科技新进展：冶金矿山排土场生态修复与废石资源化利用协同技术研究与应用

一、研究的背景与问题

庙沟铁矿于2012年、2016年雨季间连续累计发生八起滑坡地质灾害，直接经济损失达到200多万元。针对排土场治理后次生地质灾害发生的实际情况，经深入次生地质灾害发生现场调研后，得出庙沟铁矿东排土场经过二期治理后存在问题：（1）发生滑坡、泥石流次生地质灾害的时间是在雨季7、8两月份暴雨过后；（2）发生地的特点是在边坡角33°以上且边坡走向或倾向急剧变化处；（3）东排土场没有建立边坡位移监测预警系统；（4）只对排土场边坡进行了稳定性研究，未对挡土墙进行稳定性研究，也未对植草袋进行稳定性研究；（5）挡土墙位置与植草袋堆砌角度只有简单的实施方案，没有具体设计方案；（6）二期治理后边坡形成的新平台没有排水设施；（7）没有滑坡、泥石流等次生地质灾害发生的应急预案；（8）排土场治理期后维护管理措施不完善。基于此，在东排土场二期治理基础上，运用现代数学、工程力学与采矿学相结合方法进行排土场边坡、挡土墙与植草袋稳定性理论研究并应于排土场实际治理过程中，同时进行排土场资源化（西排土场磁铁贫矿回收、废石回填至采坑形成覆盖层，废石作为建筑材料外销）研究与实施。并运用边坡、挡土墙与植草袋稳定性理论研究成果，结合矿山地质环境现状，提出排土场生态修复具体方案，具有重大现实意义。

二、解决问题技术方案 

分析雨季丰水期排土场次生地质灾害植草袋堆砌体严重滑坡、发生泥石流的主要原因，运用岩土工程理论进行排土场挡土墙、植生袋稳定性研究，取得植生袋与挡土墙稳定性研究成果及相关实施参数；排土场生态修复过程中植生袋堆砌角度，植生袋稳定参数，挡土墙安全等级、设计标准、压力值、稳定性结果是否满足设计要求；分析废石中磁铁贫矿矿石质量特征，运用数学地质理论即运用多元线性回归分析方法研究数字化配矿；磁铁贫矿的选矿工艺参数优化研究、磁铁贫矿与主矿体间的配矿参数确定；覆盖层形成的最优方案和覆盖层损失与补充。废石形成覆盖层有关方案对比研究，覆盖层损失分析，覆盖层补充具体方案；依据标准GB/T 14685-2011《建设用卵石、废石》标准，对外销建筑碎石做岩石分类、压碎指标、放射性、颗粒级配、堆积密度、表观密度、含水率、吸水率、膨胀率、孔隙率等方面的检验。

三、主要创新性成果 

1.把数学地质、岩土工程理论、工程地质理论相结合，进行排土场边坡堆积体、挡土墙及植生袋稳定性研究；运用多元线性回归分析方法进行数字化配矿研究；创新生态修复技术与资源回收技术协同技术，通过研究与共同实施，三年内修复林地1606.65亩、回收220.32万吨磁铁贫矿、174.88万吨废石回填形成覆盖层、外销废石14.17万吨，同时取得经济效益、生态环境效益、安全效益和社会效益。

2.研发了一种矿山植被修复空心砖结构挡墙，属于矿山植被修复建筑技术领域。本实用新型所要解决的技术问题是提供一种矿山植被修复空心砖结构挡墙，这种挡墙可以改变露天矿山采场的生态环境，有利于恢复矿区植被，防止土壤流失，减轻地质灾害发生。一种矿山植被修复空心砖结构挡墙包括横撑、纵撑、空心砖、空心砖支撑、露天矿采场边坡、植被培养土层、环保覆绿网。其特征在于：整个空心砖结构挡墙直接砌筑在露天采场采完矿的矿区边坡上，植被培养土层摊开铺在空心砖结构挡墙的上面，环保覆绿网覆盖在植被培养土层上面，环保覆绿网四周和中间用空心砖压住固定好。

3.研发了一种露天矿山边坡透水监测装置，可用于观测露天采场边坡透水变化情况，属于矿山水文地质术领域。针对露天矿山边坡透水量变化不易观测的弊端，提供一种可靠有效观测边坡透水量变化的装置，保证边坡透水量监测的准确性，提前预判边坡不稳定风险。一种露天矿山边坡透水监测装置，构成可分为三大部分，第一部分为集水装置部分，第二部分为导水管部分，第三部分为测水管部分。一种露天矿山边坡透水监测装置，其特征在于：包括集水装置部分、导水管部分、测水管部分；所述三个部分依次连接在一起，所述测水管部分为PVC管路，测水管路入水口平直，后端出水口位置向上弯曲，测水管部分包括阀门、水流量表、止回阀、圆水准器、测水管支架组成。“一种露天矿山边坡透水监测装置”获国家实用新型发明专利；

4.研发了一种可调节高度的选矿厂磁滑轮分矿板，属于选矿技术领域。用于快速更换磨损部分挡板，保证磁滑轮分矿板效果，减少停车时间，提高设备作业率。分矿板包括基础挡板和调节挡板，基础挡板上部安装调节挡板，基础挡板和调节挡板用销子和销扣固定连接在一起，在调节挡板的右上方是运输皮带和磁滑轮，在分矿板的左侧是废石漏斗，在分矿板的右侧是矿石漏斗，分矿板将废石漏斗和矿石漏斗分开，磁滑轮和挡板位于分矿箱内。本实用新型分矿板可迅速更换调节挡板，破碎工艺部分全线停车时间由2小时缩减到10分钟，不仅可以提高合格铁矿石产量，较少铁矿石浪费，而且有利于整体设备作业率提高，可在选厂破碎工艺中广泛使用“一种可调节高度的选矿厂磁滑轮分矿板”获国家实用新型专利。

四、应用情况与效果

通过进行庙沟铁矿东排土场滑坡对矿山环境影响评估、分区基础地质勘查、分区工程地质调查及水文地质调查；重新确定边坡稳定性计算剖面，排土场废石堆积体边坡、挡土墙与植生袋稳定性研究；确定排土场再治理边坡角；提出排土场新的治理方案，再治理工程施工，通过实施新的治理措施，已基本消除了矿业开发对矿山地质环境的影响，同时美化粗糙、杂乱的排土场，恢复矿区及周边的生态环境，也为祖山旅游增加了新的地貌景观，为当地的社会经济发展提供了有利条件。本项目实施后，使祖山旅游景区年增加经济效益10%以上，同时产生较好的社会效益和环境效益。庙沟铁矿运用北京理正软件设计研究院开发的理正边坡稳定分析软件进行排土场边坡稳定研究，把工程地质、数学地质、选矿工程、岩土工程理论及软件技术应用于庙沟铁矿东排土场废石堆积体边坡、挡土墙及植生袋稳定性研究，并运用该成果确定排土场治理边坡角大小，确定网状排水结构，边研究边治理，同时运用数学地理论和多元线性回归分析方法进行数字化配矿研究、累计四年获得1.55亿元的经济效益，同时取得了较好的生态环境效益、安全效益和社会效益。在冶金矿山矿山排土场生态修复和资源回收协同技术研究与实施方面开创了新思路，值得应用和推广。

信息来源:河钢集团矿业公司