老厂期六寨尾矿回收开采设计浅析

李小武

(昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南昆明650051)

0 引 言

随着矿产资源越来越紧张，矿产品价格上涨，为尾矿综合回收利用创造了有利条件。老厂期六寨尾矿库地处云南省个旧市以南，距个旧市区26 km，距大屯镇24 km，距昆明338 km。期六寨尾矿库位于期北山采选厂下方约100 m处的天然岩溶凹地内。该尾矿库1964年投入使用，1965年凹地堆满;该尾矿库设计砂坝堆至2 120 m，使用至2 118．5 m的库容为504万 m3。在运行过程中，采用尾矿堆积的方式增高坝体，至2001年停止使用时，堆存尾矿792．13万m3，超设计库容堆存尾矿288．13万m3，属超高超容尾矿库。尾矿库北部已采出一部分尾矿，尾矿量24．66万m3，目前保有的尾矿量约为767．47万m3，含锡品位0．155%，全铁品位18．871%，含锡金属量14 175 t。期六寨尾矿库属于超高超库容尾矿库，而且该尾矿库初期坝内外坡均为1∶0．75，致使该尾矿库稳定性不足。为消除老厂期六寨尾矿库的安全隐患，同时循环利用锡矿资源，设计回收开采该尾矿。

1 尾矿堆体地质特征

尾矿库主要由尾粘土、粉砂、粉土及粉砂与粘土互层组成。

(1)第1层尾粘土:黄～褐黄、黄褐、棕褐色，流塑～软塑，很湿～饱和。局部含少量粉砂，无摇振反应，光滑，干强度中等，韧性中等。该层主要赋存在堆积体中、上部靠库内一侧，呈2-4层与1-1、1-2、1-3层相间产出，剖面上常出现分枝复合现象，单层厚0．50 ～13．10 m。

第1-1层尾粉土:黄褐～棕褐色，稍密，稍湿～湿。摇振反应迅速，无光泽，干强度低，韧性低。该层主要赋存于堆积体上、中部近坝头部位，靠库内一侧局部也有少量分布，呈1-4层产出，向库内一侧常出现分叉现象，单层厚0．40～13．90 m。

第1-2层尾粉质粘土:黄褐～棕褐色，软塑为主，局部流塑，很湿～饱和。含多量粉砂，单层厚0．20 ～8．90 m。

第1-3层尾粉砂:棕褐色，松散～稍密，湿。级配较差，单层厚0．40 ～3．90 m。

(2)第2层尾粉土:棕褐色，呈稍密状，湿。摇振反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低。该层主要赋存在Ⅰ、Ⅱ号坝堆积体中、下部，呈1-2层产出，中部常夹2-1、2-2层，单层厚0．70～9．30 m。

第2-1层尾粘土:黄褐～棕褐色，可塑～软塑，湿。无摇振反应，光滑，干强度中等，韧性强。该层主要赋存于Ⅰ、Ⅱ号坝堆积体中、下部，常夹于第2层中部或上部，单层厚0．10～9．00 m。

第2-2层尾粉质粘土:黄褐～棕褐色，可塑～软塑，湿。含多量粉砂，单层厚0．80～3．20 m，层顶埋深24．90 ～28．50 m。

第2-3层尾粉砂:棕褐色，稍密，稍湿。级配差。该层分布于Ⅰ号坝1剖面zk3～zk4～zk5一带的堆积体下部，单层厚1．00～4．10 m。

尾矿库底部为第4系坡残积粘土和中风化白云质灰岩。

2 尾矿库三维模型

2.1 地表模型

利用尾矿库堆存现状地形图，采用3DMine矿业工程三维数字软件建立现状模型，见图1;利用收集到的原始地形图，建立尾矿堆存之前的原始地形模型，见图2。

图1 尾矿堆存现状三维立体模型图Fig.1 The 3D model diagram of tailings stockpiling current situation

图2 尾矿库原始地形三维立体图Fig.2 The 3D stereogram of tailings dam original terrain

2.2 尾矿块体模型

为了方便尾矿堆积体资源量的计算及了解尾矿堆积体资源空间分布情况，需要建立尾矿堆积体块体模型。根据采矿开采台阶高度，设计建立块体模型的尺寸:初级块尺寸为8m×8m×6 m;次级块尺寸为4m×4m×3 m，块体约束条件为:下部边界是原始地形三维立体模型，上部为现状地形三维立体模型，块体的主要属性有:①体重:每个块体所代表尾矿库堆积体的体重。②矿岩:每个块体所代表的是尾矿堆积体或者是岩石。③Cu:每个块体所代表的是尾矿堆积体的铜的品位。④TFe:每个块体所代表的是尾矿堆积体的全铁的品位。⑤Sn:每个块体所代表的是尾矿堆积体的锡的品位。⑥Pb:每个块体所代表的是尾矿堆积体的铅的品位。

块体模型详见图3。图3中不同颜色代表Sn的品位高低。为了更好的反应尾矿库堆积体中各种金属组分的垂直分布，笔者做了一系列的剖面图;尾矿库堆积体中Sn品位的垂直分布情况见图4。

图3 期六寨尾矿库块体模型图Fig.3 The block model diagram of Qiliuzhai tailings dam

图4 尾矿库堆积体中Sn品位的垂直分布图Fig.4 The Vertical distribution diagram of Sn grade in tailings deposit

3 开采工艺

期六寨尾矿库原始地形较平缓，一般为7°～48°。尾矿堆存的厚度 0 ～34．8 m，平均厚度16．9 m。根据尾矿堆存性质等开采技术条件，可选用水采水运和机采机运2种开采工艺。

(1)水采水运方案:开采范围2 097～2 131．8 m，采深34．8 m，设计推荐露天开采方式开采。采剥工艺采用高压水枪喷射高压水流直接冲采尾矿层，采场按6 m高度划分台阶由上而下回采，矿浆由输矿沟自流到集浆池，采场矿浆用一级渣浆泵扬至二级泵站浆池，由二级泵站加压后，1．7 km管道输送至源兴选矿厂的集浆池。水采水运方案优点是采剥工艺简单，能利用原有部分设施，基建工程量较少，劳动生产率高，生产管理简单，外界影响因素较小;缺点是年经营费用稍高，可比基建投资略高，基建时间稍长，采场需3班作业，经营成本略高，采矿工人劳动强度较大，不易实现选别回采，矿浆浓度不易控制。

(2)机采机运方案:开采范围2 097～2 131．8 m，采深34．8 m，设计推荐露天开采方式开采;采用直进-折返式公路开拓，采剥工艺为缓帮开采，挖掘机铲装-汽车运输，采用1 m3的型挖机铲装，10 t的自卸汽车运矿;开采顺序由上往下分台阶开采，回采工作台阶高度3 m，沿尾矿走向开掘双壁沟宽度20 m，扩帮后垂直尾矿走向推进;基建范围分为南、北2个采区的2 127 m台阶，2个采区同时开采。机采机运方案优点是开拓系统和采剥工艺简单，利用原有设施较多，采场2班作业，采矿工人劳动强度较小，年经营费用较低，可比基建投资略低，基建时间较短，易实现选别回采;缺点是基建工程量较多，劳动生产率较低，生产管理相对复杂，外界影响因素较大。

经过专业的技术经济比选后，设计开采方案推荐采用机采机运的开采工艺，开采工艺比选见表1。

表1 期六寨尾矿库采矿工艺方案比较表Tab.1 Comparison of mining technology schemes for Qiliuzhai tailings dam

尾矿为堆积体，回采不需要穿孔爆破，设计推荐采用单斗挖掘机开采方法，设计采用常规的缓帮开采的回采工艺。开采顺序由上往下分台阶开采，回采尾矿工作台阶高度3 m。沿1号初期坝走向开掘单、双壁沟宽度30 m，扩帮后垂直尾矿走向推进。为了安全开采和排水简便，开采顺序由尾矿堆积坝向库内自上而下分台阶开采，分层剥采和卸载，逐步推进，有利于回采过程中的排水。这样初期坝2 103 m台阶标高以上有自流排水条件。初期坝以下预留10 m宽的尾矿暂不开采作为保护坝体的安全距离，当开采至初期坝顶标高以下范围时，在初期坝顶两岸坝肩位置增加2条紧急溢洪道排泄雨季洪水。

4 挖机铲装、汽车运输安全验证

为了验证挖掘机和汽车在尾矿库的安全铲装、运输，根据尾矿土工试验成果各钻孔各取样土样中已知的凝聚力C和摩擦角φ，应用库尔-莫尔强度理论直线型强度曲线的推论计算尾矿单轴抗压强度Sc，计算公式如下:

式中:Sc—单轴抗压强度，kPa;

C—岩土凝聚力，kPa;

φ—内摩擦角，(°)。

根据上式计算得出期六寨尾矿单轴抗压强度Sc 最小45．9 kPa，最大320．0 kPa，平均141．28 kPa。

笔者推荐的斗容1 m3的挖机，该型号的挖机接地比压33．84 kPa，比尾矿的单轴抗压强度最小值要小，能保证尾矿的安全回采铲装。载重10 t自卸汽车汽车轮胎接地比压94．08 kPa，比尾矿单轴抗压强度平均值要低33%，运输安全性有较大的保障，对于局部尾矿单轴抗压强度低于汽车接地比压的区域可采取铺设高强度超高分子量聚乙烯耐磨板材、疏干排水、凉晒等措施确保汽车安全运输。同时载重10 t的自卸汽车与1 m3斗容的挖掘机匹配合理，可以充分发挥汽车和挖掘机的综合效率。

5 露天境界圈定结果

尾矿堆存的厚度 0～34．8 m，平均厚度16．9 m，回采的尾矿高度不大。尾矿库原始地形较平缓，一般为7°～48°，较陡处均为山包，现场勘察均为灰岩覆盖，山体稳定不存在滑坡等地灾现象。根据尾矿堆存性质、原始地形和开采工艺确定露天开采终了境界即为尾矿堆积前的原始地形。设计确定露天边坡参数如下:工作台阶高度3．0 m;工作台阶坡面角45°;最终帮坡角 7°～48°，边坡较陡处均为灰岩山包，很稳定，不需要再爆破开挖放坡。尾矿回采内部运输公路限制坡度6%。根据原始地形模型、堆存现状模型、块体模型，结合开采工艺，圈定的露天境界结果见表2，露天终了境界见图5。

表2 露天采场圈定结果表Tab.2 Results of open pit delineation

图5 期六寨尾矿露天开采终了境界模型Fig.5 Boundary model at the end of Qiliuzhai tailings dam open pit mining

6 结 语

利用尾矿工勘提供的钻孔数据库及地形图，采用先进的3DMine矿业工程三维数字软件建立尾矿地质模型，评估计算尾矿资源量，为尾矿回采提供基础模型。采用机采机运的开采方式综合回收尾矿锡资源，验证结果表明这种开采方式具有可操作性，同时为企业赢得了一定的经济、社会效益，解决了尾矿库的安全隐患。该尾矿库成功的回采工艺为国内其他类似项目提供了参考价值。

［1］采矿设计手册编委会．采矿设计手册(2)矿床开采卷上［S］．北京:中国建筑工业出版社，1987．

［2］中华人民共和国国家标准．GB 50771-2012有色金属采矿设计规范［S］．北京:中国计划出版社，2012．

［3］刘汉东．岩土力学［M］．北京:中央广播电视大学出版社，2003．