露天礦充填井下水采方案研究

露天礦充填井下水采方案研究

新疆匯金礦是大型緩坡中厚礦體。礦體形狀復(fù)雜，礦巖邊界未知，開采難度較大。近兩年來(lái),通過(guò)采礦科研攻關(guān),成功地采用高效盤區(qū)充填采礦法,有效地降低了開采貧化損失,充分回收了礦產(chǎn)資源,大幅度提高了采礦生產(chǎn)能力,為礦山快速發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2003年是礦山生產(chǎn)發(fā)展較為重要的一年。礦山的選礦生產(chǎn)規(guī)模從2002年的200t/d,跳躍式地發(fā)展到的800t/d,選礦生產(chǎn)能力提高4倍。為適應(yīng)生產(chǎn)規(guī)模的需要,大幅度地?cái)U(kuò)大了采礦生產(chǎn)能力,但井下充填卻形成了2萬(wàn)m3的欠賬,對(duì)礦山的正常生產(chǎn)造成了很大的影響。為此設(shè)計(jì)建設(shè)一套尾砂水采充填系統(tǒng),利用以前排放在露天坑的尾砂,緩解充填系統(tǒng)尾砂不足和井下充填欠賬問題,并減小尾砂堆放在地表對(duì)環(huán)境的影響。另外,該系統(tǒng)也可作為以后采充偶爾失衡時(shí)的彌補(bǔ)設(shè)施。1尾砂開采工藝20世紀(jì)80年代以前,國(guó)內(nèi)外主要采用空?qǐng)龇ɑ虮缆浞ㄩ_采,生產(chǎn)排放的尾砂大多堆放在地表,對(duì)環(huán)境造成了很大的污染。近年來(lái),隨著環(huán)保的加強(qiáng),應(yīng)用充填法開采已成為礦業(yè)發(fā)展的主要方向。同時(shí),尾砂的二次開采利用也日益引起國(guó)內(nèi)外的重視。目前,類似的工藝技術(shù)可見于海濱開采、砂礦開采和尾砂庫(kù)的二次開采,見表1。開采工藝和難度,隨尾砂堆放方式與開采用途而異。在金屬礦山,視尾礦庫(kù)情況不同,主要采用干采與水采兩種工藝。對(duì)于平原筑壩的尾礦庫(kù),尾砂一般呈干砂狀,多采用鏟運(yùn)機(jī)鏟運(yùn),如山東招遠(yuǎn)金礦和望兒山金礦。該種方式成本較高,但工藝較簡(jiǎn)單,對(duì)于凹陷尾礦庫(kù),開采難度較大。望兒山金礦試驗(yàn)采用了直溜的方法,湘西金礦和汝山金礦等一些礦山則采用了浮船泵采的方法。煤礦與化工礦山的水采工藝主要采用方式有:大粒度全水力提升;按需分級(jí),篩下水提、篩上旱提;在井下對(duì)礦漿進(jìn)行分級(jí)濃縮、澄清,濃縮后再水提;將礦漿在井下脫水處理后旱運(yùn)。其主要特點(diǎn)是水槍開采,水力輸送。砂礦開采,一般采用砂泵打砂或刮板式的采砂船。砂泵采砂船一般采用船底葉輪攪拌,砂泵采砂,水力輸送。湘西金礦在這方面作了一些嘗試,表明該種開采工藝應(yīng)用于尾砂水采,存在投資大、成本高、維修管理復(fù)雜等諸多缺點(diǎn)。綜上分析認(rèn)為,水采工藝將是今后尾砂二次開采的主要的方式,研究和完善合適的尾砂水采工藝具有重要的意義。2尾砂粒度指標(biāo)要求礦山1999年由露天開采轉(zhuǎn)入地下開采后,將原露天坑進(jìn)行了防水、隔離處理,作為礦山生產(chǎn)的尾礦庫(kù)。該露天坑位于礦體上部,深32m,尾砂上部面積為60m×200m。目前露天坑內(nèi)尾砂的堆積高度約為15m,存放尾砂約14萬(wàn)m3,尾砂呈飽和水狀態(tài)。前期直接排放的尾砂較粗,主要為-74μm,而后期經(jīng)立式充填砂倉(cāng)分級(jí)利用后的溢流尾砂則較細(xì),多數(shù)為-38～-43μm。從尾砂濃密、充填疏水和減少井下污染的角度出發(fā),首期開采的尾砂粒度要求為+43μm。這需要進(jìn)行選別開采。觀察表明,尾砂排放至露天坑時(shí),經(jīng)過(guò)尾砂流動(dòng)自然分級(jí),露天坑的尾砂呈東粗西細(xì)、東高西低的狀況,多余的水主要集中在露天坑西部。這既利于選擇粗粒級(jí)開采,又利于擇點(diǎn)水采。3尾砂水開采技術(shù)方案采出露天坑內(nèi)的尾砂,用管道輸送到井下采場(chǎng)充填,視尾砂采出和濃密方式以及露天坑尾砂的具體情況,設(shè)計(jì)了3種尾砂水采技術(shù)方案。3.1尾砂充填工藝該方案主要包括尾砂水采、尾砂濃密與充填下料三個(gè)系統(tǒng)。尾砂水采系統(tǒng)主要包括采砂與輸送設(shè)施等。濃密系統(tǒng)主要是采用濃密機(jī)對(duì)濃度較小的尾砂進(jìn)行濃縮。充填下料系統(tǒng)包括緩沖池、加壓泵和充填下料管道等。工藝流程是在露天坑尾礦庫(kù)用型號(hào)為40PV-SP的潛水泵,將濃度為20%～30%的尾砂泵至中間泵站,然后再用2PNJB砂泵將尾砂漿打至直徑為9m的濃密機(jī)濃縮。尾砂濃縮至40%～45%的濃度后,緩慢放入緩沖池,再用4/3C-AHR渣漿泵輸送至充填斜井口,通過(guò)充填斜井下放至充填采場(chǎng)進(jìn)行充填,見圖1。潛水泵固定在一個(gè)自制的浮船上,可在岸上用開關(guān)遙控,浮船可用牽繩隨意移動(dòng)。船與設(shè)備總質(zhì)量785kg。主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表2。3.2尾砂4/3-ahr電盤式充填臨時(shí)砂池方案主要包括電耙水采與攪拌充填兩個(gè)系統(tǒng)。電耙水采系統(tǒng)主要為電耙與螺旋輸送機(jī)等設(shè)施;攪拌充填系統(tǒng)主要有攪拌桶與充填下料設(shè)施。用功率為30kW的雙卷筒電耙,將露天坑中濃度為40%～50%的尾砂耙入臨時(shí)砂池,然后用?250mm×15m的GX型螺旋輸送機(jī),將尾砂輸送至攪拌站中?1.5m的攪拌桶攪拌,再用4/3C-AHR渣漿泵管道泵送至充填斜井口,通過(guò)充填斜井下放至充填采場(chǎng)進(jìn)行充填,見圖2。電耙絞車固定在露天坑邊上,耙運(yùn)時(shí)可視需要調(diào)換尾輪位置來(lái)調(diào)整耙運(yùn)方向。螺旋輸送機(jī)一端固定在攪拌站,另一端放置于臨時(shí)砂池。臨時(shí)砂池隨尾砂采深下降,螺旋輸送機(jī)的長(zhǎng)度則隨尾砂開采深度增加而加長(zhǎng)。主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表2。3.3井下部充填尾砂濃縮工藝流程較簡(jiǎn)單,利用原來(lái)井下開采時(shí)通往露天坑底的風(fēng)井作尾砂集料倉(cāng)。該風(fēng)井長(zhǎng)60m,斷面為2m×1.8m,傾角為45°,容積為210m3。使用前需改造。首先,將風(fēng)井下部10m高范圍內(nèi)的斷面擴(kuò)大為4m×4m,下部用混凝土澆灌為漏斗形狀,并安裝兩排造漿噴嘴、放砂漏斗和溢流管道以及相應(yīng)的閘門與控制裝置。破開風(fēng)井上部封口后,尾砂與水自流入尾砂集料倉(cāng)內(nèi),尾砂慢慢沉入倉(cāng)底,清水則慢慢上浮。然后通過(guò)溢流管道用4PNJ砂泵將上部清水打回地表。對(duì)周圍不能自流入集料倉(cāng)內(nèi)的尾砂,采用30kW電耙輔助耙運(yùn)。尾砂在倉(cāng)底沉淀濃縮后,通過(guò)下部的放砂裝置放入井下充填管道,最后用4/3C-AHR渣漿泵輸送至待充填采場(chǎng)。主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表2(表中經(jīng)營(yíng)成本攤?cè)肓送顿Y費(fèi)用)。4比較選擇結(jié)果根據(jù)各方案情況和層次分析法(AHP)原理,構(gòu)造出數(shù)值比較分析模型如圖3所示。將表1中的數(shù)據(jù)構(gòu)建隸屬函數(shù)和權(quán)重矩陣,然后按層次分析法求解,比較選擇結(jié)果見圖4,為對(duì)比起見,將經(jīng)營(yíng)成本與難度系數(shù)納入一起比較分析。從圖4可見,泵采方案在技術(shù)與經(jīng)濟(jì)方面均較好。為此,選泵采充填方案進(jìn)行試驗(yàn)。5尾砂充入對(duì)環(huán)境的影響無(wú)廢開采是我國(guó)礦業(yè)發(fā)展的主要方向,其中,尾砂的處理和利用是研究的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì),我國(guó)礦山年產(chǎn)尾礦7401萬(wàn)t。這些尾礦不僅占據(jù)和污染了大片的土地和良田,還帶來(lái)一系列環(huán)境問題,影響了礦山的可持續(xù)發(fā)展。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)此十分重視,