某鐵礦富余尾礦堆存處置方案研究

毛瑞坤 劉建義 趙樹林 李 濤

(首鋼集團有限公司礦業公司，河北 遷安 064404)

0 引言

某鐵礦位于河北省唐山市境內，是集采礦、選礦為一體的大型礦山企業，礦山始建于1969年，是國內大型露天鐵礦之一。

某鐵礦目前使用的尾礦庫為新水尾礦庫(尹莊尾礦庫已停用)。新水尾礦庫始建于1971年，新水尾礦庫現階段堆存的尾礦壩頂標高為213 m，現堆存尾砂6 690萬t，尾礦庫最終設計標高230 m。目前尚剩余200萬m3庫容，按照目前的礦山生產規模，尾礦庫僅可滿足的服務年限為1.5年，迫切需要解決后續尾礦的堆存問題，以滿足企業長遠發展需求。

1 選廠尾礦處置工藝

目前選廠尾礦具體產出工藝為：選廠產出的尾礦，經過建筑砂生產線的圓筒篩將粗顆粒(0.5 mm以上)尾砂篩分出來用作建筑用砂外銷；之后的尾砂自流進入干排砂生產系統，通過旋流器和直線振動篩再次篩出較粗粒級的干排砂(0.3～0.5 mm)；剩余約24%的細粒級尾砂進入5#濃密機濃縮后，采用隔膜泵送至新水尾礦庫堆存(-0.074 mm含量80.48%)，年尾砂排放規模約90萬m3。

2 問題提出

根據應急管理部、國家發展改革委等八部委2020年2月21日下發的《防范化解尾礦庫安全風險工作方案》要求，“自2020年起，在保證緊缺和戰略性礦產礦山正常建設開發的前提下，全國尾礦庫數量原則上只減不增，不再產生新的‘頭頂庫’。”“嚴禁審批‘頭頂庫’、運行狀況與設計不符的尾礦庫加高擴容項目。”

考慮到上述國家政策層面的影響，以及尾礦庫下游有村莊未搬遷的實際情況，因此尾礦庫加高工程、新建尾礦庫審批實施的可行性極低。為解決尾礦庫庫容不足問題，必須研究尾礦庫替代方案。在前期組織大量考察、試驗的基礎上，本課題轉換工作思路，開展了南采采坑膠結堆存尾礦、河西排土場堆存兩套方案研究[1-3]。

3 尾砂堆存方案研究

3.1 南采采坑尾砂生態恢復方案

按照開采規劃，南采坑預計2021年9月露天開采結束，目前南采采坑已經回采到-20 m水平。南采坑境界內+40 m標高以下采坑容量700萬m3(+44 m標高南北采坑聯通),預計可以固態方式堆存尾礦1 000萬t。考慮到現有尾礦庫可以服務至2022年，基本可以滿足服務至露采結束堆存細粒級尾礦的需求。

選廠尾礦經泵站輸送到隔渣間和干排系統進行選砂和干排后，剩余細粒級尾礦經老5#濃密機濃縮后，輸送到深錐濃密機內，經過絮凝沉降，底流自流給入3臺攪拌桶，在攪拌桶內制備成充填料漿，通過管道由充填鉆孔自流到南采采坑。濃密機溢流澄清水返回到廠區老廠5#環水池供選廠使用，現有隔膜泵站及新水尾礦庫停用。

入庫細粒級尾砂膠結充填到南采采坑+40 m水平，尾砂上部覆土綠化，形成生態景觀。實施后，達到露天采坑生態恢復治理的目的，同時解決了露采結束前細粒級尾礦堆存難題，具有經濟和社會雙重效益。

基于某鐵礦新水尾礦庫庫容不足、富余尾砂需要處置的問題，提出南采采坑閉坑后實施生態恢復的方案，見圖1。采用露天采坑堆存膠結尾礦，用以處置富余的尾砂。

圖1 南采坑閉坑圖

結合某鐵礦實際，考慮到后期露天采坑掛幫礦需要充填法采礦，散體尾礦不能直接排放到采坑內。規劃在切方形成的128 m地采工業場地，新上1臺Φ20 m深錐濃密機，2套攪拌系統，打3條充填鉆孔。細粒級尾礦在5#濃密機絮凝濃縮后經底流泵直接輸送至深錐濃密機內(現有隔膜泵站、尾礦管停用)，經過絮凝沉降，放砂濃度65%以上，溢流澄清水再回到濃密機供選廠使用。按照灰砂比1:20的比例，在攪拌桶內制備成料漿濃度70%左右的充填料漿。通過充填鉆孔、充填管道自流輸送到采坑內[4]。

南采采坑充填至設計標高時(+40 m)，對尾砂充填區域進行覆土綠化，經測算可增加綠地面積16.5萬m2。項目實施后可有效的改善南采采坑巖體長時間裸露所導致的邊坡失穩以及揚塵等問題，并且增加了綠化面積，有利于恢復采坑生態，見圖2。

圖2 南采坑尾砂固結堆存效果圖

3.2 河西排土場尾砂生態恢復方案

選廠生產的尾礦經濃縮、水泥膠結固化的方式，以干排方式堆存至排土場，考慮到排土物料含石量高，力學參數高，滲透性好，可堆置在場地外圍形成圍擋；依靠圍擋形成充填網格，保障堆存區充填料漿有序排放，見圖3。

圖3 河西排土場堆存尾砂方案

工藝流程介紹如下：結合某鐵礦實際，尾礦庫庫容不足，散體尾礦不能直接排放到排土場內。規劃在西排土場現有265 m排土平臺上，新上1臺Φ20 m深錐濃密機，2套攪拌系統。利用充填管道將膠結尾砂排到排土場平臺上。細粒級尾礦在5#濃密機絮凝濃縮后采用隔膜泵送至深錐濃密機內，經過絮凝沉降，放砂濃度65%以上，溢流澄清水排到尾礦庫[5]。

按照灰砂比1:20的比例，在攪拌桶內制備成料漿濃度70%左右的充填料漿[6]。具體如下：首先通過排土形成265～210 m坡道(路面寬度15 m)，之后將尾礦管道架設到265 m平臺上。考慮到尾礦庫庫容不足，現有尾礦管線路由標高在210 m左右，而排土場210 m以下局部有空間(坡底170～190 m不等)，可以首先用于堆置膠結尾砂，折算堆存尾砂量300萬t。210 m以下底部空間排放的同時，用42 t礦車在平臺上形成每層5 m高的圍擋，同時為方便人員設備到210 m充填場地作業、在圍擋內礦車排土形成265～210 m坡道，并在坡道上敷設充填管道，膠結尾砂堆置高度55 m(265～210 m),前期可以自流輸送到210 m排土平臺上，240 m標高以上部分區域需要泵送。空間可以滿足服務至露天開采結束細粒級尾礦堆存需要。

4 細粒級尾砂處置方案技術經濟比較

4.1 對比概況

開展南采采坑膠結堆存方案(方案1)、河西排土場堆存方案(方案2)技術經濟比較，詳見表1。

表1 堆存方案技術經濟比較表

4.2 南采采坑膠結堆存方案成本及運營費用

充填工業場地在南采采坑東幫128 m平臺上，便于實現自流輸送，充填倍線滿足要求。

運營費用：2 386+101.70=2 487.70萬元(折舊費用為：2 141×0.95/20=101.70萬元)。折合尾礦量單位成本為2 487.7/(280×2.02×0.24)=18.33元/t·尾。

4.3 河西排土場堆存方案成本及運營費用

運營費用：2 773.37+104.61=2 877.98萬元(折舊費用為：5 181.3×0.95/20=104.61萬元)。折合尾礦量單位成本為2 877.98/(280×2.02×0.24)=21.2元/t·尾。

4.4 小結

綜合以上經濟分析比較來看，利用現有南采區堆存尾砂，在初期投資、運營費用、投資及20年經營費用現值比較來看，均要優于河西排土場堆存方案。

按照政府主管部門規定和既定設計要求，南采區在閉坑后，需要辦理閉坑報告手續并實施土地復墾；而利用該堆存膠結方案，不僅解決了尾砂堆存占地問題，而且間接地完成土地復墾地的前期地形地貌恢復工作，可謂一舉兩得。

河西排土場膠結堆存尾礦方案的實施，雖然可以利用現有河西排土場地面空間，不用再侵占土地，但其在費用現值經濟比較上要劣于南采區膠結堆存方案；而且需要對排土場尾砂膠結堆存場地進行防滲處理，多一道工藝處理環節，經濟效果和安全效果將更劣勢。否則充填尾砂料漿35%的水分將直接進入排土場內部，不利于排土場的安全穩定。

再者，膠結尾砂充填體堆排之排土場上方，直接占壓現有排土場。而排土場廢石資源具有廣闊的利用前景，后期可以生產建材產品，變廢為寶，被埋壓后，這無疑會造成潛在資源的損失。

5 結語

采坑尾礦膠結堆存方案實施后，不僅解決某鐵礦尾礦庫庫容的問題，同時與地采充填工藝緊密結合，采坑尾砂膠結堆存相當于實施了生態恢復和土地復墾，不存在環保揚塵等污染環境和破壞地表生態等問題[7]。此外采坑固態堆存尾礦后還可以用于露天高陡邊幫的加固治理，防治次生災害，一舉多得。