細粒尾礦溼式堆積中的加筋梯田法的製作方法
2023-07-28 05:40:36 2
專利名稱：細粒尾礦溼式堆積中的加筋梯田法的製作方法
技術領域：
本發明屬於礦山開採領域，涉及一種礦山細粒尾礦溼式堆積方法。
背景技術：
尾礦是一種礦碴，它以漿狀形式(溼式)排出，儲存在尾礦庫內。僅我國每年排棄的尾礦近3億噸。在這些尾礦中，細粒尾礦佔了三分之一，而且隨著礦業的快速發展和選礦技術的進步及尾礦的綜合利用，細粒尾礦所佔比例還會不斷提高。由於細粒尾礦不僅本身物理力學性質比一般大粒徑的尾礦差，而且在堆積過程中形成的幹灘面坡度較緩，無法滿足庫區防洪要求，存在嚴重的安全隱患。而尾礦壩的穩定性不僅涉及到尾礦庫能否正常使用，而且會影響到下遊地區居民生命財產安全和環境問題。在國內外礦山中，由於尾礦壩工程失效，造成嚴重危害的事例屢見不鮮，如2000年10月18日，我國廣西南丹縣鴻圖選礦廠尾礦庫發生跨壩事故，造成數十人死亡，直接經濟損失達340萬元。另外，隨著土地有效利用要求不斷提高和環境保護力度的加大，以及從礦山自身可持續發展方面考慮，礦山企業迫切希望解決好細粒尾礦的堆積問題，即如何採取有效的方法，在提高尾礦堆積壩高度、擴大庫容的同時，保證細粒尾礦壩的穩定性。
目前，一般礦山採用池填法來處理細粒尾礦，如圖1-2所示，在初期壩1和尾水庫8之間堆填細粒尾礦，池填法的工序為(1)在一次細粒尾礦的築壩區段上分幾個近似方形的小池，池的邊長為30-50米左右；(2)用人工或機械築圍小埝6，小埝6的高為0.5-1.0米、頂寬為0.5-0.8米、邊坡為1∶1左右；(3)安設溢流管，溢流管口可設在子壩4的中心或靠近裡側圍埝處；(4)採用分散放礦利用放礦管5向小埝6圍成的池內衝填，粗粒於池內沉積，細粒隨水一起由溢流管排往尾水庫8內。當衝填至小埝6頂時，停止放礦，乾燥一段時間形成幹灘面7，再築圍埝，重複上述作業直至達到要求的子壩4高度。
採用這種池填法，對細粒尾礦築壩的穩定性能起到一定的改善作用，但無法堆積較高的壩，目前堆積的最高壩僅有20米，而且應用實例很少。分析這些方法不能堆積較高壩的根本原因是在採用這種方法時，細粒尾礦土的力學性能並未發生改變，而且這種方法的工序比較煩瑣，有的要藉助旋流器來實現。
發明內容
針對現有技術大不足，本發明的目的就是提供一種既能夠提高尾礦堆積壩高度和擴大庫容又能保證細粒尾礦壩的穩定性的細粒尾礦溼式堆積中的加筋梯田法。
為實現上述目的，本發明一種細粒尾礦溼式堆積中的加筋梯田法，具體為1.根據總尾礦量選擇尾礦壩址後，確定尾礦壩體的總體高度和初期壩的規模；2.初期壩建成後，在初期壩與尾水庫之間採用分散放礦法向初期壩與尾水庫之間衝填細粒尾礦，形成尾礦衝積壩；3.當尾礦衝積壩的壩體的穩定性低於規範要求時，在尾礦衝積壩的幹灘面上鋪設一層土工合成材料；4.在尾礦衝積壩的土工合成材料上的初期壩一側設馬道，馬道的軸線垂直與細粒尾礦中排水方向，在馬道面向尾水庫方向一側建子壩，子壩的軸線與馬道的軸線平行，子壩的高度為2-5米、寬度為3-5米、坡度為1∶2.75；5.在土工合成材料的上表面，堆築若干排垂直於細粒尾礦中排水方向的小埝，每排小埝之間存在間距，沿初期壩至尾水庫的方向，小埝的高度逐漸降低，形成梯田式結構；沿初期壩至尾水庫的方向，小埝的高度從1.0米逐漸遞減至0.5米，頂寬從0.8米遞減為0.5米，邊坡均為1∶1；6.沿初期壩至尾水庫的方向，採用分散放礦法向梯田內衝填細粒尾礦，細粒尾礦中的粗粒在梯田內沉積、細粒隨水一起溢過小埝排向相鄰的梯田後排向尾水庫，逐級衝填滿梯田，形成一定坡度的幹灘面；7.重複步驟3-7直至達到尾礦壩體的總體高度。
進一步，所述小埝是利用裝有細粒尾礦的編織袋堆築的。
進一步，所述尾礦衝積壩的壩體的穩定性是根據瑞典條分法計算得到的。
進一步，沿初期壩至尾水庫的方向，所述每層幹灘面上鋪設的土工合成材料的總長度為每土工合成材料延伸出滑動圓弧以外的長度與其在滑弧以內的長度之和。
與現有技術相比，本發明將土工合成材料有機地應用於礦山企業細粒尾礦溼式堆積過程中，形成加筋土，改善細粒尾礦的力學性能，增強細粒尾礦堆積壩的穩定性，提高細粒尾礦堆積壩的高度；同時，在幹灘面上平行壩軸線設置一排排用編織袋裝土砌築成的小埝，形成梯田式構造，以改善幹灘面的坡度，滿足庫區防洪要求，採用本發明的方法處理細粒尾礦，不僅施工簡單而且成本較低。
圖1為現有技術中池填法築壩的斷面示意圖；圖2為圖1的剖面圖；圖3為本發明的加筋梯田法築壩的平面示意圖；圖4為圖3的斷面示意圖；圖5為加筋梯田法築壩的穩定性計算的示意圖；圖6為圖5中的局部受力分析圖。
具體實施例方式
本發明細粒尾礦溼式堆積中的加筋梯田法，是將土工合成材料應用於細粒尾礦溼式堆積中，土工合成材料能改變土體的力學性能，因此，將土工合成材料應用於細粒尾礦溼式堆積中，可以增強壩體的穩定性。同時，在幹灘面上設置一排排用編織袋裝土砌築成的小埝，小埝與細粒尾礦的排水方向相垂直，沿排水方向，每排小埝的高度形成梯田式構造，以改善幹灘面坡度，滿足庫區防洪要求。切實有效地解決礦山企業處置細粒尾礦的難題。該方法將土工合成材料有機應用於細粒尾礦堆積的壩體中，在增加壩體堆積高度的同時，保證了壩體的穩定性，提高了幹灘面的坡度。
圖3-4中，加筋梯田法工序為(1)根據總尾礦量選擇尾礦壩址後，確定尾礦壩體的總體高度和初期壩1的規模；在尾礦衝積壩體上，按設計計算要求鋪設一層土工合成材料3即土工格柵；(2)初期壩1建成後，在初期壩1與尾水庫8之間採用分散放礦法向初期壩1與尾水庫8之間衝填細粒尾礦，形成尾礦衝積壩；(3)當尾礦衝積壩的壩體的穩定性低於規範要求時，在尾礦衝積壩的幹灘面7上鋪設一層土工合成材料3；(4)在尾礦衝積壩的土工合成材料3上的初期壩1一側設馬道2，馬道2的軸線垂直與細粒尾礦中排水方向，在馬道2面向尾水庫8方向一側建子壩4，子壩4的軸線與馬道2的軸線平行，子壩4的高度為2-5米、寬度為3-5米、坡度為1∶2.75；(5)在土工合成材料3上面，堆築若干排垂直於細粒尾礦中排水方向的小埝6，每排小埝6之間存在間距，沿初期壩1至尾水庫8的方向，小埝6的高度逐漸降低，形成梯田式結構；沿初期壩1至尾水庫8的方向，小埝6的高度從1.0米逐漸遞減至0.5米，頂寬從0.8米遞減為0.5米，邊坡均為1∶1；(6)沿初期壩1至尾水庫8的方向，採用分散放礦法向梯田內衝填細粒尾礦，細粒尾礦中的粗粒在梯田內沉積、細粒隨水一起溢過小埝6排向相鄰的梯田後排向尾水庫8，逐級衝填滿梯田，形成幹灘面7；(7)重複步驟(3)-(7)直至達到尾礦壩體的總體高度。
其中，小埝6是利用裝有細粒尾礦的編織袋堆築的。子壩4的高度、寬度和坡度都是根據目前的經驗和規範要求設定，一般高度為2-5米、寬度為3-5米、坡度為1∶2.75。壩體的穩定性是根據瑞典條分法計算得到的，然後根據《選礦場尾礦設施設計規範》ZBJ1-90要求對壩體進行加固，以增強其穩定性。
如圖5-6所示，為了計算壩體穩定性，取壩體的主剖面，並劃分成若干虛擬的條塊，使用瑞典條分法得到壩體的穩定性，在考慮地震力的作用後，壩體的穩定係數Ks為 式中，Wi--第i土條重量；θi--第i土條底弧的仰角；ΔLi--第i土條底弧長；R--最危險滑動圓弧的半徑；Tai--第i層土工合成材料的抗拉強度；yi--第i層土工合成材料距滑弧圓心的距離；Cs--地震係數；c--邊坡填土的粘結力；--邊坡填土的內摩擦角；n--劃分的土條總數；m--布置的加筋材料總層數。
其中，計算公式中所指的土即為細粒尾礦，土條即為虛擬劃分的細粒尾礦形成的條塊，筋即為土工合成材料。
公式中，加筋作用力Tai等於加筋土塊重量和筋帶與土的摩擦係數及加筋帶長度三者的乘積，即
Yai＝LaisgWvi式中，La--主動段長度，即在滑弧以內的長度；sg--土與筋材間的摩擦角，由拉拔試驗測得；Wvi--作用在某層筋材上的覆蓋壓力；地震作用力Fi的大小等於條塊的重量與地震係數的乘積，即Fi＝CsWi另外，每層幹灘面上鋪設的土工合成材料的總長度L的計算公式為L＝La+Lp， 式中，La--土工合成材料的主動段長度，即在滑弧以內的長度；Lp--土工合成材料延伸出滑動圓弧以外的長度；Ta--土工合成材料的容許抗拉強度；Kf--要求的抗拔安全係數。
土工合成材料延伸出滑動圓弧以外的長度Lp，可以提供充分的抗拔力，防止土工合成材料被拔出。
權利要求
1.一種細粒尾礦溼式堆積中的加筋梯田法，具體為(1)根據總尾礦量選擇尾礦壩址後，確定尾礦壩體的總體高度和初期壩的規模；(2)初期壩建成後，在初期壩與尾水庫之間採用分散放礦法向初期壩與尾水庫之間衝填細粒尾礦，形成尾礦衝積壩；(3)當尾礦衝積壩的壩體的穩定性低於規範要求時，在尾礦衝積壩的幹灘面上鋪設一層土工合成材料；(4)在尾礦衝積壩的土工合成材料上的初期壩一側設馬道，馬道的軸線垂直與細粒尾礦中排水方向，在馬道面向尾水庫方向一側建子壩，子壩的軸線與馬道的軸線平行，子壩的高度為2-5米、寬度為3-5米、坡度為1∶2.75；(5)在土工合成材料的上表面，堆築若干排垂直於細粒尾礦中排水方向的小埝，每排小埝之間存在間距，沿初期壩至尾水庫的方向，小埝的高度逐漸降低，形成梯田式結構；沿初期壩至尾水庫的方向，小埝的高度從1.0米逐漸遞減至0.5米，頂寬從0.8米遞減為0.5米，邊坡均為1∶1；(6)沿初期壩至尾水庫的方向，採用分散放礦法向梯田內衝填細粒尾礦，細粒尾礦中的粗粒在梯田內沉積、細粒隨水一起溢過小埝排向相鄰的梯田後排向尾水庫，逐級衝填滿梯田，形成幹灘面；(7)重複步驟(3)-(6)直至達到尾礦壩體的總體高度。
2.根據權利要求1所述的細粒尾礦溼式堆積中的加筋梯田法，其特徵在於，所述小埝是利用裝有細粒尾礦的編織袋堆築的。
3.根據權利要求1所述的細粒尾礦溼式堆積中的加筋梯田法，其特徵在於，所述尾礦衝積壩的壩體的穩定性是根據瑞典條分法計算得到的。
4.根據權利要求1所述的細粒尾礦溼式堆積中的加筋梯田法，其特徵在於，沿初期壩至尾水庫的方向，所述每層幹灘面上鋪設的土工合成材料的總長度為每土工合成材料延伸出滑動圓弧以外的長度與其在滑弧以內的長度之和。
全文摘要
尾礦溼式堆積中的加筋梯田法，該方法是指在細粒尾礦溼式堆積過程中，先在壩體和幹灘面的一定範圍內，分層放置土工合成材料即土工格柵等，之後，按庫區防洪坡度要求分別堆築一些小埝，形成梯田式構造，然後採用壩前分散放礦，粗尾礦就會在梯田內沉積下來，待這層充填滿後，再重複上面的步驟。這樣，尾礦與土工合成材料形成一個複合土結構，增強尾礦壩的整體穩定性，同時又提高了幹灘面的坡度。該方法將新型土工合成材料有機應用於尾礦堆積的壩體中，在增加壩體堆積高度的同時，保證了壩體的穩定性，提高了幹灘面的坡度。解決礦山企業面臨的細粒尾礦堆積高壩的難題。
文檔編號C22B3/00GK1828018SQ20061007563
公開日2006年9月6日 申請日期2006年4月17日 優先權日2006年4月17日
發明者魏作安, 李世海, 劉曉宇, 趙穎 申請人:中國科學院力學研究所