大流量充填系統(tǒng)料漿穩(wěn)定制備技術(shù)

周 剛

（山東黃金礦業(yè)股份有限公司新城金礦，山東 萊州 261430）

我國(guó)某礦山開(kāi)采工作單位，在實(shí)際工作過(guò)程中礦床的礦石儲(chǔ)備量相對(duì)較大，整個(gè)礦山開(kāi)采工作單位的生產(chǎn)能力較高，為了充分滿足礦山開(kāi)采工作效率和穩(wěn)定性，該礦山開(kāi)采單位采用的是大結(jié)構(gòu)高效充填采礦工作方式，達(dá)到750萬(wàn)t/a的設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模條件下，每年的料漿充填體積總量達(dá)到223萬(wàn)m3，如果使用的是常規(guī)流量充填系統(tǒng)，根據(jù)礦床開(kāi)采工作條件情況，整個(gè)礦區(qū)范圍內(nèi)需要設(shè)置出10套以上的充填系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行充填工作，因此造成前期的經(jīng)濟(jì)成本投入量過(guò)大、充填工作效率偏低，會(huì)影響到整個(gè)礦山開(kāi)采工作單位的經(jīng)濟(jì)效益，因此通過(guò)大流量充填系統(tǒng)的研發(fā)和使用，有效解決這一問(wèn)題所產(chǎn)生的影響。

1 大流量充填系統(tǒng)料漿輸送方案制定

大流量充填系統(tǒng)料漿制備輸送工作方案，單套充填系統(tǒng)主要通過(guò)兩個(gè)立式砂倉(cāng)、一個(gè)水泥倉(cāng)、一套材料攪拌設(shè)備、兩個(gè)充填鉆孔以及相配套的控制工作系統(tǒng)所構(gòu)成。立式砂倉(cāng)直徑大小為15m，高度大小為10m，單倉(cāng)容積總量為2020m3，水泥倉(cāng)結(jié)構(gòu)直徑大小為8.5m，高度為22.5m。容積大小大約為527m3，可以裝600t的水泥砂漿材料。單套系統(tǒng)充填料漿制備輸送能力可以達(dá)到180m3/h～200m3/h，一次性最大充填量可以達(dá)到1600m3～2000m3，充填鉆孔和煤礦井下的輸送材料管道直徑范圍在150mm～165mm之間，充填料漿設(shè)備輸送材料的濃度大小，直接影響到整個(gè)礦山的充填工作質(zhì)量以及充填工作成本。通過(guò)使用大流量充填系統(tǒng)，料漿濃度的穩(wěn)定性問(wèn)題是其中需要考慮的重點(diǎn)問(wèn)題之一，對(duì)此需要針對(duì)大流量充填系統(tǒng)料漿穩(wěn)定制備技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究和分析，有效保證所充填料漿濃度的穩(wěn)定性[1]。

2 充填料漿濃度控制及其存在的影響問(wèn)題

2.1 充填料漿濃度大小控制

由于礦山井下充填料漿材料，主要是由尾砂膠凝劑以及水等原材料，根據(jù)特定的比例混合配制而成，由于充填材料的料漿濃度控制工作，主要分為兩部分所構(gòu)成，即尾砂漿濃度大小控制和膠凝劑添加量控制。根據(jù)充填工作要求，對(duì)于充填材料的料漿濃度大小進(jìn)行有效控制，對(duì)膠凝劑材料配比參數(shù)進(jìn)行掌控，可以有效換算得到其中的尾砂漿濃度，同時(shí)作為尾砂漿濃度的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定參數(shù)。實(shí)際尾砂漿濃度大小可以根據(jù)放置砂管當(dāng)中的射線濃度、記憶設(shè)備，對(duì)料漿材料的濃度大小進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)設(shè)定尾漿濃度和實(shí)際檢測(cè)到的料漿材料濃度，二者之間的差值則為實(shí)際料漿的濃度偏差量大小，為了保證尾砂濃度始終保持在標(biāo)準(zhǔn)的充填材料濃度附近，控制系統(tǒng)需要根據(jù)上述產(chǎn)生的偏差量大小，有效控制砂倉(cāng)底部的造漿水閥開(kāi)度大小，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)要將濃度的有效控制。膠凝劑材料的添加量控制主要是基于膠凝劑材料的配比參數(shù)，通過(guò)尾砂漿的實(shí)際充填流量大小，以及用于控制設(shè)定濃度的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步計(jì)算之后得到交凝劑材料的實(shí)際添加量，將其作為標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)值進(jìn)行調(diào)節(jié)[2]。

2.2 充填料漿濃度控制存在的主要問(wèn)題

在膠結(jié)充填系統(tǒng)的充填站自動(dòng)控制中,充填料漿濃度的控制直接影響充填質(zhì)量，為了實(shí)現(xiàn)充填料漿濃度的穩(wěn)定可靠控制，需要從工藝角度出發(fā)改變料漿制備過(guò)程。因?yàn)椋谠鞚{工作過(guò)程中經(jīng)常會(huì)受到多方面因素的干擾，比如砂倉(cāng)材料的位置、尾的到飽和程度、尾砂級(jí)配大小、尾砂的存放時(shí)間、尾砂的塌方、放砂閥的開(kāi)關(guān)大小，周圍環(huán)境溫度等相關(guān)影響因素，并且很多外部影響因素具有較強(qiáng)的隨機(jī)性特點(diǎn)，進(jìn)而造成放砂管當(dāng)中的大量尾砂，將材料的濃度變化程度相對(duì)較高，表現(xiàn)出濃度不穩(wěn)定性情況，無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)尾砂漿濃度大小的穩(wěn)定性控制，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)充填料漿的精確配比，會(huì)直接影響到整個(gè)料漿的輸送和充填體的質(zhì)量情況，這也是現(xiàn)階段大流量充填系統(tǒng)生產(chǎn)工作當(dāng)中一種比較突出性的問(wèn)題之一[3]。

尾砂濃度大小是膠凝劑添加量控制工作的關(guān)鍵所在，尾砂漿的材料濃度不穩(wěn)定會(huì)造成膠凝劑添加量的計(jì)算和庫(kù)存工作失去原有的依據(jù)，為了有效防止膠凝劑添加量出現(xiàn)頻繁調(diào)節(jié)問(wèn)題，在實(shí)際調(diào)節(jié)設(shè)定參數(shù)值工作過(guò)程中，需要根據(jù)膠凝劑材料的實(shí)際配比宮的參數(shù)，對(duì)尾砂漿的濃度設(shè)定值大小以及實(shí)際流量值大小進(jìn)行控制。因?yàn)?，膠凝劑材料的配比和尾砂漿濃度，參數(shù)設(shè)置之間會(huì)存在一定的差異，因此膠凝劑材料的添加量調(diào)節(jié)工作，需要隨著尾砂漿的實(shí)際流量大小變化來(lái)進(jìn)行控制，是尾砂漿的實(shí)際濃度大小和實(shí)際設(shè)定濃度大小之間存在較大的偏差量，膠凝劑的實(shí)際調(diào)節(jié)量也不會(huì)產(chǎn)生明顯的變化，因此在配置的料漿濃度大小方面，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生一定的偏差問(wèn)題。在礦山實(shí)際開(kāi)采工作過(guò)程中，為了全面實(shí)現(xiàn)充填材料濃度的穩(wěn)定性控制，必須要對(duì)大流量充填系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和完善，有效保證充填材料的速率和質(zhì)量符合要求。一方面可以通過(guò)改善控制工作方法，保證大流量充填系統(tǒng)的工作適應(yīng)性；另一方面在大流量充填系統(tǒng)工藝流程方面，可以有效改變料漿的制備工作過(guò)程，通過(guò)采取二級(jí)控制工作方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)料漿穩(wěn)定性的全面控制[4]。

3 充填材料濃度二級(jí)控制工作策略

3.1 充填材料制備

充填材料料漿濃度大小控制存在問(wèn)題，會(huì)造成尾砂漿產(chǎn)生不穩(wěn)定性情況，為了有效防止尾砂漿濃度不穩(wěn)定問(wèn)題的產(chǎn)生，在原系統(tǒng)放砂管與攪拌桶之間新增加一級(jí)攪拌桶，大小和料漿制備攪拌桶的規(guī)格大小保持相同。尾砂將攪拌桶的出口位置管道當(dāng)中安裝有砂漿泵，電動(dòng)閥濃度計(jì)以及流量計(jì)等相關(guān)設(shè)備，同時(shí)攪拌桶的正上方安裝有液位調(diào)整劑，主要用于檢測(cè)液面高度。砂倉(cāng)當(dāng)中的尾砂部分主要是通過(guò)高壓造漿水流態(tài)化，經(jīng)過(guò)放砂管直接引入到尾砂漿攪拌桶內(nèi)部，在材料完全放門的條件下打開(kāi)出口管道當(dāng)中的閥門，經(jīng)過(guò)充分?jǐn)嚢柚笮纬蓽囟雀泳鶆虻谋簧皾{材料。通過(guò)砂漿泵或者自流條件送入料漿制備攪拌筒內(nèi)部，并且通過(guò)尾砂漿攪拌筒的出口管道濃度計(jì)以及流量計(jì)，檢查尾砂漿的實(shí)際濃度以及實(shí)際料漿濃度和流量大小。根據(jù)料漿充填工作要求，將充填材料的濃度經(jīng)過(guò)計(jì)算之后，得出膠凝劑材料的實(shí)際添加量，因此進(jìn)行給料調(diào)節(jié)工作，當(dāng)料桶當(dāng)中的充填材料漿夜位置達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)高度的條件下，需要打開(kāi)出口管路部分的上部結(jié)構(gòu)閥門，并且通過(guò)自流或者泵送的方法進(jìn)行大流量充填[5]。

3.2 尾砂將攪拌桶控制

因?yàn)槲采皩嚢柰暗囊?guī)格相對(duì)較大，當(dāng)尾部砂漿攪拌桶當(dāng)中的料漿液位高度相對(duì)較高的情況下，即放漿工作過(guò)程中放上管內(nèi)部的漿液濃度不穩(wěn)定，整個(gè)放砂工作過(guò)程不會(huì)立即出現(xiàn)砂漿濃度的變化問(wèn)題，而是會(huì)直接隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而產(chǎn)生更加平穩(wěn)的變化，因此更加有利于膠凝劑添加量的及時(shí)控制。通過(guò)增加尾砂漿攪拌桶之后，在實(shí)際工作過(guò)程中主要起到以下幾個(gè)方面作用：第一，通過(guò)攪拌保證桶中的尾砂漿始終處于均勻的懸浮狀態(tài)；第二，針對(duì)尾砂漿材料等濃度大小變化，可以起到良好的緩沖性作用和效果，可以保證砂漿材料濃度變化速率進(jìn)一步減緩，同時(shí)保證材料的穩(wěn)定性更高；第三，濃度相對(duì)比較穩(wěn)定的尾砂漿材料，更加有利于膠凝劑材料的質(zhì)量控制；第四，可以有效保證充填材料配比更加準(zhǔn)確，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)充填料漿濃度大小的有效控制，以此來(lái)保證充填體材料的整體質(zhì)量和效果[6]。

3.3 充填料漿濃度的自動(dòng)化控制

在大流量充填系統(tǒng)要將穩(wěn)定制備工作過(guò)程中，充填料漿濃度大小的自動(dòng)化控制工作主要分為兩級(jí)來(lái)加以實(shí)現(xiàn)，一級(jí)作為尾砂漿的濃度大小進(jìn)行控制，立即作為充填料漿濃度大小進(jìn)行控制。大流量充填系統(tǒng)尾砂漿濃度控制級(jí)別，和原有的系統(tǒng)尾砂漿濃度控制級(jí)別基本保持相同，尾砂漿濃度調(diào)控工作，主要是安放在放砂管以上的濃度計(jì)當(dāng)中進(jìn)行檢測(cè)，主要是實(shí)現(xiàn)將尾砂漿的濃度大小，有效控制在較小的工作范圍之內(nèi)，同時(shí)材料的濃度大小不能過(guò)低，防止出現(xiàn)不能匹配出較高濃度充填料漿為止，同時(shí)料漿的濃度不能過(guò)高，如果過(guò)高會(huì)造成充填材料在輸送過(guò)程中存在困難甚至是堵塞情況，因此該級(jí)別的料漿濃度控制工作，需要為下一步要將充填工作做好準(zhǔn)備。

充填料漿濃度大小控制工作級(jí)別標(biāo)示通過(guò)將充填材料的濃度比較精確的控制在標(biāo)準(zhǔn)的要求范圍之內(nèi)，要保證料漿的濃度大小符合后續(xù)的管道輸送濃度要求，可以通過(guò)使用膠粘劑材料的添加量實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步調(diào)節(jié)和控制。因?yàn)?，尾砂漿攪拌桶在送入制備攪拌桶當(dāng)中的尾砂漿濃度不斷的變化速率相對(duì)比較緩慢，同時(shí)材料更加穩(wěn)定實(shí)際的濃度和流量大小，可以通過(guò)尾砂漿攪拌桶出口位置的濃度計(jì)，以及對(duì)應(yīng)流量計(jì)進(jìn)行檢測(cè)和分析，同時(shí)要求粗填料漿的濃度已經(jīng)確定，可以實(shí)現(xiàn)更加精確的計(jì)算出所需要的膠凝劑材料的實(shí)際添加量大小，通過(guò)控制給料機(jī)械設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)速率以及有效調(diào)節(jié)膠凝劑材料的添加量大小，可以實(shí)現(xiàn)控制料漿的濃度大小。由此可以看出，尾砂漿濃度控制工作是一種主動(dòng)量控制工作方式，膠凝劑給料量需要從動(dòng)量控制回路當(dāng)中來(lái)加以實(shí)現(xiàn)。

4 具體案例分析

某煤礦開(kāi)采工作單位通過(guò)使用大流量充填系統(tǒng)，對(duì)煤礦采空區(qū)域進(jìn)行料漿充填，充填料漿制備系統(tǒng)為全場(chǎng)濃度30%的全尾砂，經(jīng)過(guò)分流管直接輸送到煤礦井下處，砂池內(nèi)部尾砂漿材料使用禁止沉淀上層排水工作方式，有效調(diào)整要將濃度大小。砂池內(nèi)部設(shè)置三臺(tái)攪拌機(jī)設(shè)備，每臺(tái)攪拌機(jī)設(shè)備工作范圍控制在2.5m～3.0m之間。與此同時(shí)，沿著砂池兩側(cè)區(qū)域安裝有壓器噴管，通過(guò)攪拌機(jī)設(shè)備的攪拌處理和加氣噴嘴的吹風(fēng)攪動(dòng)，可以保證料漿池內(nèi)部的砂漿處于均勻懸浮的工作狀態(tài)，以此可以更加有利于充填料漿制備工作，然后通過(guò)使用渣漿泵漿攪拌均勻之后的尾砂漿材料，直接輸送到兩個(gè)料漿制備攪拌桶內(nèi)部，并且根據(jù)尾砂漿的實(shí)際濃度大小及其料漿流量大小[6]。分別向其中添加一定比例的高水平之后，分別通過(guò)渣漿泵將其輸送到煤礦井巷，然后再通過(guò)使用混合機(jī)設(shè)備，將兩種各種類型的料漿材料混合處理之后直接輸送到開(kāi)采廠內(nèi)部。由此可以看出，在料漿制備工作過(guò)程中需要對(duì)大流量充填系統(tǒng)的控制工作模式進(jìn)行合理應(yīng)用，儲(chǔ)漿池相當(dāng)于二級(jí)攪拌交接充填系統(tǒng)當(dāng)中的尾砂漿攪拌桶，在要將穩(wěn)定輸送管中具備儲(chǔ)砂和材料攪拌的作用和效果，充分實(shí)現(xiàn)材料配比更加可靠，充填材料濃度更加穩(wěn)定的工作目標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)大流量充填系統(tǒng)料漿穩(wěn)定制備技術(shù)而言，需要針對(duì)料漿的濃度大小展開(kāi)自動(dòng)化控制工作，并且需要從實(shí)際控制工作角度出發(fā)，在原有的充填工作系統(tǒng)組織上，向其中添加一級(jí)尾砂漿，攪拌桶可以有效改變整個(gè)料漿的制造工作過(guò)程，并且通過(guò)增加一個(gè)尾砂漿濃度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，將其轉(zhuǎn)化成二級(jí)控制工作模式，因此來(lái)充分發(fā)揮出大流量充填系統(tǒng)的工作優(yōu)勢(shì)，保證料漿制備濃度更加穩(wěn)定整個(gè)料漿輸送可靠性更高。