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    陶瓷耐磨管專題之礦山尾礦堆壩的方法和實踐

    豐鏈防磨技術    2012-01-13    1042

    礦山尾礦輸送中,現在80%以上的輸送方案都采用的是陶瓷耐磨管道,現在就陶瓷復合管的專題來談一下,礦山尾礦輸送行業中,尾礦堆壩的方法與實踐。

    水力沖積法堆的壩叫尾礦堆積壩。子壩的筑壩方法還可以分為人工筑壩、機械筑壩、池田法筑壩等。排放方法有多點排放,即支管分散排放,獨管排放等。前者方便筑壩,后者多用于冬季排放和水下排放。有時,為了調整沉積灘坡度,需要考慮不同支管的濃度和粒度,有目的的開啟支管。高濃度、細顆粒尾礦筑壩設計缺乏經驗,有幾個典型工程使用規程的上游法,投產以后出現了筑壩困難的問題。尾礦濃縮、分級、壓濾設備的發展,為尾礦膏體排放和“干堆”創造了基礎條件,具備了推廣的要素之一。由于上游法與干堆法差別較大,干堆設計“不能按上游法規范做”,膏體排放的設計也如此。平面布置、空間利用、庫容計算、堆壩方法、材料分布等,許多環節都有別于上游法。當前尾礦膏排和干堆沒有設計、施工規范,也缺少系統設計經驗,更難找到勘察、試驗、實測資料,應鼓勵開展這方面工作。

    尾礦庫安全運行現狀及其改進

    盡管有閉庫、有停用庫,從所謂“危險源”、“污染源”的意義上看,“兩源”總量幾乎沒變化。對環境和社會公眾安全的壓力基本沒有減緩。概括當前尾礦庫的安全現狀:“數量多、規模小,四等庫以下占95%以上;普遍采用上游式筑壩;尾礦庫安全度低,非正常庫近40%;尾礦庫下游居民多,下游居民人數100人以上的占53%;尾礦庫技術力量薄弱等。”如何緩解尾礦庫對環境和社會公眾安全的壓力,如何防范尾礦庫事故帶來的損失,是近幾年監管部門、使用管理尾礦庫的企業、技術專家和公眾關心的問題。

    改善和扭轉這一局面的辦法就是在技術、許可、企業三個層面上把工作做實:提高尾礦庫勘察、設計、筑壩操作、運行管理技術水準;堅持嚴格的正常建設標準;狠抓企業主體責任的落實。這些工作的目的就是保證工程安全,大壩要做到不漫、不潰、不滑、不裂;排洪構筑物要不傾、不倒、不塌、暢通。

    近幾年的實踐表明,現在各類應急預案,包括尾礦庫的預案,都是針對嚴重事故的,是減少事故損失的,不是為了減少和杜絕事故總量的。我們要討論的筑壩和排放是為了改善和提高工程安全,從而保障社會和公眾安全。

    常用尾礦筑壩方法及其展望

    尾礦輸送可分為干法和濕法,干法用汽車或皮帶,濕法使用泵送,也叫尾礦漿體輸送或膏體輸送。

    對應輸送方法的排放方式是干排、膏體排放(也叫圓錐法)、水力沖積法(也叫水力沖填)。不同的排放方式,對場地的要求不同,對約束或支撐尾礦的壩也不同。由于尾礦性質各異,平面布置、防洪設計、地基處理的要求也有較大差別。

    水力沖積法堆積的稱為尾礦堆積壩。尾礦堆積壩(emban kment)是指生產過程中用尾礦充填堆筑而成的壩。常用的方法有3種:

    上游式尾礦筑壩法(upstream emban kment method)在初期壩上游方向充填堆積尾礦的筑壩方式。其特點是堆積壩壩頂軸線逐級向初期壩上游方向推移。

    中線式尾礦筑壩法(centerline emban kment method)在初期壩軸線處采用旋流器分離粗尾砂筑壩方式。其特點是壩頂的軸線始終不變。

    下游式尾礦筑壩法(downstream emban kment method)在初期壩下游方向用旋流器分離粗尾砂筑壩方式。其特點是子壩壩頂軸線逐級向初期壩下游方向推移。

    子壩的筑壩方法可以分為人工筑壩、機械筑壩、池田法筑壩等。

    排放方法有多點排放,即支管分散排放,獨管排放等。前者方便筑壩,后者多用于冬季排放和水下排放。有時,為了調整沉積灘坡度,需要考慮不同支管的濃度和粒度,有目的的開啟支管。這都是企業長期積累的“絕招”,通常不為認知。

    如前所述,高濃度、細顆粒尾礦堆壩設計缺乏經驗,現有規程主要內容是上游法,或者說上游法的條款較多。有幾個典型工程使用上游法,投產以后出現了筑壩困難的問題。著名的有魯中、大頂、洪都等。

    細顆粒尾礦筑壩設計常采用補強方法增加穩定性,例如:洪都尾礦壩每期子壩(高約3?m)鋪設100m的土工格柵。西石門后井壩曾經用旋流器在子壩前隔一個安全灘長的距離,再堆筑一道子壩用來排礦、擋水以滿足安全灘長要求。魯中不用尾礦筑子壩,用廢石土擠泥筑壩,無紡布做隔離層,再用旋流器沉砂形成排水層。大頂礦的排放濃度低,尾礦粗、細兩級分化明顯,則用池田法就地沉砂,以獲得較寬厚的壩體,支撐細粒尾礦泥。

    據了解,欒川龍宇鉬業有限公司尾礦庫設計初期壩高60m,初期庫容83.2萬m3,堆積壩高200m,總有效庫容3845.4萬m3。前100?m的堆積壩坡1 : 4,后100?m的堆積壩坡1 : 5。2008年10月投入運行,排放濃度55%。2009年5月下旬堆積高度超過了初期壩頂(高程1270m),到2010年3月,堆至第十一期子壩時,堆高22m(高程1?292?m),為了運行安全采取了如下措施:

    針對上升速率過快采取了減產、限產措施;針對第一、二期子壩沼澤化的問題,增設了水平排滲,在高程1270~1370m、距離壩頂142~160m還預埋了排滲盲溝;在高程1470m、距離壩頂180~200m區間設置土工席墊,土工席外包400 g/m 無紡布;把55%的排放濃度降至25%~35%,以改善尾礦漿的分選性和壩前沉積灘面坡度;調整選礦工藝,使尾礦中負200目的粒組由原來的65%以上減少到50%~60%。

    尾礦干堆和膏體排放

    采用干式排放和膏體排放來堆存尾礦,都需要先把尾礦漿濃縮到一個理想的濃度,再進一步濃縮為膏體(在泵送前需要添加劑),或者把理想濃度的礦漿送入壓濾機,強制縮水為“濕餅”或“干餅”。

    經過深錐濃密機脫水后,不分選、離析,尾礦濃度大于臨界流態濃度而小于極限可輸送濃度。這種尾礦多用于膏體地表排放,以排放點作為中心,形成3o~10o坡度。顯然,中心高度越大,坡角也隨之增大。這樣在中心點排放,尾礦會形成一個堆體。上世紀90年代,國內叫錐式排放(conical center disposal)。

    經過壓濾或過濾后,不發生分選、離析,重量濃度80%或更高,含水在塑限附近,飽和度在75~90%之間的尾礦,稱為尾礦“干餅”或“?濕餅”。可以用汽車或傳送帶運至特定地點排放,可以在初期壩或平地圍堤所形成區域內存放、排放,有的在溝谷的末端開始向下游排。這就是人們說的干堆(dry stacking)。

    存放壓濾、過濾工藝后的尾礦干餅、濕餅的場所,如果場地內無存水,可以叫尾礦干堆場(dry?tailings?yard)。錐式排放能形成尾礦堆,無需建壩的,也屬于尾礦堆場。為了收集徑流、防洪、防止揚塵、回水和方便管理等,應布置必要的工程,屬于附屬設施,主要有防滲、排滲、護坡、綠化、噴淋、集水及排水等。

    干式排放和膏體排放概況

    尾礦濃縮、分級、壓濾設備的發展,為尾礦膏體排放和“干堆”創造了基礎條件,具備了推廣的要素之一。

    膏體是在靜態條件下,基本不離析的固液兩相體,重量濃度在65%?75%。選礦專業有學者認為膏體或高濃度直接排放工藝有以下特點:

    濃度高,如果濃縮系統在選廠,廠內回水率高;排放場所選擇靈活,可建在塌陷坑、低洼地、開礦坑等負地形和緩坡地;實現運營和復墾同步進行;面積小,建設和維護費用低。

    由于國內膏體堆放的實際工程尚少見,從尾礦庫建設和運行角度,為了和傳統尾礦堆存方法探討比較,假設有同一“V”型山谷,一個方案是傳統濕法排放。筑壩后使用濕法排放,初期壩高55m,筑壩的方量190萬m3,庫容700萬m3,不堆壩。由于這是一個帶有心墻的壩,不用尾礦堆壩,國內通常稱為一次性筑壩。

    另一個方案是膏體堆排,筑壩后在壩內錐形堆放,圍壩高20m,壩的方量15.35萬m3,庫容5500萬m3,錐高50m。如果粗尾礦,上游法筑壩,初期壩高20m,再堆壩35m,總庫容就肯定大于5500萬m3。

    需要說明,在這個舉例中要注意尾礦特性,如果需建55m高的心墻壩堆存的尾礦,按國內的經驗,全尾礦的評價粒徑當小于0.04mm,-200目的大于80%,400目大于或接近40%。這種尾礦膏排易,干堆難。

    (本文來源:徐宏達 謝亦石 承德龍興礦業工程設計有限責任公司北京項目部)

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