CN113171652B - 尾矿反滤料、制备方法及应用和反滤料排渗结构及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种尾矿反滤料、制备方法及应用和反滤料排渗结构及应用，具体涉及尾矿处理技术领域。该尾矿反滤料包括层叠设置的碎石层、碎石尾砂联合过渡层和尾砂层；碎石尾砂联合过渡层包括碎石和尾砂，尾砂填充于相邻碎石之间的空隙。反滤料排渗结构，包括排渗管及排渗管管壁外依次设置的碎石层、碎石尾砂联合过渡层和尾砂层，以及滤网，所述滤网套设于所述排渗管外，且设置于所述碎石尾砂联合过渡层和所述尾砂层之间。排渗管周向设置有排水孔和隔板。本申请提供的尾矿反滤料和反滤料排渗结构可以加速尾矿中水分的排出，防止淤堵，提高尾矿固结度，降低尾矿堆积过程中的浸润线，保证了尾矿坝承载力和抗剪切强度，提高了尾矿坝的安全。

Description

尾矿反滤料、制备方法及应用和反滤料排渗结构及应用

技术领域

本发明涉及尾矿处理技术领域，尤其是涉及尾矿反滤料、制备方法及应用和反滤料排渗结构及应用。

背景技术

由于矿产的深度开采和选矿工艺的日益提高，现有的尾矿坝中尾矿颗粒越来越细，渗水排除困难，导致坝体浸润线偏高，尾矿坝力学性质越来越差，影响坝体的安全稳定性。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种尾矿反滤料，以缓解现有的尾矿坝中排水困难导致的尾矿坝浸润线偏高而引起的安全问题。

本发明的目的之二在于提供上述尾矿反滤料的制备方法，该制备方法得到的尾矿反滤料颗粒均匀，级配良好。

本发明的目的之三在于提供一种反滤料排渗结构，该排渗结构通过反滤料的过滤作用，实现高效排水、防淤堵的作用。

本发明的目的之四在于提供尾矿反滤料和反滤料排渗结构在尾矿坝排渗中的应用，改善尾矿坝的抗剪强度，提高坝体稳定性。

为解决上述技术问题，本发明特采用如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种尾矿反滤料，包括层叠设置的碎石层、碎石尾砂联合过渡层和尾砂层；

其中，所述碎石尾砂联合过渡层包括碎石和尾砂，所述尾砂填充于相邻碎石之间的空隙。

本发明的第二方面提供了尾矿反滤料的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤a：提供尾砂级配曲线，计算碎石最小颗粒粒径df并配置碎石级配曲线，使碎石级配曲线与尾砂级配曲线平行；

步骤b：根据尾矿反滤料无跑混现象时的最大渗透系数确定最佳粒径调整系数A的取值；

步骤c：根据最佳粒径调整系数A的取值、尾砂级配曲线和碎石级配曲线得到尾矿反滤料的级配曲线，其中，尾矿反滤料级配良好，且不均匀系数大于5、1≤曲率系数≤3。

进一步地，步骤a中所述碎石的最小颗粒粒径df＝A×d100，

其中，d100为尾砂粒径质量占比为100％所对应的粒径；1≤A≤2。

本发明第三方面提供了一种反滤料排渗结构，包括排渗管，所述排渗管管壁外依次设置有碎石层、碎石尾砂联合过渡层和尾砂层。

进一步地，还包括滤网，所述滤网套设于所述排渗管外，且设置于所述碎石尾砂联合过渡层和所述尾砂层之间。

进一步地，所述排渗管的管壁上设置有排水孔。

进一步地，所述排渗管的管壁的外表面上设置有隔板。

进一步地，所述滤网包括金属网。

本发明第四方面提供了尾矿反滤料和反滤料排渗结构在尾矿坝排渗中的应用。

本发明提供的尾矿反滤料，可以加速尾矿中水分的排出，防止淤堵，提高尾矿固结度，降低尾矿堆积过程中的浸润线，保证了尾矿反滤料的承载力和抗剪切强度。

本发明提供的尾矿反滤料的制备方法，通过尾砂的级配曲线，计算碎石的最小颗粒粒径，再配置碎石级配曲线，使碎石与尾砂构成的尾矿反滤料的级配良好，提高了尾矿反滤料的强度和耐久性。

本发明提供的反滤料排渗结构，将排渗管设置于尾矿反滤料的中心位置，依靠尾矿反滤料的渗流压力进行排渗，排渗管和碎石给尾砂提供力学支撑，同时提高了尾矿坝的承载能力。碎石间的空隙加快了尾砂中水的排出速度，保证了排渗效果。

本发明提供的尾矿反滤料和反滤料排渗结构在尾矿坝排渗中的应用，加快了尾矿中水的流出，保证了排渗效果，有利于坝体安全稳定性，可广泛用于尾矿坝的堆积坝体排渗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1为实施例1提供的尾矿反滤料；

图2为实施例1中粒径调整系数A的取值示意图；

图3为实施例2提供的反滤料排渗结构。

图标：1-尾矿反滤料；11-尾砂层；12-碎石尾砂联合过渡层；13-碎石层；2-滤网；3-排渗管；31-排水孔；32-隔板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

尾矿库是矿山的重要组成部分，其运行状况不仅关系到矿山的生产建设能否顺利进行，还关系到坝体下游人民群众的生命财产安危及周边环境。目前，我国绝大多数尾矿坝采用上游法构筑。随着矿产资源的深度开采和选矿工艺的日益提高，排入尾矿库的尾矿颗粒越来越细，力学性质较差。细粒尾矿，尤其是超细尾矿堆存的尾矿坝往往由于渗水排出困难导致坝体浸润线偏高，影响坝体安全稳定性。

尾矿坝是拦挡尾矿和水的尾矿库外围构筑物。通常指初期坝和尾矿堆积坝的总体。而尾矿坝的浸润线是坝体中渗流水的自由表面的位置，在横剖面上为一条曲线。浸润线的埋深即为浸润线距离尾矿坝面的垂直距离。浸润线是尾矿坝的“生命线”，浸润线的埋深对于尾矿坝的安全稳定性至关重要。《尾矿设施设计规范》中规定既满足临界浸润线要求、又满足尾矿堆积坝下游最小埋深浸润线要求的坝体最高浸润线为控制浸润线。并强制要求尾矿坝的渗流控制措施必须确保浸润线低于控制浸润线。

为降低坝体的浸润线，尾矿坝往往在设计阶段及运行阶段采取各种排渗措施，降低坝体浸润线。目前我国进入尾矿库的细粒尾矿越来越多，粒度越来越细，浸润线位置偏高现象已经普遍存在，尤其在铜矿、金矿、铅锌矿、氧化铝矿、磷矿等，细粒尾矿的堆存已经成为很多矿山企业面临的难题。

为排出细粒尾矿坝内的渗水，多种技术被引入到尾矿坝排渗中，土工织物由于具有良好的透水性和较小的孔隙，能够很好地满足工程对反滤材料的要求。土工合成材料在我国的发展较晚，大约在上世纪60年代中期开始，土工织物开始应用于河道及涵闸工程。80年代初，非织造布在铁路工程和水利工程上试用。90年代，土工织物的应用发展更快，收到了良好效果。但是由于对土工织物的反滤机理认识不够清楚，以及土工合成材料滤层性能不足，土工织物在反滤工程中的应用，受到了很多限制。淤堵是土工织物反滤层应用中的主要问题。由于存在淤堵现象，反滤效果往往不是很理想，渗水很难透过织物滤层而在织物下坡面产生接触冲刷。更严重的是，织物挡住了流土或管涌的出口，从而不得不去除排水系统的织物滤层。

下面结合实施例和附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

本实施例提供一种尾矿反滤料1，如图1所示，包括由层叠设置的碎石层13、碎石尾砂联合过渡层12和尾砂层11；

其中，所述碎石尾砂联合过渡层12包括碎石和尾砂，所述尾砂填充于相邻碎石之间的空隙。

所述尾矿反滤料1的制备方法如下：

步骤a：统计尾砂颗粒分布曲线，确定尾砂颗粒代表粒径d30，d60，d100，其中d30，d60，d100分别是粒径分布中质量占比30％，60％，100％所对应的粒径，计算尾砂级配曲线。根据尾砂级配曲线，计算碎石最小颗粒粒径df并配置碎石级配曲线，使碎石级配曲线与尾砂级配曲线平行，如图2所示。

其中碎石最小颗粒粒径df＝A×d100，A为粒径调整系数，1≤A≤2。

准备不同粒径的碎石，调整不同粒径碎石的颗粒含量配置碎石级配曲线，使碎石级配曲线与尾砂级配曲线平行，确定最佳粒径调整系数A的取值范围。

步骤b：通过实验不断调整A的具体值，根据尾矿反滤料无跑混现象时的最大渗透系数k确定最佳粒径调整系数A的取值，此时的粒径调整系数A即为碎石最小颗粒粒径与尾砂代表粒径d100的比值。

其中，渗透系数k＝Q/(i*M)，

Q为渗流量，i为渗透坡降，M为渗流面积。

步骤c：根据最佳粒径调整系数A的取值、尾砂级配曲线和碎石级配曲线得到尾矿反滤料的级配曲线，其中，尾矿反滤料级配良好，且不均匀系数大于5、1≤曲率系数≤3。

实施例2

本实施例提供一种反滤料排渗结构，如图3所示，包括排渗管3，排渗管3的管壁外依次设置有碎石层13、碎石尾砂联合过渡层12和尾砂层11；还包括滤网2，滤网2套设于排渗管3外，且设置于碎石尾砂联合过渡层12和尾砂层11之间。

在本发明的一种典型但非限制性的实施方式中，碎石尾砂联合过渡层12由尾砂在渗透力的作用下，迁移至碎石孔隙中形成。

新堆放的尾砂呈流态，随着渗水的排出，尾砂中的细颗粒迁移至碎石层，形成碎石尾砂联合过渡层12。水分在渗流压力的作用下，也与尾砂分离，沿着尾砂颗粒之间的缝隙下渗，达到排渗的目的。

在本发明的一种典型但非限制性的实施方式中，碎石尾砂联合过渡层12和尾砂层11之间设置有滤网2。滤网2套设于排渗管3外，滤网2将碎石尾砂联合过渡层12与碎石层13固定于排渗管3的外部，确保反滤料排渗结构的整体性，同时便于反滤料排渗结构的施工。

排渗管3的管壁上设置有排水孔31。

在本发明的一种典型但非限制性的实施方式中，排渗管3周向均匀分布有排水孔31。排水孔31在排渗管3周向等弧度布置。排水孔31的深度与排渗管3的壁厚相同，排水孔31的孔径和密度不作限制，可根据尾砂中的含水量以及排渗管3的载荷来设置。

排渗管3的管壁外表面上设置有隔板32，隔板32将尾矿反滤料1分区排列在排渗管3外。

在本发明的一种典型但非限制性的实施方式中，排渗管3周向均匀分布有隔板32。隔板32在排渗管3周向等弧度布置。隔板32的密度和厚度可根据排渗管3的直径来设置，在此不作限制。例如当渗管3的直径小于100mm，隔板32在周向按60°间距设置；当渗管3的直径大于100mm但是小于200mm，隔板32在周向按45°间距设置。

滤网2包括金属网。

在本发明的一种典型但非限制性的实施方式中，滤网2为金属网。金属网具有很好的力学性能。在反滤料排渗结构中，能起到过滤、保护和固定的作用。而且金属网的使用寿命长，耐磨性能好，承载能力大，为反滤料排渗结构提供了广泛和长久的应用。

本发明提供的反滤料排渗结构，将排渗管3设置于尾矿反滤料1的中心位置，并在排渗管3上开有排水孔31，依靠渗流压力进行排渗，增加了渗透路径的渗透坡降，提高了排渗效率，加快了尾砂软弱沉积滩的固结速度。尾矿反滤料外围设置有滤网2，保证了反滤料排渗结构的力学性能和良好的渗水性。排水孔31便于集中汇集水，形成自然流水，通过排水孔31流入排渗管3内，然后流出坝体，保证了排渗效果。

实施例3

本实施例提供一种尾矿反滤料和反滤料排渗结构在尾矿坝中的应用。

尾矿反滤料的应用方式典型但非限制性的为直接铺设于尾矿坝底部，或在尾矿坝中层叠铺设达到排渗，防淤堵的目的。

反滤料排渗结构应用方式典型但非限制性的为：将反滤料排渗结构铺设于尾矿坝底部，再将尾砂排入尾矿坝。或者在堆积有尾矿的尾矿坝内插入反滤料排渗结构，达到排渗的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种尾矿反滤料，其特征在于，包括层叠设置的碎石层、碎石尾砂联合过渡层和尾砂层；

其中，所述碎石尾砂联合过渡层包括碎石和尾砂；所述碎石尾砂联合过渡层由所述尾砂在渗透力的作用下，迁移至碎石孔隙中形成，所述尾砂填充于相邻碎石之间的空隙；

所述尾矿反滤料的制备方法包括如下步骤：

步骤a：提供尾砂级配曲线，计算碎石最小颗粒粒径df并配置碎石级配曲线，使碎石级配曲线与尾砂级配曲线平行；

步骤b：根据尾矿反滤料无跑混现象时的最大渗透系数确定最佳粒径调整系数A的取值；

步骤c：根据最佳粒径调整系数A的取值、尾砂级配曲线和碎石级配曲线得到尾矿反滤料的级配曲线，其中，尾矿反滤料级配良好，且不均匀系数大于5、1≤曲率系数≤3；

其中，步骤a中df=A×d100，d100为尾砂粒径质量占比为100%所对应的粒径；1≤A≤2。

2.一种反滤料排渗结构，其特征在于，包括排渗管，所述排渗管的管壁外设置有如权利要求1所述的尾矿反滤料。

3.根据权利要求2所述的反滤料排渗结构，其特征在于，还包括滤网，所述滤网套设于所述排渗管外，且设置于所述碎石尾砂联合过渡层和所述尾砂层之间。

4.根据权利要求2所述的反滤料排渗结构，其特征在于，所述排渗管的管壁上设置有排水孔。

5.根据权利要求2所述的反滤料排渗结构，其特征在于，所述排渗管管壁的外表面上设置有隔板。

6.根据权利要求3所述的反滤料排渗结构，其特征在于，所述滤网包括金属网。

7.根据权利要求1所述的尾矿反滤料在尾矿坝排渗中的应用。

8.根据权利要求2-6任一项所述的反滤料排渗结构在尾矿坝排渗中的应用。

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