一種穩(wěn)定均勻高濃度放砂技術(shù)在新城金礦的研發(fā)與應(yīng)用

李樹磊，張 杰

（新城金礦，山東 蓬萊 265600）

1 研發(fā)背景

新城金礦充填站建成運行已近二十年的歷史，初始設(shè)計生產(chǎn)能力是700m3/d。隨著采礦生產(chǎn)能力的不斷增加，充填能力遇到瓶頸。2010年和2016年，先后進行了雙系列充填系統(tǒng)改造和三系列充填系統(tǒng)改造，生產(chǎn)能力得到有效提升，瓶頸問題得到有效解決。最終形成了2“2236”的生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即兩個砂倉、兩個水泥倉、三個攪拌桶和8條充填管路。充填能力也從原有的700m3/d提升1800m3/d。盡管此次改造實現(xiàn)了量的突破，但是落后的造漿、放砂工藝技術(shù)，難以滿足充填質(zhì)量要求。主要問題如下：

（1）兩個1000m3砂倉的沉砂量不足，無法滿足三系列同時充填。這就導(dǎo)致井下現(xiàn)場頻繁交接班充填，來滿足采充平衡需要，這無疑增加了工人勞動強度[1]。

（2）放砂濃度低且波動大，充填濃度在40%～70%之間，平均不到60%。這導(dǎo)致采場內(nèi)砂漿離析嚴重，膠結(jié)料流失大，造成大量成本浪費；同時低強度的充填體底板和兩幫必然增加礦石的二次貧化；最嚴重的是，充填體強度不足以支撐圍巖，導(dǎo)致二步采場巖石條件惡化，各種安全隱患增加。

（3）砂倉造漿技術(shù)落后，風(fēng)水聯(lián)動造漿時間需要20min，消耗大量的風(fēng)和水，增加能源消耗，同時用水量增加必然導(dǎo)致充填濃度降低。而且砂倉放砂過程經(jīng)常斷流，不能實現(xiàn)連續(xù)均勻排放，倉內(nèi)沉砂經(jīng)常淤積結(jié)底。

以上問題對充填質(zhì)量、生產(chǎn)成本以及企業(yè)效益都產(chǎn)生了較大的負面影響，解決這一問題迫在眉睫。

2 技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用

2.1 原有造漿和放砂工藝技術(shù)簡介

砂倉造漿采用“風(fēng)水聯(lián)動”造漿，采用1臺10m3空壓機和2臺37kw多級臥泵供水造漿，風(fēng)造漿壓力為0.6兆帕，水造漿壓力為1mpa。造漿20min，實現(xiàn)全砂倉立體造漿。造漿噴嘴采用硅膠管止逆型多孔鋼管噴水造漿噴嘴，結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命短，大約每年需要更新兩批。

砂倉采用多孔放砂，一條主放砂孔位于砂倉球形底的中心部位，三條輔助放砂空均勻布置四周，呈45°與中心孔聯(lián)通。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于四孔可以互為備用，即使一條孔堵塞也不影響正常放砂。但是實際生產(chǎn)中，往往是中心孔運行，周邊三孔功能弱化，而且底部的五通結(jié)構(gòu)磨損大，安全隱患突出，需要頻繁檢修。

2.2 砂倉新型造漿放砂工藝技術(shù)改造

采用新型充填造漿噴嘴替代原有造漿噴嘴，實現(xiàn)“底部多平面流態(tài)化”造漿。工作時，開啟高壓水泵13，打開造漿水閥門11，造漿水管完成2min的高壓力沖洗水嘴過程后，調(diào)低造漿水管壓力為0.5兆帕，即可打開攪拌桶前面的夾管閥1實現(xiàn)正常放砂充填。造漿充填整個過程不超過5min，操作簡單快捷（工藝結(jié)構(gòu)見圖1）。

圖1 造漿充填工藝圖

2.3 主要構(gòu)成系統(tǒng)

（1）立式砂倉專用活化穩(wěn)流放料槽，該裝置是底部多平面流態(tài)化水力造漿系統(tǒng)的核心裝置，它可以對長時間沉積板結(jié)的砂漿，在不需要長時間造漿、尚未有完全形成流態(tài)化的情況下產(chǎn)生攪拌作用，使其快速變成高濃度槳體，有明顯的節(jié)水降耗作用，也是避免堵塞斷流，保障沉積砂漿連續(xù)均勻高濃度排放的主要組成部分。

（2）充填造漿噴嘴，該充填造漿噴嘴屬于國家專利技術(shù)，是一種利用多個組件組裝的新式造漿噴嘴，適用于各類礦山的充填系統(tǒng)中的造漿環(huán)節(jié)。該設(shè)計保證造漿過程中水壓穩(wěn)定，保證進水量穩(wěn)定，實現(xiàn)砂漿最大限度活化，提高濃度，提高充填效率。

（3）外部造漿系統(tǒng)。造漿僅采用高壓水造漿，系統(tǒng)控制共有四個閥門、一塊壓力表和一個微小壓力水包?？傞y門控制總供水和系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)，1、2號閥門控制砂倉內(nèi)水管的工作順序，壓力表對高壓水系統(tǒng)壓力檢測顯示，底部閥門檢測造漿噴嘴是否損壞并有效排污，止回閥防止泥漿回流。

圖2 系統(tǒng)控制閥門改造前后效果圖

（4）底部放砂系統(tǒng)。采用單孔放砂，頂部閥門為檢修閥，后部旋塞閥為事故閥，這些閥門正常操作時均不使用，僅使用攪拌桶后端的兩個夾管閥，一個為調(diào)節(jié)流量閥，一個為正常開關(guān)閥。

3 砂倉新型造漿放砂工藝特點

傳統(tǒng)立式砂倉風(fēng)水聯(lián)動造漿是通過砂倉底部均勻布置的四環(huán)風(fēng)水造漿管和立體造漿噴嘴，將砂倉內(nèi)沉降的尾砂進行整體活化，實現(xiàn)高濃度放砂的目的。而砂倉“底部多平面流態(tài)化造漿”工藝的轉(zhuǎn)變，是通過四環(huán)造漿水和水平造漿噴嘴，將底部砂漿進行多平面活化，活化后的漿體通過側(cè)向流和上向流的方式進入虹吸放砂管，在放砂管上部形成虹吸負壓區(qū)，同時砂倉內(nèi)漿體在自重作用下，呈整體下向運動并被連續(xù)流態(tài)化后流向虹吸負壓去，經(jīng)虹吸放砂管排出砂倉。該過程對造漿水壓力嚴格控制，用水量大幅減少，從而保證了高濃度持續(xù)穩(wěn)定排放。該工藝具有以下幾大特點：

（1）通過結(jié)構(gòu)改造，實現(xiàn)砂倉底部多平面流態(tài)化造漿。砂倉底部多平面流態(tài)化造漿對虹吸放砂管、放料槽以及高壓水嘴的布置方式有嚴格要求。砂倉內(nèi)的沉降濃縮過程是下向運動，內(nèi)應(yīng)力逐漸增強，促進了底部平面流態(tài)化的形成，阻止了流體的上向流動，促進了側(cè)向流的形成。

（2）砂倉造漿放砂實現(xiàn)了高濃度連續(xù)均勻排放：砂倉排放濃度具有可控性，能穩(wěn)定在72%以上，波動范圍不大于1.5%，流速≥3.5m/s、流量≥135m3/h，波動時間不大于10s；在砂倉內(nèi)高濃度漿體充足的條件下，可以長時間連續(xù)均勻排放，單管放砂可滿足兩個攪拌桶的砂漿制備需求。

（3）減少清倉檢修次數(shù)，造漿系統(tǒng)及造漿噴嘴在嚴格遵守操作規(guī)程的情況下，能夠在1年以上不需要檢修更換、不需要清倉，提高生產(chǎn)效率。

4 應(yīng)用效益分析

4.1 生產(chǎn)效益

（1）充填效率大幅提高。改造后，充填濃度從60%提高到72%提高12個百分點；充填流量從100m3/h增加到130m3/h。綜合生產(chǎn)能力提升56%，實際最大生產(chǎn)能力達到2100m3/d。

（2）充填體質(zhì)量大幅提高。改造前由于砂漿離析，膠結(jié)料流失，導(dǎo)致充填體28d強度不足0.8mpa；改造后，實現(xiàn)高濃度充填，充填體28d強度達到1.1mpa，提高解決0.3mpa，保證了安全回采，降低了礦石二次貧化。

4.2 經(jīng)濟效益

（1）每年可節(jié)約大量膠結(jié)料。平均每年膠結(jié)料用量約為6萬t，隨著充填濃度的提高，可減少水泥流失4%，水泥單價按400元/t計算，全年可節(jié)約成本96萬元。

（2）用水量大幅降低，排水費用有效減少。充填濃度從60%提高到70%，平均每年節(jié)約充填用水20萬m3/年，按排水費用3.0元/m3計算，節(jié)約排水費用60萬元/年。

（3）節(jié)約用風(fēng)。取消高壓風(fēng)造漿，每年可以節(jié)約高壓風(fēng)費用2萬元左右。

（4）節(jié)約用電。充填效率的提高，有效減少了設(shè)備運行時間，按總負荷300kw計算，充填效率提升56%，可節(jié)約用電成本54萬元。

4.3 其它效益

（1）簡化了操作程序，更便于自動化的實現(xiàn)。

（2）充填可實現(xiàn)高濃度勻質(zhì)充填，減少充填管路的磨損。

（3）操作閥門大幅減少，操作工藝流程更簡單，工人勞動強度降低。