CN108360467B - 一种在高寒地区堆筑尾矿库人造干滩的新工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在高寒地区堆筑尾矿库人造干滩的新工艺，通过尾矿库调查、坝前人造干滩总长度L的确定、坝前人造干滩高度h的确定，在紧靠初期坝(2)的库区尾砂干滩(1)的滩面上设置拦挡坝(3)，按照时间顺序在坝前分期设置一至四道拦挡围堰，将尾砂输送管道及旋流器(10)移动至拦挡围堰顶部，使旋流器(10)的底流形成尾矿干滩，最终完成坝前人造干滩的堆筑。本发明利用旋流器底流在尾矿库内形成干滩，加快了尾矿库干滩的形成，提高了夏季尾矿库形成干滩的速度；同时由于干滩相对于水力冲击形成的干滩较高，易于冬季直接将尾矿管线铺设至干滩下游并进行冰下放矿，降低了冬季极寒条件下坝前尾砂结冰对尾矿库安全的影响。
Description
技术领域
本发明属于尾矿安全堆存技术领域，具体涉及一种堆筑尾矿库人 造干滩的工艺，适用于高寒、高海拔地区初期坝为不透水坝的上游法 尾矿库利用旋流器堆筑尾矿库人造干滩。
背景技术
尾矿库是指筑坝拦截谷口或围地构成的，用以堆存金属或非金属 矿山进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所。上游法筑坝工 艺是中国金属矿选矿厂较为普遍采用的技术，投资少、管理方便。它 是通过分散放矿管，将尾矿矿浆在坝前分散放矿，以形成尾矿库自然 沉积滩，然后在尾矿沉积滩上利用尾矿砂修筑子坝。
我国高寒地区包括中国西藏自治区全部和青海省、新疆自治区、 甘肃省、四川省、云南省的部分，高寒地区冻土影响的面积约占中国 陆地总面积的70％左右，覆盖了大多数工程建设的范围，其中高寒 地区多年冻土约占22.3％，季节性冻土分布则更广，约占53.5％。在 全球变暖的大背景下，我国的高寒地区的冻土正在发生重要变化，主 要表现为冻土的最大深度减小，冻结日期推迟，融化日期提前，冻土 下界上升等退化趋势。这意味着冻融作用的影响区域将会扩大。与之 形成鲜明对比的是我国工程建设的蓬勃发展，以矿山为例，早期开发 的矿山主要位于南北方温度相对较高的地区，其低于零摄氏度的时间 很少会超过3个月，而目前随着矿业的发展，涌现了一大批处于高寒 高海拔区域的矿山。随着工程建设及运营标准的不断提高，冻土区重 大工程设施的建设及运营将会迎来更加严峻的挑战。
尾矿库作为矿山的配套工程，是一个非常复杂的土工建筑物，是 一个具有高势能的人造泥石流危险源，存在溃坝危险，一旦失事，容 易造成重特大事故。随着高寒地区矿山开发力度的加大，我国位于高 寒冻土地区的尾矿库越来越多。高寒冻土地区的尾矿库除了存在常规 的风险因素外，还面临冻融循环作用带来的危险。
高寒地区尾矿库冬季在坝前放矿后，由于受到极寒天气的影响， 坝前尾矿易形成冰冻状态，上升速度快且形成的冰砂混合体强度高， 对上覆尾砂有支撑作用。而到了夏季，受到太阳热辐射及地热辐射影 响尾砂滩面温度回升，表层尾砂滩面融化，强度降低，支撑作用减弱， 易造成坝前尾砂滩面塌陷。随着季节更替，尾矿滩面始终处于冻融状 态，反复的冻胀、融沉作用是极寒地区尾矿库稳定性降低、病害频发 的主要原因。目前国内高寒地区尾矿库冬季尾砂排放大多将放矿支管 直接铺设至库尾进行冰下放矿，这就需要保证夏季期间坝前尾砂滩面 必须形成，且具有一定的高差，否则易造成尾矿水倒灌入坝前。而在实际情况下，参照尾砂沉积规律，自然形成的尾砂干滩很难满足冬季 尾砂冰下放矿的要求，因此就需要夏季时在坝前设置足够长的干滩， 如何在高寒地区堆筑尾矿库干滩，成了高寒地区尾矿库堆筑的一个新 难题。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术在高寒高海拔地区堆筑尾矿库 干滩存在的技术难题，而提供一种在高寒地区堆筑尾矿库人造干滩的 新工艺，该工艺能够在在尾矿库内快速形成干滩，并可以大大降低冬 季极寒条件下坝前尾砂结冰对尾矿库安全的影响。
为实现本发明的上述目的，本发明一种在高寒地区堆筑尾矿库人 造干滩的新工艺采用以下工艺、步骤来实现：
1)尾矿库调查：确定尾矿库入库尾矿浆浓度、粒径分布、尾矿 库纵深、坝前尾砂地基承载力、库区积水深度、尾矿库排水及排渗系 统，为尾矿库坝前设置人造干滩提供基础资料。
2)坝前人造干滩总长度L的确定：根据尾矿库等别、坝前尾砂 地基承载力，将坝前人造干滩总长度L设定为40～200m。
当尾矿库为五等尾矿库时，坝前人造干滩总长度L≥40m；当尾 矿库为四等尾矿库时，坝前人造干滩总长度L≥50m；当尾矿库为三 等尾矿库时，坝前人造干滩总长度L应≥70m；当尾矿库为二等尾矿 库时，坝前人造干滩总长度L≥100m；当尾矿库为一等尾矿库时，坝 前人造干滩总长度L≥150m。
3)坝前人造干滩高度h的确定：根据矿山冬季时间或冰冻期时 间及尾矿排放速率，将坝前人造干滩高度h确定为1～5m。
所述冰冻期时间指矿山所在地日气温低于0℃大于8小时的所有 日历天数，所述尾砂排放速率指矿山实际生产能力下日入库尾砂量。
4)在紧靠初期坝的库区尾砂干滩的滩面上设置拦挡坝，拦挡坝 平行于初期坝轴线，拦挡坝采用尾砂、采矿废石或碎石、采矿剥离粘 土堆筑而成，拦挡坝高度为1.02～5.1m，拦挡坝高度比坝前人造干滩 高度h高0.02～0.1m，拦挡坝内外坡比均在(1:1.5)～(1:3.5)范围。
当尾砂、采矿废石或碎石、粘土的总重量为100％时，尾砂、采 矿废石或碎石、采矿剥离粘土的重量百分含量分别为：
尾砂：25～45％；
采矿废石或碎石：30～50％；
采矿剥离粘土：15～35％。
5)根据坝前人造干滩总长度L，按照时间顺序在坝前分期设置 第一道拦挡围堰、第二道拦挡围堰、第三道拦挡围堰、第四道拦挡围 堰，相邻两道拦挡围堰之间、拦挡坝与第一道拦挡围堰之间相距在 30～50m范围。当坝前人造干滩总长度L≤50m时，仅设置第一道拦 挡围堰；当50m<L≤100m时，先后设置第一道拦挡围堰、第二道拦 挡围堰；当100m<L≤150m时，先后设置第一道拦挡围堰、第二道 拦挡围堰、第三道拦挡围堰；当L＞150m时，先后设置第一道拦挡 围堰、第二道拦挡围堰、第三道拦挡围堰、第四道拦挡围堰；在夏季 或气温大于0℃的季节，按照以下步骤实施：
将尾矿库尾砂输送管道安置在拟建第一道拦挡围堰位置，尾矿浆 经过旋流器后，旋流器的底流尾砂直接堆筑第一道拦挡围堰，旋流器 的溢流排向尾矿库上游方向；当第一道拦挡围堰堆筑完成后，将尾矿 库尾砂输送管道及旋流器放置于第一道拦挡围堰的顶部，使旋流器的 底流排放至拦挡坝与第一道拦挡围堰之间的空区，铺平至比拦挡坝低 0.02～0.1m的高度形成第一期尾矿干滩，旋流器的溢流排向尾矿库上 游方向，并自流至尾款库库尾；所述尾矿库上游方向是指远离拦挡坝 的方向。
将尾矿库尾砂输送管道安置在拟建第二道拦挡围堰位置，尾矿浆 经过旋流器后，旋流器的底流尾砂直接堆筑第二道拦挡围堰，旋流器 的溢流排向尾矿库上游方向；当第二道拦挡围堰堆筑完成后，将尾矿 库尾砂输送管道及旋流器放置于第二道拦挡围堰的顶部，使旋流器的 底流排放至第二道拦挡围堰与第一道拦挡围堰之间的空区，铺平至第 一道拦挡围堰的高度形成第二期尾矿干滩，旋流器的溢流排向尾矿库 上游方向；
依次类推，重复以上步骤完成第三道拦挡围堰、第三期尾矿干滩、 第四道拦挡围堰、第四期尾矿干滩的堆排；最终完成坝前人造干滩的 堆筑。
所述的第一、二、三、四道拦挡围堰的顶宽2～8m，内外坡比为 1:2～1:5；所述的第一、二、三、四道拦挡围堰同高，但比拦挡坝低 0.02～0.1m。
所述旋流器的底流尾砂重量浓度≥70％。
在冬季或冰冻期，选矿厂排出的尾矿通过尾砂输送管道直接输送 到尾矿库内水下，防止尾矿结冰。
本发明一种在高寒地区堆筑尾矿库人造干滩的新工艺采用以上 技术方案后，具有以下有益效果：通过对尾矿库调查，拦挡坝及拦挡 围堰的堆筑，并利用旋流器底流在尾矿库内形成干滩，加快了尾矿库 干滩的形成，提高了夏季尾矿库形成干滩的速度；同时由于干滩相对 于水力冲击形成的干滩较高，易于冬季直接将尾矿管线铺设至干滩下 游并进行冰下放矿，降低了冬季极寒条件下坝前尾砂结冰对尾矿库安 全的影响。
附图说明
图1为本发明一种在高寒地区堆筑尾矿库人造干滩的新工艺的 剖面示意图。
附图标记为：1－库区尾砂干滩；2－初期坝；3-拦挡坝；4－第 一道拦挡围堰；5－第一期尾矿干滩；6－第二道拦挡围堰；7－第二 期尾矿干滩；8－第三道拦挡围堰；9－第三期尾矿干滩；10－旋流器， 11－第四道拦挡围堰；12－第四期尾矿干滩。
具体实施方式
为进一步描述本发明，下面结合附图和实施例对本发明一种在高 寒地区堆筑尾矿库人造干滩的新工艺做进一步详细说明。
由图1所示的本发明一种在高寒地区堆筑尾矿库人造干滩的新 工艺的剖面示意图看出，本发明一种在高寒地区堆筑尾矿库人造干滩 的新工艺，采用以下工艺、步骤：
1)尾矿库调查：确定尾矿库入库尾矿浆浓度、粒径分布、尾矿 库纵深、坝前尾砂地基承载力、库区积水深度、尾矿库排水及排渗系 统，为尾矿库坝前设置人造干滩提供基础资料；
2)坝前人造干滩总长度L的确定：根据尾矿库等别、坝前尾砂 地基承载力，将坝前人造干滩总长度L设定为40～200m；
3)坝前人造干滩高度h的确定：根据矿山冬季时间或冰冻期时 间及尾矿排放速率，将坝前人造干滩高度h确定为1～5m；
所述冰冻期时间指矿山所在地日气温低于0℃大于8小时的所有 日历天数，所述尾砂排放速率指矿山实际生产能力下日入库尾砂量。
4)在紧靠初期坝2的库区尾砂干滩1的滩面上设置拦挡坝3， 拦挡坝3平行于初期坝2轴线，拦挡坝3采用尾砂、采矿废石或碎石、 采矿剥离粘土堆筑，拦挡坝3高度为1.02～5.1m，拦挡坝3高度比坝 前人造干滩高度h高0.02～0.1m，拦挡坝3内外坡比均在(1:1.5)～(1:3.5)范围；
5)根据坝前人造干滩总长度L，按照时间顺序在坝前分期设置 第一道拦挡围堰4、第二道拦挡围堰6、第三道拦挡围堰8、第四道 拦挡围堰11，相邻两道拦挡围堰之间、拦挡坝3与第一道拦挡围堰4 之间相距在30～50m范围；在夏季或气温大于0℃的季节，按照以下步骤实施：
将尾矿库尾砂输送管道安置在拟建第一道拦挡围堰4位置，尾矿 浆经过旋流器10后，旋流器10的底流尾砂直接堆筑第一道拦挡围堰 4，旋流器10的溢流排向尾矿库上游方向；当第一道拦挡围堰4堆筑 完成后，将尾矿库尾砂输送管道及旋流器10放置于第一道拦挡围堰 4的顶部，使旋流器10的底流排放至拦挡坝3与第一道拦挡围堰4 之间的空区，铺平至比拦挡坝低0.02～0.1m的高度形成第一期尾矿干 滩，旋流器10的溢流排向尾矿库上游方向；
将尾矿库尾砂输送管道安置在拟建第二道拦挡围堰6位置，尾矿 浆经过旋流器10后，旋流器10的底流尾砂直接堆筑第二道拦挡围堰 6，旋流器10的溢流排向尾矿库上游方向；当第二道拦挡围堰6堆筑 完成后，将尾矿库尾砂输送管道及旋流器10放置于第二道拦挡围堰 6的顶部，使旋流器10的底流排放至第二道拦挡围堰6与第一道拦 挡围堰4之间的空区，铺平至第一道拦挡围堰4的高度形成第二期尾 矿干滩7，旋流器10的溢流排向尾矿库上游方向；
依次类推，重复以上步骤完成第三道拦挡围堰8、第三期尾矿干 滩9、第四道拦挡围堰11、第四期尾矿干滩12的堆排；最终完成坝 前人造干滩的堆筑。
当尾矿库为五等尾矿库时，坝前人造干滩总长度L≥40m；当尾 矿库为四等尾矿库时，坝前人造干滩总长度L≥50m；当尾矿库为三 等尾矿库时，坝前人造干滩总长度L应≥70m；当尾矿库为二等尾矿 库时，坝前人造干滩总长度L≥100m；当尾矿库为一等尾矿库时，坝 前人造干滩总长度L≥150m。
当L≤50m时，仅设置第一道拦挡围堰4；当50m<L≤100m时， 先后设置第一道拦挡围堰4、第二道拦挡围堰6；当100m<L≤150m 时，先后设置第一道拦挡围堰4、第二道拦挡围堰6、第三道拦挡围 堰8；当L＞150m时，先后设置第一道拦挡围堰4、第二道拦挡围堰 6、第三道拦挡围堰8、第四道拦挡围堰11。
所述旋流器10的底流尾砂重量浓度≥70％，即尾矿浆经过旋流 器10脱水、分级后的底流尾砂形成的含水率低于30％。底流尾砂中 ≥0.1mm粒级的重量占底流尾砂总重量的60％以上，底流尾砂中 <0.074mm粒级的重量占底流尾砂总重量的10％以内，以便于堆筑拦挡围堰及人造尾矿干滩。
Claims (3)
1.一种在高寒地区堆筑尾矿库人造干滩的新工艺，其特征在于采用以下技术方案：
1)尾矿库调查：确定尾矿库入库尾矿浆浓度、粒径分布、尾矿库纵深、坝前尾砂地基承载力、库区积水深度、尾矿库排水及排渗系统，为尾矿库坝前设置人造干滩提供基础资料；
2)坝前人造干滩总长度L的确定：根据尾矿库等别、坝前尾砂地基承载力，将坝前人造干滩总长度L设定为40～200m；
当尾矿库为五等尾矿库时，坝前人造干滩总长度L≥40m；当尾矿库为四等尾矿库时，坝前人造干滩总长度L≥50m；当尾矿库为三等尾矿库时，坝前人造干滩总长度L应≥70m；当尾矿库为二等尾矿库时，坝前人造干滩总长度L≥100m；当尾矿库为一等尾矿库时，坝前人造干滩总长度L≥150m；
3)坝前人造干滩高度h的确定：根据矿山冬季时间或冰冻期时间及尾矿排放速率，将坝前人造干滩高度h确定为1～5m；
4)在紧靠初期坝(2)的库区尾砂干滩(1)的滩面上设置拦挡坝(3)，拦挡坝(3)平行于初期坝(2)轴线，拦挡坝(3)采用尾砂、采矿废石或碎石、采矿剥离粘土堆筑而成，拦挡坝(3)高度为1.02～5.1m，拦挡坝(3)高度比坝前人造干滩高度h高0.02～0.1m，拦挡坝(3)内外坡比均在(1:1.5)～(1:3.5)范围；
当尾砂、采矿废石或碎石、粘土的总重量为100％时，尾砂、采矿废石或碎石、采矿剥离粘土的重量百分含量分别为：
尾砂：25～45％；
采矿废石或碎石： 30～50％；
采矿剥离粘土： 15～35％；
5)根据坝前人造干滩总长度L，按照时间顺序在坝前分期设置第一道拦挡围堰(4)、第二道拦挡围堰(6)、第三道拦挡围堰(8)、第四道拦挡围堰(11)；根据坝前尾砂地基承载力和尾矿排放计划，相邻两道拦挡围堰之间、拦挡坝(3)与第一道拦挡围堰(4)之间相距设计在30～50m范围；在夏季或气温大于0℃的季节，按照以下步骤实施：
将尾矿库尾砂输送管道安置在拟建第一道拦挡围堰(4)位置，尾矿浆经过旋流器(10)后，旋流器(10)的底流尾砂直接堆筑第一道拦挡围堰(4)，旋流器(10)的溢流排向尾矿库上游方向；当第一道拦挡围堰(4)堆筑完成后，将尾矿库尾砂输送管道及旋流器(10)放置于第一道拦挡围堰(4)的顶部，使旋流器(10)的底流排放至拦挡坝(3)与第一道拦挡围堰(4)之间的空区，铺平至比拦挡坝(3)低0.02～0.1m的高度形成第一期尾矿干滩(5)，旋流器(10)的溢流排向尾矿库上游方向；
将尾矿库尾砂输送管道安置在拟建第二道拦挡围堰(6)位置，尾矿浆经过旋流器(10)后，旋流器(10)的底流尾砂直接堆筑第二道拦挡围堰(6)，旋流器(10)的溢流排向尾矿库上游方向；当第二道拦挡围堰(6)堆筑完成后，将尾矿库尾砂输送管道及旋流器(10)放置于第二道拦挡围堰(6)的顶部，使旋流器(10)的底流排放至第二道拦挡围堰(6)与第一道拦挡围堰(4)之间的空区，铺平至第一道拦挡围堰(4)的高度形成第二期尾矿干滩(7)，旋流器(10)的溢流排向尾矿库上游方向；
依次类推，重复以上步骤完成第三道拦挡围堰(8)、第三期尾矿干滩(9)、第四道拦挡围堰(11)、第四期尾矿干滩(12)的堆排；最终完成坝前人造干滩的堆筑。
2.一种在高寒地区堆筑尾矿库人造干滩的新工艺，其特征在于采用以下技术方案：
1)尾矿库调查：确定尾矿库入库尾矿浆浓度、粒径分布、尾矿库纵深、坝前尾砂地基承载力、库区积水深度、尾矿库排水及排渗系统，为尾矿库坝前设置人造干滩提供基础资料；
2)坝前人造干滩总长度L的确定：根据尾矿库等别、坝前尾砂地基承载力，将坝前人造干滩总长度L设定为40～200m；
3)坝前人造干滩高度h的确定：根据矿山冬季时间或冰冻期时间及尾矿排放速率，将坝前人造干滩高度h确定为1～5m；
4)在紧靠初期坝(2)的库区尾砂干滩(1)的滩面上设置拦挡坝(3)，拦挡坝(3)平行于初期坝(2)轴线，拦挡坝(3)采用尾砂、采矿废石或碎石、采矿剥离粘土堆筑而成，拦挡坝(3)高度为1.02～5.1m，拦挡坝(3)高度比坝前人造干滩h高0.02～0.1m，拦挡坝(3)内外坡比均在(1:1.5)～(1:3.5)范围；
当采用尾砂、采矿废石或碎石、粘土的总重量为100％时，尾砂、采矿废石或碎石、采矿剥离粘土的重量百分含量为：
尾砂：25～45％；
采矿废石或碎石： 30～50％；
采矿剥离粘土： 15～35％；
5)根据坝前人造干滩总长度L，按照时间顺序在坝前分期设置第一道拦挡围堰(4)、第二道拦挡围堰(6)、第三道拦挡围堰(8)、第四道拦挡围堰(11)；根据坝前尾砂地基承载力和尾矿排放计划，相邻两道拦挡围堰之间、拦挡坝(3)与第一道拦挡围堰(4)之间相距设计在30～50m范围；当L≤50m时，仅设置第一道拦挡围堰(4)；当50m<L≤100m时，先后设置第一道拦挡围堰(4)、第二道拦挡围堰(6)；当100m<L≤150m时，先后设置第一道拦挡围堰(4)、第二道拦挡围堰(6)、第三道拦挡围堰(8)；当L＞150m时，先后设置第一道拦挡围堰(4)、第二道拦挡围堰(6)、第三道拦挡围堰(8)、第四道拦挡围堰(11)；
在夏季或气温大于0℃的季节，按照以下步骤实施：
将尾矿库尾砂输送管道安置在拟建第一道拦挡围堰(4)位置，尾矿浆经过旋流器(10)后，旋流器(10)的底流尾砂直接堆筑第一道拦挡围堰(4)，旋流器(10)的溢流排向尾矿库上游方向；当第一道拦挡围堰(4)堆筑完成后，将尾矿库尾砂输送管道及旋流器(10)放置于第一道拦挡围堰(4)的顶部，使旋流器(10)的底流排放至拦挡坝(3)与第一道拦挡围堰(4)之间的空区，铺平至比拦挡坝(3)低0.02～0.1m的高度形成第一期尾矿干滩(5)，旋流器(10)的溢流排向尾矿库上游方向；
将尾矿库尾砂输送管道安置在拟建第二道拦挡围堰(6)位置，尾矿浆经过旋流器(10)后，旋流器(10)的底流尾砂直接堆筑第二道拦挡围堰(6)，旋流器(10)的溢流排向尾矿库上游方向；当第二道拦挡围堰(6)堆筑完成后，将尾矿库尾砂输送管道及旋流器(10)放置于第二道拦挡围堰(6)的顶部，使旋流器(10)的底流排放至第二道拦挡围堰(6)与第一道拦挡围堰(4)之间的空区，铺平至第一道拦挡围堰(4)的高度形成第二期尾矿干滩(7)，旋流器(10)的溢流排向尾矿库上游方向；
依次类推，重复以上步骤完成第三道拦挡围堰(8)、第三期尾矿干滩(9)、第四道拦挡围堰(11)、第四期尾矿干滩(12)的堆排；最终完成坝前人造干滩的堆筑。
3.如权利要求1或2所述的一种在高寒地区堆筑尾矿库人造干滩的新工艺，其特征在于：所述冰冻期时间指矿山所在地日气温低于0℃大于8小时的所有日历天数，所述尾砂排放速率指矿山实际生产能力下日入库尾砂量；所述旋流器(10)底流尾砂的重量浓度≥70％，底流尾砂中≥0.1mm粒级的重量占底流尾砂总重量的60％以上，底流尾砂中<0.074mm粒级的重量占底流尾砂总重量的10％以内。
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