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﹑雜質(zhì)多的特點，在進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，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，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，造成尾礦粒度較細，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，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，該選礦廠通過進行超細粒尾礦堆存技術(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﹑粒度等進行研究，最終發(fā)現(xiàn)旋流器沉砂粒度粗﹑強度大，各項指標均滿足筑壩要求。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入尾礦庫，直接作為尾砂進行銷售，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)選別過程中適當降低了磨礦細度，減少了磨礦產(chǎn)品中的細粒級含量，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19%，有一定回收價值；強磁尾礦再選精礦產(chǎn)率低，無法進行回收；原生礦系統(tǒng)尾礦再選精礦產(chǎn)率可達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40%以上﹑品位達到29%左右，回收利用的價值較大。同時對綜合尾礦進行了再選試驗研究，再選精礦產(chǎn)率可達10%以上﹑品位達到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﹑測點和線纜等進行經(jīng)常性的檢查和維護，指定專門的人員負責動態(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)備每季度或每年進行一次調(diào)校，傳感器經(jīng)調(diào)校達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；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，通過進行超細粒尾礦堆存技術(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)。