在當前，尾礦干排堆存技術逐漸成為一個熱點，本文將最終堆存濃度達到80%以上，尾礦之最終形式以濾餅或膏體出現(xiàn)之尾礦，稱為高濃度尾礦，對此類尾礦在地表之堆存技術做一個初步之總結與論述。

　　《礦業(yè)安全與環(huán)保》雜志屬國家煤礦安全監(jiān)察局主管，由煤炭科學研究總院重慶研究院與國家煤礦安全技術工程研究中心共同主辦，面向國內(nèi)外公開發(fā)行的國家級科技期刊，多次被評為全國中文核心期刊，中國學術期刊綜合評價數(shù)據(jù)庫來源期刊，中國期刊網(wǎng)、中國學術期刊(光盤版)全文收錄期刊，萬方數(shù)據(jù)-數(shù)字化期刊群全文入網(wǎng)期刊，中文科技期刊數(shù)據(jù)庫原文收錄期刊。

　　1 前言

　　隨著傳統(tǒng)尾礦濕排堆存技術弊端之出現(xiàn)，尾礦干排堆存技術逐漸成為一個熱點，在該領域百花齊放、百家爭鳴。本文將最終堆存濃度達到80%以上之尾礦稱為高濃度尾礦(尾礦之最終形式主要分為濾餅與膏體)，結合工程實例對尾礦地表高濃度堆存技術，做一個初步之總結與論述。

　　2 我國尾礦現(xiàn)狀

　　我國現(xiàn)有礦山15.3萬個，據(jù)統(tǒng)計2000年以前，我國礦山之尾礦總量為50.26億噸，2000年以后，每年排放尾礦達6億噸。根據(jù)國家安監(jiān)局統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全國共有12655座尾礦庫，其中，四等與五等小型尾礦庫12122座，占絕大多數(shù)。金屬礦山堆存之尾礦量已達50億噸以上，而且以6億噸/年之速度遞增，其中鐵礦山每年排放1.3億噸，有色金屬礦山每年排放1.4億噸，黃金礦山較少，也在2450萬噸以上[1]。

　　目前我國絕大部分尾礦庫是利用傳統(tǒng)水力沖填法使尾礦入庫，礦漿濃度在15%~25%，庫內(nèi)回水懸于壩體之上，猶如懸湖。據(jù)了解我國現(xiàn)有之尾礦壩中危、險、病尾礦庫比例高達50%，安全隱患嚴重。同時，我國雖是一個資源大國，但人均占有之資源卻非常低，我國共伴生礦場資源之綜合利用率不到20%，礦產(chǎn)資源總回收率只有30%，礦山尾礦中大多含有各種有色、黑色、稀貴、稀土與非金屬礦物等，是寶貴之二次資源。傳統(tǒng)之濕排尾礦庫不利于尾礦資源之回采，加之尾礦壩安全問題之日益突出與濕排尾礦庫建庫需受地形條件限制等因素，促進了尾礦地表高濃度堆存技術之發(fā)展。

　　3 尾礦地表高濃度堆存情況之分類及實例

　　尾礦地表高濃度堆存技術之核心與原理就是疏干尾礦中之水分，減少庫內(nèi)積水，從而降低壩體浸潤線，提高壩體安全度，提高回水利用率，提高庫容利用系數(shù)。疏干尾礦中之水分，往往需要借助于機械、外力與一些輔助藥劑，如絮凝劑等。

　　3.1 在尾礦堆存之前疏干絕大部分水分

　　3.1.1 疏干尾礦水分之主要方法

　　現(xiàn)國內(nèi)外尾礦地表高濃度堆存技術主要采用之是在堆存之前先疏干絕大部分水分，疏干尾礦水分所采用之方法主要有：

　　(1)壓濾方式：使尾礦在一定壓力作用下，擠干砂體中之絕大部分水分。采用此種方式后之尾礦呈濾餅形式，含水率一般可降到20%附近。常用設備為板框式壓濾機、廂式壓濾機等。

　　(2)真空過濾方式：原理是利用真空負壓將尾礦中水分吸除，此方式對較細粒徑之尾礦效果較好，含水率可降到20%附近。常用設備有陶瓷過濾機、帶式真空過濾機等。

　　(3)多段濃密方式：此方式利用高效濃密機進行多段濃密，外加絮凝劑等輔助藥劑之作用，將尾礦濃度提升至50%~60%，形成膏體形式排放。

　　(4)沉淀池方式：此方式將多個平流式沉淀池串連，根據(jù)尾礦自然沉降規(guī)律濃縮尾礦、澄清、排出尾水。在沉淀過程中常輔以絮凝劑加速尾礦顆粒之沉降，尾礦濃度隨著晾曬時間之延長增加。沉淀池法尾礦處理量不大，僅適用于小型礦山。

　　3.1.2 疏干尾礦大部分水分后之堆存方式

　　3.1.2.1 濾餅形式堆存

　　(1)濾餅堆存之相關定義

　　此種堆存方式是指將壓濾或過濾后低于或等于飽與含水率之尾礦濾餅以汽車或其他運輸方式運至尾礦堆場，在山谷或傍山、平原圍堤所形成區(qū)域內(nèi)分層碾壓密實之排放方式。濾餅一般指經(jīng)過壓濾或過濾脫水后，不能離析，濃度在80%左右之尾礦。一般將含水率接近或等于飽與含水率之濾餅稱之為尾礦濕餅，將濃度在75%~80%之間之濾餅稱之為尾礦干餅[2]。世界上最大之尾礦地表高濃度堆場之一智利La Coipa尾礦堆場即采用此種方式堆存，日排放尾礦濾餅1.5萬噸[3]。

　　(2)尾礦堆放臺階之高度、臺階坡面角之大小與馬道寬度

　　濾餅之堆放與運輸與常規(guī)濕排上游式尾礦庫有很大不同，受人為影響因素較大，設計中要明確濾餅之碾壓要求。尾礦堆放采用從下往上、分臺階堆放，尾礦堆放臺階之高度、臺階坡面角之大小、馬道寬度與尾礦堆放之有效容積密切相關。

　　臺階坡面角盡量大可以充分利用堆放空間，但是存在因陡坡而造成滑坡事故之隱患，選擇臺階高度與坡面角時應同時考慮安全因素與經(jīng)濟因素，在保證安全之前提下，最終堆積角可以大一些。臺階坡面角之選取多采用類比法，即參照類似礦山之實際資料選取，然后通過穩(wěn)定計算確定坡面角大小與臺階高度;對于工程地質(zhì)條件較為復雜之礦山，應通過系統(tǒng)之工程地質(zhì)調(diào)查后，再通過穩(wěn)定計算確定。最終堆積角之大小還要考慮尾礦之松散性，一般要小于內(nèi)摩擦角。

　　工程實例：遼寧省排山樓金礦，濾餅堆放臺階高度6m，坡面角45°，馬道寬度4m，最終堆積角約35°[4]。

　　(3)尾礦入庫順序

　　尾礦濾餅入庫之方式可參照傳統(tǒng)尾礦筑壩形式：上游式、中線式、下游式，但由于采用以上形式時，庫內(nèi)有積水，大大降低了濾餅形式堆放之效果，因此實際工程中很少采用，只在個別加高擴容老尾礦庫時采用。

　　大多數(shù)工程中提倡倒排式入庫，即從庫尾開始逐層堆筑，逐步向下游推進，最后形成庫尾高、下游低之形式，一般坡度在0.5%~1%為宜。這種入庫形式之主要優(yōu)點是：庫內(nèi)不存水;庫內(nèi)無水尾礦不飽與，從而不易液化;一旦失穩(wěn)后不會長距離流動，不會形成大之泥石流危害;縮短庫內(nèi)溢水管長度等。倒排式能夠及時將庫內(nèi)積水排出，大大提高尾礦庫之安全度。

　　3.1.2.2 膏體形式堆存

　　(1)膏體尾礦之定義與膏體尾礦與較高濃度尾礦漿之區(qū)別

　　膏體尾礦是一種具有流動特性與一定屈服應力，并有足夠之呈膠體狀態(tài)水之不離析尾礦固液混合體。如果用塌落度來定義尾礦膏體之話，被定義為塌落度在178mm至254mm之間之尾礦漿體[5]。因組成成分不同、物理化學特性差異、處理工藝不同以及水之存在形式之不同，不同物料形成之膏體所表現(xiàn)出水力學指標相差較大。

　　膏體尾礦與較高濃度尾礦漿不是一個概念，不是所有之尾礦都能形成膏體，應對特定之尾礦進行必要之試驗。在較高濃度尾礦漿與膏體尾礦之間有一個過渡，對于不同之尾礦，這個過渡應經(jīng)過試驗取得。對于達不到膏體標準之較高濃度尾礦漿是否能夠進行地表堆存、如何堆放等問題，本文暫不進行討論。

　　膏體尾礦堆存方式

　　膏體尾礦之堆存方式雖也采用管道輸送，但與傳統(tǒng)之礦漿排放之堆存方式有質(zhì)之區(qū)別，尾礦膏體入庫以后，水與固體之間、固體中之粗細顆粒之間不產(chǎn)生離析，膏體表面不產(chǎn)生流動之水，屬于干法堆存。加拿大安大略省Kidd Creek尾礦堆場始建于1973年，是世界上第一座采用膏體尾礦堆存方式之尾礦堆場，當前入場尾礦1億噸，至2023年，設計入場尾礦1.3億噸，設計堆積總高度29m[6]。內(nèi)蒙古烏奴格土山銅鉬礦在國內(nèi)大型有色金屬礦山中打開了膏體尾礦堆存之先例。現(xiàn)常用之膏體尾礦之堆存方式主要有：自由式堆存、山谷堆存與筑壩堆存三種。

　　①自由式堆存

　　此種方法適用于開闊地帶，膏體自流沉積坡度在5%~7%左右。自由式堆存可選擇單管排放，也可選擇多管輪流前進式排放。

　　單管排放之自由式堆存：此種情況下，會形成一個坡度較緩之圓錐體，穩(wěn)定性較高，不需筑壩，為了防止庫內(nèi)降雨對環(huán)境之污染，建議在庫下游建一個攔水壩，將雨水沉淀后再外排。

　　多管輪流前進式排放之自由式堆存：此法是指采用多條管道，間隔一定距離沿尾礦沉積坡度輪流向前放礦，停止放礦之尾礦表面很快干裂，表面強度增加，此時在干裂之尾礦堆上繼續(xù)安裝支架與向前接管，在先前排放之已干裂之尾礦上面繼續(xù)放礦。此種方法可以增大膏體自流沉積之角度，從而增大尾礦堆存量，適用于降水量少、蒸發(fā)量大之地區(qū)。

　　②山谷堆存

　　此種方式是利用山谷地形之有利條件進行尾礦之堆存，即有一段很平緩而且又比較窄之山溝，利用自然地形平緩，尾礦自流沉積坡度相對比較陡之高差堆存尾礦。河北峪耳崖金礦新選礦廠尾礦庫即采用此種堆存方法[5]。

　　③筑壩堆存

　　膏體尾礦之筑壩堆存多采用上游放礦，下游筑壩之方法，原因同濾餅堆存方式中之倒排式入庫。筑壩堆存方式初期壩工程量比較小，隨著尾礦排放量之增多，用下游筑壩法逐級加高尾礦壩。

　　3.2在尾礦堆存之后利用自重壓力疏干水分

　　此方法是指在礦漿中加入一定量之絮凝劑經(jīng)濃密機濃縮后達到40~50%之濃度，通過砂漿泵裝入耐腐蝕、耐風化、滲水性強之聚丙烯樹脂袋，在平整好之場地中，按一定坡度分層順序鋪設，一定濃度之尾礦漿在袋中自然沉降，通過自濾與上部尾礦重量擠壓、濾水、固結，形成尾礦濾餅，使濾餅濃度達到80%以上，含水量僅有20%左右，使濾餅固結封閉在袋中，并使尾礦隨袋成型，分層堆筑形成干堆壩體。

　　該法不需要建壩，形成之尾礦堆壩安全性高，操作簡單，取消了機械壓濾，減少投資，便于復墾。已在老撾萬榮邦雙鐵礦尾礦項目成功應用。

　　4 尾礦地表高濃度堆存中需注意之幾個問題

　　4.1 堆放臺階高度、角度等參數(shù)之選擇

　　臺階高度、臺階坡面角、最終堆積角等直接影響尾礦堆體之安全性，在對這些參數(shù)進行選擇之時候，應綜合考慮安全因素與經(jīng)濟因素，還應結合地質(zhì)調(diào)查與穩(wěn)定計算確定。

　　4.2 明確碾壓要求并在堆存過程中避免干、濕混排現(xiàn)象

　　濾餅在碾壓過程中受人為影響因素較大，設計中要明確濾餅之碾壓要求。堆存過程中應分堆放區(qū)、碾壓區(qū)、準備區(qū)、晾干區(qū)，四個區(qū)輪流進行，避免干、濕混排現(xiàn)象。

　　4.3 庫內(nèi)尾礦水之處理

　　在有斷裂帶之區(qū)域，為避免尾礦水滲入地下，造成環(huán)境污染，建議在此類地區(qū)做防滲處理。

　　4.4 壩外來水之防治

　　對于尾礦高濃度堆存，排洪系統(tǒng)仍不可忽視，應做到：(1)在壩坡與山坡交界處設截水溝，防止山坡回流沖刷壩體。(2)在馬道內(nèi)側(cè)設排水溝，防止坡面匯水沖刷壩面。(3)壩體下游設集水井，并隨時監(jiān)測水質(zhì)。

　　4.5 壩面植被，注意防塵

　　尾礦地表高濃度堆存雖有諸多優(yōu)點，但粉塵問題逐漸顯現(xiàn)出來。在堆積過程當中，待一臺階形成之后，應及時用山皮土予以覆蓋，并種植適應本地生活條件之沙棘，以迅速恢復植被與生態(tài)環(huán)境，積極預防與治理水土流失，這樣既能保護壩面，又能防止尾砂飛揚。

　　5 結語

　　傳統(tǒng)尾礦堆存技術之不足為尾礦地表高濃度堆存技術贏來了發(fā)展之契機，但尾礦地表高濃度堆存技術不是萬能之，對于該技術之通用性與是否使用該技術都不需要建壩等問題還有待于進一步之探討。其實，傳統(tǒng)尾礦堆存技術與尾礦地表高濃度堆存技術都只是尾礦處理之一種方式，都是可行之，應視具體情況而定。

　　參考文獻：

　　[1] 羅敏杰，淺談尾礦干堆技術[J]。有色冶金設計與研究，2009,30(6)：27-29.

　　[2]付永祥，大型山谷型尾礦干堆場設計理念與實例[J]。現(xiàn)代礦業(yè)增刊，2010,26:122-125.

　　[3]Davies M P and Rice S, Dry stack filtered tailings[J]。Mining Environmental Management,2002,(1)：10-13.

　　[4]遲春霞，沈強，尾礦干堆技術探討[J]。黃金，2002,23(8)：47-49.

　　[5]劉洪均，徐濤，谷志君，孫春寶， 膏體與尾礦膏體排放技術[J]。現(xiàn)代礦業(yè)增刊，2010,26:114-121.

　　[6]Jewell R J,Fourie A BPaste and Thickened Tailings-A Guide[M].Perth:Australian Centre for Geomechanics,2002.