平果铝土矿复垦研究与设计.pdf

2 0 0 3年 2月 第 3 2 卷第 1 期 有色矿山 No n f e r r o u s M i n e s Fe b． ， 2 0 03 v0 1 ． 3 2 No ． 1 ” ” ；其他 { ． ． __ __ - ， - 平果铝土矿复垦研究与设计 张 伟 长 沙有色 冶金设计研 究院 ， 湖南 长沙 4 1 0 0 1 1 [ 关键 调】复垦 ； 研究 ； 设计 [ 摘要】根据平果铝土矿一期工程那塘矿段剥离量特少， 粘土底板范围大且土层较厚， 岩溶底板范围小， 石 牙、 溶洞发育等具体条件提出了3个各具特征的复垦方案， 选定的“ 平填底板旱式复垦” 方案， 具有复垦率高、 工艺 简单、 周期短、 成本低等特点， 经济效益显著， 可供复垦设计与施工技术人员参考。 [ 中囝分类号】T D S 0 4 [ 文献标识码】 B [ 文章编号】1 0 0 2 - 8 9 5 1 2 0 0 3 0 1 - 0 0 4 2 - 0 4 S t u d y a nd de s i g n o f r e c l a ma t i o n i n Pi ng g u o b a u x i t e mi ne ZH ANG W e i C h a n g s h a En g i n e e r i n g R e s e a r c h I n s t i t u t e o fNo n - f e P r o u s Me t a l l u r g y，C h a n g s h a 4 1 0 0 1 l ，C h i n a Ke y wo r d s r e c l a ma t i o n；mu d y；d e s i g n Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e con d i t i o n s o f Na t a n g o r e b l o c k i n t h e f i r s t p h a s e o f the p r o j e c t i n Pi n g g u o b a u x i t e mi n e ，tha t a r e s a m1 l o v e r Iu r d e n a mo u n t ，l a r g e r a ng e a n d thi n k c l a y b o t t o m，s ma l l r a n g e k a r s t bo t t o m，d e v e l o p e d s o l u t i o n c a v e a n d d e n t a t i o n s t o n e ．t h r e e p l a n s o f r e c l a ma t i o n a r e p u t o ut ．Th e s e l ect e d p l an i s l e v e l f i l l i ng an d d r y r ecl am a t i o n．Th i s p l an h a s h i g h r e c l am a t i o n r a t e ，s i mp l e t e c h n o l o g y ，s h o r t c y c l e ，I o W C O S t an d g o o d p r o f i t ．I t i s a r e f e r e n c e f o r o t h e r r e c l a ma t i o n d esi g n a nd con s t r u c t i o n． 1 概况 平果铝土矿位于桂西北平果县境 内， 属堆积型 铝土矿床。一期工程首采区那塘矿段有 2 5个矿体， 分布在 7 ． 5 k m2的山间坡地、 台地与洼地等岩溶地 貌中， 矿体面积 3 9 8 2亩， 其中耕地 3 3 8 0亩， 林地 l 8 亩， 占矿体面积 8 5 ． 5 ％。矿体平均厚度 4 ． 6 m， 覆盖 厚平均厚度 0 ． 5 m。由于矿层薄、 埋藏浅， 是一个单 台阶一次回采的平面推进型露天矿 山， 按一期工程 原矿开 采规 模 1 9 0万 t ／ a计算， 在整个生 产期 1 4 年 内， 平均 每天采空 1 ． 0 8亩， 平均年采空 3 2 4亩， 大量的 田地、 山林、 植被 以惊人的速度被吞蚀， 造成 【 收稿 日期】2 0 0 2 ． 1 1 ． 2 5 【 作者简介】张伟 1 9 6 1 一 ， 男， 重庆市人。 高级工程 师， 长沙有色冶金设计研究院监理公司经理。 从事采矿工程 设计 、 施工及监理 工作。 大量的水土流失， 破坏生态平衡， 恶化 自然环境， 严 重影响矿 区农 民的生计。因此， 搞好复垦， 保 护环 境， 是协调工农关系， 利国利 民， 造福于子孙的大事， 也是矿山建设者的一项责无旁贷的任务。 2 复垦技术条件及可行性复垦方案 那塘矿段复垦技术条件 ①剥离量特少， 年均仅 约 1 0万 m3 ， 不能依靠剥离土复垦 ； ②矿体底板性质 不一， 其中粘土底板分布率为 6 2 ％， 土层厚 l ～5 m， 灰岩底板占 3 8 ％， 石牙与溶洞发育， 底板粘土 可作 为复垦材料； ③底板坡度多变 ， 小于 8 ％的平缓 区占 4 3 ． 7 ％， 8 ％～2 0 ％的缓坡 区占 3 7 ． 7 ％， 大于 2 0 ％的 陡坡区占 1 8 ． 6 ％。④原矿 系铝矿石与粘 土的混杂 物。粘 土 中小于 0 ． O 0 5 mm 粒 级 的约 占 4 0 ％。因 此， 若利用全尾矿充填复垦， 由于粒级小， 粘性大， 难 于 固 结， 需 经 旋 流 器 分 级脱 泥后 将 所 剩 的大 于 0 ． 0 2 mm粒级的沉砂尾矿进行充填复恳。据此， 选 维普资讯 第 1 期 张伟 平果铝土矿复垦研究与设计 4 3 出三个技术上可行的复垦方案。 2 ． 1 矿带囝堤沉砂湿式复垦方案 在底板坡度缓于 2 0 ％采场 内， 回采时按一定间 隔预留纵、 横向矿带暂时不采， 以形成纵、 横向堤， 把 采空区围成若干个长 5 0 ～l O O m、 宽 3 0～7 0 m 的尾 矿池。围堤需予平整。 以防尾矿浆从低洼段流失。 尾矿池深度即纵向堤高， 约等于矿体厚度， 全矿 平均约 4 ． 6 m。因池较深。 沉砂的 自然固结时间长达 3 ． 5年。 为缩短复垦周期。 需在矿池底部将岩溶区岩 坑用粘土填平 粘土底板 区免此工序 ， 再外运砂石 铺设 0 ． 3 m厚的排渗层。 并顺堤埋设排渗管将水 导 出堤外。加排渗措施后。 其固结时间可减到 0 ． 8年。 矿堤顶宽大于 l O m。 为避免矿柱损失。 在尾砂 固 结后。 需用小型液压反铲与汽车配合后退式回采。 采 空后用剥离土、 底板粘土或沉砂尾矿填平。 其纵向矿 柱回收亦应重新填实， 当下排矿池形成则修筑砌石 护坡， 然后铺 以 0 ． 3 m厚的腐植土。 并修沟、 留路、 起 垅和进行平整。 当底板倾向很宽。 自上而下依次连续 复垦便形成梯 田。 2 ． 2 块石围堤沉砂湿式复垦方案 在底板坡度小于 2 4 ％的采空 区内。 就近采集灰 岩块石。 沿走 向与倾 向各修筑一组顶宽为 3 m、 堤高 为 2 ～3 m的小断面石砌池堤。 可围成若干个长约 4 0 ～ 6 0 m、 宽约 2 0 ～3 0 m 的尾矿池。其断面结构、 排矿 及以后各个工序和要求与“ 矿带围堤” 的方案相 同。 所不同的只是用石砌堤代替矿带堤， 顶宽从 l O m减 为 3 m， 池深 由4 ～5 m减为 2 ～3 m， 池堤断面与矿池 平面尺寸等亦显著缩 小。因池深 只有 2 ～3 m。 沉砂 自然固结时间较短 约 1年 ， 故不铺设砂石排渗层 和排渗管， 排渗设施简单。此外。 因石堤而免去了石 砌护坡工程量 。 2 ． 3 平填底板旱式复垦方案 首先推松平整采空区内的粘土底板。 对其坡度 小于 8 ％的灰岩底板 用剥离 土或底板粘土 进行 填 复。 两者结合即构成“ 平填底板旱式复垦” 方案。 据统计， 那塘矿段 2 5个开采矿体总面积 中。 粘 土底板 占 6 2 9 6 ， 灰岩底板 占 3 8 9 6 ， 粘土底板多分布 在平缓矿体中， 粘土厚度 为 1 ～5 m。 平均 3 m。大部 分系含有少量铝矿石与褐矿砾石的非均质紫红色胶 状粘土。对不同坡度的粘土底板分别加以平整或理 顺坡度后， 铺盖一层腐植土便可分别复为平整耕植 地、 缓坡耕植地或陡坡植被区。灰岩底板区因岩溶、 石牙发育 ， 石牙平均高 2 ． 6 m， 剥离量特少。仅对坡 度小于 8 ％的平缓灰岩底板区， 利用剥离土 。 并尽量 采集部分底板粘土。 将石牙基本填平 允许少量高大 石牙外露 。 并铺盖一层腐植土后复为平整耕植地。 3 方案选定 以上是三个可供选择的复垦方案， 为做到正确 合理。 现从技术经济以及相关方面进行分析比较。 1 复地率 复地率是指所复耕地占矿体 内现有 总耕地之比， 湿式复垦均为水平梯 田， 其 中“ 矿带 围 堤” 方案的梯段高度等于矿层厚度 平均 4 ． 6 m ， 田 面宽度应等于或大于最小采矿平台宽度 约 2 5 m 。 两参数决定 了所复范围的底板坡度应 限制在 2 0 9 6 以内。 其复地率为 7 2 ％。“ 块石 围堤” 方案的段高为 2 --3 m。 田面宽度不受最小采掘平 台宽度的限制。 采 空 区底 板 限 制坡 度 增 到 2 4 9 6 ， 故 复地 率 提 高 到 8 4 ％。“ 平填底板旱式复垦” 方案的底板限制坡度定 为 2 0 9 6 。 但其中 由于剥离回填 土有限。 所复灰岩底 板 区的限制坡度需降为 8 ％。 故复地率减至 6 5 ％。 较 湿式两方案稍低。 2 复垦周期 复垦周期是指征地后开始。 包括 剥离、 采准、 采矿 、 残 矿 回收、 底板 平整与 填复 旱 式 、 修堤排砂和固结 湿式 、 铺盖腐植土、 修砌护坡 旱式 、 挖沟留路和起垅等一系列工序。 直到交付农 民复耕为止的整个 时间， 湿式复垦两个方案中。 “ 块 石围堤” 相对于“ 矿带围堤” 方案的平均池深从 4 ． 6 m 减至 2 ． 5 m， 单个矿池沉砂 固结 时间从 1 2个月减到 6个月。按一个复垦带分别为 3 ～5个矿池排定。 其 复耕带的复垦周期从 3 9个月减到 2 6个 月。“ 平填 底板旱式复垦” 方案只需分别对粘土和部分灰岩底 板进行平填， 免去了沉砂排放与固结时间， 其复垦周 期仅为 1 9 个月。 3 工艺联系 湿式复垦需要选厂提供旋流器分 级脱泥的沉砂， 因复垦与选厂生产工艺问相互制约。 其中“ 矿带围堤” 方案需待沉砂固结后预留矿带才要 回收， 较之“ 块石围堤” 方案更为复杂。“ 平填底板早 式复垦” 只在采空区内自行平填。 与采选工艺之间互 不干扰， 此外， 采矿还可以利用采空区做 内排土场。 与复垦结合还可免去排土场建设与管理环节， 缩短 了运距， 减少了运费。 4 复垦费用 已如前述 。 两湿式方案中因“ 矿带 围堤” 比“ 块石围堤” 方案的池深和尾砂排放量均约 高 出一倍， 排渗层砂石工程量前者也大很多。 故其直 接费用按 1 9 8 9年不变价格计算高达 7 2 1 8元／ 亩。 维普资讯 有色矿山 2 0 0 3年 第 3 2卷 而后者只占其一半左右。对于旱式复垦， 因只有少 量的平 、 填土方工程 ， 石砌护坡费用也不大 ， 故复垦 费更少， 仅为“ 矿带围堤” 方案的 8 ％， 表 1 列 出了三 个可行方案的工程量及各项费用。 表 1 复垦工程 量与费用明细表 5 环境污染 两湿式方案将难于避免通过溶洞 裂隙， 泄漏一部分尾矿， 造成环境污染 ， 而旱式复垦 方案则无此弊端。 6 排灌条件 “ 平填底板旱式复垦” 是在采空区 底板上进行， 除在复垦地上铺 盖少量腐植土和平缓 灰岩底板区回填少量剥离土外， 原地形基本上没有 恢复， 田面的平均高度仍为矿体底板标高 。据地形 图圈定， 其中约 l 2 ％的复垦地 四周完全封 闭， 不能 利用地形坡度 自流排灌， 故排灌条件差， 属低洼易涝 田。“ 块石围堤” 方案在底板上 回填了约占采空区体 积的 1 ／ 4的尾砂量， 田面平均标高在矿体底板之上， 地形有所恢复， 只有 5 ％的复垦地属低洼易涝地， 排 灌条件较好。“ 矿带 围堤” 方案回填了约占采空区体 积 1 ／ 2的尾砂量 ， 田面平均标高更接近于矿体顶板 标高 ， 地形基本恢复， 未造成新的低洼易涝地， 排灌 条件最好。 必须指出 由于那塘矿区潜水面在底板之下， 且 岩溶裂隙与“ 落水洞” 很多， 加之矿 区处于南方相对 少雨的白色地 区， 平均蒸发量大于降雨量。故“ 平填 底板” 与“ 块石围堤” 两方案的实际易涝地的 比例将 会减少 ， 尚且还可在最低处蓄水作为灌溉之用， 必要 时可设排水泵在雨季排涝。 综上所述 ， 在湿式复垦两方案中， “ 块石围堤” 明 显优于“ 矿带围堤” ， 而“ 平填底板旱式复垦” 方 案则 较前两者工艺更简单， 复垦周期更短， 成本 又低， 特 别有利于环境保护。该方案虽复地率稍 低， 排灌条 件差， 但总体上具有显著的优越性 ， 故设计确定在平 果铝土矿一期工程予以采用。鉴于二期工程开采的 内银矿段 ， 粘土底板分布率低于 3 0 ％， 剥离量更 少， “ 平填底板旱式复垦” 方案不能做为 主体方案， 更需 要利用尾矿填复， 因而在实施这一方案的同时， 应对 “ 石砌围堤沉砂湿式复垦” 方案进行试验研究工作 。 4 复垦设计 根据那塘矿段底板坡度不同， 需按“ 全面规划分 类复垦” 的原则， 将采空区内的拟复垦 区， 分别复垦 为“ 平整耕植地” 、 “ 缓坡耕植地” 和“ 陡坡植被 区” 三 类不同层次的复垦地。 4 ． 1 平整耕植地 1 复垦范围 采空区内底板坡度小于 8 ％的平 缓采区面积超过 3 亩 约 2 O 0 0 m2 时， 应复为平整耕 植地 。 2 圈 定 方 法 在 矿 体 底 板 等 高 线 图 上， 以 1 1 0 0 0 比例为例， 两条 等高 线之 间距离为 1 2 ． 5 m， 三条等高线之间超过 2 5 m， 依次类推； 九条等高线之 间超过 l O O m 的地段都 可 圈入 。实 际采空 区的地 形， 会有不同程度的变化， 宜重新测绘实际采空区地 形图， 以便对复垦范围及各复田带形状与标高设计 进行调整。 3 复垦方法 在粘土底板 区， 如果采空区呈水 平或近水平 ≤2 ％ 时， 只需用推土机将底板粘土 稍加推平； 如为 2 ％～8 ％的缓坡 时， 则应根据采空 区底板等高线 图和粘 土等厚线 图， 划分成多块 多层 梯田， 修筑梯段护坡， 并分别用推土机将各梯田粘土 底板推平 灰岩底板用剥离土填复， 填土应将岩溶石 牙填盖， 但允许少量石牙外露 。然后铺盖 0 ． 4 m厚 维普资讯 第 1期 张伟 平果铝土矿复垦研究与设计 4 5 的腐植土， 留路 交通 、 挖沟 排灌 和起垅后， 即可 复成平田或梯田。 4 复垦参数。粘土底板 区的粘土 最大取土厚 度 H取 ， 为梯田上沿粘土顶板与 田面标高之差， 上 沿各处的粘土厚可根据粘土等厚线图查取， 由于粘 土赋存于岩溶底板之上， 其取土最大厚度 以不引起 大量的石牙外露为限， 一般应 比粘土厚度 小 0 ． 5 ～ 1 ． 0 m， 其平均取土厚度为最大取土厚度的一半。 田面宽度 B田 为上沿取土坡面坡底或上段梯 田坡面之坡底到田面坡顶， 由下式计算 Bm2 H取／ 底 底为底板坡度 1 复 田带宽度 B带 为 田面宽度与梯段 坡面投影 之和， 计算式为 B带B田H梯c t g a 2 H取 0 ． 3 6 4 低 2 梯段高度 H梯 ， 为上下两梯田田面标高之差， 可近似地 由下式计算 H梯2 H取 1 底c t g a 2 H取 1 0 ． 3 6 4 i 3 在那塘矿段条件下， 底板坡度取 0 ． 0 1 ～0 ． 0 8 ， 粘土厚度为 1 ～5 m， 取土厚度为 0 ． 5 ～4 ． 0 m。 在灰岩底板区， 填土厚度 H填 按下式计算 H填H庸 H牙一H残 ／ 2 4 式中 H庸 腐植土厚度； H牙 石牙平填高度 ； H残 石牙 中残 留矿厚度。 据统计， 全矿段平均石牙高度为 2 ． 6 m， 缓坡区 约为 2 m， 石牙中残留矿厚度为 0 ． 3 m， 腐植土层厚度 为 0 ． 4 m， 故填土厚度 为 1 ． 2 m。梯 田高度 H梯 ， 为 了减少 回填量， 梯段高度应当小些， 那塘矿段可人为 控制为 2 m。田面宽度 B母 按下式计算 B田H梯／ ￡ 底 5 复 田带宽度可参照 2 式计算。 4 ． 2 缓坡耕植地 采空区内底板坡度为 8 ％--2 0 ％的粘土底板 区 面积超过 2亩 约 2 0 0 0 m2 时应复为缓坡耕植地。 其复垦方法是用剥离土或底板粘土将其石牙填复， 按坡度理顺 田面， 再复盖 0 ． 3 m腐植土， 并留路、 开 沟。为防止水土流失， 交付当年可在田边种灌木树。 田中种草物， 2 ～3年后即可种植杂粮和其它耐旱农 作物。圈定方法同前， 填土厚度参照 4 式求得。 4 ． 3 陡坡植被 区 采空区内底板坡度大于 2 0 ％的粘土底板 区， 不 宜种植农作物。为防止水土流失， 绿化环境， 应用将 山坡坡度稍加整理后， 种植林木与牧草。 5 综合技术评价 那塘矿段“ 平填底旱式复垦” 方案的综合技术经 济指标列入表 2 。从表 2可看出， 在三类复垦地中， 一 类平整地是种植条件较好 的复垦地， 其面积占复 垦面积的 6 1 ％， 在土石方工程量 中， 占总土石方工 程量的 9 1 ％， 因此， 复垦工作 的重点 应是平整地 的 复垦。 表 2 综合技术经济指标 项 目 复垦地类量 一 类平 二类缓 三类植 计 整地 坡地 被地 复垦面 积／ 亩 复垦率／ ％ 复地率／ ％ 复垦周期／ 月 复垦工程量 石砌护坡石方量／ 万 m 底板粘土松动平整量／ 万 m 3 回填灰岩底板区表土量／ 万 m3 复盖腐植土量／ 万 m’ 小计／ 万 m3 其 中 石方／ 万 m3 土方／ 万 m3 复垦地费 用／ 元／ 亩 1 7 6 8 4 4． 4 5 2． 3 1 9 4 4 4 1 1． 2 1 3． 2 1 4 6 8 8 1 7． 2 1 1 2 9 o o 7 2． 8 6 5． 5 2． 8 9 2． 8 9 4 1． 5 4 2． 9 6 4． 5 9 4 9． O 9 7 6． 7 4 7 6． 7 4 3 5． 3 9 8． 8 9 4 4． 2 8 1 5 6． 5 6 l 1． 8 5 4． 5 9 1 73． 0 0 2． 8 9 2． 8 9 1 5 3． 6 7 1 1 ． 8 5 4． 5 9 1 7 0． 1 1 6 0 7． 9 2 2 2 4． 7 7 l 0． 6 7 4 0 7． 5 6 6 结语 平果铝土矿区范围大， 其面积迭 1 2 0 k m2 ， 各矿 段的复垦条件不 同， 其共同的特 点是剥离量 小。一 期 那塘矿段 复垦工程设计充分利用了那塘矿段矿 层底板中有大量粘 土， 且厚度较大， 可利用底 板粘 土， 以及可采取部分底板粘土充填灰岩底板 区作为 复垦地等有利条件， 提出了充填灰岩底板 区作为复 垦地等有利条件， 提出了“ 平填底板旱式复垦” 方案， 与传统的剥离土回填复垦、 尾矿充填复垦方案相 比， 不但具有工艺简单、 成本低、 周期短、 复垦率 高等突 出优点， 还为今后类似矿 山的复垦项 目工程提供 了 一 条新的途径。 维普资讯