硫化铜矿废石场分类排放施工要点研究

李健，宋自平，刘李，宋伟韬

(中国水利水电第十工程局有限公司， 四川 成都 610037)

1 工程概述

缅甸莱比塘露天铜矿矿山露天开采境界内的废石量约为9.424亿 t，其中2.114亿 t可以在生产第23年开始实现内排，仍有约7.31亿 t的废石量需要外排，折算体积为3.545亿 m3（考虑松散系数和沉降系数后）。根据项目的ESIA报告，有高达71%的废石为潜在产酸废石，仅29%的废石为良性废石，不会对环境造成污染[1]。矿山共设计有3个废石场，总库容3.551亿 m3，能满足除露天采坑内排外的全部废石排放要求。矿山2#废石场位于露天采场西侧，占地面积约1.5 km2，库容约9585.3万 m3，主要堆存露天采场I期开采境界内西侧剥离的废石，废石场底部标高为100 m，顶部标高为250 m，垂直排废高差150 m，采用分层排放，每层排放厚度（排废段高）为12.5 m。

2 废石的分布特点分析

莱比塘铜矿为斑岩铜矿经风化淋滤和次生富集作用形成的高硫化型铜矿床，在采场开采境界内，风化淋滤帽上为对环境不具有污染性的表土和良性废石；淋滤帽本体为富集铁、钴矿的废石，易析出铁、钴等重金属，故称为重金属废石；另外，在淋滤帽下的铜矿石区，部分含铜量远低于工业开采边界品位的矿石也被当作废石排放到废石场，因其含硫化物，受潮氧化后会析出酸性污染物，因此被称为酸性废石[2]。在天然状态下，露天采场的表土和良性废石像一个盖子一样将淋滤帽覆盖，而淋滤帽又将铜矿石包裹在下面，所以不会出现天然未开采的铜矿体污染周边环境的情况。因此，为避免废石场排放的废石对环境造成污染，考虑在废石场采取模拟废石原状分布的特点进行排废，在废石场底部、顶部和边坡表面排放良性废石，将有重金属污染和酸性污染的废石排放到废石场内部，污染小、岩性稳定性好的重金属废石在外侧贴近良性废石区，污染大、岩性不稳且受潮后易产生酸性污染物的酸性废石在重金属废石里侧。根据废石场的设计结构，良性废石排放的厚度在废石场底、顶部为6.25 m，在临边为25 m。为避免降雨、地下水等导致污染物下渗，在废石场基底清表后先铺设压实厚度约30 cm的黏土防渗层，再在其上排放良性废石，在废石场顶部、已完成平整和修坡的边坡良性废石表面上铺设压实厚度约30 cm的黏土防渗层。

3 废石场废石分类排放施工要点

3.1 废石场基底处理及底部黏土层施工

废石场征地后，先砍伐树木回收有用木材，再对地表进行耕植土清理，并集中堆放到表土堆放场 单独存放，便于废石场后期复植地貌施工时回采利用。完成表土剥离的场地采用大型振动平碾压实，然后摊铺从露天采场剥离运输来的黏土料，推土机摊铺推平后振动平碾或凸块碾压实，形成废石场底部的黏土防渗层。由于是大面积场地碾压施工，极易造成漏振，在基底和防渗层压实施工时，要采用测量放样、人工拉线等控制措施，分条分块进行施工，控制好接头部位和条带间的碾压搭接长度和宽度，避免漏压、欠压或过压。

3.2 废石分类分区排放

废石场底部的良性废石层全部满铺，控制其厚度。为避免底部黏土防渗层被破坏，应从场外开始良性废石排放，形成入场道路，场内排放废石厚度确保控制在6.25 m，排废顶部大面应略向坡外形成一个排水坡度，避免降雨积水。废石场临边的良性废石排放顺序一般为先排，也可以后排，根据分区排放施工实际确定，具体可分为3种情况：

（1）在铜矿露天采场前期采剥生产中，良性废石的剥离量大，而重金属废石、酸性废石剥离量较少，由于矿山的良性废石总量偏少，不能浪费，就需要沿着废石场临边外围先排放良性废石，排放断面为梯形，顶宽不小于25 m；

（2）当同一时期酸性废石的剥离量大时，废石场就会出现先排放酸性废石，后排放重金属废石及良性废石的情况，此时酸性废石应尽量靠近废石场排放台阶的中心排放，必须要严格确保良性废石和重金属废石的最小排放宽度要求；

（3）在露天采场采剥到淋滤帽体附近时，还可能出现在同一时期重金属废石剥离量远大于良性废石和酸性废石的情况，废石场就必须采用先排放重金属废石、后排放良性废石和酸性废石的方式，排放断面为梯形，顶宽不小于25 m以确保施工安全，必须要严格确保外侧良性废石至少25 m的排放宽度要求。

废石场分类分区排放施工典型断面见图1。

图1 废石场分类分区排放施工典型断面

3.3 废石场边坡二次削坡及黏土防渗层施工

废石场完成排废后，每个排废台阶的边坡角一般为37°，尚不能满足废石场边坡长期稳定的要求，需要进行削坡处理。每个排废台阶的设计最终坡度为1:2.5，约21.8°，每层排废完成后在排放上一层时，将排废边线内缩20 m，相邻台阶排废段高内边坡削坡处理后，平台的马道宽度仍有5.34 m，2#废石场最终的成型综合坡度为19°，可保证废石场边坡的长期稳定。削坡处理应在排废施工完成至少半年，废石体沉降变形大部完成后进行，在测量放线后采用小型反铲施工，挖上填下，成型后采用推土机顺坡碾压，压实成型后的边坡面作为边坡黏土层施工的基底层。采用小型自卸车从黏土料堆放场取料运到每层边坡顶平台，小型反铲摊铺黏土料至整个坡面，推土机沿坡面行驶碾压至密实，黏土层施 工的坡面要及时完成上层耕植土覆盖和草木栽种等复植地貌施工[3]，以免造成黏土层脱水龟裂，失去防渗效果。

3.4 废石场顶部黏土防渗层施工

废石场顶部黏土层施工要在顶部6.25 m厚的良性废石排放施工完半年、废石体大部沉降变形完成后进行，先对顶部平面进行整平施工，大面要设置有排水坡度坡向外侧边坡，推土机进行碾压密实，再进行黏土层施工。采用自卸车从黏土料堆放场取料运到废石场顶部，推土机摊铺平整，振动平碾或凸块碾碾压密实，并及时完成上部耕植土覆盖和种树、种草、栽花等复植地貌施工，避免黏土防渗层脱水龟裂，失去防渗效果。

3.5 废石分类排放的质量控制要点

为确保废石场闭坑后的环保效果，保证良性废石的排放厚度是废石场排废施工质量控制的关键。在上层排废施工前，先在完成施工的下层顶面测量放出排放控制边线并做好标记，良性废石区＞重金属废石区＞酸性废石区；再用推土机沿标记线犁出分区边线控制沟，并在每条沟上树立废石区分颜色标记牌，现场排废施工控制人员站在上层排废顶面就能对坡脚的控制沟和标记牌进行准确分辨，实现对排废边线的准确控制。在进行重金属废石区临近良性废石分区边线部分的排放施工时，要尽量安排在白天进行，便于现场指挥倒车卸料的人员准确控制排废边线，以保证外侧预留的良性废石区排放宽度；在良性废石区排放到边时，也应该安排在白天进行，保证废石场设计最终边坡的成型准确，以确保废石场最终边坡的稳定。另外，沿分区边线控制沟插上一排竹（木）杆，并在杆上绑上反光条，也可以实现夜间废石排放边线的准确控制，但这要求现场指挥倒车卸料的人员有高度的责任感，随时用手电筒照射坡脚的反光杆确定废石排放边线位置，在夜晚具有一定的控制难度，且耗费竹木资源，仅可做特殊时期的辅助手段之用。

在进行露天采场爆区的穿孔爆破及取样圈矿时，应同时对爆区的废石进行取样试验，根据试验结果，在现场准确圈定放样出爆区的良性废石区、重金属废石区和酸性废石区等，指导采剥设备对不同废石进行分类剥离、分类运输，以便实现在废石场的分类排放，这对于表观颜色接近、不易分辨类别的废石正确分类排放具有决定性作用。

废石场排废施工过程中，应在排废层顶面经常性测点检查排废台阶的段高，当发生偏高时，及时用推土机进行推顶修正，降低段高；当段高偏低时，及时补料垫高。对良性废石区外边线的精确控制是确保废石场按照设计结构最终成型的保证，在废石场每层排废外围边线施工完毕后，均应及时进行测量检查和现场交底，对局部排放有欠缺的，现场排废施工控制人员指挥良性废石运输车辆进行补排，直至满足设计要求边线，临边补排施工只能在白天进行。

3.6 废石场排废施工的安全控制要点

矿山采剥施工的设备均选用大型的矿山设备，缅甸莱比塘铜矿采用的废石运输设备是载重91 t的TR100矿用刚性自卸车和载重236 t的NTE260矿用电动轮自卸车，TR100自卸车配置的是2700R49型巨型工程轮胎，轮胎直径达2.7 m，NTE260电动轮自卸车配置的是50/80R57型巨型工程轮胎，轮胎的直径近3.6 m，而在2#废石场的排废施工中，运输道路主要是重车上坡和空车下坡。因此，保证装备巨型工程轮胎的大型矿山运输车辆安全运行是废石场安全施工的控制重点。

废石场的场内道路均是由废石排放所形成的，为保证车辆通行安全，道路均按双向通行设计，道路宽度按照通行最大车辆宽度的3.5倍左右设计，2#废石场道路通行的最大车辆为NTE260电动轮自卸车，车辆宽度为8.35 m，道路设计宽度确定为30 m，在道路临边侧均设计有安全挡坎，采用排放的废石堆筑，挡坎两侧坡度按照莱比塘铜矿的矿（废）石自然堆积边坡角37°考虑，安全挡坎的设计高度按照道路通行最大车辆轮胎外径的1/3～3/5考虑，一般在交通干道及临边路段，安全挡坎高度取大值，即2～2.2 m，在排废平层上的临时道路可取小值。在完成排废施工及正在排废的平层外围边线，均须采用排放的废石堆筑安全挡坎，除正在施工的排料点以外，安全挡坎的高度均应取大值。正在施工的排废点除了按照废石类别分类分区排放外，TR100自卸车和NTE260电动轮自卸车的排废点也要分开设置，两种车型大小悬殊，车辆的驾驶视野也有较大区别，同点混排发生擦挂、碰撞等风险较高，同时两种车型倒车卸料时对卸料点预留临时安全挡坎的高度要求也不一致，必须分开考虑。TR100自卸车完全升斗后厢板最低点离地高度为0.7 m，按照TR100自卸车轮胎外径的1/3倍左右，即在0.7～0.9 m高预留临时安全挡坎才能保证车辆在倒车卸料时的安全，同时也能保证车辆升斗完全，卸料干净；NTE260电动轮自卸车完全升斗后厢板最低点离地高度为1.45 m，按照NTE260电动轮自卸车轮胎外径的1/3倍左右，即在1.2～1.5 m高预留临时安全挡坎才能保证车辆倒车卸料时的安全，同时确保车辆升斗完全，卸料干净；如对TR100自卸车卸料点的临时安全挡坎高度机械移植到NTE260电动轮自卸车的卸料点来，则不能保证NTE260电动轮自卸车的倒车卸料安全，反之，则会发生TR100自卸车升斗不完全，卸料不干净的问题。

保证废石场排废施工的绝对安全，除了严格做好道路宽度和安全挡坎的设计和施工外，还应完善 道路沿线和排废平台临边夜间反光标识的设置[4]。由于TR100自卸车和NTE260电动轮自卸车的灯光设置均较高，距地面达2.5～2.7 m，而驾驶室的位置则分别高达4 m 和6 m，反光标识如果设置过低，则很难对驾驶员产生反射警示效果，因此，反光标识应设置成反光柱或反光杆，为增加设置高度，宜在安全挡坎的顶部设置反光标识。另外，提高驾驶员驾驶技能和培养他们的安全驾驶习惯，杜绝酒后驾驶和疲劳驾驶，加强安全监察员的监督执法，也是实现废石场安全排废施工的重要举措。

4 结语

缅甸莱比塘露天铜矿在进行废石场排废施工时，为实现从根本上解决重金属废石和酸性废石的环境污染问题，模拟废石的自然分布特点，采用了分类分区排放施工技术措施，充分利用良性废石资源对重金属废石和酸性废石进行完全覆盖和包裹，实现了对重金属污染和酸性污染的源头控制[5]，并在排废施工中对废石分类排放施工的质量控制重点和安全保证措施等进行了深入细致的探讨和研究，为矿山废石场的后续施工和同类型硫化铜矿山的废石科学处理提供了思路。