德兴铜矿2号尾矿坝高速堆坝工艺的探讨及生产实践.pdf

y Y 、 } 尾 矿l x 德兴铜矿2 号尾矿坝高速 堆坝工艺的探讨及生产实践 藩 锕 矿方 金 演 { 是要 本文介绍了德岩铜矿2 号尾矿库六年束对高速堆螂工艺探讨的过程．采用部分尾矿旋流 器 分锰堆 蛔工艺 的戒 功 经验 ．并提 出了高堆 坝存在 的问题 ，对 国 内大型尾矿 库 的毫连堆 坝工艺 的设计 施 工 蛆织 和管理 具有一 定 的 参考世值 。 目前 国内有色矿 山尾矿规多采 用上游法 堆坝技 术。堆积高度一 般在百米 以下 ，只是 近 年来才 出现尾矿高堆 坝的趋势 。国外较高 的尾矿 坝，常 用机械方法 分级，下游法 堆坝 工艺 。无论在 国 内外，尾矿 坝的年上升速度 一 般为 3～ 5 m。德兴铜矿 2号尾 矿库属 国 内特大 型尾矿库，总 库容9 8 0 0 万 11 1 。 ，有效库 容7 8 0 0 万r l l 。 ，设计采 用上 游法 堆坝 ，最终 堆 积高2 0 4 m 指绝对高 度，可 供4 ． 5 万t ／d 选厂储 存尾矿 1 2 年，年 上升 速 度 1 6 m以上， 最 快为 2 0 m，这在 国内外 尚未有成 功经 验 借 鉴 ．施 工组织也无章 可循 。探索合理 的堆坝 工艺，严格按规范 要求施 工、维护 、管 理是 保证高速 堆坝和高堆坝 安全 的关键 。 自1 9 8 4 年l 2 月1 2 日正式放矿使用后，以平均 1 ,i ra ／ a 的 速 逝 上 升 ， 最 快 为 年 上 升 1 7 m ，到 图1 2 号 尾矿库 大坝 外坡实际上升 断面 有 色矿 山一 1 9 9 2 ． 1 1 9 9 0 年底 ，坝顶标 高已达 1 4 2 m，存 放 尾 矿 3 3 2 t 万r l l 。 。上升速度 及堆积尾矿 量见 图1 、 表 1， 实现 了国 内外罕见 的大 坝高 速 度 上 升 。 历年 上升建度及堆积尾 矿量 裹 j J 叶 f 蝥 l 莲 馨 豢 鐾 } 年 月l 万 m l T Y m 0 。 m m ／a 【 9 8 4 1 2 1 9 8 5．1 ～ 【 【 9 8 6 l ～ 【 1 9 8 7．1 ～ 1 3 3 3 03 G8 3 1 2 7 3 韧 辑 墁 以下 2 84 一 、概述 2号尾矿 库分 二次设计 。第 一次于 t 9 7 6 年以 日采选 2万 t 生产能力为 依 据 ，1 9 8 2 年 施 工。随着矿 山生 产发 展，该库 需承担 日采 选4 ． 5 万t 生 产能力 的尾矿 堆放， 因此 ，1 9 8 4 年又进行技术 改造 设计，改造 工作与 土建施 工交 叉进 行，于年底投入使 用，技 术 改 造 后，利用太沙基有效应力法计算，大坝是稳 定 的 。 2号尾矿库 位于 选厂 东约2 ． 5 k in，乐安 一 21 一 ； ⋯ 一 醴 维普资讯 江南 岸之 山谷 中。峡谷 底 宽 约2 o O m，上部 虽大 宽度 约l 1 O O m， 谷底有一条 长年流水 小 溪，初期坝坝址在峡谷出 口处。 初期坝 高2 4 ． 0 m，顶 宽5 ． O m，轴 线 长 1 4 7 ． 5 m，为 堆石透 水坝 。 库底铺 设排渗垫 层l 2 万m }距 初 期 坝 4 j 0 7 0 0 m处设有 1 ． 5 m排 渗井1 3 座， 随 着 尾 矿坝 上升，用无砂预 制块 砌筑 增高 j底 部 设 有 0 ． 6 ～0 ． 8 m横 向及纵 向排渗管排 至 库 外 }泄洪采 用装配式 井顶 流型 式 2 ． O m排洪 井 8座，排洪 隧道2 1 a o m}回水采 用浮 船泵 站取 水 。 尾矿 产率9 6 ． 5 ％， 容重2 ． 6 8 ～2 ． r t ／ 1 1 1 。 ， 重量浓度 2 6 ． 3 ，堆积容 重 1 ． 5 ／11 1 ，平 均 粒径 0 ． 0 7 a tom，中 值 粒 径 0 ． 0 6 m1 1 1 ，小 于0 ． 0 5 ram占3 5 ，大于0 ． 2 mm占 5 。 2号尾矿 库的汇水面 积3 ． 2 3 k in ，调洪 水 深 31 11 1 ，安全超高 1 m，沉 积 坡 比1 5 O{ 1，坝 外坡 比 7 l ，采 用 机械 化 堆 筑 子 坝， 5 0 0 mm铸铁 管作为 尾 矿 输 送 主 管， 2 O O 铸铁管作为坝面分散放矿支管，尾矿设 计等 级为 I级 。 二、前期暴 露的问题和原 因 2号尾 矿库 1 9 8 4 年底 投入使 用， 因当时 选厂生 产能力仅为 1 ． 5 7 Y t ／a ，而 且 1 号 尾 矿库 尚有一 定 的剩余库容，故仅将5 O 的尾 矿进入 2号库。 1 9 8 5 年1 1 月，初期坝放满 ， 用人工 机械 未到 堆筑 第一条子坝 。 1 9 8 6 年 4月 ， 号坝 已超 过设计 标高 ，局 部地段 有不 安全 因素，必须立 即停 用。此时， 2号 坝 已上升到 7 6 m标 高，坝轴 线也 仅为 3 3 6 m， 而且必须 承担全 部尾 矿 的排放 量进行 堆坝 ， 流量大，上升速 度快 ， 因而暴露 了严 重 的问 题{ 1 ． 出现沉积滩 坡度太缓，只有 5 0 01 左 右，调洪 水深为 1 ． 2 ～1 ． 5 m左右，与设计 要 求差 距甚 大，极 易出现洪水 冒顶 事故 ； 2 ． 排渗 井倒 塌三个， 其余 排渗井 因无 法 一 2 2一 加 高而 报废 } 3 ． 子坝 已冲填满 ，且干面 滩停 止放矿后 必须 自然 干燥 一周 以上才能进 行人工堆坝， 机械更 无法作业 } 4 ． 浮船取水 位太低，并吸泥 砂，不 能满 足选厂 用水需 要j 5 ． 坝外坡局部 地段 出现敞化 现象。 根 据暴露 的问题，对 1号、 2号 库的实 际 地形 ，坝 轴线长短， 干面滩单 位面积尾矿 浆 的流量 ，沉 积滩坡度， 回水 的取 水形 式， 气侯等进 行了分析 算 ，认为；1 2号 坝是 1号坝沉积滩面 上单 位尾矿浆 流量 的十 倍 ，而 l号坝沉积滩坡度一直 维持 在2 5 O1 左右，符 合一般尾矿浆沉 积特 性， 即沉积滩 面 上单 位尾 矿浆流量增加十倍，沉积 濉坡 度 下降5 0 的规律} 2 排渗井群的倒塌和 无 法加高是 由沉 积滩在该处 过旱 形成 所致 } 3 滩面 的干燥时间与气温密切 相关，薷 兴地区上半年常有 连续阴雨 天 气，全 年 占 1 8 0 天左右，阴雨天气滩面停止放 矿后 需 一 周 以上才 能进 行人工筑子坝， 其间 即便 在滩 面填 土， 机械 、人工亦均 无法进 入 施 工 现 场， 即使进 入了也 因尾砂含水量太大而不 能 堆筑子坝 I 4二个尾矿库 回水 的取 水方 式不 同， 要 求的储水 量和沉清 距 离 不 同j 5 由于浸 润线太高，尾矿固 结 时 间 不 够，加 上山岙地形阻挡，局部地段 出现细粒 集 中而 发生局 部坝外坡液化； 6尾矿 浆 浓度 低 于设 计指 标，仅为2 O 左 右等 。以上 分析说 明，问题 的起 困并非操 作管理所致， 必须 从工艺技术 上进 行研究，采 取措施 。 三、 高速堆坝工艺方案的 论证、试验和确定 对问题进 行分析后认为， 应从 提高 尾 浆浓度，减 少单 位沉 积滩面尾矿浆 流量 ，设 法延 长尾矿 沉清距离 坡面停 止放 矿后， 机 械 、人工能立 即修 筑子坝}增加 一 定 的 设 施 ，放 矿时 自然 形成 子坝 等方面着手 。 有 色矿 山一 1 9 9 2． 1 维普资讯 1 ． 延 长沉清距 离，提 高沉积坡 度 ，满足 调洪 水深和 安全 超高要 求 的方案 。 该方案 是在乎行坝轴 线1 5 0 m处沉积 滩上 堆一 条高 41 1 1 ，顶宽 3m的拦截坝，保 证 子 坝附近 有足 够的粗颗粒尾砂沉 积， 细粒经循 环从 溢流 口排 出。 经论 证认为 t 1 工程量 太 大， 土方需 2万m ，施 工周 期 长 2 拦截坝 泥为 主，造成 坝体结构复 杂化，形 成 软 弱的不透 水 夹层 ，对后期坝 体稳定将产 生严 重后 果， 3 这样短 的坝轴线要 达到 正常 循环 难以实 现，结果被否 决。该方案仅 立 足于当时安 全渡汛 2 ． 采 用铁 制构件，土 工布覆盖挡尾砂作 子 坝，直 接冲填尾 矿。 铁 制构 件作 子坝，尾砂 冲填 满后 的断面 形式见 图 2。该方案 是利用简单 的铁 制构 件 和土 工布组 台为 子坝 ，尾 矿直 接冲填 ，当冲 圈2 铁 制构件作子坝 冲填满后示意 图 填满后 ，只要将 铁 制构件 按坝 外 坡 要 求 推 进 ，往上移 动，并 新增土 工布 ，又形成新 的 子 坝，省 去筑 子坝 时闭 和工作量。经 过一个 月 试验 ，结果 1 沿 土工布周边 和尾砂 接 触的各个方 向， 排水 渗漏现象十分严 重， 特别 是按圈 2断面 制成 的铁 制构件，考虑 其 移 动的重跫 ，制成 2 m长为一节 ，节与节 之 闭和土工布幅与 幅之 间的联结 要求更 高， ‘ 先 在 诙处 产生尾 砂外 流， 冲刷 坝 面； 2 由于 尾砂 量大，放 矿 支 管 是 2 0 0 F fi i IR 铸 铁 管， 即使 用0 ． 5 m厚 的尾砂压住土 工布 和 掏 件，仍 将其冲翻，造成尾矿浆 外流冲刷坝外 坡 } 3对架 设放 矿支管 、延 伸、支 承强 度要求更 高，难度更大， 试验 被迫 中止。该 方案只 考虑了筑子坝， 未考虑 防洪 和其它生 有 色 矿 - ～ l 8 9 2 ． 1 产‘ 条件 的 可能性。 3 ． 强化 机械堆坝 2号坝设计采 用机械化堆坝， 选 用wY 一 0 型 单斗 液压 履带式反铲二 台堆筑子 坝。 据介绍 ，该 机履带在 地面 上的单 位面积荷 载 相当于人体脚底 的单 位面积 荷载，认为只要 人工可 以上坝面 堆筑，机械 也可 以 上 坝 堆 筑。 考虑到滩面沉积状 况，在 半年前形成 的 坝 外坡 上进行 了三步 条件试验 1 反铲直接在坝外坡 上修筑子坝 ； 2 首先在反铲经 过的 位 置 垫0 ． 5 m 厚 风化石料，再铺 上草包； 3在第二步 试验 的基础 上再铺 上枕 术 三步 条件试验结果 见表 2。 机 械堆坝三步 条件试验结果裹2 表 2说明t反 铲履带 和人体脚 底单位 面 积 荷载 相当，只 是在 静止状 态，而在机械作 业 时饱化砂土受 机械 振动剪切渗透，其有效 应力转 化为 孔隙压力而 液化。也充 分证明， 由于上升速度 太快 ，沉积坡太缓，浸润线很 高，表面非保护层很薄，在一定荷载下很容 易达到饱 和而液化。结果否 决了机械堆坝方 案 ，并 得到设 计部 门的认可。 4 ． 旋流器分 级堆坝 方案 1 9 8 3 年， 曾在 l号坝进 行过旋 流器 分级 堆坝 试验，但 出于条 件所 限，没有 建旋 流器 沉砂 泵站 ，造成分散放矿 ，条 件恶 亿， 试验 被 迫停 止，未 测得实际试验 数据 。但 从表 面 观 察 认为， 可以提高沉积滩坡度，满 足调 供 要 求，沉砂滩面一 旦停 止放矿，人工立 即可 上滩 面堆 筑子 坝，旋流 器可 以保 证正 常生 23 舢 兰 啦 一 一 铲博 一 围液液液 一 籀一 行 程 一 酰 稚 ～ 一3 验骤 一 试步 一 维普资讯 。 ，能满 足高速堆坝提 出的条件 。 分析 2号坝的地形条件 ，既不 需要建旋 流 器给矿 泵站， 也不需建旋 流器沉砂输送 泵 站， 都能达到 自流条件，只 要利用原尾矿输 送系统到 坝面的 自然落差，并在 适当位置增 加旋 流器组 即可满足旋流器堆 坝要求。故不 再进行任何试验，直 接采娟旋流器分级堆坝 ] 艺，并得到设计 部门的认可。 四、旋流器分级堆 坝工 艺的生产实践 1 ． 尾矿输送流程 一 期总尾矿一一期一 级尾矿加压站 一甥级尼矿加 压站_ - 期总尾矿二 期一 、二级尾矿 串联加 压站 一一～ 一三 级 臣 砌 j 站 一 分 I一雕 矿 坝 酗 进刚j 蚕 ～ 旋 漉 器 分 级 一 1一 沉 砂 到 坝 新 分散放矿 2 ． 旋流器分级堆坝设 旋 利用 2号 库的 自然地形高差，在适 当地 点增加旋流器组， 达到旋 流器分级 的给 矿， 沉砂、 溢流都能 自流。 按照 本矿生产能力 ， 选用 5 0 0 mm 旋流器，计算确定每 6 台为 一 组 ，备 用1 0 0 ％。一 根 沉 砂 自 流 管，2 5 个 l O O mm分散放 矿支管及溢 流总管和 明槽 等 组成 。迄今，旋 流器分级 站 已搬迁三 次。 具 体见表 3。 3 ． 旋 流昌分级 的参数 确定 和调整 从 2号坝整体稳定 考虑， 采用旋流器 分 级堆 坝，坝面上增加一层 排渗撤果好的粗砂 壳 体是有 益的 ，但 由于旋流器 溢流排放不 能 很 好地处理，而是集 中赦 于山岙，有可 能造 成 淤泥集 中及后期坝体 出现 淤泥 夹层和透镜 体 的隐患。故采 用的生产组 织原则 是在满 足 调洪水深和安全超 高及停 量后 人工能立 即 上滩面修筑子坝要求的前提下，一是尽量减 少旋流器 的分级 量，二是尽量降 低旋 流器 分 级效率，仅 起到浓缩 作用，使整个坝 体基 本 保持原尾矿 冲填 自然分级状态。 故仅 对旋 流 器结 构参 数的沉砂嘴直径 和工 作参 数的 给矿 压力进 行测试调整， 其余的结 构参 数仍保 持 原出厂设备 的组 合。 各阶段的 测定 数据 见襄 旋 流器分级设施 和三 次拆装搬 迁情 况 襄s k 级 慌 器分 域培矿 旋 汽器分 嫒排矿 丌 j ～ 序 ’晕 矿 总管 六流 总沅 砂管 放矿 支管 总镒 流 管 起点设掘} 分配器 号 湖 l f mm f 只 f z n z n f mm r mm J ⋯一⋯一 - 一 绪 ； 旋； 选 分 矿 耋} 强 r I 器 } 台 量 7 ] I 数 力t kg f ／ c m { 台{ 【 ／ d j t 器 晶 { 『 擦 由 2 00 。 槽 I 。 。 j 蛳 卜 一 根 霹 誉 { 嚣 击 3 O 0 。 。 。 一 棍 3 1夸 9 8 年 I 蔗 ．m 擢 f 6 3 O 0 蛐 。 } 描 1 0 l 。 。 卜 一 棍 -- 2 4 有 色矿 山一 1 g 9 2 ． 1 维普资讯 4。 自使用部分尾矿旋流器分级堆坝工艺以 来， 其沉积滩坡度 一般 控 制在2 0 0 l 左 右。 同时在满 足浮船取 水前提下，适当 降低 库内 水 位， 增 加 沉 积 滩 长 度 由6 0 0 m增 至 8 0 O re，并采 用经旋 流 器分 级量的多 少 来 控 制、调 整和平衡沉积滩 坡度 。 旋 流昌分级测 定结 果 裹4 诞 铡 绪 矿 溢 巍 沉 砂 分 沅廿 嘴 锥 定 定 级 编 日 压力 浓度 一2 O 0 目 浓度 产皇 一2 O 0 目 浓 度 产蛊 一2 O 0 目 教 直径 角 台量 含量 含量 蛊 号 期 k g f ／ c m2 f 嘶 f 嘶 f 嘶 f 嘶J f 嘶 r 嘶 嘶 f 喃 f 嘶 r mm】 。 r l 1 9 8 9 年7 月 1 3 日 1 ． 3 2 3 ． 5 0 6 6 ． 8 0 l 1 ． 81 4 7 ． 0 0 9 8 ． 9 9 5 1 ． 1 O 5 2 ． 1 0 3 T ． 2 0 6 9． 5 3 _ _ _ 6 6 ． 8 0 9 ． 1 5 4 3 ． 0 T 9 T ． 2 6 4 T 3 4 5 6 ． 9 3 4 3 ． T 6 5 9 ． 1 5 2 l 9 8 6 年T 月 1 3 日 1 ． 3 2 3 ． 5 0 3 l 9 5 7 年5 月 1 8 日 1 ． 1 2 2 ． 2 l 6 3 T 0 l 0 ． 3 4 3 3 ． 3 3 9 5 ． 2 5 4 5 ． 6 9 6 6 ． 6 T 4 7 ． 9 3 4 5 ． 4 7 _ _ _ 4 l 9 8 T 年5 月 l 8 日 1 ． 1 2 2 ． 2 I 6 3 T 0 8 ． 6 2 2 2 ． 9 5 9 7 ． 3 4 3 9 ． 1 5 T 7 ． 0 5 5 3． 6 8 3 3 ． 9 9 _ _ _ 5 I 9 8 9 年9 月9日 1 ． 1 2 0 ． 8 4 6 2 ． 5 4 8 ． 5 7 2 T ． 9l 9 9 ． ％ 3 9． 0 9 7 2 ． 0 9 4 8 ． 2 9 4 3 ． 8 5 _ _ _ 6 I 9 8 9 年9 月9日 1 ． 1 2 0 ． 8 4 6 2 ． 5 4 T ． 9 4 l T ． 8 6 9 4． 3 3 3 7． 5 T 8 2 ． 1 4 5 5 ． 8 3 3 4 ． 2 3 注 }绪矿管 I 1 5 ram；溢流管 1 4 5 mm；溢滤营插入景度3 6 0 mm．目前生产上沉砂嘴直径全部采用l 1 0 mm． 4 ． 2 号埙 目前 的堆 坝工艺和组织 除增加 了旋 流器分级 堆 坝 外，还 有 ； 1旋 流器沉砂 l O O mm放 矿支 管和原 尾 矿 2 0 0 mm放 矿支管交替作业。实现提高整 体浓度 和沉 积滩坡度， 2设 计每 期子 坝 为 1 m。 实际根据阶段 性、季节性 生产条件 的不 同，子坝采 用2 ． O m、2 ． 5 m、3 ． O m三种 高度， 一般 为2 ． 5 m。至 1 9 9 0 年底 已堆 筑 子 坝3 5 条 ，并 通过实 践 测量总结，要满 足坝 外 坡 7 l的坡度 ，子坝冲填 利用系 数分别 为 7 3 ． 1 5 、7 7 ． 3 2 、7 g ． 6 7 作 为指 导 生 产 的依据 。整 条子 坝的 堆筑 冲填采 用分段作 业 形 式，实 现复杂 的施 工组 织和管理 } 8 堆筑子 坝，坝外 坡黄 土覆盖等全部利 用人工 进 行， 4沉积 滩 长度增2 0 0 m等。 五、 结语 1 ． 采用 部分 尾矿旋 流器分级堆坝工艺。 1 9 8 7 年实现了大坝年上升1 7 m的水平，中 途 上升速度最 快的 几个月实 践证明，也完全能 够实现年上升2 0 m的 水平，顺利地实现 了 大 坝高速 上升，为德兴 铜矿的 生产 提 供 了 保 证，为高速堆坝的研 究，特别是 在 短 坝 轴 有 色矿 山～ 1 9 92 ． L 线，大尾矿 流量 的施 工组 织、管理提供 了依 据 。 2 ． 1 9 8 8 年对 2’ q - 坝的实际勘 探 结 果 表 明，部分尾矿旋流器分级堆坝达到了与原尾 矿冲填 自然分级基 本一致 性。实现了旋 流器 只 起浓缩作 用的 目的。 3 ． 由于各矿 山尾 矿库 自然地形条件的不 同，一般增加旋 流器分级会增加大量的动力 消 耗，单就德兴铜 矿 2号 库来 说， 既未 增加 动力消 耗，而 且除旋 流器的一 次性 投资外。 每 年还可节省一笔劳 务费 、管道费 等。回水 水 质也有 明显改善，特别是确保 了生产。 4 ． 尽管探索 出了一系列满 足高速堆 坝工 艺条件、技术措施和管理措施，但如何实现 2号坝 的高堆坝 这一 目标，还有许多理 论和 实践的课题，如排渗井群的失效，初期死水 位的影响导致坝 体淤 泥层 增厚，坝体稳定监 测设施没有使 用等等 ，这些对今后的大坝稳 定将产 生一定后果， 都有 待进一 步 详 细 探 索、分析、研究 、实践， 以实现德兴铜矿 2 坝 高堆坝 和高速堆 坝，为有色矿 口 f 尾矿堆 坝积累经 验。 责 匠编辑王 家骧 ～ 25 维普资讯