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汝城钨矿井下排水排泥系统研究与设计 徐海良 赵海鸣 中南工业大学机电工程学院长沙 410083 摘 要 本文根据汝城钨矿的实际情况, 设计出一种新的排泥系统 压气罐与真空泵排泥系统。 此系统具有机动性强, 安装操作方便, 经济实用、效力高、能力大, 机械化程度高等优点。值得推广应 用。 关键词 排泥系统 矿山 水仓 泥浆 DESIGN OF UNDERGROUND WATER AND MUD DRAINING SYSTEM OF RUCHENG TUNGSTEN MINE Xu Hailiang Zhao Haiming M idsouth University of T echnology 410083 Abstract According to existing conditions of Rucheng tungsten mine, a new underground water and mud draining system consisting of pressure air jar and vacuum pump has been developed. The system possesses the advantages of high flexibility,easy installation and operation,cost saving,high capacity and efficiency. Therefore, it is worth to promote the draining system introduced in the paper. Keywords Underground mine, Water and mud draining system, Water sump 汝城钨矿是一座 20 多年历史的老矿山,矿脉 留矿法采矿, 从上至下逐渐延伸,已开采至地下 400m 左右,水平达数 10km 2, 井巷纵横交错。井 下排水排泥设计时,考虑金属矿山泥砂量相对较 少, 采用巷道水沟沉淀,人工清理的方法清理泥 砂。但近几年随着采矿向下延伸,向外扩展, 由于 人工清理不及时, 巷道已逐渐淤积。地下水以及采 矿用水夹带粉矿进入水仓, 造成水仓淤积,水泵在 水仓淤积状况下工作, 水泵磨损十分严重,使水泵 不能正常工作。在丰水季节当水泵不能正常工作 时,经常造成井下被淹,给矿山生产造成严重的影 响,经济损失巨大。因此必须采取措施解决井下水 仓排泥难题。 1 井下排泥方案选择 由于巷道水沟和水仓都已淤积, 用人工清理全部 巷道和水仓淤泥已不可能, 因此必须重新设计清仓排 泥系统。常用的清仓排泥系统有 压气罐清仓串联 排泥系统; 压气罐配密闭泥仓用高压水排泥系统; 喷射泵清仓泥浆泵排泥系统; 油隔离泵清仓排泥 系统。上述 4 种排泥系统, 前两种方法压气罐必须埋 设于水仓底板之下, 一个水仓需埋设多个压气罐; 后 两种系统也需每个水仓安装一套排泥系统。且上述 4 种方法都必须先清理水仓淤积, 工程量大、 施工难 度高、 施工期长、 投资量大。而采用一种新的排泥系 统 压气罐与真空泵组合排泥系统, 此系统的原理 图如图 1, 由真空泵、 压气罐、 吸泥软管、 排泥管以及 4 个阀组成, 其工作原理为 1 关闭阀 K2、K3, 打开阀 K1、K4,启动真 空泵, 压气罐在真空泵作用下达到一定真空度后, 通过吸泥软管吸入泥浆, 当压气罐装满泥浆后, 关 闭真空泵。 2 关闭阀 K1、K4, 打开阀 K2, 然后打开阀 K3, 高压气进入压气罐,罐内泥浆在高压气的作 用下,通过排泥管把泥浆送到指定地点,然后关闭 阀 K2、K3, 打开阀 K1、K4,准备下一轮工作。 压气罐与真空泵排泥系统与传统排泥系统相比 有如下优点 1 机动性强。传统排泥系统安装以后不能移 动, 而压气罐与真空泵排泥系统可拆卸,如果把整 个系统安装于一辆小车上,机动性更好,在泥沙量 不大的金属矿山,整个矿山只需要一套排泥系统就 可以满足生产要求。 2 经济实用。传统排泥系统对井巷水仓有特 殊要求, 如传统压气罐排泥系统需要压气罐埋没于 32 中国矿业 2000 年第 9 卷第 6 期 水仓底板以下,且一个水仓需多个压气罐,每个水 仓需一套排泥系统,工程量大、设备投资大。而压 气罐与真空泵排泥系统可同时用于多个水仓排泥, 因此造价相对较低。 3 除上述优点外,压气罐与真空泵排泥系统 还有安装操作方便、事故少、维修方便等优点。 图 1 压气罐与真空泵组合排泥系统 11 真空泵 21 输泥管 31 高压气管 41 压气罐 51 软管 61 水仓 K1K2K3K4 阀 2 压气罐与真空泵排泥系统设计 1 压气罐壁厚设计 与传统压气罐一样加工成圆柱形状, 因此壁厚 S 是一个主要参数,可按如下公式计算。 S PR 7 [R] C 1 式中 R 罐体半径, 一般加工成 1 115m; P 设计压力, P 1115 113 工作压力; 7 焊缝系数,7 018 019; [ R] 材料许用应力; [ C] 壁厚附加量,即在腐蚀作用下,以 及材料偏差等必须增加的厚度。 2 排泥高度 压气罐的排泥高度一般近似根据管中流体流动 原理计算 Z1 P1 r u21 g Z2 P2 r u22 g hc1 2 式中 P1、P2 为压气罐排泥管进口和出口端压 力; r 为泥浆比重; u1、u2 为压气罐排泥管两端泥浆流速; Z1、Z2 为压气罐排泥管两端相对高度; hc1 为泥浆在管中流动的压力损失。 根据上述公式计算,单个压气罐的排泥高度为 30m 左右, 采用串联来提高排泥高度。但实际上单 个压气罐排泥高度远远超过 30m,高压气输送泥浆 实际上是一个气固液多相流动的问题。气固多相流 工程计算已有完善理论, 但计算非常复杂, 气固液 多相流更为复杂,在此不作讨论。 3 真空泵选用 由于真空度决定吸泥高度,因此选用真空泵的 主要参数是真空度, 吸泥高度 h 可由下式求得 h PL r 3 式中 L 真空度; P 大气压强; r 泥浆比重。 3 汝城钨矿井下排水排泥系统设计 汝城钨矿井下排水系统有水泵房 10 个,其中 大部分水仓已被淤积,特别是位于井底的水泵房, 如图 2 所示。 竖井矿石运输系统, 粉矿运输系统和井下排水 排泥系统交汇于此。矿区大部分矿石通过箕斗提升 至地面,放矿过程中漏下的粉矿用斜井卷扬运出, 水及泥浆流进水仓, 通过水泵把水排出地表。最先 未设计排泥系统,因此整个系统使用一段时间后, 水仓被泥浆淤积满, 水泵不能正常工作而使整个系 统经常被水淹,因此竖井和粉矿运输系统不能工 作, 整个系统处于瘫痪状态,对生产影响非常大。 安装图示压气罐与真空泵排泥系统,把水仓中的泥 浆通过压气罐输送到竖井提升箕斗,通过竖井矿石 运输系统把泥浆输送出地表, 解决了排泥难题。 图 2 汝城钨矿井底排水排泥系统 11 矿仓 21 提升箕斗 31 排泥系统 41 粉矿 51 水 仓 61 水泵 71 粉矿小车 从图 2 可知压气罐把泥浆输入箕斗后, 提升箕 斗把泥浆运输出地表,泥浆管道输送距离短。因此 具有显著优点 由于泥浆输送距离短,因此耗气 量小。 如果直接把泥浆输出地表,输送距离远且 需要安装专用管道, 在井下安装管道施工难度大; 33 汝城钨矿井下排水排泥系统研究与设计 由于泥浆中含砂量大, 因此管道磨损快, 特别是管 道弯头经常需维修,管道使用一段时间需要更换, 因此输送距离越短越好。 从上述两优点可知,泥 浆输送距离短能大大降低投资和生产成本。 汝城钨矿另外几个水仓排泥系统设计方案中, 泥浆输送距离也很短, 其中有把泥浆送入附近废弃 的平巷和附近采空场。压气罐与真空泵组合排泥与 传统压气罐一样可配合密闭泥仓高压水排泥、V 型 管排, 是一种很好的排泥方法, 值得推广。 4 结 论 压气罐与真空泵排泥系统除保留了传统压气罐 的效力高、能力大、使用时间长、对泥砂颗粒适应 性强、机械化程度高,清仓时水仓仍可使用等优点 外, 还增加了机动性强、投资少、经济实用、安装 操作方便、事故少、维修方便等优点, 因此值得在 金属矿山中推广。 收稿日期2000 年 4 月 24日 欢迎订阅 2001 年 5矿山机械6 月刊 邮发代号 36- 21 p 每期拥有约 90 个页码 26 万余字的 报道量, 国际标准大 16 开 A4 幅面, 阵 容强大,内容广泛充实,定价/ 容量比很 低。 p 作为历次机械系统评比以及历次中 宣部、新闻出版署和科技部三部联评均获 前三名的优秀科技期刊;作为由国家评定 的惟一横跨 / 矿业工程类 TD 、煤矿开 采 类 TD82和 机 械 及 仪 表 工 业 类 TH0 三大工程学科的中文核心期刊, 同 时涵盖了金属学与金属工艺学 TG 。矿 山机械广泛而牢固地覆盖着与矿山开采和 矿物处理装备有关的各种行业。 p 为便于不同读者群落的查阅与收藏, 本刊以 / 矿山开采0 和 / 矿物处理0 两个 专集交替出版。 p 2001 年定价 10 元/ 月, 全年 120 元。 内容 栏目 简介 以排版顺序 11 采掘 各类采矿 煤 机具、支护 设备、矿用通风与给排水设备等。 21 铲装运 各类铲运机、装载机、 挖掘机、自卸车、矿车、堆取料机、给料 机、翻车机、清理设备等。 31 提绞 各类提升机、绞车、架空索 道、天车等。 41 连续输送 各类胶带或刮板输送机、 斗提、各类输送泵等。 51 破磨 各种各类破碎机、磨机、超 细粉磨设备、碎石设备等等。 61 分选 各种各类筛分设备、浮选设 备、跳汰机、风选设备、浓缩机、干燥机、 除尘设备、搅拌机、除杂设备等等。 71 通用 设计制造和使用维护技术、 传动液压和控制技术、测试技术、材料、 内燃机、空压机、油泵、通用件、矿业机 械概论等等。 81 经验 设计制造和设备管理中的 地址 471039 河南省洛阳市涧西区 重庆路 34 中国矿业 2000 年第 9 卷第 6 期