某礦山尾礦輸送工程多種工況設(shè)計

〔摘 要〕介紹了某礦山企業(yè)為符合“無尾礦山”“綠色礦山”的環(huán)保政策，根據(jù)尾礦庫庫容有限、尾礦處理能力無法滿足生產(chǎn)發(fā)展需求的生產(chǎn)現(xiàn)狀，對原有的礦山尾礦輸送工程進(jìn)行的改擴(kuò)建設(shè)計實踐。該礦根據(jù)尾礦的不同去處設(shè)計了尾礦輸送的不同工況，并通過對尾礦輸送參數(shù)的計算與分析，結(jié)合現(xiàn)有可利舊設(shè)備情況，進(jìn)行了設(shè)備選型。改造后的尾礦輸送系統(tǒng)能與企業(yè)生產(chǎn)能力相匹配，同時又實現(xiàn)了尾礦綜合利用的目標(biāo)，有效節(jié)省了尾礦庫庫容，為企業(yè)實現(xiàn)傳統(tǒng)礦業(yè)向現(xiàn)代化生態(tài)礦業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供技術(shù)支持。

〔關(guān)鍵詞〕尾礦輸送；充填站；尾礦庫

中圖分類號：TD952;TD９２９.4? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號：1004-4345（2023）05-0005-04

Design of Multiple Working Conditions for Tailings Conveying Project of a Certain Mine

TANG Fenfen

（China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Nanchang， Jiangxi 330038， China）

Abstract? This paper introduces the environmental policy of a certain mine enterprise to comply with the "mine without tailings" and "environmental-friendly mine". Based on the limited capacity of tailings storage and the inability to meet the production development need of tailings processing capacity， the design practice of renovation and expansion of the original mine tailings conveying project was carried out. The mine has designed different operating conditions for tailings conveying based on the different destinations of tailings， and the equipment was selected based on calculation and analysis of tailings conveying parameters and the condition of existing reusable old equipment. After renovation， the tailings conveying system can match the production capacity of the enterprise， while also achieving the goal of comprehensive utilization of tailings， effectively saving the storage capacity of tailings storage， and providing technical support for the enterprise to achieve the transformation and upgrading from traditional mining industry to modern ecological mining industry.

Keywords? tailings conveying; filling station; tailings storage

隨著國家“綠水青山”理念的提出與實踐，國內(nèi)有色金屬礦山的綠色礦山建設(shè)越來越受到關(guān)注。綠色礦山建設(shè)的重要內(nèi)涵是尾礦不入庫、廢石不出坑，廢水不外流。其中“尾礦不入庫”隨著尾礦充填技術(shù)的日益成熟，多數(shù)礦山企業(yè)都通過將尾礦進(jìn)行充填得以實現(xiàn)。然而，新建尾礦庫審批困難、當(dāng)前尾礦壓濾處置成本高等也是礦山企業(yè)進(jìn)行尾礦充填時所普遍面臨的問題。為響應(yīng)國家相關(guān)環(huán)保政策，踐行建設(shè)“無尾礦山”的理念，山東某企業(yè)在萊州某生產(chǎn)基地的規(guī)劃中提出了尾礦綜合利用的建設(shè)設(shè)想，以滿足企業(yè)降低尾礦處置成本，達(dá)到無尾無廢排放目標(biāo)，實現(xiàn)可持續(xù)循環(huán)發(fā)展的需求。

1? ?工程概述

如前所述，萊州基地面臨現(xiàn)有尾礦庫庫容嚴(yán)重不足和現(xiàn)有尾礦壓濾處理能力不足的雙重問題。該礦西尾礦庫和現(xiàn)有尾礦庫新增部分均為干式尾礦庫，為保證后續(xù)正常生產(chǎn)的順利進(jìn)行，使尾礦既能滿足充填站的生產(chǎn)需要，又能對尾礦進(jìn)行綜合利用，或達(dá)標(biāo)排尾，該礦擬對尾礦輸送系統(tǒng)按照多種工況進(jìn)行改造。

本次改擴(kuò)建工程設(shè)計礦石規(guī)模為8 kt/d，尾礦產(chǎn)率為95.53%。選礦車間產(chǎn)出尾礦為7 642 t/d，尾礦濃度為45%，礦石密度約為2.65 t/m3，尾礦堆密度為1.39 t/m3，尾礦D85為0.18 mm，全尾砂尾礦加權(quán)平均粒徑為0.07 mm。

2? ?現(xiàn)有尾礦輸送系統(tǒng)存在問題

該礦山目前的尾礦去處主要為現(xiàn)有充填站、尾礦庫和壓濾車間，但現(xiàn)有的尾礦處理能力已無法滿足生產(chǎn)需求，主要存在的問題有以下幾點：1）現(xiàn)有尾礦壓濾能力不足。該礦目前尾礦生產(chǎn)規(guī)模約5 kt/d，而使用現(xiàn)有充填分級尾砂時，產(chǎn)量約3 kt/d；使用浮選全尾砂時，產(chǎn)量約4 kt/d。綜合處理能力約3.4 kt/d，不能滿足該礦現(xiàn)狀目前5 kt/d的尾礦生產(chǎn)規(guī)模，已影響到現(xiàn)有尾礦庫的安全運行。2）該礦山計劃兩年內(nèi)還將形成新的采礦產(chǎn)能，其中選礦系統(tǒng)規(guī)劃的10 kt/d破碎系統(tǒng)和磨礦分級及其配套浮選系統(tǒng)也已經(jīng)開工建設(shè)，屆時選礦處理量和尾礦量都將大幅增加。3）目前，該礦的尾礦處理方式為壓濾干排后用于土地治理項目。一方面，尾礦壓濾處置成本高，給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)壓力；另一方面，將尾礦用于土地治理項目并未將尾礦消化，而僅僅是改變了尾礦的存儲地點，安全、環(huán)保隱患依舊存在，尾礦資源沒有得到充分回收利用。

基于以上原因，該礦山在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了尾礦綜合處理能力，并針對尾礦現(xiàn)狀和企業(yè)發(fā)展需求，設(shè)計了多種尾礦輸送工況，以下對多工況尾礦輸送系統(tǒng)改造設(shè)計進(jìn)行分析。

3? ?多工況尾礦輸送系統(tǒng)改造設(shè)計

3.1? 尾礦輸送系統(tǒng)改造設(shè)計原則

本次尾礦輸送系統(tǒng)改造設(shè)計原則包括：1）工藝先進(jìn)、技術(shù)合理，確保尾礦輸送系統(tǒng)能適應(yīng)在正常充填、不充填等多種因素影響下的不同礦漿濃度和粒度，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。2）力保安全，力爭環(huán)保，選用低能耗設(shè)備，緊緊圍繞“綠色礦山”建設(shè)，確保達(dá)到節(jié)能減排的效果。3）設(shè)備大型化，自動化水平一流，減少崗位人員設(shè)置，增設(shè)尾礦泄露監(jiān)測裝置，確保輸送過程安全。4）布局整齊，輸送設(shè)備和管路便于后期維護(hù)。

3.2? 尾礦輸送設(shè)計工況分析

選廠尾礦設(shè)計分別有現(xiàn)有尾礦庫、新建充填站以及新建尾礦綜合利用車間3個去向，需要根據(jù)不同的工況分配不同的去處后進(jìn)行泵送。結(jié)合生產(chǎn)以及環(huán)保的綜合要求，設(shè)計了4種輸送工況。

1）工況１。充填站工作時，選礦車間排出的全部尾礦由選廠的尾礦輸送泵送至250 m3/h瑪爾斯泵站（現(xiàn)有），再由250 m3/h瑪爾斯泵站接力送至充填站旋流器。尾礦分級后的粗砂全部用于井下充填，細(xì)砂由充填站設(shè)置的尾礦輸送泵送至尾礦綜合利用車間。在本工況中，選礦車間至充填站旋流器的現(xiàn)狀輸送設(shè)備及管道均可滿足要求，故設(shè)計內(nèi)容為將充填站旋流器分級后的細(xì)砂泵至尾礦綜合利用車間的設(shè)備及管道。工況1尾礦輸送流程見圖1。

2）工況２。井下充填工作、尾礦綜合利用（紅布綜合利用車間）不工作時，選礦車間排出的全部尾礦由選廠的尾礦輸送泵送250 m3/h瑪爾斯泵站，再由250 m3/h瑪爾斯泵站接力送至充填站旋流器。尾礦分級后的粗砂全部用于井下充填，細(xì)砂由充填站新建尾礦輸送泵站送至280 m3/h瑪爾斯泵站（現(xiàn)有），再由280 m3/h瑪爾斯泵站的現(xiàn)有設(shè)備及管道將細(xì)砂送至尾礦庫。工況2尾礦輸送流程見圖2。

3）工況3。井下不充填，紅布礦區(qū)綜合利用工作時，選礦車間排出的全部尾礦由選廠的尾礦輸送泵送至250 m3/h瑪爾斯泵站，再由250 m3/h瑪爾斯泵站接力送至新建充填站尾礦輸送泵站，全部尾礦由尾礦輸送泵送至紅布礦區(qū)綜合利用。工況3尾礦輸送設(shè)計流程見圖3。

4）工況4。井下不充填且紅布礦區(qū)綜合利用不工作時，選礦車間排出的全部尾礦由選廠的尾礦輸送泵送至280 m3/h瑪爾斯泵站，再由280 m3/h瑪爾斯泵站送至尾礦庫。工況4尾礦輸送設(shè)計流程見圖4。

從以上4種工況可看出，尾礦輸送設(shè)備在各種工況都有可以利舊的部分，充分體現(xiàn)了本次改造設(shè)計踐行節(jié)能的基本方針。本次設(shè)計利用了選礦浮選車間內(nèi)現(xiàn)有7臺尾礦輸送泵，在現(xiàn)有的250 m3/h瑪爾斯泵站及280 m3/h瑪爾斯泵站的廠房和泵池的基礎(chǔ)上，再新增部分輸送設(shè)備。

尾礦輸送系統(tǒng)改造設(shè)計內(nèi)容包含：1）新充填站內(nèi)尾礦輸送泵站以及輸送管線（含充填站至尾礦綜合利用及280 m3/h瑪爾斯泵站的管道輸送）設(shè)計；2）選廠250 m3/h瑪爾斯泵站設(shè)備選型；3）280 m3/h瑪爾斯泵站原有280 m3/h尾礦輸送泵利舊，再增設(shè)1臺同規(guī)模的尾礦輸送泵，與現(xiàn)有3條輸送管線匹配。

4? ?尾礦輸送參數(shù)分析

根據(jù)業(yè)主提供的試驗報告，在選廠8 kt/d的規(guī)模正常生產(chǎn)情況時，尾礦參數(shù)如下：選礦車間尾礦總量7 642 t/d，尾礦濃度為45%，尾礦礦石密度約為2.65 t/m3，尾礦堆密度為1.39 t/m3，尾礦D85為0.18 mm。

4.1? 尾礦流量計算[1-4]

根據(jù)上述基礎(chǔ)資料計算尾礦流量，礦漿流量根據(jù)式（1）計算：

式中：Qk為礦漿流量，m3/h；K為流量波動系數(shù)，本項目取0.9～1.1；W為尾礦干量，t/d；Eg為尾礦固體相對密度，t/m3；P為礦漿濃度，%。礦漿流量計算分析結(jié)果見表1。

4.2? 臨界管徑計算

在缺少以礦漿流變特性實驗為設(shè)計依據(jù)的前提下，根據(jù)礦漿流量試算臨界管徑DL，采用B.C.克諾羅茲公式，計算公式見式（2）。

式中：Qk為礦漿流量，m3/h；為尾礦相對密度修正系數(shù)，β =（Eg-1）/1.7；DL為臨界管徑，m；Cd為礦漿重量稠度的100倍。礦漿輸送管徑及流速計算分析結(jié)果見表2。

4.3? 輸送結(jié)論的分析

根據(jù)上述計算結(jié)果，工況1中尾礦輸送前段，全尾輸送礦漿濃度為45%左右，礦漿流量為0.128 ～0.156 m3/s，250 m3/h瑪爾斯泵站與新建充填站旋流器進(jìn)口高差為37 m，旋流器進(jìn)口壓力按照0.25 MPa計，全尾輸送距離L=550 m，利用現(xiàn)有DN250陶瓷管2根（無備用），全尾礦輸送泵（至充填站旋流器入口）的設(shè)計揚程約為95～105 m。工況1中尾礦輸送后段，細(xì)砂輸送礦漿濃度為40%，礦漿流量為0.072～0.088 m3/s，新充填站尾礦輸送泵站與紅布綜合利用尾礦開口進(jìn)料箱高差為32 m，細(xì)砂輸送泵的設(shè)計揚程約為95～118 m。則工況1所需的新增設(shè)施如下：1）全尾輸送泵3臺，兩用一備，設(shè)置在250 m3/h瑪爾斯泵站內(nèi)。渣漿泵單臺性能參數(shù)為：Q=280 m3/h，H=105 m，N=200 kW，變頻電機(jī)。2）細(xì)砂輸送泵（至尾礦綜合利用車間）2臺，一用一備，設(shè)置在充填站新建尾礦輸送泵房內(nèi)。渣漿泵單臺性能參數(shù)為：Q=320 m3/h，H=120 m，N=280 kW，變頻電機(jī)。3）細(xì)砂輸送管線（充填站至尾礦綜合利用車間）距離L=1 800 m，設(shè)計DN250陶瓷管2根（一用一備），單根長L=1 800 m。

工況2中尾礦輸送前段與工況1尾礦輸送前段相同。工況2尾礦輸送后段將充填站分級后的細(xì)砂送至280 m3/h瑪爾斯泵站，再由280 m3/h瑪爾斯泵站泵去尾礦庫。此階段輸送礦漿濃度為40%左右，礦漿流量為0.072～0.088 m3/s，新充填站尾礦輸送泵站與280 m3/h瑪爾斯泵站高差約5 m，細(xì)砂輸送距離L=550 m，細(xì)砂尾礦輸送泵（充填站至280 m3/h瑪爾斯泵站）揚程約為28～35 m，利用現(xiàn)有DN250陶瓷管1根（無備用），根據(jù)上述工況，所需的新增設(shè)施如下：細(xì)砂輸送泵（至280 m3/h瑪爾斯泵站）2臺（一用一備），設(shè)置在充填站新建尾礦輸送泵房內(nèi)。渣漿泵單臺性能參數(shù)：Q=320 m3/h，H=40 m，N=90 kW，變頻電機(jī)。

工況3中尾礦輸送前段與工況1及工況2尾礦輸送前段相同。工況3尾礦輸送后段將全尾礦送至尾礦綜合利用車間。此階段輸送礦漿濃度為45%左右，礦漿流量為0.128～0.156 m3/s，新充填站尾礦輸送泵站與尾礦綜合利用尾礦開口進(jìn)料箱高差為32 m，輸送距離L=1 800 m，輸送泵（至尾礦綜合利用）揚程約為90～108 m，可利用DN250陶瓷管2根。在節(jié)能的大前提下，綜合分析工況3的運行情況后，設(shè)計人員將工況1尾礦輸送后段的細(xì)砂輸送泵及管道開啟備用，同時作為工況3時的系統(tǒng)設(shè)施。

工況4也為全尾輸送礦漿，礦漿濃度為45%左右，礦漿流量為0.128～0.156 m3/s，280 m3/h瑪爾斯泵站與尾礦庫高差約為38 m，全尾輸送距離L=5 500 m，尾礦輸送泵揚程約為198～251 m，采用D260×10陶瓷管2根。

該系統(tǒng)已有2DNG-280/3.0瑪爾斯泵（Q=280 m3/h，H=3.0 MPa）共2臺，DN250陶瓷管3根，滿足輸送要求。根據(jù)業(yè)主的規(guī)劃，本系統(tǒng)還需新增1臺與之前同規(guī)格的輸送泵，放置在現(xiàn)有280 m3/h瑪爾斯泵站內(nèi)，以滿足生產(chǎn)保證。

5? ?結(jié)論

尾礦輸送系統(tǒng)是保證礦山生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對礦山生產(chǎn)順利運行及成本有著重要影響。某礦山尾礦最終去處較多，尾礦輸送工況較復(fù)雜，同時選廠內(nèi)部場地受限，需盡可能地利用現(xiàn)有輸送設(shè)備及管道。基于此，該廠有效利用了不同輸送工況的重合工段，充分平衡生產(chǎn)，為尾礦輸送設(shè)計了4種工況，匹配選廠不同的生產(chǎn)工藝流程，可靠性高，能充分利舊，為同類礦山的尾礦輸送建設(shè)提供了解決思路。

通過此次尾礦輸送工程改擴(kuò)建項目，可以得到如下經(jīng)驗、建議：1）輸送設(shè)備配用電機(jī)應(yīng)選用變頻調(diào)速。選礦廠尾礦輸送存在著流量波動變化大，泵的流量、揚程及電機(jī)功率與實際相比有很大富余的特點，為變頻調(diào)速節(jié)能提供了條件。變頻調(diào)速可以在不更換現(xiàn)有泵及電機(jī)的情況下，通過改變泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)泵的輸出流量及揚程、電機(jī)輸出功率，達(dá)到節(jié)能的目的。2）流量穩(wěn)定、濃度均勻是礦漿管道輸送成功與否的關(guān)鍵，設(shè)計時應(yīng)采取一定措施保持穩(wěn)定的流量和均勻的濃度，例如本次設(shè)計在輸送前端設(shè)置調(diào)節(jié)池或者攪拌槽，以調(diào)解流量和濃度，使其保持穩(wěn)定。3）尾礦輸送應(yīng)選擇耐磨的管材。由于礦漿里含有礦渣，因此在選擇尾礦輸送管時必須選擇耐磨的管材。國內(nèi)尾礦輸送的主要管材有金屬陶瓷內(nèi)襯復(fù)合管[5-6]、鋼襯塑管道、鋼管等。其中金屬陶瓷內(nèi)襯復(fù)合管具有優(yōu)良的耐磨、耐蝕、耐高溫性能 ，具有高的硬度和強(qiáng)度、高的抗機(jī)械沖擊和熱沖擊的綜合性能，但施工較為復(fù)雜；鋼襯塑管有較強(qiáng)的抗蝕耐磨性能和較好的強(qiáng)度和抗老化性能，但造價高、安裝費時費力、管壁較厚，承壓力有限；鋼管結(jié)構(gòu)優(yōu)良、強(qiáng)度高、抗沖擊性高、溫度適應(yīng)范圍廣、抗老化性能優(yōu)越，但不耐腐，且易磨損。結(jié)合某金礦尾礦輸送濃度及現(xiàn)有尾礦管線使用情況等，本次設(shè)計采用金屬陶瓷管。

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收稿日期：2023-01-12

作者簡介：唐芬芬（1982—），女，高級工程師，主要從事給排水設(shè)計。