一種新型無塵攪拌技術(shù)在新城金礦的研究與應(yīng)用

張 杰，李樹磊

（新城金礦，山東 煙臺(tái) 264000）

1 背景介紹

新城金礦充填站于1995年2月竣工驗(yàn)收，至今已建成運(yùn)行已近二十四年的歷史，初始設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力是500m3/d，主要設(shè)備設(shè)施有容積1000m3砂倉兩座，容積250t料倉2座，攪拌系統(tǒng)一套。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，充填生產(chǎn)能力已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需要，2010年和2016年，先后進(jìn)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[1]。但是隨著攪拌系統(tǒng)的增加，新的問題不斷出現(xiàn)，其均衡性和穩(wěn)定性也成為困擾生產(chǎn)的一大難題。

2 攪拌系統(tǒng)存在的問題

（1）攪拌系統(tǒng)密閉差，粉塵大。

（2）攪拌桶處理能力不足，攪拌時(shí)間短，攪拌不均勻，砂漿離析嚴(yán)重。

（3）攪拌桶液位變化大，葉片磨損嚴(yán)重；液位低時(shí)，上葉輪空轉(zhuǎn)導(dǎo)致攪拌桶內(nèi)風(fēng)壓增大，粉塵增大。

（4）攪拌桶上部水泥漿掛壁嚴(yán)重。

（5）攪拌桶底部砂漿淤積多。

（6）攪拌桶內(nèi)掛壁的水泥漿塊脫落容易造成堵桶事故。

3 解決方案

3.1 鋼假底擴(kuò)孔，提高砂倉排放能力

由于砂倉底部預(yù)埋放砂管路口徑較小，為DN100mm，排放量不足，不能滿足攪拌和滿管充填需求。同時(shí)也產(chǎn)生了諸多不良影響，例如：粉塵大、葉輪磨損、料漿掛壁、料漿離析以及管路磨損等[2]。

經(jīng)過討論分析，最終確定對(duì)砂倉底部增大排放口徑的方法增加排放量。具體方案，在砂倉底部施工人工鋼假底，采用四根?40mm圓鋼均勻懸吊；排放口徑由DN125mm擴(kuò)大到DN219mm；底部采用嵌入式活動(dòng)無縫管，其優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)砂倉外部更換放砂管。改造后砂倉排放能力由150m3達(dá)到280m3/h，較好了滿足了兩個(gè)攪拌桶生產(chǎn)需求。

同時(shí)在鋼假底和砂倉混凝土底之間采用高強(qiáng)度水泥注漿，嚴(yán)格接頂，保證了鋼假底的安全可靠。現(xiàn)場如圖1所示。

圖1 鋼假底擴(kuò)孔示意圖

3.2 自動(dòng)化控制穩(wěn)定攪拌桶料位

攪拌桶料位的高低是攪拌效果的關(guān)鍵，當(dāng)攪拌桶料位穩(wěn)定在1.3m～1.5m時(shí)，料漿沒過兩組葉輪，此時(shí)，在上下兩組葉輪正旋與逆旋的攪拌作用下，料漿在攪拌桶內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，剪切碰撞，從而提高攪拌效果。通過自動(dòng)化控制砂倉排放量，使其與整條系統(tǒng)的生產(chǎn)能力相適應(yīng)，確保攪拌桶料位穩(wěn)定，從而達(dá)到最佳攪拌效果。

3.3 自主研究設(shè)計(jì)新型攪拌系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多級(jí)動(dòng)態(tài)攪拌

本設(shè)計(jì)（如圖2）為一款分體立式結(jié)構(gòu)充填料漿攪拌系統(tǒng)，適用于各類礦山充填料漿的攪拌放料環(huán)節(jié)，相比傳統(tǒng)的攪拌放料工藝，本設(shè)計(jì)具有安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效的特點(diǎn)，將攪拌工藝進(jìn)行細(xì)化，分作三步完成最終的攪拌放料作業(yè)，整體結(jié)構(gòu)分為四個(gè)部分：一是新攪拌系統(tǒng)采用了二級(jí)攪拌，將膠凝材料、尾砂在預(yù)攪拌槽內(nèi)進(jìn)行初級(jí)混勻攪拌，提前活化了膠凝材料。然后在攪拌槽內(nèi)進(jìn)行二級(jí)高效攪拌，從而提高攪拌效果，提升料漿整體質(zhì)量；二是密閉預(yù)攪拌槽可以實(shí)現(xiàn)吸塵降塵作用，避免粉塵飛揚(yáng)，改善作業(yè)環(huán)境；三是主攪拌桶設(shè)置了密集高壓噴嘴，停車時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)清洗功能，及時(shí)清除了掛壁料漿；四是創(chuàng)新地使用“底旋式”的放料設(shè)計(jì)，避免了底部料漿淤積，放料效率高、流速快、流量大，平均流量可達(dá)到150m3/h，可以保證DN100充填管路的滿管輸送，同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸送過程中的動(dòng)態(tài)攪拌。

圖2 分體立式結(jié)構(gòu)充填料漿攪拌系統(tǒng)

3.4 充填管路系統(tǒng)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)大流量充填

一是進(jìn)行管路選型優(yōu)化，通過現(xiàn)場打壓試驗(yàn)和工業(yè)試驗(yàn)，對(duì)比多種充填管材的耐磨抗壓性能，在新城一分礦和二分礦選用了新型改性聚烯烴鋼絲纏繞超耐磨復(fù)合管，在新城三分礦選用了鋼骨架尼龍管。二是進(jìn)行井下管路布置方案優(yōu)化，將井下管路布置方式由“中段層疊式”改為“充填井分支型”，優(yōu)化了充填倍線，降低了管路阻力；三是采用大弧度彎管替代了小弧度彎頭，減小管路彎曲處的應(yīng)力集中，降低漿體在輸送中的摩擦阻力，保證充填漿體安全輸送至采場；四是通過路徑優(yōu)化，避免與主要運(yùn)輸系統(tǒng)交叉作業(yè)，防止爆管事故污染大巷，影響井下文明生產(chǎn)。

充填流量達(dá)到130m3/h～150m3/h，流速達(dá)到5.1m/s～5.9m/s。取消彎頭后現(xiàn)場如圖。

圖3 充填管路示意圖

4 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

①通過此次改造，提高了機(jī)械化和自動(dòng)化水平，有效提高了生產(chǎn)效率。②促進(jìn)了工藝環(huán)節(jié)優(yōu)化，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，有效降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。③攪拌系統(tǒng)改造后，生產(chǎn)能力達(dá)到130m3/h～150m3/h，攪拌效率大幅提高；同時(shí)取消了25kw除塵風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗，每年可節(jié)約用電費(fèi)用14萬元。④降低了砂漿離析現(xiàn)象，提高了充填體強(qiáng)度，有效支撐頂板安全，保證了安全回采，降低了礦石損失0.5%左右。⑤充填體強(qiáng)度提高以后，立幫效果明顯增強(qiáng)，避免了垮幫現(xiàn)象發(fā)生，同時(shí)在出礦過程中避免了底板尾砂的混入，從而減小了礦石二次貧化損失，降低貧化率約1%。