贵州遵义镍钼矿尾矿库设计

周建华，周吉谦，杨珊，李涛

（1.贵州西部矿业信成资源开发有限公司，贵州毕节553200；2.中南大学，长沙410083）

尾矿库是由筑坝拦截谷口或围地构成的，用以堆存金属或非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所。尾矿库是矿山重要的组成部分，是一个具有高势能的人造泥石流危险源，存在溃坝危险以及尾矿外泄污染事故，一旦失事，容易造成重特大事故。所以，尾矿库的建设工作是矿山安全、经济、高效生产的重要保障［1－3］。

1 尾矿库的组成、特点及作用

1.1 尾矿库的组成

尾矿库一般由尾矿堆存系统、尾矿库排洪系统和尾矿库回水系统等几部分组成［4－5］，如图1所示。

1）尾矿堆存系统

主要包括坝上放矿管道、尾矿初期坝、尾矿后期坝、浸润线观测、位移观测以及排渗设施等。

2）尾矿库排洪系统

一般包括截洪沟、溢洪道、排水管、排水井、排水隧洞等构筑物。

3）尾矿库回水系统

该系统大多利用库内排洪井、管道澄清水引入下游回水泵站，再扬至高位水池。也有时在库内水面边缘设置活动泵站直接抽取澄清水，扬至高位水池。

1.2 尾矿库的特点［6］

1）尾矿库是矿山选矿厂生产不可缺少的设施

尾矿库是矿山企业环境保护的重要建设项目，它可以防止矿山将尾矿排向江、河、湖、海、草原等地方。一个矿山的选矿厂只要有尾矿产生，就必须建设尾矿库。

图1 尾矿库设施示意图Fig.1 Diagram of tailings reservoir facilities

2）尾矿库基建投资及运行费用巨大

尾矿库的基建投资一般约占矿山建设总投资的10%以上，约占选厂投资的20%，有的甚至超过选厂投资。而且尾矿设施的运行成本较高，有些矿山的尾矿设施运行成本占选厂生产成本的30%以上。因此为减少运行费用，许多矿山的选矿厂厂址选择要充分考虑尾矿库的位置。

3）尾矿库是矿山生产最大的危险源

尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流的危险源。在很长的一段时间里，各种自然的和人为的不利因素时时刻刻威胁着它的安全。许多事实表明，尾矿库一旦失事，将给生产及人民的生命财产造成极其严重的灾害和损失。

1.3 尾矿库的作用

1）有效保护环境

金属矿山选厂产生的尾矿不仅数量大、颗粒细，且尾矿水中往往含有多种有害的化学药剂，若不加处理，必然造成选厂周围环境的严重污染。将尾矿贮存在尾矿库内，尾矿水在尾矿库内澄清后回收循环利用，可有效地保护环境。

2）可持续利用水资源

选矿厂生产需要消耗大量水资源，通常处理1t原矿需消耗水4～6t，而采用重力选矿技术有时会高达10～20t。这些水随尾矿排入到尾矿库内，经过沉降澄清以及自然净化之后，大部分的水可供选矿工艺流程可持续利用，可以平衡枯水季节水源不足的供水补给。一般回水利用率达70%～90%。

3）合理保护矿产资源

有些尾矿中还含有大量有用矿物成分，甚至是稀有和贵重金属成分。由于工艺技术原因，一时无法全部选净，将其暂时贮存于尾矿库中，将来技术成熟可以再进行回收利用。

2 贵州遵义镍钼矿尾矿库的选址决策

2.1 项目背景

贵州省遵义市陈家湾、杨大湾镍钼矿位于遵义市汇川区北西方向，直距15km，属遵义市汇川区高坪镇管辖。矿区呈南北向展布，长约6 000m，宽约3 100m，面积18.4327km2。该矿主要采用地下开采，选矿设计规模年处理矿石66万t，日处理矿石2 000t。

其中选矿厂的主要技术经济指标如下：

选厂生产规模：2 000t／d。

工作制度：330d／a，3班／d，8h／班。

尾矿：1 133t／d，堆积干容重暂按11kN／m3。

废石：600t／d，块度30～90mm，松散系数1.5。

尾矿浓度：40%。尾矿粒度：–0.074mm占90%。

服务年限：矿区总服务年限为44.94年。

2.2 尾矿库库址选择

1）堆坝方式

拟建尾矿库用于堆存镍钼矿浮选产生的尾矿。由于尾矿粒度较细，如果采用细粒级尾矿上游法筑坝，则堆高需通常控制在40m以下，否则如果堆高过高，则堆积边坡易出现沼泽化，甚至塌滑现象，不能保证其安全。

拟建尾矿库如果采用上游法尾矿筑坝，则一般需控制堆高不超过40m。

2）尾矿库库址选择

矿区位于贵州遵义市汇川区北西方向，直线距离15km，属遵义市汇川区高坪镇管辖。

由于采矿区域面积为18.43km2，尾矿库库址宜结合选厂厂址、服务年限等实际情况进行选择，尽量符合就近、节省投资、降低运行成本的原则［7－8］。设计在矿区周围现有地形图范围内选择4个方案作为拟选尾矿库库址：

方案一：烂泥垭库址

该库址所在沟位于矿区南向陈家院子上游1.3km处，由于沟口逐渐开阔，坝址选择距沟口约200m处。汇水面积约1.0km2。沟长约1.2km，沟型为“V”型，沟的宽度较小。初期坝高60m，后期堆高40m。总库容232.52×104m3，能为目前规模的选厂服务5年。初期坝体工程量约为85×104m3，如果采用选厂废石分期筑初期坝，则选厂产生的废石量不能满足尾矿堆积要求的坝体上升高度；如果一次性筑坝，则基建投资和服务年限严重不合理。设计不推荐该库址。

方案二：桃子台库址

该库址位于矿区南向陈家院子上游700m处，包括烂泥垭沟、卢塘坝沟、水桶沟三条支沟，汇水面积4.34km2。初期坝筑于沟口一个小山包处，坝顶标高1 065m时，坝高35m。后期采用尾砂上游法筑坝，堆高35m时，总库容2 002.52×104m3，考虑子坝采用选厂的废石堆筑，则可为目前规模选厂服务45年（含尾矿和废石）。

方案三：市平沟库址

该库址位于矿区西侧2km的市平沟，包括3条支沟，汇水面积4.54km2。初期坝坝高40m，堆高40m，总库容可达1 722.4×104m3，能为选厂服务41年。但是据调查，该沟距沟口500m处的主沟为另一家公司的工业场地，其中左侧支沟已堆积该公司较多的废石；上游右侧支沟目前也有多条采矿巷道，沟内也堆积较多废石，所以该条沟不能利用。

方案四：矿区东侧库址

该库址位于矿区的东侧，距矿区约4km，沟长约2km。但是由于矿区东侧3km以远均为遵义市的水源保护区，所以该库址方案不成立。

综上所述，可以看出：方案一中由于沟窄，坝高与库容技术经济不合理；方案二中在堆高可行的情况下，基本能满足要求的服务年限；方案三的市平沟不能利用。所以设计拟推荐方案二的库址作为低品位镍钼矿开发项目配套的尾矿库。

3 贵州遵义镍钼矿尾矿库的设计［5］

3.1 初期坝的确定

1）尾矿上游法筑坝

根据1∶10 000地形图，桃子台尾矿库初期坝轴线设置在陈家院子上游小山丘处，使初期坝的坝轴线最短，工程量经济合理。设计经过库容计算，当初期坝坝顶高在35m，后期利用尾矿上游筑坝35 m可以满足设计规模选厂堆筑45年内产生尾矿和废石的需要。但是由于该库初期库长仅约600m，沉积滩长度按300m考虑，坡度按0.5%计，防洪高度仅为1.5m，经过初步的调洪演算后，需要直径17 m的排洪井和6.0m×6.0m的圆拱直墙型隧洞才能满足规范的防洪要求，所以排洪系统尺寸不合理。后期库长也仅700m，沉积滩长度仅能控制在300 m左右。即使考虑在库尾设置拦洪坝，能截走的汇水面积为2.0km2，仅为库区总汇水面积的一半。所以由于沟谷的地形限制，后期采用尾砂上游法筑坝不合理。

2）一次性筑坝

图2 标高与所需坝体工程量、废石量曲线图Fig.2 Curves of elevation，the required amount of dam projects，and overburden amount

根据选矿工艺资料选厂废石块度30～90mm，废石量600t／d，服务年限内总废石量为499.4×104m3，年废石量约为11×104m3，需建废石场有效堆存。设计考虑将废石场与尾矿库合二为一，用选厂废石筑坝，库内堆存尾矿。坝体为一次性筑坝，分期实施。

坝轴线处西侧山体顶标高仅为1 115m，旁边小垭口顶标高为1 095m；东侧山体顶标高基本为1 074m，一直延伸至主山体边，通过对地形的分析，设计考虑最终坝顶为1 097m，经初步估算，总库容1 881.52×104m3，能堆存选厂45年产生的尾矿量。

一期坝体为碾压堆石坝，坝顶标高1 050.0m，坝高20.0m，上、下游边坡均为1∶2.5。最终坝顶标高时控制下游平均边坡为1∶3.75。经初步估算，如图2所示，控制一定的加高高度，选厂废石可以满足筑坝要求。

3.2 尾矿库库容及等级确定

1）库容计算

尾矿库采用一次性筑坝，坝顶标高1 097m，计算库容如表1所示。

表1 尾矿库库容计算表Table 1 Statistical table of storage capacity of tailings pond

2）尾矿库等级和防洪标准［2］

根据规范中的坝高和全库容，尾矿库的等别定为三等。

相应防洪标准初期按200年一遇，中后期按500年一遇，防洪要求按碾压土石坝有关规范执行。

3.3 排洪系统

尾矿库汇水面积为4.34km2，流域长度为2.034km，流域坡降为0.245；根据《贵州省暴雨洪水计算实用手册》，洪水计算采用推理公式法［10］：

P＝0.5%，Qm＝193.17，τ＝0.601，W24＝107.0×104m3；

P＝0.2%，Qm＝221.96，τ＝0.598，W24＝123.76×104m3。

防洪计算时取平均沉积滩坡度为0.5%，滩长根据库长按300m计。

根据有关计算，滩顶按至坝顶计算时，排洪系统尺寸过大，设计拟采用坝体按水库坝拦洪考虑，控制滩顶与坝顶高差不小于3.0m，排水井D＝5m，H＝30m，2座；隧洞断面B×H＝3.0m×3.0m，L＝1 200m，初期和中后期排泄规范要求坝顶安全超高均能满足有关要求。

由于控制沉积滩顶，最终坝顶标高在满足服务年限的情况下，需加高至1 110m。

3.4 库外排水系统

为实现清浊分流，在尾矿库3条支沟的库尾最终淹没范围以上的适当位置设置拦水坝和排水隧洞以排雨水。共包括3座拦水坝和3段排水隧洞，拦水坝坝高均为5m，采用浆砌块石重力坝，顶宽1.5 m，下游边坡1∶0.7，上游边坡1∶0.2，隧洞净断面B×H＝1.5m×1.8m。

4 结论

本文对尾矿库的组成、特点及作用进行分析，结合贵州遵义镍钼矿基础资料，经多方案比较确定桃子台库址作为矿山配套的尾矿库。初期坝为一次性筑坝，分期实施；后期采用选厂废石下游法加高，推荐方案经济合理，技术可行。其中坝轴线处西侧山体顶标高仅为1 115m，旁边小垭口顶标高为1 095 m；东侧山体顶标高基本为1 074m，一直延伸至主山体边。通过对地形的分析，设计考虑最终坝顶为1 097m，经初步估算，总库容1 881.52×104m3，能堆存选厂45年产生的尾矿量。尾矿库的建设能保证矿山安全、经济、高效生产，能创造好的经济效益和社会效益。

［1］ 田文旗.我国尾矿库现状及安全对策的建议［C］／／2010中国矿山安全管理与技术装备大会论文集，2010：49－65，70.

［2］ 李学民，郑海远.民营中小型尾矿库设计探讨［J］.有色金属（矿山部分），2009，61（4）：74－76.

［3］ 魏作安，尹光志，沈楼燕，等.探讨尾矿库设计领域中存在的问题［J］.有色金属（矿山部分），2002，54（4）：44－45，48.

［4］ 印万忠，李丽匣.尾矿的综合利用与尾矿库的管理［M］.北京：冶金工业出版社，2009.

［5］ 中国有色金属工业总公司北京有色冶金设计研究总院.选矿厂尾矿设施设计规范ZBJ1－90［S］.北京：中华人民共和国建设部，1990.

［6］ 袁平，刘石桥.尾矿库工程设计与低碳概念［J］.工程建设，2010，42（4）：24－28.

［7］ 张彦强.符山铁矿第二尾矿库的选址与设计［J］.冶金矿山设计与建设，2000，32（2）：6－8.

［8］ 《尾矿坝设施设计参考资料》编写组.尾矿设施设计参考资料［M］.北京：冶金工业出版社，1980.