采矿充填及尾矿处置技术应用前景

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摘要：随着当今我国经济社会的建设不断取得进步，经济水平的持续发展使我国对于铁矿资源储量的巨大需求。目前已经达到了一个较高的水平，提高了矿山建设的矿山开发管理、强度水平与现代化采矿装备技术水平，而且还在一定程度上优化了采矿的开发管理。一系列探矿工艺技术的快速发展，让我国现代大型露天矿工艺也有了一个更高层面的示范效应，尤其针对一些具有巨大生产能力需求的、建筑范围大的大型露天矿山。当然最后针对各种矿山的开采及使用技术、对象自身的生产特点不同，通常还是选用相应的、使用不同的矿体开采或加工利用技术。尾矿资源集中处置改造工程，既是企业保证各种矿山稳定有序生产的一道重要技术施工的环节，也是各个钢铁企业选矿厂项目规划及建设投资控制指标，矿山建设和运营服务工作的重要组成部分。矿充填尾矿可破坏周围环境，具有安全威胁的潜在风险，为避免发生这些安全隐患，在采矿充填的背景下，可采取哪些相关技术手段进行尾矿处置。从目前形式分析，能够用于处置尾矿的核心技术应当包含尾矿井下排放、干式堆存、采矿充填以及其他技术手段。在此前提下，本文主要分析这三种尾矿处置方法的优点、局限性、发展历程和应用前景。

关键词：采矿充填；尾矿处置；应用前景

随着每年矿山企业排放出来的污染物数量每年都在持续增长，有时候增长值将近翻倍，尾矿排放污染治理，目前许多大中型矿山企业急需着手解决的就是环境污染问题，找到适用的处理办法。矿厂每年排放的尾矿，大多是以自然堆积法储存于大型尾矿库中，占用当地大量荒芜的农田土地、污染整个矿区土壤及矿山周边水环境，每年需要投入大量的人力、物力和资金，购买设备和相应材料，尾矿库不够用资源紧张或出现坏损时，进行大型尾矿库设备管理维护，才能达到确保安全有效运行。近年来，面对环境安全和产业安全监管的多重压力，国内外学者不断在研究探索，尽最大所能制定高效可行的尾矿处置新技术，先选取几个矿区进行试用，取得效果后逐步大规模应用。因此，加快并推进尾矿处理工艺和高效综合利用生产技术，是当前尾矿处置的重中之重。

1尾矿处置存在的问题及现状

经过现代各种的选矿处理或化学处理选矿技术以后，通常矿井每年都会遗留很多的废弃尾矿物质。尾矿废渣中除其中极小数量矿石可以进行回收被再循环利用，绝大部分都还被存放在地下露天或者地表的尾矿库体中。从这种客观循环经济特征方面来讲，尾矿废弃物的本身也还可被视为一种带有区域典型性特点的大型露天采矿和工程废弃物，大型矿山废弃物在现阶段，固体废弃污染物排放始终占有相对较高的比例[1]。与此同时，尾矿石里面还含有一些较多的化学选矿性药剂杂质，与一些有机重金属污染等元素的有机物质的残留，如果不积极施以合理地处置，必将会大大的影响到其周边区域内正常的地质环境。此外，经过一定自然和风化等过程以后，新生成的尾矿物质里一般还会被逐渐分解、增添游离出较多的有害金属离子以及其他某些可溶性化合物。尾矿在经过长期干燥或者遇火焚烧后，发生化学反应就会产生粉末，逐渐地随风四处飘扬，最终形成大量的粉尘，造成大气污染；尾矿岩的长期风化与破坏形成过程，溶液介质中金属发生可逆性氧化，经过化学反应形成大量能迅速溶于水的可溶性重金属化合物，或形成多种重金属离子，经注入到地表水或地下水后产生氧化反应，进一步污染到水体系统周围植被和江河水系土壤中及深层地下的土壤，危害环境、人体健康及动植物健康，影响到多种野生农作物、禽畜养殖和江河淡水鱼类、网箱养殖水体和水中植物进行生长代谢发育和繁殖。截止到目前，各地人民政府和相关部门仍然在探索，针对尾矿安全处置寻找可适用的应急处置技术。大家要清楚地认识到，现在仍然是没有提出合理性的计划，没有太具体的可行性方案，以至于尾矿存积量过大且没有足够地方存储，储存量已严重超出国家预算。有些露天大型尾矿突然遭到严重的暴雨袭击，大面积受到山洪灾害，甚至出现更严重的滑坡或塌陷，击溃尾矿堤坝。由此可见，当前政府和有关部门关于尾矿的处置问题，仍不能掉以轻心，改变库容现状，确保尾矿的处置方案有长期良好实效性。解决地面尾矿的排放污染问题现在已成为十分严峻、尖锐棘手的现实问题，有些矿厂企业盲目新建矿井，大规模扩建地面尾矿库，彻底解决尾矿工业污染物的排放，在环境、经济形势、技术政策形势上来看，传统矿山尾矿处置技术，已经不适应我国发展的需要[2]。为了更好地解决废弃尾矿排放，解决存在的各种隐患问题，国内外许多工业矿山研究者，已经开始努力探索出减少尾矿排放的新途径：包括废弃尾矿的干式堆存、尾矿井下排放处理和采矿后充填处置等。

2基于采矿充填的尾矿处置技术

2.1尾矿干式堆存

很多人经常说采用半干法进行尾矿处置，一般也可以称呼为干式堆存。尾矿干式堆存方法原理很简单，主要特征是脱水处理的工作方式，首先要在尾矿石表面位置处理水分，进行干燥脱水的操作，进而是可以获得表面呈膏体状并且浓度较高的干燥尾矿砂。在此整个处理过程和工作环境中，首先是保证水分浓度至少是超出泵送脱水湿度。将尾矿石进行脱水以后在搬运到地表特定位置或尾矿库中。通过这种反复性地推填土或碾压土的工作方式，最终就能达到一种稳固、致密均匀、干燥不饱和程度的尾矿石。由此可见，如果当时我们只是选择使用干式堆存技术的尾矿库处置方式，那么现在也不需要另行去增设尾矿库，它们各自还基本上保证了最优的饱和尾矿库，作为尾矿库支撑的强度标准与饱和尾矿浓度标准。在干式堆积法施工作业过程中，基本不需要现场发生有效的离析、渗析的情况，具有一定的支撑力，能够做到完全自然的堆积，在水平垂直的高度基础上形成的自然山脊形。这种堆积方法，一般可以在高山河流峡谷、低洼、平地、缓坡等，复杂恶劣地形条件环境情况下的自然堆存，基建成本和一次性投资建设费用均少，维护检修措施均简单，综合建设经济成本低。对于目前北方一些高寒及干旱气候地区，冬季低温水的输送方法也是当前的一大最重要科学难题，而低温干式自然定向堆积输送技术几乎不存在这个问题。根据当前中国的现有的干燥生产技术，膏体式尾砂的快速干燥堆积，浓缩工艺的最基本适用于工艺条件的主要特点是。尾砂细度能快速地形成可干燥膏体，且能自动堆积，不需要人工再另外添加絮凝剂帮助尾砂凝固，用这种机能处理尾砂，来生产干燥的具有足够膏体稠度的尾砂。堆积场面积大、平整，便可利用室外自然阳光，实现尾砂快速地堆积干燥。尾矿渣经低温脱水干燥[3]。也可用真空的方法进行脱水干燥浓缩，直接采取尾矿干式堆存的技术进行尾矿处置，可以在很大程度上节省尾矿库工程的投资建设成本，减少技术管理的人才，维护保养尾矿库等运行费用，使回水可以得到充分开发利用，还将大大的节省矿山建设总占地面积，解决了现有尾矿库选址中面临的一些生产安全隐患，并且同样也有利于解决现有大型地下矿山规划建设，生产及运营安全过程维护管理活动，难以对原尾矿堆存场区资源进行整体再开采复垦，有利于地质环境保护。由于当时我国对于在地下矿山及特定规模的工业地区，尾矿采用的干式堆存及处理等方法都还较于传统，及利用尾矿库直接排放尾矿的技术有优点，国内外在有代表性的大型城市以及一些工业矿山上，都已逐渐开始着手研究如何用此新技术方法处理排放尾矿。

2.2尾矿井下排放

对于井下尾矿排放进行尾矿处置，该排放处理技术手段比较适用于，有空区、废旧的巷道、待处理废弃的井下空区资源或者其他矿山硐室，利用现有井下的空区资源，对尾矿进行高效的排放或处理，利用这些井下空区来排放井下尾矿，是尾矿处置技术的一种行之有效的手段。在井下或巷道进行尾矿处置的技术处理和作业时，前期要做一次全方位深度探测，巷道井下的很多探测工作，都要连接于某种特定的井下巷道工程，全方位探测这一步骤很关键。同时，如果矿厂企业选择使用尾矿井下排放的技术手段，重点要引起注意的是井下和采空作业区，确保在这范围内不能产生大量潜在的尾矿液化现象。在井下处于有此种的特殊的状态条件下，一种饱和状的填充材料，就会开始慢慢渗入进采空区。由于采空区地下岩石受到巨大的水压力冲击，会引发巨大的水压力影响，岩石周边的围岩层经过水压力的影响，将必然会出现相应的结构变化，甚至结构上可以直接出现裂缝的状态。人们不应轻易忽视，井下防空区围岩自身就有很多的天然岩石裂隙，存在少量的天然岩石裂隙组成的四周岩体。在满足此前标准的框题下，关于向井下直接排放废水的尾矿场，有必要进一步关注考虑到其中的地下围岩承压性，确保地表建筑设施的安全不会出现隐患，采空区不会出现垮塌现象。全面做好以上的有效防控措施后，就能解决根源上的问题，尾矿井下排放的弊端也会消失，保障尾矿井下排放的安全性，给企业和工作人员树立安全意识，降低某些隐藏性的安全隐患，彻底消除尾矿井下排放的局限性。此外尾矿的排放将会持续对矿区地下水源产生污染，因此矿山企业在开始利用矿区井下排放尾矿之前，首先还要按规定进行环境质量影响综合评价。

2.3采矿充填

近些年高新技术发展迅猛，采矿充填技术应用也正在向世界各地推广，日益迅速普及并受到用户以及应用领域者的高度认可。具体的而言，运用新技术来处理采矿充填手段问题，一个突出侧重点在于如何将凝胶材料适当地掺进采空区，以达到一种较好效果的新型采矿充填技术。对于我们整个人类采矿及生产发展进程而言，通常人们也都会经常的观察到，在地表中出现大量的各种金属矿石颗粒的自然现象，同时人们还会偶然发现一些矿尾砂以及其他各种金属废石块的少量涌出[4]。这种情况下，对于采空区就意味着能够直接借助于上述手段有效的充填，同时也达到了最优的填充工艺。20世纪中期，采矿充填技术已在世界上诞生，但应用情况不太理想。在目前我国采矿行业现存状态下，采矿充填技术在尾矿处置时要灵活应用，采矿充填技术更加适用于资源储量相对较小多项目的尾矿处置。尾矿充填与尾矿井是两个完全不相同的概念，即使技术性质特征相似，却是两个完全不相同且相互独立的两个概念，尾矿井下排放仅是将井下空间作为尾矿处置的贮存地，尾矿充填和排放的过程一般与采矿的技术工艺没有多少实质联系。而上述这些与充填工艺技术类型有关的几种主要矿山充填技术工艺，材料包含了全矿尾砂、分级全矿尾砂、膏体材料以及采用固化工艺和胶结成型技术制造的另一些其他新型的工艺材料等。截至到了目前，技术人员从事的一些关于采矿过程的有效充填方法研究，已经基本能够做到选择多种天然矿物骨料来填充，作为一种有效的充填及处理材料，避免且有效消除掉了矿山由于不当充填开采，导致排放大量有害天然尾矿污染物排放的安全风险。可进行合理分析判断，采矿充填技术方式的应用，在矿山废物的处置和实践使用中，仍然是将会继续地呈现较为宽广的矿山处置与实践的运用范围。

3结语

尾矿干式堆存是先兴起的一种尾矿处置技术，从研究到应用其发展历程趋于成熟，尾矿干式堆放在没有尾矿库的情况下，找一块面积较大的荒地也可堆放，尾矿处置在很大程度上有所简化。虽然说利用尾矿库进行干式堆放已达到理想的效果，得到有效地解决，但是，尾矿长时间存放在裸露地表中必然会造成环境污染，这些问题始终没有好的解决办法，目前政府和有关部门尚未给出明确的解决措施，在一些热带干旱地区污染问题更严重。在井下采空区进行尾矿排放，相对来说是一种更先进、更有效安全的新技术途径，采用尾矿井下排放技术时，采空区的稳定性是工作人员首要考虑的问题，要避免地下尾矿气体在井下出现液化，出现液化后，尾矿废水会对地下水和周围环境，造成严重的污染问题。采矿充填是利用尾矿废料的充填，也是一种在采矿处置技术中很常见的一种工艺技术，一方面可以用来解决矿山的废料充填问题，也可获得骨料的来源，另一方面则可来解决尾矿工业中产生的尾矿排放污染，对治理环境污染问题事半功倍，采矿充填是解决尾矿处置最佳途径。综上所述，尾矿充填新技术基本构成了未来采矿和充填领域的一项核心技术。未来在生产实践应用中，结合采矿充填的背景，因地制宜选择适用于尾矿处置的技术措施。

作者：荆晓东 王增加 李广波 单位：山东黄金矿业科技有限公司充填工程实验室分公司