某選礦廠尾礦庫安全管理技術(shù)研究與實踐

張 朔，王海霞

（河鋼集團礦業(yè)公司司家營北區(qū)分公司，河北 唐山 063000）

尾礦是選礦作業(yè)產(chǎn)物之一，在現(xiàn)有技術(shù)條件下不具有回收利用價值，選礦廠一般將尾礦排入尾礦庫，尾礦水在尾礦庫內(nèi)澄清后回收循環(huán)利用。

尾礦庫屬于重大危險源，關(guān)系著礦山企業(yè)的生產(chǎn)穩(wěn)定順行，我國鐵礦以貧礦為主，具有品位低﹑嵌布粒度細(xì)﹑雜質(zhì)多的特點，在進(jìn)行鐵礦石選別的過程中會產(chǎn)生大量的尾礦，而且隨著選礦技術(shù)的發(fā)展，尾礦產(chǎn)品粒度越來越細(xì)，粘性顆粒也越來越多，由此導(dǎo)致尾礦堆積壩體沉積密度低，透水性差，不易固結(jié)，病害率高，相應(yīng)發(fā)生事故的頻率和破壞程度就很嚴(yán)重，這已成為制約礦山企業(yè)尾礦庫安全生產(chǎn)的技術(shù)難題。

1 概況

某選礦廠于2011年3月底建成投產(chǎn)[1]，目前共有三個磨選系列，設(shè)計年處理原礦1500萬t,每年尾礦排放量約1000萬t。尾礦庫位于選礦廠12Km外的山谷內(nèi)，庫內(nèi)匯水面積2千多平方米，沉積灘平均坡度4.1%。尾礦庫為山谷型尾礦庫，采用上游式筑壩方式，選礦過程產(chǎn)生的尾礦經(jīng)濃縮大井濃縮后礦漿濃度可達(dá)到50%～55%，然后泵送至尾礦庫。尾礦庫為了充分利用該地形，在東溝和西溝分別都建有主壩和副壩，主副壩間均有山丘作為中部連接，在第六期堆積壩時形成連接，構(gòu)成一個整體堆積壩。

考慮到尾礦粒度較細(xì)，并且高濃度輸送，為了加快尾礦的固結(jié)，主﹑副壩初期壩均采用透水堆石筑壩，筑壩材料采用庫內(nèi)新開采巖石，后期堆積子壩采用尾砂筑壩，最終堆積標(biāo)高為128m,總壩高93m[2]，總庫容約8528萬m3，服務(wù)年限為11.4年。

為進(jìn)一步加強尾礦庫的安全管理，提高尾礦庫的本質(zhì)安全性，該選礦廠主要從優(yōu)化尾礦粒度組成和性質(zhì)﹑減少尾礦排放量﹑輔以尾礦在線監(jiān)測系統(tǒng)等技術(shù)手段來提高尾礦庫的安全性能，同時進(jìn)一步延長尾礦庫服務(wù)年限。

2 尾礦庫安全管理技術(shù)的研究與應(yīng)用

2.1 超細(xì)粒尾礦堆存技術(shù)研究與應(yīng)用

2.1.1 存在的問題

該選礦廠投產(chǎn)初期共有2個磨選系列，主要處理氧化礦。

因初期入磨礦石為地表氧化礦，礦石氧化程度較高，入磨品位只有20%左右，且原礦結(jié)晶粒度較細(xì)，造成尾礦粒度較細(xì)，尾礦粘粒含量增多。日常生產(chǎn)尾礦粒度分析結(jié)果如下。

表1 尾礦粒度分析結(jié)果

由上表可知，尾礦中粗顆粒含量較少，+0.074mm粒級含量僅為26.25%，-0.025mm粒級含量在46%左右，超細(xì)顆粒含量過大。

圖1 礦廠磨選系列設(shè)備

在日常生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，由于初期處理的是地表氧化礦，含泥量大，尾礦粒度很細(xì)，尾礦中粉粒含量較高，砂粒含量較少，所以壩前沉積的尾礦以尾粉質(zhì)粘土為主。由于其尾礦的滲透性較差，造成壩前灘面沉積固結(jié)緩慢，西溝和東溝初期壩壩前沖積灘面為淤泥狀沉積體，尾礦中粗細(xì)顆粒不能分離，沉積灘面強度極低，壩體的浸潤線高，沒有承載力，很難保證尾礦壩的安全。其次,由于尾礦濃縮時使用了聚丙烯酰胺絮凝劑，造成尾礦粘粒之間始終包裹著水膜，尾礦不能夠固結(jié)，在現(xiàn)有沉積灘面上筑壩不能保證壩體的穩(wěn)定性，影響壩體的安全性。

同時，由于細(xì)粒級含量高，尾礦不易沉積，溢流塔處澄清水很淺，限制了回水量，導(dǎo)致回水面偏高，與灘頂高差最低時只有0.3m，干灘長度變短，甚至沒有干灘前60m尾礦沉積灘坡度很緩僅為0.6%，60m段以外灘面坡度僅為0.08%[3]，這么緩的坡度極大影響了尾礦庫的防洪能力，導(dǎo)致汛期尾礦庫防洪能力不足，這對尾礦庫的安全度汛是一項巨大考驗。

2.1.2 超細(xì)粒尾礦堆存技術(shù)的研究

由于目前放礦條件下壩前沉積的尾礦含水量大，沒有干灘，或干灘長度不足，不具備直接堆筑子壩條件，已經(jīng)不適于采用常規(guī)的筑壩方式進(jìn)行筑壩，而且在目前尾礦產(chǎn)量條件下用現(xiàn)有灘面上尾礦筑壩很難保證尾礦堆積壩的穩(wěn)定。為了解決上述問題，該選礦廠通過進(jìn)行超細(xì)粒尾礦堆存技術(shù)的研究來對尾礦庫筑壩攻關(guān)。

通過對尾礦展開一系列研究﹑試驗﹑勘察工作，研究旋流器筑壩工藝的可行性。旋流器筑壩工藝，就是將尾礦漿通過旋流器進(jìn)行強制分離后顆粒較粗的沉砂用于堆筑子壩，將溢流排放至庫內(nèi)的一種筑壩工藝[4]。通過進(jìn)行尾礦旋流器筑壩試驗研究以及旋流器筑壩工業(yè)試驗研究，以及對旋流器沉砂和溢流的滲透性﹑抗剪強度﹑粒度等進(jìn)行研究，最終發(fā)現(xiàn)旋流器沉砂粒度粗﹑強度大，各項指標(biāo)均滿足筑壩要求。該選礦廠最終確定了在壩上利用旋流器分級，然后利用旋流器沉砂進(jìn)行筑壩的實施方案，這樣解決了壩前灘面沉積固結(jié)緩慢﹑沒有承載力的問題，確保沉積灘坡度和長度符合設(shè)計要求，保證了壩體的穩(wěn)定性。

2.2 延長尾礦庫服務(wù)年限的研究與實踐

通過減少尾礦排放量來延長尾礦庫服務(wù)年限﹑確保尾礦庫安全具有重要的現(xiàn)實意義。為此，該選礦廠進(jìn)行了減少尾礦排放的相關(guān)研究與實踐。

2.2.1 磨前濕式預(yù)選工藝的研究與實踐

該選礦廠磁鐵礦系列自投產(chǎn)以來，由于采出礦石品位較設(shè)計入磨品位低于1個百分點以上，不僅嚴(yán)重制約了磁鐵礦系統(tǒng)產(chǎn)能的發(fā)揮，而且造成了尾礦量過大，嚴(yán)重影響了尾礦庫的使用壽命。

為了提高磁鐵礦系統(tǒng)的處理能力﹑減少尾礦排放量，提高尾礦庫的服務(wù)年限，該選礦廠分別對入磨礦石進(jìn)行了全粒級和分粒級濕式預(yù)選試驗研究。預(yù)選試驗結(jié)果表明，礦石在進(jìn)入球磨之前可以經(jīng)過分級和濕式預(yù)選工藝提前拋棄一部分粗顆粒尾礦，此部分粗粒尾礦不進(jìn)入尾礦庫，直接作為尾砂進(jìn)行銷售，在取得一定經(jīng)濟效益的同時，每年減少約120萬t尾礦進(jìn)入尾礦庫[5]。

同時由于提前隔出粗粒后，可以減少粗顆粒尾礦對管道的磨損，防止爆管現(xiàn)象的發(fā)生，提高尾礦輸送的安全性。磨前濕式預(yù)選工藝運行后，有效提高了入磨品位，在后續(xù)選別過程中適當(dāng)降低了磨礦細(xì)度，減少了磨礦產(chǎn)品中的細(xì)粒級含量，從而提高了尾礦中粗顆粒含量，優(yōu)化了尾礦產(chǎn)品粒度組成，使其更加有利于筑壩，同時也可降低尾礦濃縮時的絮凝劑用量，使得尾礦快速固結(jié)。

2.2.2 尾礦回收工藝的研究與實踐

礦產(chǎn)資源是一種不可再生的資源，通過對尾礦產(chǎn)品進(jìn)行再磨再選，不僅可以回收一部分鐵精粉產(chǎn)品，還可以減少尾礦的排放量，這對于提高礦石資源利用率﹑延長尾礦庫服務(wù)年限具有重要意義。

該選礦廠有氧化礦和原生礦選別系統(tǒng)，尾礦產(chǎn)品中包括中磁尾礦﹑強磁尾礦﹑浮選尾礦﹑一磁尾礦﹑二磁尾礦﹑濃縮磁選尾礦﹑三磁尾礦等多種尾礦產(chǎn)品。該選礦廠對選礦作業(yè)中的各個尾礦性質(zhì)進(jìn)行了分析，并開展了相關(guān)回收利用試驗研究。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，氧化礦系統(tǒng)中磁尾礦再選精礦品位可達(dá)19%，有一定回收價值；強磁尾礦再選精礦產(chǎn)率低，無法進(jìn)行回收；原生礦系統(tǒng)尾礦再選精礦產(chǎn)率可達(dá)6%左右，但精礦品位較低，在10%左右；浮選尾礦再選精礦產(chǎn)率可達(dá)40%以上﹑品位達(dá)到29%左右，回收利用的價值較大。同時對綜合尾礦進(jìn)行了再選試驗研究，再選精礦產(chǎn)率可達(dá)10%以上﹑品位達(dá)到20%左右，因此，最終確定了在綜合尾礦后增設(shè)打撈機﹑打撈機精礦經(jīng)過再磨再選回收精礦的改造方案。這樣，每年不僅可以增加精粉產(chǎn)量，還可以減少進(jìn)入尾礦庫的尾礦量，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

2.3 尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

為實現(xiàn)尾礦庫安全管理過程的自動化和智能化，尾礦庫采用動態(tài)在線監(jiān)測和人工監(jiān)測的多級聯(lián)合監(jiān)測，動態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)在初期壩﹑每兩個堆積壩第二個壩面上設(shè)有位移監(jiān)測及浸潤線監(jiān)測系統(tǒng)，在沉積灘每隔50米設(shè)置灘頂高程監(jiān)測系統(tǒng)，在回水塔附近設(shè)置可移動式水位監(jiān)測系統(tǒng)，全方位的實現(xiàn)了對尾礦庫作業(yè)運行狀態(tài)智能監(jiān)測，常規(guī)監(jiān)測系統(tǒng)在人工監(jiān)測壩體浸潤線及庫內(nèi)水位的同時還可以起到兩套系統(tǒng)相互校核作用。

每年對動態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)至少進(jìn)行1次全面的系統(tǒng)性專業(yè)檢查，做好有關(guān)記錄并存檔備查；對動態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的基點﹑測點和線纜等進(jìn)行經(jīng)常性的檢查和維護，指定專門的人員負(fù)責(zé)動態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的日常檢查和維護工作，并保障動態(tài)在線監(jiān)控系統(tǒng)有足夠的備件；繪制動態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)布置圖，并根據(jù)實際情況的變化及時進(jìn)行更新；對動態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)備每季度或每年進(jìn)行一次調(diào)校，傳感器經(jīng)調(diào)校達(dá)不到要求時必須立即調(diào)換；動態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警時，值班人員按規(guī)定程序及時處置，并將處置結(jié)果記錄備案；每3個月應(yīng)對動態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，備份的數(shù)據(jù)保存2年以上為后期數(shù)據(jù)分析做儲備，視頻監(jiān)控的圖像資料保存時間1個月上以備核對；同時建立動態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備臺賬﹑故障登記表﹑檢修記錄表﹑巡檢記錄表﹑傳感器調(diào)校記錄表﹑預(yù)警記錄月報表等，并按規(guī)定存檔。該尾礦庫設(shè)置了壩體位移﹑庫水位﹑干灘長度﹑灘頂高程和壩體浸潤線等觀測設(shè)施，利用傳感器技術(shù)﹑信號傳輸技術(shù)，以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和軟件技術(shù)，從宏觀﹑微觀相結(jié)合的全方位角度，來監(jiān)測影響尾礦庫及壩體安全的各種關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)；依托智能的軟件系統(tǒng)，建立分析預(yù)警模型，實現(xiàn)與短消息平臺結(jié)合，當(dāng)發(fā)生異常時，及時自動發(fā)布短消息到礦方管理人員，盡快啟動相應(yīng)的預(yù)案。尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)一步提高了尾礦庫本質(zhì)化安全水平，有效防范和遏制重特大事故發(fā)生。

3 結(jié)語

該選礦廠從源頭抓起，從各個關(guān)鍵作業(yè)點著手，進(jìn)行尾礦庫安全管理技術(shù)的優(yōu)化研究，結(jié)合尾礦庫筑壩要求，通過進(jìn)行超細(xì)粒尾礦堆存技術(shù)﹑磨前濕式預(yù)選工藝﹑尾礦回收利用工藝的研究與實踐﹑在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用等方面來優(yōu)化尾礦粒度組成和性質(zhì)，促進(jìn)尾礦快速固結(jié)，減少尾礦排放量，延長尾礦庫服務(wù)年限，不斷提升尾礦系統(tǒng)管控水平，確保尾礦庫安全生產(chǎn)。