安徽草楼矿业有限责任公司充填运营成本充填站建设方式选择

安徽草楼矿业有限责任公司2009-01-1115:24:451分类：默认分类I标签：I字号大中小订阅目录1草楼铁矿简介2充填的必要性3充填方式选择及技术经济比较4全尾砂充填前期试验5充填系统工艺流程6充填系统整体布置7充填系统建设投资估算8充填运营成本9尾砂量平衡计算10技术经济指标11结论与建议1草楼铁矿简介草楼铁矿位于安徽省六安市霍丘县范桥乡境内，105国道及正在建设的商丘至景德镇的高速公路距矿床较近，分别为4.7km和3.5km，东南距霍丘县约85km，至阜阳65km，南至六安120km，交通较为便利。矿区地处淮河流域中上游冲积平原区，地势平坦，海拔标高30〜50m。区内气候温和，四季分明。根据霍丘县气象局近5年气象资料，年最高气温为37.6°C，最低-12°C，无霜期一般为210〜230天，最大冻土深度9cm，最大积雪深度16cm。年最大降雨量1507.8mm，最小降雨量506.4mm，年平均降雨量1064mm。经地质普查及加密勘探，采用边界品位TFe>20%，工业品位>23%圈定矿体，得出矿床总资源量为8605.98万t，其中332类别的-400m标高以上的资源量为5226.98万t，333类别资源量3378.99万t，矿石平均品位27.34%，矿石可选性能好，化学成份单一，硫、磷等有害元素含量低。矿体被厚度为122〜222m的第四系覆盖，第四系中夹有1〜4层中粗砂含水层。主矿体控制长度2400m，矿头埋深130〜208m，矿体沿倾斜方向斜深122m〜555m，平均280m。矿体走向南南西转为北北西，呈向东突出的弧形，矿体倾向西，倾角50°左右。矿体假厚度平均为53.09m，最大为92.88m，矿体埋藏于当地侵蚀基准面以下及地下水水位之下，矿床以充水孔隙岩层为主，水文地质及工程地质条件中等，矿区地表为农田、池塘和村庄，不允许陷落。草楼铁矿初步设计由邯郸华北冶建工程设计有限公司和马鞍山矿山研究院工程勘探设计院于2004年3月完成，设计矿石生产能力为200万七/年，工作制度为330d/a。设计采用中央主副井、两翼风井开拓。为了实现井下安全采矿，第四系以下留50m的矿体作为保安矿柱不予开采，开采范围为16〜23线，-170m至-410m的矿体。初步设计选用的主体采矿方法为分段矿房法，为防止第四系粘土层和流砂含水层破坏，留有大量矿柱支撑采空区，矿石回收率为64%。后由中国有色工程设计研究总院进行采矿方法优化论证，推荐采用分段空场嗣后充填采矿法。采用嗣后胶结充填后，矿石回收率为88%，矿山服务年限23年。初步设计的产品方案为单一铁精矿，选矿工艺流程为三段一闭路的破碎磨矿工艺，其中中碎之前的筛上产品直接分选抛尾，最终铁精矿回收率80.01%,品位66.5%,产率32.03%,干选尾矿产率14.12%，尾砂产率53.85%。当矿山达到200万t/年生产规模时，铁精矿年产量64.06万t、干抛尾矿量28.24万t、尾砂年产量107.7万t。该矿目前正处于基建期，其中主、副井、措施井等主体开拓工程已穿过第四系覆盖层，2006年上半年即可完成-230中段的开拓工程，2006年计划进行试生产，到2009年达到200万t/a的生产规模。2充填的必要性根据草楼铁矿矿体赋存条件及内外部开采技术条件，采用胶结充填采矿法具有如下重要意义：保证矿山生产安全。由于草楼铁矿上覆第四系覆盖层平均厚达170m，且其中含有1〜4层流砂层，如采用崩落采矿法，上覆岩层冒落导通流砂层，则存在矿坑涌水、第四系泥砂涌入井下形成泥石流等重大安全隐患。当采用空场法时，大规模开采必然遗留大量空区，一旦空区失稳则将导致大规模地压活动及上覆岩层崩落，同样引起上述威胁整个矿山安全生产的地质灾害。所以要实现矿山的安全开采，必须切实对第四系覆盖层实行保护，防止其产生冒落。在可供选择的采矿方法中，充填采矿法是最为切实可行的采矿方法。保护矿区及周边生态环境。矿区地势平坦，地面植被良好，人口较为密集。如矿床上覆岩层崩落，则将对地表生态环境产生破坏，地面村庄、池塘及高产农田被毁。同时由于大量尾矿需堆存于地表，不但需大量征地，尾矿库建设相对于山区而言投资更大。平原地区尾砂堆坝安全问题更为突出。将尾砂充填于井下则可有效地解决上述问题，高质量的胶结充填可有效地保护矿区地表及矿区周边环境，大幅度地减少尾矿堆存占地。霍丘铁矿区是我国大型铁矿区之一，矿区南北长32km，东西宽5km，估算全区铁矿石总储量达16.5亿吨，矿区内目前正在开发利用的还有李楼铁矿等。资源开发与生态环境保护是该矿区所面临的共同难题，尾砂充填在草楼铁矿运用成功对该区其它矿山具有十分重要的示范作用。可提高矿石资源回收利用率。胶结充填采矿法可实现两步骤顺利回采，从而大幅度提高矿石回收利用率，延长矿山服务年限，使矿山获得最大的总经济增益和社会效益。3充填方式选择及技术经济比较根据所选用的采矿方法，为了满足第II步骤采场的回采要求，第I步骤采场需胶结充填，充填体强度视采场结构参数（即充填体暴露面积）而定，一般不小于1.0MPa，而为了第11步骤采场回采时能在第I步骤采场充填体中布置出矿巷道，同时为了给底柱回采创造条件，采场底部需较高强度的胶结充填，充填体强度不小于3MPa。实现胶结充填的方式有多种选择，充填料制备与输送方式亦各不相同。基于草楼铁矿的内外部条件并遵循最大限度地利用自身所产废料的原则，可供选择的生产废料有掘进废石、干抛尾矿及选矿厂尾砂。掘进废石及干抛尾矿经破碎加工可作为建筑材料综合利用，所以选矿厂尾砂即为最合适的充填材料，相应的最合适的充填方式为尾砂胶结充填。根据是否对选厂尾砂进行分级，又可分为分级尾砂胶结充填和全尾砂胶结充填两个技术方案。3.1方案描述3.1.1分级尾砂胶结充填该种充填方式采用两相流管道输送，为了解决井下充填料脱水问题，对尾砂充填料渗透系数要求较高，一般要求渗透系数＞10cm/h，所以需对选厂尾砂进行分级。根据选厂尾砂产率和尾砂粒度组成，分级界线可设定为27gm,+27gm分级尾砂（粗砂）用于井下充填，-27pm细泥排入尾矿库。充填系统由分级尾砂给料、水泥储存给料、充填料浆制备输送及自动控制等子系统组成，工艺流程为：分级尾砂供料线。选厂磁选车间排出全尾砂由泵加压后输送至水力旋流器进行分级，旋流器型号为°300共2组，每组10台。旋流器底流粗砂自流至矿浆池，然后由泵扬送至充填站的立式砂仓，而旋流器溢流（细泥）则由泵输送至尾矿库。立式砂仓直径为10m，有效容积为1500m3，砂仓基础采用钢筋混凝土结构，砂仓采用钢结构。砂仓顶部设料位计，底部设造浆系统和放砂管路，充填时用高压水对砂仓中分级尾砂进行造浆，然后通过放砂管向搅拌设备供给尾砂。水泥供料线。散装水泥车将水泥运至充填站后吹卸入容积170m3的水泥仓中,仓顶设有除尘器及料位计，仓底装有螺旋闸门及双管螺旋给料机。双管螺旋给料机电机采用变频调速控制，将水泥按配比输送至搅拌设备。充填料制备与输送搅拌设备为立式高浓度搅拌槽，尾砂浆及水泥加入搅拌槽后搅拌均匀，然后通过放浆管将制备好的充填料浆放至充填钻孔及井下充填管道而自流输送至采场空区进行充填。自动控制。系统运行所检测的参数有放砂流量、放砂浓度、水泥给料量、水添加量、充填料浆浓度及流量、砂仓料位及水泥仓料位。系统所进行调节的参数有放砂流量及浓度、水泥给料量、充填料浆浓度及流量（搅拌桶液位）。充填系统运行参数为：单套系统生产能力80m3/h充填料浆制备输送浓度70%根据矿山生产能力要求，设立四套充填系统，每套充填系统由一个立式砂仓、一个水泥仓、一个高浓度搅拌槽、一个充填站孔及井下管网组成。四套充填系统集中布置于采矿工业场地西侧，系统建设总投资2511万元，其中坑内充填管网324万元，地面充填管网21万元，充填搅拌站2166万元。系统运行成本为9.262元/t矿石，年充填作业量178.4万t，年充填作业总成本为1652.4万元，年水泥用量41032t。中国有色工程设计研究总院经采矿方案优化后，得出草楼铁矿年尾砂产生量为107.4744万t，除15.048万t细尾砂送往尾矿库堆存外，其余92.4264万t粗砂用于采空区充填。3.1.2全尾砂胶结充填全尾砂胶结充填即是以全尾砂作为充填材料，采用与分级尾砂不同的充填料浆制备及输送工艺实现胶结充填。由于不对选厂尾砂进行分级，故充入井下空区及排入尾矿库的尾砂均为全尾砂。为了保证井下充填质量，解决充填料脱水问题，必须尽量提高充填料浆制备输送浓度，使充填料浆充入采场后不脱水或少脱水。同时使充入第11步骤空区中的全尾砂不产生泄漏。充填系统工艺流程详见第4节，系统由全尾砂沉降造浆放砂、水泥供料、充填料浆搅拌及输送、自动控制等组成。全尾砂沉降造浆放砂选厂全尾砂经浓密后输送至充填站卧式砂池中自然沉降，充填前，排除全尾砂料面上的澄清水，然后采用压气造浆。砂池中全尾砂造浆均匀后，再由放砂管向搅拌机供给全尾砂浆。水泥供料线散装水泥运至充填站后卸入散装水泥仓，水泥仓底部装有螺旋闸门、双管螺旋给料机及螺旋电子秤，水泥经双管螺旋给料及电子秤计量后向搅拌机供料。充填料制备与输送搅拌机选用双卧轴搅拌机+高速活化搅拌机两段连续搅拌。全尾砂浆及水泥搅拌均匀后制备成具有结构流特性的充填料浆，通过测量管及下料漏斗进入充填钻孔，然后通过井下输送管道自流输送至采场空区充填。自动控制充填站设置较完善的自动检测及调节系统。系统检测的参数有：全尾砂放砂流量、水泥给料量、调浓水量、充填料浆流量及浓度、水泥仓料位等。系统调节的参数有：放砂流量、水泥给料量、调浓水量等。系统运行参数：单套系统制备能力70〜90m3/h充填料浆浓度 70〜72%单套系统一次最大制备能力800m3根据矿山生产能力要求，全矿设立3套独立运行的充填系统。根据全尾砂结构流体自流输送要求，其最大充填倍线需控制在3.5〜4.0之内，所以设立南北两个充填料制备站，北区充填站设立两套系统，南区充填站设立一套系统。每套系统由两个卧式沉降池、一个水泥仓、一套搅拌机、一个永久性充填钻孔及相应的控制系统组成。系统建设总投资1283万元，生产前期可于北区先行建设两套系统，建设投资802万元。充填运营成本为9.78元/t矿石，年充填作业量178.4万t，年充填作业总成本为1744.75万元，年水泥用量54267t。经尾砂总量平均计算，草楼铁矿年尾砂产生量为107.4744万吨，年充填总体积58.82万m3，每m3充填体加权平均消耗全尾砂1.3698t，则年用于充填的全尾砂总量为Q=58.82x1.3698xk1xk2k1为沉缩比，取1.1，k2流失系数，取1.05。得Q=93.06万t即93.06万t全尾砂充填于井下，另有14.4144万t全尾砂排放于尾矿库堆存。3.2技术经济比较上述两种充填方式均技术可行，国内外均有成功的生产运行经验可供借鉴。结合草楼铁矿内外部条件，可进行以下技术经济分析及比较：技术可靠性。分级尾砂胶结充填是国内目前运用最为广泛的充填方式，其系统工艺流程、装备、自动控制等均有成功经验可供借鉴，与之相配套的各种采矿方法也已在众多矿山得到成功运用。而全尾砂胶结充填则由于其突出的优点是国内外矿山所希望实现的充填方式。经近三十年的发展，其基础理论、系统工艺流程、装备、自动控制等不断创新和完善，特别是全尾砂脱水、储存、给料、充填料浆制备输送等工艺技术不断得到发展，系统技术可靠性不断提高，建设投资及运行成本不断下降，目前已日益广泛地运用于矿山生产之中，并取得了预期的技术及经济目标。针对草楼铁矿的具体条件，为了验证全尾砂充填关键技术环节一全尾砂沉降脱水-压气造浆-管道放砂的可靠性，长沙矿山研究院与草楼铁矿合作于2005年8月进行了地表模拟试验并取得了预期效果，结合国内类似矿山的成功经验，全尾砂胶结充填在草楼铁矿实施技术上亦是可靠的。充填系统生产能力所选用的充填方式必须具有与采矿生产能力相配套的生产能力，以避免由于充填欠帐而带来的技术难题。两种充填方式均具有足够的生产能力，按系统规划建成充填系统后，日最大充填能力均可达到2000m3/d以上。但在保证充填质量方面，全尾砂胶结充填更具优越性。由于全尾砂沉降并采用压气造浆后，可连续10小时稳定地向搅拌机供给全尾砂浆，而立式砂仓由于高压水造浆及砂仓顶部沉降水贯通等原因，放砂浓度稳定时间有限，从而使配比难于准确控制，充填质量受到影响。充填质量充填质量是众多因素综合作用的最终体现。这些因素包括：尾砂物理化学性能及粒级组成、水泥（或其他胶结剂）性能、灰砂比（即水泥添加量）、配比的准确性、充填料浆浓度、搅拌制备的均匀性、井下养护时间和条件等。上述两种充填方式中对充填质量影响差异最大的是充填料浆浓度。分级尾砂充填料浆采用两相流输送，管内流速一般为2m/s以上，即使在较高浓度下输送，充填料浆充入采场后仍需脱水，充填料在采场中不可避免地产生离析分层等现象，从而使充填质量降低、整体性变差。在大空场充填且采场积水的情况下，上述情况更为严重。全尾砂充填时，若浓度过低，同样存在上述现象，且细颗粒对充填体强度产生更大的负面影响。但当实现全尾砂结构流体或膏体充填时，则充填料浆在管道及采场空区中可呈结构流动，可完全不脱水或只少量泌水，从而不存在离析、分层等不良现象，充填体结构完整性好，质量均匀稳定。系统建设投资系统建设投资可由充填站建设投资及相关整体设施（主要是尾矿库建设）两部分组成。分级尾砂充填系统采用地面构筑立式砂仓及水泥仓的主体结构形式，系统建设投资概算为2511万元。而全尾砂充填采用半地下卧式砂池的主体结构，系统建设投资概算为1283万元，两者相差1228万元。两种充填方式所充入井下的尾砂量及排入尾矿库的尾砂量基本相同，分级尾砂充填排入尾矿库的尾矿量为15.048万t，全尾砂充填排入尾矿库的尾矿量为14.41万t。但充填时是否对尾砂进行分级对尾矿库的建设具有重大的意义。当采用分级尾砂充填时，排入尾矿库的-27Mm细泥自身不能筑坝，只能采用人工筑坝，其筑坝费用、尾矿坝占地面积及所需库容等均大幅度增加。而采用全尾砂充填时，充入井下及排放至尾矿库的均为全尾砂，根据选矿工艺流程及相邻矿山实际生产情况，全尾砂粒级较粗，尾砂自身即可堆坝，所以其筑坝费用、尾矿库占地面积及所需库容均大幅度降低。由于草楼铁矿地处冲积平原，附近没有山谷可供利用，只能采用平地堆坝，所以采用全尾砂充填意义更为突出。充填运营成本分级尾砂充填运营成本9.262元/t矿石。年充填总成本1652.4万元，全尾砂充填运营成本9.78元/t矿石，年充填总成本1744.75万元。后者较前者分别高出0.518元/t矿石及92.35万元。这主要是在计算中，在充填体强度要求较高的部位，分级尾砂充填按灰砂比1：6计算，而全尾砂充填按灰砂比1:4计算，从而使年水泥用量由分级尾砂充填的41032吨增加至54267吨，增加13235吨，计算中水泥用量的提高更能保证充填体强度满足采矿作业要求。由上所述，在技术可靠性、充填能力、充填质量方面，全尾砂充填均存在一定的技术优点，而在充填系统及尾矿库建设方面，全尾砂充填的优势十分突出，实现全尾砂充填不但可减小充填系统建设投资，尾矿库占地面积、所需库容及筑坝费用均可大幅度下降，从而具有突出的经济效益及社会效益。4全尾砂充填前期试验为了给全尾砂充填方案论证提供衣据，进行了全尾砂实验室前期试验及地表造浆放砂模拟试验。由于草楼铁矿正处于基建阶段，目前暂不产生尾砂。但霍丘地区铁矿床成因、矿石性质、选矿流程相近，所以在相邻矿山所产生的粗细尾砂进行了取样，并根据草楼铁矿选矿试验提供的全尾砂粒级分布进行搭配，在实验室测得其基本物理参数及不同配比试块各龄期强度如下：全尾砂基本物理性能参数测定结果如表1。

全尾砂基本物理性能表1比重（g/cm3）松散容重（g/cm3）实容重（g/cm3）孔隙率（%）自然安息角2.841.071.6043.6639°可行性研究报告所提供的磁选车间排出全尾砂粒径组成如表2。可研报告所提供的全尾砂粒径分布表2尾砂粒径（pm）-1010〜2020〜3030〜4343〜7676〜100100〜200+200分计比例（%）10.427.872.274.8123.2917.2223.5910.53累计比例（%）10.4218.2920.5625.3748.6665.8889.47100相邻铁矿所取尾砂分粗砂及细泥，经对粗砂及细泥分别测定其全粒级分布，并按照模拟全尾砂中-20pm含量与表2中-20pm含量相同的原则进行搭配，得出粗细尾砂比例为1:4,将该混合尾砂进行全粒度测定，测得结果如表3。混合尾砂（模拟全尾砂）粒径分布表3尾砂粒径（pm）124681013162023分计比例（%）1.031.632.632.011.821.792.863.064.423.64累计比例（%）1.032.665.297.309.1210.9113.7716.8321.2524.89调整累计比例（%）0.9725.084.996.888.6010.2912.9915.8720.0423.47尾砂粒径（pm）28343843505663717580分计比例（%）6.728.495.526.438.016.136.506.392.753.04累计比例（%）31.6040.0945.6052.0360.0466.1772.6779.0681.8184.85调整累计比例（%）29.8037.8043.0049.0656.6262.4068.5374.5577.1580.01尾砂粒径（pm）859095100125140160200240300分计比例（%）2.642.271.941.654.761.140.580.17累计比例（%）87.4989.7691.7093.3598.1199.2599.83100100100调整累计比例（%）82.5084.6486.4788.0392.5293.5994.1494.394.394.3尾砂粒径（pm）315355400425450500+500分计比例（%）5.70累计比例（%）100100100100100100调整累计比例（%）94.394.394.394.394.394.3100由表3可知，混合尾砂-20pm含量为20.04%，稍高于可研报告中-20pm含量为18.29%的比例。用上述尾砂按灰砂比1：4、1：8、1：12,浓度分别为68%、70%、72%制作7.07x7.07x7.07cm3的标准试块，测得其3天、7天、28天单轴抗压强度如表4。水泥一全尾砂试块强度表4灰砂比浓度(%)试块容重(g/cm3)试块抗压强度(MPa)3d7d28d681.9020.720.840.760.770.900.850.870.872.982.873.052.960.941.303.021:4701.9490.991.011.251.323.123.101.101.403.161.501.553.46721.9591.321.361.551.583.303.361.251.653.3.320.450.651.10681.8710.400.450.550.661.281.220.500.781.280.701.081.601:8701.9290.750.760.991.081.441.480.821.181.400.861.501.80721.9530.900.871.601.521.881.850.851.451.870.250.600.96681.9160.300.270.500.550.900.920.250.540.900.300.751.101:12701.9420.320.300.820.791.181.120.280.801.090.350.951.26721.9720.450.431.051.001.381.340.501.001.38对试块进行测定，得出每m3充填体各材料消耗如表5。每m3充填体材料消耗表5灰砂比试块容重（g/cm3）每m3充填体的材料消耗（kg）水泥尾砂1:41.9531212491:81.9117013621:121.951201438试验过程中，全尾砂净浆及水泥一全尾砂充填料浆的流动性见照片1〜4。为了研究确定全尾砂充填系统工艺流程，对其关键工艺环节之一一全尾砂沉降造浆放砂进行了地面模拟试验。试验用全尾砂采自相邻的类似铁矿，其试验装置见照片5。将全尾砂扬送至试验装置后，使其自然沉降脱水，然后用潜水泵抽出全尾砂液界面以上的澄清水，从而使砂仓中全尾砂达到最大沉降浓度。在试验装置底部安装有压气造浆喷嘴及放砂阀。造浆均匀后打开仓底放砂阀可均匀稳定地放出全尾砂浆，见照片6。经取样测定放砂浓度为72.4%。从以上前期实验室及地表模拟试验可以得出以下几点结论：全尾砂可作为充填材料。较其它有色金属矿山而言，草楼铁矿全尾砂粒径较粗，其20pm含量仅为18.29%，同时由于成矿原因，尾砂中不含有对充填体质量起负作用的化学成份，如硫等。所以全尾砂是合格的充填料。充填试块凝结硬化正常。当料浆浓度为70%左右时，不同灰砂比的充填试块强度增加稳定，与其它矿山全尾砂相比，其强度相对较高，强度增长符合水泥添加量越多，浓度越高，其强度越高的一般规律。当灰砂比1：4,水泥消耗312kg/m3,浓度为70%以上时，试块28天强度可达3MPa以上。灰砂比1：12，水泥消耗120kg/m3，浓度70%以上时，试块28天强度可达1MPa以上。采用上述配比可满足采矿方法不同地段对充填体的强度要求。充填料浆制备输送浓度可设定为70〜72%。当充填料浆浓度低于68%时，料浆易于产生离析分层现象，且采场泌水量增大，而浓度大于72%时，流动性变差，输送阻力增大。所以最佳制备输送浓度可设定为70〜72%。这时料浆在管道及采场中可呈结构流动，不产生离析和分层现象，且料浆流动性好，在草楼铁矿的矿体赋存条件下，可顺利实现自流输送。可采用全尾砂自然沉降压气造浆及管道放砂的工艺流程。由于全尾砂粒径较粗，沉降速度快，但全尾砂沉降后仍可顺利实现压气造浆及管道放砂。从而在工业生产中可采用这一工艺流程，以节省投资、降低充填成本、提高充填系统制备输送能力。5充填系统工艺流程充填系统工艺流程如图1。主要由全尾砂储存供料线、水泥储存供料线、调浓水供给线、充填料浆制备与输送、自动控制系统等组成。5.1全尾砂储存供料线选矿厂日产总尾砂量为3256.6t，合135.7t/h，总尾矿浆浓度11.88%，浆体密度1.08t/m3,则尾砂浆量为25383m3/d，合1057.6m3/h。由于选厂排尾浓度过低，所以于选矿厂设立浓密机（1）对其进行浓密，浓密机溢流水直接回选厂循环使用，而其底流浓度可提高至40%左右。浓密机底流由砂泵（2）通过输砂管（3）输送至充填站的卧式全尾砂池（8）中，每套充填系统设置两个砂池，砂池容积1100m3，两个砂池交替使用，以充分发挥系统生产能力。为了使砂池中全尾砂粒度均匀，采用多点放砂并由尾砂分配阀（4）控制砂池及放砂点的放砂量。砂池中全尾砂加满后，即可随其自然沉降以达到最大沉降浓度，充填前打开排水设施（5）,以排除全尾砂料面以上的澄清水，澄清水进入500m3回水沉淀池（6）中，沉淀池中澄清水通过回水泵（7）排送至选矿厂重复使用。澄清水排完后，即可打开压气造浆喷嘴（9）以对砂池中全尾砂进行压气造浆。待池中全尾砂造浆均匀后，则打开放砂阀（10）通过放砂管（11）向搅拌机供给全尾砂浆，其放砂量由放砂管上电磁流量计（12）进行检测，放砂流量由电动夹管阀（13）进行调节。5.2水泥储存给料线可选用普通硅酸盐水泥或矿渣水泥作为胶结剂。散装水泥由散装水泥缶车（14）运至充填站后，通过吹灰管（16）吹卸入散装水泥仓（7）中。为了防止各种杂物进入水泥仓，吹灰管上设置有过滤装置（15）。散装水泥仓直径5.5^6.0m，高15m，有效容积240m3，可储存水泥300t，以满足充填系统连续运行要求。水泥仓顶设置人行检查孔（18）、料位计（19）及袋式收尘器（20）。水泥仓底部设置有螺旋闸门（21）及双管螺旋给料机（22）。充填时打开螺旋闸门，启动双管螺旋给料机即可向搅拌机定量供给水泥。水泥给料量由螺旋电子秤检测。双管螺旋电机采用变频调速，改变螺旋转速即可改变水泥给料量，以满足不同灰砂比及生产能力的要求。5.3调浓水供给线充填站设置一条供水管道，由高位水池或泵加压供给压力水，以供冲洗设备、疏通管道及调节充填料浆浓度。当充填料浆浓度过高时，供水管24）上安装有调浓水阀。调浓水经电磁流量计（27）检测，调浓水量由电动调节阀（28）进行调节。5.4充填料浆制备与输送全尾砂浆、水泥及适量调浓水经各自的供料线进入进料斗（29）后供给搅拌机，搅拌机选用双卧轴搅拌机（30）+高速活化搅拌机（32）两段连续搅拌。两段搅拌机用连接斗（31）进行连续。充填料经两段连续搅拌均匀后制备成浓度适中、流动性良好的充填料浆，而进入测量管（33）。测量管上安装有电磁流量计（34）及y射线浓度计（35）以检测充填料浆流量和浓度。充填料浆最终进入充填料下料斗（36），并通过充填钻孔（39）及井下充填管网（40）自流输送至井下采场空区进行充填。为了便于冲洗管道，下料斗下方设置有闸阀（37）、冲洗水阀及压气供应管道。充填钻孔可布置为双层套管式的永久性钻孔。其内层套管内径110mm，可整体更换。一旦内层套管磨损，只需更换该套管，从而使充填钻孔可永久使用。井下充填管道选用内径为110mm的钢编高强塑料管以便于铺设和更换。管道接头采用哈夫联接。中段巷道与采场出料口之间可采用普通塑料管。5.5系统自动控制为了保证充填料浆制备浓度、流量及配比的准确及稳定，实现料浆的顺利输送，充填站设立较完善的自控系统，以对充填系统各运行参数进行检测和调节，系统检测的参数有：全尾砂放砂流量：电磁流量计检测，就地及控制室数字显示。水泥给料量：螺旋电子秤检测、控制室瞬时流量及累计给料机数字显示。调浓水量：电磁流量计检测，操作室数字显示。充填料浆流量：电磁流量计检测，控制室数字显示。充填料浆浓度：y射线浓度计检测，控制室数字显示。水泥仓料位：超声波料位计检测，控制室数字显示。系统调节的参数有：全尾砂放砂量：电动夹管阀调节，控制室手动操作或自动调节。水泥给料量：变频调速器调节，控制室手动操作或自动调节。调浓水量：电动调节阀调节，控制室手动操作。上述系统运行参数还可由电子计算机进行数据采集、存贮、模拟显示、制表、打印，以便于对充填系统运行状况进行监控和管理。5.6系统运行参数单套充填系统制备输送能力70〜90m3/h充填料浆浓度 70〜72%单套系统连续稳定运行时间10〜12h单套系统一次最大充填量800〜1000m3灰砂比 1：4〜1：20可调充填体强度（28天） 灰砂比为1:4时＞3MPa灰砂比为1：12时＞1.0MPa6充填系统整体布置6.1充填料浆用量年需充填体积Q——年矿石产量，Q=2000000吨Y 矿石体重，Y=3.4t/m3Z——采充比，取Z=1。代入上式得Va=588235m3=58.82万m3日需充填料浆体积T——年工作日数，T=330天k1——沉缩比，取k1=1.1k2——流失系数，取k2=1.05代入上式得，Q=2059m3/d按单套充填系统制备输送能力80m3/h，一次连续最大充填料浆制备量800m3计算，需设立3套彼此独立的充填系统方可满足矿山生产能力要求，这时每套系统每日平均纯运行时间为t=2059/3x80=8.58h6.2充填站布置草楼铁矿矿体沿走向控制长度达2400m以上，设计开采范围沿走向长度约2000m，首采中段为-230m水平，其充填管道出口水平为-170m，矿区地面标高+40m左右。若充填站集中布置，则首采中段充填时，两翼矿体的充填倍线将达6.0以上。为了满足呈结构流特性的全尾砂料浆自流输送时充填倍线一般不大于3.5,局部不大于4.5的要求，需于矿区内南北两区分别设立充填制备站。由于首采地段为北区，且北区矿体厚大，达到生产能力后北区产量约占矿石总产量的65%，所以前期可建设北区充填站，站内设立两套独立的充填系统。北区充填站位于15〜19线之间，其平面布置见图2,总平面布置见图3,纵投影图见图4,-170m中段平面见图5。其充填服务范围为7线以北区域。-230m中段采矿时，大部分矿体的充填倍线在3.5m以内，19线充填倍线约为4.5,最北端矿体较薄部位倍线达到5.0。-290m中段采矿时，充填倍线逐渐减小，一般均在4.0以内。南区充填站布置于0〜3线之间，服务范围为7线以南，-230m中段采矿时一般充填倍线为3〜4线以内，最南端矿体较薄部位充填倍线达到5.0。7建设投资估算前期北区充填站建设2套独立运行的充填系统。由于北区充填站位于采矿工业场地已有征

地范围内，根据工业场地整体规划，充填站尽量布置于西侧，以缩短井下充填管道长度。较分级尾砂充填而言，全尾砂充填占地面积较小。在不计征地及外围基础设施建设的条件下，北区充填站建设投资估算为802万元。按建设设施构成如表6。北区充填站建设投资估算表6设施名称规格数量单价（万元）总价（万元）说明卧式砂池钢筋混凝土容积1100m34个502004个连体散装水泥仓钢制容积300t2个3060搅拌机2套32.565双轴搅拌机+高速活化搅拌机双管螺旋给料机LE250X20002台2.55.0自动控制系统2套3672包括一次、二次仪表及仪表柜等钻孔及充填管道2套120包括2个双层套管钻孔及井下管道2000m非标准加工件2套2040包括喷嘴、连接件等供电及照明2套40地面其它配套设施2套1202套系统共用空压机及风管、水管、避雷等厂房及道路工程80合计802南区充填站位于矿区征地范围外，需另行增加征地，铺设管路，修建道路及外围供电供水等费用，预计单套系统需增加投资80万元，其充填料制备设施投资同表6,为401万元，则南区充填站建设投资合计为481万元。全矿充填系统建设总投资为1283万元。8充填运营成本灰砂比为1:4时，每m3充填运营成本表7成本构成单耗单价成本（元）说明一、材料1、水泥0.312t/m3260元/t81.122、其它2.0包括油料、备品配件等二、动力1、电2.5度/m30.501.25包括空压机及系统运行设备2、水0.3三、工资及附加3.0单套系统劳动定员12人合计87.67

灰砂比为1：12时，每m3充填运营成本表8成本构成单耗单价成本（元）说明一、材料1、水泥0.126t/m3260元/t31.22、其它2.0包括油料、备品配件等二、动力1、电2.5度/m30.501.25包括空压机及系统运行设备2、水0.3三、工资及附加3.0合计37.75非胶结充填运营成本则为6.05元/m3,其成本构成为油料及备品配件1.5元、电1.0元、水0.3元、工资及附加3.0元。充填运营综合成本为33.24元/m3，折合每t矿石分摊成本9.78元，如表9。每m3充填体综合运营成本表9灰砂比1:41:12非胶结运营成本（元/m3）87.6737.756.05充填比例（％）174241加权平均充填成本（元/m3）33.24折合每t矿石分摊成本（元）9.789尾砂平衡量计算每m3充填体加权平均消耗全尾砂经计算为1369.8kg,如表10。每m3充填体全尾砂消耗表10灰砂比1:41:12非胶结每m3消耗全尾砂（kg）124914381350充填比例（%）174241加权平均（kg）1369.8草楼铁矿年充填总体积V=58.82万m3。则年充填消耗全尾砂总量为Q=Vxdxk1xk2d——充填每m3平均消耗全尾砂量，1.3698t。k1——沉缩比，取k1=1.1。k2——流失系数，取k2=1.05。代入上式得：Q=58.82x1.3698x1.1x1.05=93.06万t中国有色工程设计研究总院采矿方法优化后，草楼铁矿年产生尾砂量为107.4744万t，采用全尾砂充填后，用于井下充填的全尾砂量为93.06万t，则剩余全尾砂14.4144万t需堆存于尾矿库中。必须指出的是，由于本次试验所用全尾砂取自相邻矿山，其物理化学性能及粒度组成与草楼

铁矿全尾砂可能存在一定差