礦業(yè)尾砂充填系統(tǒng)方案研究報告

1、礦業(yè)尾砂充填系統(tǒng)方案研究報告目 錄1 概述11.1設(shè)計目的11.2設(shè)計依據(jù)11.3設(shè)計原則21.4 設(shè)計方案21.5 技術(shù)經(jīng)濟指標31.6 存在的問題及建議42 充填材料選擇與充填方式42.1 充填材料選擇42.2 尾砂性質(zhì)及充填方式53 充填物料平衡及充填材料用量估算53.1 充填空區(qū)計算63.2 尾砂年產(chǎn)量63.3 充填尾砂量63.4 尾砂膠結(jié)充填材料用量估算74 充填方案設(shè)計84.1 站址選擇84.2 充填方案設(shè)計94.3 充填管路輸送系統(tǒng)275 充填方案比較315.1 充填方案投資運營估算315.2 充填方案技術(shù)經(jīng)濟比較406 充填管道選擇417 其它427.1 充填站建筑結(jié)構(gòu)427.

2、2 充填站供水供電428 組織機構(gòu)及定員438.1勞動定員及工資438.2 工作制度431 概述1.1設(shè)計目的大坑礦區(qū)開采至今已有多年歷史，采用地下開采。開采對象主要是淺部的鉛鋅礦體、水泥用大理巖礦石，規(guī)模不大。近兩年鉛鋅礦石受市場影響，價格降幅較大，按目前產(chǎn)品品質(zhì)及價格水平，基本沒有利潤，因此礦山被迫于2008年下半年停產(chǎn)。2009年初，因礦山有幾個礦段采礦證已到期，且根據(jù)三山縣國土部門有關(guān)精神，該區(qū)域礦山進行資源整合，并統(tǒng)一規(guī)劃開采。礦山主要采用平硐或平硐-斜坡道開拓，礦用汽車運輸，現(xiàn)已形成幾十個生產(chǎn)系統(tǒng)。各生產(chǎn)系統(tǒng)根據(jù)礦體產(chǎn)狀特征設(shè)有26個不等水平中段，平硐口主要分布在300560m標高

3、之間，部分平硐位于礦體的上盤，各硐口均設(shè)有值班室、空壓機房、配電室、簡易辦公房等設(shè)施。根據(jù)福建省三山縣大坑礦區(qū)鉛鋅礦（整合）初步設(shè)計，礦山設(shè)計規(guī)模為20萬t/a，由金龍礦業(yè)有限公司集中規(guī)劃，正規(guī)開采。礦山前期開采混亂，采空區(qū)較多且并未進行處理，隨著礦山開采規(guī)模的逐步擴大，采空區(qū)帶來的安全隱患成為礦山必須解決的問題；同時，礦山尾礦排放量逐年增大，而尾礦庫庫容難以滿足未來擴大生產(chǎn)的要求。對此，礦山設(shè)計采用尾砂對采空區(qū)進行充填，并進行充填工藝研究及系統(tǒng)設(shè)計。充填采礦可在解決礦山生產(chǎn)安全及尾砂排放帶來的安全環(huán)保問題的同時，又最大化的回收了資源，實現(xiàn)中小礦山綠色開采，對于三山縣鉛鋅礦和諧發(fā)展具有重要意義

4、。1.2設(shè)計依據(jù)充填方案設(shè)計的主要依據(jù)是：1) 江蘇華西尾礦治理工程有限公司與北京礦冶研究總院簽訂的金龍礦業(yè)全尾砂高濃度充填示范工程工藝技術(shù)咨詢合同（2011年04月24日）；2) 金龍礦業(yè)有限公司提交的福建省三山縣大坑礦區(qū)鉛鋅礦（整合）初步設(shè)計；3) 2011年04月金龍礦業(yè)提交的現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)資料及生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟指標等。1.3設(shè)計原則1) 嚴格執(zhí)行國家有關(guān)部門頒布的礦山設(shè)計的有關(guān)規(guī)程、規(guī)范和標準；2) 充分利用礦山現(xiàn)有的設(shè)施，減少建設(shè)投資；3) 采用先進、成熟的充填工藝及技術(shù)；4) 本著可靠性、實用性、先進性、經(jīng)濟性、并有實際工程應(yīng)用的原則選擇設(shè)備。1.4 設(shè)計方案結(jié)合礦山生產(chǎn)系統(tǒng)情況及地

5、質(zhì)地形條件等因素，設(shè)計了方案一：管道運輸立式砂倉尾砂充填系統(tǒng)和方案二：汽車運輸尾砂充填系統(tǒng)兩種技術(shù)方案。方案一將選廠排放尾砂漿通過管道泵送至充填站立式砂倉，全尾砂漿通過添加絮凝劑加速沉降濃縮。立式砂倉制備的高濃度尾砂漿通過流態(tài)化造漿技術(shù)活化后，自流至攪拌桶與水泥倉放出的水泥攪拌均勻，并經(jīng)過充填鉆孔自流至井下充填管網(wǎng)進行充填。方案一配置兩座立式砂倉、一座水泥倉及其攪拌裝置，立式砂倉容積900m3，水泥倉容積200m3。方案二將尾礦庫中的干砂或半干砂通過挖掘、鏟裝設(shè)備進行回采，由汽車運輸至充填站，儲存在充填站臥式砂倉內(nèi)。充填作業(yè)時由尾礦造漿系統(tǒng)將臥式砂倉內(nèi)尾砂造漿活化，自流至攪拌桶與水泥倉放出的水

6、泥攪拌均勻，并經(jīng)過充填鉆孔自流至井下充填管網(wǎng)進行充填。方案二配制一座臥式儲料倉、一座水泥倉及其攪拌裝置，儲料倉容積850 m3，水泥倉容積200 m3。兩種方案中的生產(chǎn)用水泥均為散裝水泥，水泥由水泥罐車運到充填站，由水泥罐車自帶壓縮空氣系統(tǒng)吹入水泥倉。水泥倉頂設(shè)有倉頂收塵器。膠結(jié)充填時，根據(jù)設(shè)計的灰砂比提供所需的水泥量，通過由變頻器控制的螺旋輸送機，將水泥倉內(nèi)水泥輸送至攪拌桶與尾砂混合，攪拌均勻后通過充填鉆孔自流至井下充填管網(wǎng)。充填系統(tǒng)設(shè)置各種監(jiān)控儀表，以監(jiān)控和調(diào)節(jié)充填料漿的實際流量和濃度等各種充填參數(shù)。充填管路系統(tǒng)參數(shù)為：管徑DN100，濃度70%，料漿流量6080m3/h。1.5 技術(shù)經(jīng)濟

7、指標 充填方案主要技術(shù)經(jīng)濟指標見表1-1。表1-1 主要技術(shù)經(jīng)濟指標表序號指標名稱單位數(shù)量備注1設(shè)計規(guī)模年礦石產(chǎn)量萬t/a20年尾砂充填空區(qū)萬m3/a6.72萬t/a3.9年膠結(jié)充填工作天數(shù)d/a36充填能力m3/d800年非膠結(jié)尾砂充填量萬m3/a4.48萬t/a7.9年非膠結(jié)充填工作天數(shù)d/a74充填能力m3/d8002充填濃度%703項目總投資方案一萬元1398.10方案二萬元662.394運營成本方案一萬元/a304.40方案二萬元/a516.976材料消耗尾砂萬t/a11.8水泥萬t/a0.51電（方案一）萬kwh/a67電（方案一）萬kwh/a2.67勞動定定員人121.6 存在的

8、問題及建議（1）方案一屬于全尾砂高濃度充填，方案技術(shù)要求高，充填材料性質(zhì)對系統(tǒng)設(shè)計影響大。由于時間原因本項目未進行相關(guān)前期實驗研究，因此相關(guān)設(shè)計缺乏嚴謹?shù)幕A(chǔ)數(shù)據(jù)支持，設(shè)計難度較大。建議系統(tǒng)進行初步設(shè)計前完成系統(tǒng)相關(guān)的基礎(chǔ)實驗研究，如尾砂物理化學(xué)性質(zhì)、尾砂流變參數(shù)實驗及絮凝劑選型實驗等。（2）方案二中充填用尾砂是從尾礦庫二次開采得到的，因此開采前應(yīng)進行相關(guān)的尾礦庫回采的安全評價及回采方案可行性研究，以確定安全合理的開采方案。（3）金龍礦業(yè)提供的資料表明，擬設(shè)計采用的充填站站址下方距地表約200m處存在礦體，因此建議在未來開采過程中留必要礦柱并對空區(qū)進行充填，以保證充填站安全。2 充填材料選擇與

9、充填方式2.1 充填材料選擇2.1.1 充填骨料 充填采礦法是一種高效、低損失貧化、安全環(huán)保的采礦方法，隨著我國礦產(chǎn)資源開發(fā)向著可持續(xù)方向發(fā)展以及整個社會環(huán)保意識的不斷加強，充填采礦法的應(yīng)用越來越廣泛。目前，充填采礦的主要充填方式有分級尾砂充填、全尾砂充填、高水固結(jié)尾砂充填、高濃度全尾砂充填、廢石尾砂充填、水砂充填、棒磨砂充填、隔壁集料充填、爐渣充填、赤泥充填等。根據(jù)金龍礦業(yè)充填材料的來源情況以及礦山生產(chǎn)實際情況，本著采集方便，成本低，優(yōu)先消納礦山固廢排放的原則，本設(shè)計選擇礦山尾砂作為充填骨料。2.1.2 膠結(jié)材料 考慮到膠結(jié)充填的需要，使用膠結(jié)材料。目前國內(nèi)使用的膠凝材料有水泥、高水材料、赤

10、泥、膠固粉、新型尾砂固結(jié)材料等，其他還有粉煤灰等輔助添加材料?？傮w看來，我國充填膠結(jié)材料主要以水泥為主，本項目膠凝材料初步定為水泥，根據(jù)充填實際情況，可以通過實驗探索采用當(dāng)?shù)仄渌z結(jié)材料作為膠凝材料全部或部分替代水泥的可行性。2.2 尾砂性質(zhì)及充填方式2.2.1 尾砂基礎(chǔ)物理化學(xué)性質(zhì) 尾砂基礎(chǔ)物理化學(xué)性質(zhì)是確定充填工藝的重要依據(jù)，礦山提供的尾砂粒度測試，測試結(jié)果見表1-2。表 1-2尾砂粒級組成大坑礦尾砂粒級組成粒度(mm)產(chǎn)率(%)累積率(%)0.3000 7.847.84-0.3+0.15420.1327.97-0.154+0.1057.7535.72-0.105+0.07410.5546

11、.27-0.074+0.0489.856.07-0.048+0.03011.9167.98-0.0300 32.02100 從表1-2可以看出，尾砂中-30微米含量為32.02%，細顆粒含量較高，其對尾砂濃縮，充填脫水及充填體強度具有一定影響。2.2.2 充填方式 根據(jù)是否對選廠尾砂進行分級，充填方式分為分級尾砂膠結(jié)充填及全尾砂膠結(jié)充填兩種方式。分級尾砂膠結(jié)充填是國內(nèi)目前運用最廣泛的充填方式，其系統(tǒng)工藝流程、裝備、自動化控制等均有成功經(jīng)驗可供借鑒。全尾砂膠結(jié)充填經(jīng)過幾十年的發(fā)展，其理論基礎(chǔ)、系統(tǒng)工藝流程、裝備、自動化控制等不斷創(chuàng)新和完善，特別是全尾砂脫水、儲存、給料、充填料漿制備輸送等工藝技術(shù)

12、不斷得到發(fā)展，系統(tǒng)技術(shù)可靠性不斷提高。 考慮到金龍礦業(yè)尾砂充填大部分為處置原有空區(qū)，為增加尾砂利用率，減少尾礦庫庫容壓力，建議金龍礦業(yè)選用全尾砂充填。3 充填物料平衡及充填材料用量估算金龍礦業(yè)大坑礦采選生產(chǎn)能力20萬t/a，礦體主要采用水平進路房柱法開采, 少量采用留礦全面法和淺孔留礦法開采，空區(qū)留有礦柱，采空區(qū)不進行充填。為降低采場礦石貧損指標，提高盤區(qū)間柱或頂?shù)字幕厥章?，同時為擴大生產(chǎn)提供更安全的開采環(huán)境，建議金龍礦業(yè)一步驟采場和盤區(qū)底部進行膠結(jié)充填，二步驟采場等其它空區(qū)采用非膠結(jié)充填。采礦方法改造需進行相關(guān)研究工作，本方案充填量根據(jù)一步驟膠結(jié)充填，二步驟采用非膠結(jié)充填進行設(shè)計。充填材料

13、為選廠尾砂。充填制備系統(tǒng)采用年工作330d，其中220d為料漿制備，110d進行充填作業(yè)（36d膠結(jié)充填，74d非膠結(jié)充填），礦石比重2.68t/m3。3.1 充填空區(qū)計算 式中： 礦山年充填量，萬m3/a；礦山采礦生產(chǎn)能力，；井下采充比，=0.9；礦石/尾砂密度，=2.68t/m3。3.2 尾砂年產(chǎn)量根據(jù)選礦廠現(xiàn)有工藝流程，尾砂產(chǎn)率85%，選廠排出尾砂料漿重量濃度20%左右。尾砂年產(chǎn)量：式中：尾砂年產(chǎn)量，萬t/a；礦山采礦生產(chǎn)能力，；選廠尾砂產(chǎn)率，%。選廠排出尾砂干量及尾砂漿量分別為：515t/d和2253m3/d。3.3 充填尾砂量 式中：年充填尾砂量，萬m3/a；K1尾砂脫水濃縮系數(shù)，K

14、1=1.15；K充填材料流失系數(shù)，K=1.02；按單位充填體充填材料尾砂耗量1.5t/m3計算，得到礦山充填尾砂年耗量為：11.8萬t/a，約占尾砂年產(chǎn)量（17萬t/a）的70%。根據(jù)建議的一步驟膠結(jié)充填，二步驟采用非膠結(jié)充填的充填方式，經(jīng)初步估算，礦山采空區(qū)充填時，尾砂膠結(jié)充填量約占全部尾砂充填量1/3。這樣年膠結(jié)尾砂量為：3.9萬t/a。通過充填計算可知，礦山充填料尾砂量相對富裕，考慮礦山開采現(xiàn)狀及尾礦庫儲存情況，建議礦山選用全尾砂進行充填。充填站工作制度選擇間歇式充填，即先向砂倉內(nèi)注砂進行濃縮，砂倉注滿濃縮結(jié)束后進行充填作業(yè)。3.4 尾砂膠結(jié)充填材料用量估算尾砂膠結(jié)充填材料采用全尾砂，膠

15、結(jié)材料通常采用普通硅酸鹽P.O.32.5級水泥，其來源廣泛，性能穩(wěn)定。根據(jù)計算，礦山充填尾砂量為11.8萬t/a，其中膠結(jié)尾砂量為3.9萬t/a，非膠結(jié)尾砂量為7.9萬t/a。膠結(jié)材料用量與選用的采礦方法相關(guān)，初步按高強度充填體(灰砂比1:4)與低強度充填體(灰砂比1:10)比例1:4估算，得到礦山膠結(jié)材料用量為0.51萬t/a。礦山膠結(jié)充填量不大，為減少充填次數(shù)和管道沖洗水，推薦膠結(jié)充填為間歇充填方式，一方面可盡量延長每次充填的作業(yè)時間，另一方面也便于高濃度尾砂攪拌站尾砂進料、貯存等充填準備工序操作。按礦山非膠結(jié)充填量與膠結(jié)充填量比例2:1初步估算，年膠結(jié)充填工作日可設(shè)計為72d/a或36d

16、/a，即前者為3天內(nèi)進行2次膠結(jié)充填，每次膠結(jié)充填量減小，相應(yīng)的充填配置降低；后者為3天內(nèi)進行1次膠結(jié)充填。據(jù)此計算得到不同作業(yè)方式的充填材料用量見表3-1。表3-1 充填材料用量項目日用量t/d年用量萬t/a年膠結(jié)充填高強度充填低強度充填高強度充填低強度充填合計工作日 d/a尾砂547.11 547.11 0.79 3.15 3.94 72水泥136.78 54.71 0.20 0.32 0.51 水293.09 257.92 0.42 1.49 1.91 尾砂1094.22 1094.22 0.79 3.15 3.94 36水泥273.55 109.42 0.20 0.32 0.51 水5

17、86.19 515.84 0.42 1.49 1.91 4 充填方案設(shè)計4.1 站址選擇 大坑礦區(qū)為金龍礦業(yè)資源整合礦區(qū)，設(shè)計開采對象為大坑礦段、大綱礦段和寨頭礦段的礦體，開采范圍內(nèi)主要有大小46個鉛鋅礦體，2個大理巖礦體。礦體賦存標高為230600m之間。礦山主要采用平硐或平硐-斜坡道開拓，礦用汽車運輸，現(xiàn)已形成幾十個生產(chǎn)系統(tǒng)。各生產(chǎn)系統(tǒng)根據(jù)礦體產(chǎn)狀特征設(shè)有26個不等水平中段，平硐口主要分布在300560m標高之間，部分平硐位于礦體的上盤，各硐口均設(shè)有值班室、空壓機房、配電室、簡易辦公房等設(shè)施。 充填系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域主要為大坑礦段及大綱礦段，充填包括非膠結(jié)充填及膠結(jié)充填。根據(jù)礦山開采技術(shù)條件及礦

18、區(qū)地質(zhì)地形情況，確定的充填站址位于大坑三采場主平硐上山包處，標高501米。根據(jù)礦體產(chǎn)狀及開拓系統(tǒng)布置，計算的充填系統(tǒng)幾何充填倍線見表4-1表44。表4-1 大綱1#井幾何充填倍線中段中段高斜井管長礦體走向長10020053051515308.67 15.33 49040804.50 7.00 465651303.54 5.08 445851703.18 4.35 437931863.08 4.15 4151152302.87 3.74 4001302602.77 3.54 3751553102.65 3.29 3252054102.49 2.98 3052254502.44 2.89 2852

19、454902.41 2.82 2652655302.38 2.75 2452855702.35 2.70 表4-2 大綱2#井幾何充填倍線中段中段高斜井管長礦體走向長1002005305201029.24 12.92 22.92 5003087.71 6.26 9.59 48050146.19 4.92 6.92 46070204.67 4.35 5.78 44090263.14 4.03 5.15 表4-3 大坑1#井幾何充填倍線中段中段高斜井管長礦體走向長100200530370160160.00 1.63 2.25 340190190.00 1.53 2.05 310220220.00

20、1.45 1.91 表4-4 大坑2#井幾何充填倍線中段中段高斜井管長礦體走向長1002005303501801801.56 2.11 3341961961.51 2.02 3202102101.48 1.95 2932372371.42 1.84 2762542541.39 1.79 2502802801.36 1.71 4.2 充填方案設(shè)計 大坑礦區(qū)充填材料為選廠尾砂，選廠位于三山河上部，標高80m。礦區(qū)為高山地形，山嶺溝壑縱橫，地形陡峭，林區(qū)密布，選廠至充填站有盤山路。根據(jù)充填材料運輸方式的不同，可選擇的充填方案有管道輸送立式砂倉尾砂充填系統(tǒng)及汽車運輸尾砂充填系統(tǒng)。4.2.1 方案一：管

21、道輸送立式砂倉尾砂充填系統(tǒng) 該方案采用管道輸送尾砂漿至充填站，通過立式砂倉制備高濃度尾砂漿，充填站配制水泥倉，尾砂漿與水泥通過攪拌桶攪拌均勻后通過充填鉆孔自流輸送至采空區(qū)進行充填。工藝流程見圖4-1。4.2.1.1 充填站配制 立式砂倉高濃度充填系統(tǒng)包括全尾砂給料線、水泥儲存給料線、補給水（調(diào)濃水）給料線及充填料攪拌輸送線等子系統(tǒng)構(gòu)成，分別描述如下：（1） 全尾砂給料線 根據(jù)礦山現(xiàn)有尾礦流程，進入立式砂倉的尾砂漿只能來自選廠尾砂排料口，尾砂漿濃度20%左右。來自選廠的尾砂漿直接泵送至立式砂倉，通過添加絮凝劑，使尾砂加速沉降，倉頂澄清水自流回至選廠回收利用，倉底制備的高濃度尾砂漿通過風(fēng)水聯(lián)動裝置

22、進行活化造漿，為充填穩(wěn)定提供高濃度的尾砂漿。 選廠處理能力為600t/a，每天排放尾砂量約為510t，尾砂漿約2300m3。礦山年充填尾砂量為1074t/d，約占尾砂產(chǎn)量的70%。由此可計算出尾砂充填時濃縮尾砂漿體積，見表4-5。表4-5 不同濃度條件下每次膠結(jié)充填尾砂漿量體積料漿濃度（%）6065707275料漿體積m31117.08979.34861.28818.65758.97 由表4-5可知，當(dāng)料漿濃度為70%75%時，料漿體積為758.97861.28m3，即每次充填時要求立式砂倉至少能夠貯存758.97861.28m3的料漿，考慮礦山充填靈活性及立式砂倉的料漿制備能力，設(shè)計建造兩座

23、立式砂倉，單座砂倉幾何容積設(shè)計為約900m3。按立式砂倉容積900m3設(shè)計，立式砂倉直徑9m，筒倉高12m，圓錐體高6m，總高18m，圓錐角70度。 由于全尾砂粒級較細，自然沉降速度慢，嚴重影響立式砂倉料漿的制備能力，并且砂倉溢流水中常含有大量細顆粒，特別是當(dāng)沉降面逐漸上升后，溢流濃度將越來越高，嚴重污染影響倉頂溢流的排放。對此，本項目提出了兩種解決方案：方案一，立式砂倉采用間斷式注砂，砂倉注滿尾砂漿后進行自然沉降，沉降結(jié)束后排放澄清水，兩個砂倉交替進行；方案二，立式砂倉采用連續(xù)注砂，全尾砂漿通過添加絮凝劑加速尾砂沉降速度，立式砂倉倉底濃縮尾砂漿的同時倉頂進料，澄清水通過溢流管排出。方案一具有

24、系統(tǒng)投資小，砂倉濃縮尾砂漿濃度高的優(yōu)點，但尾砂沉降速度慢，立式砂倉注砂時間長，料漿制備效率低，料漿制備效率低，溢流水含砂量不穩(wěn)定，影響回水利用效率；方案二投資較高，絮凝劑的添加增加了系統(tǒng)運營成本，但尾砂沉降速度快，倉底尾砂沉降濃縮的同時，倉頂進料，溢流水澄清易于循環(huán)利用，通過綜合對比，本項目選擇方案二，添加絮凝劑加快尾砂沉降脫水的濃縮方式。 充填作業(yè)3天為一個循環(huán)工序，兩天進行砂倉注砂濃縮工作，一天進行充填工作。砂倉底部高濃度尾砂漿由于長時間壓縮，產(chǎn)生固結(jié)，通過砂倉底部的風(fēng)水聯(lián)動流態(tài)化造漿裝置使砂漿活化，并進行放砂。放砂管上安裝有濃度計、電磁流量計及電動調(diào)節(jié)閥以對放砂參數(shù)進行控制，使立式砂倉放

25、出合格的尾砂漿。（2） 水泥儲存給料線 當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的32.5級硅酸鹽水泥由散裝水泥罐車運至充填站，通過吹灰管卸入水泥倉中。根據(jù)礦山膠結(jié)充填要求，按膠結(jié)充填量占礦山充填的1/3及灰砂比1:4計算，每次膠結(jié)充填最大水泥用量為273.55t，設(shè)計水泥倉容積為200m3。水泥倉直筒邊長5m，直筒段高度6m，錐底角度55度，錐底高4m，出口邊長0.3m。 水泥倉頂設(shè)置有除塵器、雷達料位計及檢查孔。倉底安裝有250*2500雙管螺旋輸送機。充填時打開雙管螺旋輸送機的閘板法，開啟雙管輸送機即可向攪拌桶添加水泥，雙管螺旋電機采用變頻調(diào)速，通過改變電機輸入頻率可改變雙管螺旋輸送機轉(zhuǎn)速進而改變水泥輸送量，滿足充填配

26、比要求。（4） 調(diào)濃水供給線當(dāng)充填料漿濃度過高時，須向攪拌機供給適當(dāng)?shù)乃詫Τ涮盍蠞{濃度進行調(diào)節(jié)，系統(tǒng)設(shè)置調(diào)濃水供給線。調(diào)濃水來自供水管線（或高位水池），供水線上安裝有電磁流量計、電動調(diào)節(jié)閥及手動閥，調(diào)濃水量由電磁流量計檢測，電動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。 （5）充填料攪拌輸送線全尾砂漿、水泥及調(diào)濃水經(jīng)各自的供料線按設(shè)計配比供給20002100高濃度攪拌桶，通過攪拌桶攪拌均勻后經(jīng)測量管進入下料斗，最終進入充填鉆孔并通過充填鉆孔及井下管網(wǎng)自流至采空區(qū)進行充填。測量管上安裝有電磁流量計及射線濃度計，以對充填料漿流量及濃度進行檢測。 圖 4-1 立式砂倉高濃度充填系統(tǒng)流程圖4.2.1.2設(shè)備儀表選擇根據(jù)充填站配置

27、及充填材料用量，為便于計量、控制及操作，選定充填站主要設(shè)備儀表見表4-6。表4-6 充填站主要機械設(shè)備配置表名稱及規(guī)格單位數(shù)量備注高濃度攪拌槽20002100臺1雙管螺旋輸送機臺1除塵器臺1微機工業(yè)密度計臺1空壓機臺1離心清水泵臺2事故池立泵臺1電磁流量計臺2重錘物位計臺1雷達液位計臺2電動弧形鑄石閥DN150只3電動鑄石球閥DN150只1電動球閥DN65只6電動球閥DN80只1電動管夾閥DN150只2電動管夾閥DN100只1手動管夾閥DN150只1手動閘閥DN100只1手動閘閥DN80只1無縫鋼管，1688米50無縫鋼管，894.5米200無縫鋼管，655米250鋼管米1004.2.1.3

28、工藝及控制流程選廠尾砂漿通過水隔離泵，采用兩級接力輸送方式由選廠泵送至充填站立式砂倉，尾砂漿濃度20%左右，流量約100m3/h。尾砂漿在立式砂倉內(nèi)通過添加絮凝劑加速沉降，尾砂顆粒自由沉降至倉底并濃縮，澄清水上行到砂倉上部或頂部并通過溢流槽返回選廠重復(fù)利用或并入至尾砂壩管路，自流至尾礦庫。待立式砂倉內(nèi)濃縮料漿尾砂量滿足單次膠結(jié)充填量要求時停止注砂。經(jīng)過長時間沉降、濃縮，倉底尾砂固結(jié)。采用高壓水氣聯(lián)合流態(tài)化造漿，制備的高濃度尾砂漿由倉底連續(xù)穩(wěn)定流出，進入攪拌桶，并與水泥倉輸送至攪拌桶的水泥攪拌混合均勻，通過充填鉆孔自流至井下，鉆孔與中段巷道連接，料漿通過中段巷道內(nèi)充填管線輸送至采空區(qū)進行充填。散

29、裝水泥由水泥罐車運到充填站，由水泥罐車自帶壓縮空氣系統(tǒng)吹入水泥倉。水泥倉頂設(shè)有倉頂收塵器。充填站系統(tǒng)設(shè)置各種監(jiān)測控制儀表，以便采集和控制充填運行狀況，集中控制室操作，立式砂倉頂設(shè)有倉頂料位計，當(dāng)倉內(nèi)尾砂漿面上升至倉頂時即時停止供料；倉底管道設(shè)有濃度計、流量計和調(diào)節(jié)閥，以控制和調(diào)節(jié)充填參數(shù)。水泥倉內(nèi)設(shè)有料位計，對料位進行監(jiān)視；充填時的水泥量由水泥倉底的雙管螺旋輸送機進行計量和控制。攪拌桶上設(shè)有液位計，監(jiān)視和控制攪拌桶內(nèi)液面的高度，并反饋控制倉底調(diào)節(jié)閥的開啟度。4.2.1.4 尾礦輸送（1）尾礦輸送基本參數(shù)（a）充填干量: 510t/d （b）尾礦比重: 2.68t/m3（鉛鋅礦）（c）礦漿濃度:

30、 20% （d）管路長度: 4000 m（e）幾何高差: 470m （f）尾砂粒度： 1mm （2）尾礦水力輸送計算（a）臨界管徑計算 根據(jù)尾礦性質(zhì)及尾礦輸送相關(guān)參數(shù)，選擇克諾羅茲公式對尾礦輸送臨界管徑進行了計算，結(jié)果見表4-7。 克諾羅茲公式：MZ重量砂水比，固體物料比重校正系數(shù)， Dl臨界管徑，表4-7 臨界管徑計算結(jié)果臨界管徑（m）流量(m3/h)0.20168.46310.19150.43190.18133.51420.17117.6970.16102.96650.1589.308780.1476.708820.1365.151020.1254.618890.1145.094930.1

31、036.56055根據(jù)礦山選廠處理能力計算出選廠尾礦排放流量約為100m3/h，對此參照表1可知理論計算輸送管徑為160mm，故選擇尾礦輸送管道為16810， DN 148無縫鋼管。（b）臨界流速計算 臨界流速采用克諾羅茲公式計算，計算結(jié)果見表4-8。 克諾羅茲公式：式中：Mz重量砂水比，砂重/水重100； 固體物料比重校正系數(shù)； 當(dāng)t2.7t/m3時，=1；當(dāng)t2.7t/m3時，D1臨界管徑。表4-8 臨界流速計算結(jié)果臨界管徑D（m）臨界流速工作流速0.101.111.340.111.141.370.121.171.400.131.191.430.141.221.460.151.241.49

32、0.161.261.510.171.281.540.181.301.560.191.321.580.201.341.60對于16810的管道，適宜的工作流速為1.51m/s。（c）水力坡度計算 水力坡度采用金川似均質(zhì)流公式計算：Ic水平直管單位長度料漿水力坡度，KPa/m；I0水平直管單位長度清水水力坡度，KPa/m；i0=0V2/(2gD)Cv料漿的體積濃度,%g重力加速度，m/s2；D管徑，m；V流速，m/sCx顆粒沉降阻力系數(shù)；t固體物料密度, t/m3；0阻力系數(shù)， 理論計算尾礦輸送水力坡度為0.014mH2O。（d）輸送揚程計算H= h1+h2+h3+h4+h5式中：h1砂泵幾何高差

33、壓頭，mH2O； h1= hn漿 hn砂泵揚程幾何高差，m； 漿泵送漿體密度，t/m3； h2輸送管道沿程阻力，mH2O； h3輸送管道沿線的局部損失，mH2O； h3=（0.10.15）h1 h4砂泵吸入管的壓頭損失，通常h4取24 mH2O； h5管道出口剩余壓頭，通常h5取25 mH2O。 理論計算尾礦輸送總養(yǎng)程為669m。 尾礦輸送參數(shù)計算結(jié)果匯總見表4-9。表4-9 尾礦輸送參數(shù)匯總表項目流量(m3/h)管徑(mm)水力坡度(h2O)流速(m/s)揚程（m）結(jié)果1031600.0141.51669（3）輸送工藝 漿體泵是漿體管道輸送系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。按泵的工作機理，漿體泵可分為三種類型

34、：離心式漿體泵（沃曼泵、襯膠泵、PN型泵、PS型泵、PH型泵、液下泵和立式泵）、容積式漿體泵（活塞泵、柱塞泵、隔膜泵、螺桿泵等）及特種漿體泵（水隔離泵、膜隔離泵等）。 離心式渣漿泵適用于大流量低揚程輸送，對于高揚程輸送，有兩種方案：一種為多臺離心泵串聯(lián)或者多級輸送，另外一種方案為采用特種漿體泵，本方案設(shè)計采用水隔離泵，水隔離泵單臺揚程約400m。針對本項目，需要設(shè)兩級泵站輸送。兩級泵站的位置可選擇在總揚程330m 處。每泵站設(shè)二套設(shè)備輸送（一用一備），總共四套設(shè)備。一級泵站需要8m喂料高差，一級泵站將尾砂直接揚送到二級泵站的供漿箱中，給二泵站設(shè)備喂料，將尾砂輸送到充填站。（4）設(shè)備型號選擇（a

35、）設(shè)備型號: LSGB120/4.0（b）設(shè)備臺數(shù): 二臺（用一備一）（c）設(shè)備性能: Q=90120 m3/h P4.0 MPa（d）動力源配置:清水泵: MD120-508 電 機：Y315L2-4 （IP23/380V）功 率：200 KW 4.2.1.5 充填系統(tǒng)布置 根據(jù)大坑礦區(qū)礦體賦存情況及礦區(qū)地理地形條件，充填站布置于大坑三采場主平硐上山脊處。針對礦山20萬t/年的生產(chǎn)規(guī)模，設(shè)計建設(shè)一套充填系統(tǒng)。系統(tǒng)總圖平面布置見圖4-2。 充填系統(tǒng)由兩座立式砂倉及放砂裝置、水泥倉及給料裝置、全尾砂供給線、供水線、高濃度攪拌機及相應(yīng)的充填鉆孔組成。充填系統(tǒng)設(shè)置兩個充填鉆孔，間距為4m，充填鉆孔坐

36、標為：X1=2906071.78，Y1=39628254.98 X2=2906075.78，Y2=39628254.98 充填鉆孔采用雙層套管，其外層1686.5（45號以上無縫鋼管）為護壁管，內(nèi)層14615 16Mn 鋼管為充填料漿輸送管。內(nèi)層套管為全長活動管，當(dāng)該管磨損嚴重時，可整體更換。 充填鉆孔自地表+531m水平施工至+285m水平，總長246m。圖4-2 系統(tǒng)總圖平面布置4.2.2 方案二：汽車運輸尾砂充填系統(tǒng) 該方案充填尾砂取自尾礦庫，通過汽車運輸至充填站儲料倉儲存，倉內(nèi)尾砂經(jīng)過高壓水流態(tài)化造漿使尾砂流態(tài)化，流態(tài)化的尾砂漿通過管道自流至攪拌桶。充填站配制有水泥倉，尾砂漿與水泥通過

37、攪拌桶混合均勻后自充填鉆孔自流至井下采空區(qū)，系統(tǒng)流程見圖4-3。4.2.2.1 充填站配制 臥式砂倉尾砂充填系統(tǒng)同樣包括全尾砂給料線、水泥儲存給料線、補給水（調(diào)濃水）給料線及充填料攪拌輸送線等子系統(tǒng)，由于尾砂供給形態(tài)不同，兩種方案的料漿制備系統(tǒng)差別較大，分別描述如下：（1）全尾砂給料線臥式砂倉尾砂充填系統(tǒng)方案中的充填材料為取自尾礦庫的干尾砂，尾砂通過汽車運輸至充填站倒入儲料倉儲存，儲料倉上部為圓筒狀，下部為錐體狀。計算可知礦山日充填尾砂量為1074.3t，約670m3，為了減少尾砂運輸頻率，設(shè)計尾砂儲量倉為850m3。儲料倉直徑9m，圓筒高12m，錐體高5m，總高17m。儲料倉下部安裝有高壓水

38、造漿裝置，通過高壓水使干尾砂（含水率10%）液化至70%濃度左右，并自流至攪拌桶。儲料倉放砂管安裝有電磁流量計，濃度計及電動調(diào)節(jié)閥以對放砂濃度及流量進行檢測控制。（2）水泥儲存給料線 方案一與方案二的水泥儲存給料線相同，當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的32.5級硅酸鹽水泥由散裝水泥罐車運至充填站，通過吹灰管卸入水泥倉中。根據(jù)礦山膠結(jié)充填要求，按膠結(jié)充填量占礦山充填的1/3及灰砂比1:4計算，每次膠結(jié)充填最大水泥用量為273.55t，設(shè)計水泥倉容積為200m3。水泥倉直筒邊長5m，直筒段高度6m，錐底角度55度，錐底高4m。 水泥倉頂設(shè)置有除塵器、雷達料位計及檢查孔。倉底安裝有250*2500雙管螺旋輸送機。充填時打

39、開雙管螺旋輸送機的閘板法，開啟雙管輸送機即可向攪拌桶添加水泥，雙管螺旋電機采用變頻調(diào)速，通過改變電機輸入頻率可改變雙管螺旋輸送機轉(zhuǎn)速進而改變水泥輸送量，滿足充填配比要求。（4） 調(diào)濃水供給線當(dāng)充填料漿濃度過高時，須向攪拌機供給適當(dāng)?shù)乃詫Τ涮盍蠞{濃度進行調(diào)節(jié)，系統(tǒng)設(shè)置調(diào)濃水供給線。調(diào)濃水來自供水管線（或高位水池），供水線上安裝有電磁流量計、電動調(diào)節(jié)閥及手動閥，調(diào)濃水量由電磁流量計檢測，電動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。 （5）充填料攪拌輸送線全尾砂漿、水泥及調(diào)濃水經(jīng)各自的供料線按設(shè)計配比供給20002100高濃度攪拌桶，通過攪拌桶攪拌均勻后經(jīng)測量管進入下料斗，最終進入充填鉆孔并通過充填鉆孔及井下管網(wǎng)自流至采空區(qū)

40、進行充填。測量管上安裝有電磁流量計及射線濃度計，以對充填料漿流量及濃度進行檢測。4.2.2.2 設(shè)備儀表選擇根據(jù)充填站配置及充填材料用量，為便于計量、控制及操作，選定充填站主要機械設(shè)備見表4-10。表4-10 充填站主要機械設(shè)備配置名稱及規(guī)格單位數(shù)量備注高濃度攪拌槽20002100臺1雙管螺旋輸送機臺1除塵器臺1微機工業(yè)密度計臺1離心清水泵臺2事故池立泵臺1電磁流量計臺2雷達料位計臺2電動弧形鑄石閥DN200只3電動鑄石球閥DN200只1電動球閥DN65只3電動球閥DN80只1電動管夾閥DN200只1電動管夾閥DN100只1手動閘閥DN100只1手動閘閥DN80只1無縫鋼管，894.5米100

41、無縫鋼管，655米100襯膠鋼管米504.2.2.3 工藝及控制流程尾礦庫尾砂通過汽車運輸至充填站，卸入攪拌站內(nèi)儲料倉儲存。儲料倉內(nèi)粘性尾砂干料通過高壓水造漿使尾砂液化，液化后的尾砂漿通過管道自流入攪拌桶，并與水泥倉輸送至攪拌桶的水泥攪拌混合均勻，通過充填鉆孔自流至井下，鉆孔與中段巷道連接，料漿通過中段巷道內(nèi)充填管線輸送至采空區(qū)進行充填。散裝水泥由水泥罐車運到充填站，由水泥罐車自帶壓縮空氣系統(tǒng)吹入水泥倉。水泥倉頂設(shè)有倉頂收塵器。充填站系統(tǒng)設(shè)置各種監(jiān)測控制儀表，以便采集和控制充填運行狀況，集中控制室操作。儲料倉底放砂管道設(shè)有濃度計、流量計和調(diào)節(jié)閥，以控制和調(diào)節(jié)充填參數(shù)。水泥倉內(nèi)設(shè)有料位計，對料位

42、進行監(jiān)視；充填時的水泥量由水泥倉底的雙管螺旋輸送機進行計量和控制。攪拌桶上設(shè)有液位計，監(jiān)視和控制攪拌桶內(nèi)液面的高度，并反饋控制倉底調(diào)節(jié)閥的開啟度。4.2.2.4 充填系統(tǒng)布置 根據(jù)大坑礦區(qū)礦體賦存情況及礦區(qū)地理地形條件，充填站布置于大坑三采場主平硐上山脊處。針對礦山20萬t/年的生產(chǎn)規(guī)模，設(shè)計建設(shè)一套充填系統(tǒng)。充填系統(tǒng)占地10m27m，充填系統(tǒng)布置見圖4-4。充填系統(tǒng)由一座儲料倉及放砂裝置、水泥倉及給料裝置、供水線、高濃度攪拌機及相應(yīng)的充填鉆孔組成。充填系統(tǒng)設(shè)置兩個充填鉆孔，間距為4m，充填鉆孔坐標為：X1=2906071.78，Y1=39628254.98 X2=2906075.78，Y2=

43、39628254.98 充填鉆孔采用雙層套管，其外層1686.5（45號以上無縫鋼管）為護壁管，內(nèi)層14615 16Mn 鋼管為充填料漿輸送管。內(nèi)層套管為全長活動管，當(dāng)該管磨損嚴重時，可整體更換。 充填鉆孔自地表+531m水平施工至+285m水平，總長246m。圖4-3方案二充填系統(tǒng)流程圖圖4-4 方案二充填站配制示意圖4.2.2.5 尾礦開采尾礦作為一種人工次生資源，其開采工藝與原生礦產(chǎn)資源開采不同：尾礦開采一般采用露天方式，由于堆積尾礦的承載力低，且不均勻，若潰庫將造成生命財產(chǎn)損失和環(huán)境污染，因此選擇開采方式時，既要考慮尾礦的承載力，又要考慮到尾礦庫本身的安全。就金龍礦業(yè)而言，尾礦充填需要

44、干式運輸，故尾礦采用干式開采?；夭晒に嚕喝鐖D4-5所示，在尾礦庫中選擇布置主干線；在主干線的兩側(cè)（垂直于主干線）鋪設(shè)回采進路（回采進路的間距為采掘帶的寬度2R）；挖掘機沿回采進路實施退路式回采。依此反復(fù)，循環(huán)進行。由于尾礦質(zhì)地松軟、承載強度低，按照規(guī)定對道路地基承載力進行驗算。必要時，采場內(nèi)道路需用木料或混凝土預(yù)制鋪設(shè)，確保回采作業(yè)安全進行。分層運輸主干線；回采進路；回采方向；采掘機械；R回采半徑圖4-5 自上而下分層采礦法示意圖回采順序：根據(jù)安全規(guī)程要求，采用先上后下，分層開采。主干線平行尾礦壩軸線布置，進路垂直主干線布置。進路內(nèi)采用后退式回采，整體采用先內(nèi)部、后外部的順序回采，平行壩軸線方

45、向推進。尾礦開采設(shè)備：按照前面尾礦的開采方式以及尾礦庫尾礦承載能力，本設(shè)計采砂主要設(shè)備是0.3m3斗容挖掘機，配9t自卸汽車。尾礦開采注意事項：一：由于金龍礦業(yè)尾礦庫尚未閉坑，故在尾礦開采過程中還要正常排尾。尾礦開采與尾礦排尾交叉作業(yè)，兩者之間必須相互協(xié)調(diào)。二：尾礦開采改變了尾礦庫原有的排洪條件，尾礦開采方案制定過程中應(yīng)考慮尾礦開采對尾礦庫排洪的影響。三：尾礦庫開采對尾礦庫穩(wěn)定性將產(chǎn)生一定影響，需進行必要安全評價、環(huán)境評價。四：本方案為初步方案，具體實施方案應(yīng)根據(jù)金龍尾礦庫具體實際情況，單獨進行尾礦開采方案可行性研究，并上報相關(guān)部門審批。4.3 充填管路輸送系統(tǒng)4.3.1 臨界流速在進行管道輸

46、送設(shè)計時，首先必須了解管道輸送物料的臨界流速。比臨界流速更低的流速將導(dǎo)致管底形成固體顆粒沉積床面，摩擦阻力損失也隨之相應(yīng)地增大并常具有脈動性；流速進一步降低，將導(dǎo)致管道堵塞。工程實踐中，為使?jié){體輸送壓頭損失最小、能耗最低，適宜的工作流速通常比臨界流速大1020。根據(jù)尾砂粒級組成及充填料漿濃度，分別選用克諾羅茲公式和全蘇煤礦科學(xué)院公式計算臨界流速，計算結(jié)果見表4-11?？酥Z羅茲公式：式中：MZ重量砂水比，固體物料比重校正系數(shù)，=1，Dl臨界管徑，全蘇煤礦科學(xué)研究院公式式中：D管道直徑，m；料漿密度，t/m3；圓球顆粒沉降阻力系數(shù)；水管阻力系數(shù)；對于新鋼管，表4-11 臨界流速計算值計算公式管徑D

47、（m）料漿重量濃度Cw（）66687072克諾羅茲公式0.081.791.831.871.910.11.861.901.941.980.1251.931.972.022.06全蘇煤礦科學(xué)研究院公式0.081.751.771.781.800.12.002.022.042.060.1252.292.312.332.35由表3-1可以看出，經(jīng)驗公式計算結(jié)果為：對于80的管道，其臨界流速為1.791.91m/s；對于100的管道，其臨界流速為1.862.06m/s；對于125的管道，其臨界流速為1.932.35m/s.。這樣，80、100和125管道的工作流速分別為：2.152.29m/s、2.232

48、.47m/s、2.312.82m/s。4.3.2水力坡度根據(jù)上述充填管徑及其臨界流速，采用北京有色冶金設(shè)計院公式分別計算不同管徑及其流量水力坡度。水力坡度計算結(jié)果見表4-12。北京有色冶金設(shè)計院公式式中：料漿砂水重量比，%；V料漿流速，m/s料漿重度，t/m3。表4-12水力坡度計算結(jié)果單位：mH2O/m流量流速管徑料漿重量濃度Cw %m3/hm/sm66687072603.32 0.080.564 0.579 0.596 0.613 2.12 0.10.198 0.205 0.213 0.223 1.36 0.1250.089 0.095 0.102 0.109 804.42 0.080.9

49、74 0.997 1.022 1.048 2.83 0.10.317 0.326 0.336 0.347 1.81 0.1250.119 0.124 0.130 0.137 1005.53 0.081.505 1.540 1.576 1.615 3.54 0.10.476 0.488 0.502 0.516 2.26 0.1250.163 0.169 0.175 0.1824.3.3 實際充填倍線在自流輸送中充填管路的幾何充填倍線必須小于實際充填倍線，這樣才可順利進行自流輸送。為此，根據(jù)上述計算的水力坡度，計算了充填管道的實際充填倍線，計算結(jié)果見表4-13。實際輸送倍線K為：正常情況下，料漿借助自重所產(chǎn)生的自然壓頭進行自流輸送。當(dāng)充填工作臨近結(jié)束，用清水沖冼管道中剩余料漿時，其實際充填倍線還須應(yīng)按清水自然壓頭進行核算。清水