2002年2月第31卷　第1期有　色　矿　山Nonferrous Mines Feb.,2002Vol.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737102) [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]TD853134 [文献标识码]B [文章编号]100228951(2002)0120010203Equipment selection of pumping paste f illingWAN G Pei 2xun ,YUAN Jia 2qian ,WAN G Wu 2song(Ji nchuan N on 2f errous Metals Com pany ,Ji nchang 737102,Chi na )K ey w ords :pumping paste ;filling equipment ;selectionAbstract :Based on the test study about pumping paste filling technology and equipment ,in which mill tailings are used ,industrial test and application practice of pumping paste filling system ,the selection of main equipment of this technology and some issues that should be noted in erection and adjusting are introduced. [收稿日期]2001207213[作者简介]王佩勋(1945-),男,陕西咸阳市人,高级工程师,从事矿山充填工艺工作。

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90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211　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65%～80%,而选矿厂输送出的尾砂浆浓度通常很低,很难达到50%以上,仅在45%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<250旋流器64台,<100m 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DZG30/80水平带式真空过滤机将尾砂浆制成含水率为20%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011～0115MPa、清洗水压≥013MPa、滤布张紧气压011～0118MPa、滤液管的真空度≥013MPa、给尾砂浆浓度50%～65%、尾砂中-20μm微细颗粒不大于20%,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。

212　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-30μm微细颗粒大于30%);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 TD-AⅢ<600双轴叶片搅拌机,二段为AD T-<700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60～80m3/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KSP-140KHD泵授料漏斗处,原设计无搅拌装置,致使此处约有1m3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。

213　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PM泵系列、KOS泵系列,施维因公司生产的KSP泵系列,美国C-CB公司生产的C-250、C-700泵系列,荷兰奇好泵公司生产的DHC型和DHT型系列,中国沈阳工程机械厂生产的HB T60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。

P C=K×Q0163D212×L111式中:P C———泵的输送压力,kg/cm2;K———比例常数(随膏体性质不同而异);Q———排量,m3/h;D———管内径,mm;L———输送距离,m。

当P C、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15～25时,K=27813;坍落度10～14时,K= 35213。

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P C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KSP-140KHD型全液压双缸活塞泵,井下1250水平接力泵站采用KOS-2170型全液压双缸活塞泵,11第1期 王佩勋等:膏体泵送充填工艺设备选择主要参数为:流量60～80m3/h,瞬间最大流量不超过100m3/h;泵出口持续工作压力不超过8MPa,瞬间最大工作压力不超过10MPa。

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。

214　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%～115%,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15%～20%。

但是,只有当强力乳化搅拌机转速从560r/min增加到1450r/min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68%～70%高浓度水泥浆,用PM泵将高浓度水泥浆输送至1250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。

215　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。