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    作者：鄭曉敏

    甲瑪銅多金屬礦床位于西藏拉薩市墨竹工卡縣境內(nèi)，為西藏已探明的大型銅多金屬礦床之一。西藏甲瑪銅多金屬礦一期工程為露天開采，二期將大幅擴(kuò)大產(chǎn)能，并建成1200萬(wàn)t/a生產(chǎn)能力的露天井下聯(lián)合開采礦山，其中露天、井下生產(chǎn)能力各為600萬(wàn)t/a。礦山井下開采根據(jù)礦體產(chǎn)狀變化分為南北區(qū)，北區(qū)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力540萬(wàn)t/a，采用兩步驟嗣后充填采礦法回采。充填是保證礦山正常生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其充填能力、充填效率、充填質(zhì)量等因素直接影響著整個(gè)礦山的安全、高效生產(chǎn)，并對(duì)礦山可持續(xù)發(fā)展起到至關(guān)重要作用。

    甲瑪銅多金屬礦地處高寒高海拔地區(qū)，礦山工業(yè)場(chǎng)地有限、充填能力大、充填原材料及人工成本高，這些不利因素增加了充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度。充填系統(tǒng)建設(shè)要求充填設(shè)施盡可能優(yōu)化，以減少充填站占地面積，減小充填站規(guī)模。系統(tǒng)工藝應(yīng)穩(wěn)定可靠，以滿足礦山生產(chǎn)能力及惡劣工況環(huán)境。對(duì)此，本文根據(jù)甲瑪?shù)V實(shí)際條件，對(duì)可行的系統(tǒng)工藝進(jìn)行了方案比選，并對(duì)確定的全尾砂高濃度穩(wěn)定連續(xù)充填系統(tǒng)方案的尾砂供料系統(tǒng)、充填料漿制備系統(tǒng)等關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析論證，研究確定的技術(shù)方案穩(wěn)定、可靠，且系統(tǒng)投資小，實(shí)現(xiàn)了甲瑪銅多金屬礦高寒高海拔地區(qū)的大流量穩(wěn)定充填。

1  尾砂基礎(chǔ)物理化學(xué)性質(zhì)

    尾砂物理化學(xué)性質(zhì)包括尾砂比重、滲透性、粒級(jí)組成及化學(xué)組成，尾砂物理性能參數(shù)見表1，化學(xué)元素組成見表2，尾砂粒級(jí)組成見圖1。

    從尾砂基礎(chǔ)物理化學(xué)性質(zhì)來看：①尾砂的滲透系數(shù)低(0.35cm／h)，小于有色金屬采礦設(shè)計(jì)規(guī)范8cm／h的要求，充人采場(chǎng)后脫水性能差；②尾砂粒級(jí)組成中d50為33. 752μm，- 74μm占到68.12%，- 37μm約占52%，全尾砂粒度偏細(xì)，屬于細(xì)粒級(jí)物料；③不同濃度全尾砂漿在沉降2h后基本達(dá)到穩(wěn)定，低濃度全尾砂漿開始沉降速度快，達(dá)到一定濃度后，沉降速度逐漸變慢，高濃度全尾砂漿沉降濃度全程比較緩慢，60%～65%濃度下尾砂沉降速度約0. 04m／h;④尾砂中Si02、AI2O3的含量較高，分別達(dá)到了42.73%和8.27%，說明甲瑪?shù)V尾砂是一種比較好的惰性材料。而含有一定的Ca0、Mg0、Fe0成分，有利于將來膠結(jié)充填。尾砂中P2O5、S等有害成分含量低，可以作為井下充填材料。

    綜上所述，僅從物理化學(xué)性質(zhì)來看，甲瑪?shù)V尾砂可以作為充填骨料，但不是理想的充填材料，其作為充填材料的不足之處需在充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)中加以考慮。

2  充填系統(tǒng)方案選擇

    甲瑪?shù)V充填采礦生產(chǎn)能力為540萬(wàn)t/a，年工作330d，每天兩班充填，由此計(jì)算的礦山充填能力應(yīng)達(dá)到531m3／h。

    甲瑪?shù)V區(qū)可選用的充填材料有選廠生產(chǎn)的尾砂、露天及井下開采的廢石，其中選廠尾砂又可分為全尾砂和分級(jí)尾砂兩種形式。結(jié)合甲瑪?shù)V區(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來看，礦山已經(jīng)配置了深錐濃密機(jī)，能夠解決全尾砂沉降脫水的問題；另外，二期選廠尾砂排放工藝已經(jīng)確定，如果采用分級(jí)尾砂充填，勢(shì)必需要對(duì)原有尾砂排放工藝流程進(jìn)行修改，對(duì)深錐濃密機(jī)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使其作用不能得到很好發(fā)揮；同時(shí)二期選廠規(guī)劃建設(shè)已經(jīng)完成，目前在選廠附近很難再找到增加旋流器組安裝的工業(yè)場(chǎng)地�；�于上述現(xiàn)實(shí)情況，推薦采用全尾砂充填。

    根據(jù)甲瑪?shù)V區(qū)地質(zhì)地形、礦體賦存及生產(chǎn)系統(tǒng)布置情況，經(jīng)初步篩選，可行的充填系統(tǒng)方案有：方案一：膏體泵送充填系統(tǒng)；方案二：全尾砂高濃度自流充填系統(tǒng)。

2.1  膏體泵送充填系統(tǒng)

    充填站站址位于北回風(fēng)井口附近，標(biāo)高+4550m。該方案具體工藝流程為選廠尾砂經(jīng)深錐濃密機(jī)濃縮至濃度64%后，通過隔膜泵泵送至+4550m充填站。在充填站附近的廢石場(chǎng)建破碎站，破碎的成品廢渣經(jīng)膠帶輸送機(jī)運(yùn)至充填站儲(chǔ)存。充填時(shí)，高濃度尾砂漿、水泥、廢渣經(jīng)攪拌，制備成濃度80%左右的膏體充填料后通過柱塞泵泵送至井下采場(chǎng)進(jìn)行充填。具體工藝流程見圖2。

    為滿足甲瑪?shù)V生產(chǎn)能力，充填站需建立4套系統(tǒng)，3用1備，每套生產(chǎn)能力l80m3／h。經(jīng)估算，該方案投資約8500萬(wàn)元、運(yùn)營(yíng)成本87.98元/m3。

2.2全尾砂高濃度穩(wěn)定自流充填系統(tǒng)

    該方案充填系統(tǒng)工藝流程為二期選廠尾砂在選廠經(jīng)深錐濃密機(jī)濃密至64%～66%后通過隔膜泵泵送至+4820充填站。64%～66%濃度的尾砂漿與水泥混合攪拌均勻，制備成高濃度充填料漿后，通過充填鉆孔自流至井下采場(chǎng)進(jìn)行充填。具體工藝流程見圖3。

    經(jīng)估算，該方案投資約5600萬(wàn)元、運(yùn)營(yíng)成本

89.26元／m3。

2.3方案對(duì)比

    對(duì)兩種方案進(jìn)行了綜合比較，對(duì)比來看方案二在技術(shù)可靠性、充填能力、系統(tǒng)建設(shè)投資方面存在一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但充填質(zhì)量方面方案二較方案一稍差，運(yùn)營(yíng)成本兩者無(wú)明顯差別�？紤]到甲瑪?shù)V高海拔地區(qū)的特殊條件，以及大規(guī)模膏體泵送充填在國(guó)內(nèi)尚未有成功案例的實(shí)際情況，綜合分析各方利弊，最終建議采用方案二（全尾砂高濃度穩(wěn)定自流充填系統(tǒng)）作為甲瑪?shù)V區(qū)充填系統(tǒng)方案。具體方案對(duì)比見表3。

3  充填系統(tǒng)關(guān)鍵工藝方案設(shè)計(jì)

    充填系統(tǒng)主要由尾砂供給系統(tǒng)、充填站尾砂漿制備系統(tǒng)、水泥供給系統(tǒng)、充填料漿攪拌輸送系統(tǒng)、充填供水系統(tǒng)及自動(dòng)化控制系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成，根據(jù)甲瑪?shù)V的生產(chǎn)實(shí)際，其尾砂供料系統(tǒng)及充填站尾砂漿制備系統(tǒng)是系統(tǒng)的關(guān)鍵，對(duì)此本文進(jìn)行了詳細(xì)分析。

3.1尾砂供料系統(tǒng)

    甲瑪銅多金屬礦選廠處理能力40000t/d，尾礦產(chǎn)量39162t/d，排放濃度約20%。全尾砂漿經(jīng)2臺(tái)深錐濃密機(jī)濃縮至濃度大于64%后，采用隔膜泵泵送至6.2km外的二期尾礦庫(kù)進(jìn)行膏體排放，設(shè)計(jì)排放濃度64%～66%。尾礦輸送布置三條輸送管線，六臺(tái)DGMB550/9型隔膜泵，兩臺(tái)泵并聯(lián)（兩臺(tái)共一根尾礦出管）為一組，供料一條輸送管線，整個(gè)尾礦輸送共3個(gè)系列，兩用一備，該工藝系統(tǒng)目前已經(jīng)設(shè)計(jì)建設(shè)完成。

    礦山尾礦排放三班連續(xù)作業(yè)，充填兩班作業(yè)，尾砂排放與充填供砂之間的工作制度不相同。同時(shí)，礦山充填尾砂需求量為7032t/d，遠(yuǎn)小于尾砂產(chǎn)量，排放量與需求量之間也相差大。因此，礦山充填尾砂供料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)與現(xiàn)有尾砂排放系統(tǒng)緊密銜接，以確保系統(tǒng)的可靠性。

    根據(jù)甲瑪?shù)V二期尾礦輸送方案，充填供砂方案有兩種：①供砂與充填工作制度相同，采用兩班工作制；②供砂與充填工作制度不同，三班供砂，兩班充填。

    1)供砂與充填工作制度相同，采用兩班工作制。供砂與充填采用相同的兩班工作制度，由此計(jì)算要滿足540m3/h能力要求，64%濃度的供砂流量應(yīng)達(dá)到569.5m3／h。相應(yīng)的供砂配置為：原有6臺(tái)隔膜泵中采用2臺(tái)（1組）將剩余尾砂泵送至尾礦庫(kù)，2臺(tái)用于充填供砂，另兩臺(tái)備用。不充填時(shí)，4臺(tái)隔膜泵用于將尾礦輸送至尾礦庫(kù)，2臺(tái)備用。該方案充填時(shí)，利用原有2個(gè)尾礦輸送系統(tǒng)中的1個(gè)系列用于充填供砂，不充填時(shí)，2個(gè)系列全部將尾礦泵送至尾礦庫(kù)。

    該方案的缺點(diǎn)是充填供砂系統(tǒng)與尾礦輸送系統(tǒng)需要頻繁的開停機(jī)與洗管，管理操作復(fù)雜，供砂與充填難以平衡。

    2)供砂與充填工作制度不同，三班供砂，兩班充填。該方案充填24h供砂，供砂流量320m3／h時(shí)，可滿足540n13／h的充填能力要求。該方案為連續(xù)供砂，避免了系統(tǒng)的頻繁調(diào)換與開停機(jī)，但是由于總尾砂排放量為l443m3／h，除去充填320m3／h供砂量外，還有1123m3／h的尾砂需要排放尾礦庫(kù)。根據(jù)現(xiàn)有尾礦輸送系統(tǒng)，采用2個(gè)尾礦輸送系統(tǒng)，尾礦輸送工作流速將低于臨界流速，1個(gè)尾礦輸送系統(tǒng)又難以滿足輸送能力要求。因此需要對(duì)原有尾礦輸送系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。具體方案為：敷設(shè)1條內(nèi)徑250mm尾礦輸送管線，充填時(shí)，采用2個(gè)系列進(jìn)行尾礦輸送，1#系列為原l組隔膜泵（2臺(tái)并聯(lián)）配套1條西406×(14+5)尾礦輸送管線，2#系列為1臺(tái)隔膜泵配套1條250mm尾礦輸送管線；不充填時(shí)，采用原有2組尾砂輸送泵配套2條Φ406×(14+5)尾礦輸送管線進(jìn)行尾礦排放。正常充填情況下，原6臺(tái)隔膜泵3臺(tái)用于將富裕尾礦輸送至尾礦庫(kù)，1臺(tái)用于充填供砂，2臺(tái)用于備用。

    該方案的優(yōu)點(diǎn)是充填24h連續(xù)供砂，實(shí)現(xiàn)了尾礦排放與充填之間的平衡，避免了充填供砂與尾礦排放的頻繁切換，簡(jiǎn)化了工作流程�？紤]到間斷供砂將增加尾礦排放與充填的管理難度及工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，系統(tǒng)可靠性降低。因此，甲瑪?shù)V設(shè)計(jì)采用方案二作為充填供砂供料方案。

3.2充填料漿制備系統(tǒng)

    甲瑪?shù)V充填料漿制備工藝為選廠排放的尾砂漿先通過深錐濃密機(jī)濃縮至濃度64%～66%，然后泵送至充填站立式砂倉(cāng)，經(jīng)立式砂倉(cāng)進(jìn)一步濃縮后，添加水泥后可制備成合格充填料漿(66%～70%)。因此，充填站尾砂漿制備系統(tǒng)主要起到中轉(zhuǎn)穩(wěn)料作用，即調(diào)節(jié)深錐濃密機(jī)尾砂供料系統(tǒng)與充填攪拌系統(tǒng)之間的能力，同時(shí)，考慮到尾砂漿供料濃度的波動(dòng)性，其還需要起到一定的尾砂濃縮作用，即制備大于66%濃度的充填料漿。

    甲瑪充填系統(tǒng)需要三套系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，單套系統(tǒng)能力為l80m3／h。甲瑪立式砂倉(cāng)主要起到中轉(zhuǎn)穩(wěn)料作用，因此設(shè)計(jì)配置4套充填料漿制備系統(tǒng)，3用1備。

    立式砂倉(cāng)采用三班供砂、兩班充填工作制度，為了實(shí)現(xiàn)充填工作的連續(xù)性，同時(shí)盡可能的減少立式砂倉(cāng)數(shù)量，應(yīng)對(duì)充填尾砂漿制備工作制度進(jìn)行詳細(xì)論證。

    甲瑪?shù)V設(shè)計(jì)建造1#、2#、3#、4#四座立式砂倉(cāng)，四座立式砂倉(cāng)采用交替使用的方式以滿足超大能力充填需求。具體工作制度安排為：第一次充填前，將充填站內(nèi)1#、2#、3#、4#砂倉(cāng)依次注滿，砂倉(cāng)注滿后，自然沉降濃縮，以進(jìn)一步提高充填濃度，同時(shí)需要將澄清水排出，充填時(shí)，1#、2#、3#倉(cāng)進(jìn)行充填并同步進(jìn)料，4#倉(cāng)作為備料用。第二次充填時(shí)，1#、2#倉(cāng)完成備料，3#倉(cāng)完成注料，開始充填時(shí)，以1#、2#、4#倉(cāng)進(jìn)行充填并同步進(jìn)料，3#倉(cāng)作為備料，3#、4#倉(cāng)交替使用，確保整個(gè)供砂與充填的平衡，具體供料量平衡及工作流程見表4與圖4。

4結(jié)  論

    甲瑪?shù)V地處高寒高海拔地區(qū)，礦山充填能力大，國(guó)內(nèi)外沒有相似成功經(jīng)驗(yàn)參考。本文就甲瑪?shù)V充填系統(tǒng)方案選擇與關(guān)鍵工藝技術(shù)進(jìn)行了分析論證，相關(guān)工作對(duì)實(shí)現(xiàn)甲瑪?shù)V穩(wěn)定、高效充填，降低充填系統(tǒng)投入及運(yùn)行成本具有重要意義。

    1)甲瑪?shù)V全尾砂偏細(xì)，滲透性能、沉降性能及力學(xué)性能差，不是理想的充填材料，充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)就其不利因素重點(diǎn)考慮。

    2)通過對(duì)膏體泵送充填系統(tǒng)方案與全尾砂高濃度自流充填系統(tǒng)方案比較可知，膏體泵送充填系統(tǒng)投資大，系統(tǒng)運(yùn)行受關(guān)鍵設(shè)備制約，且在國(guó)內(nèi)外沒有高原地區(qū)的成功應(yīng)用案例。因此，甲瑪?shù)V推薦采用全尾砂高濃度穩(wěn)定連續(xù)充填系統(tǒng)方案。

    3)甲瑪?shù)V全尾砂高濃度自流充填系統(tǒng)方案采用了深錐濃密機(jī)十立式砂倉(cāng)的組合方式，充分利用了深錐濃密機(jī)與立式砂倉(cāng)的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)可靠性高。

    4)根據(jù)甲瑪?shù)V已經(jīng)設(shè)計(jì)的尾砂排放工藝，設(shè)計(jì)采用連續(xù)的充填尾砂供料方案，使充填供砂與尾礦排放有效銜接。

5)甲瑪?shù)V充填站設(shè)計(jì)采用了交替充填放砂工作制度，該方案減少了立式砂倉(cāng)建設(shè)數(shù)量，減小了砂倉(cāng)規(guī)格，解決了甲瑪?shù)V充填工業(yè)場(chǎng)地限制問題。

5摘要：

甲瑪?shù)V充填面臨高海拔環(huán)境運(yùn)行、充填料漿大流量制備與輸送及充填區(qū)域廣等技術(shù)難題，可借鑒經(jīng)驗(yàn)少。為了確定適宜于甲瑪?shù)V實(shí)際條件，且穩(wěn)定可靠的充填系統(tǒng)方案，本文開展了充填材料性能試驗(yàn)、充填系統(tǒng)方案論證及高海拔大流量充填關(guān)鍵技術(shù)研究。通過方案論證確定了全尾砂高濃度連續(xù)充填系統(tǒng)方案，方案采用的深錐濃密機(jī)與立式砂倉(cāng)協(xié)同制備高濃度充填料漿技術(shù)、尾砂連續(xù)供料與交替放砂技術(shù)實(shí)現(xiàn)了甲瑪?shù)V大流量穩(wěn)定連續(xù)充填。方案單套充填系統(tǒng)能力達(dá)180 m3／h，系統(tǒng)能力的提升減少了充填設(shè)施配置數(shù)量，降低了系統(tǒng)投資，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)管理。