一种在活动沉降的露天坑底排放尾矿膏体的方法与流程

本发明涉及一种在活动沉降的露天坑底排放尾矿膏体的方法，具体属于矿山开采技术领域。

背景技术：

绿色无废开采，环境友好矿山等概念是现在矿山开采技术发展的方向之一，矿山主要的固体废弃物是选矿厂排出的尾矿，把尾矿资源化利用，在节省尾矿库的建设维护费用的同时，又变废为宝，保护环境，成为现代中国矿业必须要解决的一个关键问题。尾矿充填采矿技术部分解决了以上问题，但其费用高，效率相对较低，限制了其推广与应用。对于露天转地下开采的矿山来说，地表露天坑是允许塌落的，选用无底柱分段崩落法可以在提高效率的同时，减少开采成本，但无法避开尾矿库的建设与维护，仍须对赿来越深的露天边坡进行加固处理。因此，发明一种利用在活动沉降的露天坑底排放尾矿膏体的方法，用来解决尾矿的堆放以及露天边坡的失稳灾害问题，显得十分必要。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在活动沉降的露天坑底排放尾矿膏体的方法，可以有效解决矿山开采中尾矿堆放问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种在活动沉降的露天坑底排放尾矿膏体的方法，包括以下步骤：S1、尾矿砂的测评；S2、尾矿膏体试样的检测；S3、活动沉降的露天坑底的设置；S4、尾矿膏体排放。

前述在活动沉降的露天坑底排放尾矿膏体的方法，具体包括以下步骤：

S1、尾矿砂的测评：根据化学成份和粒径级配分析目标矿山的尾矿砂，筛选备用；

S2、尾矿膏体试样的检测：选用步骤S1中尾矿砂制备尾矿膏体试样，先观察在不同养护龄期所生成的水合物的特征与数量，确定灰砂比和尾矿膏体含水量的初步范围，随后通过流动性试验、粘滞性试验、凝结时的沉淀性试验、离析性试验和泌水性试验、凝结后的强度试验和水化试验确定灰砂比和尾矿膏体含水量的最终范围，

S3、活动沉降的露天坑底的设置：在露天坑底划分区块；随后测算各区块对应的最大充填倍线；

S4、尾矿膏体排放：根据S2中确定的灰砂比和尾矿膏体含水量范围合成尾矿膏体，通过充填管道依次排放。

前述在活动沉降的露天坑底排放尾矿膏体的方法中，步骤S1尾矿砂的测评，具体包括以下步骤：

S1.1、对尾矿砂进行化学成分分析，当尾矿砂中二氧化硅质量分数≥50％时，直接用于制备尾矿膏体，有利于胶结剂的胶结；

S1.2、再对尾矿砂进行粒径级配分析，尾矿砂中，当小于20μm细粒物质的质量分数在15％～35％范围内时，直接用于制备尾矿膏体；当小于20μm细粒物质的质量分数<15％时，加入粉煤灰、水泥、膨润土或粘土进行调节；当小于20μm细粒物质的质量分数>35％时，制备尾矿膏体时加入絮凝剂。

前述在活动沉降的露天坑底排放尾矿膏体的方法中，步骤S2尾矿膏体试样的检测，具体包括以下步骤：

S2.1、将选用的尾矿砂与胶结剂混合，制备一组具有不同灰砂比和尾矿膏体含水量的尾矿膏体试样，即原始试样组，观察原始试样组在不同养护龄期所生成的水合物的特征与数量，选择常温、常压条件下，水合物生成较多的试样，确定灰砂比和尾矿膏体含水量的初步范围，备选；

S2.2、通过流动性试验，分别检测S2.1中选出的试样的坍落度，选用坍落度在17～25cm范围内的试样，备选；

S2.3、通过粘滞性试验，分别检测S2.2中选出的试样的屈服应力，选用屈服应力≤190Pa的试样，备选；

S2.4、通过膏体凝结时的沉淀性试验、离析性试验和泌水性试验，先分别观察S2.3中选出的试样在3天、7天、14天、20天以及28天时的沉淀规律和离析性变化，再检测泌水量，选用沉淀分层不明显、不离析，泌水量≤8％的试样，备选；

S2.5、通过强度试验，分别检测S2.4中选出的试样的单轴抗压强度，选用单轴抗压强度在0.3MPa～3MPa范围内的试样，备选；

S2.6、凝结后的水化试验，即通过单轴压缩试验，分别观察S2.5中选出的试样在反复浸泡干燥后的情况，选用泥化、风化不明显的试样；由最终选用的试样确定灰砂比和尾矿膏体含水量的最终范围。

前述在活动沉降的露天坑底排放尾矿膏体的方法中，尾矿膏体是通过将尾矿砂、胶结剂和水混合而制得；所述胶结剂为水泥和粉煤灰；所述灰砂比为尾矿砂与胶结剂的质量比。

前述在活动沉降的露天坑底排放尾矿膏体的方法中，S2.1的原始试样组中，灰砂比范围为1︰10～1︰100，尾矿膏体含水量的范围为15％～25％。

前述在活动沉降的露天坑底排放尾矿膏体的方法中，步骤S3活动沉降的露天坑底的设置，具体包括以下步骤：

S3.1、在露天坑的底部划分区块，沿露天坑边坡设置阶梯形的充填管道，对露天坑底进行平整，平整出的坡度为5度～15度(有利于排放的尾矿膏体的干燥固化)；在露天坑最低水平处建排水池，以便把露天坑中所集的大气降水排出坑外；

S3.2、测算最大充填倍线N：通过以下式(1)测算最大充填倍线N，

$N=\frac{L}{H}=\frac{L_1+L_2+...+L_n}{H_1+H_2+\mathrm{...}{H}_n}---\left(1\right)$

式中，L指充填管道的水平距离，m；H指需充填管道的垂直高度距离，m；L₁、L₂……L_n指单台阶水平长度，m；H₁、H₂……H_n指单台阶高度，m。如图1所示。本发明中测算最大充填倍线，是由于最大充填倍线是计算能否进行自流管道输送的基础。水平距离长，而垂直落差小时，膏体就不能依靠自身的重力势能克服管道阻力而自流到充填场地，只能再加柱塞泵进行加压后进行管道输送。而柱塞泵价高易损，因此要尽可能的使膏体自流，减少加压泵的环节。进行最大充填倍线的测算，可以有效进行监控是否达到膏体自流的要求。

前述在活动沉降的露天坑底排放尾矿膏体的方法中，步骤S3中还包括S3.3设置膏体合成站，即在露天坑的边坡坡顶设置用于合成尾矿膏体的膏体合成站，膏体合成站直接与充填管道相连接，便于尾矿膏体的现场合成以及排放。此外膏体合成站设置于边坡坡顶。可以有效缩小最大充填倍线，便于管道自流输送，节约生产成本。

前述在活动沉降的露天坑底排放尾矿膏体的方法中，步骤S4尾矿膏体排放，具体包括以下步骤：根据S2中确定的灰砂比和尾矿膏体含水量范围合成尾矿膏体，按照S3中划分的区块，通过充填管道依次向露天坑中各区块排放，先从充填倍线长的一侧区块开始排放，逐步向充填倍线小的一侧区块排放，直至每个区块排放厚度达到0.3～0.5m(便于膏体的凝固和少量析出水的蒸发，每一区块厚度相同)，第一层填充完毕，即为一个排放周期，重复上述步骤继续逐层循环排放，直至露天坑填充完毕或尾矿砂排放完毕，其中一个排放周期的时长大于尾矿膏体的固结时长(排放新一层膏体时，先前排放的膏体已经达到长期强度)。

前述在活动沉降的露天坑底排放尾矿膏体的方法中，充填管道采用软硬结合式，即主管为钢管，在主管尾端连接有同样口径的软管。

本发明中对目标矿山的尾矿砂进行化学成分分析，如果目标矿山尾矿砂二氧化硅质量分数≥50％，适合选用普通硅酸盐水泥掺入部分粉煤灰作为胶结剂，如果二氧化硅质量分数过小(<50％)，但却含有一定比例的二氧化硫，则需要选用其他适配的胶结剂。

本发明中对目标矿山的尾矿砂进行粒径级配分析，如果小于20μm细粒物质的质量分数在15％～35％范围内，则比较易于形成膏体，且管道输送阻力较小。如果小于20μm细粒物质的质量分数<15％，则所形成的膏体在管道输送进入不易形成与管道界面处的光滑面，输送阻力较大，可以采取加入适量粉煤灰、水泥、膨润土或粘土等，以调节细粒物料的质量分数。如果小于20μm细粒物质的质量分数在>35％,则不利于尾矿浆的浓密，需要在浓密过程中加入絮凝剂；同时也会大大减小普通硅酸盐水泥的活性，增加水泥用量。此时，如果在试验中水泥用量太大，且找不到合适的替代胶结剂，则尾矿砂不适合进行膏体充填。

本发明中用尾矿浆沉淀池所排出的清水与自来水分别对同种尾矿膏体试样进行单轴抗压强度的对比试验，如果在28天龄期的试件对比测试中，两者强度偏差在10％的范围内时，影响不大，可以用尾矿浆中的水做为制做膏体时的用水。

本发明中尾矿膏体试样凝结时的沉淀性试验、离析性试验和泌水性试验中，制做的室内试验箱，尺寸为：长*宽*高＝1.0m*2.0m*1.2m，材料为10mm厚钢化玻璃板，十二个棱角外用角钢保护，中腰加两条扁钢带或角钢加强。

图2是充填管道和膏体合成站的设置示意图，将膏体合成站设在边坡顶部，能够缩小充填倍线，便于管道自流输送。膏体合成站用于在现场取得尾矿砂直接制备得到待排放的尾矿膏体。

采用本发明的方法，可以有效节约矿山开采成本，大约30％～35％左右。

本发明的有益之处在于：本发明提供的一种在活动沉降的露天坑底排放尾矿膏体的方法，能够把露天矿坑做为转入地下开采矿山的尾矿堆放库，不仅有效地解决了矿山尾矿库建设的系列难题，在保证地下采矿作业安全的前提下，节省了尾矿库建设与维护的资金。而且可以有效地管控露天坑边坡的失稳灾害，节省地下排水费用，解决了崩落法采矿方法盖层上不能排放尾砂的难题，有利于露天矿坑的复垦，极大的节约了矿山开采成本，保护了环境。

附图说明

图1是本发明的最大充填倍线测算示意图；

图2是充填管道和膏体合成站的设置示意图；

图中附图标记的含义：图1：H指需充填管道的垂直高度距离，L₁、L₂……L_n单台阶水平长度，H₁、H₂……H_n指单台阶高度；图2:1-矿体，2-露天坑，3-填充管道，4-膏体合成站。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的介绍。

实施例1

一种在活动沉降的露天坑底排放尾矿膏体的方法，包括以下步骤：

S1、尾矿砂的测评：根据化学成份和粒径级配分析目标矿山的尾矿砂，筛选备用；

S2、尾矿膏体试样的检测：选用步骤S1中尾矿砂制备尾矿膏体试样，先观察在不同养护龄期所生成的水合物的特征与数量，确定灰砂比和尾矿膏体含水量的初步范围，随后通过流动性试验、粘滞性试验、凝结时的沉淀性试验、离析性试验和泌水性试验、凝结后的强度试验和水化试验确定灰砂比和尾矿膏体含水量的最终范围；

S3、活动沉降的露天坑底的设置：在露天坑底划分区块；随后测算各区块对应的最大充填倍线；

S4、尾矿膏体排放：根据S2中确定的灰砂比和尾矿膏体含水量范围合成尾矿膏体，通过充填管道依次排放。

实施例2

一种在活动沉降的露天坑底排放尾矿膏体的方法，包括以下步骤：

S1、尾矿砂的测评：根据化学成份和粒径级配分析目标矿山的尾矿砂，筛选备用；包括以下步骤：

S1.1、对尾矿砂进行化学成分分析，当尾矿砂中二氧化硅质量分数≥50％时，直接用于制备尾矿膏体；

S1.2、再对尾矿砂进行粒径级配分析，尾矿砂中，当小于20μm细粒物质的质量分数在15％～35％范围内时，直接用于制备尾矿膏体；当小于20μm细粒物质的质量分数<15％时，加入粉煤灰、水泥、膨润土或粘土进行调节；当小于20μm细粒物质的质量分数>35％时，制备尾矿膏体时加入絮凝剂。

S2、尾矿膏体试样的检测：选用步骤S1中尾矿砂制备尾矿膏体试样，先观察在不同养护龄期所生成的水合物的特征与数量，确定灰砂比和尾矿膏体含水量的初步范围，随后通过流动性试验、粘滞性试验、凝结时的沉淀性试验、离析性试验和泌水性试验、凝结后的强度试验和水化试验确定灰砂比和尾矿膏体含水量的最终范围，其中，尾矿膏体是通过将尾矿砂、胶结剂和水混合而制得；所述胶结剂为水泥和粉煤灰；所述灰砂比为尾矿砂与胶结剂的质量比；具体包括以下步骤：

S2.1、将选用的尾矿砂与胶结剂混合，制备一组具有不同灰砂比和尾矿膏体含水量的尾矿膏体试样，即原始试样组，原始试样组中，灰砂比范围为1︰10～1︰100，尾矿膏体含水量的范围为15％～25％；观察原始试样组在不同养护龄期所生成的水合物的特征与数量，选择常温、常压条件下，水合物生成较多的试样，确定灰砂比和尾矿膏体含水量的初步范围，备选；

S2.2、通过流动性试验，分别检测S2.1中选出的试样的坍落度，选用坍落度在17～25cm范围内的试样，备选；

S2.3、通过粘滞性试验，分别检测S2.2中选出的试样的屈服应力，选用屈服应力≤190Pa的试样，备选；

S2.4、通过膏体凝结时的沉淀性试验、离析性试验和泌水性试验，先分别观察S2.3中选出的试样在3天、7天、14天、20天以及28天时的沉淀规律和离析性变化，再检测泌水量，选用沉淀分层不明显、不离析，泌水量≤8％的试样，备选；

S2.5、通过强度试验，分别检测S2.4中选出的试样的单轴抗压强度，选用单轴抗压强度在0.3MPa～3MPa范围内的试样，备选；

S2.6、凝结后的水化试验，即通过单轴压缩试验，分别观察S2.5中选出的试样在反复浸泡干燥后的情况，选用泥化、风化不明显的试样；由最终选用的试样确定灰砂比和尾矿膏体含水量的最终范围。

S3、活动沉降的露天坑底的设置：在露天坑底划分区块；随后测算各区块对应的最大充填倍线。

S4、尾矿膏体排放：根据S2中确定的灰砂比和尾矿膏体含水量范围合成尾矿膏体，通过充填管道依次排放。

实施例3

一种在活动沉降的露天坑底排放尾矿膏体的方法，包括以下步骤：

S1、尾矿砂的测评：根据化学成份和粒径级配分析目标矿山的尾矿砂，筛选备用；具体包括以下步骤：

S1.1、对尾矿砂进行化学成分分析，当尾矿砂中二氧化硅质量分数≥50％时，直接用于制备尾矿膏体；

S1.2、再对尾矿砂进行粒径级配分析，尾矿砂中，当小于20μm细粒物质的质量分数在15％～35％范围内时，直接用于制备尾矿膏体；当小于20μm细粒物质的质量分数<15％时，加入粉煤灰、水泥、膨润土或粘土进行调节；当小于20μm细粒物质的质量分数>35％时，制备尾矿膏体时加入絮凝剂。

S2、尾矿膏体试样的检测：选用步骤S1中尾矿砂制备尾矿膏体试样，先观察在不同养护龄期所生成的水合物的特征与数量，确定灰砂比和尾矿膏体含水量的初步范围，随后通过流动性试验、粘滞性试验、凝结时的沉淀性试验、离析性试验和泌水性试验、凝结后的强度试验和水化试验确定灰砂比和尾矿膏体含水量的最终范围，其中，尾矿膏体是通过将尾矿砂、胶结剂和水混合而制得；所述胶结剂为水泥和粉煤灰；所述灰砂比为尾矿砂与胶结剂的质量比；具体包括以下步骤：

S2.1、将选用的尾矿砂与胶结剂混合，制备一组具有不同灰砂比和尾矿膏体含水量的尾矿膏体试样，即原始试样组，原始试样组中，灰砂比范围为1︰10～1︰100，尾矿膏体含水量的范围为15％～25％；观察原始试样组在不同养护龄期所生成的水合物的特征与数量，选择常温、常压条件下，水合物生成较多的试样，确定灰砂比和尾矿膏体含水量的初步范围，备选；

S2.2、通过流动性试验，分别检测S2.1中选出的试样的坍落度，选用坍落度在17～25cm范围内的试样，备选；

S2.3、通过粘滞性试验，分别检测S2.2中选出的试样的屈服应力，选用屈服应力≤190Pa的试样，备选；

S2.4、通过膏体凝结时的沉淀性试验、离析性试验和泌水性试验，先分别观察S2.3中选出的试样在3天、7天、14天、20天以及28天时的沉淀规律和离析性变化，再检测泌水量，选用沉淀分层不明显、不离析，泌水量≤8％的试样，备选；

S2.5、通过强度试验，分别检测S2.4中选出的试样的单轴抗压强度，选用单轴抗压强度在0.3MPa～3MPa范围内的试样，备选；

S2.6、凝结后的水化试验，即通过单轴压缩试验，分别观察S2.5中选出的试样在反复浸泡干燥后的情况，选用泥化、风化不明显的试样；由最终选用的试样确定灰砂比和尾矿膏体含水量的最终范围。

S3、活动沉降的露天坑底的设置：在露天坑底划分区块；随后测算各区块对应的最大充填倍线；具体包括以下步骤：

S3.1、在露天坑的底部划分区块，沿露天坑边坡设置阶梯形的充填管道，对露天坑底进行平整，平整出的坡度为5度～15度，在露天坑最低水平处建排水池；

S3.2、测算最大充填倍线N：通过以下式(1)测算最大充填倍线N，

$N=\frac{L}{H}=\frac{L_1+L_2+\mathrm{...}+L_n}{H_1+H_2+\mathrm{...}{H}_n}---\left(1\right)$

式中，L指充填管道的水平距离，m；H指需充填管道的垂直高度距离，m；L1、L2……Ln指单台阶水平长度，m；H1、H2……Hn指单台阶高度，m。如图1所示。

S4、尾矿膏体排放：根据S2中确定的灰砂比和尾矿膏体含水量范围合成尾矿膏体，通过充填管道依次排放。具体包括以下步骤：根据S2中确定的灰砂比和尾矿膏体含水量范围合成尾矿膏体，按照S3中划分的区块，通过充填管道依次向露天坑中各区块排放，先从充填倍线长的一侧区块开始排放，逐步向充填倍线小的一侧区块排放，直至每个块区排放厚度达到0.3～0.5m，第一层填充完毕，即为一个排放周期，重复上述步骤继续逐层循环排放，直至露天坑填充完毕或尾矿砂排放完毕，其中一个排放周期的时长大于尾矿膏体的固结时长。

实施例4

一种在活动沉降的露天坑底排放尾矿膏体的方法，包括以下步骤：

S1、尾矿砂的测评：根据化学成份和粒径级配分析目标矿山的尾矿砂，筛选备用；具体包括以下步骤：

S1.1、对尾矿砂进行化学成分分析，当尾矿砂中二氧化硅质量分数≥50％时，直接用于制备尾矿膏体；

S1.2、再对尾矿砂进行粒径级配分析，尾矿砂中，当小于20μm细粒物质的质量分数在15％～35％范围内时，直接用于制备尾矿膏体；当小于20μm细粒物质的质量分数<15％时，加入粉煤灰、水泥、膨润土或粘土进行调节；当小于20μm细粒物质的质量分数>35％时，制备尾矿膏体时加入絮凝剂。

S2、尾矿膏体试样的检测：选用步骤S1中尾矿砂制备尾矿膏体试样，先观察在不同养护龄期所生成的水合物的特征与数量，确定灰砂比和尾矿膏体含水量的初步范围，随后通过流动性试验、粘滞性试验、凝结时的沉淀性试验、离析性试验和泌水性试验、凝结后的强度试验和水化试验确定灰砂比和尾矿膏体含水量的最终范围，其中，尾矿膏体是通过将尾矿砂、胶结剂和水混合而制得；所述胶结剂为水泥和粉煤灰；所述灰砂比为尾矿砂与胶结剂的质量比；具体包括以下步骤：

S2.1、将选用的尾矿砂与胶结剂混合，制备一组具有不同灰砂比和尾矿膏体含水量的尾矿膏体试样，即原始试样组，原始试样组中，灰砂比范围为1︰10～1︰100，尾矿膏体含水量的范围为15％～25％；观察原始试样组在不同养护龄期所生成的水合物的特征与数量，选择常温、常压条件下，水合物生成较多的试样，确定灰砂比和尾矿膏体含水量的初步范围，备选；

S2.2、通过流动性试验，分别检测S2.1中选出的试样的坍落度，选用坍落度在17～25cm范围内的试样，备选；

S2.3、通过粘滞性试验，分别检测S2.2中选出的试样的屈服应力，选用屈服应力≤190Pa的试样，备选；

S2.4、通过膏体凝结时的沉淀性试验、离析性试验和泌水性试验，先分别观察S2.3中选出的试样在3天、7天、14天、20天以及28天时的沉淀规律和离析性变化，再检测泌水量，选用沉淀分层不明显、不离析，泌水量≤8％的试样，备选；

S2.5、通过强度试验，分别检测S2.4中选出的试样的单轴抗压强度，选用单轴抗压强度在0.3MPa～3MPa范围内的试样，备选；

S2.6、凝结后的水化试验，即通过单轴压缩试验，分别观察S2.5中选出的试样在反复浸泡干燥后的情况，选用泥化、风化不明显的试样；由最终选用的试样确定灰砂比和尾矿膏体含水量的最终范围。

S3、活动沉降的露天坑底的设置：在露天坑底划分区块；随后测算各区块对应的最大充填倍线；具体包括以下步骤：

S3.1、在露天坑的底部划分区块，沿露天坑边坡设置阶梯形的充填管道，对露天坑底进行平整，平整出的坡度为5度～15度，在露天坑最低水平处建排水池；

S3.2、测算最大充填倍线N：通过以下式(1)测算最大充填倍线N，

$N=\frac{L}{H}=\frac{L_1+L_2+\mathrm{...}+L_n}{H_1+H_2+\mathrm{...}{H}_n}---\left(1\right)$

式中，L指充填管道的水平距离，m；H指需充填管道的垂直高度距离，m；L1、L2……Ln指单台阶水平长度，m；H1、H2……Hn指单台阶高度，m。如图1所示。

S3.3设置膏体合成站，即在露天坑的边坡坡顶设置用于合成尾矿膏体的膏体合成站，膏体站直接与充填管道相连接。

S4、尾矿膏体排放：根据S2中确定的灰砂比和尾矿膏体含水量范围合成尾矿膏体，通过充填管道依次排放。具体包括以下步骤：根据S2中确定的灰砂比和尾矿膏体含水量范围合成尾矿膏体，按照S3中划分的区块，通过充填管道依次向露天坑中各区块排放，先从充填倍线长的一侧区块开始排放，逐步向充填倍线小的一侧区块排放，直至每个块区排放厚度达到0.3～0.5m，第一层填充完毕，即为一个排放周期，重复上述步骤继续逐层循环排放，直至露天坑填充完毕或尾矿砂排放完毕，其中一个排放周期的时长大于尾矿膏体的固结时长。

充填管道采用软硬结合式，即主管为钢管，在主管尾端连接有同样口径的软管。

实施例5

一种在活动沉降的露天坑底排放尾矿膏体的方法，包括以下步骤：

S1、尾矿砂的测评：根据化学成份和粒径级配分析目标矿山的尾矿砂，筛选备用；具体包括以下步骤：

S1.1、对尾矿砂进行化学成分分析，当尾矿砂中二氧化硅质量分数≥50％时，直接用于制备尾矿膏体；

S1.2、再对尾矿砂进行粒径级配分析，尾矿砂中，当小于20μm细粒物质的质量分数在15％～35％范围内时，直接用于制备尾矿膏体；当小于20μm细粒物质的质量分数<15％时，加入粉煤灰、水泥、膨润土或粘土进行调节；当小于20μm细粒物质的质量分数>35％时，制备尾矿膏体时加入絮凝剂。

S2、尾矿膏体试样的检测：选用步骤S1中尾矿砂制备尾矿膏体试样，先观察在不同养护龄期所生成的水合物的特征与数量，确定灰砂比和尾矿膏体含水量的初步范围，随后通过流动性试验、粘滞性试验、凝结时的沉淀性试验、离析性试验和泌水性试验、凝结后的强度试验和水化试验确定灰砂比和尾矿膏体含水量的最终范围，其中，尾矿膏体是通过将尾矿砂、胶结剂和水混合而制得；所述胶结剂为水泥和粉煤灰；所述灰砂比为尾矿砂与胶结剂的质量比；具体包括以下步骤：

S2.1、将选用的尾矿砂与胶结剂混合，制备一组具有不同灰砂比和尾矿膏体含水量的尾矿膏体试样，即原始试样组，原始试样组中，灰砂比范围为1︰10～1︰100，尾矿膏体含水量的范围为15％～25％；观察原始试样组在不同养护龄期所生成的水合物的特征与数量，选择常温、常压条件下，水合物生成较多的试样，确定灰砂比和尾矿膏体含水量的初步范围，备选；

S2.2、通过流动性试验，分别检测S2.1中选出的试样的坍落度，选用坍落度在21～25cm范围内的试样，备选；

S2.3、通过粘滞性试验，分别检测S2.2中选出的试样的屈服应力，选用屈服应力≤190Pa的试样，备选；

S2.4、通过膏体凝结时的沉淀性试验、离析性试验和泌水性试验，先分别观察S2.3中选出的试样在3天、7天、14天、20天以及28天时的沉淀规律和离析性变化，再检测泌水量，选用沉淀分层不明显、不离析，泌水量≤8％的试样，备选；

S2.5、通过强度试验，分别检测S2.4中选出的试样的单轴抗压强度，选用单轴抗压强度在0.3MPa～3MPa范围内的试样，备选；

S2.6、凝结后的水化试验，即通过单轴压缩试验，分别观察S2.5中选出的试样在反复浸泡干燥后的情况，选用泥化、风化不明显的试样；由最终选用的试样确定灰砂比和尾矿膏体含水量的最终范围。

S3、活动沉降的露天坑底的设置：在露天坑底划分区块；随后测算各区块对应的最大充填倍线；具体包括以下步骤：

S3.1、在露天坑的底部划分区块，沿露天坑边坡设置阶梯形的充填管道，对露天坑底进行平整，平整出的坡度为5度～15度，在露天坑最低水平处建排水池；

S3.2、测算最大充填倍线N：通过以下式(1)测算最大充填倍线N，

$N=\frac{L}{H}=\frac{L_1+L_2+\mathrm{...}+L_n}{H_1+H_2+\mathrm{...}{H}_n}---\left(1\right)$

式中，L指充填管道的水平距离，m；H指需充填管道的垂直高度距离，m；L1、L2……Ln指单台阶水平长度，m；H1、H2……Hn指单台阶高度，m。如图1所示。

S3.3设置膏体合成站，即在露天坑的边坡坡顶设置用于合成尾矿膏体的膏体合成站，膏体站直接与充填管道相连接。

S4、尾矿膏体排放：根据S2中确定的灰砂比和尾矿膏体含水量范围合成尾矿膏体，通过充填管道依次排放。具体包括以下步骤：根据S2中确定的灰砂比和尾矿膏体含水量范围合成尾矿膏体，按照S3中划分的区块，通过充填管道依次向露天坑中各区块排放，先从充填倍线长的一侧区块开始排放，逐步向充填倍线小的一侧区块排放，直至每个块区排放厚度达到0.3～0.5m，第一层填充完毕，即为一个排放周期，重复上述步骤继续逐层循环排放，直至露天坑填充完毕或尾矿砂排放完毕，其中一个排放周期的时长大于尾矿膏体的固结时长。

充填管道采用软硬结合式，即主管为钢管，在主管尾端连接有同样口径的软管。

实施例6

一种在活动沉降的露天坑底排放尾矿膏体的方法，包括以下步骤：

S1、尾矿砂的测评：根据化学成份和粒径级配分析目标矿山的尾矿砂，筛选备用；具体包括以下步骤：

S1.1、对尾矿砂进行化学成分分析，当尾矿砂中二氧化硅质量分数≥50％时，直接用于制备尾矿膏体；

S1.2、再对尾矿砂进行粒径级配分析，尾矿砂中，当小于20μm细粒物质的质量分数在15％～35％范围内时，直接用于制备尾矿膏体；当小于20μm细粒物质的质量分数<15％时，加入粉煤灰、水泥、膨润土或粘土进行调节；当小于20μm细粒物质的质量分数>35％时，制备尾矿膏体时加入絮凝剂。

S2、尾矿膏体试样的检测：选用步骤S1中尾矿砂制备尾矿膏体试样，先观察在不同养护龄期所生成的水合物的特征与数量，确定灰砂比和尾矿膏体含水量的初步范围，随后通过流动性试验、粘滞性试验、凝结时的沉淀性试验、离析性试验和泌水性试验、凝结后的强度试验和水化试验确定灰砂比和尾矿膏体含水量的最终范围，其中，尾矿膏体是通过将尾矿砂、胶结剂和水混合而制得；所述胶结剂为水泥和粉煤灰；所述灰砂比为尾矿砂与胶结剂的质量比；具体包括以下步骤：

S2.1、将选用的尾矿砂与胶结剂混合，制备一组具有不同灰砂比和尾矿膏体含水量的尾矿膏体试样，即原始试样组，原始试样组中，灰砂比范围为1︰10～1︰100，尾矿膏体含水量的范围为15％～25％；观察原始试样组在不同养护龄期所生成的水合物的特征与数量，选择常温、常压条件下，水合物生成较多的试样，确定灰砂比和尾矿膏体含水量的初步范围，备选；

S2.2、通过流动性试验，分别检测S2.1中选出的试样的坍落度，选用坍落度在17～20cm范围内的试样，备选；

S2.3、通过粘滞性试验，分别检测S2.2中选出的试样的屈服应力，选用屈服应力≤190Pa的试样，备选；

S2.4、通过膏体凝结时的沉淀性试验、离析性试验和泌水性试验，先分别观察S2.3中选出的试样在3天、7天、14天、20天以及28天时的沉淀规律和离析性变化，再检测泌水量，选用沉淀分层不明显、不离析，泌水量≤8％的试样，备选；

S2.5、通过强度试验，分别检测S2.4中选出的试样的单轴抗压强度，选用单轴抗压强度在0.3MPa～3MPa范围内的试样，备选；

S2.6、凝结后的水化试验，即通过单轴压缩试验，分别观察S2.5中选出的试样在反复浸泡干燥后的情况，选用泥化、风化不明显的试样；由最终选用的试样确定灰砂比和尾矿膏体含水量的最终范围。

S3、活动沉降的露天坑底的设置：在露天坑底划分区块；随后测算各区块对应的最大充填倍线；具体包括以下步骤：

S3.1、在露天坑的底部划分区块，沿露天坑边坡设置阶梯形的充填管道，对露天坑底进行平整，平整出的坡度为5度～15度，在露天坑最低水平处建排水池；

S3.2、测算最大充填倍线N：通过以下式(1)测算最大充填倍线N，

$N=\frac{L}{H}=\frac{L_1+L_2+\mathrm{...}+L_n}{H_1+H_2+\mathrm{...}{H}_n}---\left(1\right)$

式中，L指充填管道的水平距离，m；H指需充填管道的垂直高度距离，m；L1、L2……Ln指单台阶水平长度，m；H1、H2……Hn指单台阶高度，m。如图1所示。

S3.3设置膏体合成站，即在露天坑的边坡坡顶设置用于合成尾矿膏体的膏体合成站，膏体站直接与充填管道相连接。

S4、尾矿膏体排放：根据S2中确定的灰砂比和尾矿膏体含水量范围合成尾矿膏体，通过充填管道依次排放。具体包括以下步骤：根据S2中确定的灰砂比和尾矿膏体含水量范围合成尾矿膏体，按照S3中划分的区块，通过充填管道依次向露天坑中各区块排放，先从充填倍线长的一侧区块开始排放，逐步向充填倍线小的一侧区块排放，直至每个块区排放厚度达到0.3～0.5m，第一层填充完毕，即为一个排放周期，重复上述步骤继续逐层循环排放，直至露天坑填充完毕或尾矿砂排放完毕，其中一个排放周期的时长大于尾矿膏体的固结时长。

充填管道采用软硬结合式，即主管为钢管，在主管尾端连接有同样口径的软管。