白云鄂博西礦高濃度尾礦排放優化研究

劉占全 趙啟東 宋立民

(內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司巴潤礦業分公司)

高濃度尾礦又稱膏體尾礦，是漿狀尾礦濃縮脫水達到泵送極限、不離析黏稠狀的程度[1]。白云鄂博西礦尾礦堆存應用高濃度堆存技術，是全國首例應用該技術處理尾礦工藝的大型黑色冶金鐵礦山，該技術解決了白云鄂博高寒、缺水、選廠用水量大的技術難題，實現了尾礦庫占地面積小、壩體安全系數高、穩定性好、環保效益突出等特點[2]。為此，針對白云鄂博西礦冬季下游壩前發生冰凍、庫容利用率低等問題，對高濃度尾礦排放進行了實踐優化研究。

1 尾礦庫運行工藝及存在問題

尾礦庫由尾礦壩環繞建成，上游壩設置8個排放點輪流進行排放，礦漿排放后析出水通過庫區取水塔溢流進入下游集水池回收利用。但在運行中，礦漿流態隨季節變化較大，流態的變化影響冬季揚塵面積的大小、庫容利用及回水質量和回水量。因此，控制好礦漿排放可以提高庫容利用率，減少冬季揚塵，提高年回水量。

通過庫區運行總結，尾礦庫存在的問題主要表現為：①庫容利用率較低，下游壩年抬升速度較快，每年2 m以上，導致下游壩提前達到安全超高，庫中到上游壩庫容無法利用；②年回水量少，庫區下游壩壩前東側地勢較低，導致壩前東側匯水面積較大，無法回收此部分積水；③因冬季礦漿排放不合理，礦漿排放面積大造成后期揚塵面積隨之增大。

2 高濃度尾礦優化排放提高庫容利用率實踐應用

2.1 控制下游壩前礦漿抬升高度

控制下游壩前礦漿抬升高度的必要性，運行中，下游壩處礦漿因冬季礦漿流動性變好，直接流到下游壩前，造成下游壩前礦漿灘面抬升接近安全超高，設計規范尾礦庫安全超高為1 m，中后期調洪水深6 m，因此必須控制下游壩前礦漿抬升高度來滿足尾礦庫服務年限。下游壩前礦漿抬升位置見圖1。

圖1 下游壩前礦漿抬升位置

2.2 通過子壩實現庫區礦漿流態控制

為了提高庫區礦漿排放的均勻性及降低庫區冬季冰凍層，提高庫容利用率，需在庫區設置兩條子壩來控制礦漿分布狀態。

2.2.1 子壩二建設依據高度及位置的確定

根據冬季尾礦排放量為1 220 000 m3及庫區原始坡度不變的情況下，礦漿排放厚度在子壩二前應為2.6 m，因此子壩二建設高度不低于2.6 m，長度為1 000 m，頂部寬度為5 m，坡比為1∶1.5。最終通過子壩二阻擋礦漿無限制的流動，將礦漿集中在子壩北側區域，降低下游壩前礦漿灘面過快抬升。

(1)子壩二建設高度、位置測量論證通過庫區測量數據表明：子壩一和子壩二壩頂平均高差6.4 m，子壩一和子壩二間礦漿面南北邊界平均高差3.8 m，加筑高度為2.6 m，子壩二在子壩一下游平均距離606 m處。此區域庫容約137.72萬m3。

(2)在子壩二的壩前匯水區域設置溢流口，溢流口采用φ350 mm管道穿越子壩二，實現有效導水，確保子壩二過水不過礦。若不設置溢流口，積水冬季冰凍，次年礦漿覆蓋，占據庫容，不利于回水利用。子壩二溢流口見圖2。

圖2 子壩二溢流口

2.2.2 原有子壩的調整

原有子壩一不加高，不能阻擋礦漿流動，在兩頭及中間分別開口一處，便于礦漿流入子壩一到子壩二間地勢較低的區域，充分利用此部分庫容。通過上述措施，改變礦漿分布狀態， 提高庫容利用。

2.3 均勻排放提高庫區礦漿堆存密度

單點輪流集中放礦，應在庫區現有8個排放點基礎上采用等周期輪流放礦，便于實現上游壩處礦漿的均勻排放。因前期排放導致庫區東側整體地勢較低，主要集中在第七排放點南北走向區域，所以第七排放點在2018年年度排放中較其他排放點應多排放一個周期，便于提高庫區東側低區域礦漿灘面，實現庫區子壩一北側整體均勻放礦。排放點排放實施計劃見表1。

排放口的改造，延長上游壩壩前排放管到礦漿灘面進行排礦，用φ350 mm鋼管及彎頭連接φ350 mm的現有排放管，到礦漿灘面距壩根1 m遠處進行放礦。減少庫區沖刷溝，提高礦漿排放后的均勻性。排放口改造效果見圖3。

表1 排放點排放實施計劃

圖3 排放口改造效果

2.4 尾礦堆密度測定

通過取樣對庫區上游側和下游側尾礦堆密度測定，第一批次：在尾礦庫區的上游側，利用沖刷溝兩側的較大斷面，去除表層浮礦，在不同標高、不同地段取樣，保證塊樣沒有明顯裂隙，具有足夠的代表性；第二批次：在尾礦庫下游側，挖掘不同取樣點，在表層以下不同標高取樣，保證塊樣沒有明顯裂隙和分層，具有足夠的代表性。

測定方法，將不規則形狀的尾礦庫塊樣利用樣鏟切削成規則立方體，稱量重量，計算體積，然后利用質量與體積的比值計算其含水分的堆密度，將礦樣烘干后計算其干礦堆密度。

庫區西北側、東北側堆密度測定結果見表2、表3，總體測定結果見表4。

表2 庫區西北側堆密度測定結果

由表2可知，庫區西北側的平均濕礦堆密度為2.095 t/m3，干密度為1.888 t/m3較設計指標1.6 t/m3高0.288 t/m3。

表3 庫區東北側堆密度測定結果

注：庫區標高是以庫區表層為0 m進行標高。

由表3可知，庫區東北側的平均濕礦堆密度為1.973 t/m3，干密度為1.778 t/m3較設計指標1.6 t/m3高0.178 t/m3。

由表4可知，總體干礦堆密度為1.83 t/m3，較設計指標高0.23 t/m3，理論庫容的服務年限增加約2 a。

表4 總體測定結果

3 結 語

白云鄂博西礦高濃度尾礦堆存技術通過優化排放實踐，不僅可以大量節約用水、保證尾礦庫安全穩定、高效運行，還能有效合理利用庫容、最大限度地延長尾礦庫的服務年限，根據優化后堆密度的測定，尾礦庫在原有基礎上延長兩年使用壽命。后期更高效的排放、運行需更深入的探索。