里伍铜矿充填尾砂输送方式比选探究

李洪康，江科 ，龚永超 ，张先泽

(1.四川里伍铜业股份有限公司里伍铜矿， 四川 甘孜州 626700； 2.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012； 3.金属矿山安全技术国家重点实验室， 湖南 长沙 410012)

0 引言

为响应国家建设绿色矿山、无废矿山的政策，延长尾矿库的使用年限，提高矿石资源的回收利用率，选厂所产总尾已成为地下矿山充填材料的首选来源[1-4]。矿山选厂一般根据使用和建设需要，其布置区域和采场有一定的距离，而充填站会尽可能靠近采场，并充分利用地势，减小充填倍线，以利于充填料浆的输送。选厂总尾输送至充填站的方式，是影响矿山充填系统建设方案的关键点[5-6]。充填站需要提高尾砂浆浓度，以制备符合井下生产质量要求的充填料浆，为安全采矿服务。尾砂与生产水的固液分离效率决定矿山充填系统的运行效率，而充填尾砂的输送是尾砂固液分离流程的组成部分，不同的输送方式决定充填系统的运行能耗、成本和效率[7]。本文针对里伍铜矿拟建充填系统的现场实际条件，对选厂不同尾砂输送方式进行比选研究，从工艺特点、技术水平、能耗成本及矿山条件等方面综合选择适合里伍铜矿的尾砂输送方式。

1 矿山概况

里伍铜矿位于四川省甘孜州，矿区受雅砻江及其支流强烈切割，形成高山和深谷，地势陡峻、山峰林立，地面海拔标高2300～3100 m。矿山采用平硐-盲斜井联合开拓，经多年发展，目前采选能力约为22.5万t/a，设计采用先上盘后下盘、自上而下、 自西向东后退式回采，主要运用全面法、房柱法及底盘漏斗崩落法开采。矿山在开采过程中留设了大量高品位矿柱支撑顶板围岩，因回采方法的制约，绝大部分矿柱没有被回收，目前矿山资源已近枯竭，为了处理空区同时回收矿柱，矿山决定建设充填系统，通过充填处置空区，分步骤有序地回收高品位残矿资源。

经现场勘查，结合井下采场布置情况和充填倍线大小，初步确定充填制备站厂址选定在+2700 m平硐口附近工业场地，充填站制备的料浆由泵输送至采空区完成充填。

2 尾砂输送方式分析

尾砂的固液分离与输送是相互联系的两个过程，尾砂浆的输送难易程度、堵管风险及对设备性能的要求与浓度相关。尾砂浓度越高，其管道输送的阻力越大，要求输送泵的出口压力越大，对设备的稳定性要求也越高，为防止堵管、爆管等事故的发生，对配套的安全设施要求高；低浓度的尾砂浆输送则相反。因而，当物料需求量一定时，尾砂输送方式的选择取决于固液分离发生的地点，位于工艺流程的前端、中间、后端，则固液分离设备、输送设备、管道和附属设施的选择不同，对应的输送方式的能耗和运行成本会产生较大的差别。

常规的固液分离设备包括各种仓、筒类构筑 物，或带有动力的浓密、离心分级、过滤及压滤设备，各类设备设施有其适用范围。近年来，得益于自动化和智能化的发展，尾砂的输送、固液分离和搅拌制备均能实现动态连续，保证浓度稳定的充填料浆按需求进入采空区，其中应用最为成熟的固液分离设备是浓密机，不同结构尺寸的浓密机可将选厂总尾浓缩为不同浓度的尾砂浆，包括低浓度尾砂浆（约20%）、中等浓度尾砂浆（约40%）和高浓度尾砂浆（约70%）。

尾砂输送工艺流程配合不同类型浓密机，可形成如下尾砂输送方式：

（1）低浓度尾砂输送，充填站一次浓密至高浓度尾砂浆；

（2）中等浓度尾砂输送，充填站浓密至高浓度尾砂浆；

（3）选厂一次浓密至高浓度尾砂浆，高浓度尾砂输送。

上述尾砂输送方式的优缺点对比见表1。

表1 尾砂输送方式优缺点对比

3 里伍铜矿充填尾砂输送方案研究

3.1 工艺流程

矿山尾砂产量约为600 t/d，全部制备为充填料浆充入井下，处理老空区并逐步回收高价值残矿资源。不同的设备配置对应不同的尾砂输送方式，根据里伍铜矿的实际条件，确定低浓度输送、中等浓度输送、高浓度输送的工艺流程。

低浓度尾砂输送工艺为：选厂总尾通过泵房输送至充填站的高效深锥浓密机，通过高效深锥浓密机处置后，形成高浓度底流砂浆和澄清的溢流水，溢流水回流至选厂重复使用或排至尾矿库，浓密机底流则进入充填制备车间完成充填料浆的制备 输送。

中等浓度尾砂输送工艺为：选厂新建一座高效浓密机，将低浓度的总尾一段浓缩至中等浓度砂浆，中等浓度砂浆泵送至充填站的高效深锥浓密机，通过高效深锥浓密机二段浓密后，形成高浓度底流砂浆和澄清的溢流水，溢流水回流至选厂重复使用或排至尾矿库，浓密机底流则进入充填制备车间完成充填料浆的制备输送。

高浓度尾砂输送工艺为：选厂新建一座高效深锥浓密机，将低浓度的总尾一段浓缩至高浓度砂浆，形成的溢流水直接回选厂使用，高浓度砂浆泵送至充填制备车间完成充填料浆的制备输送。

3.2 主要设备和技术要求

根据不同方案的工艺配置，列出主要设备及其技术要求，见表2。

表2 不同尾砂输送方案主要设备及技术要求

3.3 方案比选

上述3种方案在技术上均可行，其工艺可靠性排序为：低浓度尾砂输送＞中等浓度尾砂输送＞高浓度尾砂输送；运行成本排序为：低浓度尾砂输送＞中等浓度尾砂输送＞高浓度尾砂输送；建设投资排序为：中等浓度尾砂输送＞高浓度尾砂输送＞低浓度尾砂输送。综合考虑建设投入、运行成本和工艺可靠性等方面，首先可排除中等浓度输送方案，因为该方案投资大，投入生产后运营成本较高，需建设一台高效浓密机和一台高效深锥浓密机，占地面积较大，工艺相对复杂，选厂和充填站两处设施分散，不便于管理。

高浓度尾砂输送方案在运营成本方面具有一定的优势，但因矿山产能较小，优势不明显，且选厂总尾泵站现有水隔膜泵可满足将总尾泵送至+2700 m充填站的要求，若变换成输送高浓度砂浆，则需更换为柱塞泵，这增加了矿山沉没成本，且高浓度尾砂输送对泵的性能要求高，配套管道及附件耐压等级高，其投入远高于低浓度输送。选厂现有场地空间有限，若增加高效深锥浓密机，会在一定程度上影响选厂正常生产，因而经专家决策，最终优选方案为低浓度尾砂输送。

4 结论

里伍铜矿经多年开采，形成的采空区有待及时充填，同时考虑到高价值残矿资源的回采可以为企业创造良好的经济效益和社会效益，延长矿山服务年限，特别是对资源危机矿山的生存发展具有重要意义，因此亟需新建充填系统。尾砂输送为充填系统的关键点之一，不同的尾砂输送工艺各自有其优缺点，本文在分析不同输送工艺优缺点的基础之上，结合里伍铜矿的现场实际条件，对主要设备及其性能要求进行分析，从技术和经济的角度综合比选，最终选择出适合里伍铜矿充填系统的尾砂输送方式为低浓度尾砂输送。