立式充填料仓下料规律及振动给料应用.pdf

⑦ 譬 一 立式充填料仓下料规律及振动给料应用 北京矿冶 研究总院 余斌 - r 】 A～ I 、 【 摘要 】 尽营井下振动出矿在矿由生产斗得到了日 益广泛的应用， 忸地表立式克琏辫仓振动给料 应甩不多见 船台采矿方法试验研究工作，在锡矿山成功地进行了立式料奇振动结科的应用研究取得了 良好效果充分发指了振动身i 能力太、路料莹定、均匀的优点．并为竞璃系统宴现计量 目 拄 谚 节创 造了 条件 ， 关 键 词 I 塑 楚 塑 ／ 诩 节 1 引 言 立式充填料仓作为贮料 、供料，并对充 填料进行调节和控制的装置，已成为矿山充 填 系统 中的 重要 技术 设施。为使料 仓具备 良 好的工作特性，除必须设计选择合理的料仓 儿何尺寸和底部结构外，其给料方式更是至 关重要的目素。料仓容积利用率的高低和给 料均匀、稳定与否是衡量章式料仓工作性能 的两个基本标准。传统的重力给料方式在 国 内立式充填料仓 中应用较广 ，这种 给料方 式 所存在的给料不均匀，甚至出现绪拱、堵塞 等实际问题，日益被工程技术人员所重视。 借鉴井下使用振动放矿机的经验，在立式料 仓中进行振动给料的设计应用工作， 魑改善 料仓工作性能的一种有救方法。 I 五”期 团，我们在湖南锡矿 矿务局担颗粒水砖充 填系统设计建设中，对其立式辩仓的给料方 式进行了变频调速振动给料的应用试验，在 生产实践中收到了良好的效果。 2 充填物料基本特性 充填物料一般属于非理想的松散介质， 颗粒之间有一定的粘结力，但其强度远比颗 粒本身的强度小。就单个颗粒而亩，具有固 津的特性，构成充填物料的骨架。而从整个 充 填物料来看 ，它有流动的性能，故 又具有 液体 的某 些特性 。斟此 可以说，充填物料具 有 固体和 液体 的双重物理属性 。 锡矿 山所采用的粗颗粒充 填料 ，主要 由 破碎后的手选废石及冶炼炉渣组成，最大粒 径4 6 mm，属于松散介质。它的一个重 要特 征就是颗粒之问具有较多的孔隙，其结构特 点不同，它的孔隙度也不同 充填物料是各 种不 同尺寸的废 石颗粒的集 合体 ，颗 粒表 面 吸 附水膜，颗 粒之间的孔隙 中克 有水 分， 因 此充填物料具有一定的湿度j充填物料在 自 重或静压作用下，有形成锥堆的特性，我们 称锥堆的自然静止坡面与水平面之间的夹角 为充填 物料 的 自然安息 角}充填 物料颗粒 的 接触 面之间，存在 有胶 结物质和水时， 即便 没有压力， 也会使松散充填料具 有一定刚度 和 抗剪 能力，也就是说，充填 物料还具有一 定 的牯 聚力。 锡矿山粗颗粒充填物料主要物理力学性 能参数如 表 1 。 表1 锡矿 山充填物睾 } 主 要物理力学性能 项 目 表示 符号 最 【 粒径 ，mm d㈣ 平 均粒 径 ，mm d p 密宴密度 。t ／m r 密 松 散 密度 ，t ／m。 r 密 孔 隙睾 ，和 渗透莲 度 ，mm／ h K o 压 缩卑 ．嘶 S p】5 n 内聚力 ，Mpa C 内摩撩 角 ， ‘ 参数 值 【 4 9 4 2． 52 【 41 4 5 0 60 0 2 0 ～ 2 0 0B 38 8 色 I 9 9 4． 5 维普资讯 充填物料在受到 外载荷 以后， 构成 充填 料骨架的固体颗粒互相移动。与此同时，孔 隙体 积 改变 ，内部结构变化，颗 粒之问原 接 触 点破 坏并转为新 的更 稳定 的平衡状态 ，充 填 物料发生结 构变形 同时，在 外 力 作 用 下，颗粒 之间水膜 厚度 发生与 吸附力有 关的 吸附变形 。充 填物料的变形主 要 为 结 构变 形。这种变形主要表现为 充填物料的孔隙 比 发生 变化，压缩表现为孔 隙比减小，松散 表 现为孔隙 比增大 。 3 立式充填料仓 下料运动规律 立式充填料 仓下料 之前，整个充填物料 处 于相对静 止状态 。打开下料 口闸门开始下 料 以后 ，位 于下料 口上部的颗粒 的静 力平衡 受到破 坏，开始流 出下料 口，一个颗 粒落下 就 破坏 了位于陵颗粒之上的另一个颗粒的 平 衡 ，这 样另一 个颗粒 和周 围的颗粒一道 同时 加入运动，流 出下料 口， 这种平 衡状态的连 续 破坏过 程，就是充填 物料从下料 口流 出的 过程 ，一直达 到新 的平衡为 止。 立式充填 料仓下料试验 表明，辫 仓下砂 量 与充填 物料 的组成特 性 、料仓直径 、下料 口直径等 多种 因素有 关。对 于固定的立式料 仓和相对稳定组成 的充填物料，下料口的大 小对下料 流量影响最为显著 。在 其它因素为 定值时，下砂流量 随下料 口的增大 呈近似 线 性 关系增加 。 立式料仓 中充填 物料 的流动 与停止 ，是 重力 充填 物料 的内摩擦 力 与料 仓边壁 的 外摩擦力和 内聚力共 同作 用的结果 。充填物 料的极 限平衡条 件是 重力恰好等 于其 余各 力的台力，且作用方向正好相反。一旦这种 平衡破坏，充填物料就开始 运功，依 此可 以 推 算出立式充填 料仓下料 i 1 径计 算公 式为； d2 C 1S i n 式 中C 内聚力，MP s i 平 内摩擦 角 ， 。 J K 下料 日形状系 数J 格充填物料松散密度，t ／ m。 。 立式充填 料仓 中充填物料 从下料 口放出 时，在流 动带 内，松散物料在 运动过程 中受 到内摩擦力 、牯聚力及其 它力 的作 用，在一 定条件下 形成 平衡 。充填物料 中力 的传递是 通过颗粒 的接触点来进行 的， 这些颗粒在重 力作用下沿着近似直线的轨迹逐渐合拢起来 向下运 动， 同时在运 动休 内形成一种平衡拱 的结构， 由于放 出过 程拱不断形成又破坏 ， 所以立式料 仓中充填 物料呈脉冲式放 出。 如果 我们在立 式充填 料仓下料 口安装 振 动给料机时 ，充填 物料不但在重力作 用下 运 动，还受到振 动给料 机给予的垂直和水平 两 个分 力的作用 。垂直放 出方向的分力，使物 料 振动，改善 了放 出物 料的流动性J作用在 物料运 动方向的分力，使物料 沿给料机平台 白面 向前移动连 续放出。振 动给 料机 的给料 过程一般是利用安装在振动台底部的振动器 偏 心块在旋 转运 动 中所产生 的离心力，驱动 台面作往复振动来实现。充填物料相对于振 动台面作 厨期性的跳跃运 动，就是物料 沿台 面连续的运输过程。由于振动台面的频率很 高， 振幅 很小，充填物料 被抛起的 高度 也微 小，所 以一般 来说，只 能观 察到克填物料在 台面上 向前作 连续 流动 ，而 不会 看到跳跃现 象 。 4 锡矿 山立式充填料仓筒况 “ 七五”期间，我们在锡矿山设计建设 的粗颗粒水砂充填系统中，其料仓为圆形立 式。根据井下空 区充填生产 能力的 需要，设 汁选定料 仓净直 径 为 l o re、高2 5 ． 5 m、几佩 容 积为2 O O m。 。料 仓底部为两个 对 称 长方 锥 形下料 口的结构形式，两个下料 口的中心 距为4 m，规格 为l O 0 0 mm x 1 7 0 0 mm。 为 有效利用料仓容积， 使下料均 匀，并 麓实现充填料从少到多蛤入皮带输进机，实 现 定量调节，立式充填 料仓设计为振 动给料 方式 。两 白振 动给料机 吊装在两个料 口下 面 立 式充 填 仓T料 规律墨 摇动给 科应用 糸斌 维普资讯 的料仓底板上。根据充填 能 力，选用z c 一 1 9 0 0 ／ 1 1 0 0 2 2 型振动给料机，每台振动给料 机的下料 能力为 1 8 0 2 4 0 m。 ／ h 。 振动给料 机下按的TD7 5 型皮 带输 送机 ， 其带宽为8 0 0 ram，带速1 ． 2 m ／ s ，每 小 时额 定输送能力3 0 0 4 0 0 m ／ h 。充填 物 料 的计 量，是在皮带输送机上安装DB C --2 C 型电子 皮带秤来实现。为了实现随意调节给料量的 大小，每 台给料机配置 一 台s VF ～ l 3 3 型调 频 器，应 用调变 电源频率 的方法改变振动给 料 机 电机转速和 振动频率 来达 到 目前 。 5 立式充填料仓振动给料应用 锡矿山粗颗粒水砂充填系 统 的 设 计建 设，是为该局 南矿l 5 中段新型 采矿 方法试验 研究服务的配套工程。系统中立式料仓给料 的稳定、均匀以及能实现定量调节的技术要 求，决定选 择振动给料方式 。 5 ． 1 振动给料机 z c 一 1 9 o o ／ 1 1 0 0 - 2 ． 2 型振动给料 机 由振 动 台，槽体 ，弹 性元 f 牛 及 Z DS 4 1 4 型振动 电 机等组成。其基本结构见 图1 。 图1 振动给料机基本结椅组成图 A 2 2o 8 m m l L 2 5o o mm ； E8 5o mm ； B2 I 4 4 0 ram B 1 1 0 0 ram ；BI 毒 98 0mm 这种型号的振动给料机给料均匀，主要 用于石子、碎石、焦炭等散状物料的输送给 出。其主要结构参数见图1 。 5 ． 2 振动给料机安装 参数 要使振动给料机达到预期目的，既要精 心设计和加工 制造，又要 重视安装工作 。从 振动给料机安装设置示意 图2 可知，重 要 的 安装参数主要有 眉线高度H，振动台 槽底 安装角度a ，受料深度L m囊槽体卸料端伸 皮带输送机的长度b 等。 5 ． 2 ． 1 振动台槽体底部安装角度 它主要 取决于充填物料的物理机械性能 及粒级组成等。过大会跑料，不易控制，过 小则降低生产能力，甚至在槽体底面上发生 结底现象。结合振动给料机本身技术特性及 采 场振动出矿应 用经验，我们选定槽体的槽 底 安装下倾 角为8 。 。 5 ． 2 ． 2 眉线高度H 带 图2 振动给料 机安装设置示意 图 眉线高度的大小直接决定充填物料的通 过能力。它一般根据充填能力的需要及合格 充填物料最大粒径等因素确定，安装设计中 取H 8 5 0 ram。 5 ． 2 ． 3 槽体 卸料端 伸入皮带输送机 长度 b b 一般为皮带输送机带 宽 的l ／ 4 ～1 ／ 3 ， 我们 取b2 0 0 mm 5 ． 2 ． 4 受料深度L m 一 1 O 一 色矿 I 9 9 4 6 维普资讯 Lm取决于下料 口工作 高度及 通过能力 。 受 料深度小 ，下料 口工作高度 随之减小， 过 大则会在 振动槽 体的受 矿端 出现 振实 带，不 仅 降低 下料 效果 ，而 且浪费 电力，甚 至过负 荷 ，烧毁 电机 。为减少 仓压对 振动给料机的 影响，我们用漏咀后侧板承担料槽的部分垂 直压力。安装 工作中取L m7 5 0 mm。 5 ． 3振动 给料 生产应用 效果 试 验研究 期间，累计充填 空 区3 5 0 8 m 。 也就 是振动给料机 通过了3 5 0 0 m 充填物料的 给料 试验 。应 用表 明，立 式充 填料 仓振动给 料不但满足定量 给料 、自然调 节的要 求，而 且给料能力大 ，且 稳定，均 匀。为充填 生产 提供 了有力的保 证。其 主要 表现在 1 振动 给料生产能力大，立式料 仓 容积 利用率高 。下料能力 是重力给料的好几 倍，正常情况下，一台给料机给 料 能 力 为 2 5 0 4 6 o t ／ h 。能充分满足采空区充填 能 力 的需 求。 2 振动给料下料稳 定，均匀。我们 在立式 料仓横断面均 匀分布 6个测点，每次 应用后测量料仓物料下降的高度，1 9 9 0 年1 1 月2 1 日至 1 2 月1 0 日共 进行 了7 次测量 ， 其数 据 列 于 表 2。 表2 立式料仓下料高度实测数据lift , h l h 2 h 3 b ．h 5 h l 1 月2 1 日 l 1 月2 8 日 - 2 月 1 日 l 2 月 3 日 1 2 月5日 l 2 月7日 1 2 月l o日 从表2 可 以看 出，6 个 测点下料 高度 相差 很小 ，这 表明立式 充填料仓整个断 面上物料 下降比较均匀。 3 运用变频调逮，定量给料， 使 粗 颗粒水砂充填 系统实现 了管道 化 、机械 化， 自动化的先进造浆 输送方式。并 且 计 量 准 确 ，数 据可靠 。实 测物 料量 与振动给料 电子 计 量值 标定结果见 表 3。 表3 充填物料实测值与累计计量值 比较 从表 3可 以看 出，振动给料 、 自控 调节 及 电子计量能较准确反映累计给料量，其误 差不超 过 4 。 试验期 间，振动 给料机 运行 良好 ，操作 简单易行。基本上没有出现过压 实 振 动 台 板，槽底结块或料仓结拱现象。 6 结 语 1 借鉴井下振动放矿经验，在地表 立式充 填料 中采用 振动给料，是一种积极 ， 有益的尝试，生产应用表明效果良好。 2 振动给料生产能力大，料仓容积 利用率高，能充分满足高教率充填工艺的要 求，且下料均 匀，稳定 。 3变频调速 ，振动 给料 并辅 以皮带 秤计量，实现了给料 ，计量 自动控制，为充 填物料管道输送 自 控提供了前提条件。 4 立式充填料仓中使用振动给料机 ， 设备结构简单 ，成本低，使用方便，具有较 广的应用 范围和使用 前景。 责任编 辑用致勤 立 式充填 料 仓下 车 年 规律 厦振 动给料 直用 一 一余斌 { 号 ∞“舍 j 3 6 2 2 3{4 鲫 耵∞ 3 6 3 2 3 5 5 O l 0 8 9 l 4 5 l 3 4 l 8 l 3 6 3 2 3‘5 非 ％ 船盼卧 3 5 2 2 2 4 4 3 8 7 7 3●9 d l T 4 0 B 9 3 6 2 2 2 4 4 曲伯 舯 蚰 呻 3 6 2 2 2 4 5 维普资讯