某礦山尾礦庫筑壩工藝優(yōu)化實踐

米振清 周 詠 田艷紅

（河鋼集團礦業(yè)公司司家營北區(qū)分公司）

某礦山屬“鞍山式”沉積變質(zhì)鐵礦床，礦石類型主要為赤鐵石英巖和磁鐵石英巖兩大類，淺部為赤鐵礦石，深部為磁鐵礦石。設(shè)計生產(chǎn)能力為年處理鐵礦石1 500 萬t，年產(chǎn)鐵精粉480 萬t，年產(chǎn)尾礦1 020 萬t，尾礦經(jīng)14 km 管路輸送至尾礦庫。尾礦庫由東溝和西溝組成，堆積標高在未達到69 m以前，西溝和東溝單獨使用，當堆積標高達到69 m時，東溝和西溝合為一個溝，尾礦庫設(shè)計最終堆積標高為128 m，總庫容達到8 714 萬m3。

自投入運行后，受尾礦粒度細、黏粒含量多的影響，庫內(nèi)沖積灘面為淤泥狀沉積體，灘面始終處于飽和狀態(tài)，坡度小，滲透性差，汛期無法保證尾礦庫安全，嚴重縮短14 km 回水管道以及尾礦庫的使用壽命。同時廢石筑壩費用高，實施難度大，必須研究用尾礦砂筑壩代替廢石筑壩的可行性。為此，該礦山進行了尾礦庫筑壩試驗研究。

1 尾礦性質(zhì)分析

開采初期，處理礦石為表層氧化礦，尾礦粒度非常細。隨著采掘進度的推進，表層氧化礦逐步減少，但是受礦石結(jié)晶粒度細的影響，為達到最理想的選礦指標，必須提高磨礦細度，又產(chǎn)生了大量的次生礦泥。種種因素導(dǎo)致尾礦一直不能正常沉積，影響壩體穩(wěn)定性。尾礦粒度分析見表1。

由表1 可見：尾礦中+0.074 mm 粒級含量19.13%，粒度偏細；-0.025 mm 粒級的礦泥含量達到54.43%，主要為懸浮質(zhì)和流動質(zhì)顆粒，難以沉降，呈淤泥狀，形成的沉積灘承載力低，坡度不足0.2%。

2 試驗研究方案

根據(jù)尾礦性質(zhì)及沉降影響因素分析，結(jié)合行業(yè)內(nèi)尾礦庫筑壩方式，該礦山先后進行了添加絮凝劑筑壩、旋流器筑壩、旋流器加池填法筑壩試驗研究。

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2.1 分散放礦過程添加特殊絮凝劑研究

經(jīng)考察，進行分散放礦過程中添加尾礦庫專用絮凝劑的試驗室研究及工業(yè)應(yīng)用，通過絮凝劑的化學干預(yù)，加快尾礦的沉積速度和清水析出速度，實現(xiàn)固液分離，有效形成干灘［1］。絮凝劑類型KTC-190125SH，藥劑配置濃度0.25‰，試驗室試驗濃度為47.8%。試驗結(jié)果見表2。

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由表2試驗結(jié)果可見，在一定范圍內(nèi)隨著藥劑用量的提高，礦漿沉降固結(jié)效果明顯提高，在較短時間內(nèi)能夠析出大量清水，但藥劑用量超過90 g/t 后，受絮凝劑保水性能的影響，析出水量有所下降。

根據(jù)試驗室試驗結(jié)果，在尾礦庫進行半工業(yè)試驗。在西壩南側(cè)山體平臺上增設(shè)1套藥劑配置裝置，通過螺桿加壓泵將藥劑輸送至放礦管路中。經(jīng)生產(chǎn)試驗，通過藥劑用量調(diào)整，400 m 內(nèi)沉積灘坡度可控制在0.5%至1%，沉積灘長度能夠滿足汛期防洪要求，澄清液清澈，也能夠滿足選礦廠回水要求。委托大連理工大學對沉積灘尾礦的物理力學指標進行測試，結(jié)果表明，添加絮凝劑后，形成的沉積灘滲透性變差，滲透系數(shù)仍在5～10 cm/s 量級，且壓縮模量變小，沉積灘承載力低，難以從根本上解決后期壩體穩(wěn)定性問題。

2.2 旋流器筑壩試驗

旋流器筑壩法是將尾礦礦漿通過旋流器進行強制分離后，顆粒較粗的沉砂用于堆筑子壩，將溢流排放至庫內(nèi)的一種筑壩工藝［2］。根據(jù)尖山鐵礦旋流器筑壩經(jīng)驗，對原有系統(tǒng)進行改造，采用FX250 脫泥型旋流器組進行旋流器筑壩半工業(yè)試驗。試驗內(nèi)容如下。

（1）對回水系統(tǒng)進行改造。原回水泵為用4備3，在其中2 臺備用泵上增設(shè)三通，連接至尾礦輸送管路，既可用于回水，又可用于筑壩時尾礦稀釋。

（2）在東壩、西壩南側(cè)山坡的高點平臺設(shè)置2 組旋流器組，每組15臺，將稀釋后礦漿給入旋流器組進行分級，細顆粒溢流通過管路沿庫區(qū)南側(cè)山溝直接排入庫內(nèi)，粗顆粒沉砂在造漿箱內(nèi)加水稀釋，通過渣漿泵輸送至放礦管路筑壩。

（3）通過旋流器開啟臺數(shù)控制給礦壓力，給礦壓力0.15 MPa，試驗結(jié)果見表3。

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由表3 試驗結(jié)果可見，給礦濃度為40%時，沉砂中+0.074 mm、+0.025 mm 含量較高，利于筑壩，但是沉砂產(chǎn)率僅24.67%，會極大的延長筑壩時間。綜合考慮沉砂粒度和產(chǎn)率，選擇35%濃度進行旋流器筑壩。

為確定44.73%產(chǎn)率的旋流器沉砂是否滿足壩體穩(wěn)定性要求，對沉砂的相關(guān)指標進行了委托測試，測試結(jié)果見表4、表5所示。

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由表4 可見，沉砂的滲透性已經(jīng)到10-4量級，內(nèi)摩擦力和黏聚力指標較為理想，可保證尾礦砂快速排水和固結(jié)。根據(jù)表4 數(shù)據(jù)對壩體的穩(wěn)定性進行計算，結(jié)果見表5。

由表5計算結(jié)果可見，壩體穩(wěn)定性計算值均高于規(guī)范安全系數(shù)，旋流器沉砂筑壩可滿足壩體穩(wěn)定性要求。

2.3 旋流器加池填法筑壩應(yīng)用

在旋流器法應(yīng)用后，雖然沉積灘坡度和滲透系數(shù)均滿足筑壩要求，但是二期子壩筑壩過程中發(fā)現(xiàn)，部分沉砂隨漫流至庫區(qū)內(nèi)，損失量較大，導(dǎo)致筑壩進度慢，筑壩周期超過4個月。

為了減少沉砂損失量，三期子壩砌筑采用了旋流器加池填法筑壩。在尾礦庫干灘上用水陸兩用挖掘機修砌圍堰，形成沿壩體方向長42 m、寬25 m、高3 m 的池子，池子末端預(yù)埋鐵管。將旋流器沉砂排入池子，粗顆粒沉降堆積，細顆粒和水經(jīng)預(yù)埋鐵管排入庫區(qū)。待池子排滿固結(jié)后，再繼續(xù)加高3 m 圍堰排入尾砂，最終形成6 m 高壩體，依次修砌圍堰排礦，直至整個壩體砌筑完成。

3 旋流器加池填法筑壩應(yīng)用效果

采用旋流器加池填法筑壩方法后，沉積灘坡度由0.2%提高至0.5%，壩前100 m 滲透系數(shù)達10-4cm/s 量級，力學指標較之前有了很大的提高，壩體穩(wěn)定性滿足安全生產(chǎn)要求［3-5］；庫區(qū)蓄水深度得到增大，尾礦回水清澈，水質(zhì)滿足選礦廠回用要求；筑壩時間由4 個月縮短至2 個月，減少了設(shè)備租賃、柴油消耗等支出，筑壩費用由140 萬元降低至60 萬元。

4 結(jié) 論

（1）使用KTC-190125SH 型絮凝劑筑壩，可有效控制沉積灘坡度，但是其滲透性變差、承載力低，難以解決壩體穩(wěn)定性問題。

（2）單獨采用旋流器法筑壩，在給礦壓力0.15 MPa、濃度35%的條件下，沉砂滲透系數(shù)、內(nèi)摩擦力、黏聚力等各項指標良好，沉積灘坡度滿足要求，但是存在沉砂損失、筑壩周期長的缺點。

（3）采用旋流器加池填法筑壩，各項指標均滿足安全生產(chǎn)要求，且可將尾礦庫筑壩周期縮短一半，極大地降低了筑壩費用，對同類礦山有較強的推廣應(yīng)用價值。