城門山銅礦尾砂干式堆存工藝試驗研究

邱子昱　劉曉峰 　趙自越

〔摘 要〕為解決城門山銅礦尾礦庫庫容不足無法繼續(xù)堆存問題，對劉家溝尾礦庫進行了濕排改干式堆存工藝試驗。試驗對干堆試驗區(qū)域進行分區(qū)，選取典型區(qū)域研究了地基不處理時干堆的可行性，測定了干堆尾砂的物理力學指標，通過各區(qū)塊的試驗效果對比分析找出最適應的地基處理工藝及技術參數(shù)?；谠囼灲Y果，在壓實度滿足90%的前提下，建議干堆體碾壓完成后含水率不大于27%、容重不小于18.50 kN/cm3、凝聚力不小于33.8 kPa、內(nèi)摩擦角不小于16.8 °。全年監(jiān)測結果顯示，尾礦庫運行情況達到了尾砂堆存工藝試驗的目的，取得了很好的應用效果。

〔關鍵詞〕尾礦庫；試驗區(qū)；干式堆存；地基處理；監(jiān)測

中圖分類號：TD926 ? 文獻標志碼：A文章編號：1004-4345（2023）05-0044-03

Study on the Design of Crushing and Grinding Process for a Tungsten Mine

QIU Ziyu 1， LIU Xiaofeng 2， ZHAO Ziyue 2

（1. Chengmenshan Copper Mine of Jiangxi Copper Group Co.， Ltd.， Jiujiang， Jiangxi 332100， China;

2. China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Nanchang， Jiangxi 330038， China）

Abstract? ?In order to solve the problem of insufficient storage capacity in the tailings storage of Chengmenshan Copper Mine， the test on replacing wet discharge with dry stockpiling process was conducted in the Liujiagou tailings storage. The dry stockpiling test area was zoned in the test， and typical zones were selected to study the feasibility of dry stockpile without foundation treatment. The physical and mechanical indicators of dry stockpile tailings were measured， and the most suitable foundation treatment process and technical parameters were found through comparative analysis of the test results of all zones. Based on the test results， it is recommended that the moisture content of the dry stockpile after compaction should not exceed 27%， the unit weight should not be less than 18.50 kN/cm3， the cohesion should not be less than 33.8 kPa， and the internal friction angle should not be less than 16.8 °， provided that the compaction degree should be 90%. The annual monitoring results show that the operation of the tailings storage has reached the goal of testing the tailings stockpiling process and achieved good application results.

Keywords? tailings storage; test area; dry stockpiling; foundation treatment; monitoring

1? ?項目概況

城門山銅礦劉家溝尾礦庫為城門山銅礦目前唯一正常生產(chǎn)使用的尾礦堆存場地[1]，距選礦廠東北方向直線距離為1.9 km。城門山銅礦尾礦排放量維持在2 500 kt/a，尾礦庫庫容接近飽和，而礦山毗鄰賽城湖區(qū)，周邊地形不適合建設大容量的尾礦庫。該尾礦庫于2011年開始投入使用，壩頂高程為30.0 m，采用一次筑壩工藝，總庫容1 640.6×104 m3。2017年，在原劉家溝尾礦庫上進行了模袋法[2]堆壩擴容改造設計，改造后堆積壩頂高程為34.0 m，采用上游式筑壩工藝，總庫容為1 838.5×104 m3。然而，經(jīng)模袋法堆壩擴容改造后，盡管尾礦庫服務年限有所延長，但是庫容量仍然有限。為此，城門山銅礦與中國瑞林工程技術有限公司、贛北地質(zhì)工程勘察院合作，為了擴大庫容量，擬將現(xiàn)有“濕排工藝”改為“干式堆存工藝”，來進行試驗研究，為今后干堆作業(yè)提供技術指導依據(jù)。

2? ?試驗研究

2.1? 試驗目的

該尾砂庫為濕法堆存尾庫，庫內(nèi)尾砂未能充分固結，承載能力較低。因此在進行干堆作業(yè)過程前，需確認地基滿足汽車運輸尾砂及機械碾壓時所需要的地基承載力，避免出現(xiàn)機械陷入的情況發(fā)生。

故為適應將濕排改為干堆工藝，須對庫內(nèi)現(xiàn)有尾砂進行地基處理試驗。在庫區(qū)挑選典型區(qū)域進行干堆試驗，確保在干堆開展前庫內(nèi)尾砂面具備干堆承載能力，探索承載力提高的工作方法、流程及工藝參數(shù)尾砂含水率、干堆容重、凝聚力和內(nèi)摩擦角等，為今后作業(yè)操作提供技術指導依據(jù)。

2.2? 試驗方案

選擇庫區(qū)典型區(qū)域（約18 000 m2）作為試驗區(qū)，確保干堆輪轉(zhuǎn)過程中各單元之間高差不超過100 cm，試驗區(qū)邊界與膜袋壩壩頂保持50 m安全距離。將試驗區(qū)分為9塊區(qū)域，分為兩個階段進行離散性對比：1）第一階段，主要確定干堆地基不處理的可行性、碾壓試驗效果的判別；２）第二階段，嘗試不同類型地基處理方式[4]，以指導后期各階段作業(yè)區(qū)地基處理。具體試驗區(qū)域劃分平面，見圖1。

2.3? 具體措施

具體措施如下：1）檢測堆場內(nèi)壓濾后尾砂的含水率，篩選合格尾砂進行干堆，使之滿足干堆體90%的壓實度，從而有利于作業(yè)面地基的穩(wěn)定性[5]。2）在試驗區(qū)周邊修建截水溝、排水溝。雨季時，在干堆體表面采取臨時覆蓋措施，盡可能減少雨水進入干堆區(qū)域。庫區(qū)地面保持在0.5%～1.0%的坡度，保障汛期洪水順利進入蓄水區(qū)。3）汽車運輸尾砂至干堆試驗指定作業(yè)單元晾曬，然后由濕地型履帶式機械攤鋪、堆放，來回進行碾壓。

3? ?試驗結果分析

3.1? 地基處理

挑選典型區(qū)域作為干堆地基不處理試驗區(qū)，分別為1、4、7區(qū)；拋填擠淤法試驗區(qū)，分別為2、5、8區(qū)；加筋法（竹筏+竹排）試驗區(qū)，分別為3、6、9區(qū)。對各干堆體進行取樣檢測，并進行數(shù)據(jù)對比分析，試驗結果具體見表1。

由表1可知，采用以上3種方式均能滿足要求（壓實度９０％）。從試驗結果分析，采用拋填擠淤法處理后表層尾砂地基承載能力能得到較大提高，在此基礎上進行干堆，干堆體壓實度更高，效果相較于其他兩種處理方式更好。但采用此工藝操作難度大、效率低，且會降低有效庫容。而采用加筋法（竹筏+竹排）施工準備周期較長，且操作難度也相對較高。而直接干堆后雖然庫區(qū)表層尾砂體強度提升幅度不如拋填擠淤法，但直接干堆后尾砂干堆體的壓實度、承載力、黏聚力、內(nèi)摩擦角等指標基本能達到設計要求。且相較于拋填擠淤法，此工藝可操作性強，效率高，且不擠占庫容。因此，在該階段采用干堆地基不處理方式，開展尾砂干堆是可行的。

3.2? 碾壓試驗

通常影響碾壓試驗的因素主要有碾壓機械、尾砂粒度、分層堆填厚度、碾壓遍數(shù)和干堆料含水率等。

1）碾壓機械。本次碾壓試驗分別采用16 t、22 t的濕地推土機作為碾壓機械，試驗各區(qū)所采用的碾壓機械為同一設備，故現(xiàn)場作業(yè)時推土機的行進速度大致相同。

2）尾砂粒度?，F(xiàn)場采樣對9個區(qū)域進行了顆粒分析，各區(qū)域干堆尾砂的粒度大致接近，見表2。

3）分層堆填厚度。在典型區(qū)域分別選擇50 cm的堆填厚度和100 cm的堆填厚度進行對比試驗：當采用50 cm的堆填厚度時，庫面出現(xiàn)了翻砂、泛水等情況，嚴重影響干堆作業(yè)；當采用100 cm堆填厚度時，干堆作業(yè)可正常進行。采用兩種堆填厚度的干堆體壓實度均能達到試驗要求，試驗結果具體見表3。

4）碾壓遍數(shù)。采用16 t濕地推土機碾壓3遍時，壓實度為88.7%，未達到90%，而碾壓4遍、5遍時壓實度為91.1%、94.6%。采用22 t濕地推土機碾壓3遍時，壓實度為90.0%；而碾壓4遍、5遍時壓實度分別達到92.4%和96.3%，試驗結果具體見表4。

5）干堆料含水率。各區(qū)壓實樣試驗結果見表5。

本次試驗檢測共計取尾砂料樣269組，試驗使用的尾砂料含水率在21.3%～34.0%之間。干堆體的天然容重為18.52～18.88 kN/m3，凝聚力為33.11～46.30 kPa，內(nèi)摩擦角為17.5 °～21.7 °。根據(jù)試驗可知，在含水率為24%時，干堆尾砂料樣的壓實度最佳；而當含水率超過27%時，干堆體壓實度效果相對較差。干堆體壓實樣的各項指標均能滿足設計要求。

4? ?全年監(jiān)測結果

劉家溝尾礦庫監(jiān)測系統(tǒng)分為在線監(jiān)測和人工監(jiān)測[6]。尾礦庫等級為三等，安全監(jiān)測等級為Ⅱ級。尾礦庫在線監(jiān)測須與人工監(jiān)測相結合，不能唯一依靠尾礦庫在線監(jiān)測，通過人工監(jiān)測和日常安全檢查彌補在線監(jiān)測的不足，兩者相輔相成，缺一不可。尾礦庫在線監(jiān)測項目包括壩體表面位移、壩體內(nèi)部位移、浸潤線、庫水位等；人工監(jiān)測項目包括壩體表面位移、庫水位等。人工監(jiān)測坐標數(shù)據(jù)分布見圖2。通過對改造后的尾礦庫運行情況進行監(jiān)測，監(jiān)測結果具體見表6。

綜上可知，劉家溝尾礦庫壩頂垂直位移呈下沉趨勢，干堆期間在線監(jiān)測壩面累計垂直位移在4～6 mm之間， 靠近干堆試驗區(qū)副壩壩頂往東北方向移動8 mm左右。干堆期間人工監(jiān)測壩面累計垂直位移在1～9 mm之間，靠近干堆試驗區(qū)副壩壩頂水平位移在6～8 mm之間。

5? ?結論

1）在第一階段作業(yè)區(qū)內(nèi)，采用干堆地基不處理的情況，開展尾砂干堆是可行的。

2）采用16 t和22 t的濕地推土機均適應尾砂干堆條件，在尾砂進占、碾壓密實、起堆成形、平整灘面等方面均能滿足要求。分層堆填厚度為100 cm，碾壓遍數(shù)4遍時，可達到試驗要求的90 %壓實度。

3）垂直位移的人工監(jiān)測與在線監(jiān)測結果變化趨勢比較一致，全年壩體沉降趨于穩(wěn)定，尾礦庫運行后期沒有明顯增加。水平位移的人工監(jiān)測與在線監(jiān)測結果變化趨勢比較一致，數(shù)據(jù)形態(tài)穩(wěn)定，壩體總體運行穩(wěn)定。

4）根據(jù)試驗收集的數(shù)據(jù)計算分析，當壓實度滿足90%的前提下，建議干堆體碾壓完成后含水率不大于27%、容重不小于18.50 kN/cm3、凝聚力不小于33.8 kPa、內(nèi)摩擦角不小于16.8 °。

參考文獻

[1] 劉福萍.多雨地區(qū)尾礦干堆體表面固化試驗與應用研究[D].長沙： 中南大學，2014：7-10.

[2] 張舟，錢慶澤，王志強，等. 模袋法尾礦筑壩在某尾礦庫加高工程中的應用[J]. 現(xiàn)代礦業(yè)， 2016（5）： 197-200.

[3] 傅學忠.尾礦壓濾干堆在鳳城地區(qū)黃金生產(chǎn)中的應用[J].黃金， 2012（33）： 49-51.

[4] 馬文群.關于尾礦地基基礎處理措施的探討[J].世界有色金屬， 2017（24）： 263-265.

[5] 曾憲坤，沈樓燕. 關于在我國南方多雨地區(qū)實施尾礦干堆技術的探討[J]. 中國礦業(yè)， 2011（5）： 90-92.

[6] 于廣明，宋傳旺，潘永戰(zhàn)，等. 尾礦壩安全研究的國外新進展及我國的現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢[J].巖石力學與工程學報，2014（33）：3238-3245.

收稿日期：2023-01-08

作者簡介：邱子昱（1997—），男，主要從事礦山工程管理和土建技術工作。