水厂铁矿池填法筑坝工艺研究

2021-11-18李刚

现代矿业 2021年10期

李刚

（首钢集团有限公司矿业公司水厂铁矿）

2018年，我国共有非油气矿山58 185个。矿山产生的尾矿大多堆存在尾矿库，因而我国尾矿库数量众多。受矿石性质的影响，多数矿山不得不面对用细粒尾矿筑坝的问题，这给尾矿库安全筑坝带来一定的困难。如何在尾矿粒度较细的情况下，实现尾矿库的安全、经济、高效筑坝，首钢水厂铁矿探索出一系列经验和方法，为尾矿库的安全稳定运行提供了保障。

1 尾矿处置工艺与尾矿粒度

1.1 尾矿处置工艺

2017年以前，水厂铁矿尾矿处置方式为全尾输送到尾矿库，输送浓度在25%左右，年入库量566万t。2017年实施了尾矿一体化处置全流程技术与装备研究项目，对生产流程中的尾矿按粒级分别提取粗粒级建筑砂、较粗粒级干排砂，细粒级入库。其中，建筑砂和干排砂占总尾矿量的76%，入库量占总尾矿量的24%，入库浓度在35%左右，年入库量135.84万t。改造后的尾矿处置工艺见图1。

1.2 尾矿粒级分析

（1）改造前入库尾矿粒度见表1，改造后入库尾矿粒度见表2。

由表1可看出，原入库尾矿-200目40.6%。

由表2可看出，改造后入库尾矿-200目80.47%。

2 细粒级尾矿筑坝方法研究

2.1 入库粒度变细对筑坝方法的影响

水厂铁矿在用尾矿库为二等库，在尾矿一体化处置全流程技术与装备研究项目实施前，入库尾矿粒度-200目占40.60%，尾矿库筑坝一直采用上游式分散冲积法放矿。尾矿一体化处置全流程技术与装备研究项目实施后，入库尾矿粒度-200目占80.47%。入库粒度变细之初仍采用分散冲积法放矿，但坝体参数低于设计标准。原沉积滩坡度在1.5%，一度降至0.6%～0.7%，低于1%的设计要求；同时，机械设备在滩面上出现下沉现象，无法进行子坝堆筑作业，子坝高度低于防洪标准，直接影响汛期坝体安全。

2.2 细粒级尾矿筑坝方法选择

我国尾矿库上游法筑坝方法主要有冲击法、池填法、水力旋流器沉砂法、水力旋流器联合筑坝法、一次性筑坝法、渠槽法，近年来又出现了模袋法［1-4］。

上游式尾矿筑坝，尾矿颗粒较粗可采用直接冲积法筑坝；尾矿颗粒较细宜采用分级冲积法筑坝［4］。一般认为+200目含量＜10%为细粒尾矿，-200目含量＜80%时可采用上游法筑坝。从粒径看，尾矿+200目含量为10%～20%时难以确定是否适宜采用上游法、一次性筑坝或其他方式堆存。由于上游法堆筑工艺简单、便于管理、经济合理，因而我国90%以上的尾矿库采用上游法筑坝［5］。

根据尾矿粒级组成，重点开展了池填法和旋流器分级法筑坝工艺比较，比较内容包括成本和优缺点比较。

（1）成本。①池填法筑坝年运行成本预测83.78万元，其中人工费45万元、设备费38.78万元，设备费包括柴油费37.34万元和维护费1.44万元。②旋流器分级筑坝年运行成本预测114万元，其中人工费60万元、设备费54万元，设备费包括柴油费52万元和维护费2万元；另外投资84万元，包括12台ϕ250 mm旋流器12万元和旋流器支架、给矿管、溢流管72万元。

（2）池填法筑坝和旋流器分级筑坝优缺点。池填法筑坝和旋流器分级筑坝优缺点见表3。

由表3可看出，池填法筑坝具有运行成本低、易操作、防洪能力强等优点。综合比较，确定采用池填法筑坝工艺。

3 池填法筑坝试验及参数改进

3.1 试验

试验池宽30 m，沿库内方向＞70 m；沉淀池用人工结合机械挖尾砂筑围埝，埝高1 m、顶宽1.25 m；采用1根ϕ150 mm放矿管往池内放矿。试验期间池内排放尾砂2 300 m3，池内截留920 m3，约60%的尾砂通过溢流进入库内，造成库内滩面上升速度快。

从试验放矿的过程看，存在围埝窄，多次被冲毁，需要内燃设备频繁对沉淀池进行修复，内燃设备存在陷车隐患，且消耗增加；沉淀池小，需频繁构筑围埝，投入过大；溢流管排水方式不合理，流出尾砂量大等问题。

3.2 参数优化

根据试验中暴露出的问题，对沉淀池尺寸、围埝尺寸和溢流管排水方式等进行了改进。

（1）通过渗流分析，确定围埝能够承受的池内矿浆压力，以避免发生管涌拉毁围埝问题。对沉淀池尺寸进行加宽加高，宽度达100 m（二等库汛期最小控制干滩长度），沿坝轴线方向长度达150 m，围埝高2.5 m，埝顶宽5 m，见图2。

（2）溢流管排水方式改造。原溢流管采用钢管做成直角弯头，通过直角弯头上方进行泄水，当池内矿浆面高于溢流管时，溢流正常排出，约有60%的尾砂通过溢流管流走。根据尾砂的自由沉降，对池子进行分层泄水，即在溢流管立管上开孔，随着池内积水上升及时通过溢流管排出，当尾砂堆至溢流口时，对溢流孔进行封堵。溢流管改进样式及现场放置方式见图3、图4。

沉淀池改进后，池内放矿21.6万m3、截留尾砂14.4万m3，仅有20%的尾砂通过溢流口流走。

4 改进后池填法筑坝应用效果

池填法筑坝参数改进后，同步将子坝高度由原来的5 m调整到2.5 m，沉积滩坡比由1.5%调整到1%。对新水村尾矿库安全现状的评价表明，沉积滩坡比为1.1%。主坝区现状坝体在215 m标高及下一评价周期220 m标高正常运行、洪水运行、特殊运行工况下，坝坡最小抗滑安全系数均满足规范要求。抗滑稳定性安全系数见表4。