尾矿库闭库处理

第六章尾矿库闭库处理废弃尾矿库恢复和有效利用已成为当今世界呼声极高的环境和资源问题。相应地，对尾矿库工程管理的认识也产生根本性变化。传统认为，从矿山开发规划与作业观点，停止尾矿排放即工程寿命结束，实际上这只是排放和堆积的结束，洪水和地震的威胁仍将长期存在，况且沉积滩面在长期风吹雨淋之下滩面坡度渐趋平缓，调洪库容随之减少，防洪能力自然降低。一旦失事，造成的灾害不亚于正在运行的尾矿库。为此，国家经贸委于2000年12月1日颁发了《尾矿库安全管理规定》，其中第16条至第19条对尾矿库闭库设计的要求作了原则规定。为了加强尾矿库闭库的安全管理，国家安全生产监督管理局于2003年10月1日又制定了《尾矿库闭库安全监督管理规定》，对尾矿库闭库的全过程如何进行安全管理都作了具体的规定。详见本教材第三部分中《尾矿库安全管理规定》和《尾矿库闭库安全监督管理规定》。概括地说：尾矿库闭库工作包括闭库前的安全评价、闭库设计、库闭工程施工及闭库安全验收。尾矿库闭库后的安全管理由原企业负责。如要重新启用或改作它用时，应经过可行性研究论证，并报审批闭库工作的安全监督管理部门审查批准。第一节尾矿库安全评价一、尾矿库评价报告内容企业应在尾矿库闭库前1年，委托具有相应资质的评价机构进行尾矿库安全评价，评价前企业应当提供以下资料:尾矿库现状地形图及下游有关资料；水文气象资料;尾矿库（坝）工程地质勘探报告（含堆坝物理力学指标）；尾矿库工程设计资料；尾矿库运行管理（含环境保护、事故及其处理情况）资料；尾矿的化学成分资料；其它有关资料。评价机构向企业出具的尾矿库安全评价报告应当包括下列内容：（1）不良地质现象对尾矿坝（库）安全造成不利影响的情况。（2）坝体结构、构造的情况。（3）坝体沉陷、裂缝、坍塌、位移的情况。（4）坝面渗流破坏情况（包括管涌、流土等现象）。（5）执行尾矿规程坝安全超高和沉积滩长度规范的情况。（6）尾矿堆积坝坡比及坝面防护的情况。（7）坝内排渗设施效果及坝体浸润线观测的情况。（8）尾矿坝静力、动力和渗流稳定分析结果。（9）尾矿库防洪标准。（10）尾矿库调洪与排洪能力的情况。（11）排洪构筑物完好程度及可靠性的情况。二、尾矿库的安全度按照评价内容的评价结果，根据《尾矿库安全管理规定》，确定尾矿库的安全度。对非正常级的尾矿库，提出尾矿库治理建议。第二节尾矿闭库设计与施工企业应当根据尾矿库设计资料，在尾矿库闭库前一年，委托具有相应资质的设计单位进行尾矿库闭库设计。设计单位在进行尾矿闭库设计时，应当根据评价机构的安全评价结论和建议，提出相应治理措施，保证闭库后尾矿库符合国家有关法律、法规、标准和技术规范的要求。1.闭库设计内容（1）根据现行设计规范规定的洪水设防标准对洪水重新核定，并尽可能减少暴雨、洪水的入库流量。可采取分流、截流等措施将洪水排至库外。（2）对现存的排洪系统及其构筑物的泄流能力和强度进行复核。（3）对现存坝体的稳定性（静力、动力及渗流）做出评价。（4）对库区周围的环境状况进行摸底调查，并记录（重点是水和尾尘的污染）。（5）确定闭库的治理方案。2.闭库处理的目标（1）长期坝体稳定性。①边坡稳定性。一般地，当停止尾矿排放，不再有连续水源补给沉淀池，或恢复期间采取有效措施不使库内积水，坝体内地下水位显著降低，使恢复后尾矿坝边坡稳定性比作业期间稳定性更高，可以认为，在作业期间稳定的尾矿坝，在作业停止后一般将保护其总体完整性。②地震稳定性。在高发地震区，尾矿库作业期间发生地震时，松散沉积的尾矿可能液化，引起大规模的流动型滑坡。然而在废弃和恢复后，预期达到非饱合状态的尾矿，即便在较大震动冲击下也可能防止液化，因此，一般可以保证废弃尾矿沉积层的地震稳定性。③水文稳定性。水文因素引起破坏是废弃尾矿坝不稳定的重要原因，径流水汇集在库内，除了可能引起边坡和地震不稳定外，还可能因漫顶或坝址浸蚀而直接引起尾矿库破坏。所有库型，包括跨谷型、山坡型、谷底型和环型坝，都可以某种材料封盖尾矿库，并使库中心区地势最高，便于向周边排水，防止库内积水，然而，需要大量材料才能形成0.5%~1.0%的排水坡度，此外，还需额外附加一些材料，以防止在封盖材料重力作用下引起尾矿沉降。一般需要附加3m以上覆盖层，以补偿尾矿沉降。（2）长期浸蚀稳定性。土地恢复的另一重要目的是为了防止废弃尾矿沉积层受风和水的长期浸蚀，干燥尾矿易遭风蚀，破坏地表面，污染大气，毁坏良田，尾矿极易受水径流的冲蚀，水蚀常常造成坝坡稳定性问题。经验证明，坝坡缓于3：1一般满足抗浸蚀和建立植被的需要。有时选用缓于5：1的坝坡更为可取。（3）环境污染控制。在尾矿库停止尾矿排放之后，渗漏量通常减少，最终停止，但在某些情况下，还必须采取一些专门措施防止环境污染。如果尾矿含有黄铁矿，随着废弃尾矿库内地下水位的降低，非饱和带内黄铁矿氧化急剧加速，引起PH值降低和游离金属污染物增加。氧化作用生成的这些污染物可能比尾矿作业期间出现的污染物有害的多，由于降雨从尾矿库表面渗入，使之溶滤进入地下水。在这样场合，通常需要在尾矿库废弃和恢复时在表面覆盖以粘土，并重整坡度，以防径流汇集。在尾矿富含黄铁矿的特殊情况下，最好在闭库后使库区内保持饱和状态，以防止长期氧化作用。（4）土地有效使用。尾矿库恢复的最终目的、所期望的目标是恢复库区达到土地有效使用。从狭义上讲，似乎应当恢复矿山开发之前的外观、植被和土地利用形式，关健是究竟想干什么用。例如，在尾矿沉积层上种植引进的草本植物可能适宜用作家畜牧区，而可能不适宜于野生生物的生态环境。恢复工程必须在明确目标下有计划的系统进行。3.闭库工程施工企业应当将尾矿库闭库设计报相应的安全生产监督管理部门审查批准。未经相应的安全生产监督管理部门审批以及审查不合格的，不得进行尾矿库闭库施工。企业应当根据安全生产监督管理部门批准的闭库设计，分别委托具有相应资质的单位承担闭库施工和施工监理。闭库施工应当按照批准的闭库设计进行，并应当执行《尾矿设施施工及验收规程》（YS5418-95）和国家有关规范、规程。施工中需对设计进行局部修改的，应当经原设计单位认可；对设计进行重大修改的，应由设计单位重新设计，并报审批闭库设计的安全生产监督管理部门批准。尾矿库闭库治理工程施工应当建立技术档案，做好施工原始记录、试验记录、隐蔽工程记录、质量检查记录和施工监理记录等。对隐蔽工程必须进行阶段验收，未经阶段验收和验收不合格的，不得进行下一阶段施工。在施工过程中，企业和施工监理单位应当对施工设备、材料的质量的施工质量进行监督检查。在施工结束后，施工单位负责编制竣工报告和竣工图，监理单位负责编制施工监理报告。第三节闭库处理的地表覆盖与固化技术一、地表覆盖覆盖是尾矿稳固的重要方法，根据覆盖材料性质，覆盖大体可分三种：植物的，在尾矿上栽培植物；物理的，覆盖以土壤、碎石或其它抑染材料；化学的，采用各种能与细粒矿物相互作用并形成外壳的材料。固化是在尾矿中添加化学粘合剂如地质聚合物使尾矿凝结。最终是要通过综合恢复技术与工程实现污染控制与生态恢复。1.植物覆盖目前，普遍把植被作为尾矿库稳固和恢复的第一选择，因为长久性植被能控制风蚀水蚀，抑制粉尘，能在一定程度上恢复原始景观和土地利用。然而，大多数尾矿都存在这样问题；与天然土壤相比，有机物含量低；尾矿中含有害物质如重金属，选矿药剂等；硫化物氧化和酸生成影响植物生长；尾矿粒度过细或尾矿泥的存在可使尾矿通气不足；矿质肥料与尾矿之间可能发生化学反应。（1）植物生长的环境因素。①气候。气候条件如无霜期、干旱、有效总水量强烈影响植物生长、植被率和演替。干燥、低降雨量地区种子发芽、植物生长和维护都很困难。寒冷气候，生长季短和冻胀问题妨碍植物生长。阳光幅射直接影响尾矿库表面温度，即影响植物生长的小环境。大多数植物生长温度在1~38℃，然而，库表面土壤常保持温度在50℃以上，深色尾矿或朝阳面尾矿库表面温度更高，严重制约尾矿库再植被，而浅色尾矿表面由于强烈反向阳光，可能直接破坏植物叶和茎，不宜于植物生长。在极端气候条件下，缓解的办法是蔽荫、平整地表、开沟、掘井等也可在一定程度上改变小气候，但最好是选择适于小气候条件的植物种。②尾矿特性。尾矿材料各地区、甚至在同一矿山也不相同，它们通常由风化的、新鲜的细粒和粗粒材料的异质混合物组成。在决定植被工程之前，需要了解以下有关资料：矿物性质、粒度分析、PH、尾矿废水的化学成分、特别是有害于植物的化学成分、物理性质如孔隙率和粘结力等、湿度、水位深度、含盐度、地形坡度、结构类型等。尾矿粒度分布影响水的滞留与运动、营养物的可得性、孔隙空间大小、边坡稳定性、曝气和侵蚀敏感性。含硫化物尾矿最终有生成酸的可能性。如果能在选矿作业过程中分离出硫化物，并在主库中分隔一小区排放，在尾矿库服务后期再排放非硫化物尾矿覆盖之，则有利于闭库后恢复工程和植物生长，同时需处理废水量也减少。在酸性尾矿上完成植被，需要在尾矿中添加石灰石或石灰作中和剂控制PH值，添加量因石灰石成分、破碎程度、添加方法和深度、与肥料反应、以及尾矿自身的物理化学性质不同而变化。③生长基。植物生长基的性质对植被工程有重大影响，影响植物生长的土壤性质有结构、肥力和毒性。土壤结构指土壤粒度以及单个颗粒团聚或凝聚的程度。细粒结构土壤。潮湿时可能保持过量水分，干燥时可能变得紧密，抑制根系穿透；而粗粒结构土壤，即使在充足雨量时也不能保持足够水分供给植物。因此，粒度必须变化很宽，粘土增强离子交换能力，粘土和粉砂土具有保水性质，砂和砾石保证通气。因为水能把必要的营养物从土壤输送到植物，粒级的适当组合有助于植物最佳生长。土壤肥力指植物生长所需的营养如氮、钾、磷和必要的细菌、微生物。美国矿山局盐湖城实验室研究证明，所有尾矿都缺少氮和磷，但在氮含量大于0.5kg/hm2时不利于豆科种子发芽，建议氮和磷分别采用0.35㎏/hm2、0.85㎏/hm2。尾矿也缺少钾和固氮细菌。土壤毒性指直接影响种子发芽和植物生长的重金属和酸腐蚀。重金属铁、锰、锌和铜是植物生长所必需的微量元素，但若浓度较高则可能妨害植物生长。尽管各元素的允许限值不同，但总金属含量超过0.1%时，往往是有毒的。低PH和盐度也可能造成有害影响，在低PH值下，释放出金属离子铁、铜、锌和铅，增大金属浓度。金属毒性问题可能在植物发育的不合时宜阶段发生，例如，含水黄铁矿的尾矿原本金属含量相当低，有利于种子的早期发芽，但是，由于黄铁矿氧化结果而酸化，酸化过程也许用几个月或几年时间，这时正好使幼小植物根系受到伤害。过高的盐度，由于根系产生渗透梯度，致使脱水和变干，从而伤害植物生长。如果没有表土覆盖，要在尾矿上直接植被，可能出现有关气候和生长基不适应的问题，需要付出相当大的代价来改善再植被的条件。在干燥气候条件下，风砂可能妨碍种苗生长和稳固，需要临时性化学稳固和浇灌，包括喷灌、滴灌和冷凝器技术。需要在改良结构和营养的同时，采用草盖、水力播种、填加污水污泥。在低PH尾矿区，需要填加石灰中和，使PH提高到5.5~6.5。化学毒性处理比较困难，但在某些场合，由于降雨渗透所产生的溶滤作用，可能把地表有毒金属和盐度降至允许水平。④动物破坏。在植被建立的初期阶段，应防止家畜、野生动物的损坏。（2）植物种的选择。为了了解植物种选择所涉及的有关问题，必须要明确植物群落演替的要领这是自然界发生的、尾矿库再植被将遇到的过程。尾矿库建设人为地扰动并荒芜了局部地域，之后自然会发生一系列的生物群更换，称之演替。最初侵入这片土地的先锋植物种是最适应新土壤和小气候条件的数目有限的植物种，其中很少数适应如此恶劣环境。由于植物世代相继生长，促进了土壤发育和改变了小气候条件，其它植物种便侵入并生长下来，增加了群落的多样性。植物种的多样性是植物群演替的一个重要因素，在与环境长期动态平衡中，最终能抵抗天然灾害的植物种成为演替顶极群落，重新稳固的生长下来。这种自然演替过程可能需要几年，几百年。可以看出，在尾矿库植被工程中，建立稳定的、自衍的演替顶极群落是再植被的最终目标。为此，可以引入植物种用于初期植被，所选择的植物应能迅速地以浅的根系稳固表层，生长速