露天采场尾泥固化试验及工程实践

摘要：本文以凤凰山矿业公司实施尾泥固化顶目的背景为前提，简要介绍了尾泥固化的原理、目标和实验室试验情况，通过其在露天采场的应用实践，着重阐述了尾泥固化项目的工艺流程、施工方法步骤以及取得的实际效果，具有一定的借鉴价值和现实意义。

关键词：尾泥固化 固化剂 露天采场

凤凰山矿业公司露天采场回填复垦一期工程尾泥排放点是露天开采回收Ⅱ#矿体残矿形成的采坑，该采坑呈圆形山谷状，谷底高程-18.4m，谷顶高程约+70.0m，坡度约35°。一期排尾工程自2009年10月20日开始至2011年2月，采坑内尾泥堆积体积约12×104m3。现尾泥排放液位已达+13m水平，液面面积达10000m2，谷底尾砂厚约30.9米。

一期排尾工程输送的是细颗粒成分的尾泥，伴有大量选矿尾水。为勘察尾泥沉降情况，凤凰山矿业公司委托铜陵有色金地勘察分公司于2010年12月进行了现场勘探，从提交的岩土工程勘察报告分析认为，经过近一年的排尾淤积，在自重压力固结下仅坑底部约3m厚的尾粘质粉土呈稍密状态，其上淤泥质土和淤泥仍为饱和流塑状，特别是表层为20m厚的浮泥，平均体积浓度5.6%（重量浓度为15%），总量约10万m3，呈稀泥浆状的流体状态。尾泥中的水分极容易沿采坑边帮的节理、裂隙渗入井下，存在井下突水突泥等重大安全隐患。

1 尾泥固化室内试验

1.1 尾泥固化的原理。新型高科技固化剂与土结合发生化学反应（类似水泥与沙石水化反应形成混凝土），尾矿固化剂是利用粘土矿物表面吸附的碱金属、碱土金属成分，通过系统的化学反应，充分利用粘土矿物表面吸附的碱金属、碱土金属与某些外加成分发生化学反应，以生成大量化学惰性大、非溶性的胶体结石成分、结石结晶水化物的结石材料。

1.2 尾泥固化的目标。凤凰山矿业公司选矿厂出来尾砂经过分级，粗颗粒尾砂一部分充填至井下采空区，另一部分外埋，剩余浓度较低的细颗粒尾砂没有采用任何处理措施排至露天采坑，该尾砂粒度较细，尾水溢流难度大，尾砂沉降困难。这样，排至露天坑内粒度极细的尾泥只有较小一部分在露天坑底缓慢沉淀，绝大部分长期悬浮在水中，这种流体一旦泄漏，就会给井下的安全生产带来极大的威胁。尾矿固化处理就是在一定浓度条件下的尾矿（泥）中添加适量的固化剂进行搅拌混合，将流动度大的尾矿（泥）固化成较为板结稳定的实体。

1.3 室内试验。2010年12月末至2011年元月初，在凤凰山矿业公司选矿试验室进行了尾泥固化试验，试验分为两个步骤：一是将现有的4-15%尾矿浆浓密至35-40%的浓度，通过加入不同量的固化剂与不同种絮凝剂的调配找出最优的浓密效果及最佳配比；二是将浓密的高浓度底流按不同的强度要求试验出最优的固化剂添加量，满足成本低的要求。室内试验主要结果是：①对于浓度为30%、35%、40%、45%的底流，分别加入不同固化剂及不同灰砂比进行试验。②在相同条件下，1：10的水泥固化效果比1：20的水泥固化效果好。③工业试验按尾泥浓度40%、流量30m3/h，灰砂比1：20来配置搅拌、输送等设施及液位、浓度、流量等计量自动控制仪表系统。

2 尾泥固化工程实践

2011年5月，凤凰山矿业公司本着投资省、见效快和操作简单的原则，决定对Ⅱ#矿体露天坑内的已排入尾泥，采用就地喷射固化剂渗透尾泥中的方案进行固化施工。

2.1 工艺流程简介。将固化剂储存于水泥仓中，通过下端叶轮给料机加入气体输送泵，经管道输送至露天采坑液面工作浮船，由移动式电动卷扬拖动浮船按一定顺序，对尾泥浆喷射固化剂，分次喷射、循环作业。

2.2 施工前准备工作。①固化剂选用。选用强度等级为32.5的普通硅酸盐水泥为固化剂，要求无结块且新鲜，细度要求有95%的量能通过80μm方孔筛。用量暂订为20t。②施工机具及材料准备。围绕上述工艺流程和安全技术要求，准备尾泥固化施工机具（见表一）和材料用量，水泥输送装置通过对外招标的形式，确定由铜陵方圆计量器具有限责任公司为制作商。

③技术准备。凤凰山矿业公司技术部门根据与铜陵方圆计量器具有限责任公司签订的技术协议，进行了有关设计工作，明确了水泥仓、除尘器、水泥给料机、计量螺旋及电控柜的具体型号规格，对水泥仓基础条件施工提出了具体的技术要求。

2.3 施工步骤。自2011年10月起，以Ⅱ#矿体露天采坑为对象进行了尾泥固体现场施工，可分为如下3个步骤：①基础条件施工。组织施工水泥仓基础（开挖φ5000

mm、深1000mm圆形槽，灌浆量19.67m3），浇筑用于固定电动卷扬机的混凝土方垛（9m3），并进行养护。②设备吊装及管线敷设。将施工材料及机具拖运进场，吊装浮船、水泥仓、储气灌、气体输送机等，并敷设输灰软管、安装电控装置和夜间探照灯等。③固化施工操作。首先，在拦水坝坡顶面间隔一定距离分别将2台J型电动卷扬机固定在混凝土方垛上（便于移动）。然后，在尾泥坑边帮间隔50m施工固定楔（打2.5m螺纹钢锚杆），在两固定楔之间联结1根起重铁链，将滑轮挂在铁链上划定喷射位置。一般循环喷射三次，在第二次喷射结束后，在液面上铺设塑料土工格栅，起加强筋作用。经一年的现场施工，截止2012年10月底，已完成固化剂喷射量2000t、液面土工格栅铺设面积9800m2。固化剂喷头及固化施工操作如图一、二所示。

2.4 现场施工效果。2012年元月31日，凤凰山矿业公司对现场坑底尾泥固化情况进行了取样，送铜陵有色金地勘察有限公司试验室检测，检测结果基本达到固化方案上的要求，检测报告摘要如下：

“土工试验结果表明，送检的土样含水率大，平均值为108.9%，湿密度平均值为1.34g/cm3，天然孔隙比e0平均值为3.592，压缩模量Es1-2平均值为6.247MPa。根据土工试验结果判断，该场地土原为流泥状，可像水一样流动。水泥固化后，送检的土样具有一定的强度，骨架为水泥的尾泥固化后组成的，但孔隙率大，孔隙内充满水和少量的尾泥，但不易流动。”

3 结语

因凤凰山矿业公司相思谷尾矿库2008年停用，决定将露天采场（浅部资源接近枯竭）作为尾砂库使用，而露天采场地下仍处于采掘阶段，在对一年来排放尾泥作了现场勘察，得出表层有20m厚的浮泥，呈稀泥状的流体状态后，为确保尾砂坑稳定，不对地下正在开采的矿井产生渗透隐患，凤凰山矿业公司决定对露天尾泥坑进行固化处理。对此厚度及库容的尾泥进行固结处理，一方面消除了尾泥排放所带来的安全隐患、确保了矿山生产持续发展，另一方面是取得了尾泥固化的先进经验，具有一定的借鉴价值和现实意义。

参考文献：

[1]杨晓鹏.LZSS土壤固化剂固化土基层施工[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2009（01）.

[2]张岩波.制导光纤粘结剂特性研究[J].价值工程，2012（25）.

[3]王志鹏，谢众，李龙，李瑞，魏浩，刘连河.不同固化剂对环氧树脂的性能影响[J].全面腐蚀控制，2013（12）.

作者简介：

杨镰（1964-），男，安徽怀宁人，双大专，采矿工程师，从事露天采场作业管理工作。endprint

摘要：本文以凤凰山矿业公司实施尾泥固化顶目的背景为前提，简要介绍了尾泥固化的原理、目标和实验室试验情况，通过其在露天采场的应用实践，着重阐述了尾泥固化项目的工艺流程、施工方法步骤以及取得的实际效果，具有一定的借鉴价值和现实意义。

关键词：尾泥固化 固化剂 露天采场

凤凰山矿业公司露天采场回填复垦一期工程尾泥排放点是露天开采回收Ⅱ#矿体残矿形成的采坑，该采坑呈圆形山谷状，谷底高程-18.4m，谷顶高程约+70.0m，坡度约35°。一期排尾工程自2009年10月20日开始至2011年2月，采坑内尾泥堆积体积约12×104m3。现尾泥排放液位已达+13m水平，液面面积达10000m2，谷底尾砂厚约30.9米。

一期排尾工程输送的是细颗粒成分的尾泥，伴有大量选矿尾水。为勘察尾泥沉降情况，凤凰山矿业公司委托铜陵有色金地勘察分公司于2010年12月进行了现场勘探，从提交的岩土工程勘察报告分析认为，经过近一年的排尾淤积，在自重压力固结下仅坑底部约3m厚的尾粘质粉土呈稍密状态，其上淤泥质土和淤泥仍为饱和流塑状，特别是表层为20m厚的浮泥，平均体积浓度5.6%（重量浓度为15%），总量约10万m3，呈稀泥浆状的流体状态。尾泥中的水分极容易沿采坑边帮的节理、裂隙渗入井下，存在井下突水突泥等重大安全隐患。

1 尾泥固化室内试验

1.1 尾泥固化的原理。新型高科技固化剂与土结合发生化学反应（类似水泥与沙石水化反应形成混凝土），尾矿固化剂是利用粘土矿物表面吸附的碱金属、碱土金属成分，通过系统的化学反应，充分利用粘土矿物表面吸附的碱金属、碱土金属与某些外加成分发生化学反应，以生成大量化学惰性大、非溶性的胶体结石成分、结石结晶水化物的结石材料。

1.2 尾泥固化的目标。凤凰山矿业公司选矿厂出来尾砂经过分级，粗颗粒尾砂一部分充填至井下采空区，另一部分外埋，剩余浓度较低的细颗粒尾砂没有采用任何处理措施排至露天采坑，该尾砂粒度较细，尾水溢流难度大，尾砂沉降困难。这样，排至露天坑内粒度极细的尾泥只有较小一部分在露天坑底缓慢沉淀，绝大部分长期悬浮在水中，这种流体一旦泄漏，就会给井下的安全生产带来极大的威胁。尾矿固化处理就是在一定浓度条件下的尾矿（泥）中添加适量的固化剂进行搅拌混合，将流动度大的尾矿（泥）固化成较为板结稳定的实体。

1.3 室内试验。2010年12月末至2011年元月初，在凤凰山矿业公司选矿试验室进行了尾泥固化试验，试验分为两个步骤：一是将现有的4-15%尾矿浆浓密至35-40%的浓度，通过加入不同量的固化剂与不同种絮凝剂的调配找出最优的浓密效果及最佳配比；二是将浓密的高浓度底流按不同的强度要求试验出最优的固化剂添加量，满足成本低的要求。室内试验主要结果是：①对于浓度为30%、35%、40%、45%的底流，分别加入不同固化剂及不同灰砂比进行试验。②在相同条件下，1：10的水泥固化效果比1：20的水泥固化效果好。③工业试验按尾泥浓度40%、流量30m3/h，灰砂比1：20来配置搅拌、输送等设施及液位、浓度、流量等计量自动控制仪表系统。

2 尾泥固化工程实践

2011年5月，凤凰山矿业公司本着投资省、见效快和操作简单的原则，决定对Ⅱ#矿体露天坑内的已排入尾泥，采用就地喷射固化剂渗透尾泥中的方案进行固化施工。

2.1 工艺流程简介。将固化剂储存于水泥仓中，通过下端叶轮给料机加入气体输送泵，经管道输送至露天采坑液面工作浮船，由移动式电动卷扬拖动浮船按一定顺序，对尾泥浆喷射固化剂，分次喷射、循环作业。

2.2 施工前准备工作。①固化剂选用。选用强度等级为32.5的普通硅酸盐水泥为固化剂，要求无结块且新鲜，细度要求有95%的量能通过80μm方孔筛。用量暂订为20t。②施工机具及材料准备。围绕上述工艺流程和安全技术要求，准备尾泥固化施工机具（见表一）和材料用量，水泥输送装置通过对外招标的形式，确定由铜陵方圆计量器具有限责任公司为制作商。

③技术准备。凤凰山矿业公司技术部门根据与铜陵方圆计量器具有限责任公司签订的技术协议，进行了有关设计工作，明确了水泥仓、除尘器、水泥给料机、计量螺旋及电控柜的具体型号规格，对水泥仓基础条件施工提出了具体的技术要求。

2.3 施工步骤。自2011年10月起，以Ⅱ#矿体露天采坑为对象进行了尾泥固体现场施工，可分为如下3个步骤：①基础条件施工。组织施工水泥仓基础（开挖φ5000

mm、深1000mm圆形槽，灌浆量19.67m3），浇筑用于固定电动卷扬机的混凝土方垛（9m3），并进行养护。②设备吊装及管线敷设。将施工材料及机具拖运进场，吊装浮船、水泥仓、储气灌、气体输送机等，并敷设输灰软管、安装电控装置和夜间探照灯等。③固化施工操作。首先，在拦水坝坡顶面间隔一定距离分别将2台J型电动卷扬机固定在混凝土方垛上（便于移动）。然后，在尾泥坑边帮间隔50m施工固定楔（打2.5m螺纹钢锚杆），在两固定楔之间联结1根起重铁链，将滑轮挂在铁链上划定喷射位置。一般循环喷射三次，在第二次喷射结束后，在液面上铺设塑料土工格栅，起加强筋作用。经一年的现场施工，截止2012年10月底，已完成固化剂喷射量2000t、液面土工格栅铺设面积9800m2。固化剂喷头及固化施工操作如图一、二所示。

2.4 现场施工效果。2012年元月31日，凤凰山矿业公司对现场坑底尾泥固化情况进行了取样，送铜陵有色金地勘察有限公司试验室检测，检测结果基本达到固化方案上的要求，检测报告摘要如下：

“土工试验结果表明，送检的土样含水率大，平均值为108.9%，湿密度平均值为1.34g/cm3，天然孔隙比e0平均值为3.592，压缩模量Es1-2平均值为6.247MPa。根据土工试验结果判断，该场地土原为流泥状，可像水一样流动。水泥固化后，送检的土样具有一定的强度，骨架为水泥的尾泥固化后组成的，但孔隙率大，孔隙内充满水和少量的尾泥，但不易流动。”

3 结语

因凤凰山矿业公司相思谷尾矿库2008年停用，决定将露天采场（浅部资源接近枯竭）作为尾砂库使用，而露天采场地下仍处于采掘阶段，在对一年来排放尾泥作了现场勘察，得出表层有20m厚的浮泥，呈稀泥状的流体状态后，为确保尾砂坑稳定，不对地下正在开采的矿井产生渗透隐患，凤凰山矿业公司决定对露天尾泥坑进行固化处理。对此厚度及库容的尾泥进行固结处理，一方面消除了尾泥排放所带来的安全隐患、确保了矿山生产持续发展，另一方面是取得了尾泥固化的先进经验，具有一定的借鉴价值和现实意义。

参考文献：

[1]杨晓鹏.LZSS土壤固化剂固化土基层施工[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2009（01）.

[2]张岩波.制导光纤粘结剂特性研究[J].价值工程，2012（25）.

[3]王志鹏，谢众，李龙，李瑞，魏浩，刘连河.不同固化剂对环氧树脂的性能影响[J].全面腐蚀控制，2013（12）.

作者简介：

杨镰（1964-），男，安徽怀宁人，双大专，采矿工程师，从事露天采场作业管理工作。endprint

摘要：本文以凤凰山矿业公司实施尾泥固化顶目的背景为前提，简要介绍了尾泥固化的原理、目标和实验室试验情况，通过其在露天采场的应用实践，着重阐述了尾泥固化项目的工艺流程、施工方法步骤以及取得的实际效果，具有一定的借鉴价值和现实意义。

关键词：尾泥固化 固化剂 露天采场

凤凰山矿业公司露天采场回填复垦一期工程尾泥排放点是露天开采回收Ⅱ#矿体残矿形成的采坑，该采坑呈圆形山谷状，谷底高程-18.4m，谷顶高程约+70.0m，坡度约35°。一期排尾工程自2009年10月20日开始至2011年2月，采坑内尾泥堆积体积约12×104m3。现尾泥排放液位已达+13m水平，液面面积达10000m2，谷底尾砂厚约30.9米。

一期排尾工程输送的是细颗粒成分的尾泥，伴有大量选矿尾水。为勘察尾泥沉降情况，凤凰山矿业公司委托铜陵有色金地勘察分公司于2010年12月进行了现场勘探，从提交的岩土工程勘察报告分析认为，经过近一年的排尾淤积，在自重压力固结下仅坑底部约3m厚的尾粘质粉土呈稍密状态，其上淤泥质土和淤泥仍为饱和流塑状，特别是表层为20m厚的浮泥，平均体积浓度5.6%（重量浓度为15%），总量约10万m3，呈稀泥浆状的流体状态。尾泥中的水分极容易沿采坑边帮的节理、裂隙渗入井下，存在井下突水突泥等重大安全隐患。

1 尾泥固化室内试验

1.1 尾泥固化的原理。新型高科技固化剂与土结合发生化学反应（类似水泥与沙石水化反应形成混凝土），尾矿固化剂是利用粘土矿物表面吸附的碱金属、碱土金属成分，通过系统的化学反应，充分利用粘土矿物表面吸附的碱金属、碱土金属与某些外加成分发生化学反应，以生成大量化学惰性大、非溶性的胶体结石成分、结石结晶水化物的结石材料。

1.2 尾泥固化的目标。凤凰山矿业公司选矿厂出来尾砂经过分级，粗颗粒尾砂一部分充填至井下采空区，另一部分外埋，剩余浓度较低的细颗粒尾砂没有采用任何处理措施排至露天采坑，该尾砂粒度较细，尾水溢流难度大，尾砂沉降困难。这样，排至露天坑内粒度极细的尾泥只有较小一部分在露天坑底缓慢沉淀，绝大部分长期悬浮在水中，这种流体一旦泄漏，就会给井下的安全生产带来极大的威胁。尾矿固化处理就是在一定浓度条件下的尾矿（泥）中添加适量的固化剂进行搅拌混合，将流动度大的尾矿（泥）固化成较为板结稳定的实体。

1.3 室内试验。2010年12月末至2011年元月初，在凤凰山矿业公司选矿试验室进行了尾泥固化试验，试验分为两个步骤：一是将现有的4-15%尾矿浆浓密至35-40%的浓度，通过加入不同量的固化剂与不同种絮凝剂的调配找出最优的浓密效果及最佳配比；二是将浓密的高浓度底流按不同的强度要求试验出最优的固化剂添加量，满足成本低的要求。室内试验主要结果是：①对于浓度为30%、35%、40%、45%的底流，分别加入不同固化剂及不同灰砂比进行试验。②在相同条件下，1：10的水泥固化效果比1：20的水泥固化效果好。③工业试验按尾泥浓度40%、流量30m3/h，灰砂比1：20来配置搅拌、输送等设施及液位、浓度、流量等计量自动控制仪表系统。

2 尾泥固化工程实践

2011年5月，凤凰山矿业公司本着投资省、见效快和操作简单的原则，决定对Ⅱ#矿体露天坑内的已排入尾泥，采用就地喷射固化剂渗透尾泥中的方案进行固化施工。

2.1 工艺流程简介。将固化剂储存于水泥仓中，通过下端叶轮给料机加入气体输送泵，经管道输送至露天采坑液面工作浮船，由移动式电动卷扬拖动浮船按一定顺序，对尾泥浆喷射固化剂，分次喷射、循环作业。

2.2 施工前准备工作。①固化剂选用。选用强度等级为32.5的普通硅酸盐水泥为固化剂，要求无结块且新鲜，细度要求有95%的量能通过80μm方孔筛。用量暂订为20t。②施工机具及材料准备。围绕上述工艺流程和安全技术要求，准备尾泥固化施工机具（见表一）和材料用量，水泥输送装置通过对外招标的形式，确定由铜陵方圆计量器具有限责任公司为制作商。

③技术准备。凤凰山矿业公司技术部门根据与铜陵方圆计量器具有限责任公司签订的技术协议，进行了有关设计工作，明确了水泥仓、除尘器、水泥给料机、计量螺旋及电控柜的具体型号规格，对水泥仓基础条件施工提出了具体的技术要求。

2.3 施工步骤。自2011年10月起，以Ⅱ#矿体露天采坑为对象进行了尾泥固体现场施工，可分为如下3个步骤：①基础条件施工。组织施工水泥仓基础（开挖φ5000

mm、深1000mm圆形槽，灌浆量19.67m3），浇筑用于固定电动卷扬机的混凝土方垛（9m3），并进行养护。②设备吊装及管线敷设。将施工材料及机具拖运进场，吊装浮船、水泥仓、储气灌、气体输送机等，并敷设输灰软管、安装电控装置和夜间探照灯等。③固化施工操作。首先，在拦水坝坡顶面间隔一定距离分别将2台J型电动卷扬机固定在混凝土方垛上（便于移动）。然后，在尾泥坑边帮间隔50m施工固定楔（打2.5m螺纹钢锚杆），在两固定楔之间联结1根起重铁链，将滑轮挂在铁链上划定喷射位置。一般循环喷射三次，在第二次喷射结束后，在液面上铺设塑料土工格栅，起加强筋作用。经一年的现场施工，截止2012年10月底，已完成固化剂喷射量2000t、液面土工格栅铺设面积9800m2。固化剂喷头及固化施工操作如图一、二所示。

2.4 现场施工效果。2012年元月31日，凤凰山矿业公司对现场坑底尾泥固化情况进行了取样，送铜陵有色金地勘察有限公司试验室检测，检测结果基本达到固化方案上的要求，检测报告摘要如下：

“土工试验结果表明，送检的土样含水率大，平均值为108.9%，湿密度平均值为1.34g/cm3，天然孔隙比e0平均值为3.592，压缩模量Es1-2平均值为6.247MPa。根据土工试验结果判断，该场地土原为流泥状，可像水一样流动。水泥固化后，送检的土样具有一定的强度，骨架为水泥的尾泥固化后组成的，但孔隙率大，孔隙内充满水和少量的尾泥，但不易流动。”

3 结语

因凤凰山矿业公司相思谷尾矿库2008年停用，决定将露天采场（浅部资源接近枯竭）作为尾砂库使用，而露天采场地下仍处于采掘阶段，在对一年来排放尾泥作了现场勘察，得出表层有20m厚的浮泥，呈稀泥状的流体状态后，为确保尾砂坑稳定，不对地下正在开采的矿井产生渗透隐患，凤凰山矿业公司决定对露天尾泥坑进行固化处理。对此厚度及库容的尾泥进行固结处理，一方面消除了尾泥排放所带来的安全隐患、确保了矿山生产持续发展，另一方面是取得了尾泥固化的先进经验，具有一定的借鉴价值和现实意义。

参考文献：

[1]杨晓鹏.LZSS土壤固化剂固化土基层施工[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2009（01）.

[2]张岩波.制导光纤粘结剂特性研究[J].价值工程，2012（25）.

[3]王志鹏，谢众，李龙，李瑞，魏浩，刘连河.不同固化剂对环氧树脂的性能影响[J].全面腐蚀控制，2013（12）.

作者简介：

杨镰（1964-），男，安徽怀宁人，双大专，采矿工程师，从事露天采场作业管理工作。endprint