米拉多大型铜矿排土场工程优化研究与实践

周 生 杨承祥 胡慧曙 陈 平 雷丁丁 李广泽 蒋 蔚

（铜陵有色金属集团控股有限公司，安徽铜陵244000）

米拉多大型露天铜矿2 000万t/a采选项目位于厄瓜多尔东南部，坐落在亚马逊热带雨林的边缘和安第斯山脉东南部，矿区海拔标高为800～1 680 m。区内水系发育、地表水、地下水都十分丰富，为湿润性赤道气候，矿区年平均降雨量1 860 mm，年最高降雨量可达3 000 mm，24 h内降水量可超过60 mm。海拔每升高100 m，降雨量增加10%。每年3～6月份为多雨季节，月降雨量最高可达180～240 mm，年平均蒸发量1 000 mm。废石主要物理参数：密度2.63 t/m3，松散系数1.5，普氏硬度系数8～12，沉降系数1.05。该矿正在建设中，计划2019年建成投产。

米拉多铜矿初步设计的排土场位于南露天采场和北露天采场之间的瓦瓦伊米河谷地，为了安全和环保，排土场在使用前要施工好上游的截水沟。由于原设计先规划施工的南排土场上游截水沟长度有8.3 km，山体陡峭，施工难度大，工程量大，远不能满足矿山整体施工进度要求，工程进度和环保压力均很大。经过多次踏勘、研究和讨论，提出对排土场及上游截水沟、酸性水库等相关工程方案进行优化。

1 原初步设计排土场方案

米拉多铜矿南露天采场废石量为8.17亿t，北露天采场废石量为2.84亿t，合计需排土场库容为6.3亿m3。根据矿山整体规划，南露天采场废石大部分经过破碎—皮带运往尾矿库进行尾矿筑坝，筑坝用量为4.2亿t，南露天采场需运往排土场的废石量仅为3.97亿t，即南北露天采场运往排土场总量为6.82亿t，需排土场容积为3.7亿m3，初步设计选定的瓦瓦伊米排土场容积大于4亿m3，能够满足南北露天采场的排废石的要求，原初步设计排土场布置（方案Ⅰ）见图1。由于米拉多南矿已开工建设，北矿还在做开采前期工作，首先要设计米拉多南矿2.16亿m3（3.97亿t）废石的排土场。

2 排土场优化方案

2.1 排土场设计优化

将初步设计连在一起的南北矿排土场（方案Ⅰ）分开，让出中间最大的溪流作为清污分流使用。南排土场整体移至靠近南矿采场边处（重心比调整前靠近南矿采场约1.1 km），首期排土场重心靠近采场约0.6 km。设计调整后南北排土场，也就是优化后的方案Ⅱ，总容积3.93亿m3，能够满足南北矿总废石量3.7亿m3的要求，其中南矿排废量2.16亿m3，北矿排废量1.54亿m3。分开后南排土场库容只有0.98亿m3（可堆存1.81亿t废石），只能满足南矿前15 a排废，后期生产的1.18亿m3废石排往北排土场；北排土场总容积2.95亿m3，可满足南北矿排废量2.72亿m3。

2.2 排土场上游截水沟设计优化

为考虑减少露天采场与排土场中间的清水沟流量，初步设计沿着南北排土场上游水流坡度，从南至北施工1条截水沟，1个水流出口单侧流向。优化后南北排土场截水沟断开，水流出口主要在南北排土场之间，南排土场截水沟也采取南北线分流双侧流向，南北排土场有3个水流出口。为避免清污分流混合，在生产组织过程中要加强管理，优化后排土场布置 （方案Ⅱ）见图2。

2.3 酸性水库设计优化

原初步设计，南矿前10 a设置2个酸性水库（图1中露天采场下游酸性水库2和排土场下游酸性水库3，无交叉干扰性小），10 a后与北矿共同考虑再设置1个大型酸性水库1。设计优化调整后南北矿下游排土场各设置1个酸性水库。因调整后南北矿排土场汇水面积大幅减少，直接导致酸性水处理量减少，减少生产运营成本。

3 排土场优化前后方案比较

3.1 排土场优化前后工程技术优缺点

原初步设计南排土场（方案Ⅰ）首期设计在3号路上方，距离露天采场约1.3 km，排土标高在1 350 m以下，容积为588万m3，需要建设1条宽30 m、长约1 km的排废道路。优化后南排土场（方案Ⅱ）首期移位到3号路以下，排土标高在1 300 m以下，容积670万m3，利用现有3号路对其拓宽并修建临时排水沟拦截首期排土场上游雨水，3号路拓宽和临时排水沟建好后就可在首期排土场排土。这样首期排土工程量减少，不需要等上游排水沟建成就能进行基建剥离和基建道路施工。

优化后排土场方案Ⅱ优点：①南矿首期排土场建设难度变小，建设时间缩短，能尽早解决基建剥离和道路弃土问题；②南排土场整体排废运距缩短约1.1 km，基建剥离排废运距缩短约0.6 km；③基建期少建设1条宽30 m、长约1 km的排废道路；④南排土场上游截水沟采用南北线分流的方案，各段水流量减少，工程量、施工难度、安全风险大大降低，工期也将大大缩短；⑤综合考虑南北矿排土场上游截水沟，优化后的方案截水沟截水量大大减少，工程量随之减少，安全性显著提高；⑥南北排土场自身汇水面积减少约8 km2，酸性水处理量减少。

排土场方案Ⅱ缺点：①南排土场截水沟南向水流经过排土场和采场之间，运营期清污分流管理难度增大；从截水沟出口点引至自然溪流落差大，消能设施工程量较大；②优化后南矿后期1.18亿m3弃土要排往北矿排土场，运距增大，运输成本增加；③需要对3号路2 km拓宽2～3 m，并修建临时排水沟，增加约120万美元投资；④酸性水库位置变更，需要重新进行工勘和设计；⑤南排土场整体向米拉多南矿方向移动，需要增加排土场布孔工勘或增加部分工勘资料，以便能满足新排土场总体稳定性要求。

3.2 排土场2个方案经济比较

3.2.1 南矿排土场方案Ⅱ工程量和投资情况

根据优化方案，从工程量和投资方面与原初步设计方案作了静态比较，排土场方案Ⅰ和方案Ⅱ工程量、投资对比见表1。从表1数据可看出，米拉多南矿排土场优化后方案Ⅱ投资比原初步设计方案Ⅰ减少2 689万美元，运营成本少7 572万美元（静态计算值）。从投资和成本看，优化后方案Ⅱ是可行的。

注：运营成本计算按运量1.81亿t，合同单价1.0美元/（m3·km），同等服务年限15 a为比较基础。表中a，运距2.2 km；b，运距1.1 km。

3.2.2 南北矿排土场优化前后服务年限整体经济比较

排土场等工程方案优化后，在南北矿生产服务年限内整体经济比较见表2。

从表2数据中可看出，方案优化后，南北矿排土场整体考虑，可节省基建投资约3 121万美元，在服务年限内，仅废石运输节约静态成本约5 100万美元。由于方案优化后，酸性水处理量大幅减少，每天酸性水量减少约9 000t，年生产运营成本减少约300万美元。

4 优化方案施工实践

由于优化后方案Ⅱ技术上可行，安全环保可控，投资省，运营成本低，矿方、设计院、施工单位、监理一起重新对施工图设计进行了修改和完善。按照优化后修改的施工图，一矿四方认真进行了施工实践和管理，经过2年多的施工，南矿主体工程首期排土场已建好，已于2016年10月份开始排土，至2018年3月，南矿排土场已排土750多万m3，南排土场上游截水沟南线3.37 km已建成排水，北线已建好3.6 km，计划在2018年8月份建成截水沟。南矿酸性水库已施工，各项工程按计划顺利推进。

5 结语

（1）调整优化后的米拉多铜矿排土场分为南北排土场布置方案，技术上可行，经济上合理，安全环保更可控。南矿排土场优化方案比原初步设计大排土场方案基建期投资节省2 689万美元以上，南北矿排土场总体服务年限内投资减少3 121万美元，运营成本少5 100万美元，酸性水处理量每天减少约9 000m3，减少年运营成本约300万美元。因截水沟断面缩小，施工难度和施工安全环保风险大大降低，施工工期大大缩短。首期排土场已建成使用，为矿山基建剥离施工提供了工期保证。

（2）按照优化后的排土场、截水沟和酸性水库等采矿工程方案组织实施，排土场上游截水沟单侧流向改为双侧流向，南北截水沟总长度减少近3 km，土石方量减少约30%，截水沟钢筋混凝土量减少约20%，投资减少21%以上。南北矿总酸性水库3个减少为2个，采场废石运距平均缩小1 km。

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（3）对于大型复杂多雨环境下施工露天矿山建设工程，山体陡峭，施工难度大，工程量大，需要根据现场施工条件，在施工图阶段，不断优化施工方案，为施工工期缩短、节省投资、安全环保可控创造良好的条件。