采礦充填及尾礦處置技術應用前景

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摘要：隨著當今我國經濟社會的建設不斷取得進步，經濟水平的持續(xù)發(fā)展使我國對于鐵礦資源儲量的巨大需求。目前已經達到了一個較高的水平，提高了礦山建設的礦山開發(fā)管理、強度水平與現(xiàn)代化采礦裝備技術水平，而且還在一定程度上優(yōu)化了采礦的開發(fā)管理。一系列探礦工藝技術的快速發(fā)展，讓我國現(xiàn)代大型露天礦工藝也有了一個更高層面的示范效應，尤其針對一些具有巨大生產能力需求的、建筑范圍大的大型露天礦山。當然最后針對各種礦山的開采及使用技術、對象自身的生產特點不同，通常還是選用相應的、使用不同的礦體開采或加工利用技術。尾礦資源集中處置改造工程，既是企業(yè)保證各種礦山穩(wěn)定有序生產的一道重要技術施工的環(huán)節(jié)，也是各個鋼鐵企業(yè)選礦廠項目規(guī)劃及建設投資控制指標，礦山建設和運營服務工作的重要組成部分。礦充填尾礦可破壞周圍環(huán)境，具有安全威脅的潛在風險，為避免發(fā)生這些安全隱患，在采礦充填的背景下，可采取哪些相關技術手段進行尾礦處置。從目前形式分析，能夠用于處置尾礦的核心技術應當包含尾礦井下排放、干式堆存、采礦充填以及其他技術手段。在此前提下，本文主要分析這三種尾礦處置方法的優(yōu)點、局限性、發(fā)展歷程和應用前景。

關鍵詞：采礦充填；尾礦處置；應用前景

隨著每年礦山企業(yè)排放出來的污染物數量每年都在持續(xù)增長，有時候增長值將近翻倍，尾礦排放污染治理，目前許多大中型礦山企業(yè)急需著手解決的就是環(huán)境污染問題，找到適用的處理辦法。礦廠每年排放的尾礦，大多是以自然堆積法儲存于大型尾礦庫中，占用當地大量荒蕪的農田土地、污染整個礦區(qū)土壤及礦山周邊水環(huán)境，每年需要投入大量的人力、物力和資金，購買設備和相應材料，尾礦庫不夠用資源緊張或出現(xiàn)壞損時，進行大型尾礦庫設備管理維護，才能達到確保安全有效運行。近年來，面對環(huán)境安全和產業(yè)安全監(jiān)管的多重壓力，國內外學者不斷在研究探索，盡最大所能制定高效可行的尾礦處置新技術，先選取幾個礦區(qū)進行試用，取得效果后逐步大規(guī)模應用。因此，加快并推進尾礦處理工藝和高效綜合利用生產技術，是當前尾礦處置的重中之重。

1尾礦處置存在的問題及現(xiàn)狀

經過現(xiàn)代各種的選礦處理或化學處理選礦技術以后，通常礦井每年都會遺留很多的廢棄尾礦物質。尾礦廢渣中除其中極小數量礦石可以進行回收被再循環(huán)利用，絕大部分都還被存放在地下露天或者地表的尾礦庫體中。從這種客觀循環(huán)經濟特征方面來講，尾礦廢棄物的本身也還可被視為一種帶有區(qū)域典型性特點的大型露天采礦和工程廢棄物，大型礦山廢棄物在現(xiàn)階段，固體廢棄污染物排放始終占有相對較高的比例[1]。與此同時，尾礦石里面還含有一些較多的化學選礦性藥劑雜質，與一些有機重金屬污染等元素的有機物質的殘留，如果不積極施以合理地處置，必將會大大的影響到其周邊區(qū)域內正常的地質環(huán)境。此外，經過一定自然和風化等過程以后，新生成的尾礦物質里一般還會被逐漸分解、增添游離出較多的有害金屬離子以及其他某些可溶性化合物。尾礦在經過長期干燥或者遇火焚燒后，發(fā)生化學反應就會產生粉末，逐漸地隨風四處飄揚，最終形成大量的粉塵，造成大氣污染；尾礦巖的長期風化與破壞形成過程，溶液介質中金屬發(fā)生可逆性氧化，經過化學反應形成大量能迅速溶于水的可溶性重金屬化合物，或形成多種重金屬離子，經注入到地表水或地下水后產生氧化反應，進一步污染到水體系統(tǒng)周圍植被和江河水系土壤中及深層地下的土壤，危害環(huán)境、人體健康及動植物健康，影響到多種野生農作物、禽畜養(yǎng)殖和江河淡水魚類、網箱養(yǎng)殖水體和水中植物進行生長代謝發(fā)育和繁殖。截止到目前，各地人民政府和相關部門仍然在探索，針對尾礦安全處置尋找可適用的應急處置技術。大家要清楚地認識到，現(xiàn)在仍然是沒有提出合理性的計劃，沒有太具體的可行性方案，以至于尾礦存積量過大且沒有足夠地方存儲，儲存量已嚴重超出國家預算。有些露天大型尾礦突然遭到嚴重的暴雨襲擊，大面積受到山洪災害，甚至出現(xiàn)更嚴重的滑坡或塌陷，擊潰尾礦堤壩。由此可見，當前政府和有關部門關于尾礦的處置問題，仍不能掉以輕心，改變庫容現(xiàn)狀，確保尾礦的處置方案有長期良好實效性。解決地面尾礦的排放污染問題現(xiàn)在已成為十分嚴峻、尖銳棘手的現(xiàn)實問題，有些礦廠企業(yè)盲目新建礦井，大規(guī)模擴建地面尾礦庫，徹底解決尾礦工業(yè)污染物的排放，在環(huán)境、經濟形勢、技術政策形勢上來看，傳統(tǒng)礦山尾礦處置技術，已經不適應我國發(fā)展的需要[2]。為了更好地解決廢棄尾礦排放，解決存在的各種隱患問題，國內外許多工業(yè)礦山研究者，已經開始努力探索出減少尾礦排放的新途徑：包括廢棄尾礦的干式堆存、尾礦井下排放處理和采礦后充填處置等。

2基于采礦充填的尾礦處置技術

2.1尾礦干式堆存

很多人經常說采用半干法進行尾礦處置，一般也可以稱呼為干式堆存。尾礦干式堆存方法原理很簡單，主要特征是脫水處理的工作方式，首先要在尾礦石表面位置處理水分，進行干燥脫水的操作，進而是可以獲得表面呈膏體狀并且濃度較高的干燥尾礦砂。在此整個處理過程和工作環(huán)境中，首先是保證水分濃度至少是超出泵送脫水濕度。將尾礦石進行脫水以后在搬運到地表特定位置或尾礦庫中。通過這種反復性地推填土或碾壓土的工作方式，最終就能達到一種穩(wěn)固、致密均勻、干燥不飽和程度的尾礦石。由此可見，如果當時我們只是選擇使用干式堆存技術的尾礦庫處置方式，那么現(xiàn)在也不需要另行去增設尾礦庫，它們各自還基本上保證了最優(yōu)的飽和尾礦庫，作為尾礦庫支撐的強度標準與飽和尾礦濃度標準。在干式堆積法施工作業(yè)過程中，基本不需要現(xiàn)場發(fā)生有效的離析、滲析的情況，具有一定的支撐力，能夠做到完全自然的堆積，在水平垂直的高度基礎上形成的自然山脊形。這種堆積方法，一般可以在高山河流峽谷、低洼、平地、緩坡等，復雜惡劣地形條件環(huán)境情況下的自然堆存，基建成本和一次性投資建設費用均少，維護檢修措施均簡單，綜合建設經濟成本低。對于目前北方一些高寒及干旱氣候地區(qū)，冬季低溫水的輸送方法也是當前的一大最重要科學難題，而低溫干式自然定向堆積輸送技術幾乎不存在這個問題。根據當前中國的現(xiàn)有的干燥生產技術，膏體式尾砂的快速干燥堆積，濃縮工藝的最基本適用于工藝條件的主要特點是。尾砂細度能快速地形成可干燥膏體，且能自動堆積，不需要人工再另外添加絮凝劑幫助尾砂凝固，用這種機能處理尾砂，來生產干燥的具有足夠膏體稠度的尾砂。堆積場面積大、平整，便可利用室外自然陽光，實現(xiàn)尾砂快速地堆積干燥。尾礦渣經低溫脫水干燥[3]。也可用真空的方法進行脫水干燥濃縮，直接采取尾礦干式堆存的技術進行尾礦處置，可以在很大程度上節(jié)省尾礦庫工程的投資建設成本，減少技術管理的人才，維護保養(yǎng)尾礦庫等運行費用，使回水可以得到充分開發(fā)利用，還將大大的節(jié)省礦山建設總占地面積，解決了現(xiàn)有尾礦庫選址中面臨的一些生產安全隱患，并且同樣也有利于解決現(xiàn)有大型地下礦山規(guī)劃建設，生產及運營安全過程維護管理活動，難以對原尾礦堆存場區(qū)資源進行整體再開采復墾，有利于地質環(huán)境保護。由于當時我國對于在地下礦山及特定規(guī)模的工業(yè)地區(qū)，尾礦采用的干式堆存及處理等方法都還較于傳統(tǒng)，及利用尾礦庫直接排放尾礦的技術有優(yōu)點，國內外在有代表性的大型城市以及一些工業(yè)礦山上，都已逐漸開始著手研究如何用此新技術方法處理排放尾礦。

2.2尾礦井下排放

對于井下尾礦排放進行尾礦處置，該排放處理技術手段比較適用于，有空區(qū)、廢舊的巷道、待處理廢棄的井下空區(qū)資源或者其他礦山硐室，利用現(xiàn)有井下的空區(qū)資源，對尾礦進行高效的排放或處理，利用這些井下空區(qū)來排放井下尾礦，是尾礦處置技術的一種行之有效的手段。在井下或巷道進行尾礦處置的技術處理和作業(yè)時，前期要做一次全方位深度探測，巷道井下的很多探測工作，都要連接于某種特定的井下巷道工程，全方位探測這一步驟很關鍵。同時，如果礦廠企業(yè)選擇使用尾礦井下排放的技術手段，重點要引起注意的是井下和采空作業(yè)區(qū)，確保在這范圍內不能產生大量潛在的尾礦液化現(xiàn)象。在井下處于有此種的特殊的狀態(tài)條件下，一種飽和狀的填充材料，就會開始慢慢滲入進采空區(qū)。由于采空區(qū)地下巖石受到巨大的水壓力沖擊，會引發(fā)巨大的水壓力影響，巖石周邊的圍巖層經過水壓力的影響，將必然會出現(xiàn)相應的結構變化，甚至結構上可以直接出現(xiàn)裂縫的狀態(tài)。人們不應輕易忽視，井下防空區(qū)圍巖自身就有很多的天然巖石裂隙，存在少量的天然巖石裂隙組成的四周巖體。在滿足此前標準的框題下，關于向井下直接排放廢水的尾礦場，有必要進一步關注考慮到其中的地下圍巖承壓性，確保地表建筑設施的安全不會出現(xiàn)隱患，采空區(qū)不會出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象。全面做好以上的有效防控措施后，就能解決根源上的問題，尾礦井下排放的弊端也會消失，保障尾礦井下排放的安全性，給企業(yè)和工作人員樹立安全意識，降低某些隱藏性的安全隱患，徹底消除尾礦井下排放的局限性。此外尾礦的排放將會持續(xù)對礦區(qū)地下水源產生污染，因此礦山企業(yè)在開始利用礦區(qū)井下排放尾礦之前，首先還要按規(guī)定進行環(huán)境質量影響綜合評價。

2.3采礦充填

近些年高新技術發(fā)展迅猛，采礦充填技術應用也正在向世界各地推廣，日益迅速普及并受到用戶以及應用領域者的高度認可。具體的而言，運用新技術來處理采礦充填手段問題，一個突出側重點在于如何將凝膠材料適當地摻進采空區(qū)，以達到一種較好效果的新型采礦充填技術。對于我們整個人類采礦及生產發(fā)展進程而言，通常人們也都會經常的觀察到，在地表中出現(xiàn)大量的各種金屬礦石顆粒的自然現(xiàn)象，同時人們還會偶然發(fā)現(xiàn)一些礦尾砂以及其他各種金屬廢石塊的少量涌出[4]。這種情況下，對于采空區(qū)就意味著能夠直接借助于上述手段有效的充填，同時也達到了最優(yōu)的填充工藝。20世紀中期，采礦充填技術已在世界上誕生，但應用情況不太理想。在目前我國采礦行業(yè)現(xiàn)存狀態(tài)下，采礦充填技術在尾礦處置時要靈活應用，采礦充填技術更加適用于資源儲量相對較小多項目的尾礦處置。尾礦充填與尾礦井是兩個完全不相同的概念，即使技術性質特征相似，卻是兩個完全不相同且相互獨立的兩個概念，尾礦井下排放僅是將井下空間作為尾礦處置的貯存地，尾礦充填和排放的過程一般與采礦的技術工藝沒有多少實質聯(lián)系。而上述這些與充填工藝技術類型有關的幾種主要礦山充填技術工藝，材料包含了全礦尾砂、分級全礦尾砂、膏體材料以及采用固化工藝和膠結成型技術制造的另一些其他新型的工藝材料等。截至到了目前，技術人員從事的一些關于采礦過程的有效充填方法研究，已經基本能夠做到選擇多種天然礦物骨料來填充，作為一種有效的充填及處理材料，避免且有效消除掉了礦山由于不當充填開采，導致排放大量有害天然尾礦污染物排放的安全風險。可進行合理分析判斷，采礦充填技術方式的應用，在礦山廢物的處置和實踐使用中，仍然是將會繼續(xù)地呈現(xiàn)較為寬廣的礦山處置與實踐的運用范圍。

3結語

尾礦干式堆存是先興起的一種尾礦處置技術，從研究到應用其發(fā)展歷程趨于成熟，尾礦干式堆放在沒有尾礦庫的情況下，找一塊面積較大的荒地也可堆放，尾礦處置在很大程度上有所簡化。雖然說利用尾礦庫進行干式堆放已達到理想的效果，得到有效地解決，但是，尾礦長時間存放在裸露地表中必然會造成環(huán)境污染，這些問題始終沒有好的解決辦法，目前政府和有關部門尚未給出明確的解決措施，在一些熱帶干旱地區(qū)污染問題更嚴重。在井下采空區(qū)進行尾礦排放，相對來說是一種更先進、更有效安全的新技術途徑，采用尾礦井下排放技術時，采空區(qū)的穩(wěn)定性是工作人員首要考慮的問題，要避免地下尾礦氣體在井下出現(xiàn)液化，出現(xiàn)液化后，尾礦廢水會對地下水和周圍環(huán)境，造成嚴重的污染問題。采礦充填是利用尾礦廢料的充填，也是一種在采礦處置技術中很常見的一種工藝技術，一方面可以用來解決礦山的廢料充填問題，也可獲得骨料的來源，另一方面則可來解決尾礦工業(yè)中產生的尾礦排放污染，對治理環(huán)境污染問題事半功倍，采礦充填是解決尾礦處置最佳途徑。綜上所述，尾礦充填新技術基本構成了未來采礦和充填領域的一項核心技術。未來在生產實踐應用中，結合采礦充填的背景，因地制宜選擇適用于尾礦處置的技術措施。

作者：荊曉東 王增加 李廣波 單位：山東黃金礦業(yè)科技有限公司充填工程實驗室分公司