里伍銅礦充填尾砂輸送方式比選探究

李洪康，江科 ，龔永超 ，張先澤

(1.四川里伍銅業(yè)股份有限公司里伍銅礦， 四川 甘孜州 626700； 2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410012； 3.金屬礦山安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

0 引言

為響應(yīng)國(guó)家建設(shè)綠色礦山、無(wú)廢礦山的政策，延長(zhǎng)尾礦庫(kù)的使用年限，提高礦石資源的回收利用率，選廠(chǎng)所產(chǎn)總尾已成為地下礦山充填材料的首選來(lái)源[1-4]。礦山選廠(chǎng)一般根據(jù)使用和建設(shè)需要，其布置區(qū)域和采場(chǎng)有一定的距離，而充填站會(huì)盡可能靠近采場(chǎng)，并充分利用地勢(shì)，減小充填倍線(xiàn)，以利于充填料漿的輸送。選廠(chǎng)總尾輸送至充填站的方式，是影響礦山充填系統(tǒng)建設(shè)方案的關(guān)鍵點(diǎn)[5-6]。充填站需要提高尾砂漿濃度，以制備符合井下生產(chǎn)質(zhì)量要求的充填料漿，為安全采礦服務(wù)。尾砂與生產(chǎn)水的固液分離效率決定礦山充填系統(tǒng)的運(yùn)行效率，而充填尾砂的輸送是尾砂固液分離流程的組成部分，不同的輸送方式?jīng)Q定充填系統(tǒng)的運(yùn)行能耗、成本和效率[7]。本文針對(duì)里伍銅礦擬建充填系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，對(duì)選廠(chǎng)不同尾砂輸送方式進(jìn)行比選研究，從工藝特點(diǎn)、技術(shù)水平、能耗成本及礦山條件等方面綜合選擇適合里伍銅礦的尾砂輸送方式。

1 礦山概況

里伍銅礦位于四川省甘孜州，礦區(qū)受雅礱江及其支流強(qiáng)烈切割，形成高山和深谷，地勢(shì)陡峻、山峰林立，地面海拔標(biāo)高2300～3100 m。礦山采用平硐-盲斜井聯(lián)合開(kāi)拓，經(jīng)多年發(fā)展，目前采選能力約為22.5萬(wàn)t/a，設(shè)計(jì)采用先上盤(pán)后下盤(pán)、自上而下、 自西向東后退式回采，主要運(yùn)用全面法、房柱法及底盤(pán)漏斗崩落法開(kāi)采。礦山在開(kāi)采過(guò)程中留設(shè)了大量高品位礦柱支撐頂板圍巖，因回采方法的制約，絕大部分礦柱沒(méi)有被回收，目前礦山資源已近枯竭，為了處理空區(qū)同時(shí)回收礦柱，礦山?jīng)Q定建設(shè)充填系統(tǒng)，通過(guò)充填處置空區(qū)，分步驟有序地回收高品位殘礦資源。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，結(jié)合井下采場(chǎng)布置情況和充填倍線(xiàn)大小，初步確定充填制備站廠(chǎng)址選定在+2700 m平硐口附近工業(yè)場(chǎng)地，充填站制備的料漿由泵輸送至采空區(qū)完成充填。

2 尾砂輸送方式分析

尾砂的固液分離與輸送是相互聯(lián)系的兩個(gè)過(guò)程，尾砂漿的輸送難易程度、堵管風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)設(shè)備性能的要求與濃度相關(guān)。尾砂濃度越高，其管道輸送的阻力越大，要求輸送泵的出口壓力越大，對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性要求也越高，為防止堵管、爆管等事故的發(fā)生，對(duì)配套的安全設(shè)施要求高；低濃度的尾砂漿輸送則相反。因而，當(dāng)物料需求量一定時(shí)，尾砂輸送方式的選擇取決于固液分離發(fā)生的地點(diǎn)，位于工藝流程的前端、中間、后端，則固液分離設(shè)備、輸送設(shè)備、管道和附屬設(shè)施的選擇不同，對(duì)應(yīng)的輸送方式的能耗和運(yùn)行成本會(huì)產(chǎn)生較大的差別。

常規(guī)的固液分離設(shè)備包括各種倉(cāng)、筒類(lèi)構(gòu)筑 物，或帶有動(dòng)力的濃密、離心分級(jí)、過(guò)濾及壓濾設(shè)備，各類(lèi)設(shè)備設(shè)施有其適用范圍。近年來(lái)，得益于自動(dòng)化和智能化的發(fā)展，尾砂的輸送、固液分離和攪拌制備均能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)連續(xù)，保證濃度穩(wěn)定的充填料漿按需求進(jìn)入采空區(qū)，其中應(yīng)用最為成熟的固液分離設(shè)備是濃密機(jī)，不同結(jié)構(gòu)尺寸的濃密機(jī)可將選廠(chǎng)總尾濃縮為不同濃度的尾砂漿，包括低濃度尾砂漿（約20%）、中等濃度尾砂漿（約40%）和高濃度尾砂漿（約70%）。

尾砂輸送工藝流程配合不同類(lèi)型濃密機(jī)，可形成如下尾砂輸送方式：

（1）低濃度尾砂輸送，充填站一次濃密至高濃度尾砂漿；

（2）中等濃度尾砂輸送，充填站濃密至高濃度尾砂漿；

（3）選廠(chǎng)一次濃密至高濃度尾砂漿，高濃度尾砂輸送。

上述尾砂輸送方式的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 尾砂輸送方式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

3 里伍銅礦充填尾砂輸送方案研究

3.1 工藝流程

礦山尾砂產(chǎn)量約為600 t/d，全部制備為充填料漿充入井下，處理老空區(qū)并逐步回收高價(jià)值殘礦資源。不同的設(shè)備配置對(duì)應(yīng)不同的尾砂輸送方式，根據(jù)里伍銅礦的實(shí)際條件，確定低濃度輸送、中等濃度輸送、高濃度輸送的工藝流程。

低濃度尾砂輸送工藝為：選廠(chǎng)總尾通過(guò)泵房輸送至充填站的高效深錐濃密機(jī)，通過(guò)高效深錐濃密機(jī)處置后，形成高濃度底流砂漿和澄清的溢流水，溢流水回流至選廠(chǎng)重復(fù)使用或排至尾礦庫(kù)，濃密機(jī)底流則進(jìn)入充填制備車(chē)間完成充填料漿的制備 輸送。

中等濃度尾砂輸送工藝為：選廠(chǎng)新建一座高效濃密機(jī)，將低濃度的總尾一段濃縮至中等濃度砂漿，中等濃度砂漿泵送至充填站的高效深錐濃密機(jī)，通過(guò)高效深錐濃密機(jī)二段濃密后，形成高濃度底流砂漿和澄清的溢流水，溢流水回流至選廠(chǎng)重復(fù)使用或排至尾礦庫(kù)，濃密機(jī)底流則進(jìn)入充填制備車(chē)間完成充填料漿的制備輸送。

高濃度尾砂輸送工藝為：選廠(chǎng)新建一座高效深錐濃密機(jī)，將低濃度的總尾一段濃縮至高濃度砂漿，形成的溢流水直接回選廠(chǎng)使用，高濃度砂漿泵送至充填制備車(chē)間完成充填料漿的制備輸送。

3.2 主要設(shè)備和技術(shù)要求

根據(jù)不同方案的工藝配置，列出主要設(shè)備及其技術(shù)要求，見(jiàn)表2。

表2 不同尾砂輸送方案主要設(shè)備及技術(shù)要求

3.3 方案比選

上述3種方案在技術(shù)上均可行，其工藝可靠性排序?yàn)椋旱蜐舛任采拜斔停局械葷舛任采拜斔停靖邼舛任采拜斔停贿\(yùn)行成本排序?yàn)椋旱蜐舛任采拜斔停局械葷舛任采拜斔停靖邼舛任采拜斔停唤ㄔO(shè)投資排序?yàn)椋褐械葷舛任采拜斔停靖邼舛任采拜斔停镜蜐舛任采拜斔?。綜合考慮建設(shè)投入、運(yùn)行成本和工藝可靠性等方面，首先可排除中等濃度輸送方案，因?yàn)樵摲桨竿顿Y大，投入生產(chǎn)后運(yùn)營(yíng)成本較高，需建設(shè)一臺(tái)高效濃密機(jī)和一臺(tái)高效深錐濃密機(jī)，占地面積較大，工藝相對(duì)復(fù)雜，選廠(chǎng)和充填站兩處設(shè)施分散，不便于管理。

高濃度尾砂輸送方案在運(yùn)營(yíng)成本方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，但因礦山產(chǎn)能較小，優(yōu)勢(shì)不明顯，且選廠(chǎng)總尾泵站現(xiàn)有水隔膜泵可滿(mǎn)足將總尾泵送至+2700 m充填站的要求，若變換成輸送高濃度砂漿，則需更換為柱塞泵，這增加了礦山沉沒(méi)成本，且高濃度尾砂輸送對(duì)泵的性能要求高，配套管道及附件耐壓等級(jí)高，其投入遠(yuǎn)高于低濃度輸送。選廠(chǎng)現(xiàn)有場(chǎng)地空間有限，若增加高效深錐濃密機(jī)，會(huì)在一定程度上影響選廠(chǎng)正常生產(chǎn)，因而經(jīng)專(zhuān)家決策，最終優(yōu)選方案為低濃度尾砂輸送。

4 結(jié)論

里伍銅礦經(jīng)多年開(kāi)采，形成的采空區(qū)有待及時(shí)充填，同時(shí)考慮到高價(jià)值殘礦資源的回采可以為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限，特別是對(duì)資源危機(jī)礦山的生存發(fā)展具有重要意義，因此亟需新建充填系統(tǒng)。尾砂輸送為充填系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)之一，不同的尾砂輸送工藝各自有其優(yōu)缺點(diǎn)，本文在分析不同輸送工藝優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)之上，結(jié)合里伍銅礦的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，對(duì)主要設(shè)備及其性能要求進(jìn)行分析，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度綜合比選，最終選擇出適合里伍銅礦充填系統(tǒng)的尾砂輸送方式為低濃度尾砂輸送。