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1、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
2、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
3、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
4、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
5、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。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。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
6、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。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
7、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
8、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
9、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
10、，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
11、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。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138，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。
12、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。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
13、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。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
14、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
15、，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
16、低PH尾矿区，需要填加石灰中和，使PH提高到5.56.5。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。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
17、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，生长速度快，种子产量高。引入植物种的选择性灵活，可以优先选择适应尾矿库最初土壤和小气候的植物种，特别是在没有表土覆盖、又含有毒物质尾矿上直接植被的情况下，选用特别耐盐或耐金属的植物种是植被成功的重要、甚至是决定性因素。也可以选择当地植物
18、种建立自衍的半自然植被，当地植物种能迅速形成演替顶极群落，从而缩短扰动区的恢复和土地利用所花的时间。正是因此，许多管理规程都要求采用当地植物种再植被。然而实践起来却有很大困难，因为尾矿库表面的土壤条件和初期小环境极不同于附近未扰动区的条件，附近地区已形成演替顶极群落的当地植物也存在不适应的问题。许多当地植物种，因其根系深，生长速度慢，种子产量低，在植被建立的最关键、最初阶段，不能迅速地抑制风蚀和水蚀，这样，就不可能为植物以后生长创造有利条件。一般地，在初期植被阶段，采用当地植物种可能很困难，成本高，又有风险。最适合当地植物种的场合是在建库的初期，将已剥离的不同层位土壤单独堆贮，植被期重新用来覆
19、盖表面。另外，需要利用温室或育种小区提前生产种子和育苗。无论是选择当地植物种，还是选择引入植物种，所选择的植物种都必须适应于尾矿库的土壤特性，浸蚀潜势和小气候条件，这是至关重要的。适应场地条件的植物种特性主要有：易繁衍、要求的种植方法和进程、根系发育和深度、混杂植物种之间的竞争潜力。最好选用适应条件宽的植物种，以把植物种夭折风险降至最低。选种应考虑的植物特性有：当地植物：能迅速生长并再生；其它地方证实的恢复效果；耐区域气候条件；耐高低水位变化；根的生长快；易于通过种子和插枝繁衍；固氮能力。总之，再植被的最终目标是获得稳定的演替顶极的植物群落，但不一定与附近未扰动区的植物群落花流水完全相同。为此
20、，最通用的方法是：开初，引入适应特定土壤、小气候和尾矿水分条件的植物种，快速生长成先锋群落，而后，通过自然演替过程，让位于更多样和更适应的演替顶极群落。（3）再植被的程序。为了在特定的气候区内特定尾矿的库区实现最优化植被覆盖，需要研究许多因素，包括气候的统计参数；结构、粒度分布和体积密度；水分可得性和持水性；微生物及其活度；有机物和营养物（N、P、K、）；酸度；阳离子交换能力；矿物特性；电导率、可溶盐和全分析（Fe、S、Mg、）；地形、侵蚀和粉尘问题；植被所需时间与经费等。植被工程的具体实施步骤大体如下：苗床准备。这是建立短期植物群落阶段所必需的。开始平整土地、开沟，以改善小气候。在尾矿库表面
21、覆盖适当厚度的表土，形成有利于植物生长的苗床。有的情况如果要在尾矿上直接植被，则需石灰处理、覆盖和施肥。短期植被。无论是潮湿环境还是干燥环境，都是以草作初始的短期地表覆盖。为了增强植物的多样性和降低总群落破坏的机会，在初期一般都播种几个不同的植物种。植物种选择、播种密度和播种日期必须根据本区场地条件和植物种特性来确定。每个植物种都有最适合它的播种方法。水力播种可在一次作业中迅速而又均匀的播种和施肥和覆盖表面，特别适合于软土地或难进入的坡地播种。灌木秧苗可掘坑栽植。在干燥气候条件下，为保证迅速建立起短期植被，可能需要临时性灌溉。长期植被。为了达到自衍和稳定植物群落的最终目的，必然要在短期植被与长
22、期植被之间实现转换。在某些场合，可以在保证短期植被和土壤发育之后，任凭当地植物种侵入。而在另外一些场合，为建立短期植物群落需要临时灌溉时，可以通过重新播植更适于群落演替下一阶段的异种，例如灌木可以加快自然演替过程。人为地加快演替过程的必要性取决于前面的短期植被的成功，取决于恢复区最终期望的土地利用。然而，所有再植被工程都应当朝着长期内自再生和最少管理方向发展。2. 岩土覆盖 为了稳固尾矿表面，抵抗风蚀和水蚀，借鉴水力工程抛石护堤的方法，在尾矿表面覆盖一层矿山废石或砾石、炉渣。研究表明，砾石粒级越细，覆盖层设计厚度越薄，经济越节省。废石覆盖的主要缺点是：影响下伏尾矿通过自然过程改良土质，无助于植
23、物生长，延迟或阻碍土地恢复和有效使用。如果考虑到未来植被，应铺设反滤层或与其它覆盖方法联合应用。3. 堆肥覆盖 加拿大矿物和能源技术中心于80年代初开始，为辅助尾矿库植物覆盖，在埃利奥特湖铀矿区，利用城市垃圾进行堆肥生产试验研究生产。生产堆肥的组分比例为50%70%垃圾，20%废木屑（-4），以提高垃圾混合物的孔隙率，10%25%污水污泥，循环堆肥为10%。4. 湿地覆盖 湿地是一个生态系统，既能起吸附作用，又能以二次排出物作肥料。湿地表面有一层绿色的浮萍植物，其显著地减少水中氧量，从而影响其它水生物生长。据报告，这样条件与有机沉积层一起能滤出微生物。5. 水覆盖 在地形上适于稳定的贮积又能承
24、受流体静压的场合，水淹没尾矿可作为尾矿库废弃的选择方案。水淹的要领就是营造一个废弃湖，其优点是：尾矿之上的水构成一个阻氧障；湖区直到沉积盆地作用，能汇集径流量；可控制出口流量；尾矿风蚀问题得以克服；在有足够水深情况下，将降低尾矿内部温度从而延迟生物地球化水覆盖的缺点是：需要精心设计规模相当大，代价极高的水淹控制系统；由于向尾矿的渗入量增大，可能增强污染物迁移。但是，可以在尾矿库作业期间，通过控制尾矿排放，保证尾矿泥均匀分布，或者在粗颗粒尾矿之上覆盖以低渗透性的粘土或尾矿泥，使污染物迁移降至最低。研究表明，尾矿上3m深水覆盖可提供下游可接受的水质。如果要采用浅的水覆盖，则需要进行实验室试验，研究
25、其对水质的影响。应当分析尾矿的矿物性质和水的碱度，确定酸生成潜势。黄铁矿含量很高的尾矿，在几米深的水覆盖之下，由于日光、细菌和空气作用，仍将有氧化作用，直到有足够的有机物或沉积层覆盖尾矿。二、化学稳固与固化为使尾矿库污染物迁移引起的环境问题最小，可以采用化学方法稳固或固化尾矿，实现长期稳定。尾矿稳固是指把有毒成分转化成抗风化和溶滤的形式。尾矿固化是指把半固态尾矿转化成固态。1. 化学稳固 美国矿山局早在70年代初已对化学稳固进行了大量的实验室探索和现场小区试验，稳固剂不宜作永久性的恢复措施，在尾矿库粉尘控制、风水侵蚀的临时抑制、植被初期阶段稳固植物方面起到很好的作用。植物覆盖使用水力播种方法，
26、即在要稳固的表面喷撒木屑浆（或纸浆）、种子和肥料。木屑浆起到保护新播下的种子和抑制粉尘的作用。在尾矿库区的倾斜面上可采用编织垫替代木屑浆。研究证明，添加化学稳固剂的植被技术是有效的、成功的。这种方法是在尾矿上撒播肥料、草、豆科和谷物种子的混合料，然后浇水，并洒化学稳固剂（例如树脂胶粘剂）的水溶液。2. 化学固化 早期应用于废料固化的方法有：硅酸盐和水泥基（无机粘结剂）；石灰基（无机粘结剂）；热塑材料基（有机粘结剂）；热固聚合基（有机粘结剂）；成囊技术（有机粘结剂）。3. 地质聚合物 最近几年，由于新材料的发展，地质聚合物引起了世人瞩目的技术进步。借助于地质聚合反应设计的现代材料开拓了新的合成思
27、路，新的应用和工艺流程。地质聚合物又称矿物合成聚合物，地质聚合作用的化学原理是基于地质成因，故而可把地质聚合物看作合成岩石。地质聚合物是聚合硅-氧-铝酸盐型无机粘合剂。地质聚合物基质均匀，因此具有高的抗压强度、耐化学腐蚀和收缩性。正因为地质聚合物能在短的固化时间达到高的结构强度，地质聚合物具有良好的抗化学腐蚀和冻一融性能。因此适合于长期封存废料、固化废料、构筑覆盖层和垫层。地质聚合物的潜在应用近乎与日俱增。目前多用于表面盖层和基底垫层，包括刚性、半刚性和柔性高强度低渗透性盖（垫）层，以及垂直阻挡障，包括地下截流墙、土坝内高强度低渗透心墙。第四节 闭库方案的选择尾矿库闭库方案主要根据以下因素选择
28、：形地貌、尾矿类型和矿物特性、当地地下水和水文条件、尾矿排放方法、排水难易程度、水位高度。每个尾矿库场地都有它特定的条件，为了确保闭库和恢复工程能满足环境约束，必须根据具体的场地条件，选择适宜的闭库方案，实现闭库系统最佳化。否则，由于闭库方案选择不当，需求长期维护，高额的维护费将续传给后代。为此，采矿公司必须在作业期间投入适当的恢复工程基建费，开始执行闭库方案，以在不花费过高代价和长期维护情况下安全闭库。一、非硫化物尾矿闭库方案非硫化物尾矿闭库方案如图61所示。 图61 非硫化物尾矿闭库方案如果尾矿材料易排水，如钾碱、某些铀尾矿等，可以采用导流沟和导流堤，用地质聚合物稳固表面，然后再
29、用土壤和植物覆盖，从而完成闭库；如果尾矿材料难以排水，如磷酸盐粘土、含氢氧化物的尾矿泥等，在不进行总体排水的场合，采用导流沟、导流堤和下游被动处理的湿地可以改善渗漏问题，湿地可为植物提供生长条件，有些地区可以采用振动技术排水或开导流沟和疏干方法，这样可在其上植被。为了减少含硫化物尾矿库区向环境排放酸性水，可有各种方案，包括压密粘土覆盖；合成膜覆盖；接种细菌；表面填加石灰石；导流沟；充填碱、其它化学品或生物沟；排至湖内；化学处理；下游湿地；湿地覆盖；土壤和植物覆盖；形成硬壳；稳固地表（地质聚合物）。二、硫化物尾矿闭库方案硫化物尾矿闭库方案，可以考虑两种情况，即水位高的低位尾矿区和水位低的高位尾矿
30、区。前者，如果在整个尾矿区建立起湿地沼泽，下游湿地将为渗漏水酸度降低及从中提取金属创造条件，也许有些地区，特别是尾矿区可以稳固的地区，适于覆盖以地质聚合物。后者要求有良好的导流沟和导流堤，以汇聚酸性的和含污染物的渗漏水，以在下游湿地进行处理。高位区尾矿表面适于用地质聚合物稳固，继后采用土壤和植物覆盖。陆地面和浓密排放是较新的尾矿沉积方法，由于不存在尾矿库排放方法所遇到的排水问题，闭库后立即可以采用地质聚合物覆盖、稳固尾矿达到有效闭库。实际上，为了在闭库之前建立起足够厚度的稳固层（形成合成硬壳），可以在作业的后期阶段开始进行地质聚合物沉积，实现的方法是直接在选厂尾矿浆内、或排放管内或尾矿库区内填
31、加地质聚合物。硫化物尾矿堆置在坑内（露天矿坑或专门挖掘的深坑），可以充填尾矿接近顶部，或保留一定高度的超高，排水后，采用地质聚合物覆盖。在大多数情况下，可以考虑采用湿地和地质聚合物覆盖，或两者的联合。三、中小铁矿尾矿库闭库复垦方案1. 河滩围池尾矿复垦模式该复垦模式已应用于有大面积河滩地的马兰庄铁矿。复垦工程程序：将河滩地坝区划分成方形池（每池2.67hm2）便于顺序排尾、复垦。围埝，埝高3m，埝顶宽11.5m，边坡1：1，坝内底平面形成向溢流管倾斜的3%5%坡度。埝内一侧设溢流口，清水溢流池外排入田间或入河流，溢流管每隔3050开一排也以减少溢水积存深度。溢流管每隔20m设一排尾矿管，一池排
32、尾矿，排满后，干燥20天，再平整，在上部复土大于30后可种植农作物，然后尾矿管转排相邻另一池，重复上述作业，其复垦工艺示意图见图62。工艺流程见图63。图62河滩围池尾矿复垦工艺示意图1-管路基；2-围埝；3-矿浆管；4-阀门；5-支管；6-溢流管；7-闸阀；A-干燥段；B-筑坝段；C-准备段。图63 尾矿复垦工艺流程图 2. 尾矿充填低洼地或冲沟复垦模式迁安市赵店子铁矿、包官营铁矿、迁西县汉儿庄铁矿、遵化市王爷陵铁矿、已用此模式建造了百亩沙地梨，间种旱田作物和小麦，水稻也成方成片，长势良好。这种复垦模式选用于选厂附近有冲沟、山谷或低洼地。这种尾矿库坝短，工程最小，基建费用低。工程要
33、求：用废石在适宜的山谷或冲沟处分段筑坝，坝高一般小于45米，岩石砌坝有孔隙可将尾矿水渗出，或在坝内埋高溢流管，排出的清水由回水系统回收供选矿厂重复使用。尾矿充填顺序是先充填山谷的地势高处，再充填低处，便于分区复垦，尾矿充满干涸后经推土机平整，在上部铺以大于30复土即可种植农作物，如图64所示。 图64尾矿充填低洼地或冲沟技术示意图3. 分期分段种草植林复垦技术该复垦模式在迁安首钢矿山公司大石河矿区尾矿库已分段在尾矿库干坡段植树，起到了固沙固氮、绿化环境、减少污染的作用，经过种植也增加尾矿沙的有机质含量。该模式适用于较大的、服务年限较长的尾矿库，要根据尾矿库干坡段进展情况分期分段种草植
34、林。4. 尾矿库闭库复垦技术要点尾矿是经过加工的矿岩，已形成散体结构，有一定湿度，有假相胶结，它对堆积地点要产生一个集中载荷场。由于是散体结构，故要破坏地形地貌，污染环境，也影响环境地质。尾矿库选址一般都就近选在山沟、山谷，在居民区的下风侧尽量远离厂区。大中型尾矿库一般容积都在上千万吨，服务年限1020年，故尾矿坝稳定性保护都非常重视。地方中小铁矿由于有的矿山不重视尾矿合理排放，造成占地面积大、淤积河流、污染环境。但是，经验证明矿山规模小，尾矿量少，故易于组织填沟填谷复垦，并易于采取灵活式样的形式组织实施。鉴于上述特点，在尾矿复垦决策中本着分区分期，将复垦纳入排尾工艺，循序渐进处理，结合中小铁
35、矿特点，采取分散热排入、分片复垦工艺。（1）尾矿库闭库复垦技术要点因地制宜，总结多种尾矿复垦技术方案。如根据地形变化的有河滩围池筑坝复垦技术，充填沟谷分段筑坝复垦技术，有尾矿覆土复垦，也有尾矿不覆土复垦，要因地制宜，既考虑简化工艺过程，又要考虑科学性。在尾矿复垦实践中要注意完成矿区土地复垦方案设计。初步设计包括建立复垦点、测地质地形图、做工程复垦方案、完成技术经济分析，进行农林作物筛选，进行农林作物种植试点，追踪调查农作物长势、产量、施肥情况统计，追踪调查土壤熟化情况、土壤及农作物有毒有害元素含量变化，以便采取措施加速熟化土壤，治理并减少对土壤、农作物有毒有害元素污染，进行尾矿复垦效益分析（包
36、括经济、生态、社会效益）。制定符合本地具体条件的复垦土地技术标准，以起到指导作用。（2）生物复垦是工程复垦的延续，是土地复垦过程中不可分割的一部分。如筛选作物品种、作物轮作、间种；各种培肥措施；监测土壤及农作物有毒有害元素，采取措施减少危害；加速复垦地生土熟化，边坡植被覆盖，农、林、副、渔等复垦技术的优化配置等。这些措施对提高土壤肥力和作物产量水平都起着重要的作用。根据矿山实际条件，从不同侧面作关于生物复垦的调研、试验、总结和技术研究工作，提出如下技术要点：根据唐山北部山区气候条件，通过测试尾矿，土壤化学成分有Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、SiO2等，且SiO2含量占68.37%，土
37、壤中的养分含量，以马兰庄铁矿为例，全磷含量客土比复垦比较低，而速效氮、速效钾则较高；客土有机质含量高于复垦地，而二者土壤中细菌总数相差不大。这说明复垦地肥力水平低，因此在复垦地土壤应以培肥为重点，以增施有机肥和种植农作物为手段，进行农作物栽培。通过对尾矿、废石、表土、客土土壤基本物理性质测试分析，尾矿砂属细砂土，废石表土加尾砂属多砾质粗砂土，废石土属石渣土，这些土壤砂性强、肥力低、保水、保肥能力差，但它们的透气性和渗透性较好。实践证明：尾矿复垦时与粉粒、粘粒含量高的土壤混合（如山皮土），多施有机肥，复垦土壤能适应农作物生长。经过对尾砂与客土土壤测试，二者容重分别为1.14 g/cm3、1.30
38、g/cm3，比重为2.64t/m3、2.79 t/m3，孔隙率为53.4%、58.3%，容重小，孔隙率大，客土土壤有的地区比较粘，易板结，通透性差，遵化兴旺寨乡用尾砂改良板结土壤，即用尾砂垫猪圈沤肥，然后施入粘性大的土壤，提高农作物产量10%。经跟踪调查结果表明，复垦后要及时进行农林种植，因为随着农林种植时间延长，复垦土壤中有机质含量、碱解氮、速效磷、速效钾含量逐年增加，粘粒、粉粒含量增加，砂粒含量减少。提高砂性复垦土壤肥力的途径主要有：砂土掺粘土改良土壤；增施有机肥，秸杆还田；建立合理轮作制。豆科作物与其它作物轮作，发挥豆科作物增磷补氮作用；豆科绿肥有较强的固氮能力，还可维持土壤的有机质平衡
39、与稳定，可以改善土壤结构，降低水土流失。作物及林果品种选择a. 根据土壤化验结果，复垦土壤属于砂性强、低肥力水平。故在试点地要选择耐瘠薄的作物品种，如豆类、谷子、薯类、玉米等。复垦后应优先选择豆类作物，有利于加速熟化土壤。另外实践也证明，土壤底层有保水层条件下，水肥充足也可保证水稻生长。b. 根据测试，复土PH值在6.88.1之间，属于微酸性到中性，适宜种植板栗、苹果。表土中含钾、铁，钾对糖分转化、运输和积累有很大促进作用，铁可使果实中糖分增加。迁西、迁安、遵化地区盛产香甜可口板栗是有得天独厚条件的。c. 根据复垦土壤砂性强、易流失的特性，应选择种植林木和牧草。这样不但可以培肥土壤，提高土壤湿
40、度，加速土壤熟化，而且还可以防风固沙，减少水土流失，防止环境污染。实践证明，夏季护田林气温较农田低3.64.3，相对湿度增加14%17%，土壤含水量增加3.8%4.7%，蒸发量减少7.5%。马兰庄铁矿滦河滩复垦地，杨柳林木成行成网，有的排土场复垦点栗树或梨树与农作物间种。首钢尾矿库大面积种植沙棘、紫穗槐已经成林，起到了防风固沙、熟化土壤的作用。d. 根据复垦土壤的容重和孔隙度选择适宜的农作物和林果品种。品种各种作物生物特性不同，根系的穿透能力不同，当孔隙度小于50%时，适宜小麦生长的土壤容重为1.411.26g/cm3，孔隙度小于52%6%时，当孔隙度小于50%时，小麦产量即显著下降。黄瓜根系
41、穿透能力较弱，当土壤容重为1.45 g/cm3，孔隙度为45.5%时，即不易透过。根据实践检验，迁安马兰庄铁矿和迁西汉儿庄铁矿类似的复垦土壤适宜种植小麦、黄瓜。唐山北部铁矿复垦土壤砂性强、疏松、容重小、孔隙度大，特别适合块根块茎作物的生长，如甘薯和马铃薯等。栗树对坚实土壤有较强的忍耐能力，故在土壤容重1.551.65g/cm3，的坡地土壤条件下能正常生长；而苹果、梨树则适合于较疏松的土壤，故在尾矿复垦地、排土场复垦地都长势良好。针对复垦对农作物的生长及原粮品质是否造成不良影响，分别对尾矿砂、复垦土壤和原粮中的有毒有害元素和放射性进行测试，以便为复垦的可行性提供依据。测试证明，唐山铁矿尾矿和复土
42、中有毒有害元素均未超过农作物生长受阻含量，有些有害元素虽然复垦地高于客土土壤，但均未超标，不会造成污染。对复垦地有毒有害元素污染的防治措施：a. 施加抑制剂：复垦地施加石灰，可以提高土壤PH值，施加碱性磷酸盐，可降低镉、汞等元素的溶解度，从而降低其有效性。b. 增施有机肥，改良砂性土壤c. 加强水肥管理。水稻在淹水条件下，可明显抑抑对镉的吸收，却增加了对砷的吸收；在干旱条件下，砷不易被作物吸收。严加控制含有毒物质的化肥品种。d. 控制和消除工业“三废”的排放，控制化学农药的使用。测试表明：唐山矿山复垦地的尾矿水、农用水的各种有毒成分含量均未超过农用水水质标准。这表明尾矿水排放未造成对农业环境的影响。唐山铁矿经检测复垦地及客土土壤中，放射性均低于国家规定标准，说明尾矿复垦对当地土壤未造成放射性污染，也未对原粮造成放射性污染。说明鞍山式铁矿尾矿复垦的可行性。