扎西康铅锌多金属矿充填系统方案选择.pdf

第 6 9 卷第 6 期 有 色 金 属 矿山部分 2 0 1 7 年 1 1 月 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 6 7 1 - 4 1 7 2 ． 2 01 7 ． 0 6 ． 0 0 1 扎西康铅锌多金属矿充填系统方案选择 甯瑜琳 ， 林卫 星 ， 柳 小胜 ， 1 ． 长沙矿 山研究院有限责任公司， 长沙 4 1 0 0 1 2 ； 2 ． 国家金 属采 矿工 程技 术研 究 中心 ， 长 沙 4 1 0 0 1 2 摘要 扎西康铅锌 多金属矿 是一 座富含铅 、 锌 、 锑 、 银 的多金 属矿 ， 主矿体 分布于 断裂破碎带 中 ， 具有 品位高 、 倾 角陡 、 矿体上下盘不稳 的特点 ， 采用 留矿法开采存在损 失贫化率大 、 作业安全性 差 、 地 表塌 陷等问题 ， 因此选择 上 向水平分层充 填采矿法作为矿山今后采矿 的基本方法 。通过几种 可行 的充填系统 的技 术经济对 比分析 ， 表 明三 种 可行的充填系统方案 中， 汽车供给尾砂充 填方 案具有 投资 省 、 运营 成本低 、 总利 润高 、 回收周期 短等 优点 ， 为最 优 方案 。 关键词 采矿方法 ； 充填系统 ； 技术 比较 ； 经济 比较 中图分类号 T D 8 5 3 ． 3 4 文献标志码 A 文章编号 1 6 7 1 4 1 7 2 2 O 1 7 0 6 0 0 0 1 0 4 S e l e c t i o n o f f i l l i n g s y s t e m i n Z h a x i k a n g Pb - Zn Po l y me t a l l i c M i n e NI NG Yu l i n 。LI N W e i x i ng ．LI U Xi a o s h e n g 1 ．Ch a n g s h a M i n i n g Re s e a r c h I n s t i t u t e C o ．，Lt d ．，Ch a n g s h a 4 1 0 0 1 2，Ch i n a； 2 ． Na t i o na l Engi ne e r i ng Re s e a r c h Ce nt e r f or M e t al M i ni ng，Cha n gs h a 4 1 00 1 2，Ch i n a Ab s t r a c t Th e Z h a x i k a n g Pb Z n Po l y me t a l l i c M i n e i s r i c h i n l e a d，z i n c ，a n t i mo n y ，s i l v e r p o l y m e t a l l i c o r e ．Th e ma i n or e b odi e s a r e di s t r i bu t e d i n t he f r a c t ur e z o ne，i t ha s t he c ha r a c t e r i s t i c s of h i g h gr a de，s t e e p di p an gl e a nd u n s t a b l e f o o t wa l 1 ．Th e r e a r e ma n y p r o b l e ms s u c h a s l a r g e l o s s a n d d i l u t i o n r a t e，p o o r o p e r a t i o n s a f e t y a n d s u r f a c e s u bs i de n c e c a us e d b y s hr i nka g e mi ni ng me t h od ． The r e f o r e， t he up wa r d hor i z o nt a l s l i c i ng a n d f i l l i ng me t ho d i s c h o s e n a s t h e b a s i c m e t h o d o f mi n i n g i n t h e f u t u r e ． Th r o u g h t h e t e c h n i c a l a n d e c o n o m i c c o mp a r i s o n o f s e v e r a l f e a s i bl e f i l l i n g s y s t e ms，i t i s s ho wn t h a t i n t he t hr e e f e a s i bl e s c he me s，t he s c he me of f i l l i ng t a i l i n gs wi t h a ut o mobi l e h a s t h e a d v a n t a g e s o f l o w i n v e s t me n t ，l o w o p e r a t i o n c o s t ，h i g h t o t a l p r o f i t a n d s h o r t r e c o v e r y p e r i o d ． Ke y wo r d s mi n i n g me t h o d s ；f i l l i n g s y s t e m ；t e c h n i c a l c o mp a r i s o n；e c o n o mi c c o mp a r i s o n 1 工程 概 况 西藏山南隆子县扎西康铅锌多金属矿位于泽错 公路 泽当一错那 5 2 1 k m处路南 ， 矿区至拉萨市约 3 3 0 k m。矿 山 回采 的 主要 矿 体 分 布 于 近 南 北 向 的 F 7断裂破碎带 中， 并严格受该断裂带控制 ， 其走 向 长度约 1 2 0 0 m， 倾 向方 向控制最大垂深 8 0 0 m， 倾 角 4 5 。 ～7 0 。 ， 矿体真厚度普遍在 6 ～8 r n ， 铅 锌平 均 品位 为 1 2 。 矿山上部 中段采用平硐开拓 ， 下部 中段采用斜 坡道开拓 。建矿以后， 一直采用留矿法回采， 采后空 区未经处理 。目前 ， 4 6 2 0中段 以上 已全部 回采完 毕， 4 6 7 0以上中段 间柱与顶底柱 已经 回收， 采场 已 作 者简介 甯 瑜琳 1 9 8 7 一 ， 男 ， 工程 师， 硕士 ， 采 矿 工程专 业 ， 主要 从事采矿技术研究与开发。 垮 塌透 地 表 ； 4 6 2 0中 段 尚 未 进 行 间 柱 与 顶 柱 的 回 收 ， 大部分采场还敞空存在 ， 但由于采场敞空时间较 长 ， 空场稳定性较差 ， 个别已与上中段垮透。矿山采 用留矿法 回采， 存在的主要问题有 1 贫化损失大 ； 2 安全性 差 ； 3 效 率低 ， 生 产能 力小 ； 4 投 入大 ， 产 出 小 ； 5 存在大量采空 区， 对后期生产造成安全影 响， 并 有可 能造 成地 表塌 陷 范 围进 一 步 扩 大 ， 破 坏地 表 环境 。 因此 ， 基于矿山存在的以上问题 ， 为充分回收矿 石资源 、 保护地表生态环境 、 消除采空区安全 隐患 ， 必须 对井 下 现有 的空 区进 行 处 理 ， 同时 在 后 续 的 生 产过程中采用充填法 回采 ， 使得 目前存在的大量 采 空 区得 到逐 年 、 有 效 的治理 。 2 采矿 方法选择 扎西康铅锌多金属矿 的主要开采特点为 一是 有 色 金 属 矿山部分 第 6 9卷 品位高 ， 矿石价值大； 二是环保要求严格 ， 矿 区地表 需要保护， 不允许塌陷， 目前地表 的塌陷区需要进行 恢复治理； 三是矿体赋存 于破碎带中。根据 以上开 采特点 ， 对 于这类 上 盘不 稳 固 、 下 盘极 不稳 固、 矿 体 中等稳 固的矿体 ， 最适 宜 采 用 上 向水 平 分层 充 填 采 矿法l_ 2 ] 。 3 充填 系统方案 3 ． 1 充填材料 矿 山充填条 件具 有如 下特点 1 选 厂与矿 山 、 选 厂与尾矿库距离较远 ， 选厂与矿山高差大； 2 矿山水 泥 价格 高 ， 是充 填成 本 的主要构成 部分 ； 3 矿 山尾砂 7 4 F r n与 一3 8 m 各 占 3 5 以上 ， 细颗粒 含量 多 ； 4 尾矿库初期坝库容较大 ， 能储存分级细尾砂； 5 井 下 掘进 和地表 废石 较多 。 根据矿山内外部条件， 初 步确定可行的方案有 三种 1 泵送供给尾砂充填 ； 2 汽车供给尾砂充填； 3 破碎 废石 充填 。 3 ． 2 泵送供给尾砂充填方案 采 用 选 矿厂 的 尾砂 作 为充 填 骨料 ， 需 要 将尾 砂 送至矿山充填站才能进行充填。由于选厂距离矿山 3 1 k m， 因此结合现场实际 ， 其中一种尾砂供给方案 是泵送 供 给尾砂 方案 。 图 1 泵送供给尾砂充填 方案 工艺流程 图 Fi g ．1 Fi l l i n g s c he me’ S f l o w c h a r t o f pu mp i n g s up pl i e d t a i l i ng s 泵送供给尾砂充填方案的工艺为 1 采用泵将 尾砂输送至矿山充填站 ， 通过建立三级泵站 ， 将山南 选矿厂的全尾砂料浆接力输送到矿山充填制备站的 尾砂仓 ； 2 充填 时 ， 尾砂 在尾砂 仓 中造浆后 放入 强力 搅拌机 、 水泥由水泥仓底部的螺旋给料机计量给料 至强力搅拌机、 水通过水泵输送至强力搅拌机， 将尾 砂 、 水 泥和 水在搅 拌机初 次搅 拌后 ， 放 入高 效活 化搅 拌机 搅拌形 成均 匀 的充 填料 浆 ； 3 经 搅 拌 均 匀 的充 填料 浆经钻 孑 L 及 井下 充填管 网 自流输 送 至采空 区进 行 充填E 。 3 ． 3 汽 车供 给尾砂 充填方 案 将选 矿 厂 的尾 砂送 至矿 山充 填 站 ， 除采 用 泵送 外 ， 还可采用汽车运输干尾砂的方案 。结合矿山实 际可选 用分 级尾砂胶 结充 填 自流输送 充填 。 汽车供给尾砂充填方案的工艺是 1 将 山南选 矿厂 的全尾 砂 由旋 流 器 分级 后 ， 底 流 放 至堆 场 自然 晾晒后 ， 通 过 汽 车 运 送 至 矿 山充 填 站 堆 场 ； 2 充 填 时， 尾砂经计量后经皮带输送至混凝土搅拌机、 水泥 由水 泥仓底 部 的螺旋 给料机计 量给料 至混 凝土搅 拌 机 、 水通过 水泵输 送 至 搅拌 机 ， 将 尾 砂 、 水 泥 和水 在 混凝 土搅拌 机初 次搅 拌 后 ， 放 入搅 拌 桶 搅 拌形 成 均 匀的充填料浆 ； 3 经搅拌均匀的充填料浆经钻孔及 井下 充填 管 网 自流输送 至采 空 区进 行充 填 ] 。 图 2汽车供给尾 砂充填方 案工艺流程图 Fi g ．2 Fi l l i ng s c h e me’ s f l o w c h a r t o f a u t o m o bi l e t r a n s p o r t t a i l i ng s 3 ． 4 碎石 充填方 案 采用碎石充填方案 ， 要求充填碎石粒级 1 5 1T I I T I 以下 ， 因此需 要 对废 石 进 行破 碎 。矿 山副井 工 业 场 地堆存井下掘进废石约 2 0万 m。 ， 每年井下产生掘 进废石约 2 万 t 。而为提高碎石充填料浆流动性 ， 降 低水 泥用量 ， 减少 成 本 ， 增 加 可泵 性 ， 需 要 添加 一 定 量 的细料 ， 使料浆 在泵 送过程 中包裹 骨物 料 ， 增加 滑 润作 用 ， 并 确保 料浆不 发生离 析 ， 避 免堵管 l_ 9 ] 。 第 6期 甯瑜 琳等 扎西康铅锌多金属 矿充填系统方案选择 3 图 3碎 石 充 填 方 案 工 艺 流 程 图 Fi g ． 3 Fi l l i n g s c h e me’ s flo w c h a r t o f g r a v e l fil l i n g s c h e me 泵送碎石充填方案的工艺是 1 将采下 的地表 废石或井下废石采用汽车或前装机倒人粗料仓 ， 经 颚式破碎机、 反击式破碎机二段破碎后 ， 将骨料粒径 ≤ 1 5 mm 的碎石 送 至碎 石堆 场 ； 2 选 择 少 部 分堆 场 中破 碎好 的碎 石 ， 采 用碎 石辊 磨机将 碎 石磨 成 细料 ， 然后输送至粉料仓 ； 3 将碎石堆场的碎石采用装载 机、 皮带输送至搅拌机 ， 细料仓 中的细料采用螺旋给 料机等设备输送至搅拌机 ， 将碎石 、 细料 、 水泥和水 一 起在搅拌机内搅拌均匀形成碎石充填料浆 ； 4 采 用充填工业泵将搅拌好的充填料浆通过地面充填管 及充填钻孔等管网泵送至井下采场进行充填r g ] 。 4 充填 系统方案技 术经济 比较分析 4 ． 1 泵送供给尾砂充填方案技术可行性分析 该方案输送距离 3 1 k m， 高差 7 0 0 m左右， 采用 水隔 离泵 三级 站输送 ， 输 送浓 度为 2 0 ～2 5 。 该方案存在如下问题 1 新建三级泵站 和事故 池， 需沿途征地并供水 、 供 电； 2 高原地 区长距离管 道输送 ， 管道热胀冷缩差别大 ， 寒冷季节容易冻结 ； 3 中低浓度尾砂直接进入砂仓 ， 溢流跑混严重， 细粒 级尾砂 和 溢流 水仍 然需 要 处 理 ； 4 全 尾砂 充 填 水 泥 用量 比分 级尾砂 和 碎 石 充填 大 ； 5 采 场充 填 水 浸 入 下盘直接接触带使炭质板岩泥化， 有可能导致下盘 垮塌 ， 增加矿石贫化率和含泥量。一般情况下， 以上 问题是在工艺设计和充填运行过程 中解决 。 因此 ， 泵送供给尾砂充填系统技术可行 ， 对于在 西藏高原高海拔地区采用泵送供给尾砂充填方案存 在的技术问题 ， 可以通过生产实践和技术进 步不断 完善 。 4 ． 2 汽车 供给 尾砂 充填 方案 汽车供 给尾砂充填方案充填料进入 充填站之 前 ， 尾砂首先通过旋流器分级 ， 底流产率6 0 ， 底 流 浓度 6 0 ， 分 级 尾 砂 堆 放 脱 水 后 含水 量 为 5 ～ 1 O ， 即可用汽车运送 ， 汽车供给尾砂至充填站堆 料 场不存 在 技术 问题 。堆 料场 的尾砂 采 用皮 带输 入 搅拌 机 与水 泥混合 搅 拌 ， 再 进入 搅拌 槽搅 拌 ， 通 过 钻 孑 L 充 入井 下 ， 包 括井 下采 场 充 填 。经 分 级 晾 干 后 的 尾砂进入砂仓 ， 通过造浆搅拌后进行充填 ， 比泵送中 低浓 度尾 砂进 入砂 仓造 浆搅 拌再 进行 充填 的效 果更 优。通过分级尾砂 的充填体试验 ， 按照一定浓度和 配比的充填体强度能满足采矿的要求 。汽车供给尾 砂充 填方 案技 术可 行 。 该方 案存 在如 下 问题 1 汽 车运输 前 ， 选厂 溢流 尾砂 经水 力旋 流器 分级 底 流浓 度 为 6 5 左 右 ， 含水 量高 ， 堆存 的脱水时间长 ， 占地 面积大 ； 2 旋 流器分 级后的细颗粒尾砂和溢流水仍需排放至尾矿库或另 行处 理 ； 3 充 填 料 浆 浓 度 7 2 ～ 7 5 9 ／ 6 ， 仍 然 含 有 一 定量 的水 ， 采场 泌水 工作 量 大 ， 同时充 填水 浸入 下盘 直接接触带使炭质板岩泥化 ， 有可能导致下盘垮塌 ， 增加矿石贫化率和含泥量； 4 分级尾砂堆存 、 运输过 程中容易发生淋雨、 冻结和跑漏 等。但 以上 问题在 充填 系统 的运行 过 程 中 ， 可通 过生 产 实践不 断解 决 。 4 ． 3 泵送碎石充填方案 在充 填 站 附 近采 石 ， 经 破 碎 后进 入 搅 拌 机 与水 泥混合 再 通过 泵送 至 井 下 采 场 ， 破 碎 石料 粒 径 一 般 在 1 5 mm 以下 ， 但细颗粒含量少 ， 泵送压力大， 难 以 保证正常运行 ， 经改进本次方案 中的泵送碎石充填 系统配备有细粉料制备工艺， 泵送前加入一定量细 粉料 。但 在运行 过 程存 在 以下 几 个 问题 1 水 泥 添 加量较 少 时 ， 料 浆 和 易性 差 ， 泵送 压 力 大 ， 料 浆 流 动 性 差 ； 2 为保证 碎石 料浆 的 正常泵 送 ， 实践 过程 中添 加 了高配 比的水 泥 ， 带来 了水 泥 消耗量 大 的问题 ； 3 由于 采用 料斗 、 皮 带 输 送碎 石 ， 容 易 出现 料 斗 堵 斗 、 皮带输 送 粘 附碎石 中细 料 的 问 题 ， 造 成 系统 无 法 正 常充填； 4 碎石料浆浓度大， 初凝 时间比尾砂快 ， 在 充填 系统 出现 故障 时容 易堵 管 。 通过 以上 分析 ， 泵送 供 给尾砂 充填 方案 、 汽 车供 给尾砂充填方案和泵送碎石充填方案技术上可行。 对于西藏高原高海拔地 区存在的技术 问题 ， 可以通 过生产实践不断完善。 4 ． 4 充填 系统方案经济比较分析 根据矿 山实际条件和地质储量 ， 结合采用的上 4 有 色 金 属 矿山部分 第 6 9 卷 向水平分层充填采矿法的相应技术经济指标 ， 计算 各充填系统方案的建设投资 、 充填成本、 现有储量条 件下的项 目总利润和建设投资回收期等经济指标见 表 1 。 由表 1可知 ， 在建设投资上方案 工泵送尾砂充 填方 案 的建设投 资 最 多 ， 方 案 Ⅱ汽 车 供 给尾 砂 充填 方案的建设投资最少； 现有储量条件下的总销售利 润方案 Ⅱ最高 ， 方案 Ⅲ最低； 回收周期方案 Ⅱ最短 ， 方案 I最长。综上可知方案 Ⅱ汽车供给尾砂充填方 案的项 目总投资最省 、 充填运营成本最低 、 销售收入 最 高 、 投 资 回收周期最 短 ， 因此方 案 Ⅱ汽 车供 给尾砂 充填方案在经济对 比上优于其它两种方案。 表 1 充填 系统方案经济效益对 比表 Ta b l e 1 Ec o no m i c b e n e fit c o m pa r i s on t a bl e o f fil l i ng s y s t e m s c he m e 序 号 名称 丽 _ - - - - m - n 泵送供给 尾砂充填方案 汽车供给 尾砂充填方案 泵送碎石充填方 案 一一 一一 充填系统投资／ 万元 充填成本／ 元 t 一 总采选成本／ 万元 总销售收入／ 万元 总销售利润／ T f 元 回收周期／ 月 5 结 论 1 通过 技 术可行 性 分 析 可知 ， 方 案 I采 用 泵送 供给尾砂充填方案存在泵送管线长、 高差大 、 海拔高 等缺点 ， 方案 Ⅱ采用汽车供给尾砂充填方案在运输 、 充填站料浆制备输送等环节上均不存在技术上的难 题 ； 方案 Ⅲ采用碎石充填方案， 增加了采石 、 破碎 、 细 粉制备环节， 增加了充填工业泵 ， 同时充填过程中系 统 运行 的稳定 性 比方 案 Ⅱ低 。综 上 ， 方案 Ⅱ在 技 术 上存在的难题少 、 难度小， 明显优于方案 I、 方案 Ⅲ。 其技术可行性 由优到差 的排序为 方案 Ⅱ、 方案 Ⅲ、 方 案 I。 2 通过 投资分 析 可 知 ， 方 案 I泵 送 尾砂 充 填 方 案投资最大 、 方案 Ⅲ碎石充填方案投资居中、 方案 Ⅱ 汽车供给尾砂充填方案投资最小。 3 通过成本分析可知 ， 方案 Ⅱ的充填成本最低 、 方案 I的充填成本其次、 方案 Ⅲ的充填成本最高。 4 通过 经济 效益 分 析 可 知 ， 方 案 Ⅱ的年 销售 利 润 、 总销售 利 润 均 大 于 方 案 工， 方 案 Ⅲ 的年 销 售 利 润 、 总销售 利润最 低 。 5 通过经济效益分析可知， 方案 Ⅱ的投资回收 周期最短 ， 为 2个月 ， 方案 Ⅲ的投资回收周期为 3 个 月 ， 方案 Ⅲ的投资回收周期最长 ， 为 7 个月。 6 通过上述的技术可行性比较、 投资分析、 成本 分析 、 经济效益分析 ， 各方案的技术经济上的优劣排 序情况见表 2 。 综上 所 述 ， 方案 Ⅱ汽 车供 给 尾砂 充 填方 案 在技 术 上 的可 行性 更强 、 项 目总投资 最省 、 充填运 营成 本 最低、 销售收入最高、 投资回收周期最短 ， 因此综合 本研究的分析论述 ， 推荐采用方案 Ⅱ汽车供给尾砂 充填方案作为矿山的充填方案。 表 2 各方案的技术经济上的优劣排序表 Ta b l e 2 Li s t o f t e c h ni c a l a n d e c o n o mi c a dv a nt ag e s a n d d i s a d v a nt a g es of e a c h s c he m e 参 考 文 献 [ 1 ] 胡静云， 李庶林 ， 林 峰 ， 等 ．特大 采空区上覆岩 层地压与地 表 塌陷灾害监测研究[ J ] ．岩土力学 ，2 O 1 4 4 l 1 l 7 1 1 2 2 ． [ 2 3 李兴尚， 吴法春 ， 许家林 ， 等 ．上 向水平分层充填采矿法的优化 研究E J ] ．金属矿 山， 2 0 0 6 4 1 3 ， 6 ． E 3 ] 杨天宝， 温小亚 ．上向水平分层尾砂胶结充填采矿方法在某中 型金矿的应用[ J ] ．矿业工程，2 0 1 4 4 1 0 1 1 ． [ 4 ] 付 自国， 郭忠林 ， 殷 国华 ， 等 ．全尾砂胶结充填加压泵送系统应 用研究[ J ] ．煤矿机械 ， 2 0 1 6 ． 3 7 1 1 1 3 1 1 3 4 ． [ 5 ] 刘明泉 ．高效低成本尾砂 充填系统 的应用[ J ] ．有色金属 矿 IJ J 部分 ， 2 0 0 7 ， 5 9 3 5 0 5 1 ． [ 6 ] 黄志伟 ， 张炳 旭 ．全尾砂分级 充填新工艺 的研 究[ J ] ．金属矿 山 ，2 0 0 4 6 6 5 6 7 ． [ 7 ] 柳小胜 ， 扈守全 ， 梁 超 ， 等 ．玲南金矿 尾砂充填 系统 改造[ J ] ． 矿冶工程 ， 2 0 1 5 1 1 7 1 9 ． [ 8 ] 张常青 ， 谢开维 ， 林 松 ， 等 ．金牛矿业全尾 砂胶结充填 技术可 行性研究[ J ] ．矿业研究与开发，2 0 0 7 ， 2 7 1 7 8 ． [ 9 ] 甯瑜琳 ， 欧任泽 ， 林卫星 ， 等 ．全粒级碎石胶结泵送 充填系统优 化改造研究r- j ] ．有色金属 矿山部分 ， 2 0 1 7 ， 6 9 2 7 9 ， 1 7 ． 2 7 4 ＆3 O 罟 8呱 2 如