鄭家坡鐵礦充填系統(tǒng)溢流水處理方案

劉桂卿，柳小勝，郝風(fēng)才

(1.五礦礦業(yè)昌邑鄭家坡鐵礦有限公司， 山東濰坊市 261313;2.長沙礦山研究院， 湖南長沙410012;3.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心， 湖南長沙 410012)

鄭家坡鐵礦充填系統(tǒng)溢流水處理方案

劉桂卿1，柳小勝2，3，郝風(fēng)才1

(1.五礦礦業(yè)昌邑鄭家坡鐵礦有限公司， 山東濰坊市 261313;2.長沙礦山研究院， 湖南長沙410012;3.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心， 湖南長沙 410012)

鄭家坡鐵礦采用全尾砂結(jié)構(gòu)流膠結(jié)充填工藝，充填站溢流水影響礦山采空區(qū)充填量及其處理成本。經(jīng)過優(yōu)化，溢流水自流至濃密池旁的泵站進(jìn)料池，可選擇進(jìn)入濃密池或臨時尾礦庫的靈活方式，既降低了整體溢流濃度，又提高了實(shí)際全尾砂充比，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，為礦山創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

充填系統(tǒng);溢流水處理;全尾砂充比;臨時尾礦庫

0 前言

鄭家坡鐵礦位于山東省昌邑市，距萊州灣僅25 km，礦體全部由第四系地層覆蓋，第四系含水層厚大、含水豐富。礦體厚度約 1.14～21.01 m，走向1700 m，寬度約200 ～600 m，礦體傾角0°～40°，最大埋深342 m，最小埋深40 m，礦石資源儲量2646萬t，全礦床平均品位29.61%，設(shè)計年生產(chǎn)能力80萬t。

鄭家坡鐵礦屬典型的淺埋大面積礦床。采用充填采礦法時，充填倍線大、范圍廣。在充分考慮礦山開采技術(shù)條件及國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，決定采用集中建站、自流輸送為主，泵壓輔助輸送的全尾砂結(jié)構(gòu)流膠結(jié)充填工藝。礦山選場全尾砂經(jīng)濃縮后由渣漿泵泵送至尾砂倉倉頂，經(jīng)倉頂緩沖裝置和溢流裝置后，邊進(jìn)砂，邊沉降，當(dāng)進(jìn)砂量達(dá)到砂倉體積80%時，停止進(jìn)砂，排掉上部清水后進(jìn)行造漿并將尾砂漿放至雙軸攪拌機(jī)+高速攪拌機(jī)中進(jìn)行攪拌，再輸送至井下充填。

1 溢流水處理方案選擇

充填站采用同時進(jìn)砂和溢流，通過緩沖裝置和溢流裝置濃縮，溢流水依然具有一定濃度。根據(jù)礦山生產(chǎn)調(diào)試，當(dāng)全尾砂進(jìn)砂濃度25%時，溢流濃度約3%～4%，因此，直接供選場生產(chǎn)用水必影響選礦指標(biāo)。礦山已有永久大尾礦庫，并已鋪設(shè)好尾砂輸送管和回水管各2條，尾礦輸送管由濃密池經(jīng)充填站旁至永久大尾礦庫。在距離礦山不到2 km處有一廢棄采坑，作為礦山的臨時尾礦庫。根據(jù)選礦、充填工藝，選場、充填站、尾礦庫之間的關(guān)系，提出以下5種方案。

(1)充填站溢流水直接排往尾礦庫，經(jīng)沉降后再將清水輸送至選礦廠供選礦使用。

(2)將溢流水自流排往充填站新建濃密池中，經(jīng)濃縮后，清水直接供選礦廠使用，底流排往尾礦庫。

(3)直接排往選場濃縮池。

(4)選場尾礦不經(jīng)濃密直接輸送至尾砂倉，經(jīng)過沉降溢流后進(jìn)行充填，溢流水排往選場的濃密池中進(jìn)行濃縮，濃密池中的清水直接供選場使用，底流排往尾礦庫。

(5)溢流水直接排往礦山臨時尾礦庫中。

方案(2)需新建1個濃密池處理溢流水，需要場地200 m2，增加濃密池、泵和管道的投資約100萬元，投資較大，建設(shè)時間長，且礦山新建濃密池場地不夠，不予采納。方案(3)將選場尾砂自流至濃密池中濃縮，底流輸送至充填站，充填站溢流水再排往選場濃密池中，直觀上，實(shí)現(xiàn)了無尾排放，節(jié)約了投資和運(yùn)營成本，但尾砂中的細(xì)顆粒懸浮物在充填站和濃密池中循環(huán)，導(dǎo)致濃密池處理量加大，處理能力達(dá)不到設(shè)計要求，導(dǎo)致清水達(dá)不到選礦用水要求，影響選礦指標(biāo)，從而影響整個礦山流程。方案(1)、(4)、(5)技術(shù)可行，對礦山充填、選礦、尾礦濃縮、回水沒無影響，現(xiàn)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，見表1。

經(jīng)以上比較，利用礦山臨時尾礦庫雖然投資較高(主要是管道費(fèi)用)，服務(wù)年限短，但折合每噸尾砂的處理成本低。充填溢流濃度相對進(jìn)砂濃度低，尾砂利用率高。且礦山輸送采用渣漿泵、故障率低、維護(hù)簡單。因此，采用方案(5)，充填站進(jìn)砂采用濃密池底流，砂倉溢流水直接排往礦山臨時尾礦庫。

表1 礦山充填站溢流水處理方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

2 鄭家坡鐵礦充填系統(tǒng)的應(yīng)用

礦山在充填系統(tǒng)建設(shè)前，已采出礦石25萬t，形成近8萬m3空區(qū)。而礦山品位較高，入磨選比為2.6，除去10%的拋尾，尾砂產(chǎn)率僅為56%。根據(jù)礦山充填材料試驗(yàn)和充填調(diào)試結(jié)論，采空區(qū)全尾砂膠結(jié)充填充比為1.40，即1 m3礦石經(jīng)選礦后產(chǎn)生的尾砂可充填1.40 m3空區(qū)。除去溢流，全尾砂充比為1.20。就礦山目前的生產(chǎn)能力40萬t/a而言，填補(bǔ)8萬m3的空區(qū)需3.1 a時間，對于生產(chǎn)計劃、采場接替極為不利。

溢流水處理方案中考慮盡量降低溢流，同時回收部分溢流的尾砂，將其充填于井下空區(qū)。在礦山濃密池旁建溢流水泵站進(jìn)料池，上部有一管道至濃密池中心，底部連接渣漿泵，其余密封。充填站的溢流水自流至進(jìn)料池，由底部的渣漿泵泵送至礦山臨時尾礦庫。當(dāng)濃密池的處理能力有富余或溢流水泵送系統(tǒng)有故障時，溢流水通過壓力自流至濃密池。該方案增加了進(jìn)入充填的尾砂量，為礦山盡早充滿采空區(qū)創(chuàng)造條件，同時減少了溢流量。根據(jù)測算，實(shí)際整體溢流濃度約2%，采空區(qū)全尾砂膠結(jié)充填尾砂充比為1.29，填補(bǔ)8萬 m3的空區(qū)縮短為2.1 a，更有利于礦山生產(chǎn)調(diào)節(jié)、礦山安全。同時，礦山的臨時尾礦庫服務(wù)年限可延長6 a。充填站溢流水處理工藝如圖1所示。

圖1 充填站溢流水處理工藝示意

3 結(jié)論

鄭家坡鐵礦充填可有效保護(hù)礦體上部第四系含水層，實(shí)現(xiàn)多層礦體組合回采，降低貧化損失。礦山采用了靈活的溢流水處理方案，在前期可充分利用全尾砂充填采空區(qū)，保證采場接替和安全，使礦山按原計劃順利達(dá)產(chǎn)，比原方案縮短0.5 a。同時，減少排廢，使臨時尾礦庫服務(wù)年限延長6 a，節(jié)約土地3000 m2，其經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著，為同類礦山充填溢流水處理提供借鑒。

[1] 姚中亮.全尾砂結(jié)構(gòu)流體膠結(jié)充填的理論與實(shí)踐[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2006，26(10):16 －18.

[2] 長沙礦山研究院采礦工程中心.鄭家坡鐵礦井下開采綜合技術(shù)研究－充填系統(tǒng)與充填工藝研究報告[R].長沙:長沙礦山研究院，2010.

2011－04－07)

劉桂卿(1957－)，男，河北人，工程師，主要從事礦山技術(shù)與管理工作。