度增大；從截水溝出口點引至自然溪流落差大，消能設施工程量較大；②優化后南礦后期1.18億m3棄土要排往北礦排土場，運距增大，運輸成本增加；③需要對3號路2 km拓寬2～3 m，并修建臨時排水溝，增加約120萬美元投資；④酸性水庫位置變更，需要重新進行工勘和設計；⑤南排土場整體向米拉多南礦方向移動，需要增加排土場布孔工勘或增加部分工勘資料，以便能滿足新排土場總體穩定性要求。

3.2 排土場2個方案經濟比較

3.2.1 南礦排土場方案Ⅱ工程量和投資情況

根據優化方案，從工程量和投資方面與原初步設計方案作了靜態比較，排土場方案Ⅰ和方案Ⅱ工程量、投資對比見表1。從表1數據可看出，米拉多南礦排土場優化后方案Ⅱ投資比原初步設計方案Ⅰ減少2 689萬美元，運營成本少7 572萬美元（靜態計算值）。從投資和成本看，優化后方案Ⅱ是可行的。

注：運營成本計算按運量1.81億t，合同單價1.0美元/（m3·km），同等服務年限15 a為比較基礎。表中a，運距2.2 km；b，運距1.1 km。

3.2.2 南北礦排土場優化前后服務年限整體經濟比較

排土場等工程方案優化后，在南北礦生產服務年限內整體經濟比較見表2。

從表2數據中可看出，方案優化后，南北礦排土場整體考慮，可節省基建投資約3 121萬美元，在服務年限內，僅廢石運輸節約靜態成本約5 100萬美元。由于方案優化后，酸性水處理量大幅減少，每天酸性水量減少約9 000t，年生產運營成本減少約300萬美元。

4 優化方案施工實踐

由于優化后方案Ⅱ技術上可行，安全環保可控，投資省，運營成本低，礦方、設計院、施工單位、監理一起重新對施工圖設計進行了修改和完善。按照優化后修改的施工圖，一礦四方認真進行了施工實踐和管理，經過2年多的施工，南礦主體工程首期排土場已建好，已于2016年10月份開始排土，至2018年3月，南礦排土場已排土750多萬m3，南排土場上游截水溝南線3.37 km已建成排水，北線已建好3.6 km，計劃在2018年8月份建成截水溝。南礦酸性水庫已施工，各項工程按計劃順利推進。

5 結語

（1）調整優化后的米拉多銅礦排土場分為南北排土場布置方案，技術上可行，經濟上合理，安全環保更可控。南礦排土場優化方案比原初步設計大排土場方案基建期投資節省2 689萬美元以上，南北礦排土場總體服務年限內投資減少3 121萬美元，運營成本少5 100萬美元，酸性水處理量每天減少約9 000m3，減少年運營成本約300萬美元。因截水溝斷面縮小，施工難度和施工安全環保風險大大降低，施工工期大大縮短。首期排土場已建成使用，為礦山基建剝離施工提供了工期保證。

（2）按照優化后的排土場、截水溝和酸性水庫等采礦工程方案組織實施，排土場上游截水溝單側流向改為雙側流向，南北截水溝總長度減少近3 km，土石方量減少約30%，截水溝鋼筋混凝土量減少約20%，投資減少21%以上。南北礦總酸性水庫3個減少為2個，采場廢石運距平均縮小1 km。

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（3）對于大型復雜多雨環境下施工露天礦山建設工程，山體陡峭，施工難度大，工程量大，需要根據現場施工條件，在施工圖階段，不斷優化施工方案，為施工工期縮短、節省投資、安全環保可控創造良好的條件。