前言

　　尾矿库是矿山企业中十分重要的环保和安全设施，按照尾矿坝堆积方式的不同，主要有上游法、中线法、下游法尾矿库。鉴于上游法筑坝工艺简单、便于管理、适应性强的特点，我国95%以上的尾矿库采用上游法筑坝［1］。但上游法尾矿库普遍存在着库容利用系数低、能耗高、坝体上升速度快、尾矿固结时间短、浸润线高等缺点，严重影响了尾矿库的服务年限，并存在安全隐患。

　　随着采选工业的发展，我国尾矿每年以超过3亿t的速度增加，需要更多尾矿库堆存。而目前我国许多尾矿库已处于服务后期，新建或对现有尾矿库进行改造已迫在眉睫。由于新建尾矿库工程量大、建设周期长，投资巨大，国内目前普遍采用加高扩容延长尾矿库服务年限。但是因盲目延长尾矿库服务年限而导致溃坝的事故时有发生，如2006年4月30日陕西镇安尾矿库溃坝，死亡17人；2007年11月25日辽宁海城一尾矿库溃坝，造成16人死亡。其溃坝原因都是擅自加高坝体，改变坡比，造成坝体超高，边坡过陡，超过极限平衡，使坝体失稳。因此，在选择建设方案时，要充分利用库区地形，采用新技术、新工艺，改善坝体结构，从根本上确保尾矿库安全，达到延长尾矿库服务年限的目的。本文针对尾矿库服务中、后期，对延长尾矿库服务年限所采用各种工艺技术进行探讨。

1　现有尾矿库技术改造

　　现有尾矿库技术改造，即在不加高现有尾矿库的基础上，采取一些技术措施，在确保尾矿库安全的前提下，增加尾矿库的服务年限。主要有：改进尾矿库放矿工艺、高浓度尾矿堆筑等。

1.1　尾矿放矿工艺

1.1.1　坝前接前放矿

　　目前尾矿库坝前放矿一般采用管架法、斜管法和集中放矿3种方法。管架法和斜管法一般用于坝轴线较长的尾矿库。分散管的间距、管径一般由尾矿粒度、矿浆浓度、流量等确定，分散管间距一般为15～20 m。集中放矿一般因坝轴线短而采用此种方法。放矿（支）管一般长度2～3 m，放矿时容易在坝前形成沉积堆，使尾矿沉积滩形成坎或局部陡坡，降低了库容利用系数。为了提高库容利用系数，分散管或集中放矿管应尽可能延伸到库内，提高库容利用系数，同时使细粒尾矿远离坝体，提高坝体稳定性。
　　技术特点为能使尾矿充分运移，使尾矿在沉积滩分布均匀，提高库容利用系数。

1.1.2　库尾冰下放矿

　　在高寒地区，为了克服低温排放尾矿困难，使用冰下排放尾矿的方法，如黑龙江松江铜矿、铜陵有色凤凰山相思谷尾矿库、安庆铜矿朱家冲尾矿库等，均采用库尾冰下放矿。

　　技术特点：①能克服低温排放尾矿困难问题；②充分利用水体闲置库容，达到提高库容利用系数的目的。

1.1.3　综合法放矿

　　此种方法是对库尾冰下放矿技术的发展，采用坝前和库内水体下综合排放尾矿的方式，提高库容利用系数。

　　其技术特点：①充分利用原有设施和尾矿库闲置库容，提高库容利用系数，减缓坝体升高速度，在不加高尾矿坝的情况下，便能实现扩容；②有足够的库容、水下体积、干滩长度；③放矿时在不影响尾矿筑坝和干滩长度，不侵占调洪库容的情况下进行；④放矿时根据干滩长度、筑坝情况合理调整坝前及库后放矿量，保证坝体均衡上升。

　　金堆城栗西尾矿库即采用该综合放矿方式［2］，主要尾矿量在坝前采用分段分散放矿，少量尾矿在库后水体下采用移动分段分散放矿。据测算在设计范围内，库容利用系数由077提高到085，坝体上升速度每年减少0.85 m/a，增加了库容3 000多万m³。 

　　对于细粒尾矿库也可采用综合法放矿。用旋流器将尾矿分级成粗颗粒尾砂和细颗粒矿泥，生产足够量粗颗粒尾砂进行坝前放矿筑坝，细粒矿泥排入水下库内。其工艺系统见图1。

　　但该方法在库容不足或堆积坝顶的安全超高时，存在安全隐患。现有国外北极区某山坡型尾矿库选择了如下方式［3］：气温0 ℃以上时，分散向沉积滩放矿；气温0 ℃下时，采用综合法放矿，用旋流器将尾矿分级成尾砂和矿泥，尾砂部分集中排放到与山坡毗连的尾矿库坡岸上，矿泥排入冰下库池内。这种把浓缩尾矿输送到排放地最高点附近排放的工艺比尾矿库按层增高的工艺多储存250万m3尾矿，冰下保有未充满的空间，形成清的回水。

1.2　高浓度堆筑改造扩容

　　高浓度尾矿堆坝技术是EI·I Robinsry在1965年构思设计的，现已应用在加拿大、美国、秘鲁等国家。据资料［4］介绍该方法将尾矿经浓密机浓缩后，浓度≥50%，输送至库内预定排放点，所有尾矿全部呈浆状沉淀，没有分级，在排放口可形成锥形堆积体。为排放尾矿，需修筑一些坡道，随着堆积体的增高，逐步抬高坡度。这种堆存方式多在较大面积的平地或丘陵地采用。与传统上游法筑坝相比具有库存能力大，不需要用尾砂筑后期坝，稳定性高，降低渗漏水和粉尘对库周围环境污染的影响等。

　　国外用高浓度尾矿堆筑法改造上游法，可增加尾矿库的服务年限。如加拿大新不伦瑞克省哈达姆矿采用上游法扩建尾矿库需增加周边坝，而采用高浓度法扩建，可增加15年库容量，且不需增加周边坝的高度。美国亚利桑那州麦戈马铜矿，保证20年尾矿处理量，尾矿库用上游法扩建，需加高，而采用高浓度堆筑，只要沿山谷内侧较高地区设置固定点排放，无需加高即可满足需要。

　　我国齐大山铁矿风水沟尾矿库进行了高浓度尾矿堆坝试验，结果表明，合理的尾矿排放浓度为50%，坡道式排放，分期分段设置拦水坝，比上游法可增加80%库容量。

　　由于该项技术涉及尾矿输送系统改造、放矿筑坝方式的改变，存在管理及技术衔接等问题，需进一步研究。

2 尾矿库加高扩容

　　尾矿库加高扩容技术主要有继续上游法和上游法改中线法扩容加高。

2.1　上游法加高扩容

　　该方法的技术特点是沿用原有放矿方式和堆坝工艺，能最大限度的使用现有设施，减少大量工程费用等，因此国内普遍采用上游法继续扩容加高。

　　采用上游法加高扩容需对尾矿库排洪系统、回水系统、坝体降渗等设施进行改造，有时甚至考虑一些副坝工程。如果盲目加高则有可能导致坝体失稳，甚至溃坝等严重后果。因此，采用该方法需要进行专门的渗流、动力稳定分析，在确保安全的前提下，进行尾矿库的加高扩容。国内多数矿山尾矿库采用此种方法。如金堆城木子沟尾矿库、米箭沟尾矿库、马鞍山南山铁矿凹山尾矿库、首钢大石河尾矿库等。

　　在上游法加高扩容中，一些尾矿库根据其自身特点进行了技术改进：

　　（1）沉积滩上宽平台筑坝：如云南海口磷矿桃树箐尾矿库［4］根据尾矿较细、含水量高、不能自堆坝的特点，采用在沉积滩一定距离形成宽平台，上游法分期筑坝。在沉积滩类似饱和亚粘土地基上，采用土工布与毛石垫层的单面排水措施，加速沉积滩的排水固结，提高地基强度，建成了两期堆石透水坝，扩大了老库库容。

　　（2）大间距子坝的冲沟式堆坝：龙烟矿山公司小吴营尾矿库［3］处于服务后期，库内沟岔多，根据沟沿高差，在库内一定距离的尾矿滩上用粗尾矿筑子坝后，向子坝内放矿。

　　（3）加筋土坝结构加高坝体：大石河铁矿孟家冲尾矿库应用加筋土坝结构加高坝体，既不占库内用地又不占坝外土地的加高坝体新方法［5］。

2.2　上游法改中线法扩容加高

　　上游法尾矿坝几乎都存在程度不同的病害历史：浸润线溢出、渗流破坏、坝面沼泽化等。而下游法和中线法都具有浸润线较低、抗震稳定性好的优点，在上游法筑坝的基础上，改用中线式筑坝加高扩容工艺，从而使临近末期老尾矿库实现大幅度扩容，在我国已有成功经验。如太钢峨口铁矿1#尾矿库、通钢板石矿业公司尾矿库［6］。其特征是，以上游法筑坝的尾矿库的最上部子坝为固定轴线垂直向上分层筑坝，将原尾矿库加高扩容，用水力旋流器将尾矿浆分级，粗粒级尾矿排放到坝外堆成尾矿沉砂堆积体，细粒级溢流矿浆充填到库内成沉积体，在坝下游堆筑滤水堆石坝。

　　其技术要求：（1）采取加固措施确保坝体安全；（2）尾矿中要有足够量沉砂及时分离出来，是中线法成败关键；（3）合适的水力旋流器设备。

　　采用这种筑坝法改造现有的尾矿库比用上游法扩容量大、投资省、安全性能好。存在问题主要有：（1）改造后的坝体稳定性；（2）不同放矿方式的技术管理衔接；（3）坝体降低浸润线；（4）坝外坡面防尘。

3 　结论及建议

　　（1）接前坝前放矿能有效提高库容利用系数，确保坝体安全，应大力推广应用。

　　（2）改进现有尾矿库放矿工艺，采用综合法放矿，能够增加库内回水量、减缓坝体上升速度，增强坝体稳定性，同时降低能耗。在不加高尾矿坝的基础上增加尾矿库的服务年限，充分发挥尾矿库的潜能，安全、环保性较高，应大力推广应用。

　　（3）高浓度堆筑改造扩容，同样可以在不加高尾矿坝的基础上增加尾矿库的服务年限，但技术复杂，在我国起步较晚。高浓度尾矿筑坝技术因其有显著的节能、环保、安全效果，应是今后发展方向，需进一步加强研究及应用。

　　（4）在现有尾矿库上进行加高扩容，无论是上游法、上游法改中线法等，都需要对尾矿坝进行专门的渗流、动力稳定计算，并对排洪系统、排渗系统等进行加固处理，确保尾矿库安全。

参考文献

［1］田文旗，薛剑光尾矿库安全技术与管理［M］北京：煤炭工业出版社, 2006

［2］郭振世，贺金刚，等栗西尾矿库延长服务年限及环境保护研究报告［R］金堆城钼业集团有限公司，2006，6

［3］吴金有，杨德安国内外尾矿节约土地的堆置工艺方法三则［J］金属矿山，1990，（9）：48-50

［4］裘家骙，陈禄华高浓度尾矿堆筑新技术［J］湖南有色金属，1988，4（1）：27-28

［5］王树加筋土坝在孟家冲尾矿库加高工程中的应用［J］冶金矿山设计与建设，2001，33（4）：24-31

［6］王柏纯，曲忠德采用中线法筑坝工艺实现尾矿库大幅扩容［J］矿业快报，2002 ，（17）：18-20