CN104912087B - 一种应用模袋的中线式尾矿筑坝法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用模袋的中线式尾矿筑坝法，采用了灌注模袋7的方式来堆筑下游坝体2，模袋7的固砂作用可以使下游坝体2洁净平整，较好地解决坝体出现扬尘、冲沟、粗砂流失等环境问题；而选取粒度小于0.05mm的尾矿颗粒含量不超过40％(按重量百分数计)的尾矿矿浆作为模袋7的模袋填充矿浆，不仅拓宽了可用于堆坝的尾矿砂粒径范围，增加了可用于中线式尾矿筑坝法的砂量，而且可以使模袋7排水更快，固结更迅速，提高了模袋7的灌浆效率。此外，本发明实施例提供的应用模袋的中线式尾矿筑坝法充分利用了重力作用进行灌浆，并且可以采用多个分支放矿管92同时对多个模袋7进行灌浆，这不仅降低了成本和能耗，而且提高了筑坝效率。

Description

一种应用模袋的中线式尾矿筑坝法

技术领域

本发明涉及尾矿库建造领域，尤其涉及一种应用模袋的中线式尾矿筑坝法。

背景技术

尾矿库是一种特殊的工业建筑物，用于堆置矿产开采过程中产生的大量废石、废渣、废水等废物。尾矿库能否正常运营不仅关系到矿山企业的经济效益，而且还影响到库区下游居民生命财产安全及周围生态环境的稳定。尾矿坝是尾矿库的主体工程，它是一个具有高势能的人造泥石流危险源，存在溃坝的危险，因此尾矿坝的稳定性是关系尾矿库能否正常运营的关键因素之一。

目前，根据堆积子坝的坝顶轴线推移方向，可以将尾矿坝的建筑方法分为上游式尾矿筑坝法、下游式尾矿筑坝法和中线式尾矿筑坝法。

(1)上游式尾矿筑坝法：在初期坝上游方向充填堆积尾矿，使坝顶逐渐向上游方向推进加高的筑坝方式。上游式尾矿筑坝法具有工艺简单，操作方便，基建投资少，经营费低等优点，是我国目前广泛应用的尾矿坝建筑方法。但是，上游式尾矿筑坝法容易形成复杂的、混合的坝体结构，坝体内易形成细颗粒透晶体、浸润线较高，从而容易引起坝体渗透破坏或滑坡，尤其是在地震作用下易发生液化破坏。

(2)下游式尾矿筑坝法：在初期坝下游方向用旋流分级粗尾砂冲积尾矿，使坝顶逐渐向下游方向移动升高的筑坝方式。下游式尾矿筑坝法具有粗砂筑坝、渗透性强、稳定性好等优点，但是需要使用大量的粗粒尾矿，容易出现粗粒尾矿量不足的问题。

(3)中线式尾矿筑坝法：在初期坝轴线处用旋流分级粗砂堆积坝体，使坝顶垂直升高的筑坝方式。如图1所示为中线式尾矿筑坝法所建筑的坝体，其坝型介于上游式尾矿筑坝法和下游式尾矿筑坝法之间，其坝体的抗震稳定性也介于上游式与下游式尾矿筑坝法之间，但其坝体上升所需的粗颗粒尾矿要比下游式尾矿筑坝少，筑坝费用也比下游式尾矿筑坝法低。具体地，如图1所示，现有的中线式尾矿筑坝法可以包括如下步骤：

①用土、石等材料修建初期坝1；初期坝1所形成的库容一般能满足0.5～1.0年的尾矿堆存需要；以此初期坝1作为尾矿堆积坝的排渗和支撑体。

②待初期坝完成后，将旋流器4立于坝顶之上，开始往尾矿库排入尾矿；粗粒尾矿排往下游，从而使粗粒尾矿堆筑的下游坝体2逐渐升高，而细粒尾矿排入尾矿库内，从而使细粒尾矿堆积的上游坝体3逐渐升高，这可以实现整个堆积坝坝顶垂直升高。上游坝体3的升高速度要低于下游坝体2的升高速度，并且上游坝体3的高度始终要低于下游坝体2的高度，从而可以提高中线式尾矿筑坝法的安全系数。

但是，现有中线式尾矿筑坝法需要耗费较多的粗粒尾矿，而随着选矿工艺水平的不断提高，入库尾矿中细粒尾矿含量越来越高，因此在粗粒尾矿量不足的情况下，很难采用现有中线式尾矿筑坝法进行筑坝。此外，现有中线式尾矿筑坝法所建筑的坝体，下游坝体2的坡面上陡、下缓、无平台构造，存在一定的安全隐患，而且坝面风天易扬尘、防冲刷能力较差，遇到较大降雨易形成冲沟，导致粗砂流失，污染环境。

发明内容

针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种应用模袋的中线式尾矿筑坝法，不仅拓宽了可用于堆坝的尾矿砂粒径范围，增加了可用于中线式尾矿筑坝法的砂量，而且能够有效防止坝体出现扬尘、冲沟、粗砂流失和坝面不规整等问题，从而使尾矿坝的安全运行管理更为简便，有利于尾矿坝的安全稳定。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种应用模袋的中线式尾矿筑坝法，包括如下工序：

1)模袋灌浆系统建造工序：根据当前坝体的高度和轴线位置，在至少高于坝顶15m的高度设置高位矿浆池8，并铺设放矿管路9；放矿管路9的顶部与高位矿浆池8的底部连通，而放矿管路9的底部向当前坝体的下游方向延伸；

2)模袋铺设工序：在当前坝体的下游方向的坝基处，利用卵砾石铺设排渗层6，并在排渗层6上沿初期坝1的轴线方向铺设多条带有矿浆灌注口71的模袋7，作为第一层模袋；在初期坝1的轴线方向上，相邻模袋7之间两两相互搭接；

3)尾矿粒度分级工序：利用旋流器4对入库的尾矿矿浆开展旋流分级，并获取粒度小于0.05mm的尾矿颗粒含量不超过40％按重量百分数计，小于0.02mm尾矿颗粒的含量不低于15％按重量百分数计的底流尾矿矿浆，作为模袋填充矿浆；

4)模袋灌浆工序：将模袋7的矿浆灌注口71与放矿管路9连通，并且模袋填充矿浆通过旋流器4的底流排出到高位矿浆池8内，从而模袋填充矿浆会在重力作用下沿放矿管路9自动灌注到模袋7内；当模袋7内充填高度达到预定单次充填高度后，停止向模袋7内灌浆，模袋7自行排水，待模袋7的固结高度基本稳定后，再次向模袋7内灌浆，循环往复直至模袋7的固结高度达到预定模袋设计高度，即完成模袋灌浆工序；

5)上层模袋叠加工序：当第一层模袋完成模袋灌浆工序后，由下至上逐层铺设模袋7并完成模袋灌浆工序，相邻两层模袋7之间交错铺放，直至堆筑成下游坝体2。

优选地，放矿管路9包括主放矿管91和多个分支放矿管92；主放矿管91通过这些分支放矿管92同时与多个模袋7的矿浆灌注口71连通，并且同时对多个模袋7进行灌浆。

优选地，每个分支放矿管92上均设有阀门；当一个模袋7停止灌浆时，关闭与该模袋7连通的分支放矿管92的阀门，其他未关闭阀门的分支放矿管92仍继续灌浆。

优选地，在尾矿粒度分级工序中，旋流器4溢流的尾矿颗粒和水排放至当前坝体上游方向的尾矿库内。

优选地，在模袋灌浆工序中，通过液下渣浆泵将模袋7溢出的矿浆回收至初期坝1上游方向的尾矿库内。

优选地，在进行模袋铺设工序时，通过预留排水沟空间，形成坝面临时排水通道。

优选地，每条模袋7上设有多个矿浆灌注口71；放矿管路9同时与多个矿浆灌注口71连通，并将模袋填充矿浆快速灌入到模袋7内。

优选地，模袋7的宽度为2～10m，长度为50～100m，高度为50～70cm。

优选地，排渗层6的厚度为3～5m。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的应用模袋的中线式尾矿筑坝法采用了灌注模袋7的方式来堆筑下游坝体2，并选取粒度小于0.05mm的尾矿颗粒含量不超过40％(按重量百分数计)、小于0.02mm尾矿颗粒含量不低于15％(按重量百分数计)的尾矿矿浆作为模袋7的模袋填充矿浆，从而模袋7的固砂作用可以使下游坝体2洁净平整，较好地解决坝体出现扬尘、冲沟、粗砂流失等环境问题，而采用这一粒度范围的模袋填充矿浆不仅拓宽了可用于堆坝的尾矿砂粒径范围，增加了可用于中线式尾矿筑坝法的砂量，而且可使模袋7排水更快，固结更迅速，提高了模袋7的灌浆效率。此外，本发明实施例提供的应用模袋的中线式尾矿筑坝法取消了现有中线法堆坝中滤水拦砂坝的修建，并充分利用重力作用进行灌浆，可实现多个分支放矿管92同时对多个模袋7进行充填灌浆，这不仅降低了成本和能耗，而且提高了筑坝效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为现有技术中中线式尾矿筑坝法所筑坝型的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的应用模袋的中线式尾矿筑坝法所筑坝型的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的模袋7的堆筑方式示意图；

图4为本发明实施例提供的模袋灌浆系统的原理示意图；

图5为本发明实施例提供的模袋7的原理示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

首先需要说明的是，本发明实施例所提供的应用模袋的中线式尾矿筑坝法主要是为了解决现有中线式尾矿筑坝法在下游坝体2方面存在的诸多问题，因此本发明实施例所提供的应用模袋的中线式尾矿筑坝法主要是针对下游坝体2进行的技术改进，而上游坝体3的建筑仍可以采用现有中线式尾矿筑坝法的技术方案，本申请文件中对此不再赘述。下面对本发明实施例所提供的应用模袋的中线式尾矿筑坝法进行详细描述。

实施例一

如图2、图3、图4和图5所示，一种应用模袋的中线式尾矿筑坝法，其具体可以包括如下工序：

(1)模袋灌浆系统建造工序：根据当前坝体的高度和轴线位置，在至少高于坝顶15m的高度设置高位矿浆池8，并铺设放矿管路9；放矿管路9的顶部与高位矿浆池8的底部连通，而放矿管路9的底部向当前坝体的下游方向延伸。

具体地，在尾矿库只有初期坝1时，当前坝体为初期坝1，当初期坝1上已有堆筑坝时，当前坝体为当前堆筑坝。高位矿浆池8的高度可以随着当前坝体的坝顶高度上升而升高，通常情况下每堆筑完一到两级堆筑坝，调整一次高位矿浆池8的高度，而放矿管路9也应随高位矿浆池8的高度调整而适应性调整。

(2)模袋铺设工序：在当前坝体的下游方向的坝基处，利用卵砾石铺设排渗层6，并在排渗层6上沿初期坝1的轴线方向铺设多条带有矿浆灌注口71的模袋7，作为第一层模袋；在初期坝1的轴线方向上，相邻模袋7之间两两相互搭接。

具体地，排渗层6的厚度最好为3～5m，这可以使下游坝体2具有良好排渗能力。模袋7的尺寸可以根据不同的坝型进行设置，通常情况下，模袋7的宽度最好为2～10m，长度最好为50～100m，高度最好为50～70cm。每条模袋7上可以设置一个或多个矿浆灌注口71，但在实际应用中，最好在模袋7的上表面设置至少两个矿浆灌注口71，放矿管路9可以同时与这些矿浆灌注口71连通，并将模袋填充矿浆快速灌注到模袋7内，这可以提高灌浆作业效率。此外，在进行模袋铺设工序时，最好预留出排水沟空间，从而可以形成坝面临时排水通道。

(3)尾矿粒度分级工序：利用旋流器4对入库的尾矿矿浆开展旋流试验，并获取粒度小于0.05mm的尾矿颗粒含量不超过40％(按重量百分数计)、小于0.02mm尾矿颗粒的含量不低于15％(按重量百分数计)的尾矿矿浆，作为模袋填充矿浆。

具体地，采用小于0.02mm尾矿颗粒的含量不低于15％(按重量百分数计)的尾矿矿浆，可以保证该部分矿浆在放矿管路9及模袋7内的流动性。在尾矿粒度分级工序中，旋流器4溢流的尾矿颗粒和水排放至当前坝体上游方向的尾矿库内，这不仅有助于上游坝体3的堆筑，而且可以防止造成环境污染。

(4)模袋灌浆工序：将模袋7的矿浆灌注口71与放矿管路9连通，而模袋填充矿浆通过旋流器4的底流排出到高位矿浆池8内，从而模袋填充矿浆会在重力作用下沿放矿管路9自动灌注到模袋7内；当模袋7内充填高度达到预定单次充填高度后，停止向模袋7内灌浆，模袋7自行排水，待模袋7的固结高度基本稳定后，再次向模袋7内灌浆，循环往复直至模袋7的固结高度达到预定模袋设计高度，即完成模袋灌浆工序。

其中，预定单次充填高度和预定模袋设计高度本领域技术人员可以根据实际的坝体情况和工程需求进行选择。放矿管路9可以包括主放矿管91和多个分支放矿管92，主放矿管91可以通过这些分支放矿管92同时与多个模袋7的矿浆灌注口71连通，并且能够同时对多个模袋7进行灌浆，例如：可以同时对处于不同层不同位置的模袋7进行灌浆，这可以大幅提升灌浆作业效率。在实际应用中，每个分支放矿管92上最好均设有阀门，当一个模袋7需要停止灌浆时，关闭与该模袋7连通的分支放矿管92的阀门即可，其他未关闭阀门的分支放矿管92仍继续灌浆；当模袋7需要再次灌浆时，打开与该模袋7连通的分支放矿管92的阀门即可；这能够为灌浆作业带来了极大便利。此外，在模袋灌浆工序中，可以通过液下渣浆泵将模袋7溢出的矿浆回收至初期坝1上游方向的尾矿库内，这不仅有助于上游坝体3的堆筑，而且可以防止造成环境污染。

具体地，如图4所示，模袋7是由聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)等制作的大面积袋状土工材料，当模袋填充矿浆通过矿浆灌注口71灌入模袋7后，细粒尾矿和水会在压力下通过模袋7的孔径逐渐流出，从而模袋7内会由粗粒尾矿形成固结充填体；通过调整制作模袋7的布料孔径可以控制留在模袋7内的充灌料量。

(5)上层模袋叠加工序：当第一层模袋完成模袋灌浆工序后，由下至上逐层铺设模袋7并完成模袋灌浆工序，相邻两层模袋7之间交错铺放，直至堆筑成下游坝体2；下游坝体2的坝顶宽度至少为20m，单级下游坝体2的高度为5～10m，下游坝体2的内坡比为1:2，下游坝体2的外坡比为1:3～1:4。

具体地，由下至上逐层铺设模袋7是指当第一层模袋完成模袋灌浆工序后，于第一层模袋上铺设第二层模袋，当第二层模袋完成模袋灌浆工序，于第二层模袋上铺设第三层模袋，依次类推。除了第一层模袋外，每个模袋7在铺设时，支撑该模袋7的下层模袋7必须已经完成模袋灌浆工序。在每级下游坝体2完成后，保持堆积子坝的轴心线不变，移动主放矿管91和分支放矿管92，从而进行下一级下游坝体2的灌浆堆坝。

进一步地，本发明实施例所提供应用模袋的中线式尾矿筑坝法至少具有如下优点：

(1)现有中线式尾矿筑坝法所构筑下游坝体2在运行过程中无法覆土，在大风的天气下极易形成扬尘，从而带来了粗砂流失等环境问题；而本发明实施例采用了灌注模袋7的方式来堆筑下游坝体2，模袋7的固砂作用可以使下游坝体2洁净平整，较好地解决了坝体出现扬尘、冲沟、粗砂流失等环境问题。

(2)现有中线式尾矿筑坝法在构筑下游坝体2时需要采用粒度大于0.074mm的尾矿颗粒其含量不少于75％(按重量百分数计)、且粒度小于0.02mm的尾矿颗粒其含量不大于10％(按重量百分数计)的尾矿颗粒；而本发明实施例只需选取粒度小于0.05mm的尾矿颗粒其含量不超过40％(按重量百分数计)、小于0.02mm尾矿颗粒含量不低于15％(按重量百分数计)的尾矿矿浆作为模袋填充矿浆；由此可见，本发明实施例拓宽了可用于堆坝的尾矿砂粒径范围，增加了可用于中线式尾矿筑坝法的砂量。

(3)本发明实施例设置了尾矿粒度分级工序，选取粒度小于0.05mm的尾矿颗粒含量不超过40％(按重量百分数计)、小于0.02mm尾矿颗粒含量不低于15％(按重量百分数计)的尾矿矿浆作为模袋填充矿浆，这一粒度范围的矿浆在灌注到模袋7内时，模袋7排水更快，固结更迅速，提高了模袋7的灌浆效率，从而能够大幅缩短完成模袋灌浆工序的时间。

(4)本发明实施例中在至少高于坝顶15m的高度设置了高位矿浆池8，并通过该高位矿浆池8进行自流灌浆，而且多个分支放矿管92可以同时对多个模袋7灌浆，这充分利用了重力作用，实现了低成本、少能耗、高效率的模袋7灌浆，从而提高了筑坝效率。

(5)本发明实施例的下游坝体2采用了灌注模袋7的方式来堆筑，而上游坝体3的建筑仍可以采用现有中线式尾矿筑坝法的技术方案，这可以有效解决我国细粒尾矿筑坝的安全风险，社会效益良好。

综上可见，本发明实施例不仅拓宽了可用于堆坝的尾矿砂粒径范围，增加了可用于中线式尾矿筑坝法的砂量，而且能有效防止坝体出现扬尘、冲沟、粗砂流失及坝面不规整等问题，从而使尾矿坝的安全运行管理更为简便，有利于尾矿坝的安全稳定。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种应用模袋的中线式尾矿筑坝法，其特征在于，包括如下工序：

1)模袋灌浆系统建造工序：根据当前坝体的高度和轴线位置，在至少高于坝顶15m的高度设置高位矿浆池(8)，并铺设放矿管路(9)；放矿管路(9)的顶部与高位矿浆池(8)的底部连通，而放矿管路(9)的底部向当前坝体的下游方向延伸；

2)模袋铺设工序：在当前坝体的下游方向的坝基处，利用卵砾石铺设排渗层(6)，并在排渗层(6)上沿初期坝(1)的轴线方向铺设多条带有矿浆灌注口(71)的模袋(7)，作为第一层模袋；在初期坝(1)的轴线方向上，相邻模袋(7)之间两两相互搭接；

3)尾矿粒度分级工序：利用旋流器(4)对入库的尾矿矿浆开展旋流分级，并获取粒度小于0.05mm的尾矿颗粒含量不超过40％(按重量百分数计)，小于0.02mm尾矿颗粒的含量不低于15％(按重量百分数计)的底流尾矿矿浆，作为模袋填充矿浆；

4)模袋灌浆工序：将模袋(7)的矿浆灌注口(71)与放矿管路(9)连通，并且模袋填充矿浆通过旋流器(4)的底流排出到高位矿浆池(8)内，从而模袋填充矿浆会在重力作用下沿放矿管路(9)自动灌注到模袋(7)内；当模袋(7)内充填高度达到预定单次充填高度后，停止向模袋(7)内灌浆，模袋(7)自行排水，待模袋(7)的固结高度基本稳定后，再次向模袋(7)内灌浆，循环往复直至模袋(7)的固结高度达到预定模袋设计高度，即完成模袋灌浆工序；

5)上层模袋叠加工序：当第一层模袋完成模袋灌浆工序后，由下至上逐层铺设模袋(7)并完成模袋灌浆工序，相邻两层模袋(7)之间交错铺放，直至堆筑成下游坝体(2)。

2.根据权利要求1所述的中线式尾矿筑坝法，其特征在于，放矿管路(9)包括主放矿管(91)和多个分支放矿管(92)；

主放矿管(91)通过这些分支放矿管(92)同时与多个模袋(7)的矿浆灌注口(71)连通，并且同时对多个模袋(7)进行灌浆。

3.根据权利要求2所述的中线式尾矿筑坝法，其特征在于，每个分支放矿管(92)上均设有阀门；当一个模袋(7)停止灌浆时，关闭与该模袋(7)连通的分支放矿管(92)的阀门，其他未关闭阀门的分支放矿管(92)仍继续灌浆。

4.根据权利要求1或2或3中所述的中线式尾矿筑坝法，其特征在于，在尾矿粒度分级工序中，旋流器(4)溢流的尾矿颗粒和水排放至当前坝体上游方向的尾矿库内。

5.根据权利要求1或2或3中所述的中线式尾矿筑坝法，其特征在于，在模袋灌浆工序中，通过液下渣浆泵将模袋(7)溢出的矿浆回收至初期坝(1)上游方向的尾矿库内。

6.根据权利要求1或2或3中所述的中线式尾矿筑坝法，其特征在于，在进行模袋铺设工序时，通过预留排水沟空间，形成坝面临时排水通道。

7.根据权利要求1或2或3中所述的中线式尾矿筑坝法，其特征在于，每条模袋(7)上设有多个矿浆灌注口(71)；放矿管路(9)同时与多个矿浆灌注口(71)连通，并将模袋填充矿浆快速灌入到模袋(7)内。

8.根据权利要求1或2或3中所述的中线式尾矿筑坝法，其特征在于，模袋(7)的宽度为2～10m，长度为50～100m，高度为50～70cm。

9.根据权利要求1或2或3中所述的中线式尾矿筑坝法，其特征在于，排渗层(6)的厚度为3～5m。