米拉多大型銅礦排土場(chǎng)工程優(yōu)化研究與實(shí)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(tuán)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(xiàng)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(qū)海拔標(biāo)高為800～1 680 m。區(qū)內(nèi)水系發(fā)育、地表水、地下水都十分豐富，為濕潤(rùn)性赤道氣候，礦區(qū)年平均降雨量1 860 mm，年最高降雨量可達(dá)3 000 mm，24 h內(nèi)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(jié)，月降雨量最高可達(dá)180～240 mm，年平均蒸發(fā)量1 000 mm。廢石主要物理參數(shù)：密度2.63 t/m3，松散系數(shù)1.5，普氏硬度系數(shù)8～12，沉降系數(shù)1.05。該礦正在建設(shè)中，計(jì)劃2019年建成投產(chǎn)。

米拉多銅礦初步設(shè)計(jì)的排土場(chǎng)位于南露天采場(chǎng)和北露天采場(chǎng)之間的瓦瓦伊米河谷地，為了安全和環(huán)保，排土場(chǎng)在使用前要施工好上游的截水溝。由于原設(shè)計(jì)先規(guī)劃施工的南排土場(chǎng)上游截水溝長(zhǎng)度有8.3 km，山體陡峭，施工難度大，工程量大，遠(yuǎn)不能滿足礦山整體施工進(jìn)度要求，工程進(jìn)度和環(huán)保壓力均很大。經(jīng)過多次踏勘、研究和討論，提出對(duì)排土場(chǎng)及上游截水溝、酸性水庫(kù)等相關(guān)工程方案進(jìn)行優(yōu)化。

1 原初步設(shè)計(jì)排土場(chǎng)方案

米拉多銅礦南露天采場(chǎng)廢石量為8.17億t，北露天采場(chǎng)廢石量為2.84億t，合計(jì)需排土場(chǎng)庫(kù)容為6.3億m3。根據(jù)礦山整體規(guī)劃，南露天采場(chǎng)廢石大部分經(jīng)過破碎—皮帶運(yùn)往尾礦庫(kù)進(jìn)行尾礦筑壩，筑壩用量為4.2億t，南露天采場(chǎng)需運(yùn)往排土場(chǎng)的廢石量?jī)H為3.97億t，即南北露天采場(chǎng)運(yùn)往排土場(chǎng)總量為6.82億t，需排土場(chǎng)容積為3.7億m3，初步設(shè)計(jì)選定的瓦瓦伊米排土場(chǎng)容積大于4億m3，能夠滿足南北露天采場(chǎng)的排廢石的要求，原初步設(shè)計(jì)排土場(chǎng)布置（方案Ⅰ）見圖1。由于米拉多南礦已開工建設(shè)，北礦還在做開采前期工作，首先要設(shè)計(jì)米拉多南礦2.16億m3（3.97億t）廢石的排土場(chǎng)。

2 排土場(chǎng)優(yōu)化方案

2.1 排土場(chǎng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

將初步設(shè)計(jì)連在一起的南北礦排土場(chǎng)（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(chǎng)整體移至靠近南礦采場(chǎng)邊處（重心比調(diào)整前靠近南礦采場(chǎng)約1.1 km），首期排土場(chǎng)重心靠近采場(chǎng)約0.6 km。設(shè)計(jì)調(diào)整后南北排土場(chǎng)，也就是優(yōu)化后的方案Ⅱ，總?cè)莘e3.93億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(chǎng)庫(kù)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(chǎn)的1.18億m3廢石排往北排土場(chǎng)；北排土場(chǎng)總?cè)莘e2.95億m3，可滿足南北礦排廢量2.72億m3。

2.2 排土場(chǎng)上游截水溝設(shè)計(jì)優(yōu)化

為考慮減少露天采場(chǎng)與排土場(chǎng)中間的清水溝流量，初步設(shè)計(jì)沿著南北排土場(chǎng)上游水流坡度，從南至北施工1條截水溝，1個(gè)水流出口單側(cè)流向。優(yōu)化后南北排土場(chǎng)截水溝斷開，水流出口主要在南北排土場(chǎng)之間，南排土場(chǎng)截水溝也采取南北線分流雙側(cè)流向，南北排土場(chǎng)有3個(gè)水流出口。為避免清污分流混合，在生產(chǎn)組織過程中要加強(qiáng)管理，優(yōu)化后排土場(chǎng)布置 （方案Ⅱ）見圖2。

2.3 酸性水庫(kù)設(shè)計(jì)優(yōu)化

原初步設(shè)計(jì)，南礦前10 a設(shè)置2個(gè)酸性水庫(kù)（圖1中露天采場(chǎng)下游酸性水庫(kù)2和排土場(chǎng)下游酸性水庫(kù)3，無交叉干擾性?。?0 a后與北礦共同考慮再設(shè)置1個(gè)大型酸性水庫(kù)1。設(shè)計(jì)優(yōu)化調(diào)整后南北礦下游排土場(chǎng)各設(shè)置1個(gè)酸性水庫(kù)。因調(diào)整后南北礦排土場(chǎng)匯水面積大幅減少，直接導(dǎo)致酸性水處理量減少，減少生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本。

3 排土場(chǎng)優(yōu)化前后方案比較

3.1 排土場(chǎng)優(yōu)化前后工程技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

原初步設(shè)計(jì)南排土場(chǎng)（方案Ⅰ）首期設(shè)計(jì)在3號(hào)路上方，距離露天采場(chǎng)約1.3 km，排土標(biāo)高在1 350 m以下，容積為588萬m3，需要建設(shè)1條寬30 m、長(zhǎng)約1 km的排廢道路。優(yōu)化后南排土場(chǎng)（方案Ⅱ）首期移位到3號(hào)路以下，排土標(biāo)高在1 300 m以下，容積670萬m3，利用現(xiàn)有3號(hào)路對(duì)其拓寬并修建臨時(shí)排水溝攔截首期排土場(chǎng)上游雨水，3號(hào)路拓寬和臨時(shí)排水溝建好后就可在首期排土場(chǎng)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(jìn)行基建剝離和基建道路施工。

優(yōu)化后排土場(chǎng)方案Ⅱ優(yōu)點(diǎn)：①南礦首期排土場(chǎng)建設(shè)難度變小，建設(shè)時(shí)間縮短，能盡早解決基建剝離和道路棄土問題；②南排土場(chǎng)整體排廢運(yùn)距縮短約1.1 km，基建剝離排廢運(yùn)距縮短約0.6 km；③基建期少建設(shè)1條寬30 m、長(zhǎng)約1 km的排廢道路；④南排土場(chǎng)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(fēng)險(xiǎn)大大降低，工期也將大大縮短；⑤綜合考慮南北礦排土場(chǎng)上游截水溝，優(yōu)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(chǎng)自身匯水面積減少約8 km2，酸性水處理量減少。

排土場(chǎng)方案Ⅱ缺點(diǎn)：①南排土場(chǎng)截水溝南向水流經(jīng)過排土場(chǎng)和采場(chǎng)之間，運(yùn)營(yíng)期清污分流管理難度增大；從截水溝出口點(diǎn)引至自然溪流落差大，消能設(shè)施工程量較大；②優(yōu)化后南礦后期1.18億m3棄土要排往北礦排土場(chǎng)，運(yùn)距增大，運(yùn)輸成本增加；③需要對(duì)3號(hào)路2 km拓寬2～3 m，并修建臨時(shí)排水溝，增加約120萬美元投資；④酸性水庫(kù)位置變更，需要重新進(jìn)行工勘和設(shè)計(jì)；⑤南排土場(chǎng)整體向米拉多南礦方向移動(dòng)，需要增加排土場(chǎng)布孔工勘或增加部分工勘資料，以便能滿足新排土場(chǎng)總體穩(wěn)定性要求。

3.2 排土場(chǎng)2個(gè)方案經(jīng)濟(jì)比較

3.2.1 南礦排土場(chǎng)方案Ⅱ工程量和投資情況

根據(jù)優(yōu)化方案，從工程量和投資方面與原初步設(shè)計(jì)方案作了靜態(tài)比較，排土場(chǎng)方案Ⅰ和方案Ⅱ工程量、投資對(duì)比見表1。從表1數(shù)據(jù)可看出，米拉多南礦排土場(chǎng)優(yōu)化后方案Ⅱ投資比原初步設(shè)計(jì)方案Ⅰ減少2 689萬美元，運(yùn)營(yíng)成本少7 572萬美元（靜態(tài)計(jì)算值）。從投資和成本看，優(yōu)化后方案Ⅱ是可行的。

注：運(yùn)營(yíng)成本計(jì)算按運(yùn)量1.81億t，合同單價(jià)1.0美元/（m3·km），同等服務(wù)年限15 a為比較基礎(chǔ)。表中a，運(yùn)距2.2 km；b，運(yùn)距1.1 km。

3.2.2 南北礦排土場(chǎng)優(yōu)化前后服務(wù)年限整體經(jīng)濟(jì)比較

排土場(chǎng)等工程方案優(yōu)化后，在南北礦生產(chǎn)服務(wù)年限內(nèi)整體經(jīng)濟(jì)比較見表2。

從表2數(shù)據(jù)中可看出，方案優(yōu)化后，南北礦排土場(chǎng)整體考慮，可節(jié)省基建投資約3 121萬美元，在服務(wù)年限內(nèi)，僅廢石運(yùn)輸節(jié)約靜態(tài)成本約5 100萬美元。由于方案優(yōu)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(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本減少約300萬美元。

4 優(yōu)化方案施工實(shí)踐

由于優(yōu)化后方案Ⅱ技術(shù)上可行，安全環(huán)?？煽兀顿Y省，運(yùn)營(yíng)成本低，礦方、設(shè)計(jì)院、施工單位、監(jiān)理一起重新對(duì)施工圖設(shè)計(jì)進(jìn)行了修改和完善。按照優(yōu)化后修改的施工圖，一礦四方認(rèn)真進(jìn)行了施工實(shí)踐和管理，經(jīng)過2年多的施工，南礦主體工程首期排土場(chǎng)已建好，已于2016年10月份開始排土，至2018年3月，南礦排土場(chǎng)已排土750多萬m3，南排土場(chǎng)上游截水溝南線3.37 km已建成排水，北線已建好3.6 km，計(jì)劃在2018年8月份建成截水溝。南礦酸性水庫(kù)已施工，各項(xiàng)工程按計(jì)劃順利推進(jìn)。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）調(diào)整優(yōu)化后的米拉多銅礦排土場(chǎng)分為南北排土場(chǎng)布置方案，技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，安全環(huán)保更可控。南礦排土場(chǎng)優(yōu)化方案比原初步設(shè)計(jì)大排土場(chǎng)方案基建期投資節(jié)省2 689萬美元以上，南北礦排土場(chǎng)總體服務(wù)年限內(nèi)投資減少3 121萬美元，運(yùn)營(yíng)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(yùn)營(yíng)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(huán)保風(fēng)險(xiǎn)大大降低，施工工期大大縮短。首期排土場(chǎng)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(yōu)化后的排土場(chǎng)、截水溝和酸性水庫(kù)等采礦工程方案組織實(shí)施，排土場(chǎng)上游截水溝單側(cè)流向改為雙側(cè)流向，南北截水溝總長(zhǎng)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(kù)3個(gè)減少為2個(gè)，采場(chǎng)廢石運(yùn)距平均縮小1 km。

?

（3）對(duì)于大型復(fù)雜多雨環(huán)境下施工露天礦山建設(shè)工程，山體陡峭，施工難度大，工程量大，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，在施工圖階段，不斷優(yōu)化施工方案，為施工工期縮短、節(jié)省投資、安全環(huán)保可控創(chuàng)造良好的條件。