袁家村鐵礦尾礦庫(kù)安全運(yùn)行的實(shí)踐

張招榮 田巨明

(太鋼集團(tuán)嵐縣礦業(yè)有限公司，山西 呂梁 033500)

0 引言

太鋼袁家村鐵礦屬于太鋼十二五投資新建的特大型露天鐵礦山，設(shè)計(jì)年處理原礦能力2 200萬(wàn)t，年產(chǎn)鐵精礦粉741.84萬(wàn)t，年排出尾礦量約1 458萬(wàn)t。選礦廠(chǎng)磨礦粒度微細(xì)，-0.074mm粒級(jí)含量的尾礦占到91.3%，無(wú)法滿(mǎn)足利用尾礦進(jìn)行筑壩的技術(shù)要求。

1 袁家村鐵礦尾礦庫(kù)簡(jiǎn)介

1.1 尾礦庫(kù)簡(jiǎn)介

太鋼袁家村鐵礦白化宇尾礦庫(kù)位于采場(chǎng)西北側(cè)的近周營(yíng)、白化宇村，距嵐縣縣城約20km。尾礦庫(kù)庫(kù)址選擇在距選礦廠(chǎng)約4km的白化宇村，初期壩壩址位于近周營(yíng)村。尾礦庫(kù)匯水面積10.4km2，

平均坡度7%，溝長(zhǎng)約4.4km。設(shè)計(jì)采用廢石一次性筑壩、分期實(shí)施的方案，筑壩方式為下游式。

設(shè)計(jì)尾礦筑壩采用廢石一次筑壩分期實(shí)施的方案，尾礦壩與廢石場(chǎng)相結(jié)合,第四期子壩采用了膠帶排巖參與筑壩，成本大幅度降低。自2012年8月系統(tǒng)試車(chē)至今已穩(wěn)定生產(chǎn)近7年，尾礦壩已堆筑至1 690m標(biāo)高的四期壩。初期壩壩頂標(biāo)高為1 630.0m，初期壩最大壩高65.0m，按廢石筑壩壩高達(dá)到1 800.0m標(biāo)高時(shí)，最終壩高250m?？値?kù)容約58 929.8萬(wàn)m3，尾礦庫(kù)可服務(wù)約48.5年。目前已運(yùn)行到第四期子壩，壩高達(dá)到125m，庫(kù)容達(dá)到10 287萬(wàn)m3，為二等庫(kù)[1]。

1.2 各期子壩簡(jiǎn)介

按照設(shè)計(jì)，結(jié)合生產(chǎn)運(yùn)行情況，分11期筑壩，具體見(jiàn)表1。

表1 尾礦庫(kù)各期子壩的服務(wù)年限及工程量表

圖1 袁家村鐵礦尾礦庫(kù)縱斷面圖

2 袁家村鐵礦尾礦庫(kù)安全運(yùn)行的實(shí)踐

2.1 尾礦庫(kù)安全改進(jìn)簡(jiǎn)述

2018年為了提高金屬回收率，磨礦粒度在原來(lái)的基礎(chǔ)上又變細(xì)了2%，尾礦砂更不容易沉積和分級(jí)，干灘長(zhǎng)度及坡度不能滿(mǎn)足尾礦庫(kù)防洪要求。2019年，通過(guò)加強(qiáng)筑壩管理、放礦和回水系統(tǒng)改進(jìn)及在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管理，尾礦庫(kù)干灘長(zhǎng)度穩(wěn)定在350m以上，干灘坡度達(dá)到了0.8%，庫(kù)水位上升速率減緩，安全超高控制在3m以上，尾礦庫(kù)的安全控制度大幅提高。

2.2 筑壩管理

2.2.1 筑壩標(biāo)準(zhǔn)及材料

為嚴(yán)抓筑壩施工質(zhì)量，確保四期壩施工按照工藝要求完成，依據(jù)中冶北方工程技術(shù)有限公司《尾礦庫(kù)四期壩施工平面圖》、《尾礦庫(kù)四期壩施工斷面圖》中“筑壩方法及材料要求”，完善了尾礦四期

壩筑壩工藝標(biāo)準(zhǔn)。

筑壩材料分別是廢石壩體和反濾層。廢石壩體：粒徑小于2mm的砂礫含量不大于10%；石料粒徑不宜大于1.0m；禁止耕植土、強(qiáng)風(fēng)化石料等軟弱巖、土料上壩。反濾層：反濾層所采用土工布規(guī)格為加筋土工布≥500g/m2；土工布與堆石壩之間設(shè)砂礫石過(guò)渡層，礫石厚度300mm；砂礫石可采用采場(chǎng)內(nèi)破碎后的碎石子，碎石子粒級(jí)及級(jí)配：16mm占1.78%；16～25mm占70.59%；25～40mm占27.63%。

2.2.2 筑壩方法與標(biāo)準(zhǔn)

——堆石壩孔隙率小于35%；

——土工布鋪設(shè)時(shí)沿壩軸線(xiàn)方向每隔40m彎折搭接200mm，土工布相接處熱熔焊接，搭接不小于200mm，平臺(tái)處土工布搭接長(zhǎng)度不小于3 000mm；

——在壩體上游坡土工布外鋪設(shè)厚3.0m黃土保護(hù)層，平臺(tái)處保護(hù)層厚2.0m，黃土干密度應(yīng)大于1.5g/cm3；

——陽(yáng)坡梁段壩體施工前應(yīng)清基，將壩下的耕植土層清除，并清除壩基下草皮、樹(shù)根、淤泥及濕陷性黃土等軟弱地層[2]。

2.2.3 分項(xiàng)工程進(jìn)度計(jì)劃(見(jiàn)表2)

表2 尾礦壩四期壩施工進(jìn)度計(jì)劃

2.2.4 統(tǒng)籌做好管道施工

2018年6月23日，陽(yáng)坡梁段管道對(duì)與三期壩面放礦管道對(duì)接完成，開(kāi)始放礦；11月9日第一組管道安裝完成；11月22日，四期壩第一組開(kāi)始投入使用；11月29日三期壩管道全部移到壩面；12月9日實(shí)現(xiàn)了一～四組分散放礦；12月16日，全長(zhǎng)1 950m的管道移設(shè)全部完成，實(shí)現(xiàn)一～六組聯(lián)合放礦。

2.3 尾礦庫(kù)安全生產(chǎn)管理

2.3.1 改進(jìn)放礦方式

通過(guò)對(duì)放礦方式進(jìn)行改進(jìn)，改變尾礦的沉積狀況。2018年1月份開(kāi)始，針對(duì)尾礦粒度進(jìn)一步變細(xì)的現(xiàn)狀，查閱《尾礦庫(kù)手冊(cè)》，尾礦沉積灘的坡度隨礦漿流量、濃度、粒度以及在灘面流動(dòng)的邊界條件和庫(kù)水位的高低、放礦方式等而決定。沉積灘面的坡度是尾礦漿分選的結(jié)果，尾礦漿分選由下述公式來(lái)表述，即：

vj/w≤1

(1)

式中：v—礦漿流速；j—礦漿流的水力坡度；w—尾礦顆粒的沉速[3]。

由公式(1)可見(jiàn)，尾礦沉積速度與礦漿流速成反比。決定從降低尾礦漿流速入手，對(duì)現(xiàn)有的放礦管和放礦模式進(jìn)行改造。利用一個(gè)“四通”管，將原有的§159mm管道細(xì)分為三根§108mm管道，放礦口由原來(lái)的6～7個(gè)增加到18～20個(gè)，礦漿沉積面積增大到原來(lái)的三倍，礦漿流量和流速大幅降低。放礦方式上，原來(lái)采用放礦主管道—分散放礦管的組合形式，分成六組，共計(jì)63根放礦支管，放礦時(shí)采用單組放礦的方式，開(kāi)啟改組內(nèi)5～6根放礦支管。該放礦方式存在支管間距近，存在嚴(yán)重的匯流現(xiàn)象，由于單根管流量較大，灘面上礦

漿流速大，尾砂沉積時(shí)間短，導(dǎo)致干灘上升速率慢，每月上漲速率保持在0.5～0.7m，且灘面上常出現(xiàn)深度1m以上的沖刷溝，對(duì)起灘效果不利，干灘坡度維持在0.5%左右；單組放礦不均勻，需經(jīng)常調(diào)整放礦支管位置，耗費(fèi)人力、物力，對(duì)生產(chǎn)組織不利。針對(duì)這一現(xiàn)象，將單組放礦改變?yōu)槎嘟M聯(lián)合放礦，大大增加放礦支管的間距，避免了大范圍匯流現(xiàn)象，使尾礦漿在壩內(nèi)坡前有充足時(shí)間沉積，灘面上沉積的尾砂量提升到60%～75%，使得庫(kù)內(nèi)干灘、灘面坡度穩(wěn)步提升。近年來(lái)尾礦庫(kù)庫(kù)水位、干灘頂上升情況見(jiàn)圖2，尾礦庫(kù)干灘運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表3。

圖2 近6年袁家鐵礦白華宇尾礦庫(kù)庫(kù)水位、干灘頂上升情況

表3 袁家村鐵礦尾礦庫(kù)近年干灘運(yùn)行參數(shù)

2.3.2 改進(jìn)回水方式

通過(guò)改進(jìn)回水方式，提高尾礦庫(kù)回水利用率，庫(kù)水位上升速率降低，延長(zhǎng)溢洪塔的使用壽命。袁家村鐵礦尾礦庫(kù)在庫(kù)區(qū)內(nèi)溢洪塔周邊設(shè)置回水泵船，使用4臺(tái)額定功率22kW、500m3/h的回水泵，最大回水量為每天4.8萬(wàn)方。日?；厮畷r(shí)接通電源、采用回水泵電動(dòng)回水，開(kāi)啟1至3臺(tái)回水泵。該回水方式需長(zhǎng)時(shí)間啟動(dòng)回水泵電機(jī)，不但影響電機(jī)使用壽命，而且電耗較大，是尾礦作業(yè)區(qū)電能損耗的主要來(lái)源。2018年3月份，利用“虹吸現(xiàn)象”原理，對(duì)4臺(tái)回水泵出口管道改造，實(shí)現(xiàn)自吸回水，每臺(tái)泵自吸流量達(dá)到420m3/h，改變了以往電動(dòng)回水時(shí)，由于流量太大，消力池水位不好控制而導(dǎo)致啟停泵頻繁的缺陷，運(yùn)行更加平穩(wěn)，回水率穩(wěn)步提升。庫(kù)水位全年上升3.89m，尾礦庫(kù)回水不用電，全年又節(jié)約電耗15萬(wàn)kW·h，更加環(huán)保。近年庫(kù)水位、回水率情況表見(jiàn)表4。

表4 袁家村鐵礦尾礦庫(kù)近年庫(kù)水位、回水率情況表

經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確判斷，并與施工單位溝通，優(yōu)化了溢洪塔封堵方式，減少封堵施工次數(shù)。每次水位距離封堵沿50cm時(shí)，提出預(yù)警，開(kāi)始支模，水位距離封堵沿30cm時(shí)澆筑混凝土，既滿(mǎn)足尾礦庫(kù)汛期泄洪要求，又滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。2019年全年封堵2次，比2017年減少7次，比2018年減少1次；加高比2018年減少2.1m，見(jiàn)表5。既減少施工措施費(fèi)用，又減少了聯(lián)結(jié)縫滲水的風(fēng)險(xiǎn)，有效延長(zhǎng)了溢洪塔的使用年限。

表5 2#溢洪塔近年封堵情況

2.3.3 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)管理

依照國(guó)家規(guī)范，袁家村鐵礦聯(lián)合山西博華科技有限公司，完善了白化宇尾礦庫(kù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括壩體水平位移及沉降監(jiān)測(cè)、庫(kù)水位監(jiān)測(cè)、干灘灘頂高程監(jiān)測(cè)、降雨量監(jiān)測(cè)及庫(kù)區(qū)視頻監(jiān)控五項(xiàng)內(nèi)容。

壩體水平位移及沉降監(jiān)測(cè)采用GPS系統(tǒng)，基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)在尾礦作業(yè)區(qū)辦公室北側(cè)，12臺(tái)GPS監(jiān)測(cè)樁布置在1 690m壩面上。庫(kù)水位監(jiān)測(cè)采用超聲波液位計(jì)，在2#溢水塔塔身安裝有1臺(tái)。灘頂高程監(jiān)測(cè)采用干灘傳感器，在壩內(nèi)坡共布設(shè)3臺(tái)。降雨量監(jiān)測(cè)采用容柵式雨量計(jì)，設(shè)置在尾礦作業(yè)區(qū)辦公室北側(cè)。庫(kù)區(qū)視頻監(jiān)控采用球形攝像機(jī)，分別在壩頂、壩東、壩西、壩下游及溢水塔、消力池區(qū)域布設(shè)有9臺(tái)[4]。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備平面布置圖見(jiàn)圖3。

現(xiàn)場(chǎng)采集的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)利用有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)男问絺鬏斨两K端服務(wù)器上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，24h不間斷統(tǒng)計(jì)、處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目超標(biāo)時(shí)具備預(yù)警、報(bào)警功能。

2019年通過(guò)對(duì)電纜橋架支撐的改進(jìn)，將壩體位移和沉降信號(hào)傳輸改進(jìn)為不受雷電干擾的光纜，大大提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，故障率降低了90%左右。

圖3 袁家鐵礦白華宇尾礦庫(kù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備平面布置圖

3 結(jié)語(yǔ)

袁家村鐵礦始終堅(jiān)持科技進(jìn)步求發(fā)展的主線(xiàn)，積極加強(qiáng)和行業(yè)相關(guān)科研院所合作攻關(guān)，攻克了一系列技術(shù)難題，創(chuàng)新性開(kāi)發(fā)出微細(xì)粒鐵礦全壽命廢石筑尾礦(庫(kù))壩的一系列關(guān)鍵技術(shù)，積累了廢石筑壩條件下尾礦庫(kù)生產(chǎn)、運(yùn)行的寶貴經(jīng)驗(yàn)，為類(lèi)似礦山的建設(shè)及發(fā)展新添了可參考、借鑒的模式。