许雁超 白桂秋 张树伟 董秀艳

(1.河钢集团矿业公司庙沟铁矿，河北 秦皇岛，066501； 2.河钢集团矿业有限公司，河北 唐山，063000)

0 引言

庙沟铁矿露天转地下开拓工程于2012年5月1日起正式开工，斜坡道主巷道距离设计4 046 m还差90 m尚未完工，截止到2019年6月底，主井溜破系统与地面井塔楼等辅助工程还未施工。开拓工程进度严重滞后，过渡减产期已经被迫延迟至2021年12月。届时庙沟铁矿将面临转地下工程进度滞后、资源衔接、尾矿堆排与尾矿绿色开发利用等诸多问题，而其关键问题就是尾矿的绿色处置问题，即尾矿的堆排和尾矿绿色开发利用问题。

1 尾矿库及尾矿堆存现状

据2009年深部补充地质勘探报告，庙沟铁矿转地下开采后预计服务年限约为19年，现矿山正在使用的二期马粪沟尾矿库，于1995年正式投入运行，设计总库容2 210.5×104m3,按现在的年排尾量及坝高库容曲线图进行计算，二期尾矿库只能服务到2024年底。铁矿体倾角平均为80°，属急倾斜矿体。0线以南矿体厚60～120 m，0线以北矿体厚35～100 m。2011年，设计部门根据矿床特征设计采用安全、高效、低成本的无底柱分段崩落法开采，但在目前绿色环保、新建或扩建尾矿库的审批愈加严格的新形势下，矿山能否正常开采首先取决于能否妥善解决尾矿的堆排问题和尾矿的开发问题。尾矿的堆排问题主要是指尾矿堆存选址和尾矿堆排关键技术问题；尾矿的开发问题主要是指尾矿开发决策、方式选择及市场问题。

2 尾矿绿色处置方案初步探讨

2.1 增加二期尾矿库库容

在现有尾矿库基础上增加库容1 600×104m3，即在600 m标高以上增加坝高70 m，该方案涉及到尾矿库下游多个村庄的搬迁招工问题、上游征地及祖山旅游区公路迁移征地再修建问题，虽然增加设施少、建设周期短、投资不算大、但征地难、搬迁难、改道难、扩容审批更难。

2.2 新建尾矿库

依据转地下初步设计，1 600×104m3新建尾矿库需征地约900亩，矿区周边符合新建尾矿库容量要求的只有龙潭沟，龙潭沟地处矿区西部，距离矿办公区只有0.8 km，沟内耕地面积约占总面积40%。该方案耕地面积所占比例超过国家30%的要求标准、建设时间需3年、基建及征山地投资约2 亿元；结合2019年3月河北省安监局指示：“坚决不批新的头顶库”、“坚决不批新建独立选矿厂尾矿库建设项目”，若庙沟铁矿地下开采新建尾矿库选址龙潭沟，则耕地面积所占比例不符合国家标准、建设周期长、投资比较大、行政审批比较难。

2.3 覆盖层上方尾砂堆排

高效回收利用现有排土场，将废石回填至露天采坑形成覆盖层，并在其上方堆排尾矿砂。2016～2017年，对无底柱分段崩落开采条件下覆盖层上方尾砂堆排关键技术(如：覆盖层上方尾砂堆排条件下覆盖层空间移动控制技术、覆盖层合理厚度问题、覆盖层断裂防治问题、防渗流问题、防泥石流问题、覆盖层结拱处理问题)进行了深入研究。上述方案虽能解决尾矿堆排难题，但投资比较大，技术比较复杂，还存在人造泥石流隐患风险，通过国家环评与安评有一定难度。

2.4 尾矿绿色开发利用

提出以下措施进行尾矿绿色开发利用：1)进行“露天转地下尾矿库尾砂高效绿色开发研究”项目可行性研究。2)争取地方各级政府、安监及环保部门的大力支持。3)已经进详细进行尾砂物理化学性质基础研究(主要化学成分、粒度组成等)，对有关尾砂开发的关键元素及化合物SiO2、TFe、Fe3O4、Fe2O3、Na2O、K2O、S进行含量精准测定。4)可考虑尾砂回采设计。5)产品生产方案：自己加工。需要新建尾砂加工系统，增加再选设备(浓密机等)与利用一期主厂房相结合，投资约800 万元，生产的全尾砂粒径分为粗、中、细、超细(泥粒级)四个粒级，进行全尾砂外销，直接取砂。经过项目可研、坝体稳定性评价、环评及回采设计后，由库中直接取砂外销。取砂时必须做到分区采砂、分区排尾。可采用深水采砂工艺(即利用采砂船配高负压吸沙泵)，安装能活动的刚性吸砂管道，通过水下造浆新工艺实现采砂效果，确保采砂浓度达到设计标准。6)产品销售方案：粗粒尾矿砂做为建筑材料外销，中细粒尾矿砂制作路砖与透水砖，泥粒级尾矿砂加工成某种活性物质用于制造业，该方案虽能解决尾矿堆排难题，但对市场的依赖性较强，在市场供过于求时会带来尾矿砂无处堆存的市场风险。

2.5 优化采矿方法

以充填法替代无底柱分段崩落法，国内外早已有先例。此方案不仅浪费了无底柱分段崩落法开采设计与工程投资7 亿元，而且需要新建尾矿充填站、尾矿排放设施及增加日常生产辅助原材料，增加投资成本及生产成本，具体存在以下4个问题：1)总投入增加，与其他矿山相类比，充填法采矿不但成本比无底柱分段崩落法每吨多30元左右，依5 200 万t的资源储量进行计算，转地下开采总生产成本会增加约15.6 亿元，还需投资约6 000 万元新建地下充填站及尾矿排放设施。2)采选能力下降，干选抛废后入磨矿量约为230 万t/a，地采实际废石混入率较大，以破碎干选抛废20%～25%计算，地采的生产规模应达到300 万t/a才能与选厂匹配，而充填法的理论生产规模仅为200 万t/a。那么若采用充填法采矿，将满足不了选厂供矿需求。3)综合回采率降低，对急倾斜厚大矿体采用充填法采矿时，因盘区永久性保安矿柱的存在，回采率一般低于80.2%。4)存在采矿安全隐患，虽然无底柱分段崩落采矿安全高效，各个进路内工作环境都比较安全，但充填法采矿在回收矿柱时需在尾砂充填体附近作业，有部分凿岩与出矿作业面也临近充填体，所以充填采矿工艺也有一定安全风险。

综上分析，新建尾矿库、增加二期尾矿库库容和覆盖层上方尾砂堆排三个方案上虽都能解决尾矿堆排难题，但都存在国家行政审批难的问题；充填法替代无底柱分段崩落法不仅降低回采率、而且充填采矿工艺也有一定安全风险；而尾矿绿色开发利用方案投资少、见效快、安全风险也比较小，但存在市场风险。建议在充分考虑市场风险的前提下采用尾矿绿色开发利用方案将从根本上彻底解决矿山未来尾矿堆排难题。

3 结语

为扎实推进铁矿山尾矿绿色处置战略，树立“大环保”的系统治理思路，提出以下措施：

1)加强组领导与织协调。矿山成立尾矿资源绿色处置产业发展办公室，推进技术创新与产业政策、管理措施的协调，共同推进规划实施和产业对接。组建由多学科、多领域高层专家参与的尾矿绿色处置科技创新专家委员会，为规划实施提供战略决策和技术咨询。2)加强政策研究和对接。研究制定尾矿资源化处置实施方案，推动矿山非矿事业发展。3)发挥政府引导作用。依托河北工业大学尾矿资源研究中心、河北睿索固废工程技术研究院和省部共建尾矿资源化综合利用技术创新平台，开展关键共性技术研发，促进新技术、新生产工艺、新产品的开发推广和产品标准体系的建设，并给予资金支持，建立有效的资金保障体系，形成较宽的融资渠道。4)发挥信息平台作用，实现尾矿绿色处置信息的共享。建立大宗尾矿综合开发利用信息平台，把尾矿绿色处置的所有业务数据实现数字化存储、传输、表达和深加工，并应用于各个绿色处置环节的管理和决策之中，以实现尾矿绿色处置的系统优化，提高资源的综合利用率、降低生产成本、实现矿山综合效益最大化，促进尾矿绿色处置先进适用技术加快向现实生产力转化。