三通裝置在管道自流充填采場改口的應(yīng)用

李 煒，白栓存，周 旭，廖美權(quán)（陜西煎茶嶺鎳業(yè)有限公司，陜西 略陽 724308）

三通裝置在管道自流充填采場改口的應(yīng)用

Application of three-way unit in fill pass diversion of gravity pipe filling

李 煒，白栓存，周 旭，廖美權(quán)（陜西煎茶嶺鎳業(yè)有限公司，陜西 略陽 724308）

礦山高濃度細(xì)砂管道自流沖填中，在采場改口或者設(shè)備臨時(shí)故障時(shí)，必須停機(jī)清洗管道或者為確保管道穩(wěn)流而持續(xù)注水，將大量的地表水通過管道輸送到井下采場，造成料漿濃度大幅度降低，對(duì)采場充填體破壞極大，同時(shí)也易造成跑灰、漏漿，對(duì)生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。在管道輸送系統(tǒng)加裝三通裝置后，避免了因采場改口造成的頻繁停機(jī)和洗管注水，實(shí)現(xiàn)了持續(xù)高濃度充填，提高了充填體強(qiáng)度。

自流管道充填；采場改口；三通裝置

1 前言

充填采礦法主要在金屬礦山使用，尤其是在圍巖和礦體穩(wěn)定性差的地質(zhì)條件下，對(duì)采礦安全和提高回收率有著極其明顯的優(yōu)勢。高濃度細(xì)砂管道自流充填，是利用漿體在垂直或傾斜管道中產(chǎn)生的自然壓差，克服管道沿程阻力損失和局部阻力損失，將漿體輸送至礦井下采空區(qū)。下向膠結(jié)充填是工藝要求復(fù)雜、充填體強(qiáng)度要求高的一種充填采礦法。

在高濃度細(xì)砂管道自流礦山充填生產(chǎn)中，高濃度充填料漿通過地表攪拌站制備好后，持續(xù)地通過鉆孔以及井下水平管道輸送到采場。當(dāng)一個(gè)采場充填完成后，必須全系統(tǒng)停機(jī)，并沖洗管道，待管道沖洗干凈，井下充填工方能將充填管道改口至下一個(gè)待充采場，每個(gè)采場充填都必須啟停充填系統(tǒng)一次。這對(duì)于高濃度管道自流充填來說，尤其是在充填量小于500m3采場，經(jīng)測算，停機(jī)一次，采場低于設(shè)計(jì)濃度的充填料進(jìn)入采場至少達(dá)到10%～15%，采場充填濃度整體會(huì)降低5%以上，系統(tǒng)和控制水平薄弱的礦山，僅進(jìn)入采場的水量就超過10%。由于水灰比低于設(shè)計(jì)參數(shù)，造成充填料離析，充填體質(zhì)量降低而造成充填體達(dá)不到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，給下層采礦安全埋下安全隱患。由于頻繁停機(jī)改口，不能連續(xù)充填，充填效率大幅度降低，充填時(shí)間只能達(dá)到理論工作時(shí)間的60%左右。

2 液壓閘板三通裝置及應(yīng)用

針對(duì)以上問題，煎茶嶺鎳礦通過排水三通原理和成熟的閥門制造技術(shù)，選擇氣動(dòng)閘板閥三通裝置，解決了頻繁停機(jī)改口對(duì)充填質(zhì)量的影響，實(shí)現(xiàn)了充填系統(tǒng)不停機(jī)改口。井下操作工能在現(xiàn)場帶料改口，確保多進(jìn)路連續(xù)充填時(shí)充填料濃度持續(xù)和穩(wěn)定，大幅度提高了充填功效。

氣動(dòng)閘板閥三通裝置結(jié)構(gòu)及使用原理:在采場口使用與充填管道內(nèi)管徑相同的內(nèi)襯陶瓷耐磨管制作成三通，三通兩個(gè)出口管道內(nèi)管壁夾角要盡量小，以保障充填料順暢輸送，實(shí)踐表明不超過30°均可順利輸送；在直管與三通連接段，距離不應(yīng)超過10cm，以防止集料過多造成充填料漿凝結(jié)以致不能順暢通過。在受沖擊和磨損最嚴(yán)重的三通頂角連接部位，可加固焊接，防止管道磨損破裂無法輸送料漿。三通裝置結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 三通改口裝置結(jié)構(gòu)示意圖

進(jìn)料口與出料口均接裝相匹配的法蘭盤，在兩端處分別安裝氣動(dòng)閘板閥，煎茶嶺礦安裝的DN100mm閘板閥經(jīng)過充填實(shí)踐證明閥門開閉時(shí)間僅為30秒，能順利實(shí)現(xiàn)充填料切換，滿足充填能力和生產(chǎn)需要。

將三通裝置與充填管及采場軟管連接好，A閘板閥接1號(hào)待充采場，B閘板閥接2號(hào)待充采場。先開A閘板閥并關(guān)閉B閘板閥，料漿通過三通裝置輸送到1號(hào)待充采場。1號(hào)采場充滿后，先打開B閘板閥，讓料漿流入2號(hào)采場，觀察B流量正常后，迅速關(guān)閉A閘板閥，實(shí)現(xiàn)充填管切換。A閘板閥關(guān)閉不漏漿后，將A閘板閥與1號(hào)采場充填軟管斷開，與3號(hào)采場充填軟管連接。2號(hào)采場充填完畢后，打開A閘板閥關(guān)閉B閘板閥充3號(hào)采場，同時(shí)B閘板閥與4號(hào)采場充填軟管對(duì)接。如此交替循環(huán)，直至充填完最后一個(gè)采場。最后按照停機(jī)清洗管道步驟清洗管道,清洗管道的廢水排至井下排水溝中,不進(jìn)入采場。

每次將采場充填軟管與三通斷開后，三通至采場的軟管必須使用高壓風(fēng)徹底疏通清理干凈，防止堵塞造成無法二次利用。

氣動(dòng)閘板閥三通裝置在充填系統(tǒng)應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）大幅度提高了充填效率。煎茶嶺鎳礦在沒有加裝此三通裝置前，每次停機(jī)改口需要清洗整個(gè)充填管網(wǎng)管道，壓風(fēng)壓水疏通管道、對(duì)接采場充填軟管等工作至少50分鐘左右。按照國內(nèi)礦山普遍充填能力為100m3/h和每天改口8次計(jì)算，礦山充填系統(tǒng)每天充填能力可提高667m3/h。

（2）充填濃度有效提高，保障了充填體質(zhì)量。充填制漿漿體濃度是一個(gè)逐步升高和穩(wěn)定的過程，在期初制漿和期末制漿時(shí)，充填料漿濃度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)參數(shù)，充填體強(qiáng)度達(dá)不到安全需要，只有制漿中期平穩(wěn)運(yùn)行的一段時(shí)間制出的料漿濃度最高，充填效果最好。盡量縮短期初和期末制漿時(shí)間，延長制漿中期時(shí)間平穩(wěn)運(yùn)行是非常有效的辦法。改口三通裝置應(yīng)用后，由于是一次開機(jī)直至充填結(jié)束，中間無需停機(jī)改口，有效確保了制漿中期時(shí)間，充填料漿是一個(gè)持續(xù)高濃度的連續(xù)充填狀態(tài)，濃度和流量一直滿足設(shè)計(jì)參數(shù)，而且非常平穩(wěn)無啟停機(jī)波動(dòng)，采場無清洗管道廢水進(jìn)入，因此有效克服了低濃度造成的充填料離析，確保了充填質(zhì)量。通過煎茶嶺鎳礦的試驗(yàn)前后對(duì)比，加裝改口三通裝置后充填料漿平均濃度能提高2%左右，在臨界高濃度需求下，對(duì)充填體強(qiáng)度提高有極為重要的意義，混凝土試塊壓力實(shí)驗(yàn)表明充填料因此可以提高0.2MPa以上。

（3）地表制漿設(shè)備臨時(shí)故障可實(shí)現(xiàn)不停機(jī)，確保設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行。充填地表設(shè)備牽涉較多，稍有故障或者操作不當(dāng)，充填料漿斷流或者濃度降低將立即造成充填管網(wǎng)堵塞。通常做法是立即停機(jī)處理后再二次開機(jī)。安裝改口三通裝置后，可以迅速切換給管道注水（廢水排至井下排水系統(tǒng)而無需進(jìn)入采場），有效保證管網(wǎng)不斷流，處理完故障（限短期可處理的故障）后切換回來繼續(xù)充填，對(duì)地表設(shè)備運(yùn)行安全和生產(chǎn)組織極為有利。

（4）降低了充填成本。在未加裝采場改口三通裝置前改口時(shí)，井下充填工判斷停機(jī)改口時(shí)間并據(jù)此給地表下達(dá)停機(jī)指令，但是由于靠經(jīng)驗(yàn)判斷不能十分準(zhǔn)確，攪拌桶至井下管網(wǎng)的剩余的料漿仍需壓入采場，常常造成采場料漿溢流浪費(fèi)，并且每次沖洗管道的水進(jìn)入采場后也需由井下排出地表，增加了排水費(fèi)用。加裝三通改口裝置后，井下充填工能在采場口迅速帶料改口，切斷多余的料漿進(jìn)入另外的采場，料漿不會(huì)有任何泄露，并且更容易地控制充填結(jié)頂程度。由于是連續(xù)充填，改口時(shí)無需沖洗管道，最大限度減少了洗管用水進(jìn)入井下，減少了排水費(fèi)用，從而降低了充填成本。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，每天改口8次，每個(gè)采場損失和炮灰漏漿約10m3，造成的損失每年近500萬元，而加裝此改口三通裝置后將不存在這種損失。

（5）降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度并提高了安全系數(shù)。由于充填設(shè)備啟停越頻繁，堵塞管道幾率成倍增高，若發(fā)生堵管，不但存在充填管網(wǎng)因料漿凝結(jié)報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)，并且疏通充填管網(wǎng)本身就安全風(fēng)險(xiǎn)極高，井下充填工處理管道堵塞的勞動(dòng)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常充填時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度。應(yīng)用此三通改口裝置后，設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)間最長，大大降低了堵管事故發(fā)生的幾率，采場改口可以在正常充填期間隨時(shí)進(jìn)行，有效降低了工人頻繁改口及處理堵塞的勞動(dòng)強(qiáng)度。?

3 結(jié)語

陜西煎茶嶺鎳礦在充填管路上加裝改口三通裝置，從充填體質(zhì)量控制、充填成本控制、安全保障和減輕充填工勞動(dòng)強(qiáng)度方面都取得了很好的效果。但是存在氣動(dòng)閘板閥硬密封后關(guān)閉不密實(shí)、氣動(dòng)閥初次安裝不便、改口三通裝置易磨損等缺點(diǎn)。綜合權(quán)衡和生產(chǎn)參數(shù)對(duì)比，改口三通裝置在充填管網(wǎng)中的快速切換功能對(duì)充填生產(chǎn)具有無可比擬的明顯優(yōu)勢，屬于管道充填技術(shù)的一次革新，極具推廣意義。

[1]劉同有，王佩勛等.充填采礦技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2001.

[2]明賜東.調(diào)節(jié)閥應(yīng)用1000問[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

TD853.34

B

2010-12-22

2011-01-15

李 煒（1960-），男，陜西戶縣人，高級(jí)工程師，從事采礦工程技術(shù)管理工作。

Abstract:In mine high-density gravity pipe filling,when fill pass was changed or equipment was out of order,the equipment must be stopped to wash the fill pipe or inject water continuously to ensure pipe stable flow,so a large amount of water was filled to un?derground mining workings,which made the slurry density lower,destroyed the filling body extremely,caused slurry leakage,and influenced production seriously.After installing three-way unit in pipe transport system,it was avoided that equipment stopped fre?quently and injected water into filling pipe,which realized high-density filling,and improved filling body quality.

Key words:gravity pipe filling;fill pass diversion;three-way unit

1672-609X（2011）02-0001-02