徐嘉辰 曾霄祥

【摘 要】 本文通過溜槽試驗、室內(nèi)土工試驗及現(xiàn)場工業(yè)試驗對細粒尾礦堆存規(guī)律進行研究，提出了通過用旋流器稀釋放礦+人工干灘的細粒尾礦堆存的技術(shù)方案。試驗研究結(jié)果表明：旋流器底流稀釋后尾礦筑人工干灘方案實際沉積效果較好，人工干灘形成較快;旋流器底流稀釋后可大大提高沉積灘滲透性，有利于沉積灘面的快速排水固結(jié);現(xiàn)場工業(yè)試驗表明按現(xiàn)有給礦特性及旋流器運行參數(shù)，能夠達到溜槽試驗標準，實施過程中可通過優(yōu)化人工干灘區(qū)域排水和增設(shè)排滲設(shè)施能夠滿足尾砂筑壩要求。

【關(guān)鍵詞】 細粒尾礦;溜槽試驗;現(xiàn)場工業(yè)試驗;室內(nèi)土工試驗

【中圖分類號】 TD926 【文獻標識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2020）02-0025-03

為了解細粒尾礦對尾礦沖積灘坡度的影響及細粒尾礦筑壩物理力學(xué)指標的變化規(guī)律，驗證細粒尾礦堆存的可行性，本文采用現(xiàn)場調(diào)查、現(xiàn)場試驗、室內(nèi)試驗等方法對細粒尾礦力學(xué)性質(zhì)、滲透特性等進行分析研究，確定了旋流器稀釋放礦+人工干灘的細粒尾礦堆存方案。

1項目概況

該項目尾礦庫屬于山谷型尾礦庫，庫區(qū)北、東、西三面環(huán)山，尾礦壩位于庫區(qū)南側(cè)。初期壩為碾壓透水堆石壩，初期壩內(nèi)坡面鋪設(shè)加筋土工布反濾層;尾礦庫采用排水井-排水管的排洪系統(tǒng)，同時在壩內(nèi)設(shè)置水平排滲盲溝進行排滲，根據(jù)規(guī)范，屬四等庫。

根據(jù)資料，入庫尾礦+200目僅占16.84%，屬于典型的細粒級尾礦。本項目試驗內(nèi)容主要為現(xiàn)場高濃度尾礦筑壩流槽試驗研究，尾礦料土工試驗研究，通過試驗數(shù)據(jù)了解高濃度細粒級尾礦對尾礦沖積灘坡度的影響，并得出高濃度細粒級尾礦筑壩物理力學(xué)指標的變化，為下一階段研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

2溜槽試驗

2.1試驗方案

根據(jù)現(xiàn)場條件，在尾礦庫壩前西側(cè)布置溜槽，共設(shè)置平行兩個槽（1#溜槽，2#溜槽），溜槽長度40m，其中1#溜槽采用尾礦漿分級后的底流稀釋放礦、2#溜槽采用尾礦漿分級后的底流直接放礦。溜槽槽底以現(xiàn)狀沉積灘面為底（模擬現(xiàn)狀灘面坡度與滲透條件），槽壁采用土裝砂袋堆筑外包土工膜（根據(jù)實際放礦條件下尾礦側(cè)向排水條件較差特性進行模擬）。溜槽槽尾敞開并90度轉(zhuǎn)折，以摸清水利阻擋對放礦沉積的影響。

堆積壩頂溜槽前設(shè)置兩臺某型號旋流器對擬定尾礦漿進行分級，旋流器底流出口直通溜槽槽首內(nèi)，其中1#溜槽增設(shè)排水管進行底流稀釋，旋流器頂端溢流采用放礦管延伸排放至尾礦庫庫內(nèi)。具體布置圖如圖1所示。

2.2試驗結(jié)果

現(xiàn)場放礦結(jié)果表明，旋流器底流尾礦漿稀釋后的流動性較好，能較好地自溜槽頂端流動至溜槽底端，流動過程分級沉積效果較為明顯。

未經(jīng)稀釋旋流器底流尾礦漿因濃度較高造成流動性差，流動狀態(tài)類似隆起淤積，流動過程未見分級效果，沉積一段時間后灘面坡度接近于0°。

現(xiàn)場放礦結(jié)果表明，旋流器底流尾礦漿稀釋后在溜槽起點至30m處的沉淀分級效果較好，形成坡度及排水滲透效果較為理想;30m至出口段含泥量激增，坡度接近于0°，滲透性極差。

未經(jīng)稀釋的旋流器底流尾礦漿因濃度較高無水力分級效果，灘面為擠壓前行狀態(tài)，形成坡度接近于1°，且滲透性極差。

試驗結(jié)果表明，旋流器的分級效果和產(chǎn)率是影響項目安全性和經(jīng)濟性的關(guān)鍵，需要盡快由廠家取樣試驗并進行旋流器參數(shù)調(diào)整。

3滲透及力學(xué)試驗

根據(jù)尾礦庫相關(guān)規(guī)范要求及結(jié)合尾礦庫自身情況，開展尾礦物理性質(zhì)試驗（含水率、密度、比重、塑液限及顆粒分析）和尾礦力學(xué)性質(zhì)試驗（壓縮、滲透、固結(jié)快剪及三軸固結(jié)快剪）。

3.1滲透試驗

滲透試驗結(jié)果如表1所示：

由上表可知：

在不考慮取樣誤差影響下，1#溜槽灘面滲透系數(shù)比現(xiàn)狀灘面滲透系數(shù)要大得多。

上述滲透試驗表明，旋流器底流稀釋后可大大提高沉積灘滲透性，有利于沉積灘面的快速排水固結(jié)。

3.2壓縮試驗

試驗采用快速固結(jié)法進行測定壓縮系數(shù)和壓縮模量，根據(jù)本次壓縮試驗結(jié)果分別繪制兩種灘面下尾礦壓縮模量、壓縮系數(shù)與灘前距離關(guān)系曲線如圖2所示。

由圖2可知，現(xiàn)狀灘面下壓縮系數(shù)較大、壓縮模量小，且隨灘前距離變化不規(guī)律（變化幅度大）;1#溜槽灘面壓縮模量大、壓縮系數(shù)減小，且隨灘前距離變化規(guī)律性強（變化幅度?。?/p>

3.3固結(jié)快剪試驗

依據(jù)規(guī)范規(guī)定結(jié)合入庫尾礦特性，后期壩體穩(wěn)定性計算采用總應(yīng)力法所需的強度指標，選用固結(jié)快剪（CQ）試驗方法測尾礦試樣的強度指標Ccq和φcq。為后續(xù)壩體穩(wěn)定性計算分析提供數(shù)據(jù)。試驗主要采用儀器有SKDJ型直剪儀、位移計、BT224S型千分之一的電子天平及環(huán)刀。

在現(xiàn)狀灘面和1#溜槽灘面下，在灘前不同距離處分別取尾礦樣進行固結(jié)快剪試驗，其試驗指標如表2所示。

由表2可知，1#溜槽灘面尾礦試樣凝聚力較現(xiàn)狀灘面有所減小、內(nèi)摩擦角有所增大，表明在旋流器底流稀釋放礦下，灘面尾礦黏粒含量減少，砂粒含量增加。

3.4三軸固結(jié)快剪試驗

本次試驗在現(xiàn)狀灘面下已開展三軸剪切試驗，試驗主要儀器為TSZ-2型三軸儀。將飽和后的試樣先在某一壓力作用下排水固結(jié)，然后在保持不排水的情況下，快速增大軸向壓力，使試樣中的剪應(yīng)力逐漸增大，直至達到極限平衡而剪切，由此求得尾礦試樣的抗剪強度指標。本實驗不僅能測出尾礦樣的總應(yīng)力抗剪強度，而且可以測出固結(jié)穩(wěn)定后尾礦樣的孔隙水壓力，還可以計算其有效應(yīng)力強度指標。試驗結(jié)果如表3所示。

4現(xiàn)場工業(yè)試驗

4.1試驗設(shè)計

在現(xiàn)狀尾礦庫壩頂上均勻布置12臺旋流器，其中6臺為一組，2組交替使用。自選礦廠輸送來的尾礦漿在壩頂經(jīng)給料管輸送至旋流器給料口，底流管在壩前加水稀釋放礦，溢流管經(jīng)溢流匯集管匯集后輸送至距壩前200m庫內(nèi)排放。

現(xiàn)場工業(yè)試驗中旋流器運行參數(shù)與現(xiàn)場溜槽試驗中旋流器運行參數(shù)相同，考慮到后期尾砂筑壩安全性，本次試驗調(diào)整了旋流器安裝高度及溢流管布置。

試驗完成后在形成的灘面上取樣、試驗，測得其相關(guān)指標特性，就試驗結(jié)果進行分析計算，判別該放礦工藝的可行性。

4.2試驗結(jié)果

通過現(xiàn)場工業(yè)試驗可以得到如下結(jié)果：

底流稀釋放礦時由于灘面無側(cè)向約束，尾礦漿在灘面上呈現(xiàn)蜿蜒曲折流動，相對靜水區(qū)存在少量細顆粒沉積現(xiàn)象。

灘前30m總體坡度約2°，30m～50m灘面總體坡度約1°，現(xiàn)場直觀感受及檢測灘前40m粗顆粒含量高。

根據(jù)現(xiàn)場取樣可知，灘前30m區(qū)域尾砂顆粒較粗，總體未見夾泥層，切面擾動后即刻出現(xiàn)砂體失黏脫落現(xiàn)象;因透水性較強沉積一段時間后該段灘面含水量降低顯著、承載力顯著提高。灘前30m～50m區(qū)域灘面存在少量加細現(xiàn)象，且處于飽和狀態(tài)，擾動后易出現(xiàn)液化現(xiàn)象。

4.3結(jié)果分析

通過對試驗結(jié)果進行分析，進行如下總結(jié)：

在工業(yè)試驗過程中，經(jīng)多次現(xiàn)場踏勘分析，旋流器在經(jīng)數(shù)次調(diào)試后基本穩(wěn)定在額定運行工況下，受選礦廠尾礦漿濃度、給礦量大小及壓力波動影響，底流濃度總體處于55.0%～70.0%，+200目總體處于50.0%～68.0%。

工業(yè)試驗旋流器底流濃度及分級效果基本達到溜槽試驗數(shù)據(jù)標準。工業(yè)試驗過程中由于灘面取樣受限，所測數(shù)據(jù)相對較少。依據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，工業(yè)試驗灘前50m范圍灘面+200目比例均在90%以上，可以達到溜槽試驗數(shù)據(jù)標準，且灘前50m灘面+200目比例高于溜槽試驗結(jié)果，分析原因為溜槽試驗?zāi)┒伺潘糠质茏?，?dǎo)致部分細顆粒尾礦提前沉積。

現(xiàn)場工業(yè)試驗可知，盡管灘前0～50m范圍+200目含量較高，但在灘前40m～60m范圍沉積灘面幾乎處于飽和狀態(tài)，稍加擾動即可迅速排水，但在自然沉積狀態(tài)下排水速率慢，影響其強度增長，應(yīng)在該區(qū)域內(nèi)布設(shè)排滲設(shè)施，增大其排水能力，盡快完成固結(jié)，提高強度。

5結(jié)論

本次試驗研究得到了以下結(jié)論：

現(xiàn)場溜槽試驗、滲透及力學(xué)、現(xiàn)場工業(yè)試驗結(jié)果表明，按試驗方案進行尾礦堆存，灘前50m干灘粗尾礦含量、灘面強度、滲透性較現(xiàn)狀灘面均有較大程度提升，有利于尾礦庫今后運行的安全。

現(xiàn)場試驗表明，經(jīng)旋流器分級后，底流+200目的尾礦含量為55%～65%。對比底流排放時加水稀釋與不加水稀釋兩種狀況表明，加水稀釋可使底流具有良好的水力分級效果，能大大提高人工干灘上+200目的顆粒比例，提高干灘滲透性及力學(xué)指標。

對比分析現(xiàn)場工業(yè)試驗和溜槽試驗沉積灘面尾礦顆粒分布情況可知，現(xiàn)場工業(yè)試驗灘前50m區(qū)域灘面+200目含量高于溜槽試驗結(jié)果，可知尾礦水及時有效流向庫內(nèi)可以增加細顆粒尾礦挾帶距離。

經(jīng)過滲透性試驗分析可知，采用旋流器稀釋放礦后，灘前50m區(qū)域尾礦沉積灘滲透性明顯得以改善，其滲透系數(shù)約為現(xiàn)狀灘面下尾礦滲透系數(shù)的10～20倍。經(jīng)滲流分析可知，按擬定方案進行后期尾礦堆存，能夠滿足尾礦庫運行至終期期間的滲流控制要求。

綜上所述，試驗中旋流器在現(xiàn)場工業(yè)生產(chǎn)中運行狀況良好，操作簡便，降低了尾礦壩施工難度及堆筑成本，有利于企業(yè)今后的生產(chǎn)運行。該成果經(jīng)下一階段進一步研究后可在該尾礦庫細粒尾礦堆存中實施，同時經(jīng)優(yōu)化和完善后可在類似細粒尾礦筑壩項目中進行推廣和使用，將具有顯著的安全、經(jīng)濟社會效益。

【參考文獻】

[1]閻文慶.國內(nèi)外尾礦貯存堆放方法及應(yīng)用[J].金屬礦山，2016（9）：1-14.

[2]周漢民，劉曉非，崔旋，等.偏細粒尾礦新型快速堆壩方法[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2011.27（11）：120-121，124.

[3]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.尾礦庫安全技術(shù)規(guī)程（AQ2006-2005）[S].北京：中國標準出版社，2005.

[4]中國有色金屬工業(yè)協(xié)會.尾礦設(shè)施設(shè)計規(guī)范（GB50863-2013）[S].北京：中國計劃出版社，2013.