尾礦庫回采方案研究

摘" 要：滑坡、潰壩等災害事故在尾礦庫閉庫后仍需引起行業重視，解決該問題的主要途徑之一便是尾礦回采利用。為更好地對尾礦進行回采利用，該文分別分析干式回采、濕式回采及聯合開采3種方案的優缺點，并對其進行對比研究，同時結合某實際工程，選取最優的聯合開采方案。

關鍵詞：尾礦庫；回采方案；干式回采；濕式回采；聯合開采

中圖分類號：TD926" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）11-0009-04

Abstract： Landslide， dam break and other disasters and accidents still need to draw attention from the industry after the closure of tailings pond. One of the main ways to solve this problem is to recover and utilize tailings. In order to better recover and utilize tailings， the advantages and disadvantages of three schemes of dry mining， wet mining and combined mining were analyzed respectively， and a comparative study was carried out. At the same time， based on a practical project， the optimal combined mining scheme is selected.

Keywords： tailings pond; mining scheme; dry mining; wet mining; combined mining

有官方統計資料表明：截至2021年底，我國共有礦山3萬余座，這其中既包括金屬礦山也包括非金屬礦山，現役尾礦庫7 000余座。小型礦山占比接近我國礦山總數的90%；四、五等尾礦庫占比接近尾礦庫總數的90%[1]。尾礦庫不再使用后將進行閉庫，但尾礦庫經閉庫后仍存在大量問題有待解決，如常見的滑坡、潰壩和排洪失效等。對滑坡、潰壩等災害的防治工作成為當下學者們研究的焦點，目的是保證尾礦庫工程閉庫后的環境安全和工程安全[2-3]。為了達到以上目的，一種比較可行的辦法便是對閉庫后的尾礦庫進行回采再利用，尾砂回采一方面能夠減小尾礦庫閉庫后爆發潛在災害、發生事故的可能性，另一方面也能夠實現廢棄物的再次利用，有利于環境的可持續發展[4]?，F有研究中，有工程人員提出干式回采法[5]，也有現場從業人員對濕式回采法進行了探討[6-7]，還有研究者將2種方法相結合，提出了干式與濕式混合的聯合開采方法。為了尋求最科學合理的閉庫尾礦庫安全問題的解決方法，本文分別對以上3種方法進行了分析，并結合北京某尾礦庫實際工程案例，對3種不同方法進行了對比研究。

1" 尾礦庫工程概況

該工程為山谷型尾礦庫，工程地點位于北京密云區郝家莊北溝，東臨首云鐵礦和尚峪尾礦庫。該工程溝口1.0 km穿行京承鐵路，距離密云縣城12 km。

此工程原址是一座小型水庫，經過選礦廠更新改造，設計成為一座尾礦庫，用于排放尾礦。設計初期壩頂高度155 m，尾礦庫最終閉庫設計堆積標高230 m。該尾礦庫設計總庫容900萬 m3，標準為三等庫。該庫外坡設計綜合坡比為1∶4.15，在180、206及216 m標高處分別設置馬道，馬道寬度分別為6、5和5 m。每級子壩頂寬4 m，外坡1∶4，內坡1∶1。

2015年11月，尾礦庫停止使用，不再排放尾礦，尾礦庫堆積至設計標高。2016年初，為防止揚塵，企業對庫內灘面進行了覆土綠化。最終壩頂標高為230 m，干灘平均坡比約1.13%，庫內無存水。某尾礦庫地理位置圖如圖1所示。

2" 回采方案及技術要點

為了提高上述尾礦庫工程的運行安全性，減小其運行風險并降低事故率，礦山企業計劃將尾礦庫初期壩以上尾砂均進行回采后銷庫。根據已有工程資料顯示，尾砂回采總量約700余萬 m3。為了保證工程科學、合理、安全有效地進展施工，通過查閱大量相關文獻并借鑒以往大量工程經驗，同時結合該尾礦庫工程獨有特征，本研究共提出了3種可行方案進行對比分析。

2.1" 方案一：干式回采

干式回采法通常使用挖掘機和運輸系統相結合的方式對尾砂進行回采，運輸系統一般選用自卸汽車或膠帶運輸。

考慮到該尾礦庫庫內存在尾砂固結、沉積等實際情形，故將灘面做出分區，具體位置：將壩前150 m區域內劃定為Ⅰ區，其余區域劃定為Ⅱ區。再考慮尾礦沉積的規律，Ⅱ區域中的尾砂孔隙水壓比和含水率相對較高，從而導致承載力過低，所以不宜選擇直接干式回采的方法，應首先對地基進行處理，之后再進行干式回采。

多方面考量回采作業不安全因素、挖掘機的挖掘效率、尾砂自穩性能和地基承載力的具體要求等，將尾砂回采分層層高設置為2 m，共分38層進行開采?；夭蓵r依照由里層向邊緣、自上層向下層的開采順序，條帶狀分層回采。此外，為了使尾礦庫的最小干灘長和安全超高符合設計要求，當進行回采施工作業中，暫不對Ⅰ區進行回采作業，待開采Ⅱ區下一層尾砂后，再進行Ⅰ區域的尾砂回采施工?；夭煞謪^示意圖如圖2所示，回采順序示意圖如圖3所示。

回采開始時首先從壩體左、右壩肩兩側或其中某側進行，回采方向分為橫向開采、豎向開采和聯合（混合）開采。本方案采用聯合回采，即Ⅰ區按橫向方向進行開采，回采方向平行于壩軸線，分條帶開采，條帶寬度設計為4 m，自庫內部向壩前方向推進。Ⅱ區采用豎向開采，與橫向開采不同的是，回采方向正交于壩軸線方向，分條帶開采，條帶寬度依然設計為4 m。在回采的過程中，為了保證邊坡的穩定性，防止滑坡災害發生，邊坡坡比的設計取值不應超過1∶3.0，若傳感器采集到的尾砂含水量相對較高，可采取放緩邊坡坡角、降低開采段高等措施繼續進行開采；若尾砂承載力不足，則必須立即停止回采施工。當遇到雨天時，也必須立刻暫停開采作業，并及時做好防汛防洪措施；而當旱季無雨時，可適時延長采砂施工的作業時長，同時保證運輸過程和工作過程中環境的潮濕，以減少揚塵，保護工作人員的身體健康。

由于回采過程中尾礦庫東北山區的集水難以繞過山頂流向南側山地，為了提高大壩的安全性能，回采前需繞東北側山區四周的坡腳處挖掘截洪溝，斷面長度設計為1 m×1.2 m，坡度應超過10％。

回采尾砂時可借助尾礦庫閉庫前已有的排洪系統，每層回采開始前，需將排水井拱板揭露至尾砂灘面標高附近。由于尾礦庫已不再使用，庫內洪水主要來源于自然環境中的天然降水，通過計算可得，原有排洪系統符合尾礦庫最小干灘長度和安全超高標準，可以繼續使用。當進行尾砂回采作業時，必須對干灘坡度進行嚴格控制，以保持灘面（自壩前側向庫內部方向）坡度大于等于1%，回采底部高程需高過庫內水位面。尾砂回采前還需對灘面承載力進行模擬計算，目的是確保灘面承載力符合挖掘機等機械的作業荷載要求，這樣才能允許尾砂回采施工。存在不符合設計回采邊界范圍、回采次序要求及臺階技術參數等違規行為時，均不允許進行回采施工，絕對不允許亂挖亂采和超界開采，禁止掏采，否則一旦形成傘檐和空洞將會對壩體安全和工程安全造成嚴重影響。

2.2" 方案二：濕式回采

首先對尾砂進行造漿，之后采用浮船+礦用立泵抽取礦漿的方式進行回采作業，利用管道將礦漿傳輸到脫水場地內做脫水工序，這種開采方式即為濕式回采。

濕式回采可將庫面分為2個區段：壩前150 m范圍設定為Ⅰ區；其余庫內區域設定為Ⅱ區，Ⅰ號區域作業采用履帶式推土機+濕式回采，主要是為了將壩前尾砂推入造漿池；Ⅱ號區域作業采用浮船+礦用立泵的方式進行施工。尾砂回采前將浮船+礦用立泵放入采池，若采池水深大于等于1.5 m則開始進行尾砂回采施工。按照自庫尾向壩前的順序逐漸擴大采池范圍。

礦用立泵含有水力攪拌器，水力攪拌器的作業是通過水力進行造漿，從而形成比較均勻的漿體，然后經主泵傳輸至下游沉淀池內做砂水分離沉淀，必要時還可借助水槍配合采砂進行局部造漿。浮船周邊還配置了牽引繩，通過調節牽引繩長度和改變牽引點位置使浮船能夠在采砂池中根據需要自由移動，最終控制回采面勻速下降。采砂船回采施工時，非現場從業人員不得在船上停留。

為了使尾礦庫的安全超高和干灘長度符合設計要求，壩前150 m內不得進行濕式回采，采砂池水位每下降0.5 m，則將壩前尾砂分層推入采砂池，層厚不超過0.5 m，該項工作由推土機完成且推土機與采池邊緣的間隔不得低于5 m。

2.3" 方案三：干式+濕式聯合開采

依照前文提及的該尾礦庫縱深和尾砂固結的實際工況，可將庫面分為2個區段：壩前150 m區域規定為Ⅰ號區域，其他庫內區域規定為Ⅱ號區域；即融合干式、濕式2種方法聯合開采。Ⅰ號區域采用干式回采，該方案與方案一中Ⅰ號區域回采方案一致；Ⅱ號區域使用浮船+礦用立泵的方式進行作業，該方案與方案二中的Ⅱ號區域回采方式表述一致。聯合開采示意圖如圖4所示。

尾砂回采除上述提到的問題，還需考慮汛期壩體的排洪能力問題，干式回采之前，首先應將降低濕式回采區水位，使其不超過回采分界線，排水井進水標高也應符合尾礦庫排洪設計要求。應將濕式回采的采坑深度控制在5～6 m，水面以上的邊坡不應高于3 m，水上部分的邊坡角不超過25°。

若尾礦庫排洪設施附近15 m區域內存在尾礦，則必須禁止挖掘機械施工，可考慮采用水槍回采或人工輔助回采的方式，同時要制定可靠的保護措施以防止淤堵。

3" 回采方案分析

經過以上分析，顯然第三種方案聯合開采方案的回采效率較高且靈活性較強可根據實際情況臨時調整，同時安全性也較高，綜合經濟性較好，本次推薦使用方案三（干式+濕式聯合開采方案）進行回采作業施工。回采方案優缺點對比表見表1。

4" 結束語

尾礦庫尾砂回采施工作業能夠有效降低甚至清除尾礦庫閉庫后的潛在不安全因素，尾礦庫尾砂回采可以保持生態平衡、減少尾礦量及提高尾砂綜合利用率。不僅如此，該工程還能在一定程度上產生較高的經濟收益及社會效益。為保障作業過程中的庫壩安全及人身安全，本研究以某尾礦庫實體工程為例，對常見的尾砂回采方案進行分析，根據各自的優缺點最終選擇了最優方案。同時，研究中還對各回采方案的技術特點進行了具體的說明與分析，本研究一方面可為將來同類型的工程施工提供有益的借鑒，另一方面也可為設計人員在今后的設計工作中提供一定的參考與經驗。

參考文獻：

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