《一種套用模袋的中線式尾礦築壩法》是北京礦冶研究總院於2015年6月12日申請的專利，該專利的公布號為CN104912087A，授權公布日為2015年9月16日，發明人是周漢民、崔旋、劉曉非、王新岩、甘海闊、郄永波、李彥禮、韓亞兵、張樹茂、翟文龍。
《一種套用模袋的中線式尾礦築壩法》涉及尾礦庫建造領域，其採用了灌注模袋7的方式來堆築下游壩體2，模袋7的固砂作用可以使下游壩體2潔淨平整，較好地解決壩體出現揚塵、沖溝、粗砂流失等環境問題；而選取粒度小於0.05毫米的尾礦顆粒含量不超過40％（按重量百分數計）的尾礦礦漿作為模袋7的模袋填充礦漿，不僅拓寬了可用於堆壩的尾礦砂粒徑範圍，增加了可用於中線式尾礦築壩法的砂量，而且可以使模袋7排水更快，固結更迅速，提高了模袋7的灌漿效率。此外，該發明實施例提供的套用模袋的中線式尾礦築壩法充分利用了重力作用進行灌漿，並且可以採用多個分支放礦管92同時對多個模袋7進行灌漿，這不僅降低了成本和能耗，而且提高了築壩效率。
2017年12月11日，《一種套用模袋的中線式尾礦築壩法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種套用模袋的中線式尾礦築壩法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種套用模袋的中線式尾礦築壩法
- 申請人：北京礦冶研究總院
- 申請日：2015年6月12日
- 申請號：2015103252297
- 公布日：2015年9月16日
- 公布號：CN104912087A
- 發明人：周漢民、崔旋、劉曉非、王新岩、甘海闊、郄永波、李彥禮、韓亞兵、張樹茂、翟文龍
- 地址：北京市豐臺區南四環西路188號總部基地十八區23號樓
- Int.Cl.：E02D17/18(2006.01)I、E02D3/10(2006.01)I
- 代理機構：北京凱特來智慧財產權代理有限公司
- 代理人：鄭立明、李闖
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
尾礦庫是一種特殊的工業建築物，用於堆置礦產開採過程中產生的大量廢石、廢渣、廢水等廢物。尾礦庫能否正常運營不僅關係到礦山企業的經濟效益，而且還影響到庫區下游居民生命財產安全及周圍生態環境的穩定。尾礦壩是尾礦庫的主體工程，它是一個具有高勢能的人造土石流危險源，存在潰壩的危險，因此尾礦壩的穩定性是關係尾礦庫能否正常運營的關鍵因素之一。
2015年前，根據堆積子壩的壩頂軸線推移方向，可以將尾礦壩的建築方法分為上游式尾礦築壩法、下游式尾礦築壩法和中線式尾礦築壩法。
（1）上游式尾礦築壩法：在初期壩上遊方向充填堆積尾礦，使壩頂逐漸向上遊方向推進加高的築壩方式。上游式尾礦築壩法具有工藝簡單，操作方便，基建投資少，經營費低等優點，是中國2015年前廣泛套用的尾礦壩建築方法。但是，上游式尾礦築壩法容易形成複雜的、混合的壩體結構，壩體內易形成細顆粒透晶體、浸潤線較高，從而容易引起壩體滲透破壞或滑坡，尤其是在地震作用下易發生液化破壞。
（2）下游式尾礦築壩法：在初期壩下遊方向用旋流分級粗尾砂沖積尾礦，使壩頂逐漸向下遊方向移動升高的築壩方式。下游式尾礦築壩法具有粗砂築壩、滲透性強、穩定性好等優點，但是需要使用大量的粗粒尾礦，容易出現粗粒尾礦量不足的問題。
（3）中線式尾礦築壩法：在初期壩軸線處用旋流分級粗砂堆積壩體，使壩頂垂直升高的築壩方式。如圖1所示為中線式尾礦築壩法所建築的壩體，其壩型介於上游式尾礦築壩法和下游式尾礦築壩法之間，其壩體的抗震穩定性也介於上游式與下游式尾礦築壩法之間，但其壩體上升所需的粗顆粒尾礦要比下游式尾礦築壩少，築壩費用也比下游式尾礦築壩法低。具體地，如圖1所示，2015年6月之前的中線式尾礦築壩法可以包括如下步驟：
①用土、石等材料修建初期壩1；初期壩1所形成的庫容一般能滿足0.5～1.0年的尾礦堆存需要；以此初期壩1作為尾礦堆積壩的排滲和支撐體。
②待初期壩完成後，將旋流器4立於壩頂之上，開始往尾礦庫排入尾礦；粗粒尾礦排往下游，從而使粗粒尾礦堆築的下游壩體2逐漸升高，而細粒尾礦排入尾礦庫內，從而使細粒尾礦堆積的上游壩體3逐漸升高，這可以實現整個堆積壩壩頂垂直升高。上游壩體3的升高速度要低於下游壩體2的升高速度，並且上游壩體3的高度始終要低於下游壩體2的高度，從而可以提高中線式尾礦築壩法的安全係數。
但是，2015年6月之前的中線式尾礦築壩法需要耗費較多的粗粒尾礦，而隨著選礦工藝水平的不斷提高，入庫尾礦中細粒尾礦含量越來越高，因此在粗粒尾礦量不足的情況下，很難採用已有中線式尾礦築壩法進行築壩。此外，已有中線式尾礦築壩法所建築的壩體，下游壩體2的坡面上陡、下緩、無平台構造，存在一定的安全隱患，而且壩面風天易揚塵、防沖刷能力較差，遇到較大降雨易形成沖溝，導致粗砂流失，污染環境。
發明內容
專利目的
針對2015年6月之前技術中的上述不足之處，《一種套用模袋的中線式尾礦築壩法》提供了一種套用模袋的中線式尾礦築壩法，不僅拓寬了可用於堆壩的尾礦砂粒徑範圍，增加了可用於中線式尾礦築壩法的砂量，而且能夠有效防止壩體出現揚塵、沖溝、粗砂流失和壩面不規整等問題，從而使尾礦壩的安全運行管理更為簡便，有利於尾礦壩的安全穩定。
技術方案
《一種套用模袋的中線式尾礦築壩法》包括如下工序：
1）模袋灌漿系統建造工序：根據當前壩體的高度和軸線位置，在至少高於壩頂15米的高度設定高位礦漿池8，並鋪設放礦管路9；放礦管路9的頂部與高位礦漿池8的底部連通，而放礦管路9的底部向當前壩體的下遊方向延伸；
2）模袋鋪設工序：在當前壩體的下遊方向的壩基處，利用卵礫石鋪設排滲層6，並在排滲層6上沿初期壩1的軸線方向鋪設多條帶有礦漿灌注口71的模袋7，作為第一層模袋；在初期壩1的軸線方向上，相鄰模袋7之間兩兩相互搭接；
3）尾礦粒度分級工序：利用旋流器4對入庫的尾礦礦漿開展旋流分級，並獲取粒度小於0.05毫米的尾礦顆粒含量不超過40％按重量百分數計，小於0.02毫米尾礦顆粒的含量不低於15％按重量百分數計的底流尾礦礦漿，作為模袋填充礦漿；
4）模袋灌漿工序：將模袋7的礦漿灌注口71與放礦管路9連通，並且模袋填充礦漿通過旋流器4的底流排出到高位礦漿池8內，從而模袋填充礦漿會在重力作用下沿放礦管路9自動灌注到模袋7內；當模袋7內充填高度達到預定單次充填高度後，停止向模袋7內灌漿，模袋7自行排水，待模袋7的固結高度基本穩定後，再次向模袋7內灌漿，循環往復直至模袋7的固結高度達到預定模袋設計高度，即完成模袋灌漿工序；
5）上層模袋疊加工序：當第一層模袋完成模袋灌漿工序後，由下至上逐層鋪設模袋7並完成模袋灌漿工序，相鄰兩層模袋7之間交錯鋪放，直至堆築成下游壩體2。
優選地，放礦管路9包括主放礦管91和多個分支放礦管92；主放礦管91通過這些分支放礦管92同時與多個模袋7的礦漿灌注口71連通，並且同時對多個模袋7進行灌漿。
優選地，每個分支放礦管92上均設有閥門；當一個模袋7停止灌漿時，關閉與該模袋7連通的分支放礦管92的閥門，其他未關閉閥門的分支放礦管92仍繼續灌漿。
優選地，在尾礦粒度分級工序中，旋流器4溢流的尾礦顆粒和水排放至當前壩體上遊方向的尾礦庫內。
優選地，在模袋灌漿工序中，通過液下渣漿泵將模袋7溢出的礦漿回收至初期壩1上遊方向的尾礦庫內。
優選地，在進行模袋鋪設工序時，通過預留排水溝空間，形成壩面臨時排水通道。
優選地，每條模袋7上設有多個礦漿灌注口71；放礦管路9同時與多個礦漿灌注口71連通，並將模袋填充礦漿快速灌入到模袋7內。
優選地，模袋7的寬度為2～10米，長度為50～100米，高度為50～70厘米。
優選地，排滲層6的厚度為3～5米。
改善效果
《一種套用模袋的中線式尾礦築壩法》實施例採用了灌注模袋7的方式來堆築下游壩體2，並選取粒度小於0.05毫米的尾礦顆粒含量不超過40％（按重量百分數計）、小於0.02毫米尾礦顆粒含量不低於15％（按重量百分數計）的尾礦礦漿作為模袋7的模袋填充礦漿，從而模袋7的固砂作用可以使下游壩體2潔淨平整，較好地解決壩體出現揚塵、沖溝、粗砂流失等環境問題，而採用這一粒度範圍的模袋填充礦漿不僅拓寬了可用於堆壩的尾礦砂粒徑範圍，增加了可用於中線式尾礦築壩法的砂量，而且可使模袋7排水更快，固結更迅速，提高了模袋7的灌漿效率。此外，該發明實施例提供的套用模袋的中線式尾礦築壩法取消了2015年6月之前的中線法堆壩中濾水攔砂壩的修建，並充分利用重力作用進行灌漿，可實現多個分支放礦管92同時對多個模袋7進行充填灌漿，這不僅降低了成本和能耗，而且提高了築壩效率。
附圖說明
圖1為2015年6月之前的技術中中線式尾礦築壩法所築壩型的結構示意圖；
圖2為該發明實施例提供的套用模袋的中線式尾礦築壩法所築壩型的結構示意圖；
圖3為該發明實施例提供的模袋7的堆築方式示意圖；
圖4為該發明實施例提供的模袋灌漿系統的原理示意圖；
圖5為該發明實施例提供的模袋7的原理示意圖。
權利要求
1.《一種套用模袋的中線式尾礦築壩法》其特徵在於，包括如下工序：
1）模袋灌漿系統建造工序：根據當前壩體的高度和軸線位置，在至少高於壩頂15米的高度設定高位礦漿池（8），並鋪設放礦管路（9）；放礦管路（9）的頂部與高位礦漿池（8）的底部連通，而放礦管路（9）的底部向當前壩體的下遊方向延伸；
2）模袋鋪設工序：在當前壩體的下遊方向的壩基處，利用卵礫石鋪設排滲層（6），並在排滲層（6）上沿初期壩（1）的軸線方向鋪設多條帶有礦漿灌注口（71）的模袋（7），作為第一層模袋；在初期壩（1）的軸線方向上，相鄰模袋（7）之間兩兩相互搭接；
3）尾礦粒度分級工序：利用旋流器（4）對入庫的尾礦礦漿開展旋流分級，並獲取粒度小於0.05毫米的尾礦顆粒含量不超過40％（按重量百分數計），小於0.02毫米尾礦顆粒的含量不低於15％（按重量百分數計）的底流尾礦礦漿，作為模袋填充礦漿；
4）模袋灌漿工序：將模袋（7）的礦漿灌注口（71）與放礦管路（9）連通，並且模袋填充礦漿通過旋流器（4）的底流排出到高位礦漿池（8）內，從而模袋填充礦漿會在重力作用下沿放礦管路（9）自動灌注到模袋（7）內；當模袋（7）內充填高度達到預定單次充填高度後，停止向模袋（7）內灌漿，模袋（7）自行排水，待模袋（7）的固結高度基本穩定後，再次向模袋（7）內灌漿，循環往復直至模袋（7）的固結高度達到預定模袋設計高度，即完成模袋灌漿工序；
5）上層模袋疊加工序：當第一層模袋完成模袋灌漿工序後，由下至上逐層鋪設模袋（7）並完成模袋灌漿工序，相鄰兩層模袋（7）之間交錯鋪放，直至堆築成下游壩體（2）。
2.根據權利要求1所述的中線式尾礦築壩法，其特徵在於，放礦管路（9）包括主放礦管（91）和多個分支放礦管（92）；
主放礦管（91）通過這些分支放礦管（92）同時與多個模袋（7）的礦漿灌注口（71）連通，並且同時對多個模袋（7）進行灌漿。
3.根據權利要求2所述的中線式尾礦築壩法，其特徵在於，每個分支放礦管（92）上均設有閥門；當一個模袋（7）停止灌漿時，關閉與該模袋（7）連通的分支放礦管（92）的閥門，其他未關閉閥門的分支放礦管（92）仍繼續灌漿。
4.根據權利要求1或2或3中所述的中線式尾礦築壩法，其特徵在於，在尾礦粒度分級工序中，旋流器（4）溢流的尾礦顆粒和水排放至當前壩體上遊方向的尾礦庫內。
5.根據權利要求1或2或3中所述的中線式尾礦築壩法，其特徵在於，在模袋灌漿工序中，通過液下渣漿泵將模袋（7）溢出的礦漿回收至初期壩（1）上遊方向的尾礦庫內。
6.根據權利要求1或2或3中所述的中線式尾礦築壩法，其特徵在於，在進行模袋鋪設工序時，通過預留排水溝空間，形成壩面臨時排水通道。
7.根據權利要求1或2或3中所述的中線式尾礦築壩法，其特徵在於，每條模袋（7）上設有多個礦漿灌注口（71）；放礦管路（9）同時與多個礦漿灌注口（71）連通，並將模袋填充礦漿快速灌入到模袋（7）內。
8.根據權利要求1或2或3中所述的中線式尾礦築壩法，其特徵在於，模袋（7）的寬度為2～10米，長度為50～100米，高度為50～70厘米。
9.根據權利要求1或2或3中所述的中線式尾礦築壩法，其特徵在於，排滲層（6）的厚度為3～5米。
實施方式
實施例一
如圖2、圖3、圖4和圖5所示，一種套用模袋的中線式尾礦築壩法，其具體可以包括如下工序：
（1）模袋灌漿系統建造工序：根據當前壩體的高度和軸線位置，在至少高於壩頂15米的高度設定高位礦漿池8，並鋪設放礦管路9；放礦管路9的頂部與高位礦漿池8的底部連通，而放礦管路9的底部向當前壩體的下遊方向延伸。
具體地，在尾礦庫只有初期壩1時，當前壩體為初期壩1，當初期壩1上已有堆築壩時，當前壩體為當前堆築壩。高位礦漿池8的高度可以隨著當前壩體的壩頂高度上升而升高，通常情況下每堆築完一到兩級堆築壩，調整一次高位礦漿池8的高度，而放礦管路9也應隨高位礦漿池8的高度調整而適應性調整。
（2）模袋鋪設工序：在當前壩體的下遊方向的壩基處，利用卵礫石鋪設排滲層6，並在排滲層6上沿初期壩1的軸線方向鋪設多條帶有礦漿灌注口71的模袋7，作為第一層模袋；在初期壩1的軸線方向上，相鄰模袋7之間兩兩相互搭接。
具體地，排滲層6的厚度最好為3～5米，這可以使下游壩體2具有良好排滲能力。模袋7的尺寸可以根據不同的壩型進行設定，通常情況下，模袋7的寬度最好為2～10米，長度最好為50～100米，高度最好為50～70厘米。每條模袋7上可以設定一個或多個礦漿灌注口71，但在實際套用中，最好在模袋7的上表面設定至少兩個礦漿灌注口71，放礦管路9可以同時與這些礦漿灌注口71連通，並將模袋填充礦漿快速灌注到模袋7內，這可以提高灌漿作業效率。此外，在進行模袋鋪設工序時，最好預留出排水溝空間，從而可以形成壩面臨時排水通道。
（3）尾礦粒度分級工序：利用旋流器4對入庫的尾礦礦漿開展旋流試驗，並獲取粒度小於0.05毫米的尾礦顆粒含量不超過40％（按重量百分數計）、小於0.02毫米尾礦顆粒的含量不低於15％（按重量百分數計）的尾礦礦漿，作為模袋填充礦漿。
具體地，採用小於0.02毫米尾礦顆粒的含量不低於15％（按重量百分數計）的尾礦礦漿，可以保證該部分礦漿在放礦管路9及模袋7內的流動性。在尾礦粒度分級工序中，旋流器4溢流的尾礦顆粒和水排放至當前壩體上遊方向的尾礦庫內，這不僅有助於上游壩體3的堆築，而且可以防止造成環境污染。
（4）模袋灌漿工序：將模袋7的礦漿灌注口71與放礦管路9連通，而模袋填充礦漿通過旋流器4的底流排出到高位礦漿池8內，從而模袋填充礦漿會在重力作用下沿放礦管路9自動灌注到模袋7內；當模袋7內充填高度達到預定單次充填高度後，停止向模袋7內灌漿，模袋7自行排水，待模袋7的固結高度基本穩定後，再次向模袋7內灌漿，循環往復直至模袋7的固結高度達到預定模袋設計高度，即完成模袋灌漿工序。
其中，預定單次充填高度和預定模袋設計高度該領域技術人員可以根據實際的壩體情況和工程需求進行選擇。放礦管路9可以包括主放礦管91和多個分支放礦管92，主放礦管91可以通過這些分支放礦管92同時與多個模袋7的礦漿灌注口71連通，並且能夠同時對多個模袋7進行灌漿，例如：可以同時對處於不同層不同位置的模袋7進行灌漿，這可以大幅提升灌漿作業效率。在實際套用中，每個分支放礦管92上最好均設有閥門，當一個模袋7需要停止灌漿時，關閉與該模袋7連通的分支放礦管92的閥門即可，其他未關閉閥門的分支放礦管92仍繼續灌漿；當模袋7需要再次灌漿時，打開與該模袋7連通的分支放礦管92的閥門即可；這能夠為灌漿作業帶來了極大便利。此外，在模袋灌漿工序中，可以通過液下渣漿泵將模袋7溢出的礦漿回收至初期壩1上遊方向的尾礦庫內，這不僅有助於上游壩體3的堆築，而且可以防止造成環境污染。
具體地，如圖4所示，模袋7是由聚丙烯（PP）或聚乙烯（PE）等製作的大面積袋狀土工材料，當模袋填充礦漿通過礦漿灌注口71灌入模袋7後，細粒尾礦和水會在壓力下通過模袋7的孔徑逐漸流出，從而模袋7內會由粗粒尾礦形成固結充填體；通過調整製作模袋7的布料孔徑可以控制留在模袋7內的充灌料量。
（5）上層模袋疊加工序：當第一層模袋完成模袋灌漿工序後，由下至上逐層鋪設模袋7並完成模袋灌漿工序，相鄰兩層模袋7之間交錯鋪放，直至堆築成下游壩體2；下游壩體2的壩頂寬度至少為20米，單級下游壩體2的高度為5～10米，下游壩體2的內坡比為1:2，下游壩體2的外坡比為1:3～1:4。
具體地，由下至上逐層鋪設模袋7是指當第一層模袋完成模袋灌漿工序後，於第一層模袋上鋪設第二層模袋，當第二層模袋完成模袋灌漿工序，於第二層模袋上鋪設第三層模袋，依次類推。除了第一層模袋外，每個模袋7在鋪設時，支撐該模袋7的下層模袋7必須已經完成模袋灌漿工序。在每級下游壩體2完成後，保持堆積子壩的軸心線不變，移動主放礦管91和分支放礦管92，從而進行下一級下游壩體2的灌漿堆壩。
進一步地，該發明實施例所提供套用模袋的中線式尾礦築壩法至少具有如下優點：
（1）2015年6月之前的中線式尾礦築壩法所構築下游壩體2在運行過程中無法覆土，在大風的天氣下極易形成揚塵，從而帶來了粗砂流失等環境問題；而該發明實施例採用了灌注模袋7的方式來堆築下游壩體2，模袋7的固砂作用可以使下游壩體2潔淨平整，較好地解決了壩體出現揚塵、沖溝、粗砂流失等環境問題。
（2）2015年6月之前的中線式尾礦築壩法在構築下游壩體2時需要採用粒度大於0.074毫米的尾礦顆粒其含量不少於75％（按重量百分數計）、且粒度小於0.02毫米的尾礦顆粒其含量不大於10％（按重量百分數計）的尾礦顆粒；而該發明實施例只需選取粒度小於0.05毫米的尾礦顆粒其含量不超過40％（按重量百分數計）、小於0.02毫米尾礦顆粒含量不低於15％（按重量百分數計）的尾礦礦漿作為模袋填充礦漿；由此可見，該發明實施例拓寬了可用於堆壩的尾礦砂粒徑範圍，增加了可用於中線式尾礦築壩法的砂量。
（3）該發明實施例設定了尾礦粒度分級工序，選取粒度小於0.05毫米的尾礦顆粒含量不超過40％（按重量百分數計）、小於0.02毫米尾礦顆粒含量不低於15％（按重量百分數計）的尾礦礦漿作為模袋填充礦漿，這一粒度範圍的礦漿在灌注到模袋7內時，模袋7排水更快，固結更迅速，提高了模袋7的灌漿效率，從而能夠大幅縮短完成模袋灌漿工序的時間。
（4）該發明實施例中在至少高於壩頂15米的高度設定了高位礦漿池8，並通過該高位礦漿池8進行自流灌漿，而且多個分支放礦管92可以同時對多個模袋7灌漿，這充分利用了重力作用，實現了低成本、少能耗、高效率的模袋7灌漿，從而提高了築壩效率。
（5）該發明實施例的下游壩體2採用了灌注模袋7的方式來堆築，而上游壩體3的建築仍可以採用2015年6月之前的中線式尾礦築壩法的技術方案，這可以有效解決中國細粒尾礦築壩的安全風險，社會效益良好。
綜上可見，該發明實施例不僅拓寬了可用於堆壩的尾礦砂粒徑範圍，增加了可用於中線式尾礦築壩法的砂量，而且能有效防止壩體出現揚塵、沖溝、粗砂流失及壩面不規整等問題，從而使尾礦壩的安全運行管理更為簡便，有利於尾礦壩的安全穩定。
榮譽表彰
2017年12月11日，《一種套用模袋的中線式尾礦築壩法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
