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。
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。
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
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。
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
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
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。