圖拉爾根銅鎳礦全尾砂高效濃密穩(wěn)定放砂裝備應(yīng)用研究

吳大瑋，鄧高嶺，鄭伯坤，李強(qiáng)

(1.哈密和鑫礦業(yè)有限公司，新疆 哈密市 839000;2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410012)

實(shí)現(xiàn)全尾砂高濃度充填的核心是全尾砂料漿濃密技術(shù)，如何將低濃度的全尾砂料漿濃密至滿足充填要求的高濃度料漿，一直是充填技術(shù)研究重要的領(lǐng)域。而技術(shù)的進(jìn)步凝結(jié)于裝備的創(chuàng)新，本研究研發(fā)了一種全尾砂高效濃密穩(wěn)定放砂砂倉(cāng)，實(shí)現(xiàn)了全尾砂漿高效率濃密以及穩(wěn)定放砂。

1 現(xiàn)有濃密技術(shù)及問(wèn)題

現(xiàn)有全尾砂濃密技術(shù)主要有2 類，第1 類是利用機(jī)械脫水原理進(jìn)行全尾砂濃密，主要采用板框壓濾機(jī)、隔膜壓濾機(jī)、廂式壓濾機(jī)、陶瓷過(guò)濾機(jī)等設(shè)備。第2 類是利用沉降脫水原理進(jìn)行全尾砂濃密，主要采用濃密機(jī)、砂倉(cāng)進(jìn)行沉降脫水，若全尾砂利用率要求較高或溢流水要求較高則輔助添加絮凝劑，利用絮凝沉降，降低溢流水含固量。

機(jī)械脫水能耗大，制約了設(shè)備處理能力，造成機(jī)械脫水成本較高，初期投資較大。

傳統(tǒng)的濃密機(jī)進(jìn)行全尾砂料漿濃密，通常存在設(shè)施占地較大、底流濃度偏低、裝備造價(jià)偏高、不添加絮凝劑時(shí)常出現(xiàn)溢流濃度偏高等問(wèn)題。而傳統(tǒng)的砂倉(cāng)進(jìn)行全尾砂料漿濃密，通常存在溢流濃度偏高、砂倉(cāng)放砂流量不穩(wěn)定或濃度不穩(wěn)定等問(wèn)題。

2 新型砂倉(cāng)的濃密技術(shù)及裝備研究

（1）采用溢流槽配合階梯排水閥，排出濃密過(guò)程的溢流水。該技術(shù)解決了由于壓縮區(qū)料位和溢流點(diǎn)的高度差較小時(shí)，料漿沉降的空間較小，不易濃縮至穩(wěn)定狀態(tài)而隨著溢流排出砂倉(cāng)的問(wèn)題。技術(shù)實(shí)施過(guò)程：當(dāng)壓縮區(qū)料位達(dá)到某一高度時(shí)，停止進(jìn)料，進(jìn)行自然沉降，再開(kāi)啟階梯排水閥，排出壓縮區(qū)上部的一部分清水，完成砂倉(cāng)內(nèi)濃度的調(diào)整。溢流濃度得到有效控制，提高了尾砂利用率。

（2）采用較大面積的倉(cāng)體上口，配合對(duì)角布置進(jìn)料點(diǎn)和溢流點(diǎn)，溢流采用溢流槽取代傳統(tǒng)砂倉(cāng)的溢流環(huán)道，綜合這3 項(xiàng)技術(shù)加長(zhǎng)進(jìn)料點(diǎn)和溢流點(diǎn)的距離，使得尾砂顆粒從進(jìn)入砂倉(cāng)到溢流排出砂倉(cāng)的時(shí)間大大加長(zhǎng)，從而使更多的顆粒沉降，進(jìn)一步控制溢流濃度。該技術(shù)實(shí)施過(guò)程：尾砂輸送管出口布置于砂倉(cāng)一邊或角落上，而溢流槽布置于對(duì)角緊貼砂倉(cāng)壁或角落上，延長(zhǎng)了進(jìn)砂在砂倉(cāng)內(nèi)的停留時(shí)間和運(yùn)行距離，有限控制了溢流濃度，提高了濃密效率。

（3）根據(jù)尾砂沉降性能、粒度分布、放砂濃度要求、充填能力要求等因素對(duì)溢流口、階梯閥、倉(cāng)底的相對(duì)標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，以確保足夠的沉縮區(qū)高度，且較快速地達(dá)到足夠的沉縮區(qū)高度，而階梯閥的調(diào)節(jié)范圍正好可覆蓋放砂濃度要求。

（4）在進(jìn)砂管出料口布置消能裝置，減小進(jìn)砂管排放的砂漿對(duì)砂倉(cāng)內(nèi)料漿的沖擊，砂倉(cāng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，從而降低料漿對(duì)砂倉(cāng)內(nèi)顆粒自然沉降的擾動(dòng)。

圖1 砂倉(cāng)結(jié)構(gòu)

3 新型砂倉(cāng)造漿、放砂技術(shù)及裝備研究

3.1 改善噴嘴布置角度

噴嘴壓氣方向豎直向上和水平噴出交替布置，且每一排壓氣管負(fù)責(zé)一個(gè)方向的壓氣，大大降低噴嘴間壓氣短路的現(xiàn)象。所使用的噴嘴噴出方向?qū)Ｒ?，壓氣為頂部方向噴出。技術(shù)實(shí)施過(guò)程：相鄰兩排的噴嘴錯(cuò)開(kāi)布置，一排為豎直方向噴嘴，一排為水平方向噴嘴。豎直方向噴嘴將料漿一面區(qū)域內(nèi)的顆粒往高處輸送，水平方向噴嘴推動(dòng)豎直方向噴嘴作用區(qū)域死角處的料漿。

3.2 噴嘴研發(fā)

研發(fā)可靠性高的噴嘴，使噴嘴使用壽命大大加長(zhǎng)，故障率大幅降低，從而保證在砂倉(cāng)連續(xù)使用的情況下，倉(cāng)底的噴嘴不會(huì)出現(xiàn)大面積失效的情況。本研究研發(fā)的新型防堵噴嘴，采用兩道防堵措施，且每道措施可靠性高，大大提高了噴嘴可靠性。新型防堵噴嘴的結(jié)構(gòu)如圖2 所示，主要原理如下：

圖2 新型防堵噴嘴結(jié)構(gòu)

第一道防堵實(shí)施：開(kāi)啟壓氣時(shí)，壓氣進(jìn)入內(nèi)氣室，憑借壓力沖開(kāi)割口墊片的割口，壓氣進(jìn)入外氣室，再進(jìn)入出氣孔，憑借壓力使緊裹著噴頭的彈性套管脹開(kāi)，壓氣從彈性套管和噴頭的間隙噴出，此時(shí)由于壓氣穩(wěn)定供給，尾砂漿不會(huì)從間隙進(jìn)入噴嘴內(nèi)部；關(guān)閉壓氣時(shí)，噴嘴內(nèi)氣體壓力消失，脹開(kāi)的彈性套管迅速恢復(fù)原狀，緊緊包住噴頭，使得砂漿與出氣孔隔離。

第二道防堵實(shí)施：尾砂充填時(shí)細(xì)顆粒不會(huì)進(jìn)入噴嘴，堵塞噴嘴。當(dāng)出現(xiàn)彈性套管恢復(fù)不及時(shí)，或彈性套管與噴頭存在細(xì)小縫隙，造成少量細(xì)砂進(jìn)入出氣孔和外氣室時(shí)，割口墊片將阻止細(xì)砂進(jìn)入內(nèi)氣室避免堵塞壓氣管道，當(dāng)壓氣重新開(kāi)啟時(shí)，少量的細(xì)砂隨壓氣從外氣室排除，從而實(shí)現(xiàn)第二道防堵。

3.3 流量自動(dòng)控制裝置的研發(fā)

研發(fā)流量自動(dòng)控制箱，用于獨(dú)立控制放砂流量，同時(shí)監(jiān)控流量異常波動(dòng)現(xiàn)象。

本研究研發(fā)的流量自控控制箱，結(jié)構(gòu)如圖3 所示。其主要原理如下：

圖3 流量自動(dòng)控制箱

采用流量計(jì)監(jiān)測(cè)流量，電動(dòng)閥調(diào)整流量，控制器對(duì)流量計(jì)輸出的流量數(shù)據(jù)信號(hào)做智能運(yùn)算分析并發(fā)出信號(hào)調(diào)整電動(dòng)閥開(kāi)合度，電動(dòng)閥初始開(kāi)度為某一值（可以是50%）。采用內(nèi)徑小于80%放砂管內(nèi)徑的電磁流量計(jì)、串聯(lián)管、電動(dòng)閥，使充填輸送過(guò)程中電磁流量計(jì)、串聯(lián)管、電動(dòng)閥處于滿管狀態(tài)，確保流量測(cè)量的準(zhǔn)確性和電動(dòng)閥調(diào)整的有效性。當(dāng)流量波動(dòng)超過(guò)所設(shè)定的合理值范圍時(shí)，控制器啟動(dòng)聲光報(bào)警裝置，提示異常。

4 結(jié)論

圖拉爾根銅鎳礦全尾砂高效濃密穩(wěn)定放砂裝備采用溢流槽配合階梯排水閥，進(jìn)行濃密過(guò)程的溢流水排出。采用較大面積的倉(cāng)體上口，配合對(duì)角布置進(jìn)料點(diǎn)和溢流點(diǎn)，溢流采用溢流槽取代傳統(tǒng)砂倉(cāng)的溢流環(huán)道。布置消能裝置，減小進(jìn)砂管排放的砂漿對(duì)砂倉(cāng)內(nèi)料漿的沖擊。改善噴嘴布置角度，噴嘴壓氣方向豎直向上和水平噴出交替布置，且每一排壓氣管負(fù)責(zé)一個(gè)方向的壓氣，大大降低噴嘴間壓氣短路的現(xiàn)象。研發(fā)可靠性高的噴嘴，使噴嘴使用壽命大大加長(zhǎng)，故障率大幅降低，從而保證在砂倉(cāng)連續(xù)使用的情況下，倉(cāng)底的噴嘴不會(huì)出現(xiàn)大面積失效的情況。研發(fā)流量自動(dòng)控制箱，用于獨(dú)立控制放砂流量，同時(shí)監(jiān)控流量異常波動(dòng)現(xiàn)象。通過(guò)以上技術(shù)手段確保了全尾砂高效濃密與穩(wěn)定放砂，該研究可為其他礦山全尾砂漿高效濃密和穩(wěn)定放砂提供參考。