1、江苏华西尾矿治理工程有限公司金龙矿业尾砂充填系统方案研究报告I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 充填材料选择与充填方式 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
2、 充填方案技术经济比较 406 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 4311 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。近两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，并统一规划开采。矿山主要采用平硐或平硐-斜坡道开拓，矿用汽
3、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 26 个不等水平中段，平硐口主要分布在 300560m 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，由金龙矿业有限公司集中规划，正规开采。矿山前期开采混乱，采空区较多且并未进行处理，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，并进行充填工艺研究及系统设计。充填采矿可在解
4、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公司与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；
5、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、并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，设计了方案一：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两种技术方案。方案一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，自流至搅拌桶与水泥仓放出的水泥搅拌均匀，并经过充填钻孔自流至井下充填管网进行充填。方案一配置两座立式砂仓、一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
6、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，自流至搅拌桶与水泥仓放出的水泥搅拌均匀，并经过充填钻孔自流至井下充填管网进行充填。方案二配制一座卧式储料仓、一座水泥仓及其搅拌装置，储料仓容积 850 m3，水泥仓容积 200 m3。两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与尾砂混合，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
7、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 6080m 3/h。31.5 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序号 指标名称 单位 数量 备注1 设计规模年矿石产量 万 t/a 20年尾砂充填空区 万 m3/a 6.72年胶结尾砂充填量 万 m3/a 2.24万 t/a 3.9年胶结充填工作天数 d/a 36充填能力 m3/d 800年非胶结尾砂充填量 万 m3/a 4.48万 t/a 7.9年非胶结充填工作天数 d/a 74充填能力 m3/d 8002 充填浓度
8、% 703 项目总投资方案一 万元 1398.10方案二 万元 662.394 运营成本方案一 万元/a 304.40方案二 万元/a 516.976 材料消耗尾砂 万 t/a 11.8水泥 万 t/a 0.51电（方案一） 万 kwh/a 67电（方案一） 万 kwh/a 2.67 劳动定定员 人 121.6 存在的问题及建议（1）方案一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
9、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并对空区进行充填，以保证充填站安全。2 充填材料选择与充填方式2.1 充填材料选择2.1.1 充填骨料充填采矿法是一种高效、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
10、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，其他还有粉煤灰等辅助添加材料。总体看来，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，可以通过实验探索采用当地其他胶结材料作为胶5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
11、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 尾砂粒级组成大坑矿尾砂粒级组成粒度(mm) 产率(%) 累积率(%)0.3000 7.84 7.84-0.3+0.154 20.13 27.97-0.154+0.105 7.75 35.72-0.105+0.074 10.55 46.27-0.074+0.048 9.8 56.07-0.048+0.030 11.91 67.98-0.0300 32.02 100从表 1-2 可以看出，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一定影响。
12、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两种方式。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
13、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，建议金龙矿业一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，本方案充填量根据一步骤胶结充填，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amQRkcC/7.630万式中： 矿山年充填量，万
14、 m3/a；矿山采矿生产能力， ；0 at/20万井下采充比， =0.9；CCR矿石/尾砂密度， =2.68t/m3。kk3.2 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： a/17RQT0Tt万式中： 尾砂年产量，万 t/a；矿山采矿生产能力， ；0 t/20万选厂尾砂产率，%。TR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amQKCT /8.7*321万式中： 年充填尾砂量，万 m3/a；K1尾砂脱水浓缩系数，K 1=1.15；K 充填材料流失系数，K =1.02；7按单位充填体充填材
15、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%。根据建议的一步骤胶结充填，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。TCQ3/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.
16、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。胶结材料用量与选用的采矿方法相关，初步按高强度充填体(灰砂比1:4)与低强度充填体( 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，一方面可尽量延长每次充填的作业时间，另一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与胶结充填量比例 2:1 初步估算，年胶结充填工作日可设计为 72d/a 或
17、 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 充填材料用量日用量 t/d 年用量万 t/a 年胶结充填项目高强度充填 低强度充 填 高强度充填 低强度充 填 合计 工作日 d/a尾砂 547.11 547.11 0.79 3.15 3.94 72水泥 136.78 54.71 0.20 0.32 0.51 水 293.09 257.92 0.42 1.49 1.91 尾砂 1094.22 1094.22 0.79 3.15 3.94 36水泥 2
18、73.55 109.42 0.20 0.32 0.51 水 586.19 515.84 0.42 1.49 1.91 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 230600m 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 26个不等水平中段，平硐口主要分布在 300560m 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。充填系统服务区域主要为
19、大坑矿段及大纲矿段，充填包括非胶结充填及胶结充填。根据矿山开采技术条件及矿区地质地形情况，确定的充填站址位于大坑三采场主平硐上山包处，标高 501 米。根据矿体产状及开拓系统布置，计算的充填系统几何充填倍线见表 4-1表 44。表 4-1 大纲 1#井几何充填倍线矿体走向长中段 中段高 斜井管长 100 200530 515 15 30 8.67 15.33 490 40 80 4.50 7.00 465 65 130 3.54 5.08 445 85 170 3.18 4.35 437 93 186 3.08 4.15 415 115 230 2.87 3.74 400 130 260 2.
20、77 3.54 375 155 310 2.65 3.29 325 205 410 2.49 2.98 305 225 450 2.44 2.89 285 245 490 2.41 2.82 265 265 530 2.38 2.75 245 285 570 2.35 2.70 表 4-2 大纲 2#井几何充填倍线矿体走向长中段 中段高 斜井管长 100 200530 9520 10 29.24 12.92 22.92 500 30 87.71 6.26 9.59 480 50 146.19 4.92 6.92 460 70 204.67 4.35 5.78 440 90 263.14 4.0
21、3 5.15 表 4-3 大坑 1#井几何充填倍线矿体走向长中段 中段高 斜井管长 100 200530 370 160 160.00 1.63 2.25 340 190 190.00 1.53 2.05 310 220 220.00 1.45 1.91 表 4-4 大坑 2#井几何充填倍线矿体走向长中段 中段高 斜井管长 100 200530 350 180 180 1.56 2.11 334 196 196 1.51 2.02 320 210 210 1.48 1.95 293 237 237 1.42 1.84 276 254 254 1.39 1.79 250 280 280 1.36
22、 1.71 4.2 充填方案设计大坑矿区充填材料为选厂尾砂，选厂位于三山河上部，标高 80m。矿区为高山地形，山岭沟壑纵横，地形陡峭，林区密布，选厂至充填站有盘山路。根据充填材料运输方式的不同，可选择的充填方案有管道输送立式砂仓尾砂充填系统及汽车运输尾砂充填系统。4.2.1 方案一：管道输送立式砂仓尾砂充填系统该方案采用管道输送尾砂浆至充填站，通过立式砂仓制备高浓度尾砂浆，充填站配制水泥仓，尾砂浆与水泥通过搅拌桶搅拌均匀后通过充填钻孔自流输送至采空区进行充填。工艺流程见图 4-1。4.2.1.1 充填站配制立式砂仓高浓度充填系统包括全尾砂给料线、水泥储存给料线、补给水（调浓水）给料线及充填料搅
23、拌输送线等子系统构成，分别描述如下：（1） 全尾砂给料线根据矿山现有尾矿流程，进入立式砂仓的尾砂浆只能来自选厂尾砂排料口，尾砂浆浓度 20%左右。来自选厂的尾砂浆直接泵送至立式砂仓，通过添加絮凝剂，使尾砂加速沉降，仓顶澄清水自流回至选厂回收利用，仓底制备的高浓度尾砂浆通过风水联动装置进行活化造浆，为充填稳定提供高浓度的尾砂浆。选厂处理能力为 600t/a，每天排放尾砂量约为 510t，尾砂浆约 2300m3。矿山年充填尾砂量为 1074t/d，约占尾砂产量的 70%。由此可计算出尾砂充填时浓缩尾砂浆体积，见表 4-5。表 4-5 不同浓度条件下每次胶结充填尾砂浆量体积料浆浓度（%） 60 65
24、 70 72 75料浆体积 m3 1117.08 979.34 861.28 818.65 758.97由表 4-5 可知，当料浆浓度为 70%75%时，料浆体积为 758.97861.28m3，即每次充填时要求立式砂仓至少能够贮存 758.97861.28m3 的料浆，考虑矿山充填灵活性及立式砂仓的料浆制备能力，设计建造两座立式砂仓，单座砂仓几何容积设计为约 900m3。按立式砂仓容积 900m3 设计，立式砂仓直径 9m，筒仓高12m，圆锥体高 6m，总高 18m，圆锥角 70 度。由于全尾砂粒级较细，自然沉降速度慢，严重影响立式砂仓料浆的制备能力，并且砂仓溢流水中常含有大量细颗粒，特别是
25、当沉降面逐渐上升后，溢流浓度将越来越高，严重污染影响仓顶溢流的排放。对此，本项目提出了两种解决方案：方案一，立式砂仓采用间断式注砂，砂仓注满尾砂浆后进行自然沉降，沉降结束后排放澄清水，两个砂仓交替进行；方案二，立式砂仓采用连续注砂，全尾砂浆通过添加絮凝剂加速尾砂沉降速度，立式砂仓仓底浓缩尾砂浆的同时仓顶进料，澄清水通过溢流管排出。方案一具有系统投资小，砂仓浓缩尾砂浆浓度高的优点，但尾砂沉降速度慢，立式砂仓注砂时间长，料浆制备效率低， ，料浆制备效率低，溢流水含砂量不稳定，影响回水利用效率；方案二投资较高，絮凝剂的添加增加了系统运营成本，但尾砂沉降速度快，仓底尾砂沉降浓缩的同时，仓顶进料，溢流水
26、澄清易于循环利用，通过综合对比，本项目选择方案二，添加絮凝剂加快尾砂沉降脱水的浓缩方式。充填作业 3 天为一个循环工序，两天进行砂仓注砂浓缩工作，一天进行充11填工作。砂仓底部高浓度尾砂浆由于长时间压缩，产生固结，通过砂仓底部的风水联动流态化造浆装置使砂浆活化，并进行放砂。放砂管上安装有浓度计、电磁流量计及电动调节阀以对放砂参数进行控制，使立式砂仓放出合格的尾砂浆。（2） 水泥储存给料线当地生产的 32.5 级硅酸盐水泥由散装水泥罐车运至充填站，通过吹灰管卸入水泥仓中。根据矿山胶结充填要求，按胶结充填量占矿山充填的 1/3 及灰砂比 1:4 计算，每次胶结充填最大水泥用量为 273.55t，设
27、计水泥仓容积为200m3。水泥仓直筒边长 5m，直筒段高度 6m，锥底角度 55 度，锥底高 4m，出口边长 0.3m。水泥仓顶设置有除尘器、雷达料位计及检查孔。仓底安装有 250*2500 双管螺旋输送机。充填时打开双管螺旋输送机的闸板法，开启双管输送机即可向搅拌桶添加水泥，双管螺旋电机采用变频调速，通过改变电机输入频率可改变双管螺旋输送机转速进而改变水泥输送量，满足充填配比要求。（4） 调浓水供给线当充填料浆浓度过高时，须向搅拌机供给适当的水以对充填料浆浓度进行调节，系统设置调浓水供给线。调浓水来自供水管线（或高位水池），供水线上安装有电磁流量计、电动调节阀及手动阀，调浓水量由电磁流量计检
28、测，电动调节阀调节。 （5）充填料搅拌输送线全尾砂浆、水泥及调浓水经各自的供料线按设计配比供给20002100高浓度搅拌桶，通过搅拌桶搅拌均匀后经测量管进入下料斗，最终进入充填钻孔并通过充填钻孔及井下管网自流至采空区进行充填。测量管上安装有电磁流量计及射线浓度计，以对充填料浆流量及浓度进行检测。 除 尘 器料 位 指 示 水 泥 仓双 管 螺 旋 输 送 机018-sj审 核审 定总 设 计 师校 对设 计 建 筑 设 计 甲 级 证 书 编 号 : - 工 程 编 号( )图 号比 例设 计 阶 段日 期图 名 专 业 第 张 共 张幅 面 代 号版 本 号立 式 砂 仓 高 浓 度 尾 砂
29、 自 流 充 填 系 统流 程 图201.413图 4-1 立式砂仓高浓度充填系统流程图4.2.1.2 设备仪表选择根据充填站配置及充填材料用量，为便于计量、控制及操作，选定充填站主要设备仪表见表 4-6。表 4-6 充填站主要机械设备配置表名称及规格 单位 数量 备注高浓度搅拌槽 20002100 台 1双管螺旋输送机 台 1除尘器 台 1微机工业密度计 台 1空压机 台 1离心清水泵 台 2事故池立泵 台 1电磁流量计 台 2重锤物位计 台 1雷达液位计 台 2电动弧形铸石阀 DN150 只 3电动铸石球阀 DN150 只 1电动球阀 DN65 只 6电动球阀 DN80 只 1电动管夹阀
30、DN150 只 2电动管夹阀 DN100 只 1手动管夹阀 DN150 只 1手动闸阀 DN100 只 1手动闸阀 DN80 只 1无缝钢管，1688 米 50无缝钢管，894.5 米 200无缝钢管， 65 5 米 250钢管 米 100154.2.1.3 工艺及控制流程选厂尾砂浆通过水隔离泵，采用两级接力输送方式由选厂泵送至充填站立式砂仓，尾砂浆浓度 20%左右，流量约 100m3/h。尾砂浆在立式砂仓内通过添加絮凝剂加速沉降，尾砂颗粒自由沉降至仓底并浓缩，澄清水上行到砂仓上部或顶部并通过溢流槽返回选厂重复利用或并入至尾砂坝管路，自流至尾矿库。待立式砂仓内浓缩料浆尾砂量满足单次胶结充填量要
31、求时停止注砂。经过长时间沉降、浓缩，仓底尾砂固结。采用高压水气联合流态化造浆，制备的高浓度尾砂浆由仓底连续稳定流出，进入搅拌桶，并与水泥仓输送至搅拌桶的水泥搅拌混合均匀，通过充填钻孔自流至井下，钻孔与中段巷道连接，料浆通过中段巷道内充填管线输送至采空区进行充填。散装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。充填站系统设置各种监测控制仪表，以便采集和控制充填运行状况，集中控制室操作，立式砂仓顶设有仓顶料位计，当仓内尾砂浆面上升至仓顶时即时停止供料；仓底管道设有浓度计、流量计和调节阀，以控制和调节充填参数。水泥仓内设有料位计，对料位进行监视；充填时的水
32、泥量由水泥仓底的双管螺旋输送机进行计量和控制。搅拌桶上设有液位计，监视和控制搅拌桶内液面的高度，并反馈控制仓底调节阀的开启度。4.2.1.4 尾矿输送（1）尾矿输送基本参数（a）充填干量 : 510t/d （b）尾矿比重: 2.68t/m3（铅锌矿）（c）矿浆浓度 : 20% （d）管路长度: 4000 m（e）几何高差 : 470m （f）尾砂粒度： 1mm （2）尾矿水力输送计算（a）临界管径计算根据尾矿性质及尾矿输送相关参数，选择克诺罗兹公式对尾矿输送临界管径进行了计算，结果见表 4-7。克诺罗兹公式： 4328.1(.0lZll DMQMZ重量砂水比，固体物料比重校正系数，17.2tD
33、l临界管径，表 4-7 临界管径计算结果临界管径（m） 流量(m 3/h)0.20 168.46310.19 150.43190.18 133.51420.17 117.6970.16 102.96650.15 89.308780.14 76.708820.13 65.151020.12 54.618890.11 45.094930.10 36.56055根据矿山选厂处理能力计算出选厂尾矿排放流量约为 100m3/h，对此参照表 1 可知理论计算输送管径为 160mm，故选择尾矿输送管道为 16810， DN 148 无缝钢管。（b）临界流速计算临界流速采用克诺罗兹公式计算，计算结果见表 4-
34、8。克诺罗兹公式： )48.21(5.043lzl DMV式中：M z重量砂水比，砂重/水重100；固体物料比重校正系数；当 t2.7t/m3 时，=1；当 t2.7t/m3 时， 17.2kD1临界管径。17表 4-8 临界流速计算结果临界管径 D（ m） 临界流速 工作流速0.10 1.11 1.340.11 1.14 1.370.12 1.17 1.400.13 1.19 1.430.14 1.22 1.460.15 1.24 1.490.16 1.26 1.510.17 1.28 1.540.18 1.30 1.560.19 1.32 1.580.20 1.34 1.60对于 1681
35、0的管道，适宜的工作流速为 1.51m/s。（c）水力坡度计算水力坡度采用金川似均质流公式计算： 78.124.0 )(916xtVCCgDiIc水平直管单位长度料浆水力坡度， KPa/m；I0水平直管单位长度清水水力坡度，KPa/m； i0=0V2/(2gD)Cv料浆的体积浓度,%g重力加速度，m/s 2；D管径，m；V流速，m/sCx颗粒沉降阻力系数；t固体物料密度, t/m 3；0阻力系数，理论计算尾矿输送水力坡度为 0.014mH2O。（d）输送扬程计算H= h1+h2+h3+h4+h5式中：h1砂泵几何高差压头，mH 2O；h1= hn浆hn砂泵扬程几何高差，m；浆 泵送浆体密度，
36、t/m3；h2输送管道沿程阻力，mH 2O；h3输送管道沿线的局部损失，mH 2O；h3=（0.10.15）h1h4砂泵吸入管的压头损失，通常 h4 取 24 mH2O；h5管道出口剩余压头，通常 h5 取 25 mH2O。理论计算尾矿输送总养程为 669m。尾矿输送参数计算结果汇总见表 4-9。表 4-9 尾矿输送参数汇总表项目 流量(m3/h) 管径(mm) 水力坡度(h 2O) 流速(m/s) 扬程（m）结果 103 160 0.014 1.51 669（3）输送工艺浆体泵是浆体管道输送系统的关键设备。按泵的工作机理，浆体泵可分为三种类型：离心式浆体泵（沃曼泵、衬胶泵、PN 型泵、PS
37、型泵、PH 型泵、液下泵和立式泵） 、容积式浆体泵（活塞泵、柱塞泵、隔膜泵、螺杆泵等）及特种浆体泵（水隔离泵、膜隔离泵等） 。离心式渣浆泵适用于大流量低扬程输送，对于高扬程输送，有两种方案：一种为多台离心泵串联或者多级输送，另外一种方案为采用特种浆体泵，本方案设计采用水隔离泵，水隔离泵单台扬程约 400m。针对本项目，需要设两级泵站输送。两级泵站的位置可选择在总扬程 330m 处。每泵站设二套设备输送（一用一备） ，总共四套设备。一级泵站需要 8m 喂料高差，一级泵站将尾砂直接扬送到二级泵站的供浆箱中，给二泵站设备喂料，将尾砂输送到充填站。（4）设备型号选择（a）设备型号 : LSGB120/
38、4.0（b）设备台数: 二台（用一备一）（c）设备性能 : Q=90120 m 3/h P4.0 MPa（d）动力源配置:清水泵: MD120-508电 机：Y315L2-4 （IP23/380V）19功 率：200 KW 4.2.1.5 充填系统布置根据大坑矿区矿体赋存情况及矿区地理地形条件，充填站布置于大坑三采场主平硐上山脊处。针对矿山 20 万 t/年的生产规模，设计建设一套充填系统。系统总图平面布置见图 4-2。充填系统由两座立式砂仓及放砂装置、水泥仓及给料装置、全尾砂供给线、供水线、高浓度搅拌机及相应的充填钻孔组成。充填系统设置两个充填钻孔，间距为 4m，充填钻孔坐标为：X1=.78
39、，Y 1=.98 X2=.78，Y 2=.98充填钻孔采用双层套管，其外层 168 6.5（45 号以上无缝钢管）为护壁管，内层 146 15 16Mn 钢管为充填料浆输送管。内层套管为全长活动管，当该管磨损严重时，可整体更换。充填钻孔自地表+531m 水平施工至+285m 水平，总长 246m。排土场炸药库 拦截坝厂房炸药库北矿 冶 B图 4-2 系统总图平面布置214.2.2 方案二：汽车运输尾砂充填系统该方案充填尾砂取自尾矿库，通过汽车运输至充填站储料仓储存，仓内尾砂经过高压水流态化造浆使尾砂流态化，流态化的尾砂浆通过管道自流至搅拌桶。充填站配制有水泥仓，尾砂浆与水泥通过搅拌桶混合均匀后
40、自充填钻孔自流至井下采空区，系统流程见图 4-3。4.2.2.1 充填站配制卧式砂仓尾砂充填系统同样包括全尾砂给料线、水泥储存给料线、补给水（调浓水）给料线及充填料搅拌输送线等子系统，由于尾砂供给形态不同，两种方案的料浆制备系统差别较大，分别描述如下：（1）全尾砂给料线卧式砂仓尾砂充填系统方案中的充填材料为取自尾矿库的干尾砂，尾砂通过汽车运输至充填站倒入储料仓储存，储料仓上部为圆筒状，下部为锥体状。计算可知矿山日充填尾砂量为 1074.3t，约 670m3，为了减少尾砂运输频率，设计尾砂储量仓为 850m3。储料仓直径 9m，圆筒高 12m，锥体高 5m，总高17m。储料仓下部安装有高压水造浆
41、装置，通过高压水使干尾砂（含水率10%）液化至 70%浓度左右 ，并自流至搅拌桶。储料仓放砂管安装有电磁流量计，浓度计及电动调节阀以对放砂浓度及流量进行检测控制。（2）水泥储存给料线方案一与方案二的水泥储存给料线相同，当地生产的 32.5 级硅酸盐水泥由散装水泥罐车运至充填站，通过吹灰管卸入水泥仓中。根据矿山胶结充填要求，按胶结充填量占矿山充填的 1/3 及灰砂比 1:4 计算，每次胶结充填最大水泥用量为 273.55t，设计水泥仓容积为 200m3。水泥仓直筒边长 5m，直筒段高度 6m，锥底角度 55 度，锥底高 4m。水泥仓顶设置有除尘器、雷达料位计及检查孔。仓底安装有 250*2500
42、 双管螺旋输送机。充填时打开双管螺旋输送机的闸板法，开启双管输送机即可向搅拌桶添加水泥，双管螺旋电机采用变频调速，通过改变电机输入频率可改变双管螺旋输送机转速进而改变水泥输送量，满足充填配比要求。（4） 调浓水供给线当充填料浆浓度过高时，须向搅拌机供给适当的水以对充填料浆浓度进行调节，系统设置调浓水供给线。调浓水来自供水管线（或高位水池），供水线上安装有电磁流量计、电动调节阀及手动阀，调浓水量由电磁流量计检测，电动调节阀调节。 （5）充填料搅拌输送线全尾砂浆、水泥及调浓水经各自的供料线按设计配比供给20002100高浓度搅拌桶，通过搅拌桶搅拌均匀后经测量管进入下料斗，最终进入充填钻孔并通过充填
43、钻孔及井下管网自流至采空区进行充填。测量管上安装有电磁流量计及射线浓度计，以对充填料浆流量及浓度进行检测。4.2.2.2 设备仪表选择根据充填站配置及充填材料用量，为便于计量、控制及操作，选定充填站主要机械设备见表 4-10。表 4-10 充填站主要机械设备配置名称及规格 单位 数量 备注高浓度搅拌槽 20002100 台 1双管螺旋输送机 台 1除尘器 台 1微机工业密度计 台 1离心清水泵 台 2事故池立泵 台 1电磁流量计 台 2雷达料位计 台 2电动弧形铸石阀 DN200 只 3电动铸石球阀 DN200 只 1电动球阀 DN65 只 3电动球阀 DN80 只 1电动管夹阀 DN200
44、只 1电动管夹阀 DN100 只 123手动闸阀 DN100 只 1手动闸阀 DN80 只 1无缝钢管，894.5 米 100无缝钢管， 65 5 米 100衬胶钢管 米 504.2.2.3 工艺及控制流程尾矿库尾砂通过汽车运输至充填站，卸入搅拌站内储料仓储存。储料仓内粘性尾砂干料通过高压水造浆使尾砂液化，液化后的尾砂浆通过管道自流入搅拌桶，并与水泥仓输送至搅拌桶的水泥搅拌混合均匀，通过充填钻孔自流至井下，钻孔与中段巷道连接，料浆通过中段巷道内充填管线输送至采空区进行充填。散装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。充填站系统设置各种监测控制仪表
45、，以便采集和控制充填运行状况，集中控制室操作。储料仓底放砂管道设有浓度计、流量计和调节阀，以控制和调节充填参数。水泥仓内设有料位计，对料位进行监视；充填时的水泥量由水泥仓底的双管螺旋输送机进行计量和控制。搅拌桶上设有液位计，监视和控制搅拌桶内液面的高度，并反馈控制仓底调节阀的开启度。4.2.2.4 充填系统布置根据大坑矿区矿体赋存情况及矿区地理地形条件，充填站布置于大坑三采场主平硐上山脊处。针对矿山 20 万 t/年的生产规模，设计建设一套充填系统。充填系统占地 10m27m，充填系统布置见图 4-4。充填系统由一座储料仓及放砂装置、水泥仓及给料装置、供水线、高浓度搅拌机及相应的充填钻孔组成。
46、充填系统设置两个充填钻孔，间距为 4m，充填钻孔坐标为：X1=.78，Y 1=.98 X2=.78，Y 2=.98充填钻孔采用双层套管，其外层 168 6.5（45 号以上无缝钢管）为护壁管，内层 146 15 16Mn 钢管为充填料浆输送管。内层套管为全长活动管，当该管磨损严重时，可整体更换。充填钻孔自地表+531m 水平施工至+285m 水平，总长 246m。25除 尘 器料 位 指 示水 泥 仓双 管 螺 旋 输 送 机北 京 矿 冶 研 究 总 院018-sj矿 冶审 核审 定总 设 计 师校 对设 计 建 筑 设 计 甲 级 证 书 编 号 : - 工 程 编 号( )图 号比 例设 计 阶 段日 期图 名 专 业 第 张 共 张幅 面 代 号版 本 号汽 车 运 输 高 浓 度 尾 砂 自 流 充 填 系 统流 程 图201.4图 4-3 方案二充填系统流程图北 京 矿 冶 研 究 总 院018-sj矿 冶审 核审 定总 设 计 师校 对设 计 建 筑 设 计 甲 级 证 书 编 号 : - 工 程 编 号( )图 号比 例设 计 阶 段日 期图 名 专 业 第 张 共 张幅 面 代 号版 本 号方 案 二 充 填 站 设 备 布 置 示 意 图201.4图 4-4 方案二充填站配制示意图
