硫化銅礦廢石場分類排放施工要點研究

李健，宋自平，劉李，宋偉韜

(中國水利水電第十工程局有限公司， 四川 成都 610037)

1 工程概述

緬甸萊比塘露天銅礦礦山露天開采境界內(nèi)的廢石量約為9.424億 t，其中2.114億 t可以在生產(chǎn)第23年開始實現(xiàn)內(nèi)排，仍有約7.31億 t的廢石量需要外排，折算體積為3.545億 m3（考慮松散系數(shù)和沉降系數(shù)后）。根據(jù)項目的ESIA報告，有高達71%的廢石為潛在產(chǎn)酸廢石，僅29%的廢石為良性廢石，不會對環(huán)境造成污染[1]。礦山共設(shè)計有3個廢石場，總庫容3.551億 m3，能滿足除露天采坑內(nèi)排外的全部廢石排放要求。礦山2#廢石場位于露天采場西側(cè)，占地面積約1.5 km2，庫容約9585.3萬 m3，主要堆存露天采場I期開采境界內(nèi)西側(cè)剝離的廢石，廢石場底部標(biāo)高為100 m，頂部標(biāo)高為250 m，垂直排廢高差150 m，采用分層排放，每層排放厚度（排廢段高）為12.5 m。

2 廢石的分布特點分析

萊比塘銅礦為斑巖銅礦經(jīng)風(fēng)化淋濾和次生富集作用形成的高硫化型銅礦床，在采場開采境界內(nèi)，風(fēng)化淋濾帽上為對環(huán)境不具有污染性的表土和良性廢石；淋濾帽本體為富集鐵、鈷礦的廢石，易析出鐵、鈷等重金屬，故稱為重金屬廢石；另外，在淋濾帽下的銅礦石區(qū)，部分含銅量遠低于工業(yè)開采邊界品位的礦石也被當(dāng)作廢石排放到廢石場，因其含硫化物，受潮氧化后會析出酸性污染物，因此被稱為酸性廢石[2]。在天然狀態(tài)下，露天采場的表土和良性廢石像一個蓋子一樣將淋濾帽覆蓋，而淋濾帽又將銅礦石包裹在下面，所以不會出現(xiàn)天然未開采的銅礦體污染周邊環(huán)境的情況。因此，為避免廢石場排放的廢石對環(huán)境造成污染，考慮在廢石場采取模擬廢石原狀分布的特點進行排廢，在廢石場底部、頂部和邊坡表面排放良性廢石，將有重金屬污染和酸性污染的廢石排放到廢石場內(nèi)部，污染小、巖性穩(wěn)定性好的重金屬廢石在外側(cè)貼近良性廢石區(qū)，污染大、巖性不穩(wěn)且受潮后易產(chǎn)生酸性污染物的酸性廢石在重金屬廢石里側(cè)。根據(jù)廢石場的設(shè)計結(jié)構(gòu)，良性廢石排放的厚度在廢石場底、頂部為6.25 m，在臨邊為25 m。為避免降雨、地下水等導(dǎo)致污染物下滲，在廢石場基底清表后先鋪設(shè)壓實厚度約30 cm的黏土防滲層，再在其上排放良性廢石，在廢石場頂部、已完成平整和修坡的邊坡良性廢石表面上鋪設(shè)壓實厚度約30 cm的黏土防滲層。

3 廢石場廢石分類排放施工要點

3.1 廢石場基底處理及底部黏土層施工

廢石場征地后，先砍伐樹木回收有用木材，再對地表進行耕植土清理，并集中堆放到表土堆放場 單獨存放，便于廢石場后期復(fù)植地貌施工時回采利用。完成表土剝離的場地采用大型振動平碾壓實，然后攤鋪從露天采場剝離運輸來的黏土料，推土機攤鋪推平后振動平碾或凸塊碾壓實，形成廢石場底部的黏土防滲層。由于是大面積場地碾壓施工，極易造成漏振，在基底和防滲層壓實施工時，要采用測量放樣、人工拉線等控制措施，分條分塊進行施工，控制好接頭部位和條帶間的碾壓搭接長度和寬度，避免漏壓、欠壓或過壓。

3.2 廢石分類分區(qū)排放

廢石場底部的良性廢石層全部滿鋪，控制其厚度。為避免底部黏土防滲層被破壞，應(yīng)從場外開始良性廢石排放，形成入場道路，場內(nèi)排放廢石厚度確保控制在6.25 m，排廢頂部大面應(yīng)略向坡外形成一個排水坡度，避免降雨積水。廢石場臨邊的良性廢石排放順序一般為先排，也可以后排，根據(jù)分區(qū)排放施工實際確定，具體可分為3種情況：

（1）在銅礦露天采場前期采剝生產(chǎn)中，良性廢石的剝離量大，而重金屬廢石、酸性廢石剝離量較少，由于礦山的良性廢石總量偏少，不能浪費，就需要沿著廢石場臨邊外圍先排放良性廢石，排放斷面為梯形，頂寬不小于25 m；

（2）當(dāng)同一時期酸性廢石的剝離量大時，廢石場就會出現(xiàn)先排放酸性廢石，后排放重金屬廢石及良性廢石的情況，此時酸性廢石應(yīng)盡量靠近廢石場排放臺階的中心排放，必須要嚴(yán)格確保良性廢石和重金屬廢石的最小排放寬度要求；

（3）在露天采場采剝到淋濾帽體附近時，還可能出現(xiàn)在同一時期重金屬廢石剝離量遠大于良性廢石和酸性廢石的情況，廢石場就必須采用先排放重金屬廢石、后排放良性廢石和酸性廢石的方式，排放斷面為梯形，頂寬不小于25 m以確保施工安全，必須要嚴(yán)格確保外側(cè)良性廢石至少25 m的排放寬度要求。

廢石場分類分區(qū)排放施工典型斷面見圖1。

圖1 廢石場分類分區(qū)排放施工典型斷面

3.3 廢石場邊坡二次削坡及黏土防滲層施工

廢石場完成排廢后，每個排廢臺階的邊坡角一般為37°，尚不能滿足廢石場邊坡長期穩(wěn)定的要求，需要進行削坡處理。每個排廢臺階的設(shè)計最終坡度為1:2.5，約21.8°，每層排廢完成后在排放上一層時，將排廢邊線內(nèi)縮20 m，相鄰臺階排廢段高內(nèi)邊坡削坡處理后，平臺的馬道寬度仍有5.34 m，2#廢石場最終的成型綜合坡度為19°，可保證廢石場邊坡的長期穩(wěn)定。削坡處理應(yīng)在排廢施工完成至少半年，廢石體沉降變形大部完成后進行，在測量放線后采用小型反鏟施工，挖上填下，成型后采用推土機順坡碾壓，壓實成型后的邊坡面作為邊坡黏土層施工的基底層。采用小型自卸車從黏土料堆放場取料運到每層邊坡頂平臺，小型反鏟攤鋪黏土料至整個坡面，推土機沿坡面行駛碾壓至密實，黏土層施 工的坡面要及時完成上層耕植土覆蓋和草木栽種等復(fù)植地貌施工[3]，以免造成黏土層脫水龜裂，失去防滲效果。

3.4 廢石場頂部黏土防滲層施工

廢石場頂部黏土層施工要在頂部6.25 m厚的良性廢石排放施工完半年、廢石體大部沉降變形完成后進行，先對頂部平面進行整平施工，大面要設(shè)置有排水坡度坡向外側(cè)邊坡，推土機進行碾壓密實，再進行黏土層施工。采用自卸車從黏土料堆放場取料運到廢石場頂部，推土機攤鋪平整，振動平碾或凸塊碾碾壓密實，并及時完成上部耕植土覆蓋和種樹、種草、栽花等復(fù)植地貌施工，避免黏土防滲層脫水龜裂，失去防滲效果。

3.5 廢石分類排放的質(zhì)量控制要點

為確保廢石場閉坑后的環(huán)保效果，保證良性廢石的排放厚度是廢石場排廢施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵。在上層排廢施工前，先在完成施工的下層頂面測量放出排放控制邊線并做好標(biāo)記，良性廢石區(qū)＞重金屬廢石區(qū)＞酸性廢石區(qū)；再用推土機沿標(biāo)記線犁出分區(qū)邊線控制溝，并在每條溝上樹立廢石區(qū)分顏色標(biāo)記牌，現(xiàn)場排廢施工控制人員站在上層排廢頂面就能對坡腳的控制溝和標(biāo)記牌進行準(zhǔn)確分辨，實現(xiàn)對排廢邊線的準(zhǔn)確控制。在進行重金屬廢石區(qū)臨近良性廢石分區(qū)邊線部分的排放施工時，要盡量安排在白天進行，便于現(xiàn)場指揮倒車卸料的人員準(zhǔn)確控制排廢邊線，以保證外側(cè)預(yù)留的良性廢石區(qū)排放寬度；在良性廢石區(qū)排放到邊時，也應(yīng)該安排在白天進行，保證廢石場設(shè)計最終邊坡的成型準(zhǔn)確，以確保廢石場最終邊坡的穩(wěn)定。另外，沿分區(qū)邊線控制溝插上一排竹（木）桿，并在桿上綁上反光條，也可以實現(xiàn)夜間廢石排放邊線的準(zhǔn)確控制，但這要求現(xiàn)場指揮倒車卸料的人員有高度的責(zé)任感，隨時用手電筒照射坡腳的反光桿確定廢石排放邊線位置，在夜晚具有一定的控制難度，且耗費竹木資源，僅可做特殊時期的輔助手段之用。

在進行露天采場爆區(qū)的穿孔爆破及取樣圈礦時，應(yīng)同時對爆區(qū)的廢石進行取樣試驗，根據(jù)試驗結(jié)果，在現(xiàn)場準(zhǔn)確圈定放樣出爆區(qū)的良性廢石區(qū)、重金屬廢石區(qū)和酸性廢石區(qū)等，指導(dǎo)采剝設(shè)備對不同廢石進行分類剝離、分類運輸，以便實現(xiàn)在廢石場的分類排放，這對于表觀顏色接近、不易分辨類別的廢石正確分類排放具有決定性作用。

廢石場排廢施工過程中，應(yīng)在排廢層頂面經(jīng)常性測點檢查排廢臺階的段高，當(dāng)發(fā)生偏高時，及時用推土機進行推頂修正，降低段高；當(dāng)段高偏低時，及時補料墊高。對良性廢石區(qū)外邊線的精確控制是確保廢石場按照設(shè)計結(jié)構(gòu)最終成型的保證，在廢石場每層排廢外圍邊線施工完畢后，均應(yīng)及時進行測量檢查和現(xiàn)場交底，對局部排放有欠缺的，現(xiàn)場排廢施工控制人員指揮良性廢石運輸車輛進行補排，直至滿足設(shè)計要求邊線，臨邊補排施工只能在白天進行。

3.6 廢石場排廢施工的安全控制要點

礦山采剝施工的設(shè)備均選用大型的礦山設(shè)備，緬甸萊比塘銅礦采用的廢石運輸設(shè)備是載重91 t的TR100礦用剛性自卸車和載重236 t的NTE260礦用電動輪自卸車，TR100自卸車配置的是2700R49型巨型工程輪胎，輪胎直徑達2.7 m，NTE260電動輪自卸車配置的是50/80R57型巨型工程輪胎，輪胎的直徑近3.6 m，而在2#廢石場的排廢施工中，運輸?shù)缆分饕侵剀嚿掀潞涂哲囅缕?。因此，保證裝備巨型工程輪胎的大型礦山運輸車輛安全運行是廢石場安全施工的控制重點。

廢石場的場內(nèi)道路均是由廢石排放所形成的，為保證車輛通行安全，道路均按雙向通行設(shè)計，道路寬度按照通行最大車輛寬度的3.5倍左右設(shè)計，2#廢石場道路通行的最大車輛為NTE260電動輪自卸車，車輛寬度為8.35 m，道路設(shè)計寬度確定為30 m，在道路臨邊側(cè)均設(shè)計有安全擋坎，采用排放的廢石堆筑，擋坎兩側(cè)坡度按照萊比塘銅礦的礦（廢）石自然堆積邊坡角37°考慮，安全擋坎的設(shè)計高度按照道路通行最大車輛輪胎外徑的1/3～3/5考慮，一般在交通干道及臨邊路段，安全擋坎高度取大值，即2～2.2 m，在排廢平層上的臨時道路可取小值。在完成排廢施工及正在排廢的平層外圍邊線，均須采用排放的廢石堆筑安全擋坎，除正在施工的排料點以外，安全擋坎的高度均應(yīng)取大值。正在施工的排廢點除了按照廢石類別分類分區(qū)排放外，TR100自卸車和NTE260電動輪自卸車的排廢點也要分開設(shè)置，兩種車型大小懸殊，車輛的駕駛視野也有較大區(qū)別，同點混排發(fā)生擦掛、碰撞等風(fēng)險較高，同時兩種車型倒車卸料時對卸料點預(yù)留臨時安全擋坎的高度要求也不一致，必須分開考慮。TR100自卸車完全升斗后廂板最低點離地高度為0.7 m，按照TR100自卸車輪胎外徑的1/3倍左右，即在0.7～0.9 m高預(yù)留臨時安全擋坎才能保證車輛在倒車卸料時的安全，同時也能保證車輛升斗完全，卸料干凈；NTE260電動輪自卸車完全升斗后廂板最低點離地高度為1.45 m，按照NTE260電動輪自卸車輪胎外徑的1/3倍左右，即在1.2～1.5 m高預(yù)留臨時安全擋坎才能保證車輛倒車卸料時的安全，同時確保車輛升斗完全，卸料干凈；如對TR100自卸車卸料點的臨時安全擋坎高度機械移植到NTE260電動輪自卸車的卸料點來，則不能保證NTE260電動輪自卸車的倒車卸料安全，反之，則會發(fā)生TR100自卸車升斗不完全，卸料不干凈的問題。

保證廢石場排廢施工的絕對安全，除了嚴(yán)格做好道路寬度和安全擋坎的設(shè)計和施工外，還應(yīng)完善 道路沿線和排廢平臺臨邊夜間反光標(biāo)識的設(shè)置[4]。由于TR100自卸車和NTE260電動輪自卸車的燈光設(shè)置均較高，距地面達2.5～2.7 m，而駕駛室的位置則分別高達4 m 和6 m，反光標(biāo)識如果設(shè)置過低，則很難對駕駛員產(chǎn)生反射警示效果，因此，反光標(biāo)識應(yīng)設(shè)置成反光柱或反光桿，為增加設(shè)置高度，宜在安全擋坎的頂部設(shè)置反光標(biāo)識。另外，提高駕駛員駕駛技能和培養(yǎng)他們的安全駕駛習(xí)慣，杜絕酒后駕駛和疲勞駕駛，加強安全監(jiān)察員的監(jiān)督執(zhí)法，也是實現(xiàn)廢石場安全排廢施工的重要舉措。

4 結(jié)語

緬甸萊比塘露天銅礦在進行廢石場排廢施工時，為實現(xiàn)從根本上解決重金屬廢石和酸性廢石的環(huán)境污染問題，模擬廢石的自然分布特點，采用了分類分區(qū)排放施工技術(shù)措施，充分利用良性廢石資源對重金屬廢石和酸性廢石進行完全覆蓋和包裹，實現(xiàn)了對重金屬污染和酸性污染的源頭控制[5]，并在排廢施工中對廢石分類排放施工的質(zhì)量控制重點和安全保證措施等進行了深入細(xì)致的探討和研究，為礦山廢石場的后續(xù)施工和同類型硫化銅礦山的廢石科學(xué)處理提供了思路。