二矿区膏体充填工艺系统的优化及实施.pdf

金川科技 2 0 0 7年第2期 二矿区膏体充填工艺系统的优化及实施 莫亚斌刘洲 基 金川集团公司二矿区 【 摘要】 本文对二矿区膏体泵送充填工艺系统优化方案的设计及控制参数选取进行了理论计算分析， 对优化方 案的实施效果作了具体的描述 ， 并提 出了进一步 的完善措施。 【 关键词】 膏体充填 工艺系统 优化 控制参数效果 O 前言 金川 二矿 区 的尾 砂 膏体充 填工 艺 系统 自 1 9 9 9年转入工业生产 以来 ， 一直在进行不 问断 的试验研究和技术改造， 虽未取得实质性进展 ， 但却取得了十分宝贵的经验。在总结 以往技改 经验的基础上 ， 执行了“ 暴露问题、 分析问题和解 决问题” 的工作思路。 通过对所暴露问题的科学分析， 确定了尾砂 膏体充填系统不能正常运行的主要原因是 ①尾 砂过滤系统生产极不稳定， 致使尾砂供料不足且 连续性差； ②水 泥浆制备 与输送系统设计不合 理 ； ③系统环节过多、 太过复杂 ， 控制操作困难。 据此 ， 二矿区进行了为期一年多的尾砂膏体充填 系统优化技术改造， 取得了明显的效果。 1 优化方案 的提出及实施 在科学计 算和试验研究 的基础上 ， 提 出了 “ 大胆简化工艺、 改进不合理结构 ” 的整改指导 思想 ， 从 2 0 0 5年 6月起 ， 对尾砂供料系统、 水泥 活化搅拌及输送 系统、 膏体输送管路系统、 搅拌 槽的有效容积等进行了合理的技术改造和工艺 优化， 废除了水泥浆活化搅拌及其泵送系统 ， 取 消了 1 2 5 0水平泵站， 取消了尾砂过滤系统， 简化 了充填工艺环节 ， 降低 了管路沿程 阻力 ， 消除了 膏体充填系统的尾砂供料不稳不足、 水泥浆输送 不畅、 充填管爆裂等现象。图 1为优化后的尾砂 膏体泵送充填系统工艺流程示意图。 图1 优化后尾砂膏体泵送充填工艺流程图 该优化方案， 对系统作了极大的简化， 和原工艺 降低了管路沿程阻力损失的理论计算结果。 相比取消了 1 2 5 0水平接力泵站， 这是减少工艺环节 废除了水泥浆活化搅拌及其泵送系统， 主要是 的一个最重要措施 ， 一方面是基于多年来对膏体泵 解决水泥活化搅拌系统的搅拌能力设计不够， 下灰 送充填的认识， 另一方面也是管路系统整改后， 有效 13 堵塞严重和仓内壁挂灰严重， 供灰不足， 制浆浓度 维普资讯 2 0 0 7 年第 2 期 金川科技 2 7 达不到要求， 泵送管道灰浆易沉积等问题， 通过理论 的分析计算， 证明其设计的不足， 而选用自流充填所 用搅拌桶进行地表搅拌添加的方式。 膏体充填所用尾砂是从选矿厂的全尾砂经过旋 流分级后采用油隔离泵输送到二矿区的立式砂仓 中， 当进行尾砂膏体充填时， 通过造浆程序将立式砂 仓中的尾砂制成重量浓度为 6 5 ％左右的尾砂浆， 通 过调节阀放人送到过滤机滤布上。尾砂浆经过滤能 力为台效 2 4 t ／ h的两台过滤机脱水后， 形成含水量 小于2 5 ％的尾砂滤饼， 再通过皮带运送到搅拌槽。 但在实际生产中， 尾砂仓 的放砂浓度很难稳定在 6 5 ％以上， 通常在 4 5 ％ ～6 8 ％之间波动， 其流量也 随着浓度变化而波动。一方面导致缓冲搅拌桶的作 用失效 ， 另一方面导致过滤 系统 的过滤效果时好时 坏、 稳定性极差。在过滤效果好的时候滤饼含水量 和物料流量均可满足原设计要求， 但在过滤效果差 的时候， 尾砂浆在过滤机上四处流淌。最终结果是 尾砂制备量不足， 来料量波动性大， 致使膏体料的制 备质 量差 ， 管道 阻力增 大， 产生爆 管 ， 造成 非正常 停车。 尾砂过滤制备是膏体泵送充填工艺的一个最关 键环节， 但长期以来， 它不能满足膏体泵送充填的要 求。为此， 经过认真地分析研究和对膏体充填生产 的总结认识， 认为还需对尾砂过滤系统进行更为大 胆的简化， 这样可以提高 目前尾砂放砂浓度稳定控 制， 可以解决长期以来膏体充填生产实际上一直利 用提高磨砂添加量的办法来控制膏体料浆浓度这一 客观事实。从而制定出彻底取消过滤系统， 将尾砂 仓的尾砂浆引入 自流搅拌桶， 与水泥混合搅拌成重 量浓度为 7 0 ％左右的浆体后泵送到膏体制备系统 的一段、 二段搅拌槽， 与磨砂、 粉煤灰混合搅拌形成 胶结膏体， 用 K S P 1 4 0泵送到井下充填采空区的优 化方案。 2 工艺控制参数的选取 膏体泵送充填系统的工艺系统的优化， 必然要 对工艺物料配比和控制参数进行修订选取。为此， 确定了“ 在满足设备能力和工艺要求的前提下 ， 尽 可能的使用工业废料尾砂和粉煤灰” 的物料配比和 各控制参数选取的指导原则。并要解决膏体充填体 早强低 ， 脆性大 ， 易层裂的问题 。据此 ， 通过理论计 算分析和试验 ， 得出现工艺配比和控制参数实际可 行的结论。原工艺和现工艺配比和控制参数如表 1 所示。 表 1 膏体物料配合 比及控制操作参数 试验选取的工艺参数， 要适应充填水泥添加量 3 1 0 k g ／ m 新标准和改造后的工艺要求， 水泥 由 2 2 0 k g ／ m 调整为2 9 5 k g ／ m ， 这是为了将膏体充填 原设计的充填体质量强度 4 ． 0 M P a和下向胶结充填 体质量强度5 ． 0 M P a 的标准相统一。将磨砂与尾砂 控制比例由 1 1 调整 为 1 1～ 3 2是取消尾砂过滤 系统的必要前提。膏体料输送流量有 7 O～ 9 0 m ／ h 调整为 8 0～1 0 0 m ／ h ， 充填膏体料输送质量浓度的 控制范围扩大 1 ％ ， 为 7 6 ％ 一8 0 ％。 经过理论计算， 在取消过滤系统， 直接放砂时， 其中一部尾砂浆用于水泥浆的制备， 各物料在不同 控制条件下， 可制备的膏体充填料浓度如表 2 所示。 表 2 不同控制条件下。 膏体充填料浓度表 在上表中， 在带“h - 号的物料配比和控制条件下， 可 不必将尾砂浆和水泥混合后的制浆， 就可满足工艺控 维普资讯 金川科技 2 0 0 7年第 2期 制要求。实际生产中， 为保证膏体料浆浓度的可控性， 多用含水率较低的河沙替代磨砂。经一年来的生产应 用， 尾砂放砂浓度可控制在5 O ％ ～ 7 0 ％之间， 一般稳定 在6 0 ％左右， 完全可满足简化尾砂滤水工艺后的要求。 磨砂与尾砂的配比也达到 1 1～ 3 2控制范围内， 水泥 与尾砂浆混合后的制浆浓度达 6 8 ％～ 7 2 ％， 也完全满 足工艺要求。其它诸如膏体料输送流量、 浓度、 粉煤灰 添加量等工艺控制指标均可达到要求。 3 优化方案的实施效果 二矿区的尾砂膏体充填系统通过攻关项目组两 年多的试验摸索和技术整改， 对整套系统的多个不合 理环节进行了大刀阔斧的简化、 优化， 到2 0 O 6 年的4 月份， 优化的尾砂膏体充填系统已经转人了正常生 熙 咄 产。以下随机选取 2 0 0 6年 8月 2 6日对六 区 V盘区 2 1 进路尾砂膏体充填 开充时间为 1 O 5 0 ～ O 4 o ， 连 续充填 1 3 小时5 0 分钟， 使用磨砂 1 1 0 4 t ， 尾砂8 1 9 t 的实测数据， 来对技术整改后的效果作一简要分析。 3 ． 1 对水泥制浆和泵送系统的优化效果 通过对水泥浆制备系统和输送系统的技术整改 后 ， 水泥的添加量 可由原来 的0～1 2 t ／ h 提高到 O～ 3 5 t ／ h ， 灰浆输送浓度也由原来的5 0 ％左右提高 到7 0 ％左右， 完全满足了工艺控制要求。最为担心 的地表加灰对泵送管路影响， 目前影响并未发生。 使得原系统活化搅拌的问题和输送管路堵塞的问题 得以避免。图2 为水泥和尾砂浆混合搅拌后的混合 浆体控制浓度实测折线图。 八 人 厂 、 ， 、 ／ 、 ．．| ， 、 I／ 、 ．．． ．．．．．．．． ， ．．．．．． ， 、 7 r 、 厂 ⋯T 、 厂 、 厂 ⋯⋯、 ， ⋯ ⋯、 ， 、 ， V V V |’T ’ ⋯ ’’ ．， 时 间 2 0 0 6 ． 8 ． 2 6 L 二 磬 鏊 j 图 2 尾砂和水泥浆浓度控制实测 3 ． 2 取消过滤系统后的放砂质量 尾砂过滤系统取消后， 尾砂放砂的浓度和稳定性， 显的更为重要， 这是取消尾砂过滤系统的前提和保证。 通过多年来放砂经验的总结和尾砂仓下砂及输砂管路 尾 砂 浓 度 ％ 的改造， 尾砂仓可选择性的增强 图中 l 1 1 O分、 2 2 1 O 分尾砂放沙倒仓 ， 尾砂放砂浓度可控制在5 O ％ ～ 7 O ％ 之间， 一般稳定在6 0 ％左右， 完全可满足简化尾砂滤水 工艺的要求。尾砂浓度控制实测图3 所示。 ． ． 入 人／＼ ／ ／＼ ◆ 、． 一 、 厂 、 ． ▲ ’ 、 ’ ◆ 、 图 3 尾砂浓度实测控制 ‘ 3 ． 3 各物料配比波动状况 现工艺条件下， 磨砂与尾砂的添加比例， 取决于 尾砂放砂浓度。现操作规程要求 ， 尽可能的提高和 稳定放砂浓度， 使磨砂与尾砂的添加比例接近 1 1 ， ．∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 0 维普资讯 2 0 0 7 年第2期 金川科技 2 9 且不 得 低 于 3 2 。磨 砂 与 尾 砂 添 加 控 制 如 图 4 所示 。 。l 一 一 l l 1 ． ． 一 一 _ _ r _ 一 _ ， _ I- -．-_ 厂 1 r - 一 J 、 I． 一 一 ． ． 夭 入 厂 厂 ＼ ． 人 人 ▲ △ 广 V ＼ ／ ＼／＼ ／ r ＼ ． ◆ ’ 时间 2 0 0 6 ． 8 ． 2 6 屋 干量V h 一 二 壁 量_t 图 4 磨砂与尾砂实测控制图 3 ． 4 取消接力泵站及泵送管道安全运行情况 不出故障， 连续充填生产能力得到了保证。膏体充 取消 1 2 0 0中段接力泵站后， 并经对管道的整改 填生产能力也从 2 0 0 5年的3 m 方提高到 2 0 0 6年 加固， 一年来的泵送充填 9 万 m ， 开车 5 0多次， 最 的近 9 万 m 。 长充填管线经四个 中段 ， 总长达 1 7 0 0 m， 除采场塑 3 ． 6 膏体充填体质量 料管爆几次外 ， 主充填管道从未 因压力过大 ， 发生爆 长期坚持对膏体 充填体 的质量进行跟踪监测。 管和堵塞问题。 从监测的总体情况来看， 膏体充填形成的充填体的 3 ． 5 膏体泵送充填生产连续性 整体性和整体质量要比棒磨砂自流充填的好。从实 随着项目实施中的不断改进和完善， 生产的精 测的强度指标来看， 膏体充填的早期强度 3 d 较原 心合理组织， 每月膏体充填产量得以不断提高， 系统 工艺配比条件下的高， 后期强度指标与棒磨砂 自流 越趋稳定 ， 使二矿区的尾砂膏体充填工艺系统的连 充填的强度指标相当。表 3 是部分膏体充填体强度 续作业时间提高到了现在的2 4小时以上连续作业 的实测数据。 表 3 膏体充填的实测数据 4 结语 虽然二矿区的尾砂膏体充填系统已基本正常投 入生产了， 验证简化工艺方案的可行性和项 目 进度， 由于未购进新的设备和仪表 ， 导致设备和仪表和工 艺要求还存在不 匹配 的问题 ， 影响了膏体充填质量 的稳定控制， 并且现尾砂膏体系统占用了一套 自流 充填的搅拌桶， 如果长期占用该 自流搅拌桶， 将对二 矿区二期搅拌站的自流充填能力造成一定的影响。 因此， 建议做好水泥灰浆输送用渣浆泵、 尾砂流 量自动控制调节阀等设备及仪表 的选型和更新改 造， 重新修订泵送充填操作规程和泵送充填技术标 准 ， 以保证膏体充填 的生产 ， 实现金川公司膏体充填 系统生产能力的达产达标和工业废料的合理利用， 促进循环经济的发展和节约型企业的构建。 参考文献 1 充填采矿技术与应用 ． 刘同有等编著 ． 冶金出版杜． 2 0 0 1 2 金川有色金属公司矿山改扩建工程初步设计书 ． 北京有色冶金 设计研究总院 ． 2 0 0 1年 7月 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 如 ∞ O 维普资讯