尾礦分級筑壩研究與工業(yè)化應(yīng)用

梁國棟

（中國黃金內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 滿洲里 021400）

結(jié)合烏山現(xiàn)場可利用設(shè)備情況，開發(fā)可移動式旋流分級設(shè)備；開展基于移動分級設(shè)備的現(xiàn)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(guī)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(shù)；在此基礎(chǔ)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(nèi)灘面沉積及回水澄清的影響規(guī)律，提出烏山膏體尾礦分級筑壩比例及相關(guān)控制參數(shù)。

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(shè)備通行條件及現(xiàn)場模袋隔梗路基布置方式；開展由近及遠、逐步推進式現(xiàn)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(shè)備移動的拋砂厚度及處理措施；在此基礎(chǔ)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(jié)沉降量與沉降時間，揭示烏山尾礦庫分級尾礦最優(yōu)分層厚度與筑壩布置，明確分級尾礦壩體相關(guān)力學(xué)參數(shù)，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(shù)。

基于以上研究成果，建立不同分級比例影響下的尾礦庫內(nèi)地質(zhì)概化分區(qū)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(wěn)定性，分析筑壩過程中的水砂平衡關(guān)系及相關(guān)經(jīng)濟指標(biāo)，優(yōu)化筑壩工藝參數(shù)及運行管理，最終形成烏山膏體尾礦分級筑壩技術(shù)。

經(jīng)過本次工業(yè)試驗，取得旋流器分級筑壩分級工藝參數(shù)，明確分級尾礦壩體相關(guān)力學(xué)參數(shù)，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(shù)。當(dāng)用于規(guī)?；I(yè)筑壩時，較以往的廢石筑壩技術(shù)、模袋筑壩技術(shù)將會大大降低筑壩成本。

1 項目背景

烏山尾礦庫具有服務(wù)能力大、排放濃度高、筑壩工程量大等特點。結(jié)合尾礦庫運行現(xiàn)狀，當(dāng)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(jié)。

（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(xué)強度低，穩(wěn)定性難以保障。

綜合以上因素，高寒地區(qū)膏體尾礦安全快速筑壩已成為烏山礦建設(shè)運行的一大難題，亟需開展與膏體尾礦特性及周邊環(huán)境相適應(yīng)的、其排放規(guī)劃、壩體結(jié)構(gòu)、筑壩方法相互協(xié)同的、且能有效實現(xiàn)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(shù)。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(shù)內(nèi)容

現(xiàn)場工業(yè)試驗擬采用移動式旋流站開展烏山膏體尾礦分級筑壩現(xiàn)場試驗。筑壩方式采用裝備化模袋作埂聯(lián)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(jīng)過會議討論，確定以烏山現(xiàn)有設(shè)備為基礎(chǔ)，對上述移動式旋流站設(shè)備系統(tǒng)進行改進；模袋充灌采用原尾礦充灌。

現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)：

（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(shù)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(chǎn)率，和底流沉砂含水量、十字板強度值隨時間的變化規(guī)律）。

（4）尾礦細度產(chǎn)率，選取某一時間段內(nèi)實驗數(shù)據(jù)，計算-200目細度產(chǎn)率。

（5）濃度產(chǎn)率，計算公式：

計算三種光況下的濃度產(chǎn)率及每日的濃度產(chǎn)率與實驗條件的相關(guān)規(guī)律。

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

實驗結(jié)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(shè)備影響本次分級筑壩試驗的尾砂產(chǎn)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(fā)現(xiàn)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(shù)、溢流管放礦方式等都獲得了一定經(jīng)驗。

3 主要技術(shù)創(chuàng)新點

烏山二期尾礦庫建設(shè)之初，由于沒有成功的尾礦膏體筑壩先例，設(shè)計院為了設(shè)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(wù)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(biāo)高模袋+廢石聯(lián)合筑壩段，總堆積壩高度10m。

2016年筑壩費用較原設(shè)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(shè)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(shù)將比以往的筑壩工程費用更加低廉，這也是進行本次工業(yè)試驗的初衷。

目前國內(nèi)將旋流器分級筑壩技術(shù)運用到工業(yè)領(lǐng)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(shù)運用到尾礦筑壩，前景和影響力都十分可觀。

4 經(jīng)濟效益

以785m～790m標(biāo)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(shè)計由吉林長春黃金設(shè)計院出具）。

（1）采用模袋+廢石筑壩技術(shù)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(shù)所需費用：

旋流器分級筑壩技術(shù)工程量：145.5萬m3；模袋筑壩技術(shù)工程量73.16萬m3；旋流器分級筑壩技術(shù)設(shè)備、材料費估算：350萬元；旋流器分級筑壩技術(shù)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(shè)施總功率20KW。電費合計約28.8萬KW，當(dāng)?shù)毓I(yè)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(jié)約成本約=5761.1-2865.69=2904.41萬元。

5 結(jié)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(shè)備通行條件及現(xiàn)場模袋隔梗路基布置方式；開展由近及遠、逐步推進式現(xiàn)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(shè)備移動的拋砂厚度及處理措施；在此基礎(chǔ)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(jié)沉降量與沉降時間，揭示烏山尾礦庫分級尾礦最優(yōu)分層厚度與筑壩布置，明確分級尾礦壩體相關(guān)力學(xué)參數(shù)，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(shù)。

（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(nèi)地質(zhì)概化分區(qū)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(wěn)定性，分析筑壩過程中的水砂平衡關(guān)系及相關(guān)經(jīng)濟指標(biāo)，優(yōu)化筑壩工藝參數(shù)及運行管理，最終形成烏山膏體尾礦分級筑壩技術(shù)。

（3）經(jīng)過本次工業(yè)試驗，取得旋流器分級筑壩分級工藝參數(shù)，明確分級尾礦壩體相關(guān)力學(xué)參數(shù)，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(shù)。當(dāng)用于規(guī)?；I(yè)筑壩時，較以往的廢石筑壩技術(shù)、模袋筑壩技術(shù)將會大大降低筑壩成本。

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