廢石與尾礦混合中線法筑壩技術(shù)的應(yīng)用

常 金 吳小剛

(1.云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司; 2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司； 3.金屬礦山安全與健康國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司)

廢石與尾礦混合中線法筑壩技術(shù)的應(yīng)用

常 金1吳小剛2,3,4

(1.云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司; 2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司； 3.金屬礦山安全與健康國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司)

在分析了銅街大溝尾礦庫上游法筑壩的基礎(chǔ)上，用廢石與尾礦混合中線筑壩技術(shù)加高壩體，使臨近末期的老尾礦庫容積得到大幅度提升，提高了中線法筑壩的技術(shù)水平。

中線法筑壩 尾礦 廢石 擴(kuò)容

目前，我國眾多尾礦庫已到了服務(wù)年限的中后期。為保證礦山生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展,礦山企業(yè)普遍采用老尾礦庫加高擴(kuò)容的的方法，以避免新建尾礦庫投資多、征地難、環(huán)境影響大、建設(shè)周期長等問題。我國尾礦庫普遍采用上游法筑壩，由于尾礦庫壩體普遍含有軟弱夾層，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，繼續(xù)采用上游法加高壩體，存在壩體不穩(wěn)定隱患，影響擴(kuò)容規(guī)模[1]。

本文以云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司(以下簡稱公司)銅街大溝尾礦庫為例，將現(xiàn)有上游法筑壩的尾礦庫采用廢石與尾礦混合中線筑壩技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)容改造，實(shí)現(xiàn)尾礦庫大幅加高和擴(kuò)容，同時(shí)保證壩體安全穩(wěn)定，為類似尾礦庫擴(kuò)容改造提供了借鑒。

1 尾礦庫概況

銅街大溝尾礦庫是興發(fā)選廠和銅街選廠的配套設(shè)施，位于都龍鎮(zhèn)東側(cè)的銅街大溝內(nèi)。原設(shè)計(jì)初期壩頂標(biāo)高1 015 m，后期壩用上游法尾礦堆筑，壩坡比為1∶4.0，尾礦最終堆筑標(biāo)高1 080 m，有效庫容98萬m3，為山谷型尾礦庫。2007年底建成投入使用，每年排入尾礦量36萬m3，尾礦庫運(yùn)行2 a后，已排尾礦近80萬m3。為實(shí)施“關(guān)小上大”戰(zhàn)略，公司新建8 000 t/d選礦廠，該選廠投入使用后，預(yù)計(jì) 20 a 生產(chǎn)服務(wù)期內(nèi)排出細(xì)粒尾礦與剩余粗粒尾礦總量3 916萬t，按照尾礦堆積干密度1.35 t/m3計(jì)算，所需尾礦庫有效庫容為2 901萬m3，銅街大溝尾礦庫原設(shè)計(jì)庫容無法滿足排尾要求。與新建尾礦庫相比，對(duì)原尾礦庫加高擴(kuò)容相對(duì)經(jīng)濟(jì)合理，且銅街大溝尾礦庫下游為礦山排土場，尾礦庫擴(kuò)容潛能較大，安全穩(wěn)定性較高。

2 尾礦中線法筑壩

2.1 尾礦中線法筑壩特點(diǎn)

中線法筑壩是將壩軸線固定，以壩軸線為準(zhǔn)垂直向上堆筑，采用尾礦分級(jí)設(shè)備，將尾礦漿分級(jí)為粗粒級(jí)沉砂和細(xì)粒級(jí)溢流尾礦，分別堆筑，尾礦堆積體和溢流尾礦沉積體構(gòu)成了組合壩體，見圖1所示。

圖1 尾礦中線法筑壩示意

尾礦中線法筑壩優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)分級(jí)的粗粒級(jí)沉砂形成的尾礦堆積體不含有礦泥夾層，堆積壩體滲透性強(qiáng)，壩體浸潤線低，與上游法筑壩方式相比，筑高壩較為安全、穩(wěn)定，尾礦庫有效庫容大，服務(wù)年限長。缺點(diǎn)：受到粗粒尾礦量、尾礦物理力學(xué)性質(zhì)等指標(biāo)限制[2]，水力旋流器分級(jí)沉砂量、尾礦粒徑及滲透性關(guān)系著筑壩成敗，隨著壩體升高，尾礦輸送管道不斷抬升，尾礦排放管理難度大，在南方多雨地區(qū),壩外坡尾礦沖刷嚴(yán)重。

2.2 廢石與尾礦混合中線法筑壩設(shè)計(jì)

中線法尾礦筑壩工藝對(duì)尾礦物理力學(xué)性質(zhì)、分級(jí)粗砂量要求較高，后期管理難度大。根據(jù)銅街大溝尾礦庫實(shí)際地形情況，利用水力旋流器分級(jí)沉砂量(粗尾礦)遠(yuǎn)不能滿足中線法尾礦筑壩要求，利用廢石與尾礦混合中線法筑壩技術(shù)對(duì)該尾礦庫加高擴(kuò)容，可達(dá)到壩體安全以及尾礦庫擴(kuò)容改造的效果。

廢石與尾礦混合中線法筑壩技術(shù)，一方面充分利用了礦山的廢石資源，解決旋流器分級(jí)粗砂量不足的問題，另一方面改善了壩體的滲透性，提高了壩體的安全性。銅街大溝尾礦庫擴(kuò)容方案擬在原有尾礦庫下游利用采礦廢石分期堆筑壩體，一期壩體廢石壩直接覆蓋在原上游法尾礦壩堆積壩體上，廢石壩體堆筑完成后，內(nèi)側(cè)排放尾礦，形成后期尾礦壩壩體的基礎(chǔ)；二期筑壩內(nèi)側(cè)壩體的廢石直接覆蓋尾礦，形成廢石與尾礦相結(jié)合的壩體結(jié)構(gòu)，詳見圖2。

圖2 廢石與尾礦混合中線法筑壩擴(kuò)容示意

廢石與尾礦混合中線法筑壩，下游壩體采用廢石堆筑，為透水型壩，上游邊坡采用400 mm干砌塊石護(hù)坡，用500 g/m2無紡?fù)凉げ甲鞣礊V層，土工布的有效孔徑為0.104～0.11 mm，其上鋪設(shè)300 mm厚砂礫層(粒徑d=0.5～2 mm)，其下鋪設(shè)300 mm厚卵礫石(粒徑d=2～20 mm)層。為了提高尾礦壩排水效果，降低壩體浸潤線，增強(qiáng)壩體穩(wěn)定性，尾礦壩底鋪設(shè)一排滲墊層。排滲墊層從下到上依次為：1 000 mm厚卵礫石(粒徑d=2～20 mm)排滲層、500 g/m2無紡?fù)凉げ歼^濾層、300 mm厚砂礫石(粒徑d=0.5～2 mm)保護(hù)層。

根據(jù)尾礦堆積上升速度，綜合考慮各期筑壩工程量，銅街大溝廢石與尾礦混合中線法筑壩分4期堆筑，工程分期計(jì)劃見表1，工程量表2。

2.3 擴(kuò)容效果分析

設(shè)計(jì)銅街大溝尾礦庫廢石與尾礦混合中線法筑壩堆積標(biāo)高為1 140 m，對(duì)應(yīng)的尾礦壩最大壩高為160 m，總庫容3 548萬m3，有效庫容2 909萬m3，能夠滿足 8 000 t/d 選礦廠20 a生產(chǎn)服務(wù)期內(nèi)排放的全部細(xì)粒尾礦和剩余粗粒尾礦。目前廢石與尾礦混合中線法加高擴(kuò)容一期工程已完工，尾礦澄清水面積、澄清水距離和汛期調(diào)洪庫容得到明顯提高，壩體浸潤線位置下降，達(dá)到了預(yù)期效果。

表1 尾礦壩分期筑壩計(jì)劃

表2 尾礦壩分期筑壩工程量

3 應(yīng)用前景分析

廢石與尾礦混合中線法筑壩適用于廢石量較大、尾礦粒徑較細(xì)的礦山尾礦庫加高擴(kuò)容，該技術(shù)對(duì)尾礦的各項(xiàng)指標(biāo)要求相對(duì)較低、能有效降低壩體浸潤線，提高壩體穩(wěn)定性。采用廢石與尾礦混合中線法筑壩時(shí)，可根據(jù)礦山廢石量對(duì)中線法筑壩的壩軸線位置及分期筑壩工程量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高中線法筑壩的技術(shù)水平。銅街大溝尾礦庫采用廢石與尾礦混合中線法的筑壩實(shí)踐，為國內(nèi)礦山尾礦庫加高擴(kuò)容改造提供了很好的借鑒。

[1] 王柏純，鄭爭廣.中線法筑壩加高改造技術(shù)[J].中國礦業(yè),1994(4)：39-42.

[2] 郭天勇 段蔚平.中線法尾礦筑壩應(yīng)用問題研究[J].現(xiàn)代礦業(yè),2014(12)：43-45.

2015-07-01)

常 金 (1981—),男，工程師，663701 云南省文山州馬關(guān)縣都龍鎮(zhèn)。