白音查干多金屬礦全尾砂膏體充填與膏體堆存聯(lián)合處置系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)

郭 雷，王會(huì)來(lái)，孫學(xué)森，周積果(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

應(yīng)用研究·有色礦山·

白音查干多金屬礦全尾砂膏體充填與膏體堆存聯(lián)合處置系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)

郭 雷，王會(huì)來(lái)，孫學(xué)森，周積果
(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

尾砂膏體充填和膏體堆存具有安全、高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。在中國(guó)近年來(lái)尾砂膏體充填技術(shù)發(fā)展迅速，多個(gè)礦山先后建成尾砂膏體充填系統(tǒng)并投入運(yùn)行；尾砂膏體堆存技術(shù)處于起步階段，規(guī)模化礦山中僅有2座膏體堆存系統(tǒng)在運(yùn)行；目前尚無(wú)礦山建成全尾砂膏體充填與膏體堆存聯(lián)合處置系統(tǒng)。由中國(guó)恩菲承擔(dān)總體設(shè)計(jì)的白音查干多金屬礦目前正式投產(chǎn)，創(chuàng)建了國(guó)內(nèi)首座全尾砂膏體充填與膏體堆存聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)。本文介紹了該系統(tǒng)工藝流程、工藝設(shè)施設(shè)計(jì)和建設(shè)情況。

膏體充填； 膏體堆存； 充填法； 尾砂

1 前言

尾砂膏體充填和膏體堆存具有安全、高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在礦業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家被廣泛認(rèn)可并應(yīng)用。中國(guó)恩菲于20世紀(jì)90年代初開(kāi)始在國(guó)內(nèi)進(jìn)行膏體充填技術(shù)的研究與應(yīng)用[1]，先后在金川鎳礦、銅綠山銅礦、會(huì)澤鉛鋅礦、冬瓜山銅礦和贊比亞謙比西銅礦等礦山建成膏體充填系統(tǒng)并投入運(yùn)行，該技術(shù)在我國(guó)得到迅速發(fā)展。目前，我國(guó)尾砂膏體堆存技術(shù)仍處于起步階段，在運(yùn)行尾礦膏體堆存系統(tǒng)的規(guī)模化礦山主要有烏奴格吐山銅鉬礦和包頭白云鄂博西礦。

白音查干多金屬礦地處內(nèi)蒙古西烏珠穆沁旗，礦區(qū)以殘山丘陵與準(zhǔn)平原草原景觀區(qū)為主，植被較發(fā)育，覆蓋程度較高。礦體為多金屬礦，主要含有鉛、鋅、銀、銅、錫等。2014年6月，中國(guó)恩菲完成該礦初步設(shè)計(jì)，隨后開(kāi)展施工圖設(shè)計(jì)，同年開(kāi)始建設(shè)。2016年9月，礦山基建完成，目前已正式投產(chǎn)。設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為5 000t/d，分兩個(gè)系統(tǒng)，鉛鋅系統(tǒng)2 500t/d，銅錫系統(tǒng)2 500t/d，采用地下開(kāi)采方式，主斜坡道開(kāi)拓，分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法和上向水平分層充填采礦法，全尾砂膏體充填和膏體堆存。

礦石由卡車(chē)經(jīng)斜坡道運(yùn)出地表，卸載到粗碎站，經(jīng)初碎后由膠帶運(yùn)至選廠(chǎng)粗礦倉(cāng)。選礦工藝流程為：鉛鋅系統(tǒng)采用半自磨工藝(SAB)+鉛鋅優(yōu)先浮選工藝+兩段脫水工藝；銅錫系統(tǒng)采用半自磨工藝(SAB)+銅鉛混浮+銅鉛分離浮選+鋅硫混浮+鋅硫分離浮選+錫石四段重選+錫石浮選+兩段脫水流程。

2 全尾砂膏體充填系統(tǒng)

礦區(qū)地表主要為林地和牧民的草場(chǎng)，對(duì)生態(tài)和環(huán)境保持的要求高，適合膏體充填技術(shù)的應(yīng)用。

全尾砂膏體充填系統(tǒng)包括膏體制備、輸送和采場(chǎng)充填。選礦廠(chǎng)生產(chǎn)的全部尾砂送至充填攪拌站，經(jīng)充填攪拌站內(nèi)的深錐濃密機(jī)濃縮后，制備合格的充填料漿，通過(guò)濃料輸送泵送至井下采場(chǎng)空區(qū)進(jìn)行充填。

充填設(shè)施主要包括地面充填攪拌站、充填鉆孔和輸送管路等。充填攪拌站主要設(shè)施及設(shè)備包括尾砂濃縮設(shè)備、水泥倉(cāng)、水泥給料設(shè)備、兩級(jí)臥式攪拌機(jī)和濃料輸送泵。

圖1 膏體制備系統(tǒng)圖

2.1 膏體制備和輸送

充填攪拌站共設(shè)2臺(tái)深錐濃密機(jī)和3套充填料漿制備及輸送系統(tǒng)，由φ14m深錐濃密機(jī)2臺(tái)、水泥倉(cāng)3座、微粉秤3臺(tái)、雙軸葉片攪拌機(jī)3臺(tái)、雙螺旋攪拌機(jī)3臺(tái)、濃料輸送泵3臺(tái)及相應(yīng)配套的儀表監(jiān)控系統(tǒng)組成。正常生產(chǎn)時(shí)，2臺(tái)深錐濃密機(jī)同時(shí)工作，料漿制備及輸送系統(tǒng)2套工作1套備用。每套均可用于全尾砂膠結(jié)充填和非膠結(jié)充填。每套系統(tǒng)添加水、水泥和尾砂量均可調(diào)節(jié)。

深錐濃密機(jī)單套制備能力80～100m3/h。每臺(tái)深錐濃密機(jī)底部設(shè)2臺(tái)底流泵，正常生產(chǎn)時(shí)底流泵1臺(tái)工作1臺(tái)備用，最大時(shí)，1臺(tái)深錐濃密機(jī)2臺(tái)底流泵工作，另1臺(tái)深錐濃密機(jī)1臺(tái)底流泵工作。濃料輸送泵往井下輸送充填料漿時(shí)，管道輸送最大壓力為12MPa。膏體制備系統(tǒng)見(jiàn)圖1。

充填鉆孔3條，兩個(gè)工作一個(gè)備用，鉆孔為垂直鉆孔，直徑φ350mm。充填鉆孔內(nèi)敷設(shè)套管，套管外采用水泥砂漿封填，套管選擇雙金屬?gòu)?fù)合耐磨管，φ內(nèi)=167mm，直徑φ外=219mm，壁厚δ=26mm(其中耐磨層厚18mm)，充填料漿流速按1m/s考慮。平巷中充填管選用陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管，φ外=194mm，壁厚δ=12mm。采場(chǎng)內(nèi)敷設(shè)的充填管選用樹(shù)脂管，規(guī)格與陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管配套。充填料漿經(jīng)充填鉆孔泵送到充填回風(fēng)中段，經(jīng)充填平巷到達(dá)各充填采場(chǎng)。井下充填系統(tǒng)見(jiàn)圖2。

2.2 采場(chǎng)充填

(1)分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法。采場(chǎng)出礦完畢，集中進(jìn)行充填作業(yè)。一步驟采場(chǎng)采用全尾砂膠結(jié)充填，底部和頂部4～6m各采用灰砂比1∶4的膠結(jié)充填，中間采用灰砂比1∶10的膠結(jié)充填。二步驟采場(chǎng)底部和頂部4～6m各采用灰砂比1∶4的膠結(jié)充填，中間采用全尾砂非膠結(jié)充填。分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V方法見(jiàn)圖3。

圖2 井下充填系統(tǒng)圖

圖3 分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V方法圖

(2)上向水平分層充填采礦法。每一中段的首采分層膠結(jié)充填4～6m高，灰砂比為1∶4。其他分層充填4m高，其中底部非膠結(jié)充填3.7m厚，其上再充填0.3m厚、灰砂比為1∶4的膠結(jié)面層。上向水平分層充填采礦方法見(jiàn)圖4。

圖4 上向水平分層充填采礦方法圖

3 全尾砂膏體堆存系統(tǒng)

礦區(qū)干旱少雨且蒸發(fā)量大，適合尾礦膏體堆存技術(shù)的應(yīng)用。全尾砂膏體堆存系統(tǒng)包括膏體制備、輸送和排放。選礦廠(chǎng)排出的全部尾礦礦漿經(jīng)深錐濃密機(jī)濃縮，濃縮后的膏體尾礦經(jīng)尾礦輸送泵站和管道輸送至尾礦庫(kù)進(jìn)行膏體堆存。

3.1 膏體制備和輸送

設(shè)有一個(gè)尾礦輸送泵房，將膏體尾礦輸送至尾礦庫(kù)。尾礦輸送泵房?jī)?nèi)設(shè)有1臺(tái)礦漿貯槽，配有攪拌裝置；設(shè)有2臺(tái)離心式喂料泵，1用1備，其主要技術(shù)參數(shù)為：Q=200m3/h，H=40m；設(shè)有2臺(tái)隔膜泵，1用1備，其主要技術(shù)參數(shù)為：Q=200m3/h，P=8.0MPa，每臺(tái)隔膜泵設(shè)變頻調(diào)速。

尾礦輸送泵站至尾礦庫(kù)之間設(shè)有2條DN200尾礦輸送管道，兩條交替使用，每條管道長(zhǎng)約7 000m。一條管道為陶瓷復(fù)合鋼管，一條管道為無(wú)縫鋼管。管道地表敷設(shè)，管道外部設(shè)電伴熱及10cm厚聚氨酯泡沫塑料保溫層。尾砂膏體制備及輸送工藝流程見(jiàn)圖5。

3.2 膏體排放

尾礦庫(kù)位于選廠(chǎng)東南直線(xiàn)距離約4.3km處的溝谷，尾礦設(shè)施的平面布置見(jiàn)圖6。尾礦庫(kù)周邊筑壩，匯水面積約為1.02km2，占地面積約為1 850畝，可形成總庫(kù)容約1 427.1萬(wàn)m3。尾礦庫(kù)進(jìn)行全庫(kù)防滲。

尾礦排放采用庫(kù)尾放礦和周邊放礦型式進(jìn)行集中輪流放礦。在北壩、東壩、東南壩和西南壩上設(shè)有兩條放礦主管，互為備用，輪流使用。放礦主管上設(shè)置放礦支管，兩根相鄰放礦支管間距為100m。放礦支管輪流使用，以確保庫(kù)內(nèi)堆存的尾礦均勻上升，每次放礦使用1根放礦支管。

4 全尾砂膏體聯(lián)合處置系統(tǒng)

4.1 方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

對(duì)尾砂膏體充填和堆存方案進(jìn)行了詳細(xì)研究，選擇兩種方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。方案Ⅰ：尾砂膏體充填系統(tǒng)和膏體堆存系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置；方案Ⅱ：尾砂膏體充填與膏體堆存系統(tǒng)聯(lián)合設(shè)置。兩種方案的經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)表1。

可比投資部分，方案Ⅰ較方案Ⅱ高1 802萬(wàn)元；可比經(jīng)營(yíng)成本，方案Ⅰ較方案Ⅱ高52萬(wàn)元；計(jì)算的費(fèi)用現(xiàn)值，方案Ⅰ為5 643萬(wàn)元，方案Ⅱ?yàn)? 349萬(wàn)元，方案Ⅰ較方案Ⅱ高2 294萬(wàn)元。

從比較的結(jié)果來(lái)看，方案Ⅱ較方案Ⅰ投資少，經(jīng)營(yíng)成本低，費(fèi)用現(xiàn)值小，在經(jīng)濟(jì)上占優(yōu)。

圖5 尾砂膏體制備及輸送工藝流程示意圖

圖6 尾礦設(shè)施平面布置圖

經(jīng)比較，設(shè)計(jì)推薦全尾砂膏體聯(lián)合處置系統(tǒng)。

4.2 系統(tǒng)簡(jiǎn)述

選礦廠(chǎng)生產(chǎn)的全部尾砂送至充填攪拌站，經(jīng)充填攪拌站內(nèi)的深錐濃密機(jī)濃縮，生產(chǎn)需要時(shí)，制備合格的充填料漿，通過(guò)濃料輸送泵送至井下采場(chǎng)空區(qū)進(jìn)行充填；當(dāng)采場(chǎng)不進(jìn)行充填作業(yè)時(shí)，選礦廠(chǎng)排出的全部尾礦經(jīng)深錐濃密機(jī)濃縮后輸送至尾礦輸送泵房?jī)?nèi)的礦漿貯槽中，經(jīng)過(guò)喂料泵輸送至隔膜泵，再由隔膜泵及管道輸送至尾礦庫(kù)進(jìn)行膏體堆存。全尾砂膏體聯(lián)合處置系統(tǒng)見(jiàn)圖7。

4.3 系統(tǒng)建設(shè)情況

2015年開(kāi)始施工建設(shè)充填攪拌站和尾礦輸送泵站，2016年9月建設(shè)完成，2017年2月投產(chǎn)，目前已正式生產(chǎn)。

表1 尾砂膏體充填和堆存方案比較

圖7 全尾砂膏體聯(lián)合處置系統(tǒng)示意圖

選廠(chǎng)產(chǎn)生的尾砂較細(xì)，尾砂粒度分析見(jiàn)表2。深錐濃密機(jī)底流濃度為55%～61%，底流濃度達(dá)到61%時(shí)，尾砂料漿形成膏體，見(jiàn)圖8。

表2 尾砂粒度分析表

圖8 底流濃度61%時(shí)的尾砂料漿狀態(tài)

5 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)恩菲在白音查干多金屬礦創(chuàng)新性設(shè)計(jì)了全尾砂膏體充填與膏體堆存聯(lián)合處置系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)一年半時(shí)間，全尾砂膏體聯(lián)合處置系統(tǒng)建設(shè)完成，建設(shè)過(guò)程順利，運(yùn)行穩(wěn)定。通過(guò)系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行，表明本系統(tǒng)設(shè)計(jì)完善，應(yīng)用可靠，對(duì)類(lèi)似礦山采用膏體充填與膏體堆存的設(shè)計(jì)和建設(shè)具有一定的借鑒意義。

[1] 于潤(rùn)滄.我國(guó)充填工藝創(chuàng)新成就與尚需深入研究的課題[J].采礦技術(shù),2011,(7):1-3.

Design and construction of combined total tailings paste filling and paste stockpiling system in Baiyinchagan polymetallic mine

Tailings paste backfilling and paste stockpiling have the advantages of safety, high efficiency, energy saving and environmental friendliness. In China, tailings paste backfilling technology has developed rapidly and tailings paste backfilling systems have been established in many mines in recent years. But paste stockpiling technology is still in the early stage and only two paste stockpiling systems are in the operation in large-scale mines in China. There are no combined paste filling and paste stockpiling system in use in China. Baiyinchagan mine, designed by China ENFI, has established the first combined paste backfilling and paste storage system in China and has put the system into operation at present. This paper introduced the process, facilities design and construction of the system.

paste filling; paste stockpiling; filling method; tailings

TD853.34

A

郭 雷(1979-)，男，河南平頂山人，高級(jí)工程師，從事與礦山相關(guān)的咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)和研究工作。