（冶金行业）尾矿充填设计江苏华西尾矿治理工程有限X公司金龙矿业尾砂充填系统方案研究报告某矿冶研究院2011年5月目录1概述11.1设计目的11.2设计依据11.3设计原则21.4设计方案21.5技术经济指标31.6存在的问题及建议42充填材料选择和充填方式42.1充填材料选择42.2尾砂性质及充填方式53充填物料平衡及充填材料用量估算53.1充填空区计算63.2尾砂年产量63.3充填尾砂量63.4尾砂胶结充填材料用量估算74充填方案设计84.1站址选择84.2充填方案设计94.3充填管路输送系统275充填方案比较315.1充填方案投资运营估算315.2充填方案技术经济比较40 6充填管道选择417其它427.1充填站建筑结构427.2充填站供水供电428组织机构及定员438.1劳动定员及工资438.2工作制度431概述1.1设计目的大坑矿区开采至今已有多年历史，采用地下开采。
开采对象主要是浅部的铅锌矿体、水泥用大理岩矿石，规模不大。
近俩年铅锌矿石受市场影响，价格降幅较大，按目前产品品质及价格水平，基本没有利润，因此矿山被迫于2008年下半年停产。
2009年初，因矿山有几个矿段采矿证已到期，且根据三山县国土部门有关精神，该区域矿山进行资源整合，且统壹规划开采。
矿山主要采用平硐或平硐-斜坡道开拓，矿用汽车运输，现已形成几十个生产系统。
各生产系统根据矿体产状特征设有2～6个不等水平中段，平硐口主要分布在300～560m标高之间，部分平硐位于矿体的上盘，各硐口均设有值班室、空压机房、配电室、简易办公房等设施。
根据《福建省三山县大坑矿区铅锌矿（整合）初步设计》，矿山设计规模为20万t/a，由金龙矿业有限X公司集中规划，正规开采。
矿山前期开采混乱，采空区较多且且未进行处理，随着矿山开采规模的逐步扩大，采空区带来的安全隐患成为矿山必须解决的问题；同时，矿山尾矿排放量逐年增大，而尾矿库库容难以满足未来扩大生产的要求。
对此，矿山设计采用尾砂对采空区进行充填，且进行充填工艺研究及系统设计。
充填采矿可在解决矿山生产安全及尾砂排放带来的安全环保问题的同时，又最大化的回收了资源，实现中小矿山绿色开采，对于三山县铅锌矿和谐发展具有重要意义。
1.2设计依据充填方案设计的主要依据是：1)江苏华西尾矿治理工程有限X公司和北京矿冶研究总院签订的《金龙矿业全尾砂高浓度充填示范工程工艺技术咨询》合同（2011年04月24日）；2)金龙矿业有限X公司提交的《福建省三山县大坑矿区铅锌矿（整合）初步设计》；3)2011年04月金龙矿业提交的现有生产系统技术资料及生产技术经济指标等。
1.3设计原则1)严格执行国家有关部门颁布的矿山设计的有关规程、规范和标准；2)充分利用矿山现有的设施，减少建设投资；3)采用先进、成熟的充填工艺及技术；4)本着可靠性、实用性、先进性、经济性、且有实际工程应用的原则选择设备。
1.4设计方案结合矿山生产系统情况及地质地形条件等因素，设计了方案壹：管道运输立式砂仓尾砂充填系统和方案二：汽车运输尾砂充填系统俩种技术方案。
方案壹将选厂排放尾砂浆通过管道泵送至充填站立式砂仓，全尾砂浆通过添加絮凝剂加速沉降浓缩。
立式砂仓制备的高浓度尾砂浆通过流态化造浆技术活化后，自流至搅拌桶和水泥仓放出的水泥搅拌均匀，且经过充填钻孔自流至井下充填管网进行充填。
方案壹配置俩座立式砂仓、壹座水泥仓及其搅拌装置，立式砂仓容积900m3，水泥仓容积200m3。
方案二将尾矿库中的干砂或半干砂通过挖掘、铲装设备进行回采，由汽车运输至充填站，储存在充填站卧式砂仓内。
充填作业时由尾矿造浆系统将卧式砂仓内尾砂造浆活化，自流至搅拌桶和水泥仓放出的水泥搅拌均匀，且经过充填钻孔自流至井下充填管网进行充填。
方案二配制壹座卧式储料仓、壹座水泥仓及其搅拌装置，储料仓容积850m3，水泥仓容积200m3。
俩种方案中的生产用水泥均为散装水泥，水泥由水泥罐车运到充填站，由水泥罐车自带压缩空气系统吹入水泥仓。
水泥仓顶设有仓顶收尘器。
胶结充填时，根据设计的灰砂比提供所需的水泥量，通过由变频器控制的螺旋输送机，将水泥仓内水泥输送至搅拌桶和尾砂混合，搅拌均匀后通过充填钻孔自流至井下充填管网。
充填系统设置各种监控仪表，以监控和调节充填料浆的实际流量和浓度等各种充填参数。
充填管路系统参数为：管径DN100，浓度>70%，料浆流量60～80m3/h。
1.5技术经济指标充填方案主要技术经济指标见表1-1。
表1-1主要技术经济指标表1.6存在的问题及建议（1）方案壹属于全尾砂高浓度充填，方案技术要求高，充填材料性质对系统设计影响大。
由于时间原因本项目未进行相关前期实验研究，因此相关设计缺乏严谨的基础数据支持，设计难度较大。
建议系统进行初步设计前完成系统相关的基础实验研究，如尾砂物理化学性质、尾砂流变参数实验及絮凝剂选型实验等。
（2）方案二中充填用尾砂是从尾矿库二次开采得到的，因此开采前应进行相关的尾矿库回采的安全评价及回采方案可行性研究，以确定安全合理的开采方案。
（3）金龙矿业提供的资料表明，拟设计采用的充填站站址下方距地表约200m 处存在矿体，因此建议在未来开采过程中留必要矿柱且对空区进行充填，以保证充填站安全。
2充填材料选择和充填方式2.1充填材料选择2.1.1充填骨料充填采矿法是壹种高效、低损失贫化、安全环保的采矿方法，随着我国矿产资源开发向着可持续方向发展以及整个社会环保意识的不断加强，充填采矿法的应用越来越广泛。
目前，充填采矿的主要充填方式有分级尾砂充填、全尾砂充填、高水固结尾砂充填、高浓度全尾砂充填、废石尾砂充填、水砂充填、棒磨砂充填、隔壁集料充填、炉渣充填、赤泥充填等。
根据金龙矿业充填材料的来源情况以及矿山生产实际情况，本着采集方便，成本低，优先消纳矿山固废排放的原则，本设计选择矿山尾砂作为充填骨料。
2.1.2胶结材料考虑到胶结充填的需要，使用胶结材料。
目前国内使用的胶凝材料有水泥、高水材料、赤泥、胶固粉、新型尾砂固结材料等，其他仍有粉煤灰等辅助添加材料。
总体见来，我国充填胶结材料主要以水泥为主，本项目胶凝材料初步定为水泥，根据充填实际情况，能够通过实验探索采用当地其他胶结材料作为胶凝材料全部或部分替代水泥的可行性。
2.2尾砂性质及充填方式2.2.1尾砂基础物理化学性质尾砂基础物理化学性质是确定充填工艺的重要依据，矿山提供的尾砂粒度测试，测试结果见表1-2。
表1-2尾砂粒级组成从表1-2能够见出，尾砂中-30微米含量为32.02%，细颗粒含量较高，其对尾砂浓缩，充填脱水及充填体强度具有壹定影响。
2.2.2充填方式根据是否对选厂尾砂进行分级，充填方式分为分级尾砂胶结充填及全尾砂胶结充填俩种方式。
分级尾砂胶结充填是国内目前运用最广泛的充填方式，其系统工艺流程、装备、自动化控制等均有成功经验可供借鉴。
全尾砂胶结充填经过几十年的发展，其理论基础、系统工艺流程、装备、自动化控制等不断创新和完善，特别是全尾砂脱水、储存、给料、充填料浆制备输送等工艺技术不断得到发展，系统技术可靠性不断提高。
考虑到金龙矿业尾砂充填大部分为处置原有空区，为增加尾砂利用率，减少尾矿库库容压力，建议金龙矿业选用全尾砂充填。
3充填物料平衡及充填材料用量估算金龙矿业大坑矿采选生产能力20万t/a，矿体主要采用水平进路房柱法开采,少量采用留矿全面法和浅孔留矿法开采，空区留有矿柱，采空区不进行充填。
为降低采场矿石贫损指标，提高盘区间柱或顶底柱的回收率，同时为扩大生产提供更安全的开采环境，建议金龙矿业壹步骤采场和盘区底部进行胶结充填，二步骤采场等其它空区采用非胶结充填。
采矿方法改造需进行相关研究工作，本方案充填量根据壹步骤胶结充填，二步骤采用非胶结充填进行设计。
充填材料为选厂尾砂。
充填制备系统采用年工作330d，其中220d为料浆制备，110d进行充填作业（36d胶结充填，74d非胶结充填），矿石比重2.68t/m3。
3.1充填空区计算式中：——矿山年充填量，万m3/a；——矿山采矿生产能力，；——井下采充比，=0.9；——矿石/尾砂密度，=2.68t/m3。
3.2尾砂年产量根据选矿厂现有工艺流程，尾砂产率85%，选厂排出尾砂料浆重量浓度20%左右。
尾砂年产量：式中：——尾砂年产量，万t/a；——矿山采矿生产能力，；——选厂尾砂产率，%。
选厂排出尾砂干量及尾砂浆量分别为：515t/d和2253m3/d。
3.3充填尾砂量式中：——年充填尾砂量，万m3/a；K1——尾砂脱水浓缩系数，K1=1.15；K２——充填材料流失系数，K２=1.02；按单位充填体充填材料尾砂耗量1.5t/m3计算，得到矿山充填尾砂年耗量为：11.8万t/a，约占尾砂年产量（17万t/a）的70%。
根据建议的壹步骤胶结充填，二步骤采用非胶结充填的充填方式，经初步估算，矿山采空区充填时，尾砂胶结充填量约占全部尾砂充填量1/3。
这样年胶结尾砂量为：＝＝3.9万t/a。
通过充填计算可知，矿山充填料尾砂量相对富裕，考虑矿山开采现状及尾矿库储存情况，建议矿山选用全尾砂进行充填。
充填站工作制度选择间歇式充填，即先向砂仓内注砂进行浓缩，砂仓注满浓缩结束后进行充填作业。
3.4尾砂胶结充填材料用量估算尾砂胶结充填材料采用全尾砂，胶结材料通常采用普通硅酸盐P.O.32.5级水泥，其来源广泛，性能稳定。
根据计算，矿山充填尾砂量为11.8万t/a，其中胶结尾砂量为3.9万t/a，非胶结尾砂量为7.9万t/a。
胶结材料用量和选用的采矿方法相关，初步按高强度充填体(灰砂比＝1:4)和低强度充填体(灰砂比＝1:10)比例1:4估算，得到矿山胶结材料用量为0.51万t/a。
矿山胶结充填量不大，为减少充填次数和管道冲洗水，推荐胶结充填为间歇充填方式，壹方面可尽量延长每次充填的作业时间，另壹方面也便于高浓度尾砂搅拌站尾砂进料、贮存等充填准备工序操作。
按矿山非胶结充填量和胶结充填量比例2:1初步估算，年胶结充填工作日可设计为72d/a或36d/a，即前者为3天内进行2次胶结充填，每次胶结充填量减小，相应的充填配置降低；后者为3天内进行1次胶结充填。
据此计算得到不同作业方式的充填材料用量见表3-1。
表3-1充填材料用量4充填方案设计4.1站址选择大坑矿区为金龙矿业资源整合矿区，设计开采对象为大坑矿段、大纲矿段和寨头矿段的矿体，开采范围内主要有大小46个铅锌矿体，2个大理岩矿体。
矿体赋存标高为230~600m之间。
矿山主要采用平硐或平硐-斜坡道开拓，矿用汽车运输，现已形成几十个生产系统。
各生产系统根据矿体产状特征设有2～6个不等水平中段，平硐口主要分布在300～560m标高之间，部分平硐位于矿体的上盘，各硐口均设有值班室、空压机房、配电室、简易办公房等设施。