袁家村铁矿尾矿库安全运行的实践

2020-07-07张招荣田巨明

矿业工程 2020年2期

张招荣田巨明

(太钢集团岚县矿业有限公司，山西吕梁 033500)

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太钢袁家村铁矿属于太钢十二五投资新建的特大型露天铁矿山，设计年处理原矿能力2 200万t，年产铁精矿粉741.84万t，年排出尾矿量约1 458万t。选矿厂磨矿粒度微细，-0.074mm粒级含量的尾矿占到91.3%，无法满足利用尾矿进行筑坝的技术要求。

1 袁家村铁矿尾矿库简介

1.1 尾矿库简介

太钢袁家村铁矿白化宇尾矿库位于采场西北侧的近周营、白化宇村，距岚县县城约20km。尾矿库库址选择在距选矿厂约4km的白化宇村，初期坝坝址位于近周营村。尾矿库汇水面积10.4km2，

平均坡度7%，沟长约4.4km。设计采用废石一次性筑坝、分期实施的方案，筑坝方式为下游式。

设计尾矿筑坝采用废石一次筑坝分期实施的方案，尾矿坝与废石场相结合,第四期子坝采用了胶带排岩参与筑坝，成本大幅度降低。自2012年8月系统试车至今已稳定生产近7年，尾矿坝已堆筑至1 690m标高的四期坝。初期坝坝顶标高为1 630.0m，初期坝最大坝高65.0m，按废石筑坝坝高达到1 800.0m标高时，最终坝高250m。总库容约58 929.8万m3，尾矿库可服务约48.5年。目前已运行到第四期子坝，坝高达到125m，库容达到10 287万m3，为二等库[1]。

1.2 各期子坝简介

按照设计，结合生产运行情况，分11期筑坝，具体见表1。

表1 尾矿库各期子坝的服务年限及工程量表

图1 袁家村铁矿尾矿库纵断面图

2 袁家村铁矿尾矿库安全运行的实践

2.1 尾矿库安全改进简述

2018年为了提高金属回收率，磨矿粒度在原来的基础上又变细了2%，尾矿砂更不容易沉积和分级，干滩长度及坡度不能满足尾矿库防洪要求。2019年，通过加强筑坝管理、放矿和回水系统改进及在线监测系统的管理，尾矿库干滩长度稳定在350m以上，干滩坡度达到了0.8%，库水位上升速率减缓，安全超高控制在3m以上，尾矿库的安全控制度大幅提高。

2.2 筑坝管理

2.2.1 筑坝标准及材料

为严抓筑坝施工质量，确保四期坝施工按照工艺要求完成，依据中冶北方工程技术有限公司《尾矿库四期坝施工平面图》、《尾矿库四期坝施工断面图》中“筑坝方法及材料要求”，完善了尾矿四期

坝筑坝工艺标准。

筑坝材料分别是废石坝体和反滤层。废石坝体：粒径小于2mm的砂砾含量不大于10%；石料粒径不宜大于1.0m；禁止耕植土、强风化石料等软弱岩、土料上坝。反滤层：反滤层所采用土工布规格为加筋土工布≥500g/m2；土工布与堆石坝之间设砂砾石过渡层，砾石厚度300mm；砂砾石可采用采场内破碎后的碎石子，碎石子粒级及级配：16mm占1.78%；16～25mm占70.59%；25～40mm占27.63%。

2.2.2 筑坝方法与标准

——堆石坝孔隙率小于35%；

——土工布铺设时沿坝轴线方向每隔40m弯折搭接200mm，土工布相接处热熔焊接，搭接不小于200mm，平台处土工布搭接长度不小于3 000mm；

——在坝体上游坡土工布外铺设厚3.0m黄土保护层，平台处保护层厚2.0m，黄土干密度应大于1.5g/cm3；

——阳坡梁段坝体施工前应清基，将坝下的耕植土层清除，并清除坝基下草皮、树根、淤泥及湿陷性黄土等软弱地层[2]。

2.2.3 分项工程进度计划(见表2)

表2 尾矿坝四期坝施工进度计划

2.2.4 统筹做好管道施工

2018年6月23日，阳坡梁段管道对与三期坝面放矿管道对接完成，开始放矿；11月9日第一组管道安装完成；11月22日，四期坝第一组开始投入使用；11月29日三期坝管道全部移到坝面；12月9日实现了一～四组分散放矿；12月16日，全长1 950m的管道移设全部完成，实现一～六组联合放矿。

2.3 尾矿库安全生产管理

2.3.1 改进放矿方式

通过对放矿方式进行改进，改变尾矿的沉积状况。2018年1月份开始，针对尾矿粒度进一步变细的现状，查阅《尾矿库手册》，尾矿沉积滩的坡度随矿浆流量、浓度、粒度以及在滩面流动的边界条件和库水位的高低、放矿方式等而决定。沉积滩面的坡度是尾矿浆分选的结果，尾矿浆分选由下述公式来表述，即：

vj/w≤1

(1)

式中：v—矿浆流速；j—矿浆流的水力坡度；w—尾矿颗粒的沉速[3]。

由公式(1)可见，尾矿沉积速度与矿浆流速成反比。决定从降低尾矿浆流速入手，对现有的放矿管和放矿模式进行改造。利用一个“四通”管，将原有的§159mm管道细分为三根§108mm管道，放矿口由原来的6～7个增加到18～20个，矿浆沉积面积增大到原来的三倍，矿浆流量和流速大幅降低。放矿方式上，原来采用放矿主管道—分散放矿管的组合形式，分成六组，共计63根放矿支管，放矿时采用单组放矿的方式，开启改组内5～6根放矿支管。该放矿方式存在支管间距近，存在严重的汇流现象，由于单根管流量较大，滩面上矿

浆流速大，尾砂沉积时间短，导致干滩上升速率慢，每月上涨速率保持在0.5～0.7m，且滩面上常出现深度1m以上的冲刷沟，对起滩效果不利，干滩坡度维持在0.5%左右；单组放矿不均匀，需经常调整放矿支管位置，耗费人力、物力，对生产组织不利。针对这一现象，将单组放矿改变为多组联合放矿，大大增加放矿支管的间距，避免了大范围汇流现象，使尾矿浆在坝內坡前有充足时间沉积，滩面上沉积的尾砂量提升到60%～75%，使得库内干滩、滩面坡度稳步提升。近年来尾矿库库水位、干滩顶上升情况见图2，尾矿库干滩运行参数见表3。

图2 近6年袁家铁矿白华宇尾矿库库水位、干滩顶上升情况

表3 袁家村铁矿尾矿库近年干滩运行参数

2.3.2 改进回水方式

通过改进回水方式，提高尾矿库回水利用率，库水位上升速率降低，延长溢洪塔的使用寿命。袁家村铁矿尾矿库在库区内溢洪塔周边设置回水泵船，使用4台额定功率22kW、500m3/h的回水泵，最大回水量为每天4.8万方。日常回水时接通电源、采用回水泵电动回水，开启1至3台回水泵。该回水方式需长时间启动回水泵电机，不但影响电机使用寿命，而且电耗较大，是尾矿作业区电能损耗的主要来源。2018年3月份，利用“虹吸现象”原理，对4台回水泵出口管道改造，实现自吸回水，每台泵自吸流量达到420m3/h，改变了以往电动回水时，由于流量太大，消力池水位不好控制而导致启停泵频繁的缺陷，运行更加平稳，回水率稳步提升。库水位全年上升3.89m，尾矿库回水不用电，全年又节约电耗15万kW·h，更加环保。近年库水位、回水率情况表见表4。

表4 袁家村铁矿尾矿库近年库水位、回水率情况表

经过准确判断，并与施工单位沟通，优化了溢洪塔封堵方式，减少封堵施工次数。每次水位距离封堵沿50cm时，提出预警，开始支模，水位距离封堵沿30cm时浇筑混凝土，既满足尾矿库汛期泄洪要求，又满足生产要求。2019年全年封堵2次，比2017年减少7次，比2018年减少1次；加高比2018年减少2.1m，见表5。既减少施工措施费用，又减少了联结缝渗水的风险，有效延长了溢洪塔的使用年限。

表5 2#溢洪塔近年封堵情况

2.3.3 在线监测系统管理

依照国家规范，袁家村铁矿联合山西博华科技有限公司，完善了白化宇尾矿库在线监测系统包括坝体水平位移及沉降监测、库水位监测、干滩滩顶高程监测、降雨量监测及库区视频监控五项内容。

坝体水平位移及沉降监测采用GPS系统，基准点布设在尾矿作业区办公室北侧，12台GPS监测桩布置在1 690m坝面上。库水位监测采用超声波液位计，在2#溢水塔塔身安装有1台。滩顶高程监测采用干滩传感器，在坝内坡共布设3台。降雨量监测采用容栅式雨量计，设置在尾矿作业区办公室北侧。库区视频监控采用球形摄像机，分别在坝顶、坝东、坝西、坝下游及溢水塔、消力池区域布设有9台[4]。在线监测设备平面布置图见图3。

现场采集的各项监测数据利用有线、无线传输的形式传输至终端服务器上进行统计、分析。在线监测系统自动运行，24h不间断统计、处理监测数据，监测项目超标时具备预警、报警功能。

2019年通过对电缆桥架支撑的改进，将坝体位移和沉降信号传输改进为不受雷电干扰的光缆，大大提高了监测系统的稳定性，故障率降低了90%左右。