專利名稱：細(xì)粒尾礦濕式堆積中的加筋梯田法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于礦山開采領(lǐng)域，涉及一種礦山細(xì)粒尾礦濕式堆積方法。
背景技術(shù)：
尾礦是一種礦碴，它以漿狀形式(濕式)排出，儲存在尾礦庫內(nèi)。僅我國每年排棄的尾礦近3億噸。在這些尾礦中，細(xì)粒尾礦占了三分之一，而且隨著礦業(yè)的快速發(fā)展和選礦技術(shù)的進(jìn)步及尾礦的綜合利用，細(xì)粒尾礦所占比例還會不斷提高。由于細(xì)粒尾礦不僅本身物理力學(xué)性質(zhì)比一般大粒徑的尾礦差，而且在堆積過程中形成的干灘面坡度較緩，無法滿足庫區(qū)防洪要求，存在嚴(yán)重的安全隱患。而尾礦壩的穩(wěn)定性不僅涉及到尾礦庫能否正常使用，而且會影響到下游地區(qū)居民生命財(cái)產(chǎn)安全和環(huán)境問題。在國內(nèi)外礦山中，由于尾礦壩工程失效，造成嚴(yán)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(fā)生跨壩事故，造成數(shù)十人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)340萬元。另外，隨著土地有效利用要求不斷提高和環(huán)境保護(hù)力度的加大，以及從礦山自身可持續(xù)發(fā)展方面考慮，礦山企業(yè)迫切希望解決好細(xì)粒尾礦的堆積問題，即如何采取有效的方法，在提高尾礦堆積壩高度、擴(kuò)大庫容的同時，保證細(xì)粒尾礦壩的穩(wěn)定性。
目前，一般礦山采用池填法來處理細(xì)粒尾礦，如圖1-2所示，在初期壩1和尾水庫8之間堆填細(xì)粒尾礦，池填法的工序?yàn)?1)在一次細(xì)粒尾礦的筑壩區(qū)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(jī)械筑圍小埝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(shè)溢流管，溢流管口可設(shè)在子壩4的中心或靠近里側(cè)圍埝處；(4)采用分散放礦利用放礦管5向小埝6圍成的池內(nèi)沖填，粗粒于池內(nèi)沉積，細(xì)粒隨水一起由溢流管排往尾水庫8內(nèi)。當(dāng)沖填至小埝6頂時，停止放礦，干燥一段時間形成干灘面7，再筑圍埝，重復(fù)上述作業(yè)直至達(dá)到要求的子壩4高度。
采用這種池填法，對細(xì)粒尾礦筑壩的穩(wěn)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(yīng)用實(shí)例很少。分析這些方法不能堆積較高壩的根本原因是在采用這種方法時，細(xì)粒尾礦土的力學(xué)性能并未發(fā)生改變，而且這種方法的工序比較煩瑣，有的要借助旋流器來實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)大不足，本發(fā)明的目的就是提供一種既能夠提高尾礦堆積壩高度和擴(kuò)大庫容又能保證細(xì)粒尾礦壩的穩(wěn)定性的細(xì)粒尾礦濕式堆積中的加筋梯田法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種細(xì)粒尾礦濕式堆積中的加筋梯田法，具體為1.根據(jù)總尾礦量選擇尾礦壩址后，確定尾礦壩體的總體高度和初期壩的規(guī)模；2.初期壩建成后，在初期壩與尾水庫之間采用分散放礦法向初期壩與尾水庫之間沖填細(xì)粒尾礦，形成尾礦沖積壩；3.當(dāng)尾礦沖積壩的壩體的穩(wěn)定性低于規(guī)范要求時，在尾礦沖積壩的干灘面上鋪設(shè)一層土工合成材料；4.在尾礦沖積壩的土工合成材料上的初期壩一側(cè)設(shè)馬道，馬道的軸線垂直與細(xì)粒尾礦中排水方向，在馬道面向尾水庫方向一側(cè)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，堆筑若干排垂直于細(xì)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(jié)構(gòu)；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，采用分散放礦法向梯田內(nèi)沖填細(xì)粒尾礦，細(xì)粒尾礦中的粗粒在梯田內(nèi)沉積、細(xì)粒隨水一起溢過小埝排向相鄰的梯田后排向尾水庫，逐級沖填滿梯田，形成一定坡度的干灘面；7.重復(fù)步驟3-7直至達(dá)到尾礦壩體的總體高度。
進(jìn)一步，所述小埝是利用裝有細(xì)粒尾礦的編織袋堆筑的。
進(jìn)一步，所述尾礦沖積壩的壩體的穩(wěn)定性是根據(jù)瑞典條分法計(jì)算得到的。
進(jìn)一步，沿初期壩至尾水庫的方向，所述每層干灘面上鋪設(shè)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(nèi)的長度之和。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將土工合成材料有機(jī)地應(yīng)用于礦山企業(yè)細(xì)粒尾礦濕式堆積過程中，形成加筋土，改善細(xì)粒尾礦的力學(xué)性能，增強(qiáng)細(xì)粒尾礦堆積壩的穩(wěn)定性，提高細(xì)粒尾礦堆積壩的高度；同時，在干灘面上平行壩軸線設(shè)置一排排用編織袋裝土砌筑成的小埝，形成梯田式構(gòu)造，以改善干灘面的坡度，滿足庫區(qū)防洪要求，采用本發(fā)明的方法處理細(xì)粒尾礦，不僅施工簡單而且成本較低。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中池填法筑壩的斷面示意圖；圖2為圖1的剖面圖；圖3為本發(fā)明的加筋梯田法筑壩的平面示意圖；圖4為圖3的斷面示意圖；圖5為加筋梯田法筑壩的穩(wěn)定性計(jì)算的示意圖；圖6為圖5中的局部受力分析圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明細(xì)粒尾礦濕式堆積中的加筋梯田法，是將土工合成材料應(yīng)用于細(xì)粒尾礦濕式堆積中，土工合成材料能改變土體的力學(xué)性能，因此，將土工合成材料應(yīng)用于細(xì)粒尾礦濕式堆積中，可以增強(qiáng)壩體的穩(wěn)定性。同時，在干灘面上設(shè)置一排排用編織袋裝土砌筑成的小埝，小埝與細(xì)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(gòu)造，以改善干灘面坡度，滿足庫區(qū)防洪要求。切實(shí)有效地解決礦山企業(yè)處置細(xì)粒尾礦的難題。該方法將土工合成材料有機(jī)應(yīng)用于細(xì)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(wěn)定性，提高了干灘面的坡度。
圖3-4中，加筋梯田法工序?yàn)?1)根據(jù)總尾礦量選擇尾礦壩址后，確定尾礦壩體的總體高度和初期壩1的規(guī)模；在尾礦沖積壩體上，按設(shè)計(jì)計(jì)算要求鋪設(shè)一層土工合成材料3即土工格柵；(2)初期壩1建成后，在初期壩1與尾水庫8之間采用分散放礦法向初期壩1與尾水庫8之間沖填細(xì)粒尾礦，形成尾礦沖積壩；(3)當(dāng)尾礦沖積壩的壩體的穩(wěn)定性低于規(guī)范要求時，在尾礦沖積壩的干灘面7上鋪設(shè)一層土工合成材料3；(4)在尾礦沖積壩的土工合成材料3上的初期壩1一側(cè)設(shè)馬道2，馬道2的軸線垂直與細(xì)粒尾礦中排水方向，在馬道2面向尾水庫8方向一側(cè)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，堆筑若干排垂直于細(xì)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(jié)構(gòu)；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，采用分散放礦法向梯田內(nèi)沖填細(xì)粒尾礦，細(xì)粒尾礦中的粗粒在梯田內(nèi)沉積、細(xì)粒隨水一起溢過小埝6排向相鄰的梯田后排向尾水庫8，逐級沖填滿梯田，形成干灘面7；(7)重復(fù)步驟(3)-(7)直至達(dá)到尾礦壩體的總體高度。
其中，小埝6是利用裝有細(xì)粒尾礦的編織袋堆筑的。子壩4的高度、寬度和坡度都是根據(jù)目前的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范要求設(shè)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(wěn)定性是根據(jù)瑞典條分法計(jì)算得到的，然后根據(jù)《選礦場尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》ZBJ1-90要求對壩體進(jìn)行加固，以增強(qiáng)其穩(wěn)定性。
如圖5-6所示，為了計(jì)算壩體穩(wěn)定性，取壩體的主剖面，并劃分成若干虛擬的條塊，使用瑞典條分法得到壩體的穩(wěn)定性，在考慮地震力的作用后，壩體的穩(wěn)定系數(shù)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(qiáng)度；yi--第i層土工合成材料距滑弧圓心的距離；Cs--地震系數(shù)；c--邊坡填土的粘結(jié)力；--邊坡填土的內(nèi)摩擦角；n--劃分的土條總數(shù)；m--布置的加筋材料總層數(shù)。
其中，計(jì)算公式中所指的土即為細(xì)粒尾礦，土條即為虛擬劃分的細(xì)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等于加筋土塊重量和筋帶與土的摩擦系數(shù)及加筋帶長度三者的乘積，即
Yai＝LaisgWvi式中，La--主動段長度，即在滑弧以內(nèi)的長度；sg--土與筋材間的摩擦角，由拉拔試驗(yàn)測得；Wvi--作用在某層筋材上的覆蓋壓力；地震作用力Fi的大小等于條塊的重量與地震系數(shù)的乘積，即Fi＝CsWi另外，每層干灘面上鋪設(shè)的土工合成材料的總長度L的計(jì)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(nèi)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(qiáng)度；Kf--要求的抗拔安全系數(shù)。
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(quán)利要求
1.一種細(xì)粒尾礦濕式堆積中的加筋梯田法，具體為(1)根據(jù)總尾礦量選擇尾礦壩址后，確定尾礦壩體的總體高度和初期壩的規(guī)模；(2)初期壩建成后，在初期壩與尾水庫之間采用分散放礦法向初期壩與尾水庫之間沖填細(xì)粒尾礦，形成尾礦沖積壩；(3)當(dāng)尾礦沖積壩的壩體的穩(wěn)定性低于規(guī)范要求時，在尾礦沖積壩的干灘面上鋪設(shè)一層土工合成材料；(4)在尾礦沖積壩的土工合成材料上的初期壩一側(cè)設(shè)馬道，馬道的軸線垂直與細(xì)粒尾礦中排水方向，在馬道面向尾水庫方向一側(cè)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，堆筑若干排垂直于細(xì)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(jié)構(gòu)；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，采用分散放礦法向梯田內(nèi)沖填細(xì)粒尾礦，細(xì)粒尾礦中的粗粒在梯田內(nèi)沉積、細(xì)粒隨水一起溢過小埝排向相鄰的梯田后排向尾水庫，逐級沖填滿梯田，形成干灘面；(7)重復(fù)步驟(3)-(6)直至達(dá)到尾礦壩體的總體高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)粒尾礦濕式堆積中的加筋梯田法，其特征在于，所述小埝是利用裝有細(xì)粒尾礦的編織袋堆筑的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)粒尾礦濕式堆積中的加筋梯田法，其特征在于，所述尾礦沖積壩的壩體的穩(wěn)定性是根據(jù)瑞典條分法計(jì)算得到的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)粒尾礦濕式堆積中的加筋梯田法，其特征在于，沿初期壩至尾水庫的方向，所述每層干灘面上鋪設(shè)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(nèi)的長度之和。
全文摘要
尾礦濕式堆積中的加筋梯田法，該方法是指在細(xì)粒尾礦濕式堆積過程中，先在壩體和干灘面的一定范圍內(nèi)，分層放置土工合成材料即土工格柵等，之后，按庫區(qū)防洪坡度要求分別堆筑一些小埝，形成梯田式構(gòu)造，然后采用壩前分散放礦，粗尾礦就會在梯田內(nèi)沉積下來，待這層充填滿后，再重復(fù)上面的步驟。這樣，尾礦與土工合成材料形成一個復(fù)合土結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)尾礦壩的整體穩(wěn)定性，同時又提高了干灘面的坡度。該方法將新型土工合成材料有機(jī)應(yīng)用于尾礦堆積的壩體中，在增加壩體堆積高度的同時，保證了壩體的穩(wěn)定性，提高了干灘面的坡度。解決礦山企業(yè)面臨的細(xì)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(yōu)先權(quán)日2006年4月17日
發(fā)明者魏作安, 李世海, 劉曉宇, 趙穎 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所