铁矿生产中的水土保持

师幸生,师 妍

(太原市水利科学研究所,山西太原 030002)

铁矿一般有露天、地下两种开采方式,两者的主要区别在于前者要揭露地表,而后者为地下开采,两种开采方式的废石排弃过程基本类似。揭露矿床覆盖层会对自然地表形成扰动破坏,开挖矿床、矿石筛选要排弃铁矿中混杂的大量岩石,铁矿精选要排放大量尾矿(粉状岩石),如何合理处置排放的废石、尾矿,防治其在排放过程中的水土流失,就成为铁矿生产中保持水土资源的一项重要任务[1]。

1 铁矿生产中的弃石

(1)揭露矿床的弃石。在开挖矿床前,首先要揭露覆盖在矿床上部的地表岩石(土层),使矿床裸露。地表岩石(土层)揭露是一个渐进过程,也就是随着矿床开挖而逐渐揭露。地表岩石揭露量一般为矿石储量的 1%～2%。这一过程会破坏矿床原地表,造成水土流失。

(2)铁矿开采的弃石。由于铁矿矿床内有岩石混杂或岩石夹层,在铁矿开采过程中必定要排弃岩石(废石),且排弃量巨大,采剥比(岩石量/矿石量)一般为 0.4～1.5,多者可达 2.0以上。排弃的岩石须集中堆存,不可避免地将压埋、损毁堆存地的地表植被及水土保持设施。

(3)选矿过程中的弃石。尽管在铁矿开采过程中,对岩石夹层进行了挖除,但是在开采出的铁矿中还会混杂岩石。因此,需对开采出的铁矿进行选矿处理,以进一步选排铁矿中的岩石。选矿工艺是破碎、反复磁选,选矿过程选排的岩石量一般为开采出的铁矿量的 16%左右。选矿过程选出的岩石须集中堆存,也会损毁堆存地的地表植被及水土保持设施。

(4)精选矿过程的弃石。开采出的铁矿经选矿工艺选排岩石后,只选排了铁矿中所含岩石量的 16%左右,铁矿中未被选排的岩石要在精选工艺过程中选排。精选矿是将铁矿球磨后,进行磁选。精选矿过程选排的岩石量一般为开采出的铁矿量的 50%左右。精选矿选排的岩石也称尾矿,为粉粒状,易流动、易起尘,不能与选矿工艺选排的岩石一起堆存。精选矿选排的岩石要集中堆存,也会压埋、损毁堆存地的地表植被及水土保持设施。

2 弃石的处置

铁矿生产中的矿床开挖、精选矿工艺过程的排岩量较大。以年选矿能力 400万t的矿为例,每年矿床开挖过程的排岩量可达 350万 ～600万t,精选矿过程的尾矿排弃量可达 200多万t,如此巨大数量的排弃岩石、尾矿集中堆存,若处置不当,极易形成滑塌或泥石流[2]。

2.1 弃石堆存场选址

弃石集中堆存,首先要慎重选择岩石集中堆存场地。应选择距离矿床较近,具有较大容积的低洼开阔处或沟壑地带,并能通过修建洪水排退渠系及时排除洪水。这样做既可满足堆存大体积岩石的要求,又不致因运距过长而增加排岩费用,也可通过采取合理的堆存措施及修建围挡防护工程,尽量避免产生新增水土流失[3]。

2.2 弃石的集中堆存

弃石可分为两种:一种是开挖矿床及选矿排弃的岩石,这些岩石数量巨大,且岩石块体较大;另一种是精选矿排弃的尾矿,即粉状岩石,这些岩石易流动、易起尘。

2.2.1 对块体弃石的集中堆存

因铁矿生产是一渐进过程,其排弃岩石也是一渐进过程。因此,在排弃岩石过程中,要依据实际地形,高岩高排、低岩低排;排弃岩石应分层堆存,每层的堆积高度一般应控制在 8～12 m,排岩边坡与水平面的夹角应不大于 37°;每层堆积形成的平台宽度(上层的坡角线与该层边线间的距离)不小于10 m,以避免发生滑塌现象。

2.2.2 对粉状弃石的集中堆存

经精选矿末道工序排弃的粉状岩石,由于其颗粒细,极易流动、起尘,因此不能像堆存块体排岩一样直接堆积。粉状岩石排弃一般以液态形式通过管道排弃,其排放地应选在有较大容积且具有筑坝地质、地形条件的沟壑。在粉状岩石排弃地下游修筑初期坝、尾矿坝(用粉状排岩经沉淀结硬形成的坝体),形成的库容(也称尾矿库)堆存粉状岩石。在库内修筑排水竖井、暗涵,将库内的雨洪水排向下游河床。在尾矿坝两岸修筑截、排洪渠,防止雨洪水对坝体的冲刷。

3 需采取的水土保持措施

块体岩石、粉状岩石的排放堆存,在确保堆体稳定、不发生滑塌或遇暴雨时不会产生泥石流等灾害的前提下,应对堆体表面及周边区域进行水土保持治理,以最大限度地控制由于排弃岩石而产生的新增水土流失[4]。

3.1 对采矿区采取的水土保持措施

采矿区域的水土流失主要表现为扬尘、降雨冲刷,应针对这一特性采取相应的水土保持措施。定时洒水,以防扬尘;在采矿区域修筑排水渠系,以防止雨水冲刷;对采矿形成的永久裸露面进行覆土(覆土厚度 30～50 cm),覆土后种植灌、草,以恢复生态功能。

3.2 对块体弃石堆存场采取的水土保持措施

块体岩石堆存后,其堆积平台、堆积表面直接裸露,将在外营力作用下发生侵蚀。因此,需对排岩堆积形成的裸露面进行水土保持治理。治理措施为:对堆积形成的平台进行覆土(覆土厚度 50～80 cm),覆土后种植灌、草植被,恢复生态功能;在排岩边坡上撒播草籽;对排岩场地周边区域及平台,应按洪水设防标准修建排退水渠系,以便及时排除排岩场周边区域及平台产生的雨洪水,避免雨洪水冲刷排岩体,防止岩体发生滑塌现象。另外,在排岩过程中应对道路、工作面定时洒水灭尘。

3.3 对粉状弃石堆存场采取的水土保持措施

针对粉状岩石的特点,应在防止其流动、起尘方面采取有效措施。粉状岩石以液态形式经管道排弃,利用其易流动性,使其自流沉淀、自然结硬,可有效防止排弃过程中的起尘;对尾矿坝表面进行覆土(覆土厚度 30～50 cm),覆土后种植灌、草植被以恢复生态功能;在尾矿库周边区域种植防风林带,以有效控制风力侵蚀;在尾矿库内按防洪标准设置竖井、暗涵向下游河床排泄库区雨洪水;对尾矿库终期形成的裸露面,进行覆土(覆土厚度 50～80 cm),覆土后可做耕地或种植灌、草以恢复生态功能。

4 结 语

铁矿生产由于开挖矿床、排弃岩石,必然要扰动、压埋原始地表,破坏原有水土保持设施。若不采取有效的防治措施,则将使扰动区域生态功能退化、抵御自然侵蚀的能力显著下降。对铁矿生产中产生的废弃岩石的处理,应根据实际情况,经具有资质的设计部门专门设计,不可轻易处置。铁矿生产中的排弃岩石,数量巨大,岩石排弃贯穿于铁矿服务年限内,时间长。因此,应对每个阶段形成的堆积裸露面及时实施水保措施,以有效防止新增水土流失。

[1]沈国荣.中国实用科技成果大辞典[M].成都:西南交通大学出版社,1993.

[2]石波,林艳,高淑清,等.辽东山区水土保持生态修复对策探讨[J].中国水土保持,2008(5):47-48.

[3]广东省科学院丘陵山地综合科学考察队.广东山区水土流失及其治理[M].广州:广东科技出版社,1991.

[4]焦居仁.生态修复的要点与思考[J].中国水土保持,2003(3):1-2.