甲玛铜多金属矿日产50000吨建设工程初步设计说明.docx
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甲玛铜多金属矿日产50000吨建设工程初步设计说明
甲玛铜多金属矿日产50000吨
建设工程初步设计
1总论1
1.1甲玛矿区交通位置及区域地理经济1
1.2甲玛工程设计概况3
1.3本次可研设计范围4
1.4设计依据及基本原则4
1.5充填系统设计方案6
1.6存在的问题及建议7
2采矿工艺8
3充填材料与充填方案11
3.1充填能力11
3.2可利用充填材料12
3.3充填方案及充填材料的确定14
3.4充填料配比18
3.5充填工作制度21
3.6充填料浆浓度21
4充填系统22
4.1充填工艺流程22
4.2充填系统组成及设备选型22
4.3设备选型26
4.4充填管网系统29
4.5高位水箱和沉淀池29
5充填工业泵站31
5.1充填浆料输送方式31
5.2泵站建设及设备选型31
6充填步骤34
6.1准备34
6.2管路充水34
6.3料浆充填34
6.4充填结束清理34
7充填站保温35
8自动化控制系统36
8.1概述36
8.2控制水平37
8.3检测控制系统38
8.4控制方式39
8.5设备选型40
8.6控制方式40
8.7供电电源40
8.8网络接口40
9劳动组织41
10环境保护42
11安全措施44
12投资估算47
12.1概述47
12.2编制依据47
12.3定额指标的采用47
12.4附表47
1总论
2014年1月，某设计院和某有色冶金设计研究院有限公司编制完成了《矿业开发有限公司甲玛铜多金属矿50000吨/日建设工程初步设计》，某集团公司于2014年2月26日以“投资函【2014】51号”文进行了批复。
50000吨/日建设工程是在甲玛一期工程基础上进行扩建，扩建后总规模达到1650万吨/年，设计总体上采用露天和地下联合开采方式。
露天开采浅部矿体，包括角岩露天坑和南部露天坑，地下开采深部矿体，划分为北采区和南采区。
受上部露天采场及其他地表设施的影响，地下厚大矿体部分采用空场嗣后充填采矿法进行开采，因此，矿山需要设充填系统制备充填料浆并输送至井下，以满足充填采矿的需要。
1.1甲玛矿区交通位置及区域地理经济
1.1.1位置与交通
某自治区墨竹工卡县甲玛铜多金属矿区位于某自治区“一江两河”开发区中部，属拉萨市墨竹工卡县甲玛乡和斯布乡管辖。
地理坐标为：
东经91°43′06″～91°50′00″；北纬29°37′49″～29°43′53″。
东西长约8～11km，南北宽约6～11km，面积约106km2。
距拉萨市区68km，至距墨竹工卡县城7km。
交通较为方便（图1－1）。
图1－1矿区交通位置图
1.1.2自然地理与经济概况
矿区位于冈底斯山脉东段郭喀拉日居山主峰果沙如则东北部，属高山深切割区，山脊呈南北向和东西向，山顶多呈浑圆状，山坡冲沟较发育，海拔4350～5407.5m，地势呈南高北低。
坡度大、海拔高、相对高差大是本区地形三大特点。
矿区内第四系松散堆积物广泛发育，分布面积占85%以上。
一半山坡密灌丛生，一半山坡或为腐植土覆盖，或为寒冻风化形成的倒石覆盖，厚度一般在1～5m。
植被以高山草甸为主，有少量高山耐寒苔藓，植被简单。
水系较发育，以大气降水和冰雪融水供给。
年降雨量在500mm左右，多集中在6－9月。
区内气候属典型的大陆高原性气候。
雨季潮湿寒冷，冬季酷寒干燥，昼夜温差较大。
矿区无多年气象资料，与矿区相距7km的墨竹工卡县城（海拔3900m左右）多年（1978年～2008年）平均气温6.0℃，极端最高气温为28.3℃，极端最低气温为－23.1℃；6～8月月平均气温较高；11月至翌年4月温度较低，1月份最低。
空气密度0.80kg/m3。
与本矿区相邻的驱龙矿区简易气象观测资料：
2007年矿区5～12月平均气温2.0℃，极端最高气温为14.2℃（7月2日），同比墨竹工卡县最热月（7～8月）平均气温低10.9℃；极端最低气温为-20.0℃（12月8日）；甲玛矿区与驱龙矿区的地理位置相差不大，其观测资料可作为参考。
甲玛乡和斯布乡均属农牧区，人口约6千人，为藏族，农闲时剩余劳动力较多。
主要粮食作物为青稞、冬小麦、豌豆、土豆，经济作物有油菜。
牧业饲养牦牛、黄牛、羊、马、驴等。
盛产畜皮及牛羊肉等，经济较落后。
1.2甲玛工程设计概况
甲玛铜多金属矿50000吨/日建设工程为在一期工程（1800kt/a）基础上进行的扩建工程，扩建后矿山总规模为16500kt/a（50000t/d）。
矿床采用露天—地下联合开采，其中露天开采位于矿床上部的角岩、矽卡岩型矿体，地下开采露天开采范围外的矽卡岩矿体。
采矿工工程包括角岩露天采场、南部露天采场、地下采区。
角岩露天采场采用公路—固定破碎站—胶带输送机联合开拓运输方案，分期扩帮开采，各分期境界内剥离采用组合台阶陡帮作业，采矿采用缓帮作业。
设计规模前期为6600kt/a，后期（南部露天开采结束后）9900kt/a。
南部露天采场采用公路—固定破碎站—胶带输送机（有轨运输）联合开拓运输方案，分条带分期开采，条带内剥离采用组合台阶陡帮作业，采矿采用缓帮作业。
设计规模为4500kt/a。
地下采区采用平硐—胶带斜井+辅助斜坡道+辅助提升竖井开拓方案，分为南、北两区开采。
前期开采北区，生产规模为5400kt/a。
后期南、北两区联合开采，生产规模为6600kt/a。
采矿工艺前期以空场嗣后充填、两步骤充填法为主，后期以空场、崩落法为主。
设计新建一40000t/d选矿厂，并利用原一期选矿厂（设计处理能力6000t/d），核定两选厂实际处理能力分别为43500t/d、6500t/d，两选厂合计处理能力为50000t/d。
新建选厂选矿碎磨工艺采用“SABC”流程，选别流程采用铜钼混合浮选—铜钼分离工艺。
用于处理角岩矿石、矽卡岩铜钼矿石。
原一期选厂用于处理矽卡岩铜钼、铜铅锌矿石。
新建尾矿库，尾矿采用膏体排放工艺。
1.3本次可研设计范围
考虑露天、地下采矿均采用外包作业模式，充填作业采用带资建设承包作业模式，集团批复的《某矿业开发有限公司甲玛铜多金属矿50000吨/日建设工程初步设计》总投资中不包括地下开采所需充填站建设费用。
关于甲玛充填系统，集团公司多次组织专家进行了论证，北京矿冶研究总院综合论证结果，于2014年10月提交了《甲玛铜多金属矿高海拔大流量充填技术研究》，本次设计依据此研究报告并参照国内外类似矿山实际情况，对甲玛50000吨/日建设工程的充填系统进行详细的设计并对建设投资进行分析，以满足集团公司决策及矿山建设的需要。
1.4设计依据及基本原则
1.4.1设计依据
一、本项目相关文件
（1）某集团公司“中金投资函【2014】51号”《关于某矿业开发有限公司甲玛铜多金属矿二期扩建工程1650万吨/年初步设计的批复》，2014年2月26日。
（2）北京矿冶研究总院《甲玛铜多金属矿高海拔大流量充填技术研究》，2014年10月。
（3）国家及地区有关设计规范及标准；
（4）国家有关劳动保护与安全工业卫生、环境保护的政策法规；
（5）现场调查收集的有关资料。
二、技术标准及规范
（1）中华人民共和国国家标准《地表水环境质量标准》GB3838-2002；
（2）中华人民共和国国家标准《地下水质量标准》GB14848-93；
（3）中华人民共和国环境保护法；
（4）中华人民共和国环境噪声污染防治条例；
（5）中华人民共和国国家标准《污水综合排放标准》GB8978-1996；
（6）中华人民共和国国家标准《工业企业厂界噪声标准》GB12348-90；
（7）中华人民共和国国家标准《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》GB18599-2001；
（8）工业企业噪声卫生标准（试行草案）（卫生部、国家劳动总局1979年8月31日颁布）；
1.4.2设计基本原则
（1）严格执行国家有关标准、规定、规范，保证设计质量；
（2）充分利用矿山现有设施，尽量减少工程量，从而节约基建投资；
（3）确保充填站的服务范围和充填能力；
（4）保证充填系统在服务年限之内的安全和使用的稳定性；
（5）高度重视环境保护和水土保持；
（6）充填站布置应尽量紧凑，节约宝贵的工业场地；
（7）工艺要尽可能简单可靠；
（8）使用过程中易于管理；
（9）管道输送系统运行可靠。
1.5充填系统设计方案
根据采矿方法及充填工艺，充填系统分为胶结充填和全尾砂充填两种充填形式。
（1）全尾砂非胶结充填
二期选厂尾砂在选厂经深锥浓密机浓密至64%～66%后，通过隔膜泵泵送至+4820充填站的4座1500m3砂仓储存并浓缩。
尾砂经砂仓浓缩至66%浓度的尾砂后，采用重力自流放砂，经仓底的放砂孔，分别流入四台Φ2600×3000mm的高浓度搅拌槽。
再经搅拌槽搅拌后，给入充填管路
（2）胶结充填
二期选厂尾砂在选厂经深锥浓密机浓密至64%～66%后，通过隔膜泵泵送至+4820充填站的4座1500m3砂仓储存并浓缩。
尾砂经砂仓浓缩至66%浓度的尾砂后，采用重力自流放砂，经仓底的放砂孔，分别流入四台Φ2600×3000mm的高浓度搅拌槽。
水泥采用散装水泥罐车运输到充填站，分别采用风力输送至4座320m3的水泥仓，采用双叶轮给料机给入TS微粉称，再通过TS微粉称供料至搅拌槽。
注入高浓度搅拌槽的尾砂、水泥按照一定配比加水搅拌达到68～70%的充填料浆浓度后，给入充填管路。
1.6存在的问题及建议
据北京矿冶研究总院2014年10月编制的《甲玛铜多金属矿高海拔大流量充填技术研究》报告中的说明,选厂标高+4450m，充填站标高+4820m,尾砂从选厂泵送至充填站，泵送距离约为2200m，泵送标高约370m。
甲玛二期尾矿输送隔膜泵型号为DGMB550/9型，输送流量550m3/h，变频调速，最大出口压力为9MPa。
根据隔膜泵的效能一般在泵的90%左右，泵的运行扬程约8.1MPa。
而根据实际输送扬程计算，泵的运行扬程约7.94MPa小于泵的最大运行扬程8.1MPa，满足泵送要求。
但由于充填站采用连续工作制度，并且处理能力较大，而且站址位于高海拔严寒地区,而北矿院计算所得的数据仅为试验+经验公式，没有进行环管试验。
考虑到泵送的稳定性，为了进一步论证方案的可靠性，建议甲方委托研究单位进行环管试验。
2采矿工艺
原设计对于厚度15m以下缓倾斜矿体，推荐采用机械化分层房柱法（嗣后充填）开采；对于厚度15～30m的缓倾斜矿体，采用底盘堑沟小阶段空场法（两步骤充填）开采；对于缓倾斜厚大（厚度大于30m）矿体，采用两步骤充填采矿法、无底柱分段崩落法开采。
经基建工程揭露，发现矿床工程地质条件复杂，矿岩稳固程度在矿体不同位置变化较大，且有普遍变差的趋势。
经与中金国际、某公司共同研究，将原设计的分段凿岩、阶段出矿、阶段充填的采矿工艺变更为分段凿岩、分段出矿、分段充填的采矿工艺以适应工程地质条件的变化，即将原设计的两步骤充填采矿法变更为分段充填采矿法。
具体布置与工艺为：
（1）矿块布置及结构参数
沿矿体走向每隔120~150m布置一条阶段运输道，形成宽120~150m的大条带，在大条带间留设20m宽条带间柱，在每个大条带内中间位置留设10~15m宽连续矿柱，将大条带划分为宽60~75m宽小条带。
在小条带内沿条带长轴方向划分盘区，盘区长90~120m，每个盘区布置1~2条溜井，在盘区内划分采场，采场基准宽度15m，基准长度42.5~57.5m，每个盘区包括6个采场，并间隔划分为一步骤采场和二步骤采场。
当遇矿岩条件较差位置时，沿采场长度方向分为15~30m长小采场作为独立回采单元，或一个采场再沿跨度划分为2个采场，采场宽度改为7.5m（或同时缩小采场长度及跨度）作为独立的回采单元，以控制顶板围岩暴露面积及暴露时间。
在中段高度内沿矿体纵向划分分段，分段高度25m，当矿体厚度小于30m时，沿矿体全厚划分为一个分段开采。
（2）采准切割
在大条带间柱（宽20m）内布置分段运输巷道，作为通达各采场的运输通道，在小条带间柱（宽15m）内布置采场充填及回风巷道。
各分段运输巷道及充填巷道通过采准斜坡道相连，每个盘区布置1条盘区回风井和1~2条矿石溜井。
最低分段巷道与有轨运输水平高差控制在20m左右，以保证出矿溜井有足够的储矿时间，减小出矿与运输的干扰。
自各分段运输巷沿采场轴线布置凿岩出矿平巷，在采场端部布置切割横巷及切割井，切割井采用钻凿大直径炮孔VCR法爆破成井，而后在切割横巷中钻凿上向平行炮孔以切割井为自由面爆破形成切割槽。
采场采用平底出矿结构。
（3）矿房回采
各采场在中段内自下而上逐分段进行回采。
选用SimbaH1354（或其类似产品）液压凿岩台车在各分段凿岩巷道中钻凿上向前倾扇形炮孔，炮孔排距2.0m，孔底距2.2m，向先行形成的切割槽崩落矿石。
装药暂推荐采用国产BCJ-4（或其类似产品）型装药车，炸药为2#岩石乳化粒状炸药，起爆采用全非电起爆系统，即导爆索和非电雷管联合分段起爆。
每次爆破2～3排炮孔，在盘区内多个矿块同时爆破。
选用Toro1400E电动遥控铲运机（或斗容6.0m3的类似产品）在采场中装矿，通过凿岩出矿平巷、分段运输巷、盘区溜井出矿。
分段回采、充填并养护后再回采下一分段，二步骤采场滞后一步骤采场一个分段进行回采。
（4）采场通风
新鲜风流经人行通风井、分段运输巷、凿岩出矿巷进入回采工作面，污风经盘区回风井进入阶段回风巷。
对于爆破后以及远离主风流采场、独头工作面，采用JK58-2№4.5型局扇辅助加强通风。
（5）矿柱回采
鉴于上部角岩露天与地下矽卡岩型矿体同时开采的特殊情况，条带间柱根据岩石力学研究结果再行考虑如何回采及何时回采。
（6）采场充填
充填之前，首先进行充填准备，在本分段凿岩出矿巷两端架设隔墙进行密闭，在上分段凿岩出矿巷道中架设充填管线，实行多点和多次充填，直至接顶。
充填体强度满足如下条件:
①一步骤采场充填体要保证二步骤采场开采时受爆破扰动而不垮塌并保证出矿设备安全。
②满足大型铲运机作为出矿底板的要求。
③第一分段充填体强度满足下阶段开采的安全要求。
④充填体及条带矿柱的联合支撑作用满足露天与地下联合开采安全的要求（需要进行岩石力学研究确定）。
3充填材料与充填方案
3.1充填能力
矿山充填法矿石日产量按下式计算：
Ad=Vk/T==5400000÷330=16363.64t/d
Ad—矿山充填法日产量（t/d）；
Vk—北区地下采矿生产能力，540万t/a；
T—年工作日，330d；
日平均充填量按下式计算：
Qd=ZK1K2Ad/γk=0.9×1.1×1.03×16363.64÷3.11=5365m3/d
Qd—日平均充填量（m3/d）；
Ad—矿山充填法日产量，16363.64t/d；
γk—矿石密度（t/m3）；
Z—采充比，取0.9；
K1—充填体沉缩率，取1.05—1.20；
K2—流失系数，宜取1.02—1.05；
日充填能力按下式计算：
Qr=KQd=1.2×5365=6438m3/d
Qr—日充填能力（m3/d）；
K—充填作业不均衡系数，宜取1.1—1.5；
小时充填能力应按下式计算：
Qh=Qr/h=6438÷12=536m3/d
Qr—小时充填能力（m3/d）；
h—每天实际工作时间，取12h；
设计小时充填能力取540m3/d，计划设4套系统，三用一备，则单套系统充填能力为180m3/d。
3.2可利用充填材料
3.2.1胶凝材料
某地区尚未发现或了解到足够的生产新型固结材料的主要原料，可利用胶结材料只有水泥，设计胶凝材料推荐采用PC32.5级复合硅酸盐水泥。
3.2.2充填骨料
1、全尾砂
甲玛二期选矿厂核定处理能力4.35万t/d，尾砂产率97.9%，日产尾砂4.26万t,可满足二期工程地下开采对充填骨料数量的要求。
根据北京矿冶研究总院及某公司2014年10月联合提交的《甲玛铜多金属矿高海拔大流量充填技术研究》（以下简称《技术研究》），甲玛铜多金属矿全尾砂具有以下特点。
（1）渗透系数低（0.35cm/h），充入采场后脱水性能差，应尽可能采用高浓度充填，减小采场脱水量，同时，二步骤充填需添加少量胶凝剂，使浆体能够固结。
（2）全尾砂粒级组成d50为33.752μm，-74μm占到68.12%，-37μm约占52%，全尾砂粒度偏细，属于细粒级物料。
细粒级含量高，比表面积大，相同配比下的充填体强度低。
（3）尾砂中SiO2、Al2O3的含量较高，分别达到了42.73%和8.27%，说明甲玛矿尾砂是一种比较好的惰性材料；而含有一定的CaO、MgO、FeO成分，有利于将来胶结充填；尾砂中P2O5、S等有害成分含量低，可以作为井下充填材料。
综合分析，从物理化学性质来看，甲玛矿全尾砂可以作为充填骨料，但由于粒度偏细胶结充填时水泥耗量很高，不是理想的充填材料。
2、分级尾砂
以37μm作为分级界线，全尾砂中+37μm粗尾砂含量为47.4%，分级粗砂产率按75%计算，二期选厂日供分级尾砂量可达1.55万t，可满足二期工程地下开采对充填骨料数量的要求。
根据《技术研究》结果，全尾砂经分级后，各元素含量变化不大；全尾砂经分级后，其矿物组成情况并未发生变化；分级后分级尾砂粒级组成d50为87.769μm，-74μm占到44.72%，-37μm约占29%。
与全尾砂相比，以较为理想的充填浓度68%为基准，分级尾砂作为充填骨料在相同砂灰比条件下，28天龄期充填体单轴抗压强度平均提高70%，且在同一强度要求条件下，分级尾砂胶结充填6、10、12灰砂比，分别于全尾砂胶结充填4、6、8相当，意味着在胶结充填体在同等强度要求前提下水泥消耗量降低20%~30%，综合水泥消耗降低10%~30%。
分级尾砂是更为理想的充填骨料。
全尾砂与分级尾砂28天龄期单轴抗压强度试验结果表3-1
单位：
MPa
充填浓度
充填骨料
砂灰比
4
6
8
10
12
16
20
25
66
全尾砂
1.296
0.650
0.386
0.378
0.235
分级尾砂
1.983
1.267
0.807
0.534
0.391
68
全尾砂
1.329
0.735
0.447
0.393
0.285
分级尾砂
2.199
1.378
0.848
0.614
0.458
70
全尾砂
1.602
0.878
0.460
0.418
0.336
0.320
0.229
分级尾砂
2.339
1.476
0.852
0.720
0.538
72
全尾砂
1.942
0.989
0.693
0.520
0.364
分级尾砂
3.006
1.584
1.070
0.935
0.670
74
全尾砂
2.350
1.404
0.890
0.552
0.419
0.298
分级尾砂
3.356
2.121
1.374
0.972
0.676
0.423
3、废石
矿山一期牛马塘露天采场生产期间，在牛马塘排土场堆存有大量废石，以角岩、矽卡岩、矽卡岩化结晶灰岩、大理岩为主，可作为辅助充填骨料利用。
另外，生产期间掘进废石也可作为充填骨料的补充。
3.3充填方案及充填材料的确定
3.3.1充填方案
根据甲玛铜多金属矿可利用充填材料、所需充填能力、地形及气候条件可供选择的充填方案有。
方案一：
全尾砂高浓度自流充填方案
本方案二期选厂尾砂在选厂经深锥浓密机浓密至64%左右后通过隔膜泵泵送至+4820充填站，经立式砂仓进一步浓缩脱水后，与水泥混合搅拌均匀，制备成高浓度充填料浆后，通过充填钻孔自流至井下采场进行充填。
充填系统主要由尾砂供给系统（隔膜泵+输砂管线）、充填站尾砂浆制备系统（立式砂仓）、水泥供给系统（水泥仓）、充填料浆搅拌系统（搅拌站）、充填料输送系统（充填钻孔及充填管线）、充填供（回）水系统及自动化控制系统组成。
方案二：
分级尾砂自流充填方案
本方案二期选厂尾砂以37μm作为分级界线经旋流器分级，浓度45%左右旋流器底流尾砂经过隔膜泵泵送至+4820充填站，经立式砂仓进一步浓缩脱水后至66%~70%浓度，与水泥混合搅拌均匀制备成充填料浆后，通过充填钻孔自流至井下采场进行充填。
相比方案一增加了尾砂分级系统。
方案三：
全尾砂+破碎废石膏体泵送充填方案
本方案在牛马塘破排土场附近建设一破碎能力2000t/d的破碎站，将牛马塘堆存废石破碎至-10mm，采用胶带运输机输送至充填站碎石料仓；二期选厂尾砂在选厂经深锥浓密机浓密至64%左右后通过隔膜泵泵送至+4550充填站缓冲砂仓。
碎石、全尾砂、水泥搅拌均匀制备成浓度约72%膏体料浆，通过柱塞泵泵送至井下采场进行充填。
本方案充填系统主要由尾砂供给系统（隔膜泵+输砂管线）、碎石采运制备系统（废石装、运及破碎系统）、尾砂缓冲系统（缓冲砂仓）、水泥供给系统（水泥仓）、充填料浆搅拌系统（搅拌站）、充填料输送系统（充填泵站、充填钻孔及充填管线）、充填供（回）水系统及自动化控制系统组成。
3.3.2充填方案的选择
由于缺乏全尾砂+破碎废石试验数据，对上述三个方案进行简单比较如下：
（1）充填质量方面
甲玛矿全尾砂属于细粒级物料，细粒级含量高，比表面积大，相同配比下的充填体强度低，特别是要求高强度充填位置（如打底充填）难以保证充填质量要求。
根据实验结果，分级尾砂将细粒级物料脱出后，在相同配比下，充填体强度明显提高，充填质量将得到明显改善。
参考北京科技大学完成的新疆铜辉铜矿膏体充填实验研究结果，粗骨料相当于混凝土的石子，有利于提高充填体强度，粗骨料改善充填物料的级配，可形成更高浓度的充填料浆（膏体），使充填体得以改善。
综上所述，对于甲玛铜多金属矿，在保证充填质量方面，在充填成本可控的前提下，分级尾砂胶结充填方案、全尾砂+破碎废石方案要优于全尾砂高浓度自流充填方案。
（2）技术可靠性方面
虽然膏体充填在近年来得到了快速发展，但其关键装备、工艺控制技术还不完善，技术可靠性有待提高。
对于甲玛矿区来讲，其地处高寒高海拔地区，自然条件恶劣，并且要求充填能力大，充填工艺对充填系统的可靠性要求高，且需建设碎石采运破碎系统，工艺较复杂，特大型矿山泵送膏体充填国内尚无先例，需要解决一系列技术难题。
全尾砂高浓度自流充填及分级尾砂自流充填是国内目前应用广泛的充填方式，其系统工艺流程、装备、自动化控制等系统均较成熟，与之相配套的各种采矿方法及井下充填工艺也已在众多矿山得到成功运用。
在技术可靠性方面，全尾砂高浓度自流充填方案、分级尾砂自流方案要优于全尾砂+破碎废石膏体泵送充填方案。
（3）经济方面
经初步估算，因全尾砂+破碎废石膏体泵送充填方案需建设废石破碎系统，投资明显高于其他两个方案。
分级尾砂充填方案需建设分级系统及配套设施，投资略高于全尾砂高浓度自流充填方案。
在运行费用方面，三个方案所使需人力、动力
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