Một số yêu cầu kỹ thật trong thiết kế hồ chứa đuôi quặng của các nhà máy tuyển khoáng

Ngành chế biến khoáng sản hiện nay phải đối mặt với nhiều thách thức, trong đó có thách thức về môi trường như ổn định đập chứa đuôi quặng nhà máy tuyển khoáng hay khả năng thấm nước khi vận hành của hồ chứa. Bài viết này thảo luận một số các yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế nhằm đáp ứng sự phát triển ngành công nghiệp mỏ Việt Nam.

THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ MỘT SỐ YÊU CẦU KỸ THẬT TRONG THIẾT KẾ HỒ CHỨA ĐUÔI QUẶNG CỦA CÁC NHÀ MÁY TUYỂN KHOÁNG Nguyễn Thị Hồng Gấm, Hồng Ngọc Tuấn, Đinh Văn Tơn Viện Khoa học Cơng nghệ Mỏ- Luyện Kim Đinh Thị Ngọc Bích Cơng ty TNHHKTCBKS Núi Pháo Biên tập: ThS Hồng Minh Hùng Tóm tắt: Ngành chế biến khống sản phải đối mặt với nhiều thách thức, có thách thức mơi trường ổn định đập chứa quặng nhà máy tuyển khống hay khả thấm nước vận hành hồ chứa Trong thời gian gần xảy số cố cần tránh như: vỡ đập thải mỏ quặng sắt Yên Bái (năm 2014), vỡ đập Cao Bằng số mỏ khác Điều cảnh báo tình trạng thiết kế, thi cơng vận hành hồ chứa quặng đuôi chưa đảm bảo kỹ thuật Công tác thiết kế hệ thống hồ chứa ý nhằm phù hợp với môi trường pháp lý ngày nghiêm ngặt quản lý khai thác khống sản Để hạn chế cố gây cho người môi trường, cần phải xây dựng hướng dẫn kỹ thuật thiết kế hồ chứa quặng an tồn dựa tiêu chuẩn đánh giá rủi ro Bài báo thảo luận số yêu cầu kỹ thuật thiết kế nhằm đáp ứng phát triển ngành công nghiệp mỏ Việt Nam Đặt vấn đề Trong q trình tuyển khống thường sử dụng phương pháp tuyển trọng lực, tuyển nổi, hóa tuyển để tách khống vật có ích khỏi đât đá thải Quá trình tuyển tách thường không đạt 100 % hiệu tuyển tách thu lại hết tất chất xúc tác, thuốc tuyển Hỗn hợp kim loại, hóa chất, thuốc tuyển, đất đá nước thải thường gọi bùn thải dân đến bãi chứa cuối gọi hò thải quặng Hồ thải hình thành tạo nên đập đất, kè, chúng có vai trò quan trọng hàng đầu quy hoạch xử lý đuôi thải Đập thải xây dựng độ cao hợp lý giai đoạn đầu nhà máy tuyển Hình Đập chắn điểm hình sở chứa chất quặng đuôi khu khai thác vàng Fort Knox, Alaska nâng dần lên giai đoạn phụ thuộc vào dung tích thải nhà máy Đập thải có cấu trúc tương tự đập đất đồng chất ngăn giữ nước mặt, nước ngầm yêu cầu liên quan đến ổn định Loại hình đập thải ứng dụng phổ biến nhất, phù hợp với loại quặng đuôi thải phương pháp thải Thiết kế hồ thải chứa quặng có nhiều thơng số tác động đến việc lựa chọn vị trí thích hợp, phương pháp xả thải lưu trữ Điều kiện yếu tố môi trường điều kiện đặc điểm địa hình thơng số quan trọng ảnh hưởng đến phương pháp lưu trữ, biện pháp thi công xây dựng, công tác vận hành đóng cửa Bài báo đề cập đên yếu tố kỹ thuật yêu cầu thiết kế hồ thải quặng như: tính chất quặng đi, dung tích chứa quặng thải, đặc tính vật liệu đắp đập, đặc điểm địa chất cơng trình, địa chất thủy văn, phương pháp vận chuyển quặng đuôi từ nhà máy đến hồ thải, Dung tích hồ thải Dung tích hồ thải thể tích lưu trữ an tồn cần để chứa thải (chất rắn nước), lượng mưa sóng leo với độ cao đủ để khơng bị tràn nước thải ngồi mơi trường Dung tích hồ thải thiết kế phải tính thời điểm mùa mưa KHCNM SỐ 3/2019 * TUYỂN CHẾ BIẾN THAN- KHỐNG SẢN 33 THƠNG TIN KHOA HỌC CƠNG NGHỆ MỎ lớn để đảm hồ thải hoạt động bình thường an tồn xảy cố tình cực đoan Dung tích hồ lắng tối thiểu: Hồ lắng nước thải phải đảm bảo dung tích lắng lượng nước cần thiết để đảm bảo nước thải lắng cân hóa học trước loại bỏ nước khỏi hồ thải Kích thước hồ thường giảm thiểu để tối đa hóa ổn định đuôi thải; điều kiện thời tiết ẩm ướt, quy mô hồ cần phải tăng lên để tránh tình trạng dư thừa chất thải rắn, hệ thống lắng kiểm sốt hệ thống van thoát nước hệ thống đường ống, kênh mương kiểm soát cách bơm nước để sử dụng tuần hồn cho sản xuất Dung tích dự phòng hồ thải: Trường hợp chất lựợng nước hồ không phù hợp để thải điều kiện bình thường phải đảm bảo dung tích hồ lưu trữ mùa mưa cho phù hợp, hồ phải tính tốn trữ nước điều kiện lũ cực đại, cần tính tốn bổ sung dung tích hồ lưu trữ dự phòng phù hợp để đảm bảo an tồn công tác quản lý hồ thải Yêu cầu tài liệu khảo sát địa chất cơng trình, địa chất thủy văn 3.1 Điều kiện địa chất cơng trình Chất lượng hồ chứa, liền đập thải có ảnh hưởng định đến việc lựa chọn vị trí tuyến đập, loại hình kết cấu đập, phải đảm bảo yêu cầu sau: - Đối với đá: cần làm rõ tính chất nứt nẻ, chất lấp nhét, mức độ phong hóa, độ bền chịu nén, sức chống cắt, độ bền thấm, tính chất hòa tan khống vật nham thạch, lớp xen kẹp mền yếu bị phá hủy thấm bão hòa nước, phá hủy đứt gãy kiến tạo vùng hồ đập; tượng cactơ nen đá vôi, độ dốc mái vai bờ đập, để có biện pháp xử lý phù hợp - Đối với đá: + Cần làm rõ nguồn gốc thành tạo, chiều dày, độ nghiêng, thành phần cấp phối hạt, tính thấm nước, độ lún, khả chịu tải, độ bền chống cắt, nguy sụt lún bão hòa nước, khả bị xói ngầm, độ dốc vai bờ đập, để đánh giá độ ổn định biến dạng có biện pháp xử lý thích hợp theo quy định Khi đập thải có chứa tạp chất hòa tan nước vượt mức tiêu chuẩn phải nghiên cứu 34 giải pháp phòng ngừa, nghiên cứu thí nghiệm có tin cậy phép tổ chức xây dựng; + Các cuội sỏi, sét hoặt cát mịn, khơng đồng chất, khơng có khuyết tật lớn ảnh hưởng đến tính kinh tế an tồn cua cơng trình làm cho loại hình đập sau xử lý đập thích hợp; + Đối với cuội sỏi cần ý tính thấm nước lớn khả lơi kéo vật liệu khối đắp chúng để có biện pháp xử lý hồ đập thải thích hợp; + Đối với sét hoặt cát mịn cần ý tính lún khơng đều, nguy sụt lún bão hòa nước tính thấm nước, khả nàng xói ngầm, khả hóa lỏng cát mịn xói mòn khỏi đắp hạ lưu để có biện pháp xử lý móng thích hợp theo quy định + Đối với sét cần ý độ bền chống cắt, khả chịu tải trọng tương ứng với đặc trưng cố kết, nước để có giải pháp thiết kế kết cấu thân đập phù hợp; + Đối với không đồng chất, cần ý chiều dày tính chất lý địa tầng để thiết kế kết cấu đập thích hợp; + Việc đo đạc khảo sát đò địa hình chi tiết, đảm bảo giúp cho trình thiết kế đảm bảo tính khả thi cao, tính tốn khối lượng thi cơng đào đắp đập chênh lệch với thực tế; cơng tác kiểm sốt mốc khống chế cao độ cơng trình đảm bảo phù hợp an tồn 3.2 Điều kiện địa chất thủy văn Muốn kiểm soát lượng mưa, cao độ nước lũ đổ dâng lên lớn để có giải pháp phòng ngừa cố xảy ra, nhằm đảm bảo an tồn cho đập thải, cần phải tiến hành khảo sát đặc điểm địa chất thủy văn, đặc điểm khí tượng khu vực để thiết kế tính toán mực nước dâng lớn đảm bảo nước hồ thải không chảy tràn qua đỉnh đập Nắm bắt đặc điểm hậu khu vực để thiết kế đưa giải pháp tổ chức tiến độ thi cơng phù hợp, đảm bảo chất lượng cơng trình Yêu cầu khối lượng tính chất lý quặng đuôi thải Khối lượng quặng đuôi thải hàng năm đời dự án, yếu tố để làm sở tính tốn xác định chiều cao đập thải, dung tích hồ thải Tính chất lý thành phần hóa KHCNM SỐ 3/2019 * TUYỂN CHẾ BIẾN THAN- KHỐNG SẢN THƠNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ học chất thải sở để lựa chọn xây dựng giải pháp xử lý lưu giữ chất thải hồ thải, nên trước thiết kế hồ thải quặng đuôi nội dung công việc cần khảo sát, lấy mẫu kiểm tra, thử nghiệm đến nguồn thải tính chất lý quặng thải Đặc tính chất thải quặng thay đổi nhiều phụ thuộc vào loại khống vật quy trình vật lý, hố học sử dụng để tách triết quặng Vì vậy, đặc tính chất thải phải xác định để xác định ứng xử chất thải lưu giữ hồ thải, ảnh hưởng ngắn hạn dài hạn mơi trường xung quanh Do đó, yêu cầu thiết kế cụ thể xác định nhằm giảm thiểu tác động chất thải tới môi trường giúp nâng cao hiệu suất hoạt động hồ thải Chất thải chất lỏng vận chuyển chứa chất có hại axit kiềm, nồng độ muối cao, xyanua, kim loại nặng, nguyên tố phóng xạ, Do vậy, cần kiểm soát nắm rõ khoáng vật hóa học chất thải để phục vụ cho việc lựa chọn giải pháp thiết kế hồ thải đảm bảo an tồn cho mơi trường, cần xem xét phản ứng hóa học xảy hồ gây hại như: oxy hóa quặng sunfua để tạo nước có tính axit; hợp chất xyanua dạng khơng hòa tan; kim loại bị gắn vào hạt đất sét; giải phóng khí, đơi độc hại (ví dụ kho dự trữ thạch cao) Yêu cầu phương pháp xử lý quặng thải Tùy thuộc vào tính chất hóa-lý quặng thải để lựa chọn phương pháp xử lý lưu giữ quặng đuôi thải hồ thải theo hình thức khác bao gồm: hình thức thải khô, xử lý quặng đuôi thải nước, xử lý quặng đuôi thải lớp đất Ưu tiên giải pháp xử lý quặng đuôi thải phương pháp xử lý đất để đảm bảo hợp nhất, tăng cường ổn định bề mặt địa hình, thuận lợi cho cơng tác hồn thổ phục hồi mơi trường Đối với quặng thải có khả tạo phản ứng hóa học tiếp xúc ánh nắng mặt trời khơng khí cần phải lựa chọn giải pháp xử lý mặt nước phù hợp; trường hợp chất thải có chứa hóa chất nguy hại cho mơi trường phải tiến hành xử lý móng hồ đập thải đảm bảo không cho nước thấm ngồi mơi trường; chất thải khơng có hóa chất độc hại ảnh hưởng đến mơi trường sử dụng giải pháp ép nước để lắng thải khơ theo hình thức thải kho xếp chồng, Quặng lưu trữ mức cao đỉnh đập chắn thải với điều kiện quặng đuôi chứng minh ổn định địa kỹ thuật điều kiện kể động đất Yêu cầu thiết kế đập chắn thải quặng đuôi Khi thiết kế đập chắn thải hồ thải quặng đuôi cần phải xem xét yếu tố ảnh hưởng đến chiều cao đập, kết cấu đắp thân đập, hình thức nâng cao đập đắp lần hay theo giai đoạn sản xuất nhằm đảm bảo an toàn bảo vệ mơi trường nói chung Các u cầu thiết kế đập thải bao gồm: - Theo nhu cầu dung tích hồ thải cần chứa quặng thải, điều kiện địa hình để tính tốn chiều cao đổ thải, xác định phạm vi diện tích chiếm đất hồ thải; - Việc phân loại đập thải dựa sở chiều cao móng thi cơng xây dựng, thiết kế lựa chọn kết cấu đập chắn thải phù hợp (có thể lựa chọn đập đắp đất đồng chất hay đập nhiều nhiều khối, đập bê tông, ); - Yêu cầu thiết kế cốt cao đỉnh đập thải để đảm bảo dung tích chứa quặng thải Đỉnh đập thải phải đảm bảo đủ chiều cao an tồn, chiều cao sóng leo, nước dềnh không vượt chiều cao đỉnh đập kể kiện thời tiết cực đoan Từ tạo dung tích tối đa hồ thải để chứa nước lũ bão cực đại Cao độ đỉnh đập thấp cao độ mặt đổ thải Trường hợp Nhà máy có sử dụng cơng nghệ xử lý ép khơ quặng thải, quặng thải coi chất thải rắn hồ thải xem bãi thải chất rắn Hình thức đổ lưu trữ chất thải thực theo hình thức đổ theo lớp từ 20÷40 cm, đóng bao xếp chồng u cầu phải đảm bảo khối thải ổn định điều kiện ngoại cảnh, kể động đất; - Vị trí xây dựng đập thải phải lựa chọn nơi gây ảnh hưởng đến cơng trình xây dựng khu vực như: moong khai thác, đường lò khai thác, cơng trình dân sinh phía hạ lưu; - Lựa chọn kết cấu thiết kế vật liệu đắp đập KHCNM SỐ 3/2019 * TUYỂN CHẾ BIẾN THAN- KHOÁNG SẢN 35 THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ phụ thuộc mục đích xử lý, lưu trữ tỷ lệ rắn lỏng quặng đuôi xả thải chất lượng nước thải có hóa chất độc hại hay khơng có hóa chất độc hại để lựa chọn giải pháp yêu cầu chống thấm cho đập chắn thải Có thể lưu trữ quặng đuôi thải khô lưu trữ mực nước tùy thuộc tính chất quặng thải Do đó, thiết kế đập cần đảm bảo độ ổn định trượt, ổn định thấm, khả cân nước đảm bảo không cho nước chảy tràn nước qua mặt đập; - Biện pháp tổ chức thi công xây dựng đập thải quặng đuôi nên thiết kế xây dựng nâng cao đập theo giai đoạn sản xuất nhằm giảm thiểu chi phí vốn ban đầu xây dựng ban đầu có giải pháp điều chỉnh thay đổi giai đoạn để phù hợp với thực tế khơng làm giảm hiệu an tồn cơng trình đập thải Các yếu tố cần lưu ý phân tích tính ổn định đập thải: - Các phương pháp thử nghiệm sử dụng để xác định thông số thiết kế vật liệu, với sở lý luận cho việc lựa chọn thông số giá trị thiết kế; đảm bảo hoạt động an toàn Các tình cực đoan xảy động đất, lũ lụt khu vực thiết kế; - Các thơng số tính chất lý vật liệu đắp, móng, tải trọng tĩnh động, nguy hóa lỏng, tải trọng phụ, biến thể dung sai xây dựng thử nghiệm liên quan Các yêu cầu quan trắc thi công, vận hành đập: - Để đảm bảo chất lượng xây dựng công trinh cần tổ chức tốt công tác giám sát, thi công vận hành cơng trình thơng qua bố trí thường xun thiết bị chuyên dụng để đo đạc, thiết bị thí nghiệm kiểm sốt chất lượng thi cơng thiết bị theo dõi; - Đối với đập có tính chất quan trọng (đập cao ≥25 m, đập cấp trở lên, đập chắn chứa chất thải có hóa chất nguy hại), kết thúc xây dựng cần thiết kế xây dựng lắp đặt trạm quan trắc, giám sát theo dõi thay đổi (độ lún độ dịch chuyển, độ lỗ rỗng, tính thấm) ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định đập chắn thải Dự đọán, phát kịp thời nguy gây ổn định, tăng cường phòng ngừa cố xảy Thiết bị đo lắp đặt cố định hay không cố định tùỵ mức độ yêu cầu cơng trình u cầu đo quan trắc 36 Các yêu cầu biện pháp kiểm soát cân nước hồ thải: - Hồ thải phải đảm bảo điều kiện ổn định thấm theo quy định, không gây tượng thấm vượt lưu lượng vận tốc cho phép, gây xói ngầm, bóc trơi vật liệu, uy hiếp tính bền vững tuổi thọ cơng trình - Hồ thải phải có cơng trình xả lũ cơng trình nước dự phòng đảm bảo hoạt động an tồn trường hợp có IQ xảy ra, không để nước hồ thải chảy tràn qua đỉnh đập gây vỡ đập thải - Chất lượng nước hồ thải chảy qua tràn xả lũ rò rỉ phải giám sát hệ thống thu gom xử lý trước xả vào nguồn nước khu vực Hệ thống phải kiểm soát giám sát chặt chẽ - Tất hồ thải quặng phải thiết kế đủ dung tích để chứa chất thải giữ lại lượng nước trận lũ thiết kế Thông thường, điều kiện tràn thỏa mãn, nước cho phép chảy tràn qua đập thơng qua cửa tràn có giải pháp bảo vệ nhằm mục đích khơng làm hỏng đập Các hệ thống thiết kế để xả nước phải đảm bảo an tồn tinh cực đoan, khơng lường trước thiết kế Yêu cầu biện pháp bảo vệ mơi trường: hồ thải cơng trình có kích thước lớn chiều sâu, chiều cao bề rộng, có ảnh hưởng lớn đến mơi trường Những nguy gây ảnh hưởng xấu đến môi trường lớn khó kiểm sốt khơng đảm bảo xử lý tốt từ thiết kế Do thiết kế, phải dự báo nguy tác động hồ thải môi trường xung quanh từ đưa giải pháp xử lý nhằm giảm thiểu rủi ro trinh vận hành quản lý sau Việc bảo vê môi trường liên quan đến hồ chứa thải quặng đuôi bao gồm bảo vệ cộng đồng, bảo vệ nguồn nước khơng khí, đất đai, động vật, cảnh quan di sản văn hóa khu vực Các yêu cầu quản lý, giám sát, vận hành: - Hồ thải phải đáp ứng yêu cầu hoạt động ổn định điều kiện làm việc, từ bắt đầu thi công đến đưa vào khai thác vận hành sử dụng; - Đảm bảo thực quy trình quản lý KHCNM SỐ 3/2019 * TUYỂN CHẾ BIẾN THAN- KHỐNG SẢN THƠNG TIN KHOA HỌC CƠNG NGHỆ MỎ chất lượng cơng trình để cơng trình xây dựng đảm bảo cơng sử dụng chúng theo thiết kế; - Kiểm soát chất lượng bao gồm kiểm tra chất lượng vật liệu đầu vào trước đưa vào thi công xây dựng công trình tuân thủ yêu cầu kỹ thuật thiết kế đưa thi công xây dựng - Các sở, nhà máy sản xuất có sử dụng hóa chất có nguy hình thành axit chất phóng xạ, cần lưu ý xem xét bố trí lớp lót băng đất sét màng chống thấm liên tục nhiều lớp để ngăn chặn rò rỉ chất độc hại vào nguồn nước ngầm tác động tiêu cực khác tới môi trường Các yêu cầu kết thúc đóng cửa bền vững: - Thiết kế hò thải quặng phải tính đến u cầu kết thúc đổ thải, đóng cửa mỏ, phải tạo kiểu bề mặt đất ổn định; - Sau kết thúc dự án hay kết thúc đổ thải quặng vào hổ thải, đập thải phải có khả đối phó với nguy khí hậu thời tiết tiềm ẩn khoảng thời gian thiết kế, 10 năm, 100 năm lâu Đánh giá kết luận Để hạn chế cố hổ chứa quặng gây cho người môi trường, hồ thải cần phải đảm bảo an toàn để vận hành suốt thời gian hoạt động Do đó, cần phải xây dựng hệ thống quản lý chất thải, yêu cầu kỹ thuật xây dựng đập thải an toàn, giải pháp kỹ thuật đánh giá rùi ro lưu trữ quặng thải Bài báo phân tích cụ thể số yêu cầu kỹ thuật thiết kế hồ thải quặng đuôi nhà máy tuyển quặng phù hợp với phát triển ngành công nghiệp mỏ Việt Nam Tài liệu tham khảo: ANCOLD 2012, Guidelines on Tailings Dam Design, Construetion and Operation TCVN 10396 : 2015 Cơng trình thủy lợi - đập hỗn hợp đất đá đầm nén - Yêu cầu thiết kế Vick, S.G.1990 Pỉanning, Design and Analysis of Tailings Dams Bitech Punlishers Ltd http://www.groundtruthtrekking.org Some technical requirements in design of ore tailings dams of mineral processing plants Nguyen Thi Hong Gam, Hoang Ngoc Tuan, Đinh Van Ton, Đinh Thi Ngoc Bich National institute of mining - metallurgy Science &Technology Summary: Nowadays, the mineral processing industry faces many challenges, including environmental challenges such as stabilization of ore tailings dams of mineral processing plants or water permeability when a reservoir is operated There have been a number of incidents need to avoid recently such as: breakdown of a dumping site at an iron ore mine in Yen Bai province (2014), breakdown of a dumping site in Cao Bang province and some other mines There is a warning on design status, construction and operation of tailings reservoirs which are not technically guaranteed In order to limit possible incidents to humans and the environment, technical guidelines for the design of safe tailings reservoir should be developed based on the risk assessment criteria In this paper, the authors discuss some of the technical requirements in design to meet the development of mining industry in Vietnam KHCNM SỐ 3/2019 * TUYỂN CHẾ BIẾN THAN- KHOÁNG SẢN 37 ... toàn, giải pháp kỹ thuật đánh giá rùi ro lưu trữ quặng đuôi thải Bài báo phân tích cụ thể số yêu cầu kỹ thuật thiết kế hồ thải quặng đuôi nhà máy tuyển quặng phù hợp với phát triển ngành công nghiệp... kho xếp chồng, Quặng lưu trữ mức cao đỉnh đập chắn thải với điều kiện quặng đuôi chứng minh ổn định địa kỹ thuật điều kiện kể động đất Yêu cầu thiết kế đập chắn thải quặng đuôi Khi thiết kế đập... mơi trường Các u cầu kết thúc đóng cửa bền vững: - Thiết kế hò thải quặng phải tính đến yêu cầu kết thúc đổ thải, đóng cửa mỏ, phải tạo kiểu bề mặt đất ổn định; - Sau kết thúc dự án hay kết thúc