空氣炮助流清堵技術(shù)在磨礦倉改造中的應(yīng)用

劉彥民

(安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司，安徽 霍邱 237462)

0 引言

礦倉是常見礦山選礦設(shè)備，主要用來儲存各種原料，起著調(diào)節(jié)生產(chǎn)流程、控制物料供給和均衡選礦工藝過程的作用，其結(jié)構(gòu)形式多為鋼筋混凝土或鋼結(jié)構(gòu)制成的上方呈方形或圓形，下方呈方錐形或圓錐形的漏斗倉。礦料進(jìn)入礦倉中，受其自身含水率、粒度大小和表面性狀等物理因素影響，在礦料流動所產(chǎn)生的較大擠壓力作用下，礦料間的相互黏附力增強，礦料與倉壁的摩擦力也隨之變大，引起礦料黏壁堵塞，導(dǎo)致出現(xiàn)起拱、粘壁、堵塞等問題，使得連續(xù)穩(wěn)定供料能力降低，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，甚至造成重大安全事故和經(jīng)濟損失[1]。據(jù)工程現(xiàn)場勘查和調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，礦倉堵塞的主要形式有漏斗狀堵塞、拱狀堵塞、粘團(tuán)滾動堵塞和井狀堵塞四種，見圖1。當(dāng)前，礦倉堵塞問題在粉煤灰、石灰粉、鐵礦粉、石膏粉等各類礦山企業(yè)依然普遍存在，解決礦倉堵塞仍是工程技術(shù)人員面臨的一大難題。

A—漏斗狀堵塞 B—拱狀堵塞 C—粘團(tuán)滾動堵塞 D—井狀堵塞

國內(nèi)外早期常采用人工捅礦、人工爆破、高壓水沖洗等措施來解決礦倉堵塞，但這些措施清堵效率低且安全性極差。目前，常見的礦倉助流清堵措施有機械助流、機械振動法助流、空氣炮助流、機械與氣動聯(lián)合助流等。礦倉助流清堵措施的選擇受礦料的性質(zhì)(含水率、粒度等)、礦倉的結(jié)構(gòu)(礦倉截面尺寸與出料口數(shù)量、漏斗處側(cè)壁的錐度、礦倉材質(zhì)等)以及礦料在礦倉內(nèi)的停留時間等因素影響制約[2]。因此，結(jié)合工程實際選擇合適的礦倉助流清堵措施對提高生產(chǎn)效率、降低設(shè)備運行成本和對周邊環(huán)境污染、避免工人和設(shè)備安全隱患等具有很重要的現(xiàn)實意義。

1 常見的礦倉助流清堵方式

1.1 機械助流

機械助流常用的方法有在礦倉內(nèi)鋪設(shè)襯板或安裝疏堵機等[3]。其中，鋪設(shè)襯板主要是通過采用摩擦系數(shù)低且重量較輕的陶瓷、16 Mn和高分子材料等制成的襯板來減少礦料與礦倉內(nèi)壁的粘附力，從而達(dá)到清堵效果。該方法受礦料物理性質(zhì)影響較大，使得襯板清堵效果變差，反而會加重堵塞。疏堵機主要是通過在礦倉內(nèi)安裝機械裝置帶動可上下運動的齒耙或可上下左右搖動的刮片將結(jié)塊、堵塞的礦料刮下，見圖2。該方法受疏堵機安裝位置影響，齒耙或刮片不能形成全方位運動，易產(chǎn)生工作死角，當(dāng)停止工作時還會阻擋礦料流出形成新的堵點。另外，疏堵機機械裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造和使用維修成本比較高，性價比不高。

1—搖桿；2—固定架；3—減速器；4—曲柄；5—螺旋機構(gòu)；6—螺旋；7—電機；8—膠帶；9—搖桿電機；10—刮片；11—橫軸

1.2 機械振動法助流

機械振動法助流常見的形式有變頻振動器、聲波振動器、噴氣振動墊等。變頻振動器助流主要是通過在礦倉外壁安裝高速電機或振動電機來產(chǎn)生周期或非周期的機械振動來敲打倉壁，從而使礦料間的黏合力減小，增強礦料的流動能力，實現(xiàn)助流清堵目的[4]。該方法裝置結(jié)構(gòu)簡單、安裝使用成本低，主要適用于低含水率的礦料。聲波振動器助流主要是通過金屬振動膜片使壓縮空氣產(chǎn)生周期性波動，高頻振動聲波在礦倉中可周期性的改變礦料顆粒間的黏合力，進(jìn)而增強其流動能力，達(dá)到助流清堵的目的[5]。該方法生產(chǎn)效率高，使用維護(hù)費用低，主要適用于低含水率和粒度小的礦料。噴氣振動墊助流是通過安裝在礦倉內(nèi)壁的噴氣振動墊使壓縮空氣產(chǎn)生強烈的高頻振動，在振動力和噴吹力的共同直接作用下，結(jié)塊堵塞礦料的流動能力得到提高，從而達(dá)到助流清堵目的[6]，見圖3。該方法同樣適用于低含水率和粒度小的礦料。

1—電磁閥；2—減壓閥；3—球閥；4—振動墊組；5—空氣入口；6—空氣導(dǎo)桿；7—礦倉壁；8—氣墊

1.3 空氣炮助流

空氣炮助流是利用空氣動力原理,工作介質(zhì)為空氣,由于差壓裝置和可實現(xiàn)自動控制的快速排氣閥,瞬間將空氣壓力能轉(zhuǎn)變成空氣射流動力能,可以產(chǎn)生強大的沖擊力,是一種清潔、無污染、低耗能的理想清堵吹灰設(shè)備[7]，見圖4。

1—氣源；2—球閥；3—濾水器；4—油霧器；5—逆止閥；6—電磁閥；7—按鈕；8—儲氣罐；9—噴爆排氣管

空氣炮的工作原理是在空壓機向密閉容器內(nèi)壓縮空氣，當(dāng)容器內(nèi)壓力增高，其體積在縮小，根據(jù)氣體平衡方程P1V1=P2V2，被壓縮的空氣具有了壓縮勢能?？諝馀诶脙夤迌?nèi)壓縮空氣的瞬間快速釋放所產(chǎn)生的強大高速膨脹氣體轉(zhuǎn)化為動能及沖擊力，迫使礦倉內(nèi)部潮濕而產(chǎn)生堆積的礦料松散而產(chǎn)生流動性，以達(dá)到清堵，助流的目的。

空氣炮儲氣罐內(nèi)氣體受壓力差作用向外排氣時，初始啟動階段，進(jìn)入排氣口的壓縮空氣為亞音速氣流，此時，隨著氣流斷面減少，速度增加，即氣流通過收縮的排氣口時，其氣流速度由亞音速變?yōu)橐羲?。氣流以音速沖出排氣口時，氣流斷面近似無限增大，隨氣體急速膨脹增速，產(chǎn)生超音速沖擊氣流。超音速氣流產(chǎn)生的沖擊力作用在物料上，使得因粘結(jié)，壓實，起拱的散狀物料破碎或移動，從而實現(xiàn)破拱，清堵，助流的效果。

1.4 氣動助流

氣動與機械破拱聯(lián)合助流是將氣動助流和機械破拱助流結(jié)合起來的一種新型助流清堵技術(shù)。其中氣動助流(見圖5)主要是利用低壓氣體為工作介質(zhì)，通過在礦倉中沿倉壁向下和沿礦倉徑向布置多組助流噴嘴，以減小礦料與倉壁的摩擦阻力和礦料顆粒之間的內(nèi)摩擦力，再輔以機械破拱機構(gòu)的搗碎作用，可有效解決礦料成團(tuán)堵塞漏斗出料口的現(xiàn)象，達(dá)到助流清堵的目的，見圖6。

圖5 旋風(fēng)式氣動助流清堵結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 氣動助流+機械破拱助流方案設(shè)計示意圖

綜上所述，礦倉的助流清堵方式受礦料的類型、含水率高低、粒度大小、礦倉材質(zhì)以及結(jié)構(gòu)形狀等因素影響，在實際工程應(yīng)用中，需根據(jù)廠礦的實際情況，綜合考慮設(shè)備安裝、使用、維修、安全和環(huán)保等要求，選擇合適的礦倉助流清堵方式。

結(jié)合某選礦廠磨礦倉儲存礦料的粒度為0～12 mm，且大部分產(chǎn)品粒度較細(xì),且粉礦較多。為防止粉塵污染環(huán)境，礦料在進(jìn)入磨礦倉前，經(jīng)安裝在膠帶機頭部的噴淋裝置向礦料進(jìn)行噴水達(dá)到抑制揚塵，從而導(dǎo)致頻繁出現(xiàn)礦料堆積、粘壁、漏斗堵塞，礦倉內(nèi)部形成天井、起拱等現(xiàn)象，給生產(chǎn)帶來了極大影響。為解決上述問題，通過對礦倉結(jié)構(gòu)和物料堆積性質(zhì)進(jìn)行綜合分析，并對常見的助流清堵方式分析基礎(chǔ)上，提出采用空氣炮技術(shù)來解決磨礦倉的堵塞難題。

2 礦料堆積產(chǎn)生的危害及影響

2.1 生產(chǎn)成本影響

堆積的礦料造成礦倉容量減小，礦料緩沖時間縮短，致使上道破碎工序的設(shè)備頻繁開停機，設(shè)備動力成本增高；其次，礦料堆積堵塞漏斗，使球磨給礦不均勻，造成生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本增高。

2.2 設(shè)備及工藝管理影響

由于設(shè)備頻繁開停機，間接造成設(shè)備檢修時間不能得到有效保障，給設(shè)備維修維護(hù)管理增加了難度；并且礦量不穩(wěn)定，直接影響了選礦指標(biāo)的穩(wěn)定控制。

2.3 安全管理危害

為了保證球磨機給礦不中斷，在初期生產(chǎn)中采取的措施是人工定期清理礦倉，不但增加了職工繁重的清倉工作，還給安全生產(chǎn)帶來極大安全隱患。

3 空氣炮應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 磨礦倉物料堆積成因及結(jié)構(gòu)形式分析

選礦廠磨礦倉設(shè)計結(jié)構(gòu)為平底形式結(jié)構(gòu)，礦料粒度為0～12 mm，且含水量大，因此就造成礦倉內(nèi)礦料粘壁、堵塞漏斗，導(dǎo)致球磨機供料不均勻，影響生產(chǎn)效率問題。通過現(xiàn)場觀察，礦倉的堆積礦料有漏斗狀堵塞、拱狀堵塞、粘團(tuán)滾動堵塞和井狀堵塞四種，見圖1。

由于礦倉內(nèi)堆積礦料的形式比較復(fù)雜，采用常規(guī)的疏通方式，如在漏斗上安裝電振或人工清堵等措施勻無法解決以上問題。通過查閱資料利用空氣炮技術(shù)可以有效解決散狀物料在儲存容器中堆積問題。

3.2 空氣炮選型分析

根據(jù)現(xiàn)場礦倉堆積礦料的結(jié)構(gòu)形式，確定起拱，堵料發(fā)生的部位，在這些地方有針對性的配置空氣炮。為保證獲得足夠的沖擊力，通過計算確定壓縮空氣氣壓及儲氣罐容積。

通過對礦倉起拱，堵料的成因及物料特性進(jìn)行綜合分析，礦倉內(nèi)堆積的物料為潮濕粘性物料,因此針對性的選擇了扇形噴嘴,使用出風(fēng)面積大，讓空氣炮的沖擊力作用在更多的物料上，這樣保證了礦料打散后,礦料整體的流動性得到恢復(fù)[3]。

3.3 空氣炮安裝部位確定

空氣炮在應(yīng)安裝在料倉易被阻塞的適當(dāng)部位，因此，安裝部位的確定是關(guān)鍵技術(shù)，安裝位置不對的時候?qū)ΦV倉有一定的負(fù)面作用。主要表現(xiàn)在，起不到疏通物料堆積的作用，造成設(shè)備和動力的浪費；其次不合理的開孔會影響料倉的強度，造成潛在的隱患；再次，位置不合適會造成空炮，有一定的噪音污染。

根據(jù)現(xiàn)場情況及礦倉內(nèi)堆積物料形式，確定在礦倉6個下料口各安裝1臺XHV L100型空氣炮，安裝位置在下料口上方。這樣可以通過空氣炮的定時噴爆，推動礦倉內(nèi)物料上下竄動，從而形成流動性，解決料口堆積堵塞問題。為確保礦倉內(nèi)物料的正常流動，在礦倉中下部，環(huán)繞礦倉均布安裝6臺XHV型空氣炮，以對粘結(jié)在倉壁的物料進(jìn)行噴爆，促使礦料形成流動性。空氣炮的噴爆方式采用PLC程序控制，其噴爆時間參數(shù)設(shè)計為可以根據(jù)現(xiàn)場情況，進(jìn)行自由設(shè)定和調(diào)整方式，見圖7。

圖7 料倉下料口空氣炮安裝示意圖

4 結(jié)語

針對礦倉經(jīng)常性堵塞問題，進(jìn)而影響工廠正常生產(chǎn)運行，提出采用空氣炮解決了礦倉的堵塞問題。采用的空氣炮通過自動控制系統(tǒng)，按預(yù)定時間間隔放炮，有效地解決了礦倉口堵塞問題，確保了礦倉的有效容積；安裝空氣炮后，球磨的供礦量可以通過膠帶的變頻調(diào)速自由控制供礦量，并且能夠保證礦料穩(wěn)定，提高生產(chǎn)效率的同時，也對穩(wěn)定指標(biāo)控制起到了決定性作用。經(jīng)過一年多的生產(chǎn)實踐證明，空氣炮技術(shù)取得了明顯的經(jīng)濟效益，保證了礦山選礦設(shè)備的正常運行，為其他礦山企業(yè)提供了成功經(jīng)驗。