膏体泵送充填工艺设备选择.pdf

2 0 0 2年 2月 第 3 1卷第 1 期 有 色 矿 山 Non f e r r o u s M i n e s Fe b． ， 2 0 02 VO1 ． 31 NO． 1 膏体泵送 充填工艺设备选择 王佩勋 ， 袁 家谦 ， 王五松 金 川有色金属 公司 ， 甘肃 金 昌 7 3 7 1 0 2 [ 关键词 】膏体 泵送 ；充填设备 ； 选择 [ 摘要 】通过 全尾砂膏体 泵送充填 工 艺及 其设备 试验 研 究 、 尾砂 膏 体泵 送 充填 系统工 业 化试 验与 应 用的 实 践 ． 介绍膏体 泵送充填 工艺主要设 备的选择 ， 以及 在安装调试 过程 中应注意 的问题 。 [ 中图分 类号 】T D 8 5 3 ． 3 4 [ 文献标识 码 】 B [ 文章编号 】1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 0 2 0 1 0 0 1 0 0 3 Eq ui pm e n t s e l e c t i o n o f pu m p i n g pa s t e f i l l i ng W ANG P e i x u n ，YUAN J i a q i a n ，W ANG W u s o n g J i n c h u a n No n f e , , o u s Me t a l s C o mp a n y，J i n c h a n g 7 3 7 1 0 2 ，C h i n a Ke y wor d sp u m p i n g p a s t e；f i l l i n g e qu i p me nt ；s e l e c t i o n Ab s t r a c t Ba s e d o n t he t e s t s t u dy a b ou t p umpi ng p a s t e f i l l i n g t e c h no l o gy a nd e q ui pme n t ， i n whi c h mi l l t a i l i n gs a r e u s e d ， i n du s t r i a l t e s t a n d a pp l i c a t i o n pr a c t i c e o f pu mpi ng pa s t e f i l l i n g s y s t e m ，t he s e l e c t i o n of m a i n e q ui pme nt o f t h i s t e c h n o l o g y a n d s o me i s s u e s t h a t s h o u l d b e n o t e d i n e r e c t i o n a n d a d j u s t i n g a r e i n t r o d u c e d ． 1 前言 金川矿区为了采用现代化矿 山膏体泵送充填高 新技术， 从 9 0年代初相继进行了全尾砂膏体泵送 充 填工 艺及其设备试验研 究， 尾砂 膏体泵送充填坑 内 加水泥地面半工业试验研 究。在此基础 之上， 设计 建造了二矿区西部第二充填站尾砂膏体泵送充填系 统， 鉴于该系统工艺 的复杂性 、 特殊性 ， 在交付 生产 使用之前， 又进行 了金 川二矿 区尾砂膏体泵送 充填 系统工业化试验研究。因膏体泵送 充填， 国内尚缺 少设计经验和生产经验， 所 以经过 较长时 间反 复改 进及调试， 使该 系统的流程全部畅通， 各主要设备匹 配及工艺条件 已摸 清。这些重要 科研 成果的取得， 为工业化应用积累了经验， 奠定了基础。 膏体泵送充填工艺综合运用了现代工业 的多项 新技术 微细颗粒材料浓缩脱水工艺与设备、 膏体泵 送工艺与设备 、 膏体制备工艺与设备、 水泥乳化工艺 与搅抖设备 、 计算 机集散控制技术与仪 表。全 系统 [ 收稿 日期 】2 0 0 1 0 7 1 3 [ 作者 简介 】王 佩勋 1 9 4 5一 ， 男， 陕 西 咸 阳市 人， 高 级 工程 师 ， 从事矿 山充填工艺工 作。 采用了许 多大型或大功率设备和现代化仪表。因此 合理正确选择这 些设备和仪表， 使其 满足尾砂膏体 泵送 充填工艺的需要 ， 最终 为矿 山获取较 好的经济 效 益 。 能否顺 利将 尾砂膏体 泵送 充填工 艺应 用于生 产， 除工艺技术条件外， 设备参数 、 性能选择 、 匹配使 用及其运行状况是 否稳定， 是至关重要的问题， 直接 关 系到膏体泵送充填工艺的成败， 必须慎重对待。 2 设备 的选 择 2 ． 1 尾砂浆浓缩脱水设备 尾砂 膏 体 泵送 充 填 工 艺 要 求 尾 砂 浆 浓 度 为 6 5 ％～8 0 ％， 而选 矿厂输送 出的尾砂浆浓度通常很 低 ， 很难达到 5 0 ％以上， 仅在 4 5 ％左右， 因此采用膏 体 充填， 需要将选矿厂输送来的尾砂浆脱水浓缩。 通常情况下， 选 矿厂尾砂浆 需经两级脱水浓缩 才能达到尾砂充填料所需要 的浓度。第一级为旋流 器， 第二级为高 效浓缩机或过滤 机。金 川尾砂膏体 泵送充填系统选矿厂尾矿车间采用一段旋流与高效 浓缩 机 配 套 使 用， 共 安 装 了 2 5 0旋 流 器 6 4台， l O O m 浓缩 机 2台 。 旋流器的选 择首先是要考虑满足充填能 力的需 维普资讯 第 1 期 王佩勋等 膏体泵送充填工艺设备选择 要 ， 其次是要保证有足够 的微细颗粒， 满足制备膏体 的需 要 。 膏体制备站通常 用过 滤机对尾砂浆再次脱水。 可供选择 的过滤 机有 圆盘过 滤机 、 鼓 式真 空过 滤 机 、 卧带式真空过滤机 、 水平带 式过滤机 、 高压 圆盘 过滤机、 框板式 压滤机等 多种。各种不 同的脱水设 备都有其严格工艺要求， 选择哪种， 一般要 由设备制 造厂家对矿 山尾砂粒级进行 反复试验而后确 定， 原 因是矿山尾砂粒 级往往变化较 大， 随机取 样存在偶 然误差， 必须反复取样确定。 金川二矿区尾砂膏体泵送充填 系统， 采用 2台 DZ G3 0 ／ 8 0水平带式真空过滤机将 尾砂浆制 成含水 率为 2 0 ％左右的尾砂滤饼， 供给制备膏体用。它是 通过重力和真空吸力实现固液分离的连续超大型过 滤机， 由真空泵 、 自动排液罐 、 真 空管、 真空箱 、 真空 阀、 架体、 胶带 、 滤 布等组 成。经过长 时间的调试 运 行确定了使用条件为 密封水 压 0 ． 1 ～0 ． 1 5 MP a 、 清 洗水 压≥0． 3 MP a 、 滤 布张 紧气 压 0． 1 ～0 ． 1 8 MP a 、 滤液管的真 空度 ≥0 ． 3 MP a 、 给尾 砂浆 浓度 5 0 ％～ 6 5 ％、 尾砂 中 一2 0 ／ m微细颗粒 不大 于 2 0 ％， 若有 一 个条件不能满足， 过 滤机就不能正常 供给合格 的尾 砂滤 饼 。 2 ． 2 尾砂膏体制备设备 膏体必须具备稳 定性 、 可塑性 、 可泵性 。 因此要 求物料配比要合理， 尤其是 尾砂粒级要 满足制备膏 体要求 金川 尾砂中 一3 0 ／ z m 微细颗 粒大 于 3 0 ％ ； 另外搅拌设备 必须有 足够 的容量 和充足 的搅拌 能 力， 保证膏体的均匀性 。 金川尾砂膏体泵送充填 系统， 采用两段搅拌， 为 此研制了两种专用搅拌机。一段为 A TDAI I 1 0 0 双轴叶片搅拌机， 二段为 AD T一4 7 0 0双轴螺旋搅拌 机， 这两种搅拌机 还兼 有输送 功 能， 搅 拌 能力均 为 6 0 ～8 0 m 0 ／ h 。两段搅 拌机 均采 用变频 器调速 。在 安装时要确保同心并且平行， 轴 调整 以齿轮箱端 为 准 。 ‘ 第二段双螺旋搅拌槽与 KS P一1 4 0 KHD泵授料 漏斗处， 原设 计无搅 拌装置， 致使 此处约有 l m。膏 体无法搅拌， 该 处膏体上稀 下浓 不均匀， 不利输送 ， 后来在该处安装 了小型立式搅拌机， 效果 良好 ， 确保 了该处膏体处于流动状 态， 防止 了骨 料在抽吸孔形 成棚料现象。 2 ． 3 尾砂膏体泵送设 备 由于膏体 的塑性粘度和屈服 应力很大 ， 尤其是 分级尾砂 加粉煤 灰膏体 的塑性 粘度 比一般 混凝 土 大， 一般情况依靠重力 自流输送是困难 的， 尤其是远 距离输送。至今在世 界范 围内， 仅有加拿大 国际镍 公司加森矿成功 的采用了依靠重力自流输送 的膏体 充填系统， 且膏体浓度相对较低， 其余矿山均采用泵 压输送方式。 高浓度砂泵、 混凝土泵， 可作 为输送膏体充填料 设备选用。该设备是泵 压输送 的关键， 因此泵 的正 确选择至关重要。德国普茨迈斯特机械有限公司生 产的 P M 泵 系列、 K OS泵 系列， 施维 因公 司生产 的 K S P泵 系列， 美 国 CC B 公 司 生 产 的 C一2 5 0 、 C一7 0 0 泵系列， 荷 兰奇好 泵公 司生 产的 D HC型和 D HT型系列， 中 国沈 阳工程机 械厂 生产 的 HB T6 0 型系列， 均 可供选择使用 。但应指 出， 德国普 茨迈斯 特公司生产 的全液 压双 缸活塞 泵性 能优 于其 他产 品， 为国际所公认。 在选 择泵时应特别注意两点， 就是 泵的出 口压 力必须大于管道输送 中总的压力损 失； 对泵分 配阀 更要精心选择 ， 它是泵的主要部件， 直接影响到泵的 使用寿命和泵送性能。 一 般 膏体 输送 泵 的输送 压力 以各种数 据 为基 础， 经过实验， 得 出了下列实用性经验公式 。 n ol 63 Pc K 。万 L 工 式 中 Pc 泵的输送压力， k g ／ c m ； K 比例常数 随膏体性质不同而异 ； Q 排量 ， I T l 0 ／ h ； D管 内径 ， IT l I T I ； L输送距离 ， IT I 。 当 P Q、 D、 L 参数 一定条件下 ， 比例常 数 K 根据膏体不 同的坍 落度， 可选 取 下列数 值 坍 落 度 1 5～2 5时， K 2 7 8 ． 3 ； 坍 落 度 1 0～ 1 4时， K 3 5 2． 3。 考虑到管道中的弯管和变径管压力损失 比水平 管大 ， 有必要选择具 有活塞前面压 力大 于按上述经 验公式求出的 的机种 。泵的压力选择要 留有 充 分的余地， 是因为 泵标明的最大压 力一般是设 定泵 处于理想工作状 态下所求得 的理 论值， 而实际应 用 过程中并非处于最佳工作状 态， 而是工 作条 件多变 较差的情况 。 金川尾 砂 膏体 泵 送 充 填 系统， 地 面 泵 站 采 用 KS P一1 4 0 KHD型全液压双缸活塞泵， 井下 1 2 5 0水 平接力泵站采用 KOS一2 1 7 0型全液压双缸活塞 泵， 维普资讯 1 2 有 色 矿 山 2 0 0 2年 第 3 1 卷 主要参数为 流量 6 0 ～8 0 m。 ／ h ， 瞬 间最大 流量不超 过 1 0 0 m3 ／ h ； 泵出 口持 续工作压力不超过 8 MP a ， 瞬 间最大工作压力不超过 1 0 MP a 。 活塞泵是利用抽吸行程和压送行程交替进行输 送的。 它能够达到很高的出 口压力， 所以当输送需要 较大 压力时， 一般被首先选用 。 实践说 明， 金川膏体泵送充填 系统采用 的两 台 全液压双缸活塞泵， 性能 良好， 便于操作， 安全可靠， 出 口压力大。在使 用时要 严格按厂家要求操 作、 维 护与保养， 并严格注意使用条件及润滑油 、 液压油的 不 同 型号 。 2 ． 4 水泥高速乳化搅拌设备 膏体 作为胶结充填材料， 必须加入一定量 的水 泥。添加方法可 以加入干粉状水泥， 也可以加入高 浓度水泥浆。在地面膏体制备站干加水泥可保证膏 体浓度不降低， 但要 冒管道被堵塞的危险， 在井下干 加， 污染很严重， 不利 于环境， 所 以一般不采用干加 水泥方式， 而多采用湿 加方 式。采用湿加是先将粉 状水泥制成高浓度水 泥浆， 在井 下加入膏体与之相 混合， 膏体浓度要降低 1 ％～1 ． 5 ％， 强度随之降低。 为了保证因膏体浓度 降低而不降低膏体强度 ， 在水 泥用量不变情况 下。 采用高速乳化搅 拌机对水泥乳 化， 最大限度的激发水泥 的潜 在性 能， 以提 高强度， 给膏体充填体强度 以补偿， 为此金 川矿区专 门立项 研制了水泥高速乳化搅拌机。经测试， 在水泥用量 不变情 况下， 可 以提 高强度 1 5 ％～2 0 ％。但是， 只 有 当 强 力 乳 化 搅 拌 机 转 速 从 5 6 0 r ／ mi n增 加 到 1 4 5 0 r ／ mi n时， 提高水泥 强度效果 才会显 著， 转速愈 高效果愈显著。但是转速 愈高， 对设备 制造的要求 愈高， 尤其转轴的材质与刚度 、 叶片的结构要充分重 视， 以延长高速强力搅拌机的使用寿命。 金川二矿区尾砂膏体泵送 充填系统， 采用在地 面将 粉状水泥用 高速乳化搅 拌机 制成 6 8 ％～7 0 ％ 高浓度 水 泥浆， 用 P M 泵 将高 浓度 水 泥浆 输送 至 1 2 5 0水平搅拌站与非胶结膏体搅拌混合， 充至采空 区。从金川实际使 用效果来看， 水 泥高速乳化搅拌 机还有待进一步改善。 除了上述 主要设 备外， 在整个膏体泵送 充填系 统中， 安设了多种不 同类型 阀门， 主要管道 阀门有 胶管 阀、 衬胶截止阀 、 矿浆 闸阀、 不锈钢 球形 阀等几 大类。但是 ， 这几类 阀门用于清 水或 其它液体没有 问题 ， 用于浆体， 尤其是粗颗粒浆体， 都不太理想， 开 闭相当困难， 使用寿命短。相对来说 ， 不锈钢球形阀 要 好 些 。 2 ． 5 计算机集散控制技术与仪表 采用泵压低速输送膏体， 膏体必须具备稳定性 、 可塑性、 可泵性 ， 这就要求准确控制计量膏体充填料 各组分 的给料量， 并 且整个泵送 充填 系统应形成 闭 路循环控制系统， 准 确监测膏体制备 与输送过程 中 的所有参数， 自动协调 和处理运行过 程中某个环节 出现的问题 ， 诸如压力过高或过低及管道堵塞等 ， 为 此还必须装备遥测、 遥控仪表。 金川膏体泵送充填 系统， 全部引进美 国生产 的 全 自动监控系统 ， 膏体 的全部制备过 程采用霍尼 韦 尔公司生产 的 Mi c r o TD C一3 0 0 0型 集散控 制系统 进行动态全过 程控 制， 并 存储全系统运 行全过程信 息及参数， 这是 中国矿 山首次采用 的世 界上最先进 的工业控制系统。 膏体含水量的微小变化将使管道输送阻力发生 很大变化， 设 计要 求膏体浓度控制精度 为 0 ． 5 ％。 所以必须对全流 程进 行动态监控 ， 必 须达 到精确配 料与计算， 这是膏体泵送 充填工 艺最重要 的环节之 一 。这点不同于浆体 充填系统 。 为此膏体 泵送充填 系统采用了一批新 型特殊仪表 ， 例如特种 压力传感 器 、 超声波液位计 、 超声波流量计 、 高精度浓度计 、 环 形压力计 、 管式粘度计等仪表。 膏体 浓度 的监测极其重要， 它是膏体泵送充填 工艺的眼睛。金川膏体泵送 充填系统浓度监测采用 澳大利亚最新产 品 阿姆德 尔数字 浓度计， 传感 器 型号 A M 一6 2 4 ／ 4 0 ， 处 理 器 型 号 AM 一5 2 5 ／ 4 0 ， 主 要技术性能 浓度适 用范 围 7 0 ％～9 0 ％， 介 质为充 填浆体或膏体。此浓度计不仅能够精确计量膏体浓 度， 而且具有两次报警功能， 一次是按设计浓度进行 正常工作报警 ， 表示 充填 系统在设计浓度 下安全运 行 ； 一次是按输送极限浓度报警 ， 表示充填系统管道 有即将堵塞的危险， 应立即采取有效措施， 确保管道 安 全运 行 。 3 结 语 膏体 泵送 充填工 艺 8 0年 代初 问世 于德国格隆 德铅锌矿 ， 因具有许 多优 点， 很快被 国 内外专家 、 学 者所重视， 积极开展膏体 充填料流变性能 的试 验研 究工作， 并将这一 新工 艺在一些矿 山推广应用。 目 前国外膏体泵送 充填工 艺及其理论 、 还未发 展到成 熟阶段 ， 而在中国尚属起步阶段 。 下 转 第 2 5页 维普资讯 第 1 期 陈秋宏 合理配矿是确保 出窿品位稳定的有效途径 2 5 理及考核 办法 、 进 行验 收 。 为确保矿石 出窿品位的稳定， 合理配矿， 需对某 些采区采矿量进行调整 ， 为此 以吨矿工 资作为调整 手段， 例如对某些采区采矿量实行少采加价， 多采扣 罚等经济措施， 取得了很好的效果 。 3 结论 1 降低贫化损失率， 合理进行配矿， 是保证 矿 石出窿品位稳定的关键。 2 合理 配矿， 必须贯彻执 行国家 资源 回收政 策， 坚持合理的 回采顺序， 坚持“ 大小 、 贫富、 厚薄 、 难 易” 兼采的原则， 才能保证矿 山达到最佳的经济效益 和社会效益。 3 在 目前市场经济下， 矿 山企业难以承担 “ 无 产出” 的投入。建议上级主管部门， 在制定矿石出窿 品位指标时， 应把矿 山生产产 品与市场 价格结合起 来 ， 制 定合理的执行指标。 [ 参考文献 ] [ 1 ] 张轸 矿 山地 质学 [ M] ． 1 9 8 2 ． 热烈祝贺 巾 国矿 山 柏赫成 窖制 造公 司有 色设备 部 成 立 5周 年 维普资讯