露天采場尾泥固化試驗及工程實踐

摘要：本文以鳳凰山礦業公司實施尾泥固化頂目的背景為前提，簡要介紹了尾泥固化的原理、目標和實驗室試驗情況，通過其在露天采場的應用實踐，著重闡述了尾泥固化項目的工藝流程、施工方法步驟以及取得的實際效果，具有一定的借鑒價值和現實意義。

關鍵詞：尾泥固化 固化劑 露天采場

鳳凰山礦業公司露天采場回填復墾一期工程尾泥排放點是露天開采回收Ⅱ#礦體殘礦形成的采坑，該采坑呈圓形山谷狀，谷底高程-18.4m，谷頂高程約+70.0m，坡度約35°。一期排尾工程自2009年10月20日開始至2011年2月，采坑內尾泥堆積體積約12×104m3。現尾泥排放液位已達+13m水平，液面面積達10000m2，谷底尾砂厚約30.9米。

一期排尾工程輸送的是細顆粒成分的尾泥，伴有大量選礦尾水。為勘察尾泥沉降情況，鳳凰山礦業公司委托銅陵有色金地勘察分公司于2010年12月進行了現場勘探，從提交的巖土工程勘察報告分析認為，經過近一年的排尾淤積，在自重壓力固結下僅坑底部約3m厚的尾粘質粉土呈稍密狀態，其上淤泥質土和淤泥仍為飽和流塑狀，特別是表層為20m厚的浮泥，平均體積濃度5.6%（重量濃度為15%），總量約10萬m3，呈稀泥漿狀的流體狀態。尾泥中的水分極容易沿采坑邊幫的節理、裂隙滲入井下，存在井下突水突泥等重大安全隱患。

1 尾泥固化室內試驗

1.1 尾泥固化的原理。新型高科技固化劑與土結合發生化學反應（類似水泥與沙石水化反應形成混凝土），尾礦固化劑是利用粘土礦物表面吸附的堿金屬、堿土金屬成分，通過系統的化學反應，充分利用粘土礦物表面吸附的堿金屬、堿土金屬與某些外加成分發生化學反應，以生成大量化學惰性大、非溶性的膠體結石成分、結石結晶水化物的結石材料。

1.2 尾泥固化的目標。鳳凰山礦業公司選礦廠出來尾砂經過分級，粗顆粒尾砂一部分充填至井下采空區，另一部分外埋，剩余濃度較低的細顆粒尾砂沒有采用任何處理措施排至露天采坑，該尾砂粒度較細，尾水溢流難度大，尾砂沉降困難。這樣，排至露天坑內粒度極細的尾泥只有較小一部分在露天坑底緩慢沉淀，絕大部分長期懸浮在水中，這種流體一旦泄漏，就會給井下的安全生產帶來極大的威脅。尾礦固化處理就是在一定濃度條件下的尾礦（泥）中添加適量的固化劑進行攪拌混合，將流動度大的尾礦（泥）固化成較為板結穩定的實體。

1.3 室內試驗。2010年12月末至2011年元月初，在鳳凰山礦業公司選礦試驗室進行了尾泥固化試驗，試驗分為兩個步驟：一是將現有的4-15%尾礦漿濃密至35-40%的濃度，通過加入不同量的固化劑與不同種絮凝劑的調配找出最優的濃密效果及最佳配比；二是將濃密的高濃度底流按不同的強度要求試驗出最優的固化劑添加量，滿足成本低的要求。室內試驗主要結果是：①對于濃度為30%、35%、40%、45%的底流，分別加入不同固化劑及不同灰砂比進行試驗。②在相同條件下，1：10的水泥固化效果比1：20的水泥固化效果好。③工業試驗按尾泥濃度40%、流量30m3/h，灰砂比1：20來配置攪拌、輸送等設施及液位、濃度、流量等計量自動控制儀表系統。

2 尾泥固化工程實踐

2011年5月，鳳凰山礦業公司本著投資省、見效快和操作簡單的原則，決定對Ⅱ#礦體露天坑內的已排入尾泥，采用就地噴射固化劑滲透尾泥中的方案進行固化施工。

2.1 工藝流程簡介。將固化劑儲存于水泥倉中，通過下端葉輪給料機加入氣體輸送泵，經管道輸送至露天采坑液面工作浮船，由移動式電動卷揚拖動浮船按一定順序，對尾泥漿噴射固化劑，分次噴射、循環作業。

2.2 施工前準備工作。①固化劑選用。選用強度等級為32.5的普通硅酸鹽水泥為固化劑，要求無結塊且新鮮，細度要求有95%的量能通過80μm方孔篩。用量暫訂為20t。②施工機具及材料準備。圍繞上述工藝流程和安全技術要求，準備尾泥固化施工機具（見表一）和材料用量，水泥輸送裝置通過對外招標的形式，確定由銅陵方圓計量器具有限責任公司為制作商。

③技術準備。鳳凰山礦業公司技術部門根據與銅陵方圓計量器具有限責任公司簽訂的技術協議，進行了有關設計工作，明確了水泥倉、除塵器、水泥給料機、計量螺旋及電控柜的具體型號規格，對水泥倉基礎條件施工提出了具體的技術要求。

2.3 施工步驟。自2011年10月起，以Ⅱ#礦體露天采坑為對象進行了尾泥固體現場施工，可分為如下3個步驟：①基礎條件施工。組織施工水泥倉基礎（開挖φ5000

mm、深1000mm圓形槽，灌漿量19.67m3），澆筑用于固定電動卷揚機的混凝土方垛（9m3），并進行養護。②設備吊裝及管線敷設。將施工材料及機具拖運進場，吊裝浮船、水泥倉、儲氣灌、氣體輸送機等，并敷設輸灰軟管、安裝電控裝置和夜間探照燈等。③固化施工操作。首先，在攔水壩坡頂面間隔一定距離分別將2臺J型電動卷揚機固定在混凝土方垛上（便于移動）。然后，在尾泥坑邊幫間隔50m施工固定楔（打2.5m螺紋鋼錨桿），在兩固定楔之間聯結1根起重鐵鏈，將滑輪掛在鐵鏈上劃定噴射位置。一般循環噴射三次，在第二次噴射結束后，在液面上鋪設塑料土工格柵，起加強筋作用。經一年的現場施工，截止2012年10月底，已完成固化劑噴射量2000t、液面土工格柵鋪設面積9800m2。固化劑噴頭及固化施工操作如圖一、二所示。

2.4 現場施工效果。2012年元月31日，鳳凰山礦業公司對現場坑底尾泥固化情況進行了取樣，送銅陵有色金地勘察有限公司試驗室檢測，檢測結果基本達到固化方案上的要求，檢測報告摘要如下：

“土工試驗結果表明，送檢的土樣含水率大，平均值為108.9%，濕密度平均值為1.34g/cm3，天然孔隙比e0平均值為3.592，壓縮模量Es1-2平均值為6.247MPa。根據土工試驗結果判斷，該場地土原為流泥狀，可像水一樣流動。水泥固化后，送檢的土樣具有一定的強度，骨架為水泥的尾泥固化后組成的，但孔隙率大，孔隙內充滿水和少量的尾泥，但不易流動。”

3 結語

因鳳凰山礦業公司相思谷尾礦庫2008年停用，決定將露天采場（淺部資源接近枯竭）作為尾砂庫使用，而露天采場地下仍處于采掘階段，在對一年來排放尾泥作了現場勘察，得出表層有20m厚的浮泥，呈稀泥狀的流體狀態后，為確保尾砂坑穩定，不對地下正在開采的礦井產生滲透隱患，鳳凰山礦業公司決定對露天尾泥坑進行固化處理。對此厚度及庫容的尾泥進行固結處理，一方面消除了尾泥排放所帶來的安全隱患、確保了礦山生產持續發展，另一方面是取得了尾泥固化的先進經驗，具有一定的借鑒價值和現實意義。

參考文獻：

[1]楊曉鵬.LZSS土壤固化劑固化土基層施工[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2009（01）.

[2]張巖波.制導光纖粘結劑特性研究[J].價值工程，2012（25）.

[3]王志鵬，謝眾，李龍，李瑞，魏浩，劉連河.不同固化劑對環氧樹脂的性能影響[J].全面腐蝕控制，2013（12）.

作者簡介：

楊鐮（1964-），男，安徽懷寧人，雙大專，采礦工程師，從事露天采場作業管理工作。endprint

摘要：本文以鳳凰山礦業公司實施尾泥固化頂目的背景為前提，簡要介紹了尾泥固化的原理、目標和實驗室試驗情況，通過其在露天采場的應用實踐，著重闡述了尾泥固化項目的工藝流程、施工方法步驟以及取得的實際效果，具有一定的借鑒價值和現實意義。

關鍵詞：尾泥固化 固化劑 露天采場

鳳凰山礦業公司露天采場回填復墾一期工程尾泥排放點是露天開采回收Ⅱ#礦體殘礦形成的采坑，該采坑呈圓形山谷狀，谷底高程-18.4m，谷頂高程約+70.0m，坡度約35°。一期排尾工程自2009年10月20日開始至2011年2月，采坑內尾泥堆積體積約12×104m3。現尾泥排放液位已達+13m水平，液面面積達10000m2，谷底尾砂厚約30.9米。

一期排尾工程輸送的是細顆粒成分的尾泥，伴有大量選礦尾水。為勘察尾泥沉降情況，鳳凰山礦業公司委托銅陵有色金地勘察分公司于2010年12月進行了現場勘探，從提交的巖土工程勘察報告分析認為，經過近一年的排尾淤積，在自重壓力固結下僅坑底部約3m厚的尾粘質粉土呈稍密狀態，其上淤泥質土和淤泥仍為飽和流塑狀，特別是表層為20m厚的浮泥，平均體積濃度5.6%（重量濃度為15%），總量約10萬m3，呈稀泥漿狀的流體狀態。尾泥中的水分極容易沿采坑邊幫的節理、裂隙滲入井下，存在井下突水突泥等重大安全隱患。

1 尾泥固化室內試驗

1.1 尾泥固化的原理。新型高科技固化劑與土結合發生化學反應（類似水泥與沙石水化反應形成混凝土），尾礦固化劑是利用粘土礦物表面吸附的堿金屬、堿土金屬成分，通過系統的化學反應，充分利用粘土礦物表面吸附的堿金屬、堿土金屬與某些外加成分發生化學反應，以生成大量化學惰性大、非溶性的膠體結石成分、結石結晶水化物的結石材料。

1.2 尾泥固化的目標。鳳凰山礦業公司選礦廠出來尾砂經過分級，粗顆粒尾砂一部分充填至井下采空區，另一部分外埋，剩余濃度較低的細顆粒尾砂沒有采用任何處理措施排至露天采坑，該尾砂粒度較細，尾水溢流難度大，尾砂沉降困難。這樣，排至露天坑內粒度極細的尾泥只有較小一部分在露天坑底緩慢沉淀，絕大部分長期懸浮在水中，這種流體一旦泄漏，就會給井下的安全生產帶來極大的威脅。尾礦固化處理就是在一定濃度條件下的尾礦（泥）中添加適量的固化劑進行攪拌混合，將流動度大的尾礦（泥）固化成較為板結穩定的實體。

1.3 室內試驗。2010年12月末至2011年元月初，在鳳凰山礦業公司選礦試驗室進行了尾泥固化試驗，試驗分為兩個步驟：一是將現有的4-15%尾礦漿濃密至35-40%的濃度，通過加入不同量的固化劑與不同種絮凝劑的調配找出最優的濃密效果及最佳配比；二是將濃密的高濃度底流按不同的強度要求試驗出最優的固化劑添加量，滿足成本低的要求。室內試驗主要結果是：①對于濃度為30%、35%、40%、45%的底流，分別加入不同固化劑及不同灰砂比進行試驗。②在相同條件下，1：10的水泥固化效果比1：20的水泥固化效果好。③工業試驗按尾泥濃度40%、流量30m3/h，灰砂比1：20來配置攪拌、輸送等設施及液位、濃度、流量等計量自動控制儀表系統。

2 尾泥固化工程實踐

2011年5月，鳳凰山礦業公司本著投資省、見效快和操作簡單的原則，決定對Ⅱ#礦體露天坑內的已排入尾泥，采用就地噴射固化劑滲透尾泥中的方案進行固化施工。

2.1 工藝流程簡介。將固化劑儲存于水泥倉中，通過下端葉輪給料機加入氣體輸送泵，經管道輸送至露天采坑液面工作浮船，由移動式電動卷揚拖動浮船按一定順序，對尾泥漿噴射固化劑，分次噴射、循環作業。

2.2 施工前準備工作。①固化劑選用。選用強度等級為32.5的普通硅酸鹽水泥為固化劑，要求無結塊且新鮮，細度要求有95%的量能通過80μm方孔篩。用量暫訂為20t。②施工機具及材料準備。圍繞上述工藝流程和安全技術要求，準備尾泥固化施工機具（見表一）和材料用量，水泥輸送裝置通過對外招標的形式，確定由銅陵方圓計量器具有限責任公司為制作商。

③技術準備。鳳凰山礦業公司技術部門根據與銅陵方圓計量器具有限責任公司簽訂的技術協議，進行了有關設計工作，明確了水泥倉、除塵器、水泥給料機、計量螺旋及電控柜的具體型號規格，對水泥倉基礎條件施工提出了具體的技術要求。

2.3 施工步驟。自2011年10月起，以Ⅱ#礦體露天采坑為對象進行了尾泥固體現場施工，可分為如下3個步驟：①基礎條件施工。組織施工水泥倉基礎（開挖φ5000

mm、深1000mm圓形槽，灌漿量19.67m3），澆筑用于固定電動卷揚機的混凝土方垛（9m3），并進行養護。②設備吊裝及管線敷設。將施工材料及機具拖運進場，吊裝浮船、水泥倉、儲氣灌、氣體輸送機等，并敷設輸灰軟管、安裝電控裝置和夜間探照燈等。③固化施工操作。首先，在攔水壩坡頂面間隔一定距離分別將2臺J型電動卷揚機固定在混凝土方垛上（便于移動）。然后，在尾泥坑邊幫間隔50m施工固定楔（打2.5m螺紋鋼錨桿），在兩固定楔之間聯結1根起重鐵鏈，將滑輪掛在鐵鏈上劃定噴射位置。一般循環噴射三次，在第二次噴射結束后，在液面上鋪設塑料土工格柵，起加強筋作用。經一年的現場施工，截止2012年10月底，已完成固化劑噴射量2000t、液面土工格柵鋪設面積9800m2。固化劑噴頭及固化施工操作如圖一、二所示。

2.4 現場施工效果。2012年元月31日，鳳凰山礦業公司對現場坑底尾泥固化情況進行了取樣，送銅陵有色金地勘察有限公司試驗室檢測，檢測結果基本達到固化方案上的要求，檢測報告摘要如下：

“土工試驗結果表明，送檢的土樣含水率大，平均值為108.9%，濕密度平均值為1.34g/cm3，天然孔隙比e0平均值為3.592，壓縮模量Es1-2平均值為6.247MPa。根據土工試驗結果判斷，該場地土原為流泥狀，可像水一樣流動。水泥固化后，送檢的土樣具有一定的強度，骨架為水泥的尾泥固化后組成的，但孔隙率大，孔隙內充滿水和少量的尾泥，但不易流動。”

3 結語

因鳳凰山礦業公司相思谷尾礦庫2008年停用，決定將露天采場（淺部資源接近枯竭）作為尾砂庫使用，而露天采場地下仍處于采掘階段，在對一年來排放尾泥作了現場勘察，得出表層有20m厚的浮泥，呈稀泥狀的流體狀態后，為確保尾砂坑穩定，不對地下正在開采的礦井產生滲透隱患，鳳凰山礦業公司決定對露天尾泥坑進行固化處理。對此厚度及庫容的尾泥進行固結處理，一方面消除了尾泥排放所帶來的安全隱患、確保了礦山生產持續發展，另一方面是取得了尾泥固化的先進經驗，具有一定的借鑒價值和現實意義。

參考文獻：

[1]楊曉鵬.LZSS土壤固化劑固化土基層施工[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2009（01）.

[2]張巖波.制導光纖粘結劑特性研究[J].價值工程，2012（25）.

[3]王志鵬，謝眾，李龍，李瑞，魏浩，劉連河.不同固化劑對環氧樹脂的性能影響[J].全面腐蝕控制，2013（12）.

作者簡介：

楊鐮（1964-），男，安徽懷寧人，雙大專，采礦工程師，從事露天采場作業管理工作。endprint

摘要：本文以鳳凰山礦業公司實施尾泥固化頂目的背景為前提，簡要介紹了尾泥固化的原理、目標和實驗室試驗情況，通過其在露天采場的應用實踐，著重闡述了尾泥固化項目的工藝流程、施工方法步驟以及取得的實際效果，具有一定的借鑒價值和現實意義。

關鍵詞：尾泥固化 固化劑 露天采場

鳳凰山礦業公司露天采場回填復墾一期工程尾泥排放點是露天開采回收Ⅱ#礦體殘礦形成的采坑，該采坑呈圓形山谷狀，谷底高程-18.4m，谷頂高程約+70.0m，坡度約35°。一期排尾工程自2009年10月20日開始至2011年2月，采坑內尾泥堆積體積約12×104m3。現尾泥排放液位已達+13m水平，液面面積達10000m2，谷底尾砂厚約30.9米。

一期排尾工程輸送的是細顆粒成分的尾泥，伴有大量選礦尾水。為勘察尾泥沉降情況，鳳凰山礦業公司委托銅陵有色金地勘察分公司于2010年12月進行了現場勘探，從提交的巖土工程勘察報告分析認為，經過近一年的排尾淤積，在自重壓力固結下僅坑底部約3m厚的尾粘質粉土呈稍密狀態，其上淤泥質土和淤泥仍為飽和流塑狀，特別是表層為20m厚的浮泥，平均體積濃度5.6%（重量濃度為15%），總量約10萬m3，呈稀泥漿狀的流體狀態。尾泥中的水分極容易沿采坑邊幫的節理、裂隙滲入井下，存在井下突水突泥等重大安全隱患。

1 尾泥固化室內試驗

1.1 尾泥固化的原理。新型高科技固化劑與土結合發生化學反應（類似水泥與沙石水化反應形成混凝土），尾礦固化劑是利用粘土礦物表面吸附的堿金屬、堿土金屬成分，通過系統的化學反應，充分利用粘土礦物表面吸附的堿金屬、堿土金屬與某些外加成分發生化學反應，以生成大量化學惰性大、非溶性的膠體結石成分、結石結晶水化物的結石材料。

1.2 尾泥固化的目標。鳳凰山礦業公司選礦廠出來尾砂經過分級，粗顆粒尾砂一部分充填至井下采空區，另一部分外埋，剩余濃度較低的細顆粒尾砂沒有采用任何處理措施排至露天采坑，該尾砂粒度較細，尾水溢流難度大，尾砂沉降困難。這樣，排至露天坑內粒度極細的尾泥只有較小一部分在露天坑底緩慢沉淀，絕大部分長期懸浮在水中，這種流體一旦泄漏，就會給井下的安全生產帶來極大的威脅。尾礦固化處理就是在一定濃度條件下的尾礦（泥）中添加適量的固化劑進行攪拌混合，將流動度大的尾礦（泥）固化成較為板結穩定的實體。

1.3 室內試驗。2010年12月末至2011年元月初，在鳳凰山礦業公司選礦試驗室進行了尾泥固化試驗，試驗分為兩個步驟：一是將現有的4-15%尾礦漿濃密至35-40%的濃度，通過加入不同量的固化劑與不同種絮凝劑的調配找出最優的濃密效果及最佳配比；二是將濃密的高濃度底流按不同的強度要求試驗出最優的固化劑添加量，滿足成本低的要求。室內試驗主要結果是：①對于濃度為30%、35%、40%、45%的底流，分別加入不同固化劑及不同灰砂比進行試驗。②在相同條件下，1：10的水泥固化效果比1：20的水泥固化效果好。③工業試驗按尾泥濃度40%、流量30m3/h，灰砂比1：20來配置攪拌、輸送等設施及液位、濃度、流量等計量自動控制儀表系統。

2 尾泥固化工程實踐

2011年5月，鳳凰山礦業公司本著投資省、見效快和操作簡單的原則，決定對Ⅱ#礦體露天坑內的已排入尾泥，采用就地噴射固化劑滲透尾泥中的方案進行固化施工。

2.1 工藝流程簡介。將固化劑儲存于水泥倉中，通過下端葉輪給料機加入氣體輸送泵，經管道輸送至露天采坑液面工作浮船，由移動式電動卷揚拖動浮船按一定順序，對尾泥漿噴射固化劑，分次噴射、循環作業。

2.2 施工前準備工作。①固化劑選用。選用強度等級為32.5的普通硅酸鹽水泥為固化劑，要求無結塊且新鮮，細度要求有95%的量能通過80μm方孔篩。用量暫訂為20t。②施工機具及材料準備。圍繞上述工藝流程和安全技術要求，準備尾泥固化施工機具（見表一）和材料用量，水泥輸送裝置通過對外招標的形式，確定由銅陵方圓計量器具有限責任公司為制作商。

③技術準備。鳳凰山礦業公司技術部門根據與銅陵方圓計量器具有限責任公司簽訂的技術協議，進行了有關設計工作，明確了水泥倉、除塵器、水泥給料機、計量螺旋及電控柜的具體型號規格，對水泥倉基礎條件施工提出了具體的技術要求。

2.3 施工步驟。自2011年10月起，以Ⅱ#礦體露天采坑為對象進行了尾泥固體現場施工，可分為如下3個步驟：①基礎條件施工。組織施工水泥倉基礎（開挖φ5000

mm、深1000mm圓形槽，灌漿量19.67m3），澆筑用于固定電動卷揚機的混凝土方垛（9m3），并進行養護。②設備吊裝及管線敷設。將施工材料及機具拖運進場，吊裝浮船、水泥倉、儲氣灌、氣體輸送機等，并敷設輸灰軟管、安裝電控裝置和夜間探照燈等。③固化施工操作。首先，在攔水壩坡頂面間隔一定距離分別將2臺J型電動卷揚機固定在混凝土方垛上（便于移動）。然后，在尾泥坑邊幫間隔50m施工固定楔（打2.5m螺紋鋼錨桿），在兩固定楔之間聯結1根起重鐵鏈，將滑輪掛在鐵鏈上劃定噴射位置。一般循環噴射三次，在第二次噴射結束后，在液面上鋪設塑料土工格柵，起加強筋作用。經一年的現場施工，截止2012年10月底，已完成固化劑噴射量2000t、液面土工格柵鋪設面積9800m2。固化劑噴頭及固化施工操作如圖一、二所示。

2.4 現場施工效果。2012年元月31日，鳳凰山礦業公司對現場坑底尾泥固化情況進行了取樣，送銅陵有色金地勘察有限公司試驗室檢測，檢測結果基本達到固化方案上的要求，檢測報告摘要如下：

“土工試驗結果表明，送檢的土樣含水率大，平均值為108.9%，濕密度平均值為1.34g/cm3，天然孔隙比e0平均值為3.592，壓縮模量Es1-2平均值為6.247MPa。根據土工試驗結果判斷，該場地土原為流泥狀，可像水一樣流動。水泥固化后，送檢的土樣具有一定的強度，骨架為水泥的尾泥固化后組成的，但孔隙率大，孔隙內充滿水和少量的尾泥，但不易流動。”

3 結語

因鳳凰山礦業公司相思谷尾礦庫2008年停用，決定將露天采場（淺部資源接近枯竭）作為尾砂庫使用，而露天采場地下仍處于采掘階段，在對一年來排放尾泥作了現場勘察，得出表層有20m厚的浮泥，呈稀泥狀的流體狀態后，為確保尾砂坑穩定，不對地下正在開采的礦井產生滲透隱患，鳳凰山礦業公司決定對露天尾泥坑進行固化處理。對此厚度及庫容的尾泥進行固結處理，一方面消除了尾泥排放所帶來的安全隱患、確保了礦山生產持續發展，另一方面是取得了尾泥固化的先進經驗，具有一定的借鑒價值和現實意義。

參考文獻：

[1]楊曉鵬.LZSS土壤固化劑固化土基層施工[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2009（01）.

[2]張巖波.制導光纖粘結劑特性研究[J].價值工程，2012（25）.

[3]王志鵬，謝眾，李龍，李瑞，魏浩，劉連河.不同固化劑對環氧樹脂的性能影響[J].全面腐蝕控制，2013（12）.

作者簡介：

楊鐮（1964-），男，安徽懷寧人，雙大專，采礦工程師，從事露天采場作業管理工作。endprint