赤泥抽水白皮书

太伐木工人池塘

修复项目-泥浆泵试验-结果

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客户端	里约热内卢(Rio Tinto)加拿大铝业
项目标题	里约热内卢Tinto Alcan排除资产补救
文档标题	泥浆泵试验结果
文档没有。	MDE0182RP0038WPR
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牧师。	状态	作者(年代)	看过的	批准	办公室的起源	发行日期
D01	草案	W Orsmond	C .马森，R .塔普		西码头	10月22日的11
F01	最后	W Orsmond	C马森	W Orsmond	西码头	11月15日的11

1介绍

罗瑟山池塘是一个铝土矿残渣(红泥)尾矿坝，位于牙买加Ewerton镇北部的Diablo山脉内。

图1.1

这个“池塘”实际上是一个人工大坝，占地约40公顷，沿南侧堆石坝高达53米，形成了蓄水池。它最初建于1959年，作为一个尾矿库，从约5公里外300米以下的Ewarton工厂提取铝土矿残渣(红泥)。赤泥作为含有约20%固体的泥浆泵入池中，一直持续了约32年，直到1991年，该池被Charlemount泥浆堆积和干燥设施取代。在此期间，池塘堤防(称为大坝)被提高了7倍，提供了472米的最终峰值高度。然而，该池塘从未填满其最终设计容量，淤泥滩高度保持在约469米，中心区域约458米，留下一个凹凹洼地约1.4米^3.pH值升高的水和一些腐蚀性物质。

图1.1:从东南角到西北角的罗塞尔湖

该塘的修复计划包括清除积水，然后将泥面改质，使其能自由排水，使其稳定和生长。约500000米^3.为了形成所需的剖面，大量泥浆需要移动1公里的距离。由于表面泥浆非常柔软(抗剪强度小于3kPa)，其承载力小于20kPa，因此即使使用改良的土方设备也无法达到。此外，泥浆具有甲状腺功能，在任何振动或剪切载荷下，都会迅速液化，导致抗剪强度显著降低和承载力损失。因此，使用传统的土方设备将需要大量的“浮动”运输道路，机械被卡住或整个工厂损失的风险很高，对人员也有风险。因此，他们决定研究抽送原地赤泥的可能性。

为了评估使用该技术进行大块泥浆移动的可行性，进行了泥浆泵送试验。泵送红色泥浆并不罕见，泥浆最初被泵送到罗瑟山池塘。然而，通常在固体含量为30%或更低的情况下泵送泥浆。一旦沉积，它们可能需要数年的时间来重新巩固和牢固到足以允许轻型土方工程和农业植物进入。

除泵送泥浆外，试验还包括填入三个小型土工管，以评估其性能，因为这些土工管可能是重填工程的一部分。

项目参考:资产0894牙买加。HSEQ工作包参考:成为JWP # 11001

1.1审判目的

泵试验的主要目的是确定泥浆能否在原位状态下被泵出，如果不能，则需要多少水以及含水量的变化如何影响泵排量。

与此相关的是:

了解在这些条件下抽水的困难
了解泵周围泥浆的行为。
评估泥浆在沉积后的表现以及沉积到水中后的反应。

对于土工管，主要目的是评估管道如何容纳泵送的泥浆，以及它们如何随时间发生反应。

2设备使用

使用一台4”EDDY泵进行了泥浆泵送试验。该泵因其处理可变固体的能力和稳健的操作机构而被推荐。泵装置包括一个液压驱动和刀头。该装置安装在JCB 220挖掘机的臂架上，该挖掘机还为泵提供液压进料，在压力为3500 ~ 4000 psi (2428MPa)时，泵的压力范围为30 ~ 40gpm。切割头由一个独立的液压动力单元提供动力，能够在200psi (13.8MPa下1.9升/秒)下提供所需的30gpm压力。如果安装在一台30吨重的挖掘机上，采用14系统液压系统，臂架采用双辅助进给，那么挖掘机可以为泵和刀头提供所有必要的液压动力。然而，当时牙买加没有这种设备。

图3.1:挖掘机附件中的涡流泵

除了安装在挖掘机上的泵外，还使用Long Reach挖掘机(CAT 325)将泥浆向刀头移动，同时也将泥浆松散并混合额外的水，以方便泵送。使用3英寸柴油水泵直接从池塘中泵入水。

在泵送泥浆之前，泥浆泵将以再循环模式工作，以启动泵。当处于再循环(re-circ)模式时，泵送的物料将被转移到安装在泵上的与刀头平行的短排出管中。这个动作将有助于搅动和搅动泥浆。

图3.2:CAT 325长臂(60英尺)和JCB220带涡流泥浆泵。

试验用土工管长6米，高1米(填充)，由Tencate提供。管是由编织聚酯- GT1000M和有一个中央顶部填充点。还提供了一套带有聚合物测试装置的小袋子，但在这一场合没有尝试。

图3.2:填充前的Geotube

3.材料特性

2004年，对罗瑟山池塘内的泥浆进行了岩土土调查。通过常规筛分和比重计分析表明，该材料主要为粘土粉砂，其中约13%为砂，29%为粘土，58%为粉砂。阿特伯格极限表明该材料为中等塑性至高塑性黏土。然而，泥浆在整个湖和垂直方向上都是不同的。这主要是沉积过程和放电位置的结果。靠近排放位置，较粗的物料会首先沉降，较细的物料会分散最远，并到达池的另一端。结果如图4.1所示。

图4.1:分级分析(传统土力学方法，2004 SI)

今年早些时候，对更多的泥浆样品进行了测试，因为标准土壤力学测试显然不能对这种精细材料提供准确的评估。这在用干筛法进行的测试中尤其明显，该测试表明材料是分级良好的砂(见图4.2中5300、5301、5302样品的结果)。当分散在水中时，即使使用了药剂，泥浆的“屈服-伪塑性”流变性似乎会影响比重计结果，在两次测试之间有很大的变化(见图4.2中泥浆泵送试验中采集的样品pft4和5的结果)。

附加测试包括使用激光粒子分析仪进行分级。结果表明，虽然淤泥的百分比在30% - 80%之间变化，但淤泥主要是淤泥，材料或更多的砂或更多的粘土(高达15%的粘土)。见下图4.2中以“L”结尾的样本的结果。

图4.2:使用干筛分(5300-2)的干泥浆分级分析，使用筛分和比重计(PFT)和激光分析(L suffex)的湿泥浆分级分析。

从泥浆池内但在池水以下提取的泥浆的水分含量测试为100%至150%(固体含量50%至40%)。泵测试位置的泥浆含量为137%(42%为固体)。

剪切强度一般很低，随着深度的增加，在1kPa到6kPa之间。此前进行的动态探测表明，泥浆在5米内是“非常软”的，在9米深处强度略微增加到“软”，之后泥浆逐渐变硬。

泥浆的pH值为10.3 ~ 11.7 (ave为11.2)。以前的测试表明，表面泥浆具有较低的pH值，尽管一旦穿过地壳，pH值趋于较高。在进行试验时，深度约2.5m的泥浆是混合的，因此无法确定pH的分层。

4发现

41。泥浆泵

最初，泵送问题主要是由于挖掘机动力不足。这被诊断为液压泵问题，挖掘机被更换。刀头(也起到了保护进气的作用)容易被泥浆堵塞(图5.1)，也不能提供足够的搅拌来液化泥浆。通过在旋转的刀头上添加“搅拌器”(两边焊接两个钢环)和“梳子”(图5.2)来保持刀头内的缝隙打开，部分解决了这个问题。

图5.1:刀头被泥浆弄瞎了。图5.2:刀头加上了梳子

泥浆泵送速率从21升/秒到52升/秒(332 - 824gpm)不等，可以清楚地看到，泥浆的液体越多，泵送速率就越高。样品在不同的放电速率下采集，水分含量和固体百分比由实验室测试确定。结果如图5.1所示，虽然分散，但确实表明了固体含量对流速的影响。测试位置的泥浆(原位)的自然含水量为137%，或42%的固体含量。这在图5.1中显示为一条垂直线。虽然流速较低，但仍能泵入接近固体百分比的泥浆。

如前所述，使用挖掘机来松开泥浆。用一个3英寸的泵将水从池塘抽到挖掘中，然后用长臂将泥浆与水混合。然后将泥浆泵用于再循环模式，进一步将泥浆混合到更一致的状态。即使是这样的混合和搅动，水也倾向于集中在表面。这有助于泵的初始启动过程，一旦在地面以下1至2米处启动较厚的泥浆，就可以泵入。然而，研究发现，更深的泥浆往往是块状的，这将显著减少或停止流动，需要将泵提升到更薄的泥浆中，或必须回到循环模式或必须完全重新启动。因此，泵的排出量非常不一致，因为需要不断调整吸入口位置，以获得足够的排出量，同时也要泵出尽可能厚的泥浆。

图5.3:泥浆泵循环/注入模式图5.4:泥浆排放(±30l/s，±37%固体)

图5.1:不同固体含量下的流速图

泵送的泥浆通过30米长的软管排出，然后通过60米长的4英寸HDPE管排出，HDPE管的内径约为87mm(3.5”)。泥浆被排放到坡度约为9%的原始泥滩上。在沉积过程中，泥浆缓慢地梯度向下流动。有时流体会停止，泥浆会积聚起来，然后以波动的形式再次流动。因此，自然的休息角度会比这个低几度——可能是5%到6%。

图5.5:泥浆排放点图5.6:泥浆被排放

虽然泥浆的抗剪强度很低，搅拌液化，但挖掘的两侧有足够的强度站立约2米近垂直。即使在一夜之间，岩壁也有一定程度的下滑，而且在岩壁崩塌前，刀头/搅拌器可能会破坏岩壁约0.5米。

在泵送结束时，为了冲洗管道，将稀薄的水泥浆泵送至管道干净为止。然后使用一个“T”阀系统连接3”水泵管路，然后用水冲洗管道。

4.2 geotube

3个土工管(1米x 6米)用4”涡流泵泵入红色泥浆。填充速率约为30 ~ 40l/s，但由于无法看到流量和泥浆的稠度，因此很难进行评估。

当泵操作人员对情况有了更好的了解后，1号管最初充满了更多的流动泥浆，然后是更稠的泥浆。管子灌得很紧实。第二根管子被灌入较厚的泥浆，并继续填充，直到管子绷紧。这两个管道被放置在倾斜的海滩上，以便形成一个小的“U”型蓄水区，稍后将被泵入的泥浆填满。虽然场地是准备好的，但倾斜的地面导致第一根管子旋转了约20度。管子用木桩固定，下坡侧回填。为第二个管创建了一个更明确的床层，同样的旋转问题受到了限制。如图5.7和5.8所示，两个装满积水泥浆的管道。除了两个土工管之间的接触处有一个小泄漏外，泥浆的积水是成功的。

图5.7:两根土工管形成了试验池的堤岸图5.8:抽上来的泥浆是液体