劉占全 趙啟東 宋立民

(內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司巴潤(rùn)礦業(yè)分公司)

高濃度尾礦又稱膏體尾礦，是漿狀尾礦濃縮脫水達(dá)到泵送極限、不離析黏稠狀的程度[1]。白云鄂博西礦尾礦堆存應(yīng)用高濃度堆存技術(shù)，是全國(guó)首例應(yīng)用該技術(shù)處理尾礦工藝的大型黑色冶金鐵礦山，該技術(shù)解決了白云鄂博高寒、缺水、選廠用水量大的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了尾礦庫(kù)占地面積小、壩體安全系數(shù)高、穩(wěn)定性好、環(huán)保效益突出等特點(diǎn)[2]。為此，針對(duì)白云鄂博西礦冬季下游壩前發(fā)生冰凍、庫(kù)容利用率低等問(wèn)題，對(duì)高濃度尾礦排放進(jìn)行了實(shí)踐優(yōu)化研究。

1 尾礦庫(kù)運(yùn)行工藝及存在問(wèn)題

尾礦庫(kù)由尾礦壩環(huán)繞建成，上游壩設(shè)置8個(gè)排放點(diǎn)輪流進(jìn)行排放，礦漿排放后析出水通過(guò)庫(kù)區(qū)取水塔溢流進(jìn)入下游集水池回收利用。但在運(yùn)行中，礦漿流態(tài)隨季節(jié)變化較大，流態(tài)的變化影響冬季揚(yáng)塵面積的大小、庫(kù)容利用及回水質(zhì)量和回水量。因此，控制好礦漿排放可以提高庫(kù)容利用率，減少冬季揚(yáng)塵，提高年回水量。

通過(guò)庫(kù)區(qū)運(yùn)行總結(jié)，尾礦庫(kù)存在的問(wèn)題主要表現(xiàn)為：①庫(kù)容利用率較低，下游壩年抬升速度較快，每年2 m以上，導(dǎo)致下游壩提前達(dá)到安全超高，庫(kù)中到上游壩庫(kù)容無(wú)法利用；②年回水量少，庫(kù)區(qū)下游壩壩前東側(cè)地勢(shì)較低，導(dǎo)致壩前東側(cè)匯水面積較大，無(wú)法回收此部分積水；③因冬季礦漿排放不合理，礦漿排放面積大造成后期揚(yáng)塵面積隨之增大。

2 高濃度尾礦優(yōu)化排放提高庫(kù)容利用率實(shí)踐應(yīng)用

2.1 控制下游壩前礦漿抬升高度

控制下游壩前礦漿抬升高度的必要性，運(yùn)行中，下游壩處礦漿因冬季礦漿流動(dòng)性變好，直接流到下游壩前，造成下游壩前礦漿灘面抬升接近安全超高，設(shè)計(jì)規(guī)范尾礦庫(kù)安全超高為1 m，中后期調(diào)洪水深6 m，因此必須控制下游壩前礦漿抬升高度來(lái)滿足尾礦庫(kù)服務(wù)年限。下游壩前礦漿抬升位置見(jiàn)圖1。

圖1 下游壩前礦漿抬升位置

2.2 通過(guò)子壩實(shí)現(xiàn)庫(kù)區(qū)礦漿流態(tài)控制

為了提高庫(kù)區(qū)礦漿排放的均勻性及降低庫(kù)區(qū)冬季冰凍層，提高庫(kù)容利用率，需在庫(kù)區(qū)設(shè)置兩條子壩來(lái)控制礦漿分布狀態(tài)。

2.2.1 子壩二建設(shè)依據(jù)高度及位置的確定

根據(jù)冬季尾礦排放量為1 220 000 m3及庫(kù)區(qū)原始坡度不變的情況下，礦漿排放厚度在子壩二前應(yīng)為2.6 m，因此子壩二建設(shè)高度不低于2.6 m，長(zhǎng)度為1 000 m，頂部寬度為5 m，坡比為1∶1.5。最終通過(guò)子壩二阻擋礦漿無(wú)限制的流動(dòng)，將礦漿集中在子壩北側(cè)區(qū)域，降低下游壩前礦漿灘面過(guò)快抬升。

(1)子壩二建設(shè)高度、位置測(cè)量論證通過(guò)庫(kù)區(qū)測(cè)量數(shù)據(jù)表明：子壩一和子壩二壩頂平均高差6.4 m，子壩一和子壩二間礦漿面南北邊界平均高差3.8 m，加筑高度為2.6 m，子壩二在子壩一下游平均距離606 m處。此區(qū)域庫(kù)容約137.72萬(wàn)m3。

(2)在子壩二的壩前匯水區(qū)域設(shè)置溢流口，溢流口采用φ350 mm管道穿越子壩二，實(shí)現(xiàn)有效導(dǎo)水，確保子壩二過(guò)水不過(guò)礦。若不設(shè)置溢流口，積水冬季冰凍，次年礦漿覆蓋，占據(jù)庫(kù)容，不利于回水利用。子壩二溢流口見(jiàn)圖2。

圖2 子壩二溢流口

2.2.2 原有子壩的調(diào)整

原有子壩一不加高，不能阻擋礦漿流動(dòng)，在兩頭及中間分別開(kāi)口一處，便于礦漿流入子壩一到子壩二間地勢(shì)較低的區(qū)域，充分利用此部分庫(kù)容。通過(guò)上述措施，改變礦漿分布狀態(tài)， 提高庫(kù)容利用。

2.3 均勻排放提高庫(kù)區(qū)礦漿堆存密度

單點(diǎn)輪流集中放礦，應(yīng)在庫(kù)區(qū)現(xiàn)有8個(gè)排放點(diǎn)基礎(chǔ)上采用等周期輪流放礦，便于實(shí)現(xiàn)上游壩處礦漿的均勻排放。因前期排放導(dǎo)致庫(kù)區(qū)東側(cè)整體地勢(shì)較低，主要集中在第七排放點(diǎn)南北走向區(qū)域，所以第七排放點(diǎn)在2018年年度排放中較其他排放點(diǎn)應(yīng)多排放一個(gè)周期，便于提高庫(kù)區(qū)東側(cè)低區(qū)域礦漿灘面，實(shí)現(xiàn)庫(kù)區(qū)子壩一北側(cè)整體均勻放礦。排放點(diǎn)排放實(shí)施計(jì)劃見(jiàn)表1。

排放口的改造，延長(zhǎng)上游壩壩前排放管到礦漿灘面進(jìn)行排礦，用φ350 mm鋼管及彎頭連接φ350 mm的現(xiàn)有排放管，到礦漿灘面距壩根1 m遠(yuǎn)處進(jìn)行放礦。減少庫(kù)區(qū)沖刷溝，提高礦漿排放后的均勻性。排放口改造效果見(jiàn)圖3。

表1 排放點(diǎn)排放實(shí)施計(jì)劃

圖3 排放口改造效果

2.4 尾礦堆密度測(cè)定

通過(guò)取樣對(duì)庫(kù)區(qū)上游側(cè)和下游側(cè)尾礦堆密度測(cè)定，第一批次：在尾礦庫(kù)區(qū)的上游側(cè)，利用沖刷溝兩側(cè)的較大斷面，去除表層浮礦，在不同標(biāo)高、不同地段取樣，保證塊樣沒(méi)有明顯裂隙，具有足夠的代表性；第二批次：在尾礦庫(kù)下游側(cè)，挖掘不同取樣點(diǎn)，在表層以下不同標(biāo)高取樣，保證塊樣沒(méi)有明顯裂隙和分層，具有足夠的代表性。

測(cè)定方法，將不規(guī)則形狀的尾礦庫(kù)塊樣利用樣鏟切削成規(guī)則立方體，稱量重量，計(jì)算體積，然后利用質(zhì)量與體積的比值計(jì)算其含水分的堆密度，將礦樣烘干后計(jì)算其干礦堆密度。

庫(kù)區(qū)西北側(cè)、東北側(cè)堆密度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2、表3，總體測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。

表2 庫(kù)區(qū)西北側(cè)堆密度測(cè)定結(jié)果

由表2可知，庫(kù)區(qū)西北側(cè)的平均濕礦堆密度為2.095 t/m3，干密度為1.888 t/m3較設(shè)計(jì)指標(biāo)1.6 t/m3高0.288 t/m3。

表3 庫(kù)區(qū)東北側(cè)堆密度測(cè)定結(jié)果

注：庫(kù)區(qū)標(biāo)高是以庫(kù)區(qū)表層為0 m進(jìn)行標(biāo)高。

由表3可知，庫(kù)區(qū)東北側(cè)的平均濕礦堆密度為1.973 t/m3，干密度為1.778 t/m3較設(shè)計(jì)指標(biāo)1.6 t/m3高0.178 t/m3。

由表4可知，總體干礦堆密度為1.83 t/m3，較設(shè)計(jì)指標(biāo)高0.23 t/m3，理論庫(kù)容的服務(wù)年限增加約2 a。

表4 總體測(cè)定結(jié)果

3 結(jié) 語(yǔ)

白云鄂博西礦高濃度尾礦堆存技術(shù)通過(guò)優(yōu)化排放實(shí)踐，不僅可以大量節(jié)約用水、保證尾礦庫(kù)安全穩(wěn)定、高效運(yùn)行，還能有效合理利用庫(kù)容、最大限度地延長(zhǎng)尾礦庫(kù)的服務(wù)年限，根據(jù)優(yōu)化后堆密度的測(cè)定，尾礦庫(kù)在原有基礎(chǔ)上延長(zhǎng)兩年使用壽命。后期更高效的排放、運(yùn)行需更深入的探索。