德興銅礦五號尾礦庫回水方案選擇的經(jīng)驗(yàn)探討

胡祥群， 高 峰

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

0 前言

尾礦是選礦作業(yè)中產(chǎn)生的有用組分含量低且目前無法經(jīng)濟(jì)用于工業(yè)生產(chǎn)的組分，也是工業(yè)固體廢棄物中的主要組成成分[1]。為了盡量減少尾礦對環(huán)境的污染[2]，傳統(tǒng)處置工藝將其存放于尾礦庫，根據(jù)排入尾礦庫的尾礦是否具有流動性，分為濕式尾礦庫和干式尾礦庫[3]。據(jù)《中國礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用報(bào)告(2018)》顯示，截至2017年底，我國尾礦堆存量為195億t[4]。

針對濕式尾礦庫，尤其是尾礦重量濃度較低時(shí)，尾砂攜帶大量的水入庫，從安全、環(huán)保、節(jié)水角度考慮，一般需配備尾礦庫回水設(shè)施，將庫內(nèi)尾礦水輸送至選廠重復(fù)使用。尾礦庫回水系統(tǒng)一般分為壩下回水和庫內(nèi)回水兩種方式，如果尾礦庫相對選廠地勢較高，壩下回水方式能基本實(shí)現(xiàn)自流回水，通常采取壩下回水方式，反之，從節(jié)能[5]、提高取水效率[6]、提升回水量穩(wěn)定性角度考慮，通?？紤]采取庫內(nèi)回水方式。庫內(nèi)回水方式的回水系統(tǒng)一般主要由浮船泵站和壓力輸送管道組成，如果所需揚(yáng)程較高，僅設(shè)一級浮船泵站的壓力不能滿足輸送要求，則需另加設(shè)岸邊固定泵站。針對流量大、揚(yáng)程高的尾礦庫回水系統(tǒng)，一般要經(jīng)過方案比選來確定回水泵站的數(shù)量、水泵等主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)及管道規(guī)格等，使得最終采納的方案技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理、管理方便。

1 工程概況

德興銅礦位于江西省上饒地區(qū)德興市，是中國最大的露天銅礦，該礦配備兩個(gè)選礦廠，分別為大山選礦廠和泗州選礦廠，其中大山選礦廠規(guī)模為9.2萬t/d，由6.95萬t/d和2.25萬t/d兩個(gè)系統(tǒng)組成，泗州選礦廠規(guī)模為3.8萬t/d，兩選廠總規(guī)模為13萬t/d，選廠配套了四個(gè)尾礦庫，分別為一號尾礦庫、二號尾礦庫、四號尾礦庫和五號尾礦庫，其中一號尾礦庫已經(jīng)閉庫，二號尾礦庫尚余部分庫容作為泗洲選礦廠尾礦的事故排放使用，目前主要使用的為四號和五號尾礦庫，四號尾礦庫已經(jīng)運(yùn)行近30年，五號尾礦庫于2019年9月投入使用，其為四號尾礦庫的接續(xù)庫。

五號尾礦庫與四號尾礦庫相鄰，匯水面積15.40 km2，最終設(shè)計(jì)標(biāo)高為290 m，上、下游均采用中線式尾礦筑壩法，下游壩總壩高222 m，上游壩總壩高178 m，總庫容10.313億m3，屬一等庫。

五號尾礦庫建成后，在2019～2021年，大山選礦廠6.95萬t/d系統(tǒng)的尾礦排入五號尾礦庫；在2022～2039年，大山選礦廠和泗州選礦廠產(chǎn)出的尾礦全部排往五號尾礦庫。

隨著尾礦排放計(jì)劃的調(diào)整，礦山尾礦回水方案也隨之調(diào)整。五號尾礦庫回水設(shè)施分兩期建設(shè)，一期工程在基建期建設(shè)，回水設(shè)施的回水能力為23萬t/d，一期工程給大山選礦廠回水和補(bǔ)充五號尾礦庫上、下游稀釋水；二期工程與尾礦輸送及排放設(shè)施二期工程同時(shí)建成，回水設(shè)施的回水能力為46萬t/d，給大山選礦廠、泗洲選礦廠回水和補(bǔ)充五號尾礦庫上、下游稀釋水。

2 回水方案確定

五號尾礦庫使用標(biāo)高介于68～290 m之間，大山選廠高位水池標(biāo)高340 m，泗洲選廠高位水池標(biāo)高130 m，綜合尾礦庫與選廠位置關(guān)系、兩個(gè)選廠的規(guī)模、對現(xiàn)有回水設(shè)施利舊考慮，從減少投資、節(jié)能和回水量穩(wěn)定的角度考慮，采用庫內(nèi)回水方式，回水系統(tǒng)主要由浮船泵站、岸邊固定泵站(視方案比較結(jié)果確定個(gè)數(shù))和管道組成。

由于回水系統(tǒng)流量大，揚(yáng)程較高，具體考慮下述原則，并通過方案比選確定最終的回水方案和相應(yīng)的設(shè)施配置。

2.1 設(shè)計(jì)原則

(1)技術(shù)可靠：各方案擬定時(shí)，要求浮船泵站、水泵、萬象接頭、閥門等關(guān)鍵設(shè)備達(dá)到相應(yīng)設(shè)計(jì)工況的技術(shù)成熟可靠，最好有相關(guān)應(yīng)用案例。

(2)經(jīng)濟(jì)合理：各方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)劣通過建設(shè)投資和運(yùn)行成本綜合比選確定，其中建設(shè)投資包括設(shè)備及安裝、土建、總圖、電氣及其他配套設(shè)施，運(yùn)行成本主要為電耗。

(3)維檢和管理方便：主要關(guān)注浮船泵站上水泵及電機(jī)的維檢和移船環(huán)節(jié)，要求維檢和管理較方便。

2.2 回水方案

浮船泵站設(shè)在尾礦庫橫坑支溝的溝口，初始取水標(biāo)高為95 m，考慮到五號尾礦庫一期工程建成后，大山選礦廠的回水部分在五號尾礦庫、部分在四號尾礦庫，為了方便初期回水系統(tǒng)管理，降低基建期回水浮船投資，一期工程取水浮船輸送至四號尾礦庫4號、5號回水加壓泵站，通過加壓后統(tǒng)一給大山選礦廠供水，四號尾礦庫4號、5號泵站回水池池頂標(biāo)高為298.5 m，輸送高差為203.5 m。輸送距離約4.5 km，管道內(nèi)徑按1 m考慮，沿程損失約15 m。綜合前述，若經(jīng)浮船泵站一級加壓輸送，不再設(shè)岸邊加壓泵站，需要總揚(yáng)程約230 m。

經(jīng)項(xiàng)目執(zhí)行期間考察和收集資料了解到的相關(guān)情況：

(1)回水量較大，考慮移船期間生產(chǎn)回水需求，同時(shí)為了減少管理環(huán)節(jié)，建議一期工程配備2艘浮船，即單艘浮船取水規(guī)模為11.5萬t/d；

(2)為了控制水錘影響、降低船體降振減噪難度，針對單艘浮船11.5萬t/d的取水規(guī)模，建議配備5臺水泵，4用1備，水泵流量為1 200 m3/h，揚(yáng)程不宜超過160 m；

(3)Q=1 200 m3/h，H=160 m和Q=4 800 m3/h，H=100 m的水泵，技術(shù)成熟，均有工程實(shí)例；

(4)DN1000、PN25的萬象接頭、閥門，技術(shù)成熟，有工程實(shí)例。

綜合上述，從技術(shù)成熟可靠角度考慮，需設(shè)岸邊加壓泵站，據(jù)此，提出了三個(gè)回水輸送方案，分別為：

(1)方案一：浮船泵站+兩級岸邊固定泵站方案。

浮船上水泵揚(yáng)程為120 m，兩級岸邊固定泵站內(nèi)水泵揚(yáng)程均為65 m。

一期工程：設(shè)兩艘浮船泵站，回水經(jīng)浮船泵站加壓后通過兩級岸邊固定泵站輸送至四號尾礦庫4號、5號回水加壓泵站，分別給大山選礦廠和五號尾礦庫上下游壩供水；

二期工程：在一期兩艘浮船的基礎(chǔ)上再增加兩艘浮船，配置與一期工程一致。此時(shí)，五號尾礦庫庫內(nèi)水位已超過第一級岸邊固定泵站所處標(biāo)高，因此，第一級岸邊固定泵站已在之前適時(shí)拆除，站內(nèi)水泵等設(shè)備拆卸后安裝到第二級岸邊固定泵站繼續(xù)使用。回水經(jīng)浮船泵站加壓后直接送至第二級岸邊固定泵站，再經(jīng)加壓后分別輸送至四號尾礦庫4號、5號回水加壓泵站、四號尾礦庫及五號尾礦庫上、下游。

(2)方案二：浮船泵站+一級岸邊固定泵站方案。

浮船上水泵揚(yáng)程為150 m，岸邊固定泵站內(nèi)水泵揚(yáng)程為90 m。

一期工程：設(shè)兩艘浮船，浮船取水后通過一級岸邊固定泵站輸送至四號尾礦庫4號、5號回水加壓泵站，分別給大山選礦廠和五號尾礦庫上、下游壩供水；

二期工程：在一期兩艘浮船的基礎(chǔ)上再增加兩艘浮船，由于此時(shí)庫內(nèi)水位已經(jīng)上升了一定高度，新增浮船內(nèi)水泵揚(yáng)程可適當(dāng)降低，其他配置與一期工程一致，同時(shí)，在岸邊固定泵站內(nèi)增加兩臺同型號的水泵及相關(guān)配置，回水經(jīng)浮船泵站加壓后直接送至岸邊固定泵站，再經(jīng)加壓后分別送至四號尾礦庫4號、5號回水加壓泵站、四號尾礦庫及五號尾礦庫上、下游。

(3)方案三：浮船泵站+四級岸邊固定泵站方案

浮船上水泵揚(yáng)程為60 m，四級岸邊固定泵站內(nèi)水泵揚(yáng)程分別為52 m、52 m、52 m、49 m。

一期工程：設(shè)兩艘浮船，浮船取水后通過四級岸邊固定泵站輸送至四號尾礦庫4號、5號回水加壓泵站，分別給大山選礦廠和五號尾礦庫上下游壩供水；

二期工程：在一期兩艘浮船的基礎(chǔ)上再增加兩艘浮船，配置與一期工程一致。此時(shí)，五號尾礦庫庫內(nèi)水位已超過第一級岸邊固定泵站所處標(biāo)高，因此，第一級岸邊固定泵站已在之前適時(shí)拆除，站內(nèi)水泵等設(shè)備拆卸后安裝到第二級固定泵站繼續(xù)使用?；厮?jīng)浮船泵站加壓后直接送至第二級岸邊固定泵站，再經(jīng)加壓后分別輸送至四號尾礦庫4號、5號回水加壓泵站、四號尾礦庫及五號尾礦庫上、下游。

各方案工藝概況如表1所示。

表1 輸送方案工藝概況

3 方案比選和結(jié)論

對2.2所述三個(gè)方案的工程建設(shè)投資、運(yùn)行成本進(jìn)行計(jì)算比較?？紤]到儀表、暖通和回水斜坡道配套軌道和提升設(shè)備的投資對方案比較結(jié)果影響很小，比較項(xiàng)列入尾礦工藝、電力、建筑和總圖四項(xiàng)。比較結(jié)果如表2所示。

根據(jù)表2分析得到以下結(jié)論：

(1)從技術(shù)角度分析，方案一有類似水利工程案例作為支撐，尚無類似礦山工程案例；方案二當(dāng)時(shí)沒有類似工程案例，但浮船、水泵、萬象接頭、閥門等關(guān)鍵設(shè)備均有成熟技術(shù)；方案三有成熟的礦山工程案例，企業(yè)有成熟的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)。因此，方案三的技術(shù)可靠度最高，方案一其次，方案二略低。

(2)從經(jīng)濟(jì)角度分析，三個(gè)方案的運(yùn)行功率差距很小，主要差別體現(xiàn)在建設(shè)投資項(xiàng)，由此可見，運(yùn)營成本不是影響方案優(yōu)劣的主要因素，影響方案優(yōu)劣的主要因素是工程建設(shè)投資。從三個(gè)方案的工程建設(shè)投資比較結(jié)果可見，方案一和方案二的總建設(shè)投資均比方案三省，其中方案一最??；進(jìn)一步細(xì)分，一期工程的建設(shè)投資方案二最省，二期工程追加的建設(shè)投資方案一和方案三基本一致，均比方案二省。造成各方案之間投資偏差的主要原因是浮船泵站和水泵變頻的設(shè)備投資差異，其次是因?yàn)榘哆吂潭ū谜镜臄?shù)量不同引起的建筑和總圖的投資差異。

(3)從管理角度分析，主要涉及移船、設(shè)備檢修和管理環(huán)節(jié)。方案一浮船尺寸、設(shè)備重量、泵站數(shù)量均居中，移船、設(shè)備檢修難度居中，管理便利性居中。方案二，浮船尺寸和設(shè)備重量最大，移船和設(shè)備檢修難度較大，泵站數(shù)量最少，管理環(huán)節(jié)較少。方案三浮船尺寸和設(shè)備重量最小，移船和設(shè)備檢修難度較小，泵站數(shù)量最多，管理環(huán)節(jié)較多。

(4)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和管理角度綜合考慮，五號尾礦庫回水系統(tǒng)方案一最優(yōu)，即浮船泵站+兩級岸邊固定泵站。

表2 回水系統(tǒng)輸送方案比較表

4 結(jié)語

(1)五號尾礦庫一期工程回水規(guī)模23萬t/d，二期工程回水規(guī)模46萬t/d，本著設(shè)備大型化原則，同時(shí)兼顧移船期間生產(chǎn)回水需求，一期工程配備兩艘浮船，二期增加兩艘，單艘浮船取水規(guī)模為11.5萬t/d。

(2)根據(jù)五號尾礦庫回水系統(tǒng)與選廠的位置關(guān)系計(jì)算得知回水設(shè)施總揚(yáng)程近250 m，經(jīng)浮船、水泵等關(guān)鍵設(shè)備考察后，擬定了三個(gè)回水方案，經(jīng)經(jīng)濟(jì)比選，再結(jié)合技術(shù)和管理角度考慮，最終選用了浮船泵站+兩級岸邊固定泵站的方案，該方案技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理、管理較為方便，該比選結(jié)論對其他類似工程具有一定的參考意義。