1、 2 0 1 5年 8月 第 4 4卷第 4期 中 国矿 山工 程 Ch i n a Mi n e En g i n e e r i n g 1 5 谦比希铜矿主矿体井下排水系统优化措施 Op t i mi z e d me a s u r e s o f u n d e r g r o u n d d r a i n a g e s y s t e m i n ma i n o r e b o d y mi n i n g o f Ch a mb i s h i Co p p e r Mi n e 张 宇光 ( 1 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室 , 北京 1 0 0 0
2、 8 3 ; 2 中色非洲矿业有限公 司, 赞比亚 基特韦 2 2 5 9 2 ) 摘 要 : 详细 阐述 了谦 比希铜矿 主矿体井下排水 系统的 改造升级过程及 所采取 的具 体措施 , 为 国 内外 富水矿 山从不 同专业 角 度 改造 升级井下排水 系统提供参考 。 关 键 词 : 排 水 系统 ;升 级 改造 ;优 化措 施 Abs t r a c t: Th e pr o c e s s o f u p g r a d e a nd t r a ns f o r m a n d s p e c i fic o p t i mi z e d me a s ur e s o f un d
3、e r g r o un d dr a i na g e s y s t e m i n ma i n o r e b o d y mi n i n g o f Ch a mbi s h i Co pp e r Mi n e wa s e l a b o r a t e d,wh i c h p r o v i d e d r e f e r e n c e f o r t he up g r a d e a nd t r a ns f o r m o f u nd e r g r o un d d r a i na g e s y s t e m i n wa t e r r i c h m
4、i n e s K e y w o r ds: d r a i n a g e s y s t e m ;u pg r a de a n d t r a n s f o r m ;o p t i m i z e d me a s ur e s l H IJ舌 中 色 非 洲 矿 业 公 司谦 比 希 铜 矿 位 于 赞 比亚 一 刚果 ( 金 ) 铜矿带 的南部 , 属 热带 草 原气 候 。全年 分 为 3个 季 节 : 每 年 十 一 月 至 次 年 四月 为 雨 季 ; 五 月 至 七 月 为 干 冷 季 ; 八月至十月为干热季。年均降雨量为 1 1 1 8 7 1 m m。 谦 比希铜
5、矿矿脉含水层多 , 雨季地表水渗透极易补给含 水 层 , 主矿体 井 下最 大涌 水量 为 6 2 9 3 2 m d , 最小 涌水 量 为 4 7 9 1 6 m d , 平 均 涌水量 为 5 3 3 6 4 m d , 随着主 矿体 深 部开拓工程及主、 西矿体联合开采工程的持续推进 , 涌水 量 有增无 减 , 属典 型 的 富 水 型矿 山 。井 下排 水 方 式 是 按 分 段接 力设 计 的 , 主 泵站 为 4 4 8 m 水平 泵站 和 9 4 8 m水 平 泵 站 , 5 0 0 m水 平设 有 一 临 时水 泵 房 。其 中主 泵 站 4 4 8 m 水 平泵 站装 有
6、 6台 5级 泵 , 排 量 为 6 X 7 0 0 m h , 电机 功 率 为 31 3 0 0 k W +31 7 0 0 k W , 9 4 8 m 水平 泵 站 为 6台 6级 泵 , 排 量 为 4 X 6 5 0 m h+2 X 3 5 0 m h , 电机 功 率 为 4 X 2 O 0 0 k W +28 0 0 k W。5 0 0 m 水 平 泵 站 为 3台 3级 泵 , 排量为 3 x 4 8 0 m h , 电机功率为 3 X 2 5 0 k W。主排水 管均 为外 径 1 8时 c l a s s 6 0 0的无 缝 钢 管 , 主 管 路 及 高压 供 电电缆 均
7、沿 3 竖井 安装 。 2 存 在的 问题 ( 1 ) 随着 主 矿 体 深 部 开 拓 工 程 的快 速 推 进 , 井 下 涌 水量逐渐增大, 主泵站排水能力受限, 严重影响矿山的安 全 生产 。 ( 2 ) 由于 使 用 年 限 过 长 及 水 质 不 理 想 , 致 使 排 水 管 路 内部结 垢 严重 , 外部 有 不 同程 度 的锈蚀 , 严重影 响排 水 1 6 中国 矿 山工 程 2 0 1 5年( 第4 4 卷) 效 率及 矿 山安全 。 ( 3 ) 供 电 系统 设 备 、 设 施 无 更 新 , 线 路 老化 , 设 计有缺陷 , 降低了泵站备用泵的安全系数。 ( 4 )
8、 井下 涌水 含大 量 的 泥沙 , 排 泥 效 率低 , 致 使 水 泵备 件 的消耗 量过 大 , 成 本居 高不 下 。 3 优化措施 3 1 主矿体 排 水 系统 谦 比希铜矿 自 1 9 7 4年 由露 天转井 下开 采 以来 , 虽经历了近 l 2年左右的停产期, 但是 7 0 0 m水平 以 上保 有地 质储量 已经 不 能满 足发 展 要 求 , 因此加 大 了深部 开拓工 程 的开 发 力 度 , 同时 涌水 量 也 逐 渐加 大 , 为此 加大 井下 主泵 站 的排 水能 力显得 尤 为迫切 。 该 矿原 有 泵站 采用 接 力排 水 系统 。 即 4 0 0 m 中 段
9、以上 的所 有 井 下 涌 水 , 由 4 4 8 m 泵 房 排 至 地 表 ; 5 0 0 m 中段 的 涌 水 由 5 0 0 m 临 时 泵 房 排 至 4 0 0 m 水 仓 , 再 经 4 4 8 m 泵 房 接 力 排 至地 表 ; 5 0 0 m 中段 以 下 的涌 水 , 全 部集 中到 9 0 0 m 水仓 , 由 9 4 8 m泵 房 排 至 4 0 0 m水仓 , 再 由 4 4 8 m泵房接力 排至地表 , 在地表设有 两个相互 连通又 可独立使用 的万 吨水 池 , 对 井下排水 进行沉淀处理 , 以作它用 。主排水排泥 系统如图 1 。 m 水 平水泵房 仓 图
10、1谦 比 希 铜 矿 排 水 排 泥 系 统 简 图 ( 1 ) 根 据 主矿 体 的排 水 方 式 , 井 下 排 水 总 量 的 装 机排 量 为 4 6 5 0 m h+ 2 3 5 0 m h , 电机 功率 为 大小 主要 取决 于 4 4 8 m 水 平 泵 站 的总 体 排 水 能 力 ,4 2 O 0 0 k W + 2 8 0 0 k W , 根据水 文 地质专 业 对 涌水 而该 能力 的大小 又 受 限 于泵 的效 率 、 管 路 有 效 载流 量 的初 步估 算 , 满足不 了深 部投 产后 的排水 要求 , 所 量及配套的供电设施等 。而在 4 4 8 m水平泵房增加
11、 以决定在 7 0 0 m水平中段 1 4 7 0线处建一新泵站 , 设 泵 的数量 、 在 3 竖井 井筒 安 装新 的管路 及 高压 电缆 计安 装扬 程 为 3 0 0 m 的 4级 国 产 扬 子 江 泵 , 总 排 量 的条 件在 当时不是 很成 熟 。 因此 决定 在 4 0 0 m 水平 为 43 6 0 m h , 电机 功 率 4 5 6 0 k W, 双 回路 供 电 , 中段 , 改 造原 有 的废弃巷 道 为水仓 , 并在 该 中段码 头 一路 取 自 4 0 0 m 水平 环 网 柜 , 一 路 取 自该 中段 采 区 门处新建泵站及附属配电所。该泵站设计安装 3台
12、配电所 , 将 5 0 0 m水平以下至 7 0 0 m水平 中段的涌水 5 级泵, 排量为3 7 0 0 m 。 h , 电机功率为 1 1 7 0 0 k W + 大部分或全部排至 4 0 0 m水平新建 的水仓 , 以缓解 2 1 3 0 0 k W, 1 l k V配 电所设 计 双 回路 供 电 , 一路 取 自 9 4 8 m 水平 主 泵 站 的 排 水 压 力 。同 时 将 9 4 8 m 水 平 地 表齐森 格 变 电所 , 一 路 取 自 4 0 0 m 水 平 采 区变 电 泵 站 的 两 台 3 5 0 m h的 小 流量 泵 改 为 6 5 0 m h的 所 。管 路
13、采 用 1 8时 c l a s s 6 0 0的无 缝 钢管 , 利 用竖 井 大流量 泵 , 电机 功率 改为 2 O 0 0 k W。至此 , 谦 比希 铜 旁停用 的通风小井安装至地表沉淀池, 在该 风井 内 矿主矿体排水系统的压力才得以真正缓解 , 并为 以 同时敷设至地表 中央变电所的高压电缆和一条新的 后的管路改造工程奠定 了基础。 排泥 管路 。这样 从 井下 至地表 的排水 总量 得到 了补 3 2排水 管路 充加 强 , 从 理论 上缓 解 了矿 山的整体 排水 压力 。 谦 比希 铜矿 4 4 8 m水 平泵 站 是 该矿 山 由露 天转 ( 2 ) 由于深部开拓工程主要
14、集中在 7 0 0 m水平 为井下开采时期建造的 , 设有两趟管路 , 由于使用时 及 以下 中段 , 所 以 5 0 0 m 水 平 以下 的涌 水 将 全 部 集 间过 长 、 水 质偏 碱性 及泥沙 含量 较大 等多 重原 因 , 致 中汇聚到 9 4 8 m水平水仓 , 而此时 9 4 8 m水平泵站的 使排水管路内部结垢极其严重 。根据当时外委单位 第4 期 张宇光 : 谦比希铜矿主矿体井下排水系统优化措施 1 7 的检 测 报 告 , 1 8时 ( 4 5 7 mm)的 排 水 管 内 径 仅 为 3 0 0 m m左 右 , 相 当于 l 2时 的排 水 管路 , 有 效 载 流
15、 量 降低了三分之一, 是提高排水效率 的瓶颈所在。为 此 , 各相关专业工程技术人员查阅最初矿山基建 的 工 程 资料 、 图纸 , 现 场 调 查 安装 新 管路 的可 行 性 , 经 过 一年 时 间 的精 心 准 备 和 技 术论 证 , 决 定 在不 影 响 或少影 响 矿 山 安 全 及 生 产 的前 提下 , 为 4 4 8 m 水 平 主泵 站安 装新 管路 , 即第 三趟 管路 。3 0 0 m水 平 以 上 沿 3 竖 井 安 装 至 地 表 , 3 0 0 m 水 平 至 4 4 8 m 水 平 泵 房 , 利用废弃的竖井旁侧风井安装至泵房 , 在泵房 内 部 , 利 用
16、有 限的空 间 敷 设 了第 三 趟 管 路 的总 排 水 管 并 与各个 泵 体 相 连 贯 通 。 同 时根 据 现 场 检 查 的 结 果 , 对原 有排 水管 路 外 部 锈蚀 较 为严 重 的部 位 进 行 了局 部处 理 。至 此 才 从 根 本 上 解 决 了排 水 效 率 问 题 , 保证 了矿 山的安全 生产 。 3 3 电气 设 施 谦 比希 铜矿 的井 下 主要 泵 站 电 气设 备 、 设 施 及 电缆均 为 2 0世 纪 7 0年 代初 期 的产 品 , 老 化较 为 严 重 。随着矿 山转 向深 层 开 采及 电气 技 术 的进 步 , 设 计 和技 术上 的缺 陷
17、就 突显 出来 。 ( 1 ) 1 1 k V高 压柜 为 雷 诺 ( R e y r o l l e ) 南 非 公 司 的 产 品 , 柜体 本身 质 量 可靠 , 经 久 耐用 , 但 继 电保 护 部 分 为模 拟式 继 电器 , 其元 器件 随着 使用 时 间 的延 长 , 精 度偏 差变 大 , 保 护功 能 的多 样 性 和 易 操 作性 与 现 有 的数 字式 继 电保 护装 置不 可 同 日而语 。为此 采用 德 国产 品 V A MP 4 0系列数 字继 电器 , 对 齐森 格 中 央 变 电所及泵房配电所等主要变配 电所的高压保护装 置进行 了升级改造 , 有效地控制了故
18、障范围 , 降低了 故 障频次 , 保证 了矿 山的安全生产。 ( 2 ) 仔 细 研 究 井 下 4 4 8 m 水 平 、 9 4 8 m 水 平 两 个 主泵 站 的供 电线 路 , 就 会 发 现 设计 上 的 缺 陷 。其 中 4 4 8 m水 平 泵站配 电所 设有 两 个进 线柜 , 分别 供 前 后 母 排 , 一 路 进 线 取 自地 表 齐森 格 变 电 所 的 1 2 馈 电 柜 , 一 路取 自该 所 的 2 2 馈 电柜 , 均 为 1 8 5 m m 的 高 压 电缆 。但 是 9 4 8 m水平泵站 的供 电线路 , 一路 进 线 取 自地 表 齐 森 格 变 电
19、所 的 1 5 馈 电柜 , 而 另 一 路 则取 自4 4 8 m 水 平 泵 站 配 电所 的 后 母 排 , 也 就是 说 9 4 8 m水 平 泵 站 配 电所 的一 路 进 线 和 4 4 8 m 水 平 共 用 同一 条 供 电 回路 , 使 用 同 一 条 1 8 5 mm 的供 电 电 缆 , 受电缆载流量的限制 , 使得该回路可载泵的台效 在 9 4 8 m水平泵站小泵 改为大泵后有所 降低 , 突显 出设 计 上 的缺 陷和发 展 中的不 足 。 ( 3 ) 整个 谦 比希 铜 矿 的 1 1 k V 高 压 供 电都 来 自 当地 的工 矿企 业供 电公 司 C E C,
20、 矿 区供 电网 络 大 致 为 : C E C L U A N O变 电 所 提 供 2 2 0 k V高 压 至 C E C的 C H I S E N G E ( 齐森格) 变电所降为 1 1 k V, 再从该所提 供 1 1 k V至谦 比希铜矿 的齐森格变 配 电所 , 所有井 下用 电均 取 自该所 的不 同馈 电柜 。同属 谦 比希矿 的 选 厂供 电则 是在 C H A MB I S H I ( 谦 比希 ) 变 电所 将 来 自 L U A N O的 2 2 0 k V变 为 1 1 k V, 这 两 个 1 1 k V 变 电 所 的直线 距 离大 概为 3 k m。在 上面
21、分 析 主泵 站供 电 方 式 时 提 到 过 4 4 8 m 水 平 、 9 4 8 m 水 平 变 配 电 所 的 进 线都 来 自地表 齐森 格变 电所 , 事 实上 , 在谦 比希铜 矿 的井 下供 电回路 均 出 自 同一个 变 电所 , 现 场 看 似 乎是“ 双回路” , 但从 源头来看又是“ 单 回路” 供 电, 一 旦齐 森格 变 电所全 部 失 电 , 泵 站 的 “ 双 回路 ” 也 将 同时 中断供 电 , 将对 矿 山安全 造 成不 可估 量 的影 响 。 为此 引入 主泵 站 “ 应 急 回路 ” , 具 体做 法 是 在 选 厂 配 电所 安装 环 网 柜 , 将
22、 从 C H A MB I S H I变 电 所 出来 的 1 1 k V 以环 网的形 式 引至 2 一 2配 电所 , 在 2 一2配 电所 用雷诺 高压柜 再 送 至井 口的环 网 柜 , 与 从 齐 森 格 2 2 出来 的供 给井 下 4 4 8 m水 平 主 泵 站 的 一路 供 电 以环 网的形 式对 接 , 形成 真 正 意 义 上 的 “ 双 回路 ” 供 电 , 确保 了供 电系统 的可 靠性 , 也 在一 定程 度上 保 证 了主泵 站 可开 动泵 的 台次 , 提 高 了泵 站 备 用 泵 的 安全 系数 。 3 4井 下排 泥 谦 比希铜 矿 的矿 岩结 构 相 对
23、较 为疏 松 , 再 加 上 井下无轨设备的大量使 用 , 使得井下 涌水 的泥沙含 量 很大 , 根据 井下 涌水 水 质监测 数 据显示 , 涌水量 含 泥 沙在 3 0 1 0 o , 平 均 含 泥 沙 量 在 7 0 左 右 , 对 泥 沙 样 品成分 进 行 分 析 , 泥 沙 含 沙 比例 占 6 5 左 右 。 所以影响排水效率的另一主要 因素即为排泥。各中 段水仓的设计都是先污水仓再 清水仓 , 并且都是一 用 一备 或二 备 , 然 后 进 入 泵 站 。理论 上 没有 什 么 问 题 , 但 在使用 过 程 中发现 排泥 设备 、 设施 的年久 失修 致 使排 泥工 艺
24、发生 了很 大 的 变 化 , 同 时 井 下 涌水 量 也在随着深部开拓工程的不断推进而有所增加 , 泥 沙 量也 相应 地 有所增 多 , 一旦 排 泥浓度 得 不到保 证 , 排 泥效 率就 无从 谈起 , 控制成 本 、 降低 消耗 也就 成 了 一 句 空话 。 ( 1 ) 重 新认 识 原 设 计 的排 泥 原 理 , 理 解 设 计 者 的设计理念 , 使排泥工艺工序步入正轨, 提高排泥浓 度 , 加 大排 泥效 率 。 ( 2 ) 加 强维 修质 量 , 增 大 排 泥 系统 的 投入 , 对 部 ( 下转 第 5 6页 ) 5 6 中国矿 山工 程 2 0 1 5年( 第 4
25、 4卷) 从 试 验结 果 看 , 低 毒 浸 出剂 与 氰 化 钠 相 比 , 一 是 药 剂 耗 量 大 ; 二 是 浸 出 指 标 明 显 偏 低 。低 毒 药 剂 成 分 目前 尚 不 确 定 , 因此 其 提 金 机 理 还 有 待 研 究 , 低毒浸 出剂扩 大适应性 尚需进 一步调 整改 进 药剂 配 方 。 6 选矿工艺探索研究方 向 小秦岭金矿 田的矿石 中含碲化物矿物 , 金渠矿 石性 质 显 示 , 金 渠 区 内 碲 含 量 很 高 , 最 高 样 品 达 1 5 6 5 g t , 最低 脉平 均 品位在 2 6 5 9 g t 。从 金 的地 球 化学特 征来 看
26、, 金 除具 有 亲 铁 、 亲 硫 特性 外 , 当温 度 较高时, 一价或三价金 的阳离子可进入碲阴离子堆 中 , 形成碲化金类矿物 , 如碲金矿等 。表 6列 出了 5个坑 口矿石碲 的含量。碲含量最 高是 1 4 3 6坑 口 3 1 0号脉 , 为 7 2 8 g t 。 表 6各坑 口原矿石碲 含量 注 : 碲 含 量 为 多个 化 验 结 果 平 均 值 。 金 与碲 生 成 的 化 合 物 , 可 浮 性 较 好 , 仅 用 起 泡 剂即可将其浮起 。现用生产工艺是以金为主导 矿物 , 将 碲一 同回收 在金 精 矿 中 , 碲平 均 含量 在 3 0 0 5 0 0 g t
27、, 冶 炼 厂 没有 相应 碲 回收 工 艺 , 造成 资 源 浪 费 。建 议 改进 研 究 方 向 , 先 以碲 为 主 , 浮 选 出 含金碲精 矿、 碲 精矿再 磨后加 氧化剂 预处 理氰化 浸 提金一硫化 钠浸碲 ; 浮选 碲后 的尾矿氰 化浸 提 金 。 7 结语 ( 1 ) 金渠选厂 “ 扩能优化” 技术 改造 , 两个 分厂 均使用了两段磨矿, 达到了预期效果, 不足之处是产 品为含 量金 , 存在 着诸 多弊端 。采 用选 冶联合 工艺 , 可综合 回收碲、 银 、 金资源。 ( 2 ) 随着环保要求的逐步提高 , 替代氰化钠浸 出黄金的低毒浸金药剂发展成为必然趋势 , 有必
28、要 继 续进 行这 方面 的试验研 究 工作 。 ( 3 ) 矿石 中钨 ( 主要 是 白钨 ) 含 量 虽 然 不 高 , 但 其 密度 较大 的特性 易 于重选 时富集 综合 回收 。 参考文献 1 周新 民 选矿试 验报告 R 郑州 : 河南 省岩 石矿物测 试 中 心 , 2 0 0 8 2 任斌 五龙金 矿选矿 厂考查报 告 R 北京 : 北京有 色冶金设 计研 究总院 , 1 9 8 3 3 焦瑞 琦 “ 重浮氰 ” 联合工 艺处 理含铜碲 金矿石技术探 索 J 中国矿 山工程 , 2 0 1 2 , ( 5 ) : 3 8 3 9 4 吴 弋 某环保型药剂在全 泥炭浆提 金工艺
29、中的试 验 研究与生产实践 J 黄金 , 2 0 1 3 , ( 5 ) : 5 2 5 3 5 李雁 南 石硫合剂法浸 出金 J 湿法 冶金 , 1 9 9 8 , ( 4 ) : 1 2 6 兰新哲 , 张箭 石硫 合剂提 取金银 的方 法 P 中国 专利 : C N 1 1 2 8 2 9 6 A, 1 9 9 6 0 8 0 7 7 蔡玲 , 孙长 泉 , 孙 成林 伴 生金 银综 合 回收 M 北 京 : 冶金工业 出版社 , 1 9 9 9 8 黄礼煌 金银提 取技 术 M 北京 : 冶金工 业 出版社 , 2 0 05 9 孙戬 金银冶金 M 北京 : 冶金工业 出版社 , 2
30、0 0 5 ( 上接 第 1 7页 ) 分设备 、 设施进行必要的升级改造是保证排泥系统 有 效工 作 的必经 之路 。 ( 3 ) 结合采矿 、 地质专业人员 , 对井下涌水 的水 质进行综合治理 , 从源头上保证水质是保证排水排 泥效率的重 中之重。 ( 4 ) 稳步引进、 推广国产泵试验 , 提高 国产泵备 品备件质量, 走 国产化是降本增效的最佳途径。 4 结语 通过 中色 非洲 矿业公 司工 程技 术人 员及外 协施 工单位多年的不懈努力 , 终于使谦 比希铜矿的井下 排水 系统 得 到 了质 的保 证 及 量 的提 升 , 为 矿 山 的 可 持续 性安 全 开采 打下 了坚 实
31、的基 础 , 使 得 泵 站 的 运 行模 式从 安全 运行 转 向经 济 运行 成 为 可 能 , 同时 为 该 公 司正在基 建 的东南 矿体井 下排 水 系统提 供 了可 靠的技术支持 , 对于国内外富水矿山的基建及老矿 山井下排 水 系统 的改造 工程具 有借 鉴 意义 。 参考文献 1 F r e e m a n P V D e s c r i p t i o n o f m i n e r a l d e p o s i t s o n t h e C o p p e r b e l t( a n d K a b w e , N a m p u n d w e ) R L u s
32、a k a , Z a mbi a Co ns o l i d a t e d Co pp e r Mi ne s Lt d u n pu b l i s h e d c o mp a n y r e p o r t , 1 98 8 19 5 2 郝太平 , 李炳有 , 王桂秀 , 等 赞 比亚铜 矿带地 质 : 赞 比 亚铜矿带概论 J 青海地 质科技情报 , 1 9 9 1 , ( 2 ) : 3 28 3 赵兴国 赞 比亚谦 比希铜 矿 地质 特 征 J 地质 与 勘 探 , 2 0 1 0, 4 6( 1 ): 1 8 31 9 0 4 徐京苑 , 周 贵斌 赞 比亚谦 比西铜矿水文地质条件和疏 干方案研究 J 工程地质学报 , 2 0 0 0 , ( 2 ) : 1 8 0 1 8 5