百米级高尾砂坝回采优化设计

张鹏飞，陈珂佳

（1.长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙 410019；2.中冶长天国际工程有限责任公司，湖南 长沙 410019）

湖南安化湘安钨业有限责任公司大溶溪尾矿库位于湖南省安化县柘溪镇大溶溪村，公司所属的大溶溪尾矿库用于集中贮存浮选白钨矿后的尾砂，尾矿库初期坝为透水堆石坝，坝顶高程192.00m，坝轴线底部高程为165.0m，坝高27m，坝轴线长80.00m，后期坝采用尾砂上游法筑坝，最终堆积标高为265.0m，设计总坝高100.0m，总库容约313.73×104m3，为三等库[1]。

为积极响应国家对矿山综合治理的方针，大多数矿山都对其所属的尾矿库治理工作狠抓落实。经尾砂物理实验，湖南安化湘安钨业有限责任公司大溶溪尾矿库贮存的白钨矿尾砂可用作高速路基砂料,且当地修建益阳至马迹塘高速路，公司计划对尾矿库尾砂进行回采,进而对大溶溪尾矿库进行削荷回用，此举即能降低尾砂坝安全隐患，又促进尾砂的综合利用，继而减少环境污染[2]。

1 尾砂回采方案概述

本尾矿库尾砂回采日回采规模预定为3000t/d，年回采总规模56.25×104m3/a；由于目前库内采用排水井-隧洞进行排洪，库内现用排水井的井坐标高为238.8m，考虑沉积滩顶和进水口需要一定的高差，因此以240.0m标高为界，在该标高以上或以下尾矿库将采用不同的排洪方式，本次设计考虑将大溶溪尾矿库尾矿进行分期回采，由终期的265.0m回采至240.0m为一期，由240.0m回采至205.0m为二期。尾砂拟采用船运和汽运方式将尾砂转移至指定地点。

2 尾砂回采方案比选

尾矿库回采作业方式通常有水下开采、湿法开采和干法开采等几种。

2.1 水下开采法

水下开采方法是可采尾矿均在水面以下，回采时需抬高尾矿库沉积滩面水位，采用船载吸砂泵回采尾矿，回采尾矿顺序为自上而下分层均匀开采，再通过管道输送入泵站。

由于该库滩长不长，不宜抬高水位形成较大的作业水深来进行回采，而且自然冲刷不易控制，深坑开挖易塌方。同时现用排水井井坐标高238.8m，239m标高以下该库如大量蓄水后对尾矿库防洪和坝体自身稳定安全都不利，故设计不予推荐[3]。

2.2 湿法回采

湿法回采法是采用高压水枪或绞刀头将尾砂冲成较高浓度的砂浆，再在库内设置组合式挖泥船采用渣浆泵将其扬送到库外泵站。

离采坑较远的地方可用TSY160超湿地推土机将尾砂推至坑边，再用高压水枪冲到坑底[4]。

考虑到开采尾矿的边坡稳定性，开采时要求分台阶开采，开采边坡不陡于1：3，每开采3m高度为一级，逐层向下开采。尾砂回采过程中坑底坡度不小于2%，以便矿浆自流到砂泵处。

2.3 干法回采

干法回采是采用挖掘机或推土机分区自上而下逐层回采干滩区的尾矿，自卸汽车运尾矿堆放区。

采用干法回采尾矿时，采取由库尾到坝前、自上而下分层开采，坝前尾砂颗粒较粗区可直接用1m3挖掘机和10t自卸汽车挖运，库尾尾砂颗粒细，含水量高，承载能力较差的地方可用TSY160超湿地推土机，推至路边山坡边，再用挖掘机装，自卸汽车运至输送点。

2.4 回采方案选择

（1）湿法回采方案需用渣浆泵将尾砂抽排至库外贮砂池沉淀排水后，才能用挖机和自卸汽车运输，过程对于干法回采的直接挖运至库周转运点而言，相对繁琐。

（2）湿法开采让尾矿库长期在高水位的情况下运行，对尾矿库稳定安全不利，尤其是本尾矿库库长和坝轴线均较短，尾矿库开采时的防洪库容小，湿法开采还对尾矿库防洪造成很大压力，带来很大的安全隐患。

（3）工程所在地区枯水季节基本没什么大降雨；加上设计在尾矿堆积坝中设有排渗层，坝体尾砂含水量不高，在枯水季节适合干法回采。

所以，设计对大溶溪尾矿库尾砂推荐使用干法回采。

3 尾砂干法回采设计

3.1 干法回采优化

回采时首先从库尾到坝前进行分区，265m～230m标高段，每层按35m长设成一个区（230m～205m标高段每层按25m长设成一个区），然后自上而下分层开采，每层开采高度3.0m，采完一个区后再往坝前推进下一个区，每层在堆积坝前留有70m宽尾矿平台（230m～205m标高段留50m宽尾矿平台），主要目的是为了在回采过程中留有足够的防洪库容，在遭遇洪水时能起到调蓄洪水，让洪水及时通过排水设施排走[5]。

回采过程中尾砂平均滩面坡度坝前（坡向库尾）不得低于2%，以满足尾矿库在回采过程中能满足规范规定的防洪要求。由于初期坝为堆石结构，结合地形，尾砂回采终了标高为205.0m，尾砂回采至终了标高时，要求沿该标高库周地形线修建环库截水沟，矩形断面，尺寸为1.0×1.0m，采用浆砌石砌筑。

库尾细颗粒区域采用毛渠沥干，毛渠深度1.0m，边坡1：1.5，在滩面纵横网状布置，沟间距10m~15m，并联入主渠后通过潜水泵排走。如仍不能满足干法回采条件，采用泵抽向充填站进行充填。

回采时间宜选择从枯水季节开始，为保证非常时期排洪，每层尾砂回采前，预先在滩面（靠近坝肩侧）修建溢洪道（可采用挖机修建，并铺设土工膜或彩条布，以防水流冲刷开挖面），宽度1.2m，高度1.2m，长度70m，坡度大于2%指向下游。溢洪道随着每层回采，逐级增设。

3.2 回采边界

本尾矿库尾砂回采属露天回采，每层开采深度为3.0m，本尾矿库为山谷型尾矿库，沿线尾砂回采边坡不得陡于1：3。为保护排水井的结构安全，排水井周边15m范围要求尾砂均匀回采，靠近井2m范围尾砂要求人工逐层回采。

3.3 回采设备确定

每天回采尾矿量3000t。转运地与尾矿库距离均在1km以内（暂不考虑皮带运输），经计算，需配置12辆10t载重汽车，4台1m3挖掘机，一台推土机（帮助湿地等地方尾矿回采），6台200Q400-40-90潜水泵，用软管接至排水井排水。

3.4 回采道路设计

库内回采运输道路可利用尾矿库右岸的道路进行改造使用。

3.5 回采注意事项

①库尾现存水经澄清后，通过排洪系统排至下游水处理池，处理完毕达标排放。②开采过程中要注意不要破坏排水井、排水肩沟等排水构筑物的结构，保持排水构筑物的通畅。③尾砂的回采应对施工机械的运输路线进行规划，避免对周边环境产生影响。④回采时间应选择从枯水季节开始，避开汛期和冬季结冰时间，回采过程中一旦下雨、结冰就停止作业，撤离人员、设备，确保作业人员安全。⑤运输车辆在运输尾砂时，应控制装载量，不得使尾砂沿途散落，污染环境。运输汽车宜加盖封闭，必要时汽车斗底面及四周铺膜。⑥开采过程中，将剥离的坝体外坡块石堆存至尾矿库下游合适地点；另坝坡上布设的在线监测系统设备及线路尽量回收复用。

3.6 回采安全管理

尾矿库回采必须严格按设计要求进行回采，不得乱采乱挖；对尾矿库的排洪设施经常进行检查，发现问题，及时处理；必须严格执行巡坝和护坝制度；要定期观测库水位、坝体浸润线及逸出点的位置以及渗水量与水质，并做好记录；库区内严禁爆破、采石、挖土、滥挖尾矿砂，严禁滥伐、滥垦、滥牧，防止泥石流的发生；严防尾矿库在汛期发生重大事故，必须切实做好防汛排洪工作[6]。

4 结语

该回采工程通过方案比选后，推荐采用干法回采；本尾砂坝总坝高100m，回采后将降低至40m高，大幅削减了尾砂荷载，减小了重大危险源的势能，有效地保障了下游设施的安全；矿山竭力完成国家力推的“和谐矿山，绿色矿山”的目标，通过对尾砂回采综合利用后，变废为宝，减少了资源的浪费且具有很高的社会环境效益。

[1]沃廷枢《尾矿库手册》[M]，冶金工业出版社，2013.

[2]《尾矿设施规范》（GB50863-2013）[S]，中华人民共和国住房和城乡建设部，2013.

[3]《湖南安化湘安钨业有限责任公司大溶溪尾矿库加高扩容工程工程地质勘察报告书》[R]，（湘西自治州紫源工程勘察有限责任公司2013年9月）.

[4]《湖南安化湘安钨业有限责任公司大溶溪尾矿库加高扩容工程初步设计》[R]，（长沙有色冶金设计研究院有限公司2014年6月）.

[5]《湖南安化湘安钨业有限责任公司大溶溪尾矿库加高扩容工程施工图设计》[R]，（长沙有色冶金设计研究院有限公司2014年8月）.

[6]《湖南安化湘安钨业有限责任公司大溶溪尾矿库尾砂回采工程安全预评价报告》[R]，（湖南金能安全科技有限责任公司，2015年12月）.