謙比希銅礦主礦體排泥系統優化改造與管理*

蔣先堯，董大元，郭偉濤，范恒達，姚 松

(1.中色非洲礦業有限公司， 贊比亞 基特韋 22592; 2.東方地球物理公司, 河北 啄洲市 072751)

0 引 言

多年來，井下排泥一直是困擾泥沙較多的金屬礦山生產的問題，尤其是隨著礦山開采深度的增加，排水排泥是決定著礦山安全高效開采的一大因素[1-7]。

中色非洲礦業有限公司是有色行業最早走出海外并成功開發運營礦山的企業，主要從事銅礦開發。謙比希銅礦主礦體礦脈含水層多，井下涌水量大，根據近年來的水量監測數據得出其平均涌水量為53364 m3/d。目前，主礦體最深中段為878 m，采礦方法主要為進路充填采礦法和無底柱分段崩落法[8-9]。崩落法崩落區與礦體上盤主含水層貫通，由于礦體疏干進度較礦體回采下降速度慢，礦體降水漏斗曲線隨著回采分段崩落區一起下降，導致地下水受采礦影響，污染特別嚴重。水質監測數據顯示涌水平均含泥沙7‰左右，通過計算每天需要從井下清理出的泥沙達370 m3。對泥沙取樣進行成分分析，含沙比例約占65%。如果泥沙不及時排除，對生產經營會造成很大影響。

(1) 大量泥沙沉淀堆積占用井下水倉容積，給井下安全生產帶來安全隱患；

(2) 清泥作業強度大，效率低，管理困難，清理作業成本高；

(3) 大量泥沙通過井下水泵排出，對水泵磨損較大，備品、備件消耗量大;

(4) 贊比亞是個制造業欠發達的國家，設備、物資基本依賴進口，礦山每年在排水方面投入大量資金。

因此，為保證井下生產安全，提高礦山生產效率，降低成本，需解決井下排泥中的一系列問題。

1 井下排泥現狀

礦山排泥系統由沉淀系統和排泥系統兩部分組成，目前900 m有兩套排泥方案。

(1) 豎流沉淀方案。采用現有的污水倉和清水倉沉淀系統，通過污水倉沉淀池沉淀，污水倉堆滿泥沙后更換污水倉，通過人工造漿，利用潛污泵將污水倉泥漿泵送至948 m泥漿攪拌槽，使用油隔離泥漿泵輸送至400 m排泥系統。但沉淀池損壞較嚴重，已經無法實現豎流沉淀效果。水倉容積有限，一周左右時間污水倉便失去沉淀功能，大量泥沙通過溢流槽流至清水倉，進入排水泵，導致排水泵磨損嚴重，嚴重影響排水系統正常運行。同時污水倉清理工作需要大量人力和時間，工作時間長，清理難度大，潛污泵損壞快，往往另外兩個污水倉已滿，第一個污水倉尚未完成清理。

(2) 平流式沉淀方案。900 m平流式沉淀池利用既有100 m廢棄巷道，由進水口、沉淀區和出水口3個部分組成，進水口和出水口分別布置在沉淀池的兩端，中間部分為沉淀區，沉淀的泥沙存儲在池底。進水口設置擋板，使水流均勻分布在沉淀池全寬的橫截面上。出水口采用溢流堰，保證沉淀后的澄清水均勻流出。當沉淀區泥量較多時,關閉進水閥門,利用鏟運機進行清泥。沉淀效果較差，清理時間較長，且鏟運機容易損壞，維修費用高，影響排泥。如圖2所示。

圖1 900中段排水排泥系統

圖2 平流式沉淀方案

2 排泥系統改造思路

2.1 改造思路

針對主礦體涌水量大，含泥沙多，現有設施及排泥工藝無法滿足主礦體排泥的關鍵問題，提出了如下改造思路。

(1) 通過優化沉淀池系統，提高污水倉沉淀效果，實現連續排泥；

(2) 針對排泥管路易堵塞的問題，設置防堵塞設施，保證排泥系統通暢，保障污水倉排泥；

(3) 疏通優化排泥管路，利用現有造漿池，并加裝一臺柱塞泵，提高排泥效率；

(4) 加強各環節控制和管理，建立標準作業規范。

2.2 連續排泥

現有污水倉損壞較嚴重，部分鋼結構已損壞，水倉底部堵塞，只能當做平流式沉淀使用，不能滿足沉淀效果。通過修復現有污水倉，加固沉淀池中的鋼結構，優化沉淀流程，實現豎流式沉淀功能，水流由設在池中心的進水管分八條管路沿水池外部的隔水板外側以45°角自上而下進入池內，使污水在池中均勻分布后沿隔水板內側緩慢上升，泥沙等沉降進入池底錐形沉泥斗中，澄清水從隔水板內側上升，沿設置在池上部的溢流堰流出，同時堰前設擋板及浮渣槽以截留浮渣保證出水水質；沉淀物通過池底部排泥管靠靜水壓將泥排出，通過調節排泥閥門開度，可實現污水倉連續排泥。

通過優化沉淀系統，提高污水倉沉淀效果，實現連續排泥。

2.3 污水倉防堵措施

為了保證排泥系統通暢，實踐中主要采取了“兩通一防”的措施。在沉淀池進水口孔至倉底排泥管道安裝一條4寸沖洗管，定期用高壓水疏通池底排泥管路；沉淀池底部安裝鼠籠式過濾，避免掉落大塊進入排泥管路，減少排泥管路堵塞風險；在沉淀池底部安裝緊急排放水槽及管路，在堵塞情況下可快速排出堵塞泥沙，保證污水倉安全運行。

通過采取以上3種防堵塞措施，排泥系統的堵塞次數大大減少，基本保證了排泥系統通暢，保障了污水倉排泥。

2.4 提高排泥效率

對原有污水倉下部至排泥泵房管路進行疏通，對管路布置進行優化，同時加裝二級控制閥門，保證管路安全及順暢；更新柱塞泵一臺，實現兩泵一用一備，確保排泥系統連續排泥。污水倉倉底結構如圖3所示。

通過疏通優化排泥管理和加裝柱塞泵實現連續排泥，排泥效率明顯提高。

圖3 污水倉倉底結構

2.5 實現作業流程標準化

根據排泥流程和設備運行情況建立了各項作業的工作規范，并在實際運行中修訂完善，使之標準化，并徹底的貫徹執行。建立了排泥操作工作的造漿、排泥、防堵沖洗等流程作業規范，并根據水質監測及水量大小定時定量完成排泥任務。建立了設備

點檢及管路檢查規范，每日安排固定人員對排泥設備進行保養，對管路進行檢查，并對易堵、易漏區域進行重點盤查，確保連續排泥過程通暢。

2.6 提高技術管理水平

項目實施成敗的關鍵在于過程控制。為此，推行全過程質量控制管理辦法，從源頭抓起，構筑多層次沉淀池，控制水質。在每一環節都設有專人負責，定期跟蹤與監督管理；建立全過程管理臺賬，開展質量統計工作，掌握沉淀及排泥動態效果，通過分析找出原因，以便采取預防措施和改進措施，全面提高管理水平。

2.7 實施設備設施預維護

根據設備及設施易損部件消耗損壞情況，定期提前對排泥泵易損部件，管路易漏管段，閥門易漏密封等進行更換，避免出現因設備設施故障導致排泥問題，減少因故障帶來的堵管、沉淀池壓實等風險。

3 改造實施效果

通過對排泥系統優化改造與加強管理，取得了如下的效果。

(1) 徹底解決了困擾生產，影響生產的排水排泥問題，為礦山提高生產效率和產量排除了一大不利因素，消除了生產安全隱患。

(2) 由于現有沉淀系統及排泥系統的完善，可實現連續排泥，極大降低了清泥作業強度，提高了工作效率，減少了每年清理污水倉費用。

(3) 通過優化改造，排水排泥系統全部疏通，排泥系統運行正常。通過沉淀及排泥系統的完善，沉淀效果得以改善，顆粒含量降低，排水含泥量大大減少，減少了對水泵的磨損，水泵平均壽命提高50%以上。

參考文獻：

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