大塔沖尾礦庫前期低濃度尾礦漿堆積尾礦沉積規律研究

許漢華 何向榮 王光進 眭素剛 夏源

摘?要：本文介紹了大塔沖尾礦庫前期低濃度尾礦漿堆積尾礦特征，該尾礦庫低濃度尾礦漿堆積尾礦的沉積規律、物理力學指標等符合上游法堆積尾礦的一般沉積規律，其強度指標能滿足尾礦庫正常生產及繼續堆積。但在尾礦濃度、生產方式改變后，需進行尾礦堆積規律及強度的研究分析，確保尾礦壩的穩定。研究數據能為尾礦庫的相關勘察、設計、施工、評價及運行管理提供技術支撐。

關鍵詞：尾礦漿;低濃度;堆積尾礦特征;沉積規律;大塔沖尾礦庫

我國冶金、化工、有色、核工業等行業的礦山建設過程中，建設尾礦庫一般均采用上游法堆壩形成壩體，用以減少工作量，可極大降低尾礦庫建設投資[1]。尾礦庫工程為系統工程，包含采礦選礦等專業，涵蓋水力學、土力學、穩定性綜合分析體系、筑壩工藝技術、病患綜合防治技術等學科背景，壩體材料為一種復雜介質，受到沉積作用、筑壩工藝、排礦方法、水力沖刷等的控制，其滲流特性和靜動力特性等會隨顆粒組成、時間、空間而發生相應變化[2]。為了得到尾礦沉積規律，勘察設計工程師、科研工作者開展了大量的現場試驗、室內試驗、數值模擬等大量工作。田莉梅等[3]基于現場沉積灘面及鉆孔尾礦取樣進行室內篩分、滲透試驗，獲得了上游式尾礦顆粒在庫內的沉積特征及規律，構建了上游式尾礦庫流-固耦合數學模型，獲得了壩體的應力場及孔隙壓力的分布規律。王光進等[4]基于某高尾礦壩，闡述了壩體組成結構及尾礦沉積特征規律，探究了各種工況下的壩體穩定性，并提出了壩體災害的相應綜合防治措施。

1 低濃度尾礦漿沉積規律

粒度、尾礦性質、礦漿濃度和排放形式影響堆積尾礦沉積規律。尾礦液出排放口后，就于灘面上形成扇形漫流區，流速減小，在重力作用下主要以中粗砂和細砂的粗粒尾礦在壩前的扇形區優先沉積，其次為粉砂，接著為粉土，最后黏粒一般在靜水區沉積為懸浮質[5]。據砂樣試驗結果，低濃度尾礦漿堆積尾礦成分主要為尾粉砂、尾粉土、尾粉質黏土，尾礦堆積壩前主要為尾粉砂，不斷向庫內延伸，尾粉土、尾粉質黏土不斷增多，說明尾礦沉積宏觀上具有上粗下細、壩前粗庫尾細的規律，在微觀上普遍分布著粗細相間的互層、夾層、交錯層，尾礦在結構上總體表現為各向異性、不均一性，符合上游法尾礦庫水流沉積尾礦的沉積規律及特征[6]。

2 堆積尾礦物理性質

根據勘察對堆積壩上的尾粉砂、尾粉土、尾粉質黏土所進行的物理性質試驗統計，其結果如表1所示。

從表1中我們可以得出以下結論：尾礦的比重較大，這和尾礦所含的礦物成分有關系，尾礦的質量密度、干密度值較大，比重、干密度隨粒度變小而變小，而質量密度和含水量關系密切，水位以上相對較小[7]。

3 堆積尾礦的力學性質

根據對尾礦的抗剪強度進行的各種方法的試驗結果，抗剪強度試驗結果如表2所示，固結試驗結果如表3所示：

從表2中我們可以得出以下結論：在上述的抗剪強度試驗成果中，尾粉砂的φ值較大，尾粉土次之，尾粉質黏土由于呈可塑至軟塑狀態抗剪強度較小[7]。

從表3中我們可以得出以下結論，顆粒由粗到細其變形模量由大逐漸變小，壓縮模量隨土的顆粒組成有關聯，土體易壓密實，粉質黏土均呈軟～可塑狀態。

4 堆積尾礦滲透性

（1）根據對尾礦砂堆積體中的垂直滲透性試驗，滲透試驗結果統計如表4所示：

從表4中可以看出尾粉砂的滲透系數k要大于尾粉土。尾粉砂為中等透水層，尾粉土為弱透水層。

（2）為得到尾礦砂沉積灘面的滲透性，在各沉積灘面取淺層砂樣進行滲透試驗，試驗結果統計如表5所示：

從上表可見，尾礦中水平滲透系數遠大于垂直滲透系數，這與尾礦砂沉積體中夾薄層、微薄層黏土有關，也即與尾礦的沉積規律及方式有關。

5 結語

本尾礦庫低濃度尾礦漿堆積尾礦的沉積規律、物理力學指標等符合上游法堆積尾礦的一般沉積規律，其強度指標能滿足尾礦庫正常生產及繼續堆積。但在尾礦濃度、生產方式改變后，需進行尾礦堆積規律及強度的研究分析，確保尾礦壩的穩定。

對于低濃度尾礦漿堆積的尾礦，根據以上分析可以看出其物理性有如下特點：

（1）從顆粒級配上來看，壩前尾礦的中間粒徑（d30）處于0.05～0.075mm之間，平均粒徑（d50）均處于0.075～0.25mm之間，表明壩前尾礦粒組以粗粒級尾礦為主，尾礦顆粒集中在粉砂粒～細砂粒段，巖性定名基本為粉砂。

灘面尾礦的中間粒徑（d30）處于0.01～0.05mm之間，平均粒徑（d50）均處于0.05～0.075mm之間，表明壩前尾礦粒組以中～粗粒級尾礦為主，尾礦顆粒集中在粗粉粒～粉砂粒段，巖性定名基本為粉土。

從壩前—灘面，尾礦粒組變化和分級明顯，表明傳統上游法低濃度尾礦漿堆積的尾礦具有較好的分選性。

（2）從含水率上來看，壩前位置與灘面位置上的指標變化較明顯，主要表現在含水率數值上具有較大的差別，壩前位置尾礦的含水率小于灘面尾礦的含水率。

（3）孔隙比：壩前位置尾礦的孔隙比與灘面上尾礦的孔隙比略大，這是壩前尾礦為粉砂，均勻好，而級配差導致孔隙比大，灘面尾礦以粉土為主，其級配相對比粉砂稍好，導致孔隙比較粉砂略小。

（4）密度上壩前尾礦比灘面尾礦略小。這是壩前尾礦為粉砂孔隙比大所致;反之灘面尾礦粉土孔隙比較粉砂略小而致密度比粉砂略大。比重方面粉砂與粉土基本相當。

（5）由于尾礦顆粒相對較粗，分選性好，尾礦的滲透系性較高，表現為粉砂的垂直滲透系數在5.28×10-4～5.61×10-4cm/s之間，粉土的垂直滲透系數在2.73×10-4～7.73×10-4cm/s之間，表明傳統上游法堆積的尾礦無論粉砂還是粉土均具弱透水性，符合一般規律。

（6）飽和度及含水率方面，壩前尾礦的指標比灘面尾礦的指標低，這是砂類土和粉土在粒級上的差別所致，符合一般規律。

（7）從統計結果看，傳統上游法堆積的尾礦無論壩前位置尾礦及灘面上尾礦，其含水率數值均較小。粉土的含水率數值與液限數值差為3～5，表明尾礦在稠度上屬于潮濕～中濕狀態，也即屬于可塑～硬塑狀態。

由上文分析可知低濃度尾礦漿堆積尾礦的力學指標有如下特點：

（1）低濃度尾礦漿堆積尾礦具中等～低壓縮性;

（2）抗剪強度指標方面：粉砂的直剪快剪抗剪強度指標略小于直剪固結快剪抗剪強度指標，但較為接近;粉土的直剪快剪抗剪強度指標與直剪固結快剪抗剪強度指標基本相當。僅存在直剪快剪粘聚力c值稍小于固結快剪粘聚力c值，表明傳統上游法堆積的尾礦在干灘地段固結程度較好。

（3）壩前位置尾礦的抗剪強度指標與灘面尾礦的抗剪強度指標基本相當，表明尾粉砂和尾粉土在粘粒含量和固結程度方面較相近。

參考文獻：

[1]顏學軍.上游法尾礦堆筑壩壩體沉積規律探討[J].稀有金屬與硬質合金，2008（02）：54-58.

[2]陳殿強，王來貴.尾礦庫工程及加高過程力學特性研究[M].遼寧科學技術出版社，2011.

[3]田莉梅，屈春來，張景華.上游式尾礦庫顆粒沉積規律及壩體滲流場分析[J].金屬礦山，2017（05）：60-64.

[4]王光進，孔祥云，楊春和，張超.尾礦高壩的邊坡穩定性研究[J].礦冶，2013，22（01）：1-5.

[5]余紹維，孫華，王兆昌，樊懷華，張鷹.上游法尾礦壩堆積尾礦的沉積規律與尾礦堆積壩管理的相關關系[J].中國新技術新產品，2013（06）：175-177.

[6]劉超，劉文連，樊亞紅.高濃度尾礦沉積規律研究[J].價值工程，2016，35（23）：172-174.

[7]夏源.尾礦壩的三維穩定性與可靠度分析[D].昆明理工大學，2018.

作者簡介：許漢華（1989—?），男，福建龍巖永定人，工程師，畢業于中國地質大學（武漢）地質學基地班，長期從事巖土工程勘察、設計、施工及地質災害治理等相關方面工作。