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陶瓷耐磨管专题之矿山尾矿堆坝的方法和实践

发布者:流化床锅炉水冷壁防磨发布时间:2012-01-13访问量:770

矿山尾矿输送中,现在80%以上的输送方案都采用的是陶瓷耐磨管道,现在就陶瓷复合管的专题来谈一下,矿山尾矿输送行业中,尾矿堆坝的方法与实践。

水力冲积法堆的坝叫尾矿堆积坝。子坝的筑坝方法还可以分为人工筑坝、机械筑坝、池田法筑坝等。排放方法有多点排放,即支管分散排放,独管排放等。前者方便筑坝,后者多用于冬季排放和水下排放。有时,为了调整沉积滩坡度,需要考虑不同支管的浓度和粒度,有目的的开启支管。高浓度、细颗粒尾矿筑坝设计缺乏经验,有几个典型工程使用规程的上游法,投产以后出现了筑坝困难的问题。尾矿浓缩、分级、压滤设备的发展,为尾矿膏体排放和“干堆”创造了基础条件,具备了推广的要素之一。由于上游法与干堆法差别较大,干堆设计“不能按上游法规范做”,膏体排放的设计也如此。平面布置、空间利用、库容计算、堆坝方法、材料分布等,许多环节都有别于上游法。当前尾矿膏排和干堆没有设计、施工规范,也缺少系统设计经验,更难找到勘察、试验、实测资料,应鼓励开展这方面工作。

尾矿库安全运行现状及其改进

尽管有闭库、有停用库,从所谓“危险源”、“污染源”的意义上看,“两源”总量几乎没变化。对环境和社会公众安全的压力基本没有减缓。概括当前尾矿库的安全现状:“数量多、规模小,四等库以下占95%以上;普遍采用上游式筑坝;尾矿库安全度低,非正常库近40%;尾矿库下游居民多,下游居民人数100人以上的占53%;尾矿库技术力量薄弱等。”如何缓解尾矿库对环境和社会公众安全的压力,如何防范尾矿库事故带来的损失,是近几年监管部门、使用管理尾矿库的企业、技术专家和公众关心的问题。

改善和扭转这一局面的办法就是在技术、许可、企业三个层面上把工作做实:提高尾矿库勘察、设计、筑坝操作、运行管理技术水准;坚持严格的正常建设标准;狠抓企业主体责任的落实。这些工作的目的就是保证工程安全,大坝要做到不漫、不溃、不滑、不裂;排洪构筑物要不倾、不倒、不塌、畅通。

近几年的实践表明,现在各类应急预案,包括尾矿库的预案,都是针对严重事故的,是减少事故损失的,不是为了减少和杜绝事故总量的。我们要讨论的筑坝和排放是为了改善和提高工程安全,从而保障社会和公众安全。

常用尾矿筑坝方法及其展望

尾矿输送可分为干法和湿法,干法用汽车或皮带,湿法使用泵送,也叫尾矿浆体输送或膏体输送。

对应输送方法的排放方式是干排、膏体排放(也叫圆锥法)、水力冲积法(也叫水力冲填)。不同的排放方式,对场地的要求不同,对约束或支撑尾矿的坝也不同。由于尾矿性质各异,平面布置、防洪设计、地基处理的要求也有较大差别。

水力冲积法堆积的称为尾矿堆积坝。尾矿堆积坝(emban kment)是指生产过程中用尾矿充填堆筑而成的坝。常用的方法有3种:

上游式尾矿筑坝法(upstream emban kment method)在初期坝上游方向充填堆积尾矿的筑坝方式。其特点是堆积坝坝顶轴线逐级向初期坝上游方向推移。

中线式尾矿筑坝法(centerline emban kment method)在初期坝轴线处采用旋流器分离粗尾砂筑坝方式。其特点是坝顶的轴线始终不变。

下游式尾矿筑坝法(downstream emban kment method)在初期坝下游方向用旋流器分离粗尾砂筑坝方式。其特点是子坝坝顶轴线逐级向初期坝下游方向推移。

子坝的筑坝方法可以分为人工筑坝、机械筑坝、池田法筑坝等。

排放方法有多点排放,即支管分散排放,独管排放等。前者方便筑坝,后者多用于冬季排放和水下排放。有时,为了调整沉积滩坡度,需要考虑不同支管的浓度和粒度,有目的的开启支管。这都是企业长期积累的“绝招”,通常不为认知。

如前所述,高浓度、细颗粒尾矿堆坝设计缺乏经验,现有规程主要内容是上游法,或者说上游法的条款较多。有几个典型工程使用上游法,投产以后出现了筑坝困难的问题。著名的有鲁中、大顶、洪都等。

细颗粒尾矿筑坝设计常采用补强方法增加稳定性,例如:洪都尾矿坝每期子坝(高约3?m)铺设100m的土工格栅。西石门后井坝曾经用旋流器在子坝前隔一个安全滩长的距离,再堆筑一道子坝用来排矿、挡水以满足安全滩长要求。鲁中不用尾矿筑子坝,用废石土挤泥筑坝,无纺布做隔离层,再用旋流器沉砂形成排水层。大顶矿的排放浓度低,尾矿粗、细两级分化明显,则用池田法就地沉砂,以获得较宽厚的坝体,支撑细粒尾矿泥。

据了解,栾川龙宇钼业有限公司尾矿库设计初期坝高60m,初期库容83.2万m3,堆积坝高200m,总有效库容3845.4万m3。前100?m的堆积坝坡1 : 4,后100?m的堆积坝坡1 : 5。2008年10月投入运行,排放浓度55%。2009年5月下旬堆积高度超过了初期坝顶(高程1270m),到2010年3月,堆至第十一期子坝时,堆高22m(高程1?292?m),为了运行安全采取了如下措施:

针对上升速率过快采取了减产、限产措施;针对第一、二期子坝沼泽化的问题,增设了水平排渗,在高程1270~1370m、距离坝顶142~160m还预埋了排渗盲沟;在高程1470m、距离坝顶180~200m区间设置土工席垫,土工席外包400 g/m 无纺布;把55%的排放浓度降至25%~35%,以改善尾矿浆的分选性和坝前沉积滩面坡度;调整选矿工艺,使尾矿中负200目的粒组由原来的65%以上减少到50%~60%。

尾矿干堆和膏体排放

采用干式排放和膏体排放来堆存尾矿,都需要先把尾矿浆浓缩到一个理想的浓度,再进一步浓缩为膏体(在泵送前需要添加剂),或者把理想浓度的矿浆送入压滤机,强制缩水为“湿饼”或“干饼”。

经过深锥浓密机脱水后,不分选、离析,尾矿浓度大于临界流态浓度而小于极限可输送浓度。这种尾矿多用于膏体地表排放,以排放点作为中心,形成3o~10o坡度。显然,中心高度越大,坡角也随之增大。这样在中心点排放,尾矿会形成一个堆体。上世纪90年代,国内叫锥式排放(conical center disposal)。

经过压滤或过滤后,不发生分选、离析,重量浓度80%或更高,含水在塑限附近,饱和度在75~90%之间的尾矿,称为尾矿“干饼”或“?湿饼”。可以用汽车或传送带运至特定地点排放,可以在初期坝或平地围堤所形成区域内存放、排放,有的在沟谷的末端开始向下游排。这就是人们说的干堆(dry stacking)。

存放压滤、过滤工艺后的尾矿干饼、湿饼的场所,如果场地内无存水,可以叫尾矿干堆场(dry?tailings?yard)。锥式排放能形成尾矿堆,无需建坝的,也属于尾矿堆场。为了收集径流、防洪、防止扬尘、回水和方便管理等,应布置必要的工程,属于附属设施,主要有防渗、排渗、护坡、绿化、喷淋、集水及排水等。

干式排放和膏体排放概况

尾矿浓缩、分级、压滤设备的发展,为尾矿膏体排放和“干堆”创造了基础条件,具备了推广的要素之一。

膏体是在静态条件下,基本不离析的固液两相体,重量浓度在65%?75%。选矿专业有学者认为膏体或高浓度直接排放工艺有以下特点:

浓度高,如果浓缩系统在选厂,厂内回水率高;排放场所选择灵活,可建在塌陷坑、低洼地、开矿坑等负地形和缓坡地;实现运营和复垦同步进行;面积小,建设和维护费用低。

由于国内膏体堆放的实际工程尚少见,从尾矿库建设和运行角度,为了和传统尾矿堆存方法探讨比较,假设有同一“V”型山谷,一个方案是传统湿法排放。筑坝后使用湿法排放,初期坝高55m,筑坝的方量190万m3,库容700万m3,不堆坝。由于这是一个带有心墙的坝,不用尾矿堆坝,国内通常称为一次性筑坝。

另一个方案是膏体堆排,筑坝后在坝内锥形堆放,围坝高20m,坝的方量15.35万m3,库容5500万m3,锥高50m。如果粗尾矿,上游法筑坝,初期坝高20m,再堆坝35m,总库容就肯定大于5500万m3。

需要说明,在这个举例中要注意尾矿特性,如果需建55m高的心墙坝堆存的尾矿,按国内的经验,全尾矿的评价粒径当小于0.04mm,-200目的大于80%,400目大于或接近40%。这种尾矿膏排易,干堆难。

(本文来源:徐宏达 谢亦石 承德龙兴矿业工程设计有限责任公司北京项目部)