加压泵管道输送充填技术研究与实践.pdf

第3 2 卷第4 期 2 0 1 2q0 8 月 矿冶工程 M I N 【N GA N DM E T A U ．U R G I C A LE N G I N E E R I N G V { ，l3 2 №4 A u g u s t2 0 1 2 加压泵管道输送充填技术研究与实践。’ 郭三军 金川集团有限公司龙首矿，H 肃金川7 3 7 1 0 2 摘要针对金川集团龙首矿的特点，通过技术改造与工艺创新，提f { { r 浅艋矿阪加胰充填技术、细砂搅拌管道充填与加瓜泵送艟 体帽结合的充填1 艺，解决r 原钉克填输送上艺t 扣存在的问题，提高r 充填q 产能力和充填强度。 关键词浅层充填；管道输送；加膨泵送 中图分类号’F D 5 2 2 文献标识码A文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 4 0 0 2 4 0 3 R e s e a r c ha n dP r a C t i c eo fB a c k f i l lT e c h n o l o g yw i t hP i p e l i n eT r a n s p o r t a t i o n b yP r e s s u r eP u m p G U 0S a n - j u n L o n g s h o uM i n eo f J i n c h u a nG r o u pC oL t d ，y i n c h u a n7 3 7 1 0 2 ，G a n s h u ，C h i n a A b s t r a c t A i m i n ga tt h ef e a t u r e so fL o n g s h o uM i n eo tJ i n c h u a nG r o u p ，aH e wb a c k f i l lt e c h n o l o g y ．i sp r o p o s e dt h r o u g h t e c h n i c a lt r a n s f o r m a t i o na n di n n o v a t i o n ，i n c l u d i n gp r e s s u r i z e df i l l i n gi ns h a l l o wm i n i n gareaa n df i l l i n gb ys a n ds l u n y p i p e l i n e s ，c o m b i n e dw i t hr e i n f o r c e dc o n c r e t eb e i n gt r a n s p o r t e db yp r e s s u r ep u m p ．T h i sn e wt e c h n o l o g yh a ss o l v e dt h e e x i s t i n gp r o b l e mi nt h eb a c k f i l lt r a n s p o r t a t i o n ，h u ta l s oi m p r o v e dt h em i n ep r o d u c t i v i t ya n db a c k f i l ls t r e n g t h ． K e yw o r d s b a c k f i l l i n gi nt h es h a l l o wm i n i n ga r e a ；p i p e l i n et r a n s p o r t a t i o n ；t r a n s p o r t a t i o nb yp r e s s u r ep u m p 充填采矿法具有回收率高、贫化率低的突出优点， 同时也是处理地压活动的有效手段。按照充填料及其 输送方式，可分为干式充填系统、水力充填系统、混凝 土胶结充填系统、块石胶结充填系统和高水速凝胶结 充填系统。金川集团有限公司龙首矿西二采区上部贫 矿矿体埋藏较浅，首采分段1 6 3 0 边部采场的充填道布 置在1 6 5 0 中段，其中1 6 3 0 分段采场中5 行最远，最大 充填倍线达到1 1 ．7 左右，根据一3m m 细砂管道自流 充填倍线不能大于7 的理论和工程实践的要求，龙首 矿通过有压水力输送的水力计算和充填工艺改造与试 验研究，采用加压泵对砂浆加压后通过管道输送到所 需的充填位置，成功实现充填，保证了1 6 3 0 分段首层 矿柱的顺利开采。 1 加压充填工艺的研究与改进 龙首矿借鉴公司膏体泵送的经验，在地面搅拌站 增加两台加压泵，优化原砂浆制备系统，运用泵送加自 流的输送工艺，通过加压泵向1 6 3 0 采区输送料浆，解 决充填倍数的问题和充填工艺的输送关键技术，并大 胆采用国产加压泵，降低充填系统设备成本。 1 ．1 加压泵送充填的原理 加压泵主要由执行都分、液压动力部分和控制部 分、润滑部分、冷却部分等组成，出口压力较高，可满足 超长距离超高高度的输送要求。控制部分采用P L C 控制，P L C 发出指令使电液比例阀输出液压力控制液 动换向阀换向，使S 形管转动，连通人料口与另一物料 缸。同时，P L C 向电液比例阀发出换向信号，完成与I 二 一次主油缸相反的动作。左、右主油缸交叉运行，左侧 输送缸和右侧输送缸待复循环，完成各自的吸人和输 送周期，通过泵外铺没的管道输送到达卸载点，完成泵 送作业。 1 ．2 加压泵的技术要求 龙首矿结合膏体充填和自流充填理沦，研究泥浆 泵对输送细砂胶结充填料浆的性能要求和有压输送工 艺，提出厂加压泵料缸直径、出口压力、S 管阀结构等 加压泵技术参数。 1 采用大直径料缸和箱形结构料斗，表面经过特 殊强化处理，便于冲洗和维护，由一7m m 以下骨料和 ①收稿日期2 0 1 2 4 42 2 作者简介郭三军 1 9 7 2 ，男，甘肃成县人，【程师，研究方向为自动化控制。 万方数据 第4 期 郭三军加压泵管道输送充填技术研究与实践 水泥制备而成的浓度为7 8 ％的砼体可以顺利吸入和 压出。其中主缸行程为18 0 0m l T l ，摆缸行程为1 8 2 m m ，主泵系统额定流量为5 0 9 ．5 8L ／r a i n ，摆缸系统额 定流量为6 3 ．4L ／r a i n 。 2 出口压力大，能够满足远距离输送的需要。主 缸系统油泵最高压力为4 5M P a ．额定压力为3 2M P a ， 摆缸系统油泵最高压力为3 5M P a ，额定压力为2 8 M P a 。 3 s 管阀结构，密封性能好，压力损失小，换向冲 击小，耐磨损。 4 采用P L C 控制，实现无级调节泵的输送流量， 出料稳定。 ． 1 ．3 工艺系统的优化和设备调试 经优化后的工艺系统如图1 所示。 朋 皮带机 粉一雌“ 融■曩曰口_ 一 水泥乍 虹 粉垛跌1 - 血3 水 萄 每焉胤 。疆秘 蕊产需案筻畦 圈I细砂管道加压充填系统示意 在现有自流充填系统基础上，采用细砂管道充填 搅拌与加压泵送砼体相结合的充填工艺，对供料系统、 水泥活化搅拌及输送系统、砼体输送管路系统、充填钻 孔的上下弯管连接系统、主输送管路的连接方式、输送 坡度、搅拌槽的有效容积等进行了合理优化和技术改 造”。。，简化了充填工艺环节。- 通过上述输送工艺优化和技术改造，降低了管路 沿程阻力损失，彻底消除了砼体充填系统的骨料供料 不畅、水泥浆输送不稳、管路爆裂、接头泄漏、泵压过 高、搅拌槽溢流等现象；通过安装风水联动阀，实现充 填料浆续流和管路清洗，解决管道容易堵塞的难题；通 过地表空载试验和工艺参数的调整，总结出了高压条 件下预防管路泄漏和降低管道沿程阻力的方法，实现 水泥浆的地表添加，保证砼体充填系统的正常运行，满 足生产的要求。 1 ．4 工艺参数设计与地表充填试验 1 ．4 ．1 砂浆参数设计砂浆的配比见表l ，不周充填 能力条件下的砂浆配比见表2 。 表1 砂浆配比 拄砂中含水取1 1 ％，表中千砂 水 砂。 表2 不同充填能力下的砂浆配比 拄由于砂石含水量随时间变化．哪上仅为理论值．实际配比时根据 浓度计测量值，可酌情调整供水量，达到设计充填浓度要求，其余 灰砂| 匕不变。 1 ．4 ．2 地表加压泵送充填试验地表加压泵送充填 系统的重载试车先进行地表模拟试验，再进行井下充 填试验和正常生产。一 先从加压泵出口开始，在地表安装5 0 0m 长管路， 管路爬坡高度8m ，模拟8m 高差的扬程阻力，共进行 了5 次充填试验，试验记录如表3 所示。对每次试验 的结果进行分析并对系统进行改进。 表3 加压泵地表胶结充填工业试验记录 液位浓度棒磨砂嚣旦墅』 12 泵送流量主缸压力油温 ／r a ／％／ t h “ 水泥水 ／ 一h “ ／M P a ／“ C 06 08 02 32 3OS O 2 5 3 7 n 4 I 岔09 82 72 307 02 93 8 0 ．6 0 _ 7 30 1 0 0 2 72 50S O 1 14 2 0 ．3 27 501 0 02 7培07 01 14 5 04 8 7 421 0 02 71 607 0 1 0 4 5 0 ．5 27 6 2l ∞2 31 4 ．07 01 24 2 5 1 06 2 7 651 0 02 31 3O7 51 2 4 2 5 1 0 ．3 07 6 ．9 l G 0 2 4 1 4 ．0 7 5l l 4 2 5 l 04 27 701 0 52 51 407 01 14 2 5 1 0 ．4 57 69 1 1 0 2 5 1 4 ．07 51 14 2 5 1 06 67 731 0 62 61 508 0l l4 2 5 l 0 ．4 37 7l1 0 42 5 1 55 7 0l I 4 2 5 1 05 27 741 0 52 61 527 21 24 2 ～5 l n 5 07 1 ．61 0 32 6 1 537 51 24 2 5 l 0 ．4 0 7 78 1 1 02 61 547 01 24 2 5 1 在试验中发现，当将砂浆浓度从5 0 ％调高时，出 现断流堵管的情况，经停车发现，堵塞发生在连接搅拌 桶与浓度计之间的小弯管，对弯管改造后系统恢复正 常；在砂浆浓度达到7 5 ．5 ％时，又出现了断流，将闸板 阀从阀位3 6 提高至阀位4 6 时，流量又恢复。可见．调 大阀门、减小阻力，可保持系统正常，因此通过改造搅 拌桶至泵料斗之问管路，使之达到自流坡度，解决此堵 管问题。 万方数据 第3 2 卷 经系统参数测试．在砂1 1 0t 、水泥2 5t 和水1 5t 左右时。砂浆浓度可控制在7 6 ％一7 6 ．5 ％，泉送流量 在7 0 “7 5m 3 ／h 之问，可保证系统稳定安全运行，确定 此参数为系统的运行l 艺参数 1 ．4 ．3P L C 控制充填系统的龄测控制及数据采集 系统基于可编程序控制器 P L C 进行操作。P L C 将信 息送到位于主泵控制室的计算机．所有的控制和操作 运行数据在控制室中均可获得，2 4h 全天候有人操 纵，系统的控制一般处于自动稳定状态，操作者只需在 过程不稳定时、停车及在启动期问进行必要的人T 操 作。图2 和图3 分别为主泵及泵送厕面图。 图2 主泵画面 誊警加压泵输送画面i ⋯。‘．_ ∽泵送画面 气 ．塑皇严鎏． 隔丽鲨侉焖 I 泵送启动 阿 I 季薹冀止- 啤商磊 I 主泵I 帮鼬．I 报警1 l 油脂泵 图3 泵送画面 1 ．4 ．4 重栽联动试车程序在地表模拟试验的摹础 上，提出了砂浆制备顺序和停车顺序，见罔4 和罔5 。 燮阚篇乖嘶卜] 向搅拌桶加砂． f 可时枷E 桶底摩 n 动汁晕皮带l 启动振动筛 启动吲赣给料机 豁艄州瓣望霎蔷蔫笋P 堕掣豸毳斋熊 图4 制浆设备启动顺序图 I 停小圆盘 3 m 圆盘， 壁，笪殳．1 砂石不再 l 进八搅拌 l 桶时停I } l 输送水泥 待砂浆放空后 冲洗搅拌桶 L _ 一L - J 分 钟 搅 拌 桶 干 图5 停车顺序图 2 现有设备和工艺技术改造 结合膏体充填和自流充填理论和地表模拟试验， 对现有设备和工艺提出了技术改造方案，主要包括 1 通过改进料缸和S 管阀结构，解决了物料的预 处理、贮存、压力泵送、改向分流、给料分配及管道减阻 吸振等技术难题，掌握充填管道输送砼类黏稠物料的 关键技术。 2 改造原充填站S L C 一5 0 0 0 控制系统。充填系 统的监测控制及数据采集系统基于可编程序控制器 P L C 进行操作，通过组态与加压泵自身P L C 控制系 统配合实现对加压泵的远程逻辑控制，做到对异常现 象及时处理，起到』，对泵体的保护作用。 3 设备冷却系统的改造。成功应用工业废水循 环系统实现设备的冷却，达到了节能减排的目的。 3 技术成果 对现有充填系统改造后，龙首矿在1 6 3 0 采场先后 组织r6 次井下采场充填实验，均获得成功。 试验达到了8 0m 3 ／h 的料浆输送能力要求。地表 和采场揭露试块3d 抗压强度大于1 ．5M P a ，7d 抗压 强度大f2 ．5M P a ，2 8d 抗压强度大于5M P a ，达到了 矿山充填生产T 岂要求。 通过没备与工艺改造后的龙首矿充填系统具有以 下技术特色 1 采用泵送和自流的工艺技术，解决了矿I I l 浅层 采场大倍线情况下细砂管道充填料浆无法输送的难 题，掌握r 砼类黏稠物料管道输送技术。 2 突破了该设备输送过程中骨料粒径要求的最 大极限。 3 臼行设计工艺，改造并成功采用国产设备，通 过丁程应用，取得r 预期效果，确保产量稳步增长。 下转第3 0 页 万方数据 F 冶工程棼3 2 眷 ．尹≮篡 l i 乏“ 最大剥采比平筏时间为1 3 年，与设备寿命基本相当， 提高了设备利用率，在综合考虑矿山效益及均衡投资 的情况下，最终确定方案A 。为最优生产能力，即1 5 万 吨／天，相对于传统验证所得的l o 万吨／天，生产能力 提高了5 0 ％，内部收益率增加了约3 个百分点。 3 结语 1 阐述了几种主要的露天矿山生产能力的预测 验证方法，在此基础上提出了生产规模的动态优化方 法并对其原理及实施步骤进行了浼踢。 2 在实例中，运用S u r p a c 软件创建了某大型铜矿 床的块体品位模型，利用三维可视化的M i n e s c h d e 软 件编排了6 个规模方案的进度计划，计算了各方案最 终内部收益率，确定I R R 最大的A 。为最优方案，这比 传统验证所得的1 0 万吨／天生产能力提高了5 0 ％，内 上接第2 6 页 4 结语 1 6 3 0 分段首层矿柱共有储矿31 7 万吨，利用加压 泵对该矿体采空区进行充填后，保证了1 6 3 0 分段首层 矿柱的顺利开采，并为转层开采创造了先决条件。通 过技术和工艺研究与试验，改造现有的充填系统与工 艺技术，实现浅层矿区加压泵送充填，经过几年的现场 生产验证，充填系统运行稳定，完全满足充填强度、流 动性、生产能力的工艺要求，在充填工艺中具有技术特 色，填补了国内充填工艺的空白，具有较大的工程 价值。 部收益率增加了约3 个} ；『分点。 3 由于优化过程是建立在进度计划基础上的，故 在编排过程中存在一定的人为主观因素，另外对于各 项成本及1 “品售价均取定值，也会对结果有一定影响， 故如何克服诸多不利因素，而获得更加准确严密的最 优生产能力，尚待进一步努力。 参考文献 [ 1 ] 于汝缓露天矿设计理论分析[ M ] 徐州中国矿业大学出版社， 1 9 8 7 [ 2 ] F u n g RS u r f a c ec o a lm i n i n g t e c h n o l o g y [ M ] N o y e sN e wJ e r s e y D a t a C o r p o r a t i o n ，1 9 8 1 【3 ] 张幼蒂．蛭长生太譬矿n l 生产规模及其辊关获策要素综合优化 [ J ] 中国矿业大学学撤，2 0 0 0 ，2 9 I 1 5 J 7 『4 1 T o r r l e sT F N P Vo rI R R 々w h yn o lb o t h [ J ] M i n i n gE n g i n e e r i n g ， 1 9 9 8 ，5 0 1 0 6 9 7 3 『5 ] R ⅢnRJT h eR a l co rT i m eV a l u eo fM e n e yi nD e t e r m i n i n g4 n O p e r tP 【LM i n i n gS e q u e n c ea n f lP i t L i m i t s 【c 】∥t 2 t hA p “nS y m p o s i 一 ⋯1 9 7 4． [ 6 ] 采矿手册编委会采矿手册 M ] 北京冶金工业H { 版社，1 9 8 8 f 7 ] 王青，王智静露天开聚整体优化理沧、模型与算法[ M ] 北京冶金工业出版社，2 0 0 0 [ 8 ] 杨彪，箩局全，廖江【幸i ，等嚣天矿f l I “ 秉境界动态优化固定 [ J ] 堤炭学报，2 0 1 0 ，3 5 3 3 6 8 3 7 2 [ 9 ] B y e ，A l a n T h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o n 盯a3 1 g e o t e c h n i e a l m o d e l f o r m i n i n go p t i m i s a t i o n [ C ] ∥2 0 0 5S M EA n n u a lM e e t i n g G o t M i n i n g P m p r i n t s ，2 0 0 5 6 5 l 一6 6 0 『1 0 1王柏轩．王陆萱技术经济学[ M ] 卜簿．复日大学出版社， 2 0 0 7 参考文献 [ 1 ] 王文斌机械设计手册液压传动与控制[ M ] 北京机械工业出 版社，2 0 0 7 [ 2 ] 段文泽电气传动控制系统及其工程设计[ M ] 重庆重庆大学 出版社，1 9 8 9 [ 3 ] 郭伯农，陆德浩自动拧制系统[ M ] 上海上海科学技术史献 出版社，1 9 8 6 [ 4 ] 牟兴中，陈启松液压设备管理维护手册[ M ] 上海J ‘海科学 技术出版社．1 9 9 6 [ 5 ] 刘同有充填采矿技术与应用[ M ] 北* 冶金川k 出版社， 2 f 1 1 l 万方数据