淺談瑞木紅土鎳礦防排水措施的優化

2021-11-03 13:05:36段棋凡

世界有色金屬 2021年13期

段棋凡

（瑞木鎳鈷管理（中冶）有限公司，北京 100028）

瑞木鎳鈷礦屬于“濕型”紅土礦，位于巴布亞新幾內亞馬當省境內，礦區所在地屬于熱帶雨林氣候，一年分為旱季和雨季，雨季期間礦區防排水工程的壓力較大，時常有采礦生產活動對礦區周邊河流水系造成污染。不僅對礦區周邊社區居民造成用水困難，加重礦區對周邊環境治理的負擔，還直接或間接影響社區關系，對公司整體名譽造成損失。經過礦區多年的實踐，針對防排水工程出現的問題進行分析，并給出優化措施。

1 礦區簡介

瑞木鎳鈷項目位于熱帶雨林氣候地區，5-10月為旱季，11-4月為雨季，年平均降雨量為5100mm，雨季平均降雨量4027mm，雨季降雨量占全年總降雨量的80%，旱季降雨量則較少。礦區位于瑞木河西南岸，地勢較高，最高標高810m，最低標高6545m，平均標高700m，地勢起伏相對平緩。礦區北、東兩側緊鄰瑞木河沖積平原，礦區面積約為10k㎡。礦區中部有較大的平坦地帶，四周地勢下降，水勢經周圍小溪匯入瑞木河。

2 防排水現狀

瑞木紅土鎳礦采用露天開采的方式，防排水主要是由大型雨水沉淀池、攔水壩和積水坑等防排水工程組合應用。雨水沉淀池布置在采場內部，主要以蒸發滲透為主，攔水壩布置在采場邊界，主要對匯水進行堵截控制，積水坑布置則靈活運用，作為防排水工程輔助，現有防排水工程有雨水沉淀池2個，攔水壩8個，積水坑30個。經過多年開采，礦區已經形成相對完備的防排水工程系統，采場內地表徑流基本得到控制，但是在雨季還是會有部分區域有沖積污染物沖至下游水系。

3 防排水能力不足原因分析

3.1 礦區及周邊地形

礦區內最高標高810m，最低標高6545m，平均標高700m，地勢起伏相對平緩。礦區周邊地勢較低，礦區東北部是河流以及河流的沖擊平原。礦區及其周邊地形形成了一個高山臺體，礦區四周地勢較低，對防排水工程要求較高。

3.2 礦體比重小，粒度細

“濕型”紅土礦一般由6層組成,分別為腐殖土、紅色褐鐵礦層、黃色褐鐵礦層、殘積層、含礫石的殘積層及基巖[1]。礦體平均體重約為0.9t/m3左右，見表1。瑞木鎳紅土礦的粒度很細，黃色褐鐵礦層-38μm的粒級含量高達87.93%，殘積礦層-38μm粒級含量還占有65.47%。在雨水沖刷過程中礦體浮于流體上層，跟隨流體漂流至下游水系中，不容易沉淀，影響防排水工程的效果。

表1 礦體平均體重表

3.3 礦區匯水面積大，雨季降雨強度大

目前礦區總面積大約10km3。根據歷年降雨統計分析，礦區每年強降雨在1、2、3月，全年小時降雨強度大于30mm/h累計在20h左右[2]。

3.4 開采方式

瑞木鎳鈷項目紅土礦開采采用露天開采的方法，機械開采和水力開采相結合。水力開采法是借助于水的能量將含礦礦層沖擊崩落，使礦石粉碎分離出來的方法[3]。水力開采工藝占產能的30%～35%。水力開采面臨著雨季期間匯水量大、強降雨期間不能生產，大量雨水匯集至集漿池并溢流，容易造成下游的污染的問題。

4 優化措施

4.1 增加采場內部雨水沉淀池容積和沉淀池數量

實踐證明，采場防排水排至采場內部雨水沉淀池是最有效的方法。

根據礦體賦存和礦體地板形態，合理布置采剝作業，盡量在采場內部低洼處形成盡可能多的采空區，用來建設雨水沉淀池匯集雨水，防止污染。

4.2 攔水壩庫容設計

攔水壩建設在采場外部，攔水壩庫容設計滿足泥漿沉淀期間庫容足夠容納強降雨匯水。為了防止流體對壩體沖刷，壩頂不能過水，壩體應修建排洪設施，并在壩體表面覆蓋一層防雨工程塑料薄膜。防止流體直接沖刷壩體。排洪設施為壩體兩側掘出的兩個溢流口，并放置石籠進行過濾處理。

攔水壩庫容設計計算公式：

其中：V庫，攔水壩庫容，m3；v徑流，徑流量，m3/s；t，泥沙群體沉降時間，s

雨水沖刷作用下，礦體顆粒、泥沙等隨雨水匯集至攔水壩處，泥沙顆粒在水中下沉時，其運動狀態受顆粒的雷諾系數的影響。

ν，清水的運動粘度，Pa；ω0，顆粒下沉速度；d，顆粒的粒徑

根據實踐數據可得，Re為0.65。當沙粒雷諾系數0.5

式中γs為泥沙容重，γ為清水容重，c1和c2是按實測資料確定的無因次系數。如果用c1=6,c2=2/3代入上式可得到魯比沉速公式,它適用于細顆粒泥沙(此時公式的形式實際為Stokes的球體沉速公式)[4]。

上式即為細粒泥沙沉降速度的通用表達式。

ν取1.005×10-3Pa·s（20℃），d取38μm，求得沉降速度為0.0122mm/s。

則壩體庫容為：

上式中H為壩體高度，R為匯水面積，q為最大降雨強度。

即在設計攔水壩庫容計算時，應考慮能承受匯水面積內持續強降雨的最長時長。

4.3 復墾

為了防止水土流失，減少雨水對礦體沖刷，應及時進行復墾植被的工程。復墾作業分為兩部分，工程復墾和生物復墾。工程復墾是復墾的第一道程序，將剝離物聚堆排放至采空區進行平整，并做好相關的防排水工程。生物復墾是復墾的第二道程序，采用幼苗栽培的方法對采空區進行植被恢復。復墾工程道路應為開拓道路的固定坑線，在防止水土流失的同時，減少礦石損失。

4.4 收集雨水進行循環利用

雨季降雨比較集中，大量降雨匯入采場內的大型雨水沉淀池，蒸發滲透緩慢，對防排水工程有一定的儲水壓力。礦區水力開采產能占比為30%～35%，需要大量清水。針對水力開采容易造成雨水溢流污染的問題，在雨水沉淀池周邊安裝渣漿泵，對雨水沉淀的匯水進行循環利用，既可以緩解雨水沉淀池的匯水壓力，也可以為水力開采提供充足的雨水，節約成本。