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

(1.四川里伍銅業股份有限公司里伍銅礦， 四川 甘孜州 626700； 2.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012； 3.金屬礦山安全技術國家重點實驗室， 湖南 長沙 410012)

0 引言

為響應國家建設綠色礦山、無廢礦山的政策，延長尾礦庫的使用年限，提高礦石資源的回收利用率，選廠所產總尾已成為地下礦山充填材料的首選來源[1-4]。礦山選廠一般根據使用和建設需要，其布置區域和采場有一定的距離，而充填站會盡可能靠近采場，并充分利用地勢，減小充填倍線，以利于充填料漿的輸送。選廠總尾輸送至充填站的方式，是影響礦山充填系統建設方案的關鍵點[5-6]。充填站需要提高尾砂漿濃度，以制備符合井下生產質量要求的充填料漿，為安全采礦服務。尾砂與生產水的固液分離效率決定礦山充填系統的運行效率，而充填尾砂的輸送是尾砂固液分離流程的組成部分，不同的輸送方式決定充填系統的運行能耗、成本和效率[7]。本文針對里伍銅礦擬建充填系統的現場實際條件，對選廠不同尾砂輸送方式進行比選研究，從工藝特點、技術水平、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，礦區受雅礱江及其支流強烈切割，形成高山和深谷，地勢陡峻、山峰林立，地面海拔標高2300～3100 m。礦山采用平硐-盲斜井聯合開拓，經多年發展，目前采選能力約為22.5萬t/a，設計采用先上盤后下盤、自上而下、 自西向東后退式回采，主要運用全面法、房柱法及底盤漏斗崩落法開采。礦山在開采過程中留設了大量高品位礦柱支撐頂板圍巖，因回采方法的制約，絕大部分礦柱沒有被回收，目前礦山資源已近枯竭，為了處理空區同時回收礦柱，礦山決定建設充填系統，通過充填處置空區，分步驟有序地回收高品位殘礦資源。

經現場勘查，結合井下采場布置情況和充填倍線大小，初步確定充填制備站廠址選定在+2700 m平硐口附近工業場地，充填站制備的料漿由泵輸送至采空區完成充填。

2 尾砂輸送方式分析

尾砂的固液分離與輸送是相互聯系的兩個過程，尾砂漿的輸送難易程度、堵管風險及對設備性能的要求與濃度相關。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，對設備的穩定性要求也越高，為防止堵管、爆管等事故的發生，對配套的安全設施要求高；低濃度的尾砂漿輸送則相反。因而，當物料需求量一定時，尾砂輸送方式的選擇取決于固液分離發生的地點，位于工藝流程的前端、中間、后端，則固液分離設備、輸送設備、管道和附屬設施的選擇不同，對應的輸送方式的能耗和運行成本會產生較大的差別。

常規的固液分離設備包括各種倉、筒類構筑 物，或帶有動力的濃密、離心分級、過濾及壓濾設備，各類設備設施有其適用范圍。近年來，得益于自動化和智能化的發展，尾砂的輸送、固液分離和攪拌制備均能實現動態連續，保證濃度穩定的充填料漿按需求進入采空區，其中應用最為成熟的固液分離設備是濃密機，不同結構尺寸的濃密機可將選廠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型濃密機，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缺點對比見表1。

表1 尾砂輸送方式優缺點對比

3 里伍銅礦充填尾砂輸送方案研究

3.1 工藝流程

礦山尾砂產量約為600 t/d，全部制備為充填料漿充入井下，處理老空區并逐步回收高價值殘礦資源。不同的設備配置對應不同的尾砂輸送方式，根據里伍銅礦的實際條件，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：選廠總尾通過泵房輸送至充填站的高效深錐濃密機，通過高效深錐濃密機處置后，形成高濃度底流砂漿和澄清的溢流水，溢流水回流至選廠重復使用或排至尾礦庫，濃密機底流則進入充填制備車間完成充填料漿的制備 輸送。

中等濃度尾砂輸送工藝為：選廠新建一座高效濃密機，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，通過高效深錐濃密機二段濃密后，形成高濃度底流砂漿和澄清的溢流水，溢流水回流至選廠重復使用或排至尾礦庫，濃密機底流則進入充填制備車間完成充填料漿的制備輸送。

高濃度尾砂輸送工藝為：選廠新建一座高效深錐濃密機，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使用，高濃度砂漿泵送至充填制備車間完成充填料漿的制備輸送。

3.2 主要設備和技術要求

根據不同方案的工藝配置，列出主要設備及其技術要求，見表2。

表2 不同尾砂輸送方案主要設備及技術要求

3.3 方案比選

上述3種方案在技術上均可行，其工藝可靠性排序為：低濃度尾砂輸送＞中等濃度尾砂輸送＞高濃度尾砂輸送；運行成本排序為：低濃度尾砂輸送＞中等濃度尾砂輸送＞高濃度尾砂輸送；建設投資排序為：中等濃度尾砂輸送＞高濃度尾砂輸送＞低濃度尾砂輸送。綜合考慮建設投入、運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，因為該方案投資大，投入生產后運營成本較高，需建設一臺高效濃密機和一臺高效深錐濃密機，占地面積較大，工藝相對復雜，選廠和充填站兩處設施分散，不便于管理。

高濃度尾砂輸送方案在運營成本方面具有一定的優勢，但因礦山產能較小，優勢不明顯，且選廠總尾泵站現有水隔膜泵可滿足將總尾泵送至+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，這增加了礦山沉沒成本，且高濃度尾砂輸送對泵的性能要求高，配套管道及附件耐壓等級高，其投入遠高于低濃度輸送。選廠現有場地空間有限，若增加高效深錐濃密機，會在一定程度上影響選廠正常生產，因而經專家決策，最終優選方案為低濃度尾砂輸送。

4 結論

里伍銅礦經多年開采，形成的采空區有待及時充填，同時考慮到高價值殘礦資源的回采可以為企業創造良好的經濟效益和社會效益，延長礦山服務年限，特別是對資源危機礦山的生存發展具有重要意義，因此亟需新建充填系統。尾砂輸送為充填系統的關鍵點之一，不同的尾砂輸送工藝各自有其優缺點，本文在分析不同輸送工藝優缺點的基礎之上，結合里伍銅礦的現場實際條件，對主要設備及其性能要求進行分析，從技術和經濟的角度綜合比選，最終選擇出適合里伍銅礦充填系統的尾砂輸送方式為低濃度尾砂輸送。