CN103334756A - 一种尾矿回采装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种尾矿回采装置及方法，该装置包括浮子或船、水下搅拌机、砂浆泵、矿浆浓度在线检测装置、矿浆浓度自控装置，所述水下搅拌机安装在浮子或船上，安装高度为水下1.2m-2.0m，所述砂浆泵安装在浮子或船上，所述砂浆泵进口的安装高度同水下搅拌机的安装高度，所述矿浆浓度在线检测装置安装于浮子或船上，位于砂浆泵出口处。本发明还包括一种尾矿回采方法。本发明之尾矿回采装置，设备体积小，机动灵活，适应于尾矿库内各区域，能充分利用尾矿库内死角余料和山坡挂帮物料；本发明之尾矿回采方法，可根据后续工艺要求，矿浆浓度在10%-45%范围内任意调整，且矿浆浓度波动范围小；可实现全天候连续稳定生产。

Description

一种尾矿回采装置及方法

技术领域

本发明涉及一种尾矿回采装置及方法。

背景技术

由于过去选矿技术的局限，许多矿产资源未得到充分利用，与尾矿一同排入尾矿库堆存。随着矿产资源日渐稀缺和选矿技术的发展，尾矿的回采再选将成为资源综合利用的热门。

利用尾矿不仅是我国发展矿业循环经济、建设节约型、环境友好型社会的重要一环，同时也是落实科学发展观、缓解资源瓶颈的客观要求和重大举措。对尾矿进行综合回收利用，不仅能大大节约原生矿消耗，在开采量不变的情况下增加资源有效供应量，还能腾出土地、减少环境污染和生态破坏。

尾矿库尾矿回采的特点：无需进行穿孔爆破作业，尾矿库地表以下的地方几乎无剥离量，采场周边边坡的稳固性相对较差。与一般露天开采境界的确定方法一样，先要确定地表平面周界，并保留出一定的安全距离，再根据所确定的台阶要素，一层层往下圈定，直到最后一层，最后确定出采场的地平面周界。

现有的尾矿回采方法都是基于河道、湖泊清淤发展起来的，可大致归纳为三类：水采、干采和船采。

水采，即水力开采，是借助水的能力与尾矿本身的重力把尾矿冲击崩落，使尾矿从尾矿库内整体破碎分离出来。水力开采分为天然水力开采和机械化水力开采。天然水力开采是引用天然压力水冲刷分层的尾矿，冲刷工作面上的尾矿；机械化水力开采是使用水泵加压，通过高压水枪冲刷尾矿，冲刷后形成的尾矿浆再通过砂泵和运输管道运输到选矿厂。其中，机械化水力开采又可按水枪射流的喷射方向与回采下来的矿浆流动方向的相对关系划分为逆向、顺向、侧向三种。逆向冲采方法是水力机械化开采中普遍采用的方法，水枪布置在台阶的下平盘上，水枪射流几乎完全垂直射向工作面，冲击力大，能量利用比较充分，特别是对经挖掘机开挖松动后的砂矿体，其冲采效率高，而且单位耗水量也较低，被冲采形成的矿浆逆射流方向流入矿浆池或运矿主沟内，然后运输到选矿厂；顺向冲采方法是水枪顺着尾矿工作面冲采，射流的方向与矿浆流方向一致，有利于矿浆流动；侧向冲采方法是在吸取逆向冲采和顺向冲采的优点基础上提出来的，水枪安装在台阶的下平盘上，首先用逆向冲采法形成超前工作面，然后顺向冲采留下来的大部分砂矿，这时射流的喷射方向与矿浆流运方向一致，从而改善矿浆的流运条件，这种冲采方法使水枪距工作面的距离始终保持在最小范围内，所以其冲采效率较高，特别是在回采边缘较薄的边、小、残矿时，就更显现出其冲采效率高的效果。

尾矿水力开采目前还没有非常正规的规范要求，主要参照砂矿的开采方式，主要考虑的因素有：（1）水枪压力；（2）水枪离工作面的距离；水枪射出的射流到工作面的压力随着水枪离工作面的距离变化，越远压力就越小，在保证安全的情况下尽量将水枪置于距工作面最近的地方；（3）水枪供水系统；当水源高于尾矿库库区时，利用有高差的天然压力水，修建储水池并铺设管道提供水枪用水；当水源低于尾矿库库区时，需要建立水泵站且在尾矿库最高处建立蓄水池提供回采用水，尾矿库回收水可以作为回采用水；（4）水力输送；一般是使用砂泵将尾矿加压通过管道输送至选矿厂。

水采具有生产能力较大，成本较低，筛分除屑设备简单等特点，特别适合于沉积多年胶结比较严重的尾矿。但是，水采的技术要求比较高，需要根据生产效率和安全情况适时调整水枪角度和安全距离等，整个过程为全人工操作，劳动强度大，受天气、场地的影响较大，难以连续稳定地生产，所产生的矿浆浓度较低，一般为10%-30%（质量浓度，下同），且矿浆浓度波动范围大，泵输送负荷较大，效率低，后续选矿生产需设置较大的浓缩设备，不利于连续生产。

干采，即机械开采，使用推土机或挖掘机等开挖设备开挖尾矿，再通过装载机械直接将尾矿装入运载工具或者直接通过胶带机送入选矿厂。这种方法我国较少采用。尾矿干采方法可分为三种：自上而下的分层采矿法、一次到底的采矿法和台阶分层采矿法。一般都是在尾矿库中先选择布置好主干线，然后垂直于主干线在主干线的两侧铺设回采进路，布置回采进路的间距为采掘带的宽度（回采半径的两倍），再使用挖掘机沿着回采进路实施退路式回采，不断反复循环开采尾矿。分层高度通常根据挖掘机挖掘高度来选取，保证安全的情况下并提高挖掘机生产效率，自上而下的分层开采方法适应性较广；一次到底的开采方法适用于尾矿堆积厚度在10m之内，且尾矿库地板地形相对平缓的尾矿库；台阶分层开采法适用于尾矿堆积厚度大于15m的尾矿库。采出的尾矿通过运输设备运至受矿仓，再用适度压力的压力水通过水管喷嘴水碎形成矿浆，进入运输管道达到选矿厂。

干采虽具有生产工艺简单、灵活，管理比较容易，适用性也相对较强等特点，但也存在下列问题：（1）因为尾矿库堆积坝逐年向库内方向推进，并且尾矿都是从堆积坝坝顶向库内堆放，致尾矿库内不同粒级的尾矿叠加、沉积后形成层状构造，向库内方向更加明显；装载机铲装的尾矿大多呈片状，硬度大，不易水碎，筛分除屑作业困难，对生产效率影响很大；（2）回采作业成本较高；（3）开采工作面粉尘很大，对工作人员健康和环境保护不利，并且降尘措施费用大；（4）山坡挂帮尾矿难以清理；（5）受天气影响较大，雨天不能作业，此外，干采时需要考虑尾矿坝的承载强度，防止设备下陷。

船采，是比较新的一种尾矿回采方法，即采用确定相应能力的挖泥船或采砂船，按照规定的采掘带范围，划分采掘带安排采掘顺序，保持一定的采掘带宽度和挖掘深度，确定好船的开坑位置、采掘方向和排矿地点等。然后，挖泥船或采砂船在尾矿坝的水面上移动以将尾矿坝中的尾矿采挖上船，随后，将采挖的尾矿砂送至与挖掘设备相连的设备中，用高压水冲洗采挖的尾矿砂并对其进行搅拌和调浆，再使用运输管道进行输送。使用挖泥船或采砂船开采，尾矿库必须保持一定的水位，一般在lm左右。船采生产过程的特点是：挖掘尾矿—运输—卸除尾矿，工作过程可一次连续完成。

船采具有生产能力大，劳动生产率高，生产集中，便于管理等优点，其缺点是：使用条件要求比较严格，受库区地形、岩性和温度的影响较大；尾矿的粒级分布复杂，同一尾矿坝的不同地段的物理特性可能不一样，在某个地段透水性极小，而在其它地段则可能透水性较大，且不易控制；船采时尾矿库内的水可能对坝体产生很危险的水压，且不断地向坝体渗透，对于高度较大的尾矿坝以及有腐蚀性的尾矿坝都不适用，安全问题较突出，山坡挂帮尾矿也难以清理；此外，采砂船设备一般较大，比较笨重，所需的水面面积宽，受场地限制，采砂浓度一般为8%-35%，波动大，泵输送负荷较大，效率低，后续选矿生产需设置较大的浓缩设备，不利于连续生产。

国内外尾矿开采均以水采、船采方法多，干采实例很少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种矿浆浓度波动范围小，受天气影响小，可连续稳定生产，便于利用尾矿库内死角物料、山坡挂帮物料，矿浆浓度稳定，后续矿浆输送、选矿工艺的浓缩设备投资少，运行费用低的尾矿回采装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明之尾矿回采装置，包括浮子或船、水下搅拌机、砂浆泵、矿浆浓度在线检测装置、矿浆浓度自控装置，所述水下搅拌机安装在浮子或船上，安装高度为水下1.2m-2.0m，所述砂浆泵安装在浮子或船上，所述砂浆泵进口的安装高度同水下搅拌机的安装高度，所述矿浆浓度在线检测装置安装于浮子或船上，位于砂浆泵出口处，所述矿浆浓度自控装置包括控制器和动力装置，所述控制器分别与矿浆浓度在线检测装置、动力装置相连。

进一步，所述水下搅拌机对称安装，以便装置运转平衡。

进一步，所述矿浆浓度在线检测装置为计量秤、浓度仪、密度仪或压力计等反映矿浆浓度的仪器。

进一步，所述动力装置为推进搅拌机、推进桨或导流板等，安装在浮子或船上。

进一步，所述动力装置为卷扬机等，安装在浮子或船上，或者安装在浮子或船外。

所述浮子或船可根据现场工况条件自由选择，并可设计成圆形或长方形等。

所述水下搅拌机的规格（推力大小）和数量的选择根据采矿规模、尾矿比重、矿浆沉降性能、尾矿粒度、尾矿黏度、尾矿板结程度确定。

所述砂浆泵可立式安装或卧式安装，可水下安装或水上安装，根据现场工况条件自由选择；所述砂浆泵进口的安装高度同水下搅拌机的安装高度，此区域内（矿浆流场内）的矿浆浓度最高；所述砂浆泵的流量根据采矿规模和矿浆浓度确定，所述砂浆泵的扬程根据矿浆比重、输送几何高度和输送距离确定。

所述矿浆浓度在线检测装置和矿浆浓度自控装置可保证回采矿浆浓度稳定，矿浆浓度可在10%-45%内任意选择，波动范围小。

以上装置部件可根据尾矿性质、工况条件、投资等情况进行自由组合。

本发明之尾矿回采方法，将水下搅拌机制浆和泵吸相结合，简称为浆吸法，具体步骤为：首先，利用水下搅拌机搅拌产生的推力对尾矿库内的尾矿进行冲刷清掏，在水下和矿体内形成一个矿洞，上面和周边的矿体随着矿洞的扩大逐步崩塌进入水体，在搅拌的作用下浆化形成矿浆，矿浆在搅拌的作用下形成一个矿浆流场；然后通过矿浆浓度在线检测装置检测矿浆浓度，当矿浆浓度未达到设定值10wt%-45wt%时，矿浆浓度自控装置自动调整和控制水下搅拌机与尾矿矿体间的距离，使浮子或船跟进矿体，使更多的尾矿进入矿浆流场内，从而提高矿浆浓度；当矿浆浓度达到设定值10wt%-45wt%时，通过砂浆泵，将矿浆输送至排矿点或选矿厂。

本发明尾矿回采方法结合水采和船采的原理：先将尾矿制成一定浓度的矿浆，矿浆在以搅拌为中心的一定空间内（矿浆流场内），矿浆浓度相对稳定并为最高值，然后用矿浆泵输送至排矿点或选矿厂。采矿半径由水下搅拌机的推力大小、设备规格尺寸和装置的水面移动幅度决定；采矿深度由设备安装的水下深度和水上矿体高度决定，一般水下为1.7m-2.5m，水上为1.0m-2.0m，总深度可达4.0m以上。

矿浆浓度决定于尾矿矿体进入矿浆流场内的尾矿量和水量比值，除与尾矿本身特性有关外，与进入矿浆流场内的水量、采矿工作面水面积有关，尤其与水下搅拌机和尾矿矿体间的距离有关。因此，设置矿浆浓度自控装置对水下搅拌机和尾矿矿体间的距离进行自动调整和控制，即自动跟进矿体或水际线。

本发明之尾矿回采装置，设备体积小，机动灵活，适应于尾矿库内各区域，能充分利用尾矿库内死角余料和山坡挂帮物料；所需水面较小，水深也较浅，尾矿回采时可根据要求对尾矿库进行分区分片分层采矿，对尾矿库坝体产生的水压不高，安全性较好。

本发明之尾矿回采方法，可根据后续工艺要求，矿浆浓度在10%-45%范围内任意调整，且矿浆浓度波动范围小；可实现全天候连续稳定生产；矿浆浓度稳定，后续矿浆输送、选矿工艺的浓缩设备投资少（可节约50%的投资），运行费用较低（可节约30%）。

附图说明

图1 为本发明之尾矿回采装置实施例1的结构示意图。

具体实施方式

  以下结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

将尾矿库分为200m×200m的采矿区域，采深为4m（水下2m，水上2m），回采矿浆浓度为45%。

参照图1，本实施例之回采装置，包括浮子1、射流式水下搅拌机2、液下砂浆泵3、矿浆浓度在线检测装置4、矿浆浓度自控装置5，所述射流式水下搅拌机2成对安装在浮子1上（两对），安装高度为水下1.5m，所述液下砂浆泵3安装在浮子1上，所述液下砂浆泵3进口的安装高度同射流式水下搅拌机2的安装高度，所述矿浆浓度在线检测装置（计量秤）4安装在浮子1上，位于液下砂浆泵3出口处，所述矿浆浓度自控装置5包括控制器和推进搅拌机，所述控制器分别与矿浆浓度在线检测装置4、推进搅拌机相连，所述控制器和推进搅拌机安装在浮子1上。

本实施例之回采方法，首先，利用射流式水下搅拌机2搅拌产生的推力对尾矿库内的尾矿进行冲刷清掏，在水下和矿体内形成一个矿洞，上面和周边的矿体随着矿洞的扩大逐步崩塌进入水体，在射流式水下搅拌机2的作用下浆化形成矿浆，矿浆在搅拌的作用下形成一个矿浆流场；然后通过矿浆浓度在线检测装置（计量秤）4检测矿浆浓度，当矿浆浓度未达到设定值45wt%时，矿浆浓度自控装置5的推进搅拌机自动调整和控制射流式水下搅拌机2与尾矿矿体间的距离，使浮子1跟进矿体，使更多的尾矿进入矿浆流场内，从而提高矿浆浓度；当矿浆浓度达到设定值45wt%时，启动液下砂浆泵3将矿浆输送至排矿点。

实施例2

将尾矿库分为150m×150m的采矿区域，采深为3.5m（水下2.0m，水上1.5m），回采矿浆浓度为35%。

本实施例之回采装置与实施例1的区别在于：所述矿浆浓度在线检测装置为浓度仪；所述矿浆浓度自控装置中的推进搅拌机用推进桨替代。

本实施例之回采方法，首先，利用射流式水下搅拌机2搅拌产生的推力对尾矿库内的尾矿进行冲刷清掏，在水下和矿体内形成一个矿洞，上面和周边的矿体随着矿洞的扩大逐步崩塌进入水体，在射流式水下搅拌机2的作用下浆化形成矿浆，矿浆在搅拌的作用下形成一个矿浆流场；然后，通过矿浆浓度在线检测装置（浓度仪）4检测矿浆浓度，当矿浆浓度未达到设定值35wt%时，矿浆浓度自控装置5的推进桨自动调整和控制水下搅拌机与尾矿矿体间的距离，使浮子1跟进矿体，使更多的尾矿进入矿浆流场内，从而提高矿浆浓度；当矿浆浓度达到设定值35wt%时，用液下砂浆泵3将矿浆输送至排矿点。

实施例3

将尾矿库分为150m×150m的采矿区域，采深为3.0m（水下2.0m，水上1.0m），回采矿浆浓度为20%。

本实施例之回采装置与实施例1的区别在于：所述浮子1用船替代；所述液下砂浆泵3改用卧式砂浆泵（吸程6m）安装在船上，泵的进口安装高度同射流式水下搅拌机2的安装高度；所述矿浆浓度在线检测装置4为密度仪；所述矿浆浓度自控装置5中的推进搅拌机用导流板替代，所述导流板安装在船的底面一侧。

本实施例之回采方法，首先利用射流式水下搅拌机2产生的推力对尾矿库内的尾矿进行冲刷清掏，在水下和矿体内形成一个矿洞，上面和周边的矿体随着矿洞的扩大逐步崩塌进入水体，在射流式水下搅拌机2的作用下浆化形成矿浆，矿浆在搅拌的作用下形成一个矿浆流场；然后通过矿浆浓度在线检测装置（密度仪）4检测矿浆浓度，当矿浆浓度未达到设定值20wt%时，矿浆浓度自控装置5的导流板自动调整和控制射流式水下搅拌机2与尾矿矿体间的距离（导流板安装在装置的水下一侧，可对进入矿浆流场内的补充水进行导流，在砂浆泵抽吸下导流板的内外两侧形成一定的水压差，水压推动采矿装置向矿体移动），使船跟进矿体，使更多的尾矿进入矿浆流场内，从而提高矿浆浓度；当矿浆浓度达到设定值20wt%时，用卧式砂浆泵将矿浆输送至排矿点。

实施例4

将尾矿库分为100m×100m的采矿区域，采深为3.0m（水下2.0m，水上1.0m），回采矿浆浓度为10%。

本实施例之回采装置与实施例3的区别在于：所述矿浆浓度在线检测装置为压力仪；所述矿浆浓度自控装置中的导流板用卷扬机替代，所述卷扬机安装在船上。当然，所述卷扬机也可安装在船外，在此不再赘述。

本实施例之回采方法，首先用射流式水下搅拌机2搅拌产生的推力对尾矿库内的尾矿进行冲刷清掏，在水下和矿体内形成一个矿洞，上面和周边的矿体随着矿洞的扩大逐步崩塌进入水体，在射流式水下搅拌机2的作用下浆化形成矿浆，矿浆在搅拌的作用下形成一个矿浆流场；然后，通过矿浆浓度在线检测装置（压力计）4检测矿浆浓度，当矿浆浓度未达到设定值10wt%时，矿浆浓度自控装置（卷扬机安装固定船上，根据矿浆浓度开启，牵引船向矿体移动）自动调整和控制射流式水下搅拌机2与尾矿矿体间的距离，使船跟进矿体，使更多的尾矿进入矿浆流场内，从而提高矿浆浓度；当矿浆浓度达到设定值10wt%时，用卧式砂浆泵将矿浆输送至排矿点。

Claims (6)

1. 一种尾矿回采装置，包括浮子或船，其特征在于：还设有水下搅拌机、砂浆泵、矿浆浓度在线检测装置、矿浆浓度自控装置，所述水下搅拌机安装在浮子或船上，安装高度为水下1.2m-2.0m，所述砂浆泵安装在浮子或船上，所述砂浆泵进口的安装高度同水下搅拌机的安装高度，所述矿浆浓度在线检测装置安装于浮子或船上，位于砂浆泵出口处，所述矿浆浓度自控装置包括控制器和动力装置，所述控制器分别与矿浆浓度在线检测装置、动力装置相连。

2.根据权利要求1所述的尾矿回采装置，其特征在于：所述水下搅拌机对称安装。

3.根据权利要求1或2所述的尾矿回采装置，其特征在于：所述矿浆浓度在线检测装置为计量秤、浓度仪、密度仪或压力计。

4.根据权利要求1或2所述的尾矿回采装置，其特征在于：所述动力装置为推进搅拌机、推进桨或导流板，安装在浮子或船上。

5.根据权利要求1或2所述的尾矿回采装置，其特征在于：所述动力装置为卷扬机，安装在浮子或船上，或者安装在浮子或船外。

6.一种利用权利要求1所述装置的尾矿回采方法，其特征在于：首先，利用水下搅拌机搅拌产生的推力对尾矿库内的尾矿进行冲刷清掏，在水下和矿体内形成一个矿洞，上面和周边的矿体随着矿洞的扩大逐步崩塌进入水体，在搅拌的作用下浆化形成矿浆，矿浆在搅拌的作用下形成一个矿浆流场；然后，通过矿浆浓度在线检测装置检测矿浆浓度，当矿浆浓度未达到设定值10wt%-45wt%时，矿浆浓度自控装置自动调整和控制水下搅拌机与尾矿矿体间的距离，使浮子或船跟进矿体，使更多的尾矿进入矿浆流场内，从而提高矿浆浓度；当矿浆浓度达到设定值10wt%-45wt%时，通过砂浆泵，将矿浆输送至排矿点或选矿厂。

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