某矿山尾矿输送工程多种工况设计

〔摘 要〕介绍了某矿山企业为符合“无尾矿山”“绿色矿山”的环保政策，根据尾矿库库容有限、尾矿处理能力无法满足生产发展需求的生产现状，对原有的矿山尾矿输送工程进行的改扩建设计实践。该矿根据尾矿的不同去处设计了尾矿输送的不同工况，并通过对尾矿输送参数的计算与分析，结合现有可利旧设备情况，进行了设备选型。改造后的尾矿输送系统能与企业生产能力相匹配，同时又实现了尾矿综合利用的目标，有效节省了尾矿库库容，为企业实现传统矿业向现代化生态矿业的转型升级提供技术支持。

〔关键词〕尾矿输送；充填站；尾矿库

中图分类号：TD952;TD９２９.4  文献标志码：B文章编号：1004-4345（2023）05-0005-04

Design of Multiple Working Conditions for Tailings Conveying Project of a Certain Mine

TANG Fenfen

（China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Nanchang， Jiangxi 330038， China）

Abstract  This paper introduces the environmental policy of a certain mine enterprise to comply with the "mine without tailings" and "environmental-friendly mine". Based on the limited capacity of tailings storage and the inability to meet the production development need of tailings processing capacity， the design practice of renovation and expansion of the original mine tailings conveying project was carried out. The mine has designed different operating conditions for tailings conveying based on the different destinations of tailings， and the equipment was selected based on calculation and analysis of tailings conveying parameters and the condition of existing reusable old equipment. After renovation， the tailings conveying system can match the production capacity of the enterprise， while also achieving the goal of comprehensive utilization of tailings， effectively saving the storage capacity of tailings storage， and providing technical support for the enterprise to achieve the transformation and upgrading from traditional mining industry to modern ecological mining industry.

Keywords  tailings conveying; filling station; tailings storage

隨着国家“绿水青山”理念的提出与实践，国内有色金属矿山的绿色矿山建设越来越受到关注。绿色矿山建设的重要内涵是尾矿不入库、废石不出坑，废水不外流。其中“尾矿不入库”随着尾矿充填技术的日益成熟，多数矿山企业都通过将尾矿进行充填得以实现。然而，新建尾矿库审批困难、当前尾矿压滤处置成本高等也是矿山企业进行尾矿充填时所普遍面临的问题。为响应国家相关环保政策，践行建设“无尾矿山”的理念，山东某企业在莱州某生产基地的规划中提出了尾矿综合利用的建设设想，以满足企业降低尾矿处置成本，达到无尾无废排放目标，实现可持续循环发展的需求。

1   工程概述

如前所述，莱州基地面临现有尾矿库库容严重不足和现有尾矿压滤处理能力不足的双重问题。该矿西尾矿库和现有尾矿库新增部分均为干式尾矿库，为保证后续正常生产的顺利进行，使尾矿既能满足充填站的生产需要，又能对尾矿进行综合利用，或达标排尾，该矿拟对尾矿输送系统按照多种工况进行改造。

本次改扩建工程设计矿石规模为8 kt/d，尾矿产率为95.53%。选矿车间产出尾矿为7 642 t/d，尾矿浓度为45%，矿石密度约为2.65 t/m3，尾矿堆密度为1.39 t/m3，尾矿D85为0.18 mm，全尾砂尾矿加权平均粒径为0.07 mm。

2   现有尾矿输送系统存在问题

该矿山目前的尾矿去处主要为现有充填站、尾矿库和压滤车间，但现有的尾矿处理能力已无法满足生产需求，主要存在的问题有以下几点：1）现有尾矿压滤能力不足。该矿目前尾矿生产规模约5 kt/d，而使用现有充填分级尾砂时，产量约3 kt/d；使用浮选全尾砂时，产量约4 kt/d。综合处理能力约3.4 kt/d，不能满足该矿现状目前5 kt/d的尾矿生产规模，已影响到现有尾矿库的安全运行。2）该矿山计划两年内还将形成新的采矿产能，其中选矿系统规划的10 kt/d破碎系统和磨矿分级及其配套浮选系统也已经开工建设，届时选矿处理量和尾矿量都将大幅增加。3）目前，该矿的尾矿处理方式为压滤干排后用于土地治理项目。一方面，尾矿压滤处置成本高，给企业造成巨大的经济压力；另一方面，将尾矿用于土地治理项目并未将尾矿消化，而仅仅是改变了尾矿的存储地点，安全、环保隐患依旧存在，尾矿资源没有得到充分回收利用。

基于以上原因，该矿山在原有系统的基础上增加了尾矿综合处理能力，并针对尾矿现状和企业发展需求，设计了多种尾矿输送工况，以下对多工况尾矿输送系统改造设计进行分析。

3   多工况尾矿输送系统改造设计

3.1  尾矿输送系统改造设计原则

本次尾矿输送系统改造设计原则包括：1）工艺先进、技术合理，确保尾矿输送系统能适应在正常充填、不充填等多种因素影响下的不同矿浆浓度和粒度，进一步提高生产效率。2）力保安全，力争环保，选用低能耗设备，紧紧围绕“绿色矿山”建设，确保达到节能减排的效果。3）设备大型化，自动化水平一流，减少岗位人员设置，增设尾矿泄露监测装置，确保输送过程安全。4）布局整齐，输送设备和管路便于后期维护。

3.2  尾矿输送设计工况分析

选厂尾矿设计分别有现有尾矿库、新建充填站以及新建尾矿综合利用车间3个去向，需要根据不同的工况分配不同的去处后进行泵送。结合生产以及环保的综合要求，设计了4种输送工况。

1）工况１。充填站工作时，选矿车间排出的全部尾矿由选厂的尾矿输送泵送至250 m3/h玛尔斯泵站（现有），再由250 m3/h玛尔斯泵站接力送至充填站旋流器。尾矿分级后的粗砂全部用于井下充填，细砂由充填站设置的尾矿输送泵送至尾矿综合利用车间。在本工况中，选矿车间至充填站旋流器的现状输送设备及管道均可满足要求，故设计内容为将充填站旋流器分级后的细砂泵至尾矿综合利用车间的设备及管道。工况1尾矿输送流程见图1。

2）工况２。井下充填工作、尾矿综合利用（红布综合利用车间）不工作时，选矿车间排出的全部尾矿由选厂的尾矿输送泵送250 m3/h玛尔斯泵站，再由250 m3/h玛尔斯泵站接力送至充填站旋流器。尾矿分级后的粗砂全部用于井下充填，细砂由充填站新建尾矿输送泵站送至280 m3/h玛尔斯泵站（现有），再由280 m3/h玛尔斯泵站的现有设备及管道将细砂送至尾矿库。工况2尾矿输送流程见图2。

3）工况3。井下不充填，红布矿区综合利用工作时，选矿车间排出的全部尾矿由选厂的尾矿输送泵送至250 m3/h玛尔斯泵站，再由250 m3/h玛尔斯泵站接力送至新建充填站尾矿输送泵站，全部尾矿由尾矿输送泵送至红布矿区综合利用。工况3尾矿输送设计流程见图3。

4）工况4。井下不充填且红布矿区综合利用不工作时，选矿车间排出的全部尾矿由选厂的尾矿输送泵送至280 m3/h玛尔斯泵站，再由280 m3/h玛尔斯泵站送至尾矿库。工况4尾矿输送设计流程见图4。

从以上4种工况可看出，尾矿输送设备在各种工况都有可以利旧的部分，充分体现了本次改造设计践行节能的基本方针。本次设计利用了选矿浮选车间内现有7台尾矿输送泵，在现有的250 m3/h玛尔斯泵站及280 m3/h玛尔斯泵站的厂房和泵池的基础上，再新增部分输送设备。

尾矿输送系统改造设计内容包含：1）新充填站内尾矿输送泵站以及输送管线（含充填站至尾矿综合利用及280 m3/h玛尔斯泵站的管道输送）设计；2）选厂250 m3/h玛尔斯泵站设备选型；3）280 m3/h玛尔斯泵站原有280 m3/h尾矿输送泵利旧，再增设1台同规模的尾矿输送泵，与现有3条输送管线匹配。

4   尾矿输送参数分析

根据业主提供的试验报告，在选厂8 kt/d的规模正常生产情况时，尾矿参数如下：选矿车间尾矿总量7 642 t/d，尾矿浓度为45%，尾矿矿石密度约为2.65 t/m3，尾矿堆密度为1.39 t/m3，尾矿D85为0.18 mm。

4.1  尾矿流量计算[1-4]

根据上述基础资料计算尾矿流量，矿浆流量根据式（1）计算：

式中：Qk为矿浆流量，m3/h；K为流量波动系数，本项目取0.9～1.1；W为尾矿干量，t/d；Eg为尾矿固体相对密度，t/m3；P为矿浆浓度，%。矿浆流量计算分析结果见表1。

4.2  臨界管径计算

在缺少以矿浆流变特性实验为设计依据的前提下，根据矿浆流量试算临界管径DL，采用B.C.克诺罗兹公式，计算公式见式（2）。

式中：Qk为矿浆流量，m3/h；为尾矿相对密度修正系数，β =（Eg-1）/1.7；DL为临界管径，m；Cd为矿浆重量稠度的100倍。矿浆输送管径及流速计算分析结果见表2。

4.3  输送结论的分析

根据上述计算结果，工况1中尾矿输送前段，全尾输送矿浆浓度为45%左右，矿浆流量为0.128 ～0.156 m3/s，250 m3/h玛尔斯泵站与新建充填站旋流器进口高差为37 m，旋流器进口压力按照0.25 MPa计，全尾输送距离L=550 m，利用现有DN250陶瓷管2根（无备用），全尾矿输送泵（至充填站旋流器入口）的设计扬程约为95～105 m。工况1中尾矿输送后段，细砂输送矿浆浓度为40%，矿浆流量为0.072～0.088 m3/s，新充填站尾矿输送泵站与红布综合利用尾矿开口进料箱高差为32 m，细砂输送泵的设计扬程约为95～118 m。则工况1所需的新增设施如下：1）全尾输送泵3台，两用一备，设置在250 m3/h玛尔斯泵站内。渣浆泵单台性能参数为：Q=280 m3/h，H=105 m，N=200 kW，变频电机。2）细砂输送泵（至尾矿综合利用车间）2台，一用一备，设置在充填站新建尾矿输送泵房内。渣浆泵单台性能参数为：Q=320 m3/h，H=120 m，N=280 kW，变频电机。3）细砂输送管线（充填站至尾矿综合利用车间）距离L=1 800 m，设计DN250陶瓷管2根（一用一备），单根长L=1 800 m。

工况2中尾矿输送前段与工况1尾矿输送前段相同。工况2尾矿输送后段将充填站分级后的细砂送至280 m3/h玛尔斯泵站，再由280 m3/h玛尔斯泵站泵去尾矿库。此阶段输送矿浆浓度为40%左右，矿浆流量为0.072～0.088 m3/s，新充填站尾礦输送泵站与280 m3/h玛尔斯泵站高差约5 m，细砂输送距离L=550 m，细砂尾矿输送泵（充填站至280 m3/h玛尔斯泵站）扬程约为28～35 m，利用现有DN250陶瓷管1根（无备用），根据上述工况，所需的新增设施如下：细砂输送泵（至280 m3/h玛尔斯泵站）2台（一用一备），设置在充填站新建尾矿输送泵房内。渣浆泵单台性能参数：Q=320 m3/h，H=40 m，N=90 kW，变频电机。

工况3中尾矿输送前段与工况1及工况2尾矿输送前段相同。工况3尾矿输送后段将全尾矿送至尾矿综合利用车间。此阶段输送矿浆浓度为45%左右，矿浆流量为0.128～0.156 m3/s，新充填站尾矿输送泵站与尾矿综合利用尾矿开口进料箱高差为32 m，输送距离L=1 800 m，输送泵（至尾矿综合利用）扬程约为90～108 m，可利用DN250陶瓷管2根。在节能的大前提下，综合分析工况3的运行情况后，设计人员将工况1尾矿输送后段的细砂输送泵及管道开启备用，同时作为工况3时的系统设施。

工况4也为全尾输送矿浆，矿浆浓度为45%左右，矿浆流量为0.128～0.156 m3/s，280 m3/h玛尔斯泵站与尾矿库高差约为38 m，全尾输送距离L=5 500 m，尾矿输送泵扬程约为198～251 m，采用D260×10陶瓷管2根。

该系统已有2DNG-280/3.0玛尔斯泵（Q=280 m3/h，H=3.0 MPa）共2台，DN250陶瓷管3根，满足输送要求。根据业主的规划，本系统还需新增1台与之前同规格的输送泵，放置在现有280 m3/h玛尔斯泵站内，以满足生产保证。

5   结论

尾矿输送系统是保证矿山生产的关键环节，对矿山生产顺利运行及成本有着重要影响。某矿山尾矿最终去处较多，尾矿输送工况较复杂，同时选厂内部场地受限，需尽可能地利用现有输送设备及管道。基于此，该厂有效利用了不同输送工况的重合工段，充分平衡生产，为尾矿输送设计了4种工况，匹配选厂不同的生产工艺流程，可靠性高，能充分利旧，为同类矿山的尾矿输送建设提供了解决思路。

通过此次尾矿输送工程改扩建项目，可以得到如下经验、建议：1）输送设备配用电机应选用变频调速。选矿厂尾矿输送存在着流量波动变化大，泵的流量、扬程及电机功率与实际相比有很大富余的特点，为变频调速节能提供了条件。变频调速可以在不更换现有泵及电机的情况下，通过改变泵的转速来调节泵的输出流量及扬程、电机输出功率，达到节能的目的。2）流量稳定、浓度均匀是矿浆管道输送成功与否的关键，设计时应采取一定措施保持稳定的流量和均匀的浓度，例如本次设计在输送前端设置调节池或者搅拌槽，以调解流量和浓度，使其保持稳定。3）尾矿输送应选择耐磨的管材。由于矿浆里含有矿渣，因此在选择尾矿输送管时必须选择耐磨的管材。国内尾矿输送的主要管材有金属陶瓷内衬复合管[5-6]、钢衬塑管道、钢管等。其中金属陶瓷内衬复合管具有优良的耐磨、耐蚀、耐高温性能 ，具有高的硬度和强度、高的抗机械冲击和热冲击的综合性能，但施工较为复杂；钢衬塑管有较强的抗蚀耐磨性能和较好的强度和抗老化性能，但造价高、安装费时费力、管壁较厚，承压力有限；钢管结构优良、强度高、抗冲击性高、温度适应范围广、抗老化性能优越，但不耐腐，且易磨损。结合某金矿尾矿输送浓度及现有尾矿管线使用情况等，本次设计采用金属陶瓷管。

参考文献

[1] 中国工程建设标准化协会.浆体长距离管道输送工程设计规程：T/CECS 98—2019 [S].北京：中国计划出版社，2020.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.尾矿设施设计规范：GB 50863—2013 [S].北京：中国计划出版社，2013.

[3] 王绍周.粒状物料的浆体管道输送[M]. 北京：海洋出版社，1998.

[4] 费祥俊．浆体及粒状物料输送水力学[M]．北京：清华大学出版社，1994．

[5] 吴湘福.矿浆管道输送技术的发展与展望[J].金属矿山，2000（6）：1-7.

[6] 陈飞飞.精矿输送系统工艺优化及应用[J].铜业工程，2021（5）：７１－７３.

收稿日期：2023-01-12

作者简介：唐芬芬（1982—），女，高级工程师，主要从事给排水设计。