大店溝金礦充填工藝方案論證

鄭伯坤，鄧高嶺，李向東

(長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

1 概 述

大店溝金礦位于甘肅省兩當(dāng)縣，礦體在平面上基本為平行排列，賦存于韌性剪切帶內(nèi)，礦體為退色蝕變巖石，平均品位3.08 g/t。礦體產(chǎn)狀350°∠70°～85°，厚度1.13～8.00 m，平均厚度2.12 m，屬急傾斜薄至中厚礦體。礦山采用地下開(kāi)采方式，“平硐+盲斜井”聯(lián)合開(kāi)拓，對(duì)角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，采礦方法為淺孔留礦法，采場(chǎng)生產(chǎn)能力50～60 t/d。井下生產(chǎn)中段有1885，1850，1840，1804 m和1750 m等多個(gè)中段，其中1804，1750，1700 m中段是主采中段。1650 m中段正在進(jìn)行開(kāi)拓、探礦作業(yè)。選礦由重選+浮選組成，最終產(chǎn)品為精金粉。

礦山生產(chǎn)能力26.4萬(wàn)t/a，日處理礦石量為800 t，設(shè)計(jì)入選平均品位2.46 g/t，選礦回收率92%，年產(chǎn)金600 kg。

2 充填的必要性

大店溝金礦為多層平行急傾斜薄至中厚礦體，礦巖層理發(fā)育、較破碎，設(shè)計(jì)采礦方法為淺孔留礦法和削壁充填法，實(shí)際生產(chǎn)中主要采用淺孔留礦法，設(shè)計(jì)損失率12%，貧化率16%，但效果不理想，開(kāi)采過(guò)程中礦石損失、貧化較大，作業(yè)安全條件差。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，實(shí)際損失達(dá)18%～28%，貧化達(dá)23%～35%。為解決井下安全生產(chǎn)管理難度大、貧化損失高的難題，擬采用充填采礦法，為此，開(kāi)展了“大店溝金礦充填技術(shù)研究及設(shè)計(jì)”，以降低貧化、損失指標(biāo)，改善作業(yè)條件，提升企業(yè)綜合效益，實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

3 工藝方案簡(jiǎn)介

3.1 方案Ⅰ—立式砂倉(cāng)尾砂漿充填工藝

立式砂倉(cāng)尾砂漿充填工藝的特點(diǎn)是采用旋流器+砂倉(cāng)進(jìn)行兩段濃密，采用2個(gè)小容積立式砂倉(cāng)，全倉(cāng)流態(tài)化壓氣造漿，高濃度放砂，尾砂漿進(jìn)攪拌機(jī)的工藝。包括5個(gè)子系統(tǒng)，分別為：尾砂濃密放砂系統(tǒng)，水泥儲(chǔ)備給料系統(tǒng)，兩段式攪拌制備系統(tǒng)，充填輸送管網(wǎng)系統(tǒng)，計(jì)量控制系統(tǒng)，工藝方案見(jiàn)圖1。

3.1.1 尾砂濃密放砂系統(tǒng)

尾砂濃密放砂系統(tǒng)包括3個(gè)工序：尾砂輸送、分級(jí)和第一段濃密；尾砂第二段濃密、造漿、放砂；溢流排放處理。

(1) 尾砂輸送、分級(jí)和第一段濃密。選廠尾砂漿(濃度約28%)自流進(jìn)入尾礦渣漿泵站，通過(guò)渣漿泵輸送至充填站尾砂倉(cāng)頂部，由倉(cāng)頂?shù)男髌鹘M進(jìn)行分級(jí)和第一段濃密，旋流器底流(濃度約65%)進(jìn)入尾砂倉(cāng)內(nèi)，即完成尾砂輸送、分級(jí)和第一段濃密。該工序的主要設(shè)備設(shè)施：渣漿泵房、旋流器組。

(2) 尾砂的第二段濃密、造漿、放砂。旋流器底流進(jìn)入砂倉(cāng)后，當(dāng)砂倉(cāng)進(jìn)滿漿后即停止進(jìn)砂，沉降0.5 h后，通過(guò)階梯閥排出砂面上部分清水，使得砂倉(cāng)內(nèi)砂漿的濃度控制在70%～72%。

充填開(kāi)始前10～30 min開(kāi)始預(yù)造漿，采用壓氣造漿工藝，在倉(cāng)底按照一定密度布置噴嘴，壓縮空氣通過(guò)壓氣管道和噴嘴進(jìn)入砂倉(cāng)底部，造漿時(shí)形成全倉(cāng)類似“沸騰”的狀態(tài)，使全倉(cāng)的尾砂濃度分布和粒度分布均勻，從而確保放砂濃度的穩(wěn)定，進(jìn)而確保充填體質(zhì)量的穩(wěn)定。采用小高徑比砂倉(cāng)，利于砂倉(cāng)內(nèi)造漿均勻，利于高濃度放砂。

充填開(kāi)始后，打開(kāi)尾砂倉(cāng)底放砂閥，尾砂料漿通過(guò)放砂管自流進(jìn)入攪拌系統(tǒng)的尾砂進(jìn)料斗。為保證放砂濃度穩(wěn)定，壓氣造漿持續(xù)至放砂完畢。為避免剛開(kāi)始放砂時(shí)放砂口濃度過(guò)高堵塞放砂管，在放砂閥前設(shè)置反沖水管。該工序的主要設(shè)備設(shè)施為砂倉(cāng)、空壓機(jī)、壓氣造漿噴嘴。

(3) 溢流排放、處理。旋流器的溢流和階梯閥排放的清水均通過(guò)溢流管自流至溢流緩沖池，再自流至現(xiàn)有尾礦泵站，泵送至現(xiàn)有濃密機(jī)，濃密壓濾后排放尾礦庫(kù)。該工序的主要設(shè)備設(shè)施：溢流緩沖池、現(xiàn)有尾礦泵房、現(xiàn)有濃密機(jī)及壓濾機(jī)。

由于采用旋流器+砂倉(cāng)的兩段濃密技術(shù)，旋流器濃密效率高，底流濃度達(dá)到65%，砂倉(cāng)起到輔助濃密的功能，因此砂倉(cāng)利用率大大提高，采用2個(gè)容積較小的砂倉(cāng)即可滿足能力要求，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)充填站連續(xù)24 h進(jìn)砂，充填時(shí)間靈活調(diào)整，靈活應(yīng)對(duì)小采場(chǎng)的充填，滿足工藝要求的同時(shí)降低了系統(tǒng)造價(jià)。

3.1.2 水泥儲(chǔ)備給料系統(tǒng)

散裝水泥罐車將散裝水泥通過(guò)風(fēng)力打入水泥倉(cāng)，水泥倉(cāng)中水泥通過(guò)雙螺旋給料裝置再經(jīng)過(guò)單管螺旋秤計(jì)量放入雙軸攪拌機(jī)，雙螺旋通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋變速器，從而控制水泥添量。

該系統(tǒng)的主要設(shè)備設(shè)施為水泥倉(cāng)、雙螺旋給料機(jī)、螺旋電子秤、袋式除塵機(jī)。

3.1.3 兩段式攪拌制備系統(tǒng)

高濃度的尾砂漿由放砂管進(jìn)入尾砂進(jìn)料斗，再進(jìn)入雙軸攪拌機(jī)，同時(shí)水泥直接進(jìn)入雙軸攪拌機(jī)，雙軸攪拌機(jī)將尾砂漿及水泥充分混合形成尾砂膠結(jié)充填料漿，即第一段攪拌。為避免尾砂漿濃度過(guò)高，尾砂進(jìn)料斗布置水管。經(jīng)第一段攪拌未能充分混合的尾砂和水泥，進(jìn)入活化攪拌裝置進(jìn)行第二段攪拌，以強(qiáng)化水泥水化過(guò)程，使水泥在充填體硬化過(guò)程中發(fā)揮最大效應(yīng)。

3.1.4 充填輸送管網(wǎng)

充填輸送主管網(wǎng)主要包括充填泵、井下管道等。針對(duì)1650 m以上采場(chǎng)充填采用上向泵送工藝，針對(duì)1650 m以下采場(chǎng)充填采用水平泵送+自流輸送的工藝。

上向泵送的高差在100 m范圍內(nèi)，輸送管徑采用Φ110 mm的無(wú)縫鋼管，管道由快速接頭連接。最遠(yuǎn)泵送距離3 km。豎直管道布置于現(xiàn)有天井。

應(yīng)急沖洗管網(wǎng)：由于充填泵造價(jià)較高，備用泵成本高，且長(zhǎng)距離泵送管道堵管故障處理勞動(dòng)強(qiáng)度大，因此布置高壓水應(yīng)急沖洗管網(wǎng)。在泵送主管道每100 m布置1個(gè)沖洗水管和1個(gè)排空閥，沖洗水管與主充填管連接。應(yīng)急高壓沖洗水主管連接現(xiàn)有高壓水泵。該管網(wǎng)的主要設(shè)備設(shè)施有高位水池、現(xiàn)有高壓水泵、應(yīng)急沖洗管道。

3.1.5 計(jì)量控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)貫穿于以上各系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)計(jì)量水泥倉(cāng)倉(cāng)位、水泥下料量、水量調(diào)節(jié)、充填濃度等功能。

圖1方案Ⅰ—立式砂倉(cāng)尾砂漿充填工藝

3.2 方案Ⅱ—立式砂倉(cāng)脫水尾砂充填工藝

立式砂倉(cāng)脫水尾砂充填工藝的特點(diǎn)是采用旋流器+直線篩進(jìn)行脫水，采用立式砂倉(cāng)儲(chǔ)存，脫水后的尾砂由砂倉(cāng)底部振動(dòng)給料皮帶機(jī)給料攪拌機(jī)。該工藝充填系統(tǒng)包括5個(gè)子系統(tǒng)，分別為尾砂脫水給料系統(tǒng)，水泥儲(chǔ)備給料系統(tǒng)，兩段式攪拌制備系統(tǒng)，充填輸送管網(wǎng)系統(tǒng)，計(jì)量控制系統(tǒng)。除了尾砂脫水給料系統(tǒng)，其余4個(gè)子系統(tǒng)與方案Ⅰ一致，工藝方案見(jiàn)圖2。

尾砂脫水給料系統(tǒng)包括3個(gè)工序：尾砂輸送、分級(jí)和脫水；尾砂儲(chǔ)存給料；溢流排放處理。

(1) 尾砂輸送、分級(jí)和脫水。選廠尾砂漿(濃度約28%)自流進(jìn)入尾礦渣漿泵站，通過(guò)渣漿泵輸送至充填站尾砂倉(cāng)頂部，由倉(cāng)頂?shù)男髌鹘M進(jìn)行分級(jí)和濃密，旋流器底流(濃度約65%)進(jìn)入直線篩，通過(guò)直線篩脫水后，尾砂含水率在10%左右，進(jìn)入尾砂倉(cāng)內(nèi)儲(chǔ)存。該工序的主要設(shè)備設(shè)施為渣漿泵房、旋流器組、直線篩。

(2) 尾砂儲(chǔ)存給料。尾砂儲(chǔ)存在立式砂倉(cāng)內(nèi)，砂倉(cāng)為圓錐底的圓柱筒體，砂倉(cāng)內(nèi)的尾砂由錐底的振動(dòng)給料機(jī)給料皮帶輸送機(jī)，再給料攪拌機(jī)。該工序的主要設(shè)備設(shè)施為砂倉(cāng)、振動(dòng)給料機(jī)、皮帶輸送機(jī)。

(3) 溢流排放、處理。旋流器的溢流和直線篩脫水均通過(guò)溢流管自流至溢流緩沖池，再自流至現(xiàn)有尾礦泵站，泵送至現(xiàn)有濃密機(jī)，濃密壓濾后排放尾礦庫(kù)。該工序的主要設(shè)備設(shè)施：溢流緩沖池、現(xiàn)有尾礦泵房、現(xiàn)有濃密機(jī)及壓濾機(jī)。

圖2方案Ⅱ—立式砂倉(cāng)脫水尾砂充填工藝

3.3 方案Ⅲ—堆場(chǎng)脫水尾砂充填工藝

堆場(chǎng)脫水尾砂充填工藝的特點(diǎn)是采用旋流器+直線篩進(jìn)行脫水，采用堆場(chǎng)儲(chǔ)存，裝載機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)，由振動(dòng)給料機(jī)皮帶給料攪拌機(jī)。該工藝充填系統(tǒng)分為5個(gè)子系統(tǒng)，包括尾砂脫水給料系統(tǒng)，水泥儲(chǔ)備給料系統(tǒng)，兩段式攪拌制備系統(tǒng)，充填輸送管網(wǎng)系統(tǒng)以及計(jì)量控制系統(tǒng)。除了尾砂脫水給料系統(tǒng)外，其余4個(gè)子系統(tǒng)與方案Ⅰ一致，工藝方案見(jiàn)圖3。

尾砂脫水給料系統(tǒng)包括4個(gè)工序：尾砂輸送、分級(jí)和脫水；尾砂儲(chǔ)存給料；溢流排放處理；直線篩脫出水的處理。

(1) 尾砂輸送、分級(jí)和脫水。選廠尾砂漿(濃度約28%)自流進(jìn)入尾礦渣漿泵站，通過(guò)渣漿泵輸送至充填站脫水平臺(tái)，由旋流器組進(jìn)行分級(jí)和濃密，旋流器底流(濃度約65%)進(jìn)入直線篩，通過(guò)直線篩脫水后，尾砂含水率在10%左右，進(jìn)入尾砂堆場(chǎng)。該工序的主要設(shè)備設(shè)施為渣漿泵房、旋流器組、直線篩、脫水平臺(tái)。

(2) 尾砂儲(chǔ)存給料。尾砂儲(chǔ)存在尾砂堆場(chǎng)內(nèi)，堆場(chǎng)由3面擋土墻組成，通過(guò)裝載機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至振動(dòng)給料機(jī)料斗，由振動(dòng)給料機(jī)給料皮帶輸送機(jī)，再給料攪拌機(jī)。該工序的主要設(shè)備設(shè)施為堆場(chǎng)、裝載機(jī)、振動(dòng)給料機(jī)、皮帶輸送機(jī)。

(3) 旋流器溢流排放、處理。旋流器的溢流通過(guò)溢流管自流至溢流緩沖池，再自流至現(xiàn)有尾礦泵站，泵送至現(xiàn)有濃密機(jī)，濃密壓濾后排放尾礦庫(kù)。該工序的主要設(shè)備設(shè)施為溢流緩沖池、現(xiàn)有尾礦泵房、現(xiàn)有濃密機(jī)及壓濾機(jī)。

(4) 直線篩脫出水的利用。直線篩脫出水含泥量較小，可用于充填料漿制備用水，直線篩脫出水由管道自流至充填用水池，池頂布置過(guò)滿溢流管與旋流器溢流管連接，池滿時(shí)脫出水自流至溢流緩沖池。充填用水池儲(chǔ)水主要供給充填制備用水和沖洗用水。該工序的主要設(shè)備設(shè)施為充填用水池。

3.4 方案優(yōu)選

上述3個(gè)工藝方案均屬于較成熟的尾砂充填工藝方案，技術(shù)可行，類似工藝在國(guó)內(nèi)外礦山廣泛運(yùn)用。除了尾砂充填工藝普遍具備的充填料來(lái)源穩(wěn)定，運(yùn)營(yíng)成本低，可減少尾砂地表排放量等優(yōu)點(diǎn)外，3個(gè)方案各有其優(yōu)缺點(diǎn)。

(1) 方案Ⅰ。其優(yōu)點(diǎn)是放砂濃度較穩(wěn)定，且放砂濃度較高，可實(shí)現(xiàn)高濃度充填；工藝流程可靠性較高，不易出現(xiàn)故障點(diǎn)；可通過(guò)添加全尾砂，調(diào)節(jié)顆粒的骨料的細(xì)顆粒含量。缺點(diǎn)是砂倉(cāng)造漿設(shè)施需維護(hù)。

(2) 方案Ⅱ。其優(yōu)點(diǎn)是充填濃度可調(diào)節(jié)范圍廣。缺點(diǎn)是尾砂給料過(guò)程偶爾出現(xiàn)粘卡斗現(xiàn)象，影響工藝順暢；攪拌質(zhì)量不如尾砂漿方案。

(3) 方案Ⅲ。投資稍低；充填濃度可調(diào)節(jié)范圍廣。缺點(diǎn)是裝載機(jī)和尾砂給料偶爾造成工藝不順暢；攪拌質(zhì)量不如尾砂漿方案；充填成本增加了裝載機(jī)作業(yè)成本。

圖3方案Ⅲ—堆場(chǎng)脫水尾砂充填工藝

表1 充填系統(tǒng)方案造價(jià)成本比較

經(jīng)上述比較分析，考慮到長(zhǎng)距離泵送對(duì)料漿濃度和流量穩(wěn)定性要求較高，且非膠結(jié)充填料漿對(duì)尾砂細(xì)顆粒含量要求高，而方案Ⅰ相較其他兩個(gè)方案工藝流程更可靠，充填料漿流量和質(zhì)量穩(wěn)定，且較容易調(diào)整分級(jí)尾砂的細(xì)顆粒含量，因此從技術(shù)角度方案Ⅰ最優(yōu)。

從經(jīng)濟(jì)估算比較，3種方案的成本比較見(jiàn)表1，從表1可看出，方案Ⅰ高出方案Ⅲ約10%，可通過(guò)優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)置，廠房布置，砂倉(cāng)結(jié)構(gòu)等來(lái)降低投資，因此推薦方案Ⅰ立式砂倉(cāng)尾砂漿充填工藝作為甘肅中金大店溝金礦充填系統(tǒng)工藝方案。

4 結(jié) 論

根據(jù)大店溝金礦擬采用充填采礦法作為下一步開(kāi)采的方法，進(jìn)行了充填技術(shù)研究與設(shè)計(jì)，提出了立式砂倉(cāng)尾砂漿充填工藝、立式砂倉(cāng)脫水尾砂充填工藝、堆場(chǎng)脫水尾砂充填3個(gè)工藝方案進(jìn)行綜合對(duì)比分析。從技術(shù)角度出發(fā)，根據(jù)3種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較，認(rèn)為方案Ⅰ的技術(shù)最優(yōu)；從經(jīng)濟(jì)估算比較，方案Ⅰ高出了方案Ⅲ約10%，可通過(guò)優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)置，廠房布置，砂倉(cāng)結(jié)構(gòu)等來(lái)降低投資。因此，，最終選擇立式砂倉(cāng)尾砂漿充填工藝作為甘肅中金大店溝金礦充填系統(tǒng)工藝方案。

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