某尾矿库中线法筑坝工艺及设备选型

某尾矿库中线法筑坝工艺及设备选型

卢星1郑卫琳2陈晓博3杨超群4

陕西冶金设计研究院有限公司陕西省西安市710032

摘要：本文从尾矿筑坝工艺入手，结合某尾矿库的工程设计案例，对中线法尾矿筑坝工艺原理及其在具体工程上的可行性进行分析；通过对尾矿的粒度分析，结合溢流、沉砂区库容量算，平衡坝体上升速度，进而确定中线法工艺实施的可能性。经过分析计算，确定尾矿库分级粒径，考虑旋流器的工作效率，进而选择合适的粒径分级设备。

我国尾矿库采用中线法筑坝工艺的案例相对较少，本文结合实际工程对中线法筑坝工艺以及设备选型进行了详细分析，为今后中线法筑坝工艺的设计以及设备选型提供参考。

关键词：尾矿库；中线法；旋流器；分级粒径

Abstract：Inthisarticle，startingfromthetailingsdamconstructiontechnology，combinedwiththeengineeringdesigncaseofatailingsreservoir，theprincipleofthemid-linetailingsdamconstructiontechnologyanditsfeasibilityinspecificprojectsareanalyzed，andthroughtheparticlesizeanalysisofthetailings，combinedwiththeoverflow，Inordertobalancetherisingspeedofthedam，thepossibilityofthemid-lineprocessisdeterminedbycalculatingthereservoircapacityinthesandsettlingarea.Throughanalysisandcalculation，theparticlesizeoftailingsreservoirwasdetermined，andtheworkingefficiencyofcyclonewasconsidered，andthentheappropriateparticlesizegradingequipmentwasselected.Therearefewcasesofmid-linedamconstructionintailingsreservoirinourcountry.Thispaperanalyzestheconstructiontechnologyandequipmentselectionofmid-linedamindetailcombinedwithpracticalengineering，whichprovidesareferenceforthedesignofmid-linedamconstructiontechnologyandtheselectionofequipmentinthefuture.

Keywords：Tailingsdam；Center-linemethod；cyclone；Gradedparticlesize

1工程概况

某尾矿库所服务的选厂建设规模为5000t/d，所选矿种为超低品味铁矿。经过设计的尾矿库初期坝高41.0m，轴线处的坝底标高为654.0m，坝顶标高695.0m，坝顶宽10.0m。初期坝上游边坡1：1.6，下游边坡为1：2.0。

后期堆积坝采用“中线法”的筑坝工艺，即利用水力旋流器分离后的粗颗粒尾矿渣堆积初期坝以下的沉砂区坝体、细颗粒排入坝轴线上游的尾矿库库区，堆筑上游的溢流区坝体。尾矿堆积坝高70.0m，坝顶设计标高765.0m，坝顶宽度30.0m，下游坡面每10.0m高差设置一级3.0m宽的马道，尾矿堆积坝的外边坡坡比设计为1：4.3。总坝高111.0m，总库容989.32万方，属于三等工程。

图1坝体剖面图

2中线法筑坝工艺

中线法尾矿筑坝工艺的后期尾矿堆积坝的轴线始终与初期坝轴线在一个立面上，即首先，将旋流器安置在初期坝顶部，然后将旋流器分级所得的粗细尾矿颗粒分别向坝轴线以下和以上堆存，进而形成沉砂区和溢流区。当尾矿堆积至接近轴线高程时修筑子坝，然后进行下一级的分级筑坝，坝体重复升高。

该方法形成的坝体属于复合结构，充分发挥了尾矿粗颗粒的物理力学性能。沉砂区尾砂的透水性较强，且无矿泥分层，相对来说其力学性能较好，抗震性相对也较好，是溢流区尾砂的有力支撑。

图2筑坝工艺流程简图

中线法筑坝工艺的核心在于根据尾矿粒度的筛析情况，考虑旋流器的分级效率，结合工程布置情况和库容分配情况，确定尾矿分级粒径，进而对全尾矿按照粒度大小进行分级。其中，水力旋流器选用的合适与否决定着中线法筑坝工艺的成功与否。为了提高中线法筑坝的可靠性和适用性需要对中线法筑坝工艺进行严格的设计和研究。

中线法筑坝工艺的可行与否主要取决于尾矿的颗粒分级，即粗、细尾矿颗粒的平衡。水力旋流器的分级粒度确定需要综合考虑多方面因素，首先，需要对全尾矿的粒度组成进行分析，某尾矿粒度筛析结果如下表：

表1尾矿粒度筛析结果

尾矿颗粒筛分试验结果为：

D〈0.074mm的粒径占44.15%；

D≥0.074mm的粒径占55.85%

根据某尾矿库沉砂区和溢流区容积的计算，坝轴线以下沉砂区的容积为344.74万m3；坝轴线以上溢流区的总库容为644.59万m3，考虑安全超高、最小干滩长度以及泄洪时进流水头的需要，溢流区库容的有效利用系数按0.8进行计算，溢流区的有效库容为（644.59*0.8=）515.67万m3。

沉砂区容积与总有效库容的比值为[344.74/（515.67+344.74）=]40.07%；

溢流区有效库容与总有效库容的比值为[515.67/（515.67+344.74）=]59.93%；

由沉砂区和溢流区库容计算的结果可知，坝轴线下游沉砂区的容积为总库容的40.07%、溢流区的库容占到59.97%。

尾矿库分界粒径可以按0.1mm进行分级，将大于和等于0.1mm的颗粒堆存到下游的沉砂区，小于0.1mm粒径的尾矿溢流到坝轴线上游的库区澄清、沉淀、堆存。

3水力旋流器选型

水力旋流器是一种利用离心力将矿浆分级的设备，也是水力分级设备的一种结构形式。梁水沟尾矿库选用的水力旋流器的构造图如下：

1-给矿管；2-圆柱形筒体；3-溢流管；4-圆锥形筒体；5-沉砂口；6-溢流导管；

矿浆以49—245kpa（0.5—2.5kgf/cm2）的压力、5-12m/s的高速，由给矿管按切线方向进入圆柱形筒体，随即绕轴线进行高速旋转，产生很大的离心力。矿浆中的尾矿，由于粒度和密度的不同，其受到离心力的也不同，因此，他们在旋流器中的运动速度、加速度及方向也各不相同，粗而重的颗粒受的离心力大，被抛向桶壁，按螺旋线轨迹下旋到底部，从沉砂口排出。细而轻的颗粒受到的离心力小，被带到中心，在锥形筒体中心形成内螺旋矿流向上运行，从溢流管排出。

图3水力旋流器

结合选矿厂的选矿工艺，某尾矿库选用的分级旋流器为FX-610*6，该水力旋流器的分离粒度范围为0.3—0.01mm。其技术性能如下表：

表2分级旋流器的技术性能

该型号旋流器的外形和安装尺寸如下图所示：

图4旋流器外形和安装尺寸

4结语

尾矿库是否可以采用中线法的筑坝方式，其考虑因素众多。首先考虑沟道地形地质条件，是否有布置中线法的有利自然条件，此时，仅可将中线法方案作为备选之一；其次，对尾矿的粒度进行分析，确定其是否具备中线法筑坝的刚性条件，是否可以满足规范的要求，必要时需要进行尾矿筑坝试验；再次，平衡初期坝两侧尾矿量，选定旋流器，考虑其工作效率后确定分级粒径，必须满足运行过程中的平衡上升问题。

在方案比较的过程中需对中线法和上游法筑坝方式进行充分比较，其投资比较是必须着重关注的方面。上游法筑坝方式一次性投资较大，但是后期管理以及运行相对简单，后期成本较低，可借鉴经验较多；中线法一次性投入成本较小，更能充分利用自然条件，但其后期运行成本较高，在两种方案都可选的情况下，应对经济效益进行充分比选。由于中线法与上游法有很大区别，其排洪系统的布置以及投资也大有不同，在经济对比项因进行充分考虑，进而最终选定方案。本文结合实际工程案例，为今后的工程设计和运行提供了相关参考经验。

参考文献：

[1]田文旗，薛剑光主编，尾矿库安全技术与管理，煤炭工业出版社.

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