1、御駕泉尾礦庫筑壩實踐御駕泉尾礦庫筑壩實踐與改造方向與改造方向 魯中礦業魯中礦業 有限公司有限公司 2017.3.291 概況概況 魯中礦業有限公司是國有大型地下黑色冶魯中礦業有限公司是國有大型地下黑色冶金礦山企業，隸屬中國五礦集團公司。公司始金礦山企業，隸屬中國五礦集團公司。公司始建于建于1970年，占地面積年，占地面積10平方千米，礦區環境平方千米，礦區環境優美、交通便利、區位優越。公司鐵礦資源儲優美、交通便利、區位優越。公司鐵礦資源儲量量3.3億噸，是山東省最大的鋼鐵原料基地。生億噸，是山東省最大的鋼鐵原料基地。生產的鐵礦石可選性好，鐵精礦含硫磷極低且保產的鐵礦石可選性好，鐵精礦含硫磷極低

2、且保持全自熔，是高爐冶煉、造球和煉鋼的優質原持全自熔，是高爐冶煉、造球和煉鋼的優質原料，產品暢銷省內外。經過料，產品暢銷省內外。經過44年的開發建設，年的開發建設，公司已建成一座集采礦、選礦、井巷工程施工、公司已建成一座集采礦、選礦、井巷工程施工、運輸、機械制造、建筑安裝為一體的獨立礦山運輸、機械制造、建筑安裝為一體的獨立礦山企業。企業。 公司現有資產總值公司現有資產總值50億元，凈資產億元，凈資產28億億元。采礦能力達到元。采礦能力達到600多萬噸，精礦產量多萬噸，精礦產量230多萬噸。多萬噸。 作為礦山公司主體單位之一的選礦廠作為礦山公司主體單位之一的選礦廠,負負責小官莊、張家洼、港里三礦

3、體采出礦石及責小官莊、張家洼、港里三礦體采出礦石及部分外購礦石的加工任務；主產品為鐵精礦，部分外購礦石的加工任務；主產品為鐵精礦，副產品為銅精礦。采用自球磨兩段磨礦副產品為銅精礦。采用自球磨兩段磨礦-弱磁弱磁選選-精礦分級再磨再選精礦分級再磨再選-強磁強磁-浮選浮選-磨礦磨礦-強磁強磁-重選工藝，尾礦經高效濃縮（濃度達到重選工藝，尾礦經高效濃縮（濃度達到43%）后，用隔膜泵一段輸送到尾礦庫。選礦廠年后，用隔膜泵一段輸送到尾礦庫。選礦廠年處理能力處理能力520萬噸，鐵精礦產能萬噸，鐵精礦產能200萬噸、銅萬噸、銅精礦精礦3000噸，年產干選廢石噸，年產干選廢石70萬噸，磨選尾萬噸，磨選尾礦礦25

4、0萬噸。萬噸。 2 尾礦庫設計尾礦庫設計 魯中礦業御駕泉尾礦庫由原冶金部鞍山黑色冶魯中礦業御駕泉尾礦庫由原冶金部鞍山黑色冶金設計研究總院設計金設計研究總院設計，面積為，面積為1.33平方千米。堆積平方千米。堆積壩壩設計標高為設計標高為350m，在可能情況下，允許堆，在可能情況下，允許堆高高至至370m，屆時的總壩高分別為，屆時的總壩高分別為94m和和114m，相應的，相應的總庫容分別為總庫容分別為3600萬萬立方米立方米和和5300萬萬立方米立方米。壩外壩外坡比坡比1:5。 設計初期壩頂標高為設計初期壩頂標高為285m，壩高，壩高29m，壩軸線，壩軸線長度長度540m，結構為堆石和廢石混合透水

5、壩，壩體，結構為堆石和廢石混合透水壩，壩體內、外坡比為內、外坡比為1：2，筑壩材料，筑壩材料主要主要為井下掘進廢石，為井下掘進廢石，壩內側鋪設土工布反濾層。壩內側鋪設土工布反濾層。 堆積壩采用上游法機械筑壩，筑壩材料為尾砂，堆積壩采用上游法機械筑壩，筑壩材料為尾砂，堆積壩總高度為堆積壩總高度為65m，每上升，每上升3m堆堆筑一級尾砂子筑一級尾砂子壩，壩頂寬壩，壩頂寬10m。 原設計尾礦庫的匯水面積為原設計尾礦庫的匯水面積為1.93km2，最，最終匯水面積為終匯水面積為1.26 km2 。尾礦庫排洪、回水。尾礦庫排洪、回水采用鋼筋砼排水井采用鋼筋砼排水井+涵管形式，涵管形式，設計設計8個排水個排

6、水井，井，在尾礦庫外壩坡下游設有鋼筋砼消力池及在尾礦庫外壩坡下游設有鋼筋砼消力池及回水系統。排洪管內徑回水系統。排洪管內徑1m，全長，全長1284.4m，縱坡比縱坡比0.012到到0.156。尾礦庫初期防洪標準按。尾礦庫初期防洪標準按20年一遇設計，年一遇設計，200年一遇校核；后期防洪標年一遇校核；后期防洪標準按準按50年一遇設計，年一遇設計，500年一遇校核。初期防年一遇校核。初期防洪高度確保不小于洪高度確保不小于5米，后期防洪高度不小于米，后期防洪高度不小于2.5米。米。 圖圖1 尾礦壩設計平面圖尾礦壩設計平面圖圖2 設計初期壩3 投產后存在的問題及對策 1985年9月尾礦庫投入使用后，

7、發生了初期壩漏礦、外排水超標和子壩無法按設計堆筑的一系列問題，為此，采取了相應的對策。 3.1、初期壩跑礦、漏礦，外排水超標 由于設計、施工等原因，壩體內的反濾層達不到預想的效果，大量礦漿從壩體流出，反濾層受到嚴重破壞。壩體嚴重漏礦曾迫使選礦廠兩次停產。選礦廠曾對漏礦問題采取了一系列措施，1986年10月，采取壩前取砂裝袋護坡，護坡厚度0.6米；于1987年初開始用旋流器沉砂護坡堵漏與人工護坡同時進行的方法，停止了壩前支管分散放礦的方法，解決了初期壩漏礦問題，成效顯著。 由于壩體漏礦，更重要的是尾礦含泥高、難沉降，而庫區沉降面積又小，溢水塔附近清水層淺（僅300500mm）,礦泥易流出。造成外

8、排水超標（濁度20000PPM，PH值9），使尾礦壩下游農用水庫被淤，百里汶河被污染，被環保部門罰款并通報批評。為此，選礦廠采取了在2#泵站向尾礦礦漿中加H2SO4、使用采礦井下滲水（井下水為堿性，對尾礦有加速沉降作用）、選廠環水凈化系統改造、增大選廠凈化系統3號絮凝劑用量（包括采取用旋流器沉砂護坡）等一系列措施，直至1989年10月，外排水才完全達標。 3.2、設計筑壩方法無法實施 由于選礦廠所處理的礦石中含有大量的紅板巖和其它風化巖，導致尾礦泥化嚴重，選廠產出的尾礦粒度與設計比嚴重不符（生產與設計的尾礦粒徑比較見表1）。不僅加權平均粒度生產的（0.064mm）低于設計（0.09028mm）

9、，而且小于0.005mm粒級量遠高于設計值（含量高達28），致使尾礦在庫內形成的沉積干灘長只有2030m，30m以外泥漿的沉積坡度只有3。庫內水位標高與干灘標高之差只有不到1米，且因灘面薄弱，放礦處常發生塌陷，初期壩體漏礦，壩體已無抵擋洪水的能力。至此，采用壩前支管分散放礦、推土機筑壩的設計筑壩方法已不可能。 表1 設計與實際尾礦粒度比較表 粒度(mm)-0.63 0.6300.3150.3150.1540.1540.10.1000.0760.0760.05380.05380.0383 備注產率(%)設計0.304.4714.488.206.005.128.22 加權平均粒度：設計0.0902

10、8mm生產0.064mm 生產0.203.808.206.83.506.206.50粒度(mm)0.03830.0260.0260.0200.020.01340.01340.0100.010.00500.005 0.076累計產率(%)設計11.5314.1514.95.067.550.0266.55生產7.806.705.607.209.5028.0077.50 為解決筑壩問題，保證汛期的安全防洪高度，如采用當地土石料堆筑，其效果雖好但投資巨大。當時，正好選礦廠干選廢石無法長期存放，公司向設計院提出了用廢石筑壩、旋流器護坡的方案。征得設計院同意后，于1989年3月決定立即利用采場掘進廢石和選

11、礦廠干選廢石在母壩前堆筑子壩，并在子壩上游坡利用旋流器的沉砂護坡。 1990年4月從堆筑第二期子壩開始，在廢石與旋流器沉砂的分界面上鋪設了丙綸土工布，至此以后，該壩基本滿足了防汛和使用的要求。 新筑壩方法優點： （1）利用干選廢石筑壩。不僅解決了選礦廠的干選廢石的存放問題,而且解決了筑壩原料問題，大大加快了子壩上升速度，與開山碎石筑壩相比，效益相當顯著。 （2）廢石壩內鋪設土工布。參照同類型尾礦壩的生產經驗，在廢石壩內鋪設土工布。 其操作程序為：整坡將廢石壩內坡人工把大塊掀下，以免大塊穿透土工布；鋪布將購進的4100m成卷的土工布裁好，縫制成長4060m、寬1820m、縫合針眼密度為3個/cm

12、的大塊，平鋪到內壩坡上；固定壩肩處將布余折12m，然后用大塊將布固定在壩肩上；縫合與上一次鋪設的土工布按規定針眼密度縫合好，然后將旋流器沉砂均勻地放于土工布上。 土工布是介于排水體（廢石壩體）和保護層（尾砂）間的“隔離層”，它可以滿足防止壩體產生管涌、保證滲水水質合格的要求，其作用類似于用稻草袋裝河沙堵漏和麻袋片堵漏。 土工布具有彈性與滲透性好、強度高、抗老化的優點。據測試，萊蕪市丙綸廠生產的土工布（400g/m2）其斷裂伸長率為：縱向96%，橫向78%；垂直滲透系數0.093 cm/s。 廢石壩基的沉降量一般為15%，所以因壩體的不均勻下沉而拉斷土工布的可能性不大。相反，由于壩坡所鋪土工布連

13、成一體，壩體某部位下沉時，該部位周圍壩體均受力，所以壩上不會產生小部位塌陷的“圓洞”，而大多在壩坡產生整體下陷和壩頂靠內壩肩13m處產生縱向下沉裂縫，相對增強了壩體的整體穩定性。 （3）旋流器沉砂護坡。筑壩用廢石以塊為主（最大塊350400mm）,且其內含有一定比例的紅板巖等易粉化礦塊，以此堆筑子壩用來阻擋庫內泥漿易產生礦漿滲漏，導致壩體不穩定。為此在廢石壩的內坡土工布上面采用了尾礦旋流器沉砂護坡的措施，護坡厚度一般為0.88m（上薄下厚），坡度約12，旋流器溢流通過膠管放入庫內。旋流器工作參數見表2。 表2 旋流器護坡工作參數旋流器規格型號總使用臺數放置方式沉砂嘴直徑（mm）給礦壓力（Mpa

14、）給礦濃度（%）沉砂濃度（%）沉砂產率（%）300聚氨酯旋流器812平臥250.080.12 302 現在43%7525 4 新筑壩方法研究成果及應用 4.1研究成果 1989年開始，先后進行了尾礦沖槽試驗、旋流器沉砂護壩試驗，以確認廢石筑壩的可行性和筑壩高度。后陸續又進行了307m筑壩可行性、316m筑壩可行性研究，均未取得理想成果。 1995年，魯中礦業、清華大學、冶金部建筑研究總院共同完成了“333m標高筑壩可行性研究”。在尾礦泥的固結特性和抗剪強度、壩體固結度分析、穩定性分析、動力反應分析等方面取得了進展。得出：采用廢石土筑子壩是基本可行的，也是經濟合理的，尚有繼續加高至345m前景的

15、結論。 2000年以來，魯中礦業按設計要求針對御駕泉尾礦庫的316m標高以上壩體穩定性做了一系列優化工作。包括：在313m、316m標高平臺預埋了排滲體；從313m開始，逐步調整了子壩線，合并平臺為6m高、10m寬，保持整個堆筑壩1：4的總坡比（廢石自然堆積坡約1：1.4到1：1.5）。 2009年6月，為了適應礦山發展、持續生產需要，魯中礦業委托中國京冶工程技術有限公司、清華華同科技開發咨詢公司和中國冶金礦業鞍山冶金設計研究院有限責任公司開展了壩體堆至345m標高的穩定性驗證和370m標高筑壩方法可行性研究工作。分別對計算剖面按照瑞典圓弧法和畢肖甫法進行了計算，計算結果見表3所示。 表3 壩

16、體抗滑穩定性計算結果一覽表運行工況瑞典法畢肖甫法規范標準穩定系數 規范標準 穩定系數337m標高正常工況1.201.3241.301.620洪水工況1.101.2401.201.535特殊工況1.051.1911.151.466370m標高正常工況1.251.3171.351.458洪水工況1.151.2481.251.367特殊工況1.051.1771.151.252 根據勘察報告及前期研究報告，尾礦庫經過近30年的運行、沉積和固結，在靠近初期壩內坡附近尾礦的固結度已達95%以上，基本完成固結，而固結度越大，越有利于壩體的穩定。 從計算滑弧通過壩體的位置分析，無論是現狀還是370米標高壩體，

17、均為深大滑弧。根據浸潤線埋深資料，在子壩標高294m平臺其浸潤線埋深最低為9.21m，310m以上標高，浸潤線埋深均不低于12m。因此，浸潤線在294m標高局部雖然偏低，但對深大滑弧的穩定系數影響較小。通過對御駕泉尾礦庫壩內浸潤線埋深的統計，水位抬升趨勢不明顯，年平均抬升不足0.05m。 4.2應用 從1990年到2016年9月，按照新筑壩方法堆筑了19期子壩，第19期子壩壩頂標高343米，庫內水位337.2米，使用7#溢水塔，約存放了2400萬立方的尾礦，選廠每年通過初期壩消力池的潛水泵回水40-70萬立方。多年來運行情況和檢測數據表明，壩體的浸潤線穩定，位移變化很小，自316米標高以后，壩

18、體沒有出現裂縫、滑坡、坍塌等安全問題，滿足了尾礦壩安全和選礦廠生產需要。尾礦壩現狀平斷面圖見圖1、圖2。各期子壩完成堆筑時間及庫內水面標高情況見表4。圖3 尾礦壩現狀平面圖 圖4 壩頂337m標高概化剖面圖 圖5 尾礦壩外坡 圖6 十九期子壩全景圖圖7 尾礦庫上游圖 圖8 旋流器沉沙護坡表4 各期子壩完成堆筑時間及庫內水面標高子壩編號壩頂標高（m）完成堆筑時間護坡完成時間水面標高（m） 壩頂與水面差（m）第一期+2891990年2月1990年6月+286.03.0第二期+2921991年4月1991年7月+289.82.2第三期+2951992年6月1992年8月+290.44.6第四期+29

19、81994年1月1994年3月+292.55.5第五期+3011995年3月1995年6月+295.06.0第六期+3041996年4月1996年7月+296.08.0第七期+3071998年2月1998年7月+298.58.5第八期+3101999年7月2000年3月+301.58.5第九期+3132000年12月2001年6月+304.38.7第十期+3162002年7月2002年10月+306.89.2第十一期+3192004年8月2005年4月+310.59.5第十二期+3222005年9月2006年1月+312.19.9第十三期+3252006年7月2007年1月+313.17.9第

20、十四期+3282007年10月2008年1月+314.613.4第十五期+3312008年11月2009年7月+316.314.7第十六期+3342010年122011年9月+323.810.2第十七期+3372014年3月2014年5月+331.65.4第十八期+3402015年5月2015年9月+3355.0第十九期+3432016年2月 2016年9月+337.25.8 5 改進方向 御駕泉尾礦庫已經安全運行了30多年，計算達到370m標高還有10年的壽命，而目前魯中礦業本部的礦石儲量仍能采選30多年，所以還有20多年的尾礦無處存放，考慮到無庫址可選和投資大，選建新庫幾無可能。所以，現庫

21、改造擴容、尾礦綜合利用減少排放是延長其服務壽命的最有效途徑。 5.1尾礦庫擴容 對現有庫的改造主要有兩個方案可以探討。 （1）對現有庫在370m 標高的基礎上繼續加高至400m標高。 根據尾礦庫的地形條件測算，從370m加高到400m是可能的，加高增加庫容約2200萬m3，對8#溢洪塔做加高處理，其與放礦點最小距離約500m，也可考慮建9#塔，均可滿足尾礦水澄清的要求。加高后筑壩長度由1500m增加到約2100m。但需要新建一套排洪回水系統。 尾礦庫加高主要考慮兩個問題：一是技術上存在的主要問題是細粒級尾礦造成 的尾礦壩穩定問題，這個問題采取一定的技術措施是可以解決的；二是御駕泉尾礦庫下游1.

22、0km內有村鎮，安全方面需要考慮。該方案如能實施，可延長服務年限10年。 （2）尾礦干堆 對魯中礦業的尾礦壓濾試驗表明，40%以上濃度的尾礦經過壓濾，可以得到水分15-22%的濾餅和清澈的濾液（可以回選廠利用），濾餅具有較高的剪切強度。所以， 鑒于細粒尾礦壓濾脫水問題已經解決 ，可以研究考慮濾餅干堆。方案為：在尾礦庫的下游位置向外300-400m的溝谷山間，建約2000米長的母壩與山體相接，將初期壩腳的消力池排水管延長至新母壩壩腳，并建一新消力池。然后按一定的坡比、順序在下游干堆。干堆期間，不向尾礦庫內排礦漿，使庫內泥漿自然干燥、固結5年以上，也具備在其上堆存濾餅的條件。這樣整個庫區干堆至350-370m標高，預估可以滿足礦山服務年限。 5.2研究尾礦綜合利用 尾礦壓濾后，具有綜合利用的價值。 （1）尾礦加工制