深錐濃密機在某鉛鋅礦充填系統的技術改造與應用

周志龍，孟祥瑞，許東升，朱萬昆

(金徽礦業股份有限公司，甘肅 隴南市 742300)

0 概況

深錐濃密機是某鉛鋅礦地表充填站全尾砂充填的核心設備，深錐濃密機運行與充填尾砂濃縮濃度的正常與達標對充填系統能否平穩運行起著決定性的作用，2018年1月某鉛鋅礦充填站試運行后，采取了一系列改進措施：增設進料緩沖箱、旋流器，架設補充水管道；對進料方式、進料壓力、進料濃度與濃縮濃度進行了多次調整，對深錐濃密機耙架刮板進行了多次增設改造。

經過上述改進措施使得設備的運行、進料濃度、尾砂的粒度基本達到了生產要求，但尾砂進入深錐濃密機后沉降效果與濃縮以及扭矩壓力的可控方面還很薄弱，波動幅度較大且無法控制，經常因為扭矩壓力大，尾砂粗細料分層沉降速度不一致、尾砂濃度無法有效控制，保證不了正常生產所需的充填濃度，甚至經常造成壓耙故障停車等工藝問題。

為確保達到井下采場機械化上向分層進路式充填采礦法的充填體強度要求，經過認真研究論證，本次技術改造通過在深錐濃密機外壁南北側開孔焊接溢流管，加裝閘板閥，增設焊接管道閥門、尾砂溢流管道等措施，降低深錐濃密機清水層、沉降層等分層的厚度，有效地解決尾砂的沉降速度和濃度控制問題，確保充填深錐濃密機低料位高效能工作的順暢運行，為某鉛鋅礦采礦充填系統穩定運行、產能提升提供有力保障。

1 研究目的

該深錐濃密機的技術改造主要是為了降低沉降區濃度，使得尾砂顆粒能順利穿過沉降區進入壓縮區，而降低沉降區濃度，增加清水層深度，除了能夠稀釋進料濃度，同時也可以通過研究外排沉降區絮狀細料及泥漿，從而減小沉降區泥漿層厚度與黏度。

通過技術改造達到如下目的：某鉛鋅礦充填工藝系統運行要更平穩順暢、產能要大幅提升；充填工藝事故與設備故障要大幅下降甚至杜絕。保證正常充填時持續穩定供應較高濃度的尾砂（65%～70%），提升井下采區充填體的強度，采掘工序按計劃有序轉換銜接、提高機械化采掘作業效率和安全生產管理水平。

2 生產現狀、存在問題及采取的改造措施

2.1 現有的工藝流程

某鉛鋅礦充填站深錐濃密機筒深達12 m，錐體中心高5 m 以上，由進料緩沖箱加水稀釋后的尾砂通過高功率變頻輸送泵送至深錐濃密機頂部，在經過旋流器脫泥、分選，粗細分級后的尾砂（底流料漿）進入中心導流筒經分液扇形板進入深錐濃密機自由沉降，細粒級尾砂(溢流料漿)則通過溢流管返回尾礦輸送管道排放至尾礦庫。設備運行時整個液面以下尤其是導流筒以下經觀察會形成渦流，尾砂顆粒沿渦流旋轉方向由切線向下沉降，先后經過清水區、自由沉降區、干涉沉降區、壓縮區、濃縮區，經濃密達標后排出，輸送至充填料漿制配車間按照一定灰砂比和濃度制備成充填料漿充填至井下采場采空區。

2.2 存在的問題

在實際生產過程當中，受原礦物化性質、磨礦細度等指標的影響，尾砂顆粒進入干涉沉降區后在下沉過程中隨著深度越深阻力越大（浮力越大），就會出現尾砂粗細料分層離析，粗顆粒率先下沉，沉降速度快，而細料沉降緩慢，甚至懸浮不沉降，致使深錐濃密機耙架扭矩壓力持續上升。由于底層全是粗砂，粘結附著力很強，深錐濃密機耙架的耙臂刮起來負荷很大，這種狀態如不及時調整，會導致耙臂扭矩壓力持續不斷上升，甚至達到額定閥值致使深錐濃密機跳閘壓耙。另一方面由于沉降區厚度增加，細顆粒(泥層)增厚，阻礙粗細料不能及時下沉進入濃縮區，從而在耙架以上形成尾砂板結層，濃縮區充填尾砂濃度持續降低的同時，由于上部板結層阻礙，物料無法連續下沉，最終導致充填系統無法長時間平穩連續運行，影響采礦生產計劃的實施。更嚴重的是板結層積累到一定程度會突然塌落還會造成耙架和副耙損傷，維修需要放空深錐濃密機，費時費力，導致采礦生產組織十分被動。

2.3 采取的技術改造方案

（1）在深錐濃密機外壁靠北側，由下向上第3格0.3 m 處開Ф140 mm 孔，焊接Ф133 mm×10 mm厚壁管，加裝DN125 閘板閥（1#位置）；在錐體往上第1 格0.5 m 處開孔（具體同上），焊接管道閥門，連接Ф400 mm 深錐濃密機溢流管道（2#位置）。

（2）在深錐濃密機南側由下向上第3 格往上1.5 m 處開Ф140 mm 孔，焊接Ф133 mm×10 mm厚壁管，加裝DN125 閘板閥；出口管垂直引下連接尾砂溢流管道（3#位置），具體詳如圖1 所示。

圖1 深錐濃密機

3 主要工藝試驗過程及取得的效果

3.1 系統改造啟動

因深錐濃密機不沉降，無清水層溢流礦漿，尾砂濃度無法保證，系統停機檢修改造。

（1）色譜條件：色譜柱為Sapphire C18柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；流動相為乙腈-水（32∶68）；體積流量1 mL/min；進樣體積10 μL；漂移管溫度40 ℃；氮氣壓力360 kPa。

3.2 改造方案可行性驗證

利用實際生產過程和停機維護間隙，收集基礎數據驗證技術改造方案的可行性。

3.3 改造方案實施

2020 年2 月27 日深錐濃密機澄清區上升，清水層急劇縮減至最后無清水層，溢流出來全是礦漿。2 月28 日生產無法正常進行，經研究論證后停機改造。技術改造從3 月1 日—3 月10 日，期間對深錐濃密機機械部分與自動控制系統分兩部分同時進行，并同步對充填儀表自動控制系統進行改造升級，做到泵閥聯網遠程控制操作。3 月10 日正常復產，在低料位運行7 d 后，深錐濃密機進料滿倉且上部開始溢流后，于3 月18 日開始驗證新方案改造后充填系統運行效果，并研究低料位充填運行的可行性，以下為生產試驗過程和主要數據。

（1）3 月18 日10 點45 分打開深錐濃密機新改造排料閥，排出泥漿，充填作業一直未停，尾砂濃度一直保持在68%左右，此時扭矩壓力1.0 MPa左右，選礦中心尾砂進料流量440 m3/h。

（2）3 月19 日5 點55 分扭矩壓力1.12 MPa，濃度68%+水（尾礦庫回水）4.5 m3/h，床層壓力為0.539 MPa。9 點50 分選礦中心尾砂進料流量440 m3/h，此時進料與充填作業+排料基本達到平衡點，深錐濃密機上部空置高度一直保持在5.9 m 左右（8點50 分與10 點50 分測得結果均為5.9 m）。23 點34 分尾砂濃度68.5%+水（尾礦庫回水）2.8 m3/h，扭矩壓力為1.2 MPa。

（3）3 月20 日，8 點04 分測得深錐濃密機上部空置高度7 m，經檢驗：清水層厚度1～2 m 提出2/3 杯絮狀細料，13 m 到底部提出1 杯濃度適中粗細均勻尾砂，中間導流筒以下12 m 提出2/3 杯絮狀細料，13 m 提出1 杯濃度較大粗細均勻團塊較多尾砂，16 m 到底部提出1 杯濃度較大粗細均勻尾砂。8 點50 分開啟2 號充填系統，試驗雙充填系統同時運行；9 點20 分因井下采場充填作業結束，1 號充填系統停機，2 號充填系統仍正常運行，雙充填系統同時運行30 min。

（4）3 月21 日，24 h 充填系統運行穩定、正常。

3.4 試驗結束

2020 年3 月22 日8 點30 分關閉深錐濃密機排料閥，低料位充填試驗結束。

3.5 工業化試驗總結與分析

技術改造后通過深錐濃密機持續排放尾砂充填作業至關閉排料閥，充填系統連續平穩運行90 h，期間尾砂濃度68.50%左右，深錐濃密機耙架扭矩壓力1.0 MPa 左右（最高3.5 MPa，濃漿泵打循環30 min 后恢復到正常范圍），充填設備運行平穩，指標正常。這項技術改造工作的實施徹底解決了深錐濃密機以往相關參數波動不穩定，控制難度大的問題，使充填生產逐步走向正常。2020 年3 月份改造完畢，當月充填量為65 701 m3，4 月份充填量為64 742 m3，9 月份達到歷史最高72 687 m3的充填量，充填體強度完全滿足采礦設計要求。

4 技術改造后的主要技術特點與創新點

（1）在原料性質或物理、化學狀態變化時可以更有效、更可控、更快速地應對波動，確保充填生產不受大的影響。

（2）在尾砂濃度與床層壓力等指標出現波動，可以第一時間更快速、更高效地調控，確保充填生產的連續性和穩定性。

（3）可以通過監測沉降區物料的變化預判生產導向。

（4）利用計算機網絡進行遠程控制，通過自動化控制系統更快速、更精準地對部分參數調整，尾砂濃度和充填料漿濃度波動小，充填體強度穩定，確保采礦生產持續平穩。

5 結語

通過本次技術改造，可以實現對深錐濃密機沉降區濃度、各分層厚度的改變，可以實時監測沉降區物料性狀。當原礦物理、化學等性質發生變化時，可以采取對應措施改善深錐濃密機沉降，保障充填生產穩定運行。從試驗數據和充填量結果表明，該改造方案和措施是正確有效的，通過3 月份至12月份的實際生產運行，共計完成尾砂膠結充填52.39萬m3，深錐濃密機運行平穩，未出現因扭矩壓力過高失控而造成的壓耙事故，順利完成了全年充填生產任務，彌補了采充失衡欠帳。在原有充填模式的基礎上又新增了一項充填生產調控手段，結合充填自動化控制系統，采用多措并舉來保障采礦生產正常運行，為某鉛鋅礦全面推進采掘作業機械化提供了有力保障，將對企業后續的健康發展和提升安全生產管理水平、降本增效起到重要作用。