賈家堡鐵礦采場(chǎng)排水與回收利用

宋萬強(qiáng) 張忠祥 孫長(zhǎng)生

(本鋼(集團(tuán))礦業(yè)遼陽賈家堡鐵礦有限公司)

賈家堡鐵礦(以下簡(jiǎn)稱賈礦)是“十二·五”期間建設(shè)的一座大型采選聯(lián)合企業(yè)，處理原礦400萬t/a，鐵精礦產(chǎn)量115萬t/a，磨選系統(tǒng)采用階段磨礦—單一弱磁選工藝流程，主要磨礦設(shè)備為大型溢流球磨機(jī)，生產(chǎn)水需求量大。2016年生產(chǎn)水使用量達(dá)670.1×104m3，平均日取水量(按年工作日347 d計(jì)算)1.93×104m3。面對(duì)日益嚴(yán)峻的水資源緊缺形勢(shì)和環(huán)保要求，提高水資源利用效率、降低水資源消耗、減少外排廢水是礦山企業(yè)亟待解決的重要問題。

賈礦經(jīng)過多年開采，作業(yè)面低于細(xì)河河床，河水通過第四系砂礫石層和七層鐵構(gòu)造裂隙含水帶，以滲流形式滲透到采場(chǎng)。加之采場(chǎng)四周山體原生節(jié)理發(fā)達(dá)，降雨產(chǎn)生地表徑流涌入采場(chǎng)，給礦山開采帶來不利影響：礦區(qū)形成水澇礦，需二次倒運(yùn)；水面以下礦巖界限不清，加重礦石貧化程度；礦石潮濕，增加破碎設(shè)備損耗等。賈礦通過利用排水設(shè)施，收集經(jīng)過沉淀凈化后清澈水流，作為生產(chǎn)補(bǔ)充水供給選礦廠，既能解決采場(chǎng)積水問題，又可降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

1 采場(chǎng)排水系統(tǒng)

賈礦采場(chǎng)礦體地形條件較復(fù)雜，主要有7號(hào)、8號(hào)兩個(gè)礦體，7號(hào)礦體儲(chǔ)量占全區(qū)的23.74%，工業(yè)礦體長(zhǎng)850 m；8號(hào)礦體占總儲(chǔ)量的74.12%，工業(yè)礦體長(zhǎng)1 330 m[1]。因地方民間采礦的無序開挖及占地問題的影響，采場(chǎng)排水系統(tǒng)的建設(shè)存在一定難度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本著簡(jiǎn)易高效、節(jié)能環(huán)保、安全可靠的原則，采場(chǎng)排水采用露天坑底集中一段排水方式。根據(jù)水位自然平衡原理，巖石裂隙水也會(huì)形成逐漸降低的水位線[2]，因此在采場(chǎng)幫邊挖掘排水溝，在西側(cè)最低處修建積水坑，通過設(shè)置在坑底的移動(dòng)泵站排水。排水出口標(biāo)高108 m，采用露天坑底集中潛水泵站，隨著采礦臺(tái)階的下降，排水泵站逐步下移，直至0 m的露天坑底。

賈礦生產(chǎn)過程中生產(chǎn)水主要用于球磨機(jī)磨礦、磁選機(jī)沖洗和精尾礦粉輸送等作業(yè)，整個(gè)生產(chǎn)過程以機(jī)械生產(chǎn)、物理變化為主，采場(chǎng)積水經(jīng)濾網(wǎng)過濾后雜質(zhì)含量很小，不影響磨礦生產(chǎn)。因此在設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)時(shí)考慮將采場(chǎng)積水引入選礦廠進(jìn)行綜合利用，服務(wù)生產(chǎn)。

采場(chǎng)排水采用單泵對(duì)單管結(jié)構(gòu)形式，考慮礦場(chǎng)以每年10 m的掘進(jìn)速度開采、潛水泵使用年限11 a的因素，為減少設(shè)備更替頻率、降低生產(chǎn)成本，采場(chǎng)排水使用YQ550-115/3-280/W-S型潛水泵，并將1臺(tái)潛水泵裝入潛水箱沉入積水坑底，外包過濾網(wǎng)，連接主排水管路。積水坑邊建一座60 m×30 m×2 m的蓄水池，蓄水量3 600 m3，作為汛期應(yīng)急蓄水和輔助輸水使用。積水坑內(nèi)安裝2臺(tái)QJ340-85/5型輔助潛水泵(1用1備)負(fù)責(zé)往蓄水池抽水，蓄水池中安放1臺(tái)QJ340-85/5型潛水泵，輸送池水至主排水管路。

排水管路采用螺旋焊接鋼管，規(guī)格D377×14，內(nèi)徑φ349 mm。采礦境界圈內(nèi)的排水管線采用明敷設(shè)，穿越道路的管道改為埋地敷設(shè)。從采礦境界圈外的輸水管線到生產(chǎn)水泵站的吸水池為埋地敷設(shè)，管道中心平均埋深1.4 m。管線采用環(huán)氧煤瀝青進(jìn)行加強(qiáng)級(jí)防腐，管道試驗(yàn)壓力1.6 MPa。采場(chǎng)排水系統(tǒng)示意見圖1。

圖1 采場(chǎng)排水系統(tǒng)示意

采場(chǎng)正常排水時(shí)，積水坑內(nèi)的大型潛水泵工作，輔助潛水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)；積水坑積水過多時(shí)，輔助潛水泵啟動(dòng)，往蓄水池注水，蓄水池積水量達(dá)3 000 m3以上時(shí)，啟動(dòng)蓄水池內(nèi)潛水泵排水；大型潛水泵發(fā)生故障時(shí)，輔助潛水泵代替工作；汛期排水量大時(shí)，所有潛水泵啟動(dòng)排水。

2 采場(chǎng)排水回收

2016年9月采場(chǎng)排水泵站至生產(chǎn)水泵站吸水池管道調(diào)試完成，10月正式運(yùn)行，2017年1—9月采場(chǎng)排水回收工作運(yùn)行正常。通過對(duì)比2017年與2016年外購(gòu)生產(chǎn)水量(表1)可以看出，2017年外購(gòu)生產(chǎn)水量減少32.04萬t，采場(chǎng)回收水占了相當(dāng)大的比例，節(jié)水作用明顯。

表1 2017與2016年1—9月份外購(gòu)生產(chǎn)水量對(duì)比 萬t

根據(jù)2017年1—9月份采場(chǎng)不同月份回收水時(shí)間(表2)，按平均流量200 m3/h計(jì)算，補(bǔ)水總量可達(dá)23.58萬t，節(jié)約用水成本8萬元。

表2 2017年1—9月份采場(chǎng)回收水時(shí)間 h

3 回收水再利用

賈礦選礦廠鐵精礦和尾礦是以漿體形式通過管道輸送，精礦管道長(zhǎng)7.1 km，尾礦管線長(zhǎng)26 km，從尾礦泵站輸送到尾礦壩出口需4 h[3]。正常停機(jī)后，尾礦管道仍需輸水沖刷管道4～6 h，以將尾礦管道內(nèi)的礦漿沖洗干凈，防止沉淀、堵塞管道。正常蓄水設(shè)施主要包括生產(chǎn)水泵站吸水池、生產(chǎn)水高位配水池及其排水管道3部分，生產(chǎn)水流程見圖2。

圖2 生產(chǎn)水流程

生產(chǎn)水泵站吸水池由大、小兩部分組成，池底面積178.4 m2，最低水位-4.216 m，最高水位-1.65 m，吸水池有效容積458 m3。生產(chǎn)水高位配水池有效容積4 000 m3，生產(chǎn)水高位配水池排水管DN900，長(zhǎng)968 m，有效容積614 m3，礦內(nèi)生產(chǎn)水有效存儲(chǔ)量6 040 m3。各設(shè)施水池均安裝雷達(dá)液位計(jì)，信號(hào)傳輸?shù)娇刂剖遥梢赃h(yuǎn)程監(jiān)控水池水量。

根據(jù)2016年1—9月份生產(chǎn)水運(yùn)行情況(總流量512.64萬m3，總作業(yè)時(shí)間6 404.5 h)，計(jì)算生產(chǎn)水平均流量800 m3/h，考慮礦內(nèi)水池水位變化、滲流、蒸發(fā)等因素，按生產(chǎn)蓄水設(shè)施有效存儲(chǔ)容積80%計(jì)算礦內(nèi)蓄水量為483.2 m3。因此在突發(fā)生產(chǎn)水?dāng)嗔鲿r(shí)，礦內(nèi)蓄水能夠維持生產(chǎn)運(yùn)行6 h，基本滿足尾礦沖洗管道水量的需求，但安全系數(shù)低。采場(chǎng)排水回收后，礦內(nèi)蓄水在原有基礎(chǔ)上每小時(shí)可增加水量200 m3。生產(chǎn)水?dāng)嗔骱螅S持生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間能從6 h延長(zhǎng)到8 h。定修停產(chǎn)時(shí)，提前停止外購(gòu)生產(chǎn)水，將蓄水設(shè)施排空80%，仍能允許采場(chǎng)排水回收運(yùn)行16 h，從而增強(qiáng)了生產(chǎn)安全系數(shù)，為供水搶修留出充分的時(shí)間，避免設(shè)備事故發(fā)生，減少經(jīng)濟(jì)損失，提高采場(chǎng)排水回收效率。

為提高排水泵工作效率、降低電耗，采取調(diào)節(jié)排水管道閥門開量的方式來降低管路系統(tǒng)阻力，并制定經(jīng)濟(jì)高效的排水計(jì)劃[4]。采場(chǎng)排水啟停及時(shí)通知生產(chǎn)水泵站，由生產(chǎn)水泵站操作閥門控制流量，記錄供水時(shí)間。按圖2所示，采場(chǎng)排水工作時(shí)，閥1、閥3打開，閥2、閥4關(guān)閉，采場(chǎng)回收水流入生產(chǎn)水泵站吸水池，打到高位配水池，外購(gòu)生產(chǎn)水自流進(jìn)循環(huán)水泵站，進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)。

4 結(jié) 論

賈礦利用采場(chǎng)排水系統(tǒng)回收采場(chǎng)積水，不僅解決了采場(chǎng)積水問題、避免積水對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，還能產(chǎn)生利用大量回收水供生產(chǎn)使用，降低生產(chǎn)水使用量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

利用礦內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)蓄水系統(tǒng)，在突發(fā)斷水事故時(shí)可延長(zhǎng)生產(chǎn)系統(tǒng)供水時(shí)間，保證生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行安全，降低經(jīng)濟(jì)損失。制定科學(xué)合理的操作規(guī)程，在保證生產(chǎn)正常運(yùn)行的前提下，通過切換控制閥門，能順利地回收利用采場(chǎng)排水，對(duì)保護(hù)環(huán)境具有積極作用，變劣勢(shì)為優(yōu)勢(shì)。

[1] 姜東君，高洪亮，張 潔,等.賈家堡鐵礦采礦工藝方案優(yōu)化的新思路[J].本鋼技術(shù)，2012(4)：7-11.

[2] 王立鳳，高洪亮，劉洪偉.南芬露天礦采場(chǎng)排水及綜合利用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2009(4)：103.

[3] 宋萬強(qiáng)，劉 松，李中興.賈家堡鐵尾礦漿的長(zhǎng)距離管道輸送[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2017(4)：230-231.

[4] 崔廣建，樊 偉，代俊杰.大孤山鐵礦采場(chǎng)排水系統(tǒng)分析與節(jié)能研究[J].能源與節(jié)能，2015(9)：94-95.