尾礦分級筑壩研究與工業化應用

梁國棟

（中國黃金內蒙古礦業有限公司，內蒙古 滿洲里 021400）

結合烏山現場可利用設備情況，開發可移動式旋流分級設備；開展基于移動分級設備的現場尾礦分級試驗，揭示入料壓力、沉砂嘴尺寸等對烏山尾礦分級效果的影響規律，分析溢流尾礦粒度組成及沉降特性，提出烏山膏體尾礦中分級工藝參數；在此基礎上，研究分級尾礦比例逐級增加對尾礦庫運行的作用特點，探討溢流尾礦放礦位置、放礦量等對庫內灘面沉積及回水澄清的影響規律，提出烏山膏體尾礦分級筑壩比例及相關控制參數。

基于烏山尾礦庫裝備化分級尾礦模袋法成壩試驗成果，研究移動式旋流分級設備通行條件及現場模袋隔梗路基布置方式；開展由近及遠、逐步推進式現場分級拋砂擠淤試驗，探索底層拋砂平夯增強及其它承載力提高措施，提出滿足移動分級設備移動的拋砂厚度及處理措施；在此基礎上，研究烏山膏體尾礦分級筑壩工藝，測試筑壩過程中沉砂尾礦固結沉降量與沉降時間，揭示烏山尾礦庫分級尾礦最優分層厚度與筑壩布置，明確分級尾礦壩體相關力學參數，最終形成模袋體包裹分級沉砂的烏山膏體尾礦分級分層筑壩技術。

基于以上研究成果，建立不同分級比例影響下的尾礦庫內地質概化分區模型，基于該模型，研究不同工況組合、不同堆壩高度情況下的壩體穩定性，分析筑壩過程中的水砂平衡關系及相關經濟指標，優化筑壩工藝參數及運行管理，最終形成烏山膏體尾礦分級筑壩技術。

經過本次工業試驗，取得旋流器分級筑壩分級工藝參數，明確分級尾礦壩體相關力學參數，最終形成模袋體包裹分級沉砂的烏山膏體尾礦分級分層筑壩技術。當用于規?；I筑壩時，較以往的廢石筑壩技術、模袋筑壩技術將會大大降低筑壩成本。

1 項目背景

烏山尾礦庫具有服務能力大、排放濃度高、筑壩工程量大等特點。結合尾礦庫運行現狀，當前烏山尾礦庫后期堆壩上升中仍面臨如下幾個方面的問題：

（1）尾礦排放濃度高，小于20μm的細顆粒之間因靜電作用限制了粗顆粒尾礦沉降，另外藥劑使得尾礦粘粒之間始終包裹著水膜，造成尾礦不能夠快速固結。

（2）尾礦庫堆壩時間短、上升速度快、工程量大。每年非冰凍期壩體施工時間僅5個月需完成近4km長的筑壩工程量(筑壩軸線長每年遞增），急需探索新型快速、高效、低成本堆壩工藝（廢石筑壩每年需耗資1.3億元，模袋+廢石筑壩每年耗資近5000萬元）。

（3）尾礦粘粒含量高，入庫后滲透性差，力學強度低，穩定性難以保障。

綜合以上因素，高寒地區膏體尾礦安全快速筑壩已成為烏山礦建設運行的一大難題，亟需開展與膏體尾礦特性及周邊環境相適應的、其排放規劃、壩體結構、筑壩方法相互協同的、且能有效實現烏山膏體尾礦安全、高效、低成本的筑壩工藝及安全控制技術。本次試驗研究主要探索分級尾礦筑壩在烏山尾礦庫運用的可行性[1-3]。

2 項目技術內容

現場工業試驗擬采用移動式旋流站開展烏山膏體尾礦分級筑壩現場試驗。筑壩方式采用裝備化模袋作埂聯合分級尾砂充填，其中，分級尾砂模袋作梗部分采用模袋法自動筑壩裝備進行充灌筑壩，分級尾砂充填部分采用移動式旋流站進行分級筑壩。

后經過會議討論，確定以烏山現有設備為基礎，對上述移動式旋流站設備系統進行改進；模袋充灌采用原尾礦充灌。

現場實驗數據：

（1）灘面尾礦取樣檢測（30個點位，檢測其十字板強度、含水量）。

（2）灘面尾礦原狀樣取樣檢測（2個點位，檢測其密度、含水量）。

（3）旋流分級工藝參數研究試驗檢測（選取40%、45%、50%三種給量濃度工況下檢測其底流產率，和底流沉砂含水量、十字板強度值隨時間的變化規律）。

（4）尾礦細度產率，選取某一時間段內實驗數據，計算-200目細度產率。

（5）濃度產率，計算公式：

計算三種光況下的濃度產率及每日的濃度產率與實驗條件的相關規律。

（6）底流沉沙含水量、粒度變化分布規律（選取4個點位，檢測試驗周期內濃度、含水量、-200目細度、-325目細度百分比含量及規律）。

實驗結論：

（1）本次試驗所得到的尾砂粒級+200目含量在75%～80%適合于分級筑壩所要求的粒徑。

（2）受所選用設備影響本次分級筑壩試驗的尾砂產率適中在35%左右，可以通過選用小直徑的旋流器解決。

（3）此實驗在發現和解決未來分級筑壩問題提供了方向，尤其在旋流器移動、運行參數、溢流管放礦方式等都獲得了一定經驗。

3 主要技術創新點

烏山二期尾礦庫建設之初，由于沒有成功的尾礦膏體筑壩先例，設計院為了設計的安全與可靠性，采用了“一次性筑壩、分期施工”的下游法廢石筑壩方案，壩料為采場剝離廢石。服務年限16.5年，筑壩費用21.51億元，平均每年筑壩費用高達1.3億元。

2016年10月中旬，烏山采用大池田法尾礦膏體筑壩法加高堆積壩5m（770m-775m）。

2017年5月～2018年4月，完成了775m-785m標高模袋+廢石聯合筑壩段，總堆積壩高度10m。

2016年筑壩費用較原設計平均每年筑壩費用低8563.3萬元（約4500萬元）；2017年筑壩10m高的費用較原設計筑壩費用低21960.84萬元（約4000萬元）。

采用旋流器分級筑壩技術將比以往的筑壩工程費用更加低廉，這也是進行本次工業試驗的初衷。

目前國內將旋流器分級筑壩技術運用到工業領域的都是小型礦山，在大型礦山還沒有先例。如果烏山將旋流器分級筑壩技術運用到尾礦筑壩，前景和影響力都十分可觀。

4 經濟效益

以785m～790m標高模袋筑壩工程為例，模袋工程量約208.56萬m3，邊角廢石筑壩工程量約10.1萬m3（設計由吉林長春黃金設計院出具）。

（1）采用模袋+廢石筑壩技術所需費用：

模袋工程量：208.56萬m3，廢石工程量：10.1萬m3；模袋筑壩每m3單價26.8元；廢石筑壩每m3單價17元。

總筑壩費用=208.56＊26.8+10.1＊17=5761.1萬元。

（2）采用旋流器分級筑壩技術所需費用：

旋流器分級筑壩技術工程量：145.5萬m3；模袋筑壩技術工程量73.16萬m3；旋流器分級筑壩技術設備、材料費估算：350萬元；旋流器分級筑壩技術人工費：每臺套旋流器組2人/班，4版兩倒制（18臺套），每臺套給料泵配3人/班，四班兩倒制（2臺套），管路巡檢配備3人/班，四班兩倒制。合計180人，按工時費200元/天、無霜期150天工期計算，人工費約540萬；電費：200KW給料泵電機2臺，20KW攪拌器電機2臺，附屬照明設施總功率20KW。電費合計約28.8萬KW，當地工業用電0.5元/KW。電費約15萬元。

旋流器分級筑壩總費用=350+540+15=905萬元。

模袋筑壩費用=73.16＊26.8=1960.69萬元。

合計筑壩總費用2865.69萬元。

（3）節約成本約=5761.1-2865.69=2904.41萬元。

5 結論

（1）基于烏山尾礦庫裝備化分級尾礦模袋法成壩試驗成果，研究移動式旋流分級設備通行條件及現場模袋隔梗路基布置方式；開展由近及遠、逐步推進式現場分級拋砂擠淤試驗，探索底層拋砂平夯增強及其它承載力提高措施，提出滿足移動分級設備移動的拋砂厚度及處理措施；在此基礎上，研究烏山膏體尾礦分級筑壩工藝，測試筑壩過程中沉砂尾礦固結沉降量與沉降時間，揭示烏山尾礦庫分級尾礦最優分層厚度與筑壩布置，明確分級尾礦壩體相關力學參數，最終形成模袋體包裹分級沉砂的烏山膏體尾礦分級分層筑壩技術。

（2）基于以上研究成果，建立不同分級比例影響下的尾礦庫內地質概化分區模型，基于該模型，研究不同工況組合、不同堆壩高度情況下的壩體穩定性，分析筑壩過程中的水砂平衡關系及相關經濟指標，優化筑壩工藝參數及運行管理，最終形成烏山膏體尾礦分級筑壩技術。

（3）經過本次工業試驗，取得旋流器分級筑壩分級工藝參數，明確分級尾礦壩體相關力學參數，最終形成模袋體包裹分級沉砂的烏山膏體尾礦分級分層筑壩技術。當用于規?；I筑壩時，較以往的廢石筑壩技術、模袋筑壩技術將會大大降低筑壩成本。

（4）采用模袋+廢石筑壩技術所需費用為5761.1萬元；采用旋流器分級筑壩技術所需費用為2865.69萬元。所以節約成本約=5761.1-2865.69=2904.41萬元。