廟溝鐵礦露天轉(zhuǎn)地下尾礦綠色處置問題初步探討

許雁超 白桂秋 張樹偉 董秀艷

(1.河鋼集團礦業(yè)公司廟溝鐵礦，河北 秦皇島，066501； 2.河鋼集團礦業(yè)有限公司，河北 唐山，063000)

0 引言

廟溝鐵礦露天轉(zhuǎn)地下開拓工程于2012年5月1日起正式開工，斜坡道主巷道距離設計4 046 m還差90 m尚未完工，截止到2019年6月底，主井溜破系統(tǒng)與地面井塔樓等輔助工程還未施工。開拓工程進度嚴重滯后，過渡減產(chǎn)期已經(jīng)被迫延遲至2021年12月。屆時廟溝鐵礦將面臨轉(zhuǎn)地下工程進度滯后、資源銜接、尾礦堆排與尾礦綠色開發(fā)利用等諸多問題，而其關(guān)鍵問題就是尾礦的綠色處置問題，即尾礦的堆排和尾礦綠色開發(fā)利用問題。

1 尾礦庫及尾礦堆存現(xiàn)狀

據(jù)2009年深部補充地質(zhì)勘探報告，廟溝鐵礦轉(zhuǎn)地下開采后預計服務年限約為19年，現(xiàn)礦山正在使用的二期馬糞溝尾礦庫，于1995年正式投入運行，設計總庫容2 210.5×104m3,按現(xiàn)在的年排尾量及壩高庫容曲線圖進行計算，二期尾礦庫只能服務到2024年底。鐵礦體傾角平均為80°，屬急傾斜礦體。0線以南礦體厚60～120 m，0線以北礦體厚35～100 m。2011年，設計部門根據(jù)礦床特征設計采用安全、高效、低成本的無底柱分段崩落法開采，但在目前綠色環(huán)保、新建或擴建尾礦庫的審批愈加嚴格的新形勢下，礦山能否正常開采首先取決于能否妥善解決尾礦的堆排問題和尾礦的開發(fā)問題。尾礦的堆排問題主要是指尾礦堆存選址和尾礦堆排關(guān)鍵技術(shù)問題；尾礦的開發(fā)問題主要是指尾礦開發(fā)決策、方式選擇及市場問題。

2 尾礦綠色處置方案初步探討

2.1 增加二期尾礦庫庫容

在現(xiàn)有尾礦庫基礎上增加庫容1 600×104m3，即在600 m標高以上增加壩高70 m，該方案涉及到尾礦庫下游多個村莊的搬遷招工問題、上游征地及祖山旅游區(qū)公路遷移征地再修建問題，雖然增加設施少、建設周期短、投資不算大、但征地難、搬遷難、改道難、擴容審批更難。

2.2 新建尾礦庫

依據(jù)轉(zhuǎn)地下初步設計，1 600×104m3新建尾礦庫需征地約900畝，礦區(qū)周邊符合新建尾礦庫容量要求的只有龍?zhí)稖?，龍?zhí)稖系靥幍V區(qū)西部，距離礦辦公區(qū)只有0.8 km，溝內(nèi)耕地面積約占總面積40%。該方案耕地面積所占比例超過國家30%的要求標準、建設時間需3年、基建及征山地投資約2 億元；結(jié)合2019年3月河北省安監(jiān)局指示：“堅決不批新的頭頂庫”、“堅決不批新建獨立選礦廠尾礦庫建設項目”，若廟溝鐵礦地下開采新建尾礦庫選址龍?zhí)稖?，則耕地面積所占比例不符合國家標準、建設周期長、投資比較大、行政審批比較難。

2.3 覆蓋層上方尾砂堆排

高效回收利用現(xiàn)有排土場，將廢石回填至露天采坑形成覆蓋層，并在其上方堆排尾礦砂。2016～2017年，對無底柱分段崩落開采條件下覆蓋層上方尾砂堆排關(guān)鍵技術(shù)(如：覆蓋層上方尾砂堆排條件下覆蓋層空間移動控制技術(shù)、覆蓋層合理厚度問題、覆蓋層斷裂防治問題、防滲流問題、防泥石流問題、覆蓋層結(jié)拱處理問題)進行了深入研究。上述方案雖能解決尾礦堆排難題，但投資比較大，技術(shù)比較復雜，還存在人造泥石流隱患風險，通過國家環(huán)評與安評有一定難度。

2.4 尾礦綠色開發(fā)利用

提出以下措施進行尾礦綠色開發(fā)利用：1)進行“露天轉(zhuǎn)地下尾礦庫尾砂高效綠色開發(fā)研究”項目可行性研究。2)爭取地方各級政府、安監(jiān)及環(huán)保部門的大力支持。3)已經(jīng)進詳細進行尾砂物理化學性質(zhì)基礎研究(主要化學成分、粒度組成等)，對有關(guān)尾砂開發(fā)的關(guān)鍵元素及化合物SiO2、TFe、Fe3O4、Fe2O3、Na2O、K2O、S進行含量精準測定。4)可考慮尾砂回采設計。5)產(chǎn)品生產(chǎn)方案：自己加工。需要新建尾砂加工系統(tǒng)，增加再選設備(濃密機等)與利用一期主廠房相結(jié)合，投資約800 萬元，生產(chǎn)的全尾砂粒徑分為粗、中、細、超細(泥粒級)四個粒級，進行全尾砂外銷，直接取砂。經(jīng)過項目可研、壩體穩(wěn)定性評價、環(huán)評及回采設計后，由庫中直接取砂外銷。取砂時必須做到分區(qū)采砂、分區(qū)排尾。可采用深水采砂工藝(即利用采砂船配高負壓吸沙泵)，安裝能活動的剛性吸砂管道，通過水下造漿新工藝實現(xiàn)采砂效果，確保采砂濃度達到設計標準。6)產(chǎn)品銷售方案：粗粒尾礦砂做為建筑材料外銷，中細粒尾礦砂制作路磚與透水磚，泥粒級尾礦砂加工成某種活性物質(zhì)用于制造業(yè)，該方案雖能解決尾礦堆排難題，但對市場的依賴性較強，在市場供過于求時會帶來尾礦砂無處堆存的市場風險。

2.5 優(yōu)化采礦方法

以充填法替代無底柱分段崩落法，國內(nèi)外早已有先例。此方案不僅浪費了無底柱分段崩落法開采設計與工程投資7 億元，而且需要新建尾礦充填站、尾礦排放設施及增加日常生產(chǎn)輔助原材料，增加投資成本及生產(chǎn)成本，具體存在以下4個問題：1)總投入增加，與其他礦山相類比，充填法采礦不但成本比無底柱分段崩落法每噸多30元左右，依5 200 萬t的資源儲量進行計算，轉(zhuǎn)地下開采總生產(chǎn)成本會增加約15.6 億元，還需投資約6 000 萬元新建地下充填站及尾礦排放設施。2)采選能力下降，干選拋廢后入磨礦量約為230 萬t/a，地采實際廢石混入率較大，以破碎干選拋廢20%～25%計算，地采的生產(chǎn)規(guī)模應達到300 萬t/a才能與選廠匹配，而充填法的理論生產(chǎn)規(guī)模僅為200 萬t/a。那么若采用充填法采礦，將滿足不了選廠供礦需求。3)綜合回采率降低，對急傾斜厚大礦體采用充填法采礦時，因盤區(qū)永久性保安礦柱的存在，回采率一般低于80.2%。4)存在采礦安全隱患，雖然無底柱分段崩落采礦安全高效，各個進路內(nèi)工作環(huán)境都比較安全，但充填法采礦在回收礦柱時需在尾砂充填體附近作業(yè)，有部分鑿巖與出礦作業(yè)面也臨近充填體，所以充填采礦工藝也有一定安全風險。

綜上分析，新建尾礦庫、增加二期尾礦庫庫容和覆蓋層上方尾砂堆排三個方案上雖都能解決尾礦堆排難題，但都存在國家行政審批難的問題；充填法替代無底柱分段崩落法不僅降低回采率、而且充填采礦工藝也有一定安全風險；而尾礦綠色開發(fā)利用方案投資少、見效快、安全風險也比較小，但存在市場風險。建議在充分考慮市場風險的前提下采用尾礦綠色開發(fā)利用方案將從根本上徹底解決礦山未來尾礦堆排難題。

3 結(jié)語

為扎實推進鐵礦山尾礦綠色處置戰(zhàn)略，樹立“大環(huán)?！钡南到y(tǒng)治理思路，提出以下措施：

1)加強組領(lǐng)導與織協(xié)調(diào)。礦山成立尾礦資源綠色處置產(chǎn)業(yè)發(fā)展辦公室，推進技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)政策、管理措施的協(xié)調(diào)，共同推進規(guī)劃實施和產(chǎn)業(yè)對接。組建由多學科、多領(lǐng)域高層專家參與的尾礦綠色處置科技創(chuàng)新專家委員會，為規(guī)劃實施提供戰(zhàn)略決策和技術(shù)咨詢。2)加強政策研究和對接。研究制定尾礦資源化處置實施方案，推動礦山非礦事業(yè)發(fā)展。3)發(fā)揮政府引導作用。依托河北工業(yè)大學尾礦資源研究中心、河北睿索固廢工程技術(shù)研究院和省部共建尾礦資源化綜合利用技術(shù)創(chuàng)新平臺，開展關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)，促進新技術(shù)、新生產(chǎn)工藝、新產(chǎn)品的開發(fā)推廣和產(chǎn)品標準體系的建設，并給予資金支持，建立有效的資金保障體系，形成較寬的融資渠道。4)發(fā)揮信息平臺作用，實現(xiàn)尾礦綠色處置信息的共享。建立大宗尾礦綜合開發(fā)利用信息平臺，把尾礦綠色處置的所有業(yè)務數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)字化存儲、傳輸、表達和深加工，并應用于各個綠色處置環(huán)節(jié)的管理和決策之中，以實現(xiàn)尾礦綠色處置的系統(tǒng)優(yōu)化，提高資源的綜合利用率、降低生產(chǎn)成本、實現(xiàn)礦山綜合效益最大化，促進尾礦綠色處置先進適用技術(shù)加快向現(xiàn)實生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化。