某日产5万吨资源金属矿区综合开发建设项目工程组织设计

某日产5万吨资源金属矿区综合开发建设

项目工程组织设计

1 总论

2014年1月，长春黄金设计院和长沙有色冶金设计研究院有限公司编制完成了《某省矿业开发有限公司**金属矿50000吨/日建设工程初步设计》，某资源投资建设集团公司于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**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 **矿区交通位置及区域地理经济 1.1.1 位置与交通

某省**县**金属矿区位于某省“一江两河”开发区中部，属**市**县**乡和**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**市区68km，至距**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

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较发育，海拔4350～07.5m，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**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**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）；**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。

**乡和**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 **工程设计概况

**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16500 kt/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

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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00 kt/a。后期南、北两区联合开采，生产规模为6600 kt/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、6500 t/d，两选厂合计处理能力为50000 t/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《某省矿业开发有限公司**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**充填系统，集团公司多次组织专家进行了论证，北京矿冶

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研究总院综合论证结果，于2014年10月提交了《**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**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）某资源投资建设集团公司“**投资函【2014】51号”《关于某省矿业开发有限公司**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《**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；

（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》GB78-1996； （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；

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（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 %～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 %～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。

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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《**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。

**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）

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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**国际、华泰龙公司共同研究，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。

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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SimbaH13（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。

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（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= =00000÷330=16363. t/d

Ad—矿山充填法日产量（t/d）；

Vk—北区地下采矿生产能力，0万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.÷3.11=5365 m3/d

Qd—日平均充填量（m3/d）；

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Ad—矿山充填法日产量，16363. t/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=38m3/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=38÷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0m3/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

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

**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省公司2014年10月联合提交的《**

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金属矿高海拔大流量充填技术研究》（以下简称《技术研究》），**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**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，**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

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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 66 全尾砂 分级尾砂 68 全尾砂 分级尾砂 70 全尾砂 分级尾砂 72 全尾砂 分级尾砂 74 全尾砂 分级尾砂 砂灰比 4 6 8 10 12 16 20 25 1.296 0.650 0.386 0.378 0.235 1.983 1.267 0.807 0.534 0.391 1.329 0.735 0.447 0.393 0.285 2.199 1.378 0.848 0.614 0.458 1.602 0.878 0.460 0.418 0.336 2.339 1.476 0.852 0.720 0.538 1.942 0.9 0.693 0.520 0.3 3.006 1.584 1.070 0.935 0.670 0.320 0.229 2.350 1.404 0.0 0.552 0.419 0.298 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**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 %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）、

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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 %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

**矿全尾砂属于细粒级物料，细粒级含量高，比表面积大，相同

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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**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**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

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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、动力基本相当（不考虑废石破碎、运输），其运营成本主要相差在水泥的消耗量。

充填方案运营成本比较表 表3-2

砂灰比 项目 全尾砂 +碎石 4 10 4 25 单采场 充填体积 Ⅰ 全尾砂（t） 3617 16316 3428 4050 27411 163 52.46 700 36.72 水泥、废石消耗量 Ⅱ 分级尾砂(t) 3617 13539 3428 0 20584 123 39.40 700 27.58 Ⅲ 全尾砂+碎石 水泥(t) 碎石(t) 3617 9523 3428 4050 20617 3278 19574 2112 29387 351 123 39.46 0.32 0.10 2.45 0.79 700 18 4.5 33.05 全尾砂 分级尾砂 一步骤 水泥、碎石 单采场消耗量 二步骤 合计 水泥单耗（kg/ m） 水泥单耗（kg/t矿石） 碎石单耗（t/ m） 碎石单耗（t/t矿石） 泵送剂单耗（kg/ m） 3334 6 4 25 4 8 4 ~ 12075 74175 11445 70305 168000 泵送剂单耗（kg/ t矿石） 水泥单价（元/吨） 碎石单位成本（元/吨） 泵送剂单价（元/公斤） 主要充填材料消耗成本 （元/吨矿石） 主要充填材料年费用 （万元） 年费用差值（万元） （Ⅱ-Ⅰ） 19831.13 142.21 17844.99 -4938.92 -1968.84 2952.78 （Ⅲ-Ⅰ） （Ⅲ-Ⅱ） 注：由于全尾砂+破碎废石方案没有相关试验数据，其配比仅为估计值。 从表3-2可以看出，在经济方面方案三（全尾砂+破碎废石泵送充填方案）与方案一（全尾砂高浓度自流充填方案）年可节省充填材料费用1968.84万元，鉴于方案三充填料配比仅为估计值，存在误差较大的可能，可以认为在经济方面方案三略优于方案一。

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但方案二（分级尾砂自流充填方案）与方案一相比，年可节省充填材料费用4938.92万元，相差悬殊，在其它成本方面，方案二较方案一仅增加了旋流器分级系统及其附属装置，人工、动力、辅助材料消耗两方案基本相当，在经济方面方案二明显优于方案一。

（4）其他方面

本项目尾矿库基本坝高85.0m，尾砂堆高175.0m，总坝高260.0m，为一重大危险源。初期坝顶4265.0m以上采用常规上游法尾砂筑坝，且尾砂上升速度很快，每月子坝上升最大速度达2.4m。尾矿排放方式为高浓度坝前排放。采用分级尾砂充填方案将大部分粗颗粒级尾砂用于充填后，剩余尾砂能否筑坝或能否保证尾矿库安全是一大问题。

（5）充填方案的确定

综合考虑，方案三与方案一相比，虽在经济方面略有优势，但其可靠性、工艺成熟度相对较差，且无试验数据支撑，设计暂不推荐，建议进行此方面的试验研究工作，在条件成熟时可增设泵送系统作为全尾砂充填系统的补充。

虽然方案二在经济方面具有较大优势，但鉴于粗颗粒尾砂充填后剩余尾砂能否筑坝尚无定论，设计暂不推荐方案二。待经有关单位进一步研究论证证明细颗粒尾砂筑坝可以保证尾矿库安全后，增加尾砂分级设施，将方案一变更为方案二。

综上所述，虽然由于全尾砂粒度偏细胶结充填时水泥耗量很高，成本很高，不是理想的充填材料。但分级尾砂充填方案受尾矿库安全条件，全尾砂+破碎废石方案无试验数据支撑尚不成熟，且集团组织多次讨论论证拟采用全尾砂高浓度自流充填方案，本设计暂推荐该方案。建议继续进行相关试验研究工作，在保证采矿安全的条件下尽可能降低水泥消耗量。

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3.4 充填料配比

充填料由尾砂、水泥和水按照一定的配比混合搅拌而成。充填料的配比原则如下：

1）具有良好的稳定性和流动性。 2）形成的充填体的强度满足设计要求。 3）料浆充填料具有良好的流动性。

4）料浆充填料的流动性与流动时间满足充填巷道的流动要求。 《技术研究》根据原设计采矿方法，对二步骤采场推荐灰砂比为1:25，对一步骤采场推荐了三组配比方案：

方案一：灰砂比配比为下部1:4、中下部1:8、中上部1:10、上部1：6；

方案二：灰砂比配比为下部1:4、中下部1:6、中上部1:8、上部1：6；

方案三：灰砂比配比为下部1:4、中下部1:6、中上部1:6、上部1：6。

全尾砂胶结充填体单轴抗压强度试验结果 表3-3

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国内外部分矿山高大采场充填体配比设计资料 表3-4

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根据表3-4，高大采场充填体强度一般接近或大于1.0MPa。而依据表3-3，灰砂比1:8料浆浓度68%、70%时的实验室28天龄期充填体强度仅分别为0.447 MPa、0.460Mpa。且考虑到充填料浆充到井下后，浓度的不均匀、在脱水的工艺过程中少部分细粒水泥浆流失等因素采场充填体平均强度比实验室测得的强度低30%左右的一般情况下，显然按灰砂比1:8配置充填料浆难以满足充填体强度要求。

设计根据试验结果考虑采矿方法变更后充填段高一般为25m，充填体侧向暴露面积一般在500m2以下的因素，充填体强度相较高大采场充填体可适当降低。

设计推荐充填料将配比详见表3-5。

设计充填料推荐配比表 表3-5

位 置 第一分段底部 第一分段中部 一步骤采场 第一分段上部 其余分段下部 其余分段上部 第一分段底部 第一分段中部 二步骤采场 第一分段上部 其余分段下部 其余分段上部 高强度胶结 综合 中强度胶结 低强度 平均水泥消耗量 充填高度 砂灰比 8 15 2 69 2×3 8 15 2 23×3 2×3 4 6 4 6 4 4 25 4 25 4 4 6 25 水泥单位耗量 （kg/ m充填体） 3所占比例 4.11 7.70 1.03 35.42 3.08 3. 7.30 0.97 33.58 2.92 16.00 43.13 40.88 299. 219.97 299. 219.97 299. 299. 57.60 299. 57.60 299. 299. 219.97 57.60 166.33 注：水泥消耗量已考虑沉缩率影响，最终配比以采矿方法试验为准。 3.5 充填工作制度

考虑到**矿区分布广，充填量大，为尽可能优化充填设施配置，采用年工作330d，每天2班，每班8h（实际充填时间6h）的工作制度。

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3.6 充填料浆浓度

充填浓度是充填重要工艺技术参数，合理的充填浓度一方面要确保充填料浆具有一定的流动性，可以实现管道自流输送，同时，充填料浆要具有一定的保水性，避免料浆产生离析，减小井下采场脱水。根据充填料浆流变试验及充填体强度试验结论，推荐**矿充填料浆浓度为 68%~70%。

4 充填系统 4.1 充填工艺流程

充填设施主要包括地面充填搅拌站，充填钻孔和输送管路等，充填搅拌站位置设在采场+4820m标高。二期选厂尾砂在选厂经深锥浓密机浓密至 %后通过隔膜泵泵送至+4820 充填站的砂仓储存并浓缩,泵送距离约 2200m，泵送高度约 398m。

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，通过尾砂管道中设置的浓度计、流量计与电控球阀分别为四台高浓度搅拌槽供料。

水泥用散装水泥罐车运输到充填站，采用风力输送至水泥仓，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，在搅拌槽内与尾砂进行加水搅拌；

水经一条管路泵送至搅拌站，由流量计与电控节流阀控制供水量后，分别为四台高浓度搅拌槽供水。 4.2 充填系统组成及设备选型 4.2.1 系统组成 4.4.2.1供砂系统

（1）供砂工作制度

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供砂可采用间断供砂和连续供砂两种工作制度。 方案一：间断供砂工作制度

间断供砂工作制度与充填工作交替进行，即在充填系统工作进行时不供砂，利用充填工作间歇时间（12h）进行供砂。此方案可保证尾砂浆充分的沉降浓缩时间，有利于保证砂仓放砂浓度，从而保证充填质量。但此方案需砂仓总容积满足单日最大充填量的需求，投资巨大（建设1500m3砂仓7座），且供砂管线需频繁地进行放砂、冲洗，工作量大管理不便。

方案二：连续供砂工作制度

连续供砂工作制度与充填工作同时进行，对四座砂仓循环注砂和循环放砂，并保证各砂仓沉降时间在4h以上。本方案仅需建设4座1500m3砂仓，投资省，供砂管线无需频繁放砂和冲洗。但不利于砂仓放砂浓度的保证。

鉴于供砂管路较长，矿山地处高海拔地区，为便于管理设计推荐采用连续供砂工作制度。

（2）供砂流量

根据试验数据设计砂仓放砂浓度为66%~68%，砂浆密度1.757~1.798t/ m3。选厂深锥浓密机底流浓度%~66%,砂浆密度1.718~1.757t/ m3,供砂流量见表4-1。

供砂流量计算表 表4-1

浓密机 供砂砂 供砂 砂仓放 砂仓放砂 充填 充填 供砂 富裕 供砂浓度 浆密度 时间 砂浓度 砂浆密度 时间 流量 流量 系数 33333(%) （t/ m） （h） （t/ m） （t/ m） (h) （m/ h） （m/ h） 66 66 1.718 1.718 1.757 1.757 24 24 24 24 66% 68% 66% 68% 1.757 1.798 1.757 1.798 12 12 12 12 0 0 0 0 1.1 1.1 1.1 1.1 313 330 297 313 经计算，为满足充填工作的需要，供砂流量在297~330 m3/h之

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间，设计选取大值，即尾砂浆流量按330m3/h确定供砂管线及设备。

（3）剩余尾砂排放流量核算

选厂核定生产能力43500t/d，按尾矿产率97.9%计算，日产尾砂42586t，按尾砂密度2.88 t/ m3折算%~66%尾矿浆为36725~38741m3/d，折合小时流量为1530~1614m3/h。

扣除日充填消耗尾矿浆270~300 m3/h×24h=80~7200m3/d； 剩余尾矿浆30245~311 m3/d；

按24h排尾核算，排尾流量为1260~1314 m3/h。

应由原设计单位核算矿山充填利用部分尾砂后，原设计尾矿排放输送系统是否满足要求。

（3）供砂管路

《技术研究》推荐供砂管路内径以230~235mm为宜，以达到实际流速高于临界流速，且尽可能降低沿程损失的的目的。设计选用双金属复合耐磨管，管道参数φ273×19，管道压力10.5Mpa。

供砂管线流速验算表 表4-2

浓密机 供砂浓度 (%) 66 66 砂仓放 砂浓度 3（t/ m） 66% 68% 66% 68% 供砂 流量 3（m/ h） 313 330 297 313 管道内径 （mm） 229 229.8 218.7 219.6 流速 （m/ s） 1.90 1.99 2.01 2.10 （4） 供砂设备核算 供砂泵扬程计算表 表4-2

序号 1 2 3 4 5 6

项目 流量 管道内径 供砂浓度 砂浆密度 几何高差 泵送几何高差压头h1 单位 m3/h mm % t/m3 m mH2O 22

指 标 330 230 1.718 398 683.76 699.29 66 1.757 备注

7 8 9 10 11 12 13 线路长度 沿程阻力系数 沿程阻力h2 局部阻力系数 局部阻力h3 剩余压头h4 所需扬程h m % mH2O mH2O mH2O mH2O 2200 2.8875 3.5338 63.53 77.74 0.20 12.71 15.55 5 7.99 797.58 北矿院数据

**二期尾砂输送系统由三个系列组成，内设6台DGMB550/9 型隔膜泵，三条输送管路，两台泵并联为一组共用一条输送管路，三组两用一备。隔膜泵性能： Q=550m3/h， H=9MPa， P = 1900kW。

按隔膜泵的扬程效率90%计算，现有隔膜泵扬程为8.1MPa，即810mH2O，基本可以满足要求。

需要说明的是，《技术研究》所确定沿程阻力系数是采用流变仪测定料浆参数而后采用经验公式计算得出的，并非管道试验测定的结果，与我们所掌握经验数据有一定差距，也可能与实际数据有一定的误差，如果阻力系数略有提高将不能满足供砂要求，此数据对**充填系统的建设至关重要，建议进行进一步的试验研究工作。

在没有其他相关数据的条件下，设计暂按利用尾矿输送备用系统的一台隔膜泵向充填系统供砂。

（1）料浆制备系统

料浆制备系统设备主要包括立式砂仓、浓度计、电磁流量计、流量调节阀、刀闸阀、高浓度搅拌槽、水泥仓、机械回旋反吹扁布袋除尘器、闸板阀、双叶轮给料机、TS微粉称、水泵、尾砂输送管路、水泥管路、水输送管路等。搅拌系统采用动态计量、连续活化搅拌的方式，具有配比精度高、搅拌效果好，可保证料浆泵送充填料的性能。在搅拌前，水泥存储在水泥仓内，水存储在高位水箱中；

选厂%~66%浓度的尾砂输送至充填站立式砂仓，尾砂经立式砂仓二次浓密后制成66%~68%浓度的尾砂，由仓底放砂孔自流排出，再

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经流量计与流量调节阀计量调节完毕后输送至高浓度搅拌槽；

水泥经仓底的采用双叶轮给料机给入TS微粉称，再通过TS微粉称供料至高浓度搅拌槽；水从高位水箱自流至搅拌室，通过三通分流后，由流量计与流量调节阀计量调节完毕后输送至高浓度搅拌槽；

成品尾砂、水泥和水三种物料由高浓度搅拌槽搅拌，搅拌完毕后给入充填管路。

整个系统由尾砂输送计量、水输送计量、水泥输送计量和料浆搅拌四部分组成，其中尾砂输送是指将选厂%~66%浓度的尾砂，通过砂泵输送至4个立式砂仓。4个立式砂仓分别向4个高浓度搅拌槽供料。每个立式砂仓布置一根供料管路至高浓度搅拌槽，立式砂仓靠自身料浆重力浓密得到66%左右的尾砂，经砂仓底部出料口排出。排出的尾砂经过浓度计、流量计、电动调节阀等计量调节后输送至高浓度搅拌槽；水泥由4个水泥仓、4台双叶轮给料机、4台TS微粉称分别给料到4台高浓度搅拌槽；水由高位水箱重力供水，经过水路计量后进入高浓度搅拌槽。三种物料在高浓度搅拌槽搅拌后，给入充填管路。

以上过程连续作业，进行料浆的搅拌制备，保证充填用料浆需求。 （2）充填管路系统

充填管路系统主要由充填管路、三通、液控节流阀、截止阀等组成，其中充填管路包括地面管路、充填钻孔管路、井下主管路和工作面充填管路部分。

搅拌好的充填料进入充填管路，经地面、充填钻孔、井下和工作面充填管路后到达充填工作面，在布料管处进行充填施工作业。 4.3 设备选型

（1）立式砂仓

充填系统的处理能力为0m3/h，根据方案，**充填系统需要三

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套系统同时运行，单套系统能力为180 m3/h，设计配置4套充填料浆制备系统，3用1备，共配置4座立式砂仓。

立式砂仓主要起中转稳料作用，同时也要起到一定的浓缩作用，即确保充填浓度达到68%～70%。**设计充填流量为180m3/h，考虑到工况的复杂性，实际充填流量可能为180m3/h～200m3/h，为了确保系统的可靠性，立式砂仓规格参数按照200m3/h的充填流量进行计算。根据国内外立式砂仓应用实践情况，立式砂仓推荐直径为φ12m，仓底采用锥形仓底。仓底内部装有喷水管，喷水管配有喷嘴，锥形仓底中心处开有放砂孔。制备后66%~68%浓度的尾砂浆应满足2h充填量，即400m3。根据《**金属矿高海拔大流量充填技术研究》中试验结论，全尾砂浆沉降试验结果，%浓度全尾砂浆沉降速度为0.04m/h，以此计算将浓度%的全尾砂浆浓缩至浓度66%需要的时间为3.94h，立式砂仓容积最小为：200m3/h×3.94h+400m3=1188m3，考虑到立式砂仓80%的有效容积率，立式砂仓设计容积为1485m3.综合考虑计算结果及国内外应用现状，**矿立式砂仓设计推荐容积为1500m3。

（2）水泥仓

**矿采用分段充填采矿法，采场内不同高度采用不同的充填配比，灰砂比分别为1:4和1:6、1:25，计算的平均水泥单耗为0.166t/m3，充填量按4877m3/d计算，日充填水泥平均用量为810t。水泥仓正常情况下采用3用1备，根据《有色金属采矿设计规范-GB50771-2012》要求，水泥仓总容量应满足2d充填用量，单个水泥仓容积为：810t/d×2d÷4÷1.3t/m3=311m3，考虑90%的有效容积率，单个水泥仓容积为350m3。因此，**矿配置4座水泥仓，单个水泥仓容积350m3，可存储水泥455t。水泥仓顶部为方仓，底部为锥形仓。长×宽×高=6×6×11.5m。（详细形式参照《充填搅拌站配置图》）水

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泥仓采用钢板仓。

（3）水泥输送设备

根据充填能力要求，按照充填量180m3/h、充填浓度70%、最大灰砂比1:4计算，每小时水泥最大耗量为45.9t。并且根据矿山实际生产经验，为了避免水泥输送出现粘结大块、供料不均匀等问题。据此，设计水泥仓底部安装一台液动闸板阀控制仓底落料，并在闸板阀底部安装一台双叶轮给料机为TS微粉称给料。

双叶轮给料机采用变频，调节范围调节范围0～60t/h。电机功率22KW。

TS微粉称型号为TSFⅡ400×4000，台时产量80t/h，电机功率36KW，产品质量5700kg。

（3）搅拌设备

充填料浆搅拌工艺及搅拌设备的选择要充分考虑充填料浆的性质。同时。为了制备均匀的充填料浆，搅拌时间也是非常重要的工艺参数。**矿充填浓度为68～70%，料浆浓度属于高浓度范围，**金属矿初步考虑选用高浓度搅拌槽一段搅拌工艺。

矿山充填能力为180m3/h，搅拌时间2～3min，则搅拌槽的有效容积应达到6～9m3，搅拌槽有效利用率按80%考虑，则搅拌槽容积为7.5～11.25m3，**矿高浓度搅拌槽按11.5m3容积进行选型。设计每套充填系统选用1台Φ2600×3000mm型高浓度搅拌槽，共4台。

（4）活化设备

立式砂仓采用高压水和压缩空气活化造浆。因此在蓄水池处配备三台IS100-60-250型水泵用于高压水活化造浆。水泵参数如下：流量100m3/s，扬程80m，功率37KW。并且在充填站外部设一座空压机站，站内配备4台OGFD250型双螺杆风冷空压机用于压缩空气活

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化造浆。空压机参数如下：排气量42.8m3/s，排气压力0.8Mpa，功率250KW。

为提高仓底活化效率，每座砂仓底部制作时均安装活化喷咀，活化喷咀采用不锈钢制作。在砂仓底部布置5层管路，每层管路均匀配置25喷咀，4座砂仓共需喷咀400个。 4.4 充填管网系统

充填站布置4个充填钻孔，3用1备，为减小井下工程量，充填钻孔由+4700m标高施工至+4500m中段，在+4500m中段掘进充填管道联络巷与钻孔硐室连通，联络巷规格2×2m，长约50m，具体根据钻孔下口位置确定。充填管线自充填钻孔经+4500m充填管线联络巷与+4500m中段运输巷连通，经过中段联络巷及中段天井至各充填采场进行充填。

充填钻孔直径φ300mm，充填套管采用φ219×20mm双金属复合管，内衬采用KMTBCr28耐磨合金材料，耐磨层厚度10mm，套管连接方式为管箍连接，套管与钻孔之间的环状间隙用42.5及水泥浆固井，钻孔偏斜率不超过1%。

充填站至充填钻孔明管及井下主巷道采用φ150mm陶瓷管，进入采场采用φ150mm高锰钢管，工作面采用φ150mmPVC管，管道采用卡式法兰连接。

4.5 高位水箱和沉淀池

（1）高位水箱

充填系统用水主要用于立式砂仓造浆、料浆浓度调节及管道清洗。对于立式砂仓造浆及浓度调节，由于充填尾砂供料浓度为～66%，基本达到充填料浆浓度要求，其供水主要考虑供水压力，压力应大于0.8MPa，用水量由于很小，可以忽略不计。对于充填管道清

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洗与应急用水，其供水应满足清洗管路水量要求。因此。**矿充填生产设计在充填站布置高位水箱，正常生产时水仓内水经离心泵提供高压水，应急情况下，水仓内水利用自然压头完成设备管道清洗工作，水仓内的水由选厂回水池提供。应急水仓容积应满足管道清洗1小时的用水量，水流速按2.5m/s计算，满足三套充填系统清洗管路的应急水仓容积为：π×0.075×0.075×2.5×3600×3=477m3，水仓容积设计为480m3。水仓底板应高于搅拌槽2m，以确保有一定的静水压力。

（2）沉淀池

在搅拌系统故障时，须清理出搅拌系统中的料浆，沉淀池是用来临时存放清理出来的料浆的，同时还可临时存放生产污水及立式砂仓溢流水，考虑到沉淀池的安全裕度，选取沉淀池容积为135m3。

5 充填工业泵站 5.1 充填浆料输送方式

设计对4400m以上矿体全部布置了采切矿块及采切工程，对各充填地点充填倍线进行了计算，结果见充填管路示意图。4450m一标段全部可以实现自流输送，4400m二、三标段自流可输送范围见下表。

自流可输送范围表

一般自流输送，充填倍线6为可靠，8为可能。从上表可以看出，

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为可靠自流输送，基建区域（矿块布置在4420m标高）65%左右可以自流输送，4445m以上矿块45%左右、4470m以上矿块30%左右、4490m以上矿块20%左右可以实现自流输送。对于不能自流输送的采场，需要局部采用高压泵动力输送。 5.2 泵站建设及设备选型

因生产初期部分地段不能满足自流输送要求，需采用加压泵输送充填料浆，在充填站附近新建一座充填工业泵站，对料浆进行加压输送。

充填站标高为+4820m，充填工业泵站标高+4810m。浆料满足自流要求。因充填系统分为自流输送和加压泵送两种输送方式，因此选取两套制备系统为充填工业泵供料。

两台搅拌桶制备的充填料浆采用重力自流，经电动闸板阀调节后采用分料三通分流，在经电动闸板阀和电动夹管阀汇入3台充填工业泵。再经充填工业泵加压后经Y型三通重新打入两条充填管路。

流程详见图1

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图 1

充填工业泵型号为 HGBS150.15.500，电机功率500kw，理论泵送能力150m3/h。

根据确定的单套系统小时充填量180m3/h，选用3台型号为HGBS150.15.500充填工业泵，理论小时最大充填能力为150m3/h，最大泵送压力为15MPa，实际充填能力为100m3/h。充填工业泵2台工作，1台备用。

该设备不同于普通的混凝土泵，是专门用于充填作业的工业充填泵，广泛应用于煤矿充填开采、金属矿山与非金属矿的尾矿充填开采、冶金石化行业污水处理和固体废弃物处理等领域，可用于长时间连续作业工况，满足方案要求的输送量，出口压力在国内外同类产品中为

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一流水平，可保证充填料浆的超远距离输送，最大程度的提高系统的有效作业覆盖半径。

HGBS150.15.500充填工业泵具有如下技术优势：

（1）全液压控制：采用全液压控制开式系统，油温低，可靠性高，

换向冲击小，液压系统自清洁能力强。

（2）恒功率控制：采用双泵组合流液压系统，恒功率控制，系统

更简单、可靠。

（3）砼活塞自动退回技术：检查和更换活塞方便、快捷，结构简

单实用可靠。

（4）高效耐磨元件技术：眼镜板、切割环、S管阀等耐磨度高，

使用寿命长。

（5）变量节能技术：液压系统采用多项变量技术，比例控制，按

需输出，高效节能。

（6）自动润滑技术：采用液压同步控制的自动润滑技术，保证砼

活塞、搅拌与S管阀等运动元器件润滑性能良好。 （7）S管阀技术：独特的大嘴S阀设计，阀体内部通径增大，吸

入面积增加，吸入效率提高，料浆更易泵送。

（8）料斗防死角技术：全新设计的料斗，双层弧焊结构，彻底去

除死角位置，不积料。 6 充填步骤

在充填料制备系统完全准备好的情况下，即可开始充填工作。充填工作步骤依次为准备—管路充水—料浆充填—充填结束清理。

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6.1 准备

通过对充填站、井上井下管路检查，确认设备完好、无故障，方可进行充填工作。

（1）水泥、尾砂、水充足，蓄水池供水泵工作正常； （2）各计量器具、输送设备、搅拌设备、泵送设备正常； （3）管路连接无松动、无破损，密封圈完好； （4）布料管区域清除无关设备、物品及人员； （5）检查完毕报充填站控制室。 6.2 管路充水

充填开始时，先向管路中充水。充水的目的是： （1）清洗管路，排除管路中的异物，避免堵管； （2）滑润管路内壁，减少充填体的沿程阻力损失。 6.3 料浆充填

待泵送出一定量的水之后即可开始充填。充填时就地手动控制截止阀，料浆由高浓度搅拌槽送入井下采空区。 6.4 充填结束清理

充填结束清理方法分两种，一种为加入少量水（3～5m3）后加气压分段推动，将料浆压入采空区，如采用较多水时，注意管路末端的水排向排水沟。另一种利用非胶结物料推出胶结物料，因为非胶结物料的管路停留时间可达48h，在充填结束时可用尾砂不加水泥的方式，将胶结物料推出管路，待第二天再充填时再加入胶结充填料进行泵送即可。 7 充填站保温

该充填站地处高海拔严寒地区，为防止尾砂仓出现结冻状况影响生产，需要对尾砂仓采取保温措施。设计在每个尾砂仓筒体侧壁的外

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侧设聚氨酯发泡保温层，保温层内预埋发热电缆。

8 自动化控制系统 8.1 概述

**金属矿地处高原环境，充填站标高+4820m，工作自然条件恶劣。因此**矿充填系统应建立先进的自动化控制系统，以提高工作效率，确保充填质量。充填自动化控制系统应具有运行可靠有效、功能齐全、操作简单灵活、扩展容易、维护方便等特点，对充填生产过程进行全面的自动控制与运行监控。自动化控制系统要求能在稳定生产过程及保证充填指标的前提下，尽可能地提高设备生产能力，降低工人劳动强度，降低设备事故率，减少生产成本，提高经济效益。

充填站主要控制调节回路如下： （1）尾砂供料流量控制；

（2）立式砂仓放砂流量、浓度监测与控制； （3）充填料浆配比控制； （4）充填料浆浓度控制； （5）恒压供水控制；

（6）立式砂仓、水泥仓、高位水箱、高浓度搅拌槽的料位监测与控制；

（7）充填管路堵塞事故处理。

要实现对充填系统的控制，需要监测下列工艺参数： （1）立式砂仓、水泥仓、高浓度搅拌槽的料位； （2）尾砂供料浓度与流量； （3）立式砂仓放砂流量和浓度； （4）水泥给料量；

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（5）充填浆流量和浓度；

（6）砂仓、高浓度搅拌槽加水流量； （7）供风压力和供水压力； 8.2 控制水平

自动化控制系统采用了集散型监控系统。 集散系统一般结构：

集散控制系统（DCS）是一种以分散数据采集、控制和集中监视管理为主要特征的计算机控制系统。系统一般由四部分组成：系统网络、现场控制站、操作员站和工程师站。

系统网络是 DCS 的骨架，它是 DCS 的基础和核心。对于整个系统实时性、可靠性和可扩充性起着决定性的作用。对于一个 DCS 系统首先要满足系统的实时性要求，即在确定的时间限度内完成信息的传递；另外，系统网络必须可靠，在任何情况下，系统网络不能中断，大多数 DCS 系统均采用双总线型、环型或双重星星来增强系统冗余、提高可靠性；而且，网络一般都具有开放性，使系统可按实际需求进行拓展。

现场 I/O 控制站是一种完成对过程现场 I/O 处理并实现直接数字控制功能的网络节点。其主要功能有三个：一是对现场的过程量进行数字化，形成与现场一致的过程量的实时映像。二是将实时数据通过网络送到操作员站、工程师站及其它 I/O 控制站，以便实现全系统范围内的监督和控制。三是在本站实现局部自动控制、顺序控制和闭环控制。

操作员站是处理一切与运行操作有关的人机界面功能的网络节点，同时，该节点具有历史数据处理能力。

工程师站是对 DCS 进行离散的配置、组态工作和在线的系统监

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督、控制维护的网络节点。主要提供系统组态和对系统的监控功能。

网络结构：

系统信息集成网络结构可化分为三个层次，即：现场控制层、上位监控层和上位管理层。现场控制层主要由生产设备、仪器仪表、可编程逻辑控制器及现场总线组成，实现对生产过程的测控。过程监控层由4台操作站（其中一台工程师站，三台操作员站）和一台服务器组成。四台操作站对生产现场进行监控，同时这操作站间互为备用，构成冗余系统。服务器一方面通过管理软件实现对上位机系统的管理；另一方面作为数据服务器，为数据存贮、统计、报表和整合提供数据支持。以过程监控层数据数据服务器为基础，建立 Web 服务器，在生产管理层实现与 Internet 相连，仅用通用的浏览器就可查看实际生产过程。操作站使用与 DCS 的接口把现场数据采集到过程数据库中后，系统信息集成主要实时数据库与关系数据库的通讯以及控制系统的网页发布两个方面。

本系统具有以下主要功能如下： （1）、控制点报警。 （2）、配比控制。

（3）、比例、积分、微分控制。 （4）、开关控制。 （5）、平均值。

（6）、最大值/小值选择。 （7）、趋试图。 （8）、联锁控制。 （9）、画面显示功能。

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8.3 检测控制系统

（1）选厂尾砂量自动计量。

（2）尾砂仓上下料位进行检测，并根据料位情况控制送料泵。 （3）尾砂仓出料浓度检测和控制系统。 （4）尾砂仓出料量检测和控制。 （5）水泥仓上下料位进行检测报警 （6）水泥仓出料量检测和控制。 （7）高浓度搅拌槽液位检测和控制。 （8）高浓度搅拌槽出料量检测计量。 （9）高浓度搅拌槽配料浓度检测和控制系统。 （10）充填管路沿程压力监测。 （11）、清水池液位检测和控制系统。

（12）、对所有用水点的水量、所有工艺物料量进行检测计量累计，累计设备运行时间，打印保养及维护报告。

（13）、车间电视监控制系统

在充填车间重要岗位设有彩色摄像镜头，在充填控制室进行监控，实现车间的生产监控管理。 8.4 控制方式

在控制室设置集中自动控制方式和现场手动方式。在集中自动控制方式运行时，设备的启停由计算机控制系统按照工艺的要求顺序自动启动及停止。而现场手动则由操作人员在现场控制柜上完成操作。

在每台设备旁边设计机旁操作箱或现场操作箱（柜），现场箱（柜）上安装电流表，现场人员可以进行各种现场操作，如：现场检修，就地运行以及安全。

在集中自动控制运行时，设备启动前，必须由控制室操作人员和

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现场操作工进行通信联络，系统才能启动运行。现场设备的应答确认作为系统启动运行的联锁条件。

在现场手动运行时，现场控制箱上的远程/就地开关打到就地方式，此时不仅从控制程序上断开回路，而且从电气连接上断电，从而保证现场设备的绝对安全 。 8.5 设备选型

所有检测和控制仪表采用电动仪表，检测和控制仪表采用国产仪表和进口仪表，阀门采用电动。设备汇总表中仪表数量因设计进程无法统计准确，以施工图为准。 8.6 控制方式

根据工艺专业的配置和生产操作要求，主要分1个仪表集中控制室。充填车间的工艺流程中的检测和控制集中于一个控制室，面积约100m2。 8.7 供电电源

仪表供电，单项220VAC，50HZ，功率：100KW 8.8 网络接口

鉴于有的单体设备已经自身带有PLC控制功能，需要用通讯方式把现场的实际参数采集到上位DCS中进行逻辑或数算，同时把上位DCS指令参数传到设备中。

借助于企业信息管理网络硬件平台，连接选矿集中控制DCS系统、全矿供配电计算机监控的PLC控制设备（具有TCP/IP协议的网络接口模块），组成工业以太网。

对于那些无法接入DCS的现场数据，直接接入到一个数据库采集服务器，把现场数据转换成标准的数据库.在标准数据库的基础之上，通过组态，观测生产过程参数，对生产过程数据进行评估，生成各种

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生产报表、技术统计图形、生产参数的趋势图形，并且为将来的二次开发和使用留有余地。

9 劳动组织

每天2班充填，两班共充填16h，充填系统地面充填班组每班共需6人，井下充填班组每班共需5人，充填系统每班共需11人，两班共需22人。

（1）地面充填站班组

地面充填班组人员组成 表5-1

序号 岗位 人数 单位 备注 1 站长 0 人 材料及质量验收员兼职 2 控制室操作员 2 人 3 材料及质量验收员 1 人 4 设备检修员 2 人 其中1名电工 5 值班员 1 人 合计 6 人 注：表中为每班需要人员，配置仅供参考，具体根据实际情况进行调整。 （2）工作面充填班组

井下充填工作面充填班组人员组成 表5-2

序号 岗位 人数 单位 备注 1 班长 0 人 工作面操作工兼职 2 工作面操作工 4 人 3 管路巡检工 1 人 兼节流阀操作 合计 5 人 注：表中为每班需要人员，配置仅供参考，具体根据实际情况进行

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序号 调整。 岗位 人数 单位 备注 10 环境保护

一、粉尘

粉尘来源包括：高浓度搅拌槽、水泥运输过程等。

水泥上料过程中的粉尘主要是由卸料引起的，对于此类粉尘，可以采取的除尘措施为：

降低装卸料点落差：通过优化尽量降低卸料点落差，减少粉尘产生量。

搅拌系统的除尘主要包括粉料仓仓顶除尘、粉料输送中的除尘和高浓度搅拌槽的除尘，针对各个部分的功能采取如下措施：

（1）粉料仓的除尘措施：粉料仓主要在进料时产生粉尘，为了解决好粉料仓的粉尘问题，粉料仓与加料设备密封连接，避免粉尘外溢，同时在仓顶设置除尘器除尘，除尘器收集的灰直接放入各自圆筒仓内。

（2）粉料输送过程中的除尘措施：粉料的运输采用散装水泥运输车，有效防止在运输过程中的粉尘污染，粉料由粉料仓经螺旋输送机输送至计量斗，特点：连续螺旋叶片阻力小、动平衡好、输送能力强；中间支撑免维护，使用寿命长；减速器输出轴部位采用特殊密封形式，安全可靠、粉尘无泄漏。

（3）高浓度搅拌槽的防尘措施：螺旋输送机与高浓度搅拌槽采用封闭式连接，通过在高浓度搅拌槽上方布置呼吸袋统一除尘，利用投料时空气外泄，将呼吸袋体积膨胀，而投料结束以后，呼吸袋自动收缩，既能够控制粉尘在呼吸袋内，防止粉尘污染环境，同时，利用

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呼吸袋自然的收缩，将捕集到的粉尘放回到高浓度搅拌槽内直接利用。另外高浓度搅拌槽盖上安装有加压水泵，将水通过喷嘴向高浓度搅拌槽内喷注，可以有效的覆盖内部粉尘飞扬和及时清洗内壁。

二、噪声

充填站系统的噪声主要来源于高浓度搅拌槽、空压机、相关运输设备等。

在生产过程中所产生的振动、转动设备噪声治理方面，尽量选用低噪声设备，并对相关设备采取了降噪措施，如高浓度搅拌槽支撑脚下面安装特制橡胶减震垫，具有很好的减震减噪效果。对控制室进行隔声降噪设计，为部分岗位操作人员配备个体防护用品，降低噪声的危害。

三、废水

充填系统产生的废水主要为地面充填站的清洗设备用水及井下管路的清洗用水。

地面设备清洗所产生的废水由排水沟排到沉淀池，清洗管路用水经工作面排水管排到采区沉淀池，再由矿井排水系统排到地面复用。

四、废料

充填系统产生的废料主要是发生堵管事故时清除的充填料。因管路堵塞等原因，相关设备及充填管路内的料浆需排出系统。地面的料浆清理出来运输到废料场进行处理；井下巷道内的废料经矿车运出到井下适当地点进行填埋等不出井处理。

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11 安全措施

（1）充填工作进行前，须备齐操作所需工具；检查主干管、布料管及各阀门的安装是否牢靠，性能是否灵敏可靠；清理好冲洗管路的排水水沟。

（2）管道充填时，作业人员和其他人员必须避开排料方向。 （3）充填过程中，充填工和维护观察工要密切注视充填范围内充填料浆的接顶情况。

（4）充填要结束前，跟班队长应随时分析待充填空间，并及时通知信号工，信号工通知充填站控制室以及安排清洗时间。

（5）在整个充填过程中要由班长指派专人在可能进入干线管路充填管范围内的所有通道上设岗，严禁无关人员进入。整个充填管路的两侧严禁与充填工作无关的人员随意行走，充填出口的下方及充填管路的下方严禁人员停留。

（6）工作面出现堵管时，作业人员必须及时通知信号工，由信号工通知充填站停止供料，并关闭干线管路供料系统，禁止带压卸载管路。

（7）布料管出现堵管时，及时停泵，拆除布料管及弯头进行疏通。 （8）预防堵管事故措施： 1）控制原材料质量。

2）必须严格按照规定的浓度对充填料浆配比。

3）充填前必须详细检查干线管路的固定、磨损及变形情况是否符合规定；管路是否有渗漏等现象。

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4）设置实时监控系统。

5）阀门操作工必须按照充填指令进行操作。 6）严格按照既定的充填顺序进行充填。

7）加强对职工的业务培训，增强其熟练强度，以免因不熟练误操作而造成堵管。

（9）处理堵管事故方法、步骤及安全注意事项：

1）准确判断堵管部位，确定后及时向矿调度室及有关领导汇报，组织力量全力进行处理。

2）如果系统管路堵塞，首先检查地面水平段管路，其次检查钻孔段管路，由当班充填班长负责指派专人处理堵管事故，指派有经验、认真负责、有责任心的职工担任此项工作并与控制室随时保持联系，操作人员在卸管期间严禁泵送供料，步骤是先打开地面水平段管路末端的三通，其他管卡暂时不动，确定是否出充填料浆，如不出，则处理地面水平段管路，打开地面水平段管路末端弯管，然后进行水压、锤击振动、注水等方法进行处理；如出，则检查钻孔段管路下面的三通，确定是否下充填料浆，如不下，则处理钻孔段管路，打开钻孔段管路下弯管，然后进行水压、锤击振动、注水等方法进行处理，特别注意在所有处理堵管事故中都视为管内有充填料浆流动有压力。

3）在处理钻孔段管路堵塞的过程中，断开弯管及三通、接头的操作人员应站立在弯管下方，主要是避开立管内充填料浆下落时产生极大的压力使弯管摆动伤人，卸三通及弯管接头时，注意管内有压力，接头螺栓逐步松动中接头缝隙喷水灰浆伤害眼睛。

4）在进行捶击过程中应一个一个进行，其他人员远离现场六米以外，并提供照明，轮换进行锤击振动，并在捶击前观摩好，撤离路线是否有杂物等其他物品妨碍通行，以便充填料浆下来时躲避、撤离

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时不被绊倒、刮伤等，造成不必要的伤害。

5）处理地面水平段和平巷堵管可参照第三条所述接头、三通拆卸方法进行处理，并保证通讯畅通，随时与控制室联系，及时准确汇报处理情况，尽快恢复生产。

（10）严格按工艺要求及参数进行充填和配比。

（11）充填管需满足以下技术要求：充填管路及其法兰等附属连接件承压能力必须达到20MPa的压力，所有焊缝都加外接头，以确保充填管路整体承压能力满足20MPa的压力。

（12）充填工作面开采过程中必须进一步加强顶板观测和充填质量管理，加强技术管理工作。

（13）经常向工人贯彻防水及避灾知识，提高防范意识。 （14）发生灾害时，所有人员不得惊慌和乱跑，保证人员安全的前提下，积极组织现场救灾，人员之间要进行互救并迅速撤离现场。

（15）灾害发生后要及时与调度室取得联系，要听从矿调研室的统一指挥，严禁独自行动。

（16）合理安排充填顺序与措施，保证充填作业连续进行，保证充填体

12 投资估算 12.1 概述

投资范围主要有充填站、充填管路、配电设施、充填站场平。总投资估算 10446.40万元。 12.2 编制依据

（1）人工工资：采用当地人工工资标准。

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（2）材料价格：取费基价的价格按有色定额站颁布的基价管理有关规定执行；主要材料按当地材料价格计算。

（3）设备价格：执行现行询价，运杂费按10%计算。备品备件按2%计算。

12.3 定额指标的采用

（1）安装工程：采用2013年《有色金属工业矿山机电设备安装预算定额》。

（2）建筑工程：参考《建筑工程预算定额》，参照类似矿山的综合指标，并加以调整。

（3）综合费率和其他费用：按2013年《有色金属工业建安工程费用定额、工程建设其他费用定额》计算。 12.4 附表

（1）充填系统工程费用表 （2）工程建设其他费用 （3）充填设备及安装细表 （4）充填管路工程及费用细表 （5）变配电站设备及安装细表 （6）总图工程及费用细表 （7）土建工程及费用细表

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充填系统综合估算表 价 值 （万元） 序号 一 1 工程费用 充填站 工程或费用名称 总估算值 建筑工程 2868.37 2868.37 191.50 121.50 70.00 56.25 33.75 22.50 141.95 97.20 11.00 设备购置 5674.04 5674.04 3822.08 3369.81 14.69 437.58 241.23 241.23 1388.76 安装工程 8.18 8.18 600.46 328.03 12.43 47.02 212.98 26.84 26.84 158.22 其他费用 1014.82 总价值 10446.40 9431.58 4614.05 技术经济指标 数量 单位 m² t 2700 7000 480 2500 2500 2700 110000 指标 占投资额（%）

100.00% 90.29% 44.17% 1.16% 0.67% 35.40% 0.26% 0.45% 6.23% 3.10% 0.32% 0.22% 2.57% 16.17% 0.93% 0.11% 1.1 土建（含水暖电） 1.2 钢平台及钢支架 1.3 设备及安装 1.4 动力配线 1.5 室内配管 1.6 自动化系统 2 充填站变配电所 121.50 450 70.00 100 3697.85 kw 27.12 565 47.02 650.56 324.32 m² m² 2.1 充填站高压配电土建（含水暖电） 2.2 充填站变电土建（含水暖电） 2.3 设备及安装 3 充填工业泵站 33.75 135 22.50 268.07 1688.93 90 m² 座 3.1 土建（含水暖电） 3.2 沉淀池土建 97.20 360 11.00 1

1

充填系统综合估算表 价 值 （万元） 序号 工程或费用名称 建筑工程 33.75 33.75 33.75 1171.88 1273.04 设备购置 1218.51 140.25 30.00 221.96 201.96 20.00 安装工程 118.62 15.60 24.00 35.66 19.66 16.00 68.00 其他费用 331.41 683.41 总价值 技术经济指标 数量 单位 m² 指标 2500 360 2500 360 占投资额（%） 0.32% 12.80% 1.49% 0.52% 2.79% 0.32% 2.12% 0.34% 11.22% 12.19% 0.65% 3.17% 6.%

3.3 泵房配电室 3.4 工艺设备及安装 3.5 配电设备及安装 3.6 动力配线 4 空压机站 33.75 135 1337.13 155.85 kw .00 1500 291.37 m² 4.1 土建（含水暖电） 4.2 设备及安装 4.3 动力配线 5 6 7 二 三

充填管路敷设 充填总图设施 架空线路及电缆敷设 工程建设其他费 预备费 33.75 135 221.62 kw 36.00 1000 1171.88 1273.04 68.00 331.41 683.41

2

工程建设其他费用

备 注 序号 二 1 2 3 4

工程或费用项目名称 工程建设其他费用 勘察测量费 工程监理费 竣工图编制费 联合试运转费 价值（万元） 331.41 15.00 （有色金属工业）《工程建设其他费用定额》（2013版） 243.26 （有色金属工业）《工程建设其他费用定额》（2013版） 27.75 基本设计收费×8%（有色金属工业）《工程建设其他费用定额》（2013版） 45.39 设备费用×（0.5%+0.3%）（有色金属工业）《工程建设其他费用定额》（2013版）

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充填设备及安装细表

项目序号 符号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 重量（吨） 设备及安装工程名称 单位 数量 单位 数量 单位价值（元） 安装工程 总重量 设备 总计 其中工资 设备 总价值（元） 安装工程 总计 其中工资

充填站 33 套 7200000 20400000 352000 120000 320000 40000 45000 88000 35000 192000 108000 520000 20000 水泥仓 320m 4 4 4 4 4 4 3 4 1 8 18 8 4 1800000 5100000 88000 30000 80000 10000 15000 22000 35000 24000 6000 65000 5000 立式砂仓 容积1500m（含保温） 套 高浓度搅拌槽 Φ2400mm×2600mm 台 双叶轮给料机 TSFⅡ400×4000微粉称 闸板阀 水泵 IS100-65-250 机械回旋反吹反吹扁布袋除尘器 微型空压机 V-0.22/10 电磁流量计 刀闸阀 浓度计 管夹阀 台 台 台 台 台 台 台 台 个 个

4

14 15 16 17 18 流量调节阀 手拉葫芦 手动单轨小车 高位水箱 不锈钢逆止喷嘴 个 个 个 个 个 8 1 1 1 400 12000 3000 5000 10000 1200 96000 3000 5000 10000 480000 1800000 10500000 66000 35000 000 70000 13000 48000 5900 3500 3000 2500 3400

1 空压机站 充填工业泵站 台 空压机 OGFD250 4 450000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 台 套 台 台 套 套 套 根 根 根 根 根 充填工业泵HGBS150.15.500 充填泵上方接料斗 电动闸板阀DN150 电动夹管阀DN150 高压耐磨钢编胶管DN150 Y型三通 高压耐磨钢编胶管DN203 法兰直管 6m 法兰直管 3m 法兰直管 2m 法兰直管 1m 法兰弯管 3 3 5 3 5 1 3 1 1 1 1 1 3500000 22000 7000 18000 14000 13000 16000 5900 3500 3000 2500 3400

5

13 14 15 16 17

法兰三通 连接标准件 金属密封圈 1t手拉葫芦及支架 DN200节流阀 根 套 套 件 件 1 1 1 1 2 4600 200 70 1000 25000 4600 200 70 1000 50000

6

充填管路工程及费用细表

序号 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5

单位估价 编 号 工程或费用名称 砂浆管 Φ159×6mm 水泥管 Φ108×4mm 清水管 Φ×4mm 溢流管 Φ73×3.5mm 供排水管Φ73×3.5mm 水管管路附件 回水管Φ108×4mm 充填尾砂输送管 双金属复合耐磨管φ273x19mm 充填套管 双金属复合管φ203x20mm 充填管路 Φ159×6mm 陶瓷管 充填钻孔 开孔直径φ300mm 管道保温 计 算 数 量 单 位 m m m m m 套 m m m m m 项 300 120 200 400 600 1 2300 4600 908 9000 908 1 概 算 价 值 （元） 单价 其中工资 总价 60000 13200 20000 32000 42000 50000 253000 6210000 998800 7650000 2270000 800000 其中工资 200 110 100 80 70 50000 110 1350 1100 850 2500 800000

7

变配电站设备及安装细表

项目序号 符号 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3

设备及安装工程名称 重量（吨） 单单位 数量 位 总重量 数量 台 套 台 套 台 台 套 台 台 套 套 11 1 2 1 1 5 1 10 7 1 3 单位价值（元） 安装工程 设备 总计 其中工资 总价值（元） 安装工程 设备 总计 其中工资 高压开关柜 KYN79-24 变电站综合自动化保系统 PT.消弧.选线.过电压保护装置 直流电源屏 GZDW-02 100Ah/220F 电力变压器S11-M-400/10 10/0.4kV 400kVA 低压配电屏 GGD2 无功补偿装置 TSVG-A/180 动力配电箱 XL-21 高压开关柜 KYN79-24 直流电源屏 GZDW-02 40Ah/220F 变频器 10kV 500kW 130000 150000 80000 60000 45000 35000 70000 6000 130000 40000 100000 1430000 150000 160000 60000 45000 175000 70000 60000 910000 40000 300000

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总图工程及费用细表

序单位估价 号 编 号 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 场地挖方 场地填方 浆砌片石护坡 硬化场地 18cm厚C25水泥砼面层20cm厚水泥（6%）碎石稳定基 场地排水沟 宽0.4m 深0.5m 矩形浆砌石排水明沟 场地截水沟 底宽1.0m 深1.0m 边坡1:0.5 梯形浆砌石排水明沟 联络道路 宽度7m 砂砾磨耗保护层3cm 泥结碎石面层35cm 混铺碎石基层40cm 联络道路挖方 充填工业泵站 场地挖方（土方） 场地挖方（石方） 场地填方 浆砌片石护坡 硬化场地：18cm厚C25水泥砼面层,20cm厚水泥（6%）碎石稳定基 工程或费用名称 充填站工程量 计 算 数 量 单 位 m m m m m m m m3 m3 m3 m3 m3 m2 56 3776 9278 1000 900 2333概 算 价 值 （元） 单价 其中工资 30 10 400 150 126 226 750 30 30 50 10 400 150 总价 11407460 3919920 242780 960000 180000 22680 74580 其中工资 1306 24278 2400 1200 180 330 2670 133500 2002500 4005000 1322920 169920 188800 92780 400000 135000 1.8 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

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2.6 场地排水沟（宽0.4m 深0.5m矩形浆砌石排水明沟） m2 2670 126 3320 土建工程及费用细表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 单位估价 编 号 工程或费用名称、尺寸及结构形式 名称 建筑面积 钢平台及钢支架 充填工业泵站 沉淀池 空压机站 充填站高压配电室 充填站变电所 泵房配电室 尺寸（长×宽×高） 30×10×8 24×15×7 6×8×3 18×7.5×5 18×7.5×5 15×6×5 15×9×5 结构形式 钢结构 轻钢结构 钢筋混凝土 钢结构 钢结构 钢结构 钢结构 计算 数 量 单位 m² t m² 座 m² m² m² m² 450 100 360 1 135 135 90 135 概 算 价 值 （元） 单价 2700 7000 2700 110000 2500 2500 2500 2500 其中工资 体积144m3 总价 1215000 700000 972000 110000 337500 337500 225000 337500 其中工资

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