小铁山矿尾砂浆体管道输送系统试验研究.pdf

期 月 第 9 卷 年第 14 1 994 矿业研 究与开 发 MINING R 衣 D V ol . 14No . 3 S e Pt . 19 94 小铁山矿尾砂浆体管道输送系统试验研究 沈更 长沙矿山研究院 摘要 小铁山矿 尾砂浆体 管道 输 送 系统具 有 输送 距 离长 、 输 送 浓度高 、 管 线上行 、 接力输送和米用昨搅拌立式砂仓 作为运 行起卢 、 的贮 、 给料设 施等特点 。 本文简介了该系统概 况 、 主要工艺特征 , 运转状 况 , 主要技 术指标和工业试验情况 ; 阐明 了系统所 具 有的生产率和输送 特 性 , 并就 其运 营成 本 与其 它输 送 系统进行了分析 对 比 , 从而体现了本 输 送 系统的 优 越性 。 关键词 尾砂浆体管 道输送高浓度运 营成本 国内首例长距离 、 高浓度 、 管线上行的尾砂浆体管道输送系统试验研究成功 , 并在小 铁山矿付诸应用 。 这一科研成果 为扩大充填采矿法的应用注入 了新的活力 ; 为长距离 、 大 高差条件下尾砂浆体的有效输送提供了新鲜经验 。 在这一被列为有色金属工业总公司重点科研项 目的课题研究实践中 , 遇到过许多问题 , 同时也解决了许多问题 , 从而使研究工作取得 了长足进展 。 为了总结经验 , 深化认识 , 在 此就所涉及问题主要方面作一简要回顾 。 1 . 1 系统概况和主要工 艺特点 系统概况 本系统设计年输砂量为 4 2 . 2 4万 t , 担负着整 个小铁山矿及深部铜 矿尾砂充填骨料的 输送 。 输送管路全长 12 . 6 5 k m , 设置的两泵站之间相距约 7km . 系统起点设有两座贮给料 砂仓 , 管路终端抵达矿山制备站贮料仓 , 并在此与矿山充填系统相街接 。 系统输送尾砂来源于白银选冶厂 , 正常输送流 量为 8 5一9 0 m , / h , 输送浓度 C w 一5 0 5 5 . 系统从设计到投产 , 其间经历了室内实验 , 工业试验 , 试验生产和正式生产等阶 段 。 截至 19 9 2年项目鉴定 , 系统共计为矿 山输送尾砂 3 . 5 万多吨 。 目前 , 系统工业生产运 行稳定 , 较好地满足 了矿山 充填采矿对尾砂的需求 。 图 1 所示为本系统工艺流 程 。 从图中可以看出 。 由选厂来的尾砂经 1 、 2 段水力旋流器 分级脱去细泥后送入一泵站立式砂仓 , 在仓 中的浆体中所含大部分多余清水经仓顶溢流槽 排出 , 尾砂在仓 中 自然沉降浓缩 , 达到终极沉降浓度贮于仓 中 。 仓中尾砂经造浆系统造浆 , 达到 局部流态化后 , 通过放砂环节按浓度 、 流量要求放至 一泵站搅拌桶 , 经一泵站油隔离 泵排至输送管路 , 浆体尾砂经 7 . 08 7 k m 管路送至 二泵站搅拌桶 , 再经二 泵站油隔离泵 , 通 过 5 . 56 7km 管路送入制备站立式砂仓 。 矿业研究 与开 发第1 4卷 至尾矿库 旋流器滋流 衬胶泵 立式砂仓两座 上上上 上上上 一泵站 图 1 尾砂输送工艺流程图 LZ 主要工艺特点 从工艺上看 , 本系统具有以下特点 l 采用了先进 的长距离 、 高浓度管道输送工艺 , 具有吨砂运输成本低 、 尾砂损耗少 、 操作管理集中 , 维护简便等优点 。 2系统管线上 行 , 起止 点高差 达2 1 0m . 因 而系统采用两段接力输送 。 3 首次采用 非搅拌 流 态化立式砂仓作为 长距离输送起 点的贮 、 给料设施 ; 较搅拌式 砂仓节能 , 且贮砂量较多 。 4主 泵电机采用 了串级调速装置调速 , 使系统的运行流量根据需要而连续可调 。 5泵站 设有运 行参量监控和 检测仪表 , 立式砂仓设有参量检测租放砂 手动 、 自控仪 表系统 。 6 整 个系统设备 齐全 、 运行可靠 , 国产化率达 10 0 2 系统运转状况及主要技术指标 本系统经运行调试 和工业试验 , 取 得 了连续 、 稳定运行的 良好效果 。 至 1 9 9 2 年 6 月 , 共输送尾砂 3 538 8 t , 放砂和输送浓度 、 流量及生产率等指标均达到设计要求 。 系统的 主要 技术指标如 下 输送距离 12 . 65 km ; 输送 浓度C w 一5。一5 5 ; 输 送 流量8 5一9 0 m , / h ; 输送 总压 力 7 . 68 . 5 MP a; 生 产率 6 2 . 776 . 7 t/h , 每批量平均生产率 57 . 4一70 . 3 t/h; 耗电量 5 . 6 9 6 . 3 3 kw h / t; 耗水量 。 . 6一0 . 7 t / t 尾砂 ; 尾 砂中值粒径 。 . 09 3 一0 . 1 0 4mm , 尾 砂级 配 中平均 7 4拼m 占 6 5 , 平均 3 7拼m 占 9 3 . 7 . 3 系统工业试验及输送特性分析 检验系统设计和运行参量选择是否合理及衡量系统主 要设施 、 设备工作性能的主要标 第 3 期沈更小铁山矿尾 砂浆体管道输送系统试验研 究 准是系统运行状 态是否稳定 。 工业试验分下述几个方面进行 。 3 . 1 尾砂浆体在管道中的运行状态 根据尾砂浆体特性试验研究和浆体稳定性分析 , 本系统以 1 . 3 倍于积临流速选择较送 速度 , 并考虑 生 产率 、 泵实际性能 、 泵送效率 、 压力损耗和能耗等因素 , 确定选择系统运 行参量范围为 浓度C 、一5 0 一5 5 , 流 量Q一8 59 0 m , / h . 在此运行参量下 , 对砂浆 在管道中运行状态浓 度稳定性测 试结果 显示 , 进入 和排出 系统管道砂浆的浓度稳定 。 如 , 以Q一85m , /h输送 尾砂浆体 , 进入管道砂浆的平均浓度为 5 0 . 1 , 排出管道砂浆的平均 浓度为 4 9 . 4 , 相差仅 1 . 3 . 对系统管道磨蚀进行的试验显示 , 系统每输送 1 万 t 尾砂 , 管道产生的平均磨蚀量为 6 . 2 2 x10 一’ mm , 其与国外某些长距离浆体管道年磨蚀量相当 , 根据这一磨蚀量推断 , 管道未产 生过量磨蚀 , 尾砂浆体中较粗颗粒未在管底产生拖动 、 跳跃 , 即浆体状态稳定 。 根据不 同时期 多次对尾砂粒级进行测试 , 其中值粒径只有 。 . 0 1 mm 变化 幅度 ; 并且 尾砂 上限粒径在选厂得 到有效控制 , 因 此 , 浆体的稳定状态可在工业生产中得 到 保持 。 3 . 2 立式砂仓和输送 主泵的工作状态 立式砂仓平均放砂浓度 、 流 量 的稳定 , 是保证系统运行状态稳 定 的关键因素 。 在砂仓 结构特定的条件下 , 分析本系统砂仓稳定工作 的相关因素有 尾砂粒级组成 、 尾砂存贮特 性 、 尾砂流化状态 、 选浆水量大小及放砂操作方法等 。 试验显示 , 在本系统特定尾砂物性 条件下 , 保持砂仓放砂工作稳定 , 主要在于避免存贮过程 中 的尾砂结块和在放砂操作中合 理控制选浆量 。 对于前者在尾砂存贮时间较长情况 下 , 可采用定期返水造浆方法 ; 来避避 免块状尾砂生成 。 造浆水量 , 以根据尾砂在 砂仓中的终极沉降浓度和刚好达到放砂浓度 、 流 量而需的水 量来控制 , 且在放砂操作中 , 主 要以控制造浆水量来控制放砂浓 度 。 试验显 示 , 在合理调控前题 下 , 本系统非搅拌砂仓 , 其工作稳定性及平均放砂浓度 、 流量值满足系统 输送要求 。 运转实践表明 , 在 系统要求浓度 、 流量范围 , 本系统输送主泵工作状态 良好 。 这体现 在主 泵动力传动部件工作平稳 , 液力端活 塞缸 、 隔离罐工作稳定 , 且输送砂浆浓度 、 流 量达到系统要求数值 。 3 . 3 系统衔接点的协调 本系统有两个 开式连接的衔接点 即砂仓与一泵 站油 隔离泵的衔接 ; 一 、 二 泵站间 的 街接 。 两衔接点均为容积2 1 . 2m 3 的搅拌桶 。 由于系统为串联运行 , 因此要求各衔接点之 间的 流量相互一致 。 对于第一衔接点 , 由于主 泵 的 流量 为 固定值 , 因 此协调工作在于控制砂仓放砂量达到 与主泵流量相一致 , 这就要求在放砂过程中 , 不断注视和记录流量变化 , 以便根据情况进 行调整 , 并根据协调试验及 生 产过程显 示 , 精心操作将平均放砂流量稳定控制在输送 流量 调定值范围之内 。 对于第二衔接点 , 协调工作主要是控制两个泵站的流量相一致 。 根据试验显示 , 为使各调节点有一定的流量缓冲调节作用 , 搅拌桶 中的液位以保持在 2 . sm 左右为宜 , 这样如果出较大的容量波 动 , 就不 致 出现搅拌桶迅速溢流 或主 泵吸空 现 矿 业研究与开发第1 4卷 象 。 设置在搅拌桶上方的清水给水管道 , 在出现 流量欠缺时 , 可 用来补充清水 , 以保持主 泵的输送流量不变 。 3 . 4 系统工业运行状态的检测 图 2 为本系统连续运行输送砂浆的各运行参数变化过程的记录曲线 。 曲线自上而下分 别为砂仓放砂浓度 、 流量 、 一泵站输送浓度 、 流 量 和压力 。 由曲线可以看出 , 系统的运行 状态 良好 , 这体现在系统各运行参数达到指标要求和系统可长 时间地稳定工作 。 相对波动 较大 的放砂浓度和流量 , 在经过搅拌桶的缓冲作用 后 , 很均匀地进入管道 。 从记录曲线还 可以看出 , 保证砂仓放砂浓度和 流量的稳定是系统保持稳定工作的关键 。 5 . 0 。4 . 0 3 . 0 0 户00‘U尸Jto z李 幼 0 ”U O -JOOJ C吕 6 户a-O N a ‘ 沙 口 图 2 参数变化过程曲线 由此可 见 , 合理 设计 、 正 确操作 、 精心维护 和管理 , 便可使系统达到 良好的工业运行 状态 。 3 . 5 系统的输送特性分析 从试验结果进行归纳 , 本系统在砂浆输送过程中可显 示出以下特性 l 系统所输送的尾砂物料级配在工业生产中保持稳定 ; 主要设备如砂仓 、 油隔离泵 等的性能可与所输送浆体特性相 适应 。 2 系统的工作状态稳定 浓度 、 流量 、 压力三参量 之间的关系可准确用公式表达 , 且 其呈现的规律性符合理论分析结果 , 并与按水力坡度计算的结果相一致 。 3 系统正常工作的输送 压力是在泵的最佳工况范围之 内 , 输送浓度可达到高浓度范 畴 。 4 系统的生产率和运营成本比较 4 . 1 系统的生产率 系统输送尾砂浓度达到5 05 5 , 流量 8 59 0 m , / h的指标时 , 其对应的生产率为 6 2 . 776 . 7 t/ h . 根据充填采矿 的特点 , 充填系统对尾砂并非长期连续需求 , 而只需满足 间断批量供给 。 因此 , 输送系统需采用批量输送 工作制 。 目前系统为小铁山矿输送尾砂每批量为 1 7 3。一 346 o t 约为2 4 仓尾砂 ; 待深部铜矿 充填采矿投产后 , 预计每批输砂量可达 103 80 t . 对 于批量输送 , 因每一输送 周期都要包括一次冲洗管道时间 , 另外加上生产波动及更换易损 第 3 期 沈更小铁山矿尾砂浆体管道输送 系统试 验研究 件等占用时间 , 系统平均每小时生 产率 S , 较上述小时输砂量 S小 ; 在矿 山每批需砂量较大 的情况下 , S 尸 可达到 S 的 . 4 .2 系统的运营成本比较 运营成本包括的内容有 水电费 、 辅助材料和易损件消耗费 , 设备折旧费的工资与奖 金 、 矿山管理费等 。 按此内容计算 , 若年输砂 4 2 . 2 4 万 t , 则每吨尾砂输送成本为 3 . 7 4 9 元 , 每吨公里尾砂输送成本为 。 . 2 9 6 元 。 为了较清楚地衡量管道输送运营成本 的经济性与合理性 , 本系统与其它输送系统作一 比较 。 l 与汽车输送的比较 比较结果如表 1 所示 。 可以看出 , 采用管道输送 虽初期建设投资较汽车方案多 , 但运 营成本却大幅度低于汽车方案 。 在相同运距情况下 , 汽车输送每年运营费较管道输送多 15 8 万元 。 由此可体现管道输送较汽车输送有明显 的优越性 。 l 本系统与搅拌式砂仓输送系统比较 比较结果如表 2 所列 。 由表 2 可以看出 , 本系统所采 用 的非搅拌 式仓较搅拌式仓每年 可节电7 1 万度 , 可见节能效果之 显著 。 表 1 管道输送与汽车输送 比较 表 2 两种砂仓的节能比较 内容管道输送 汽车输送 砂仓形式 设备 电容 量 kw 年总电耗量 之kw h 年 电耗差额 k Wh 投资 相对差 额 年运营费元 年运 营费差额 2 2 210 0 搅拌式 1 1278 84807 110 4 0 1 583 578 . 3 1 68000 1 5 8 442 2 非搅拌式 本系统用 1 1 774 4 0 3 与低浓度尾砂输送系统比较 高浓度尾砂的输送系统 , 与低浓度尾砂 的输送系统的比较见表 3 . 同样 , 可以从表中 所列数据体现出高浓度尾砂输送系统的显著 节能效果 。 表 3 两种浓度尾砂输送的经济性比较 类 别 低浓度 高浓度 输送浓 度 电 耗年电耗年电耗差额 C wkw h/t .kw 卜 kw . h 30 O勺 9 . 1453 8 62848145 5 5 90 6 924 0 72 5 8 0 5 结语 l 小铁山矿长距离 、 高浓度尾砂管道输送系统为 国内首创的规模大 、 输送正规化的 管道输送系统 。 其试验研究工作 , 全面地反映了该系统的特性与运行规律 , 对正确掌握 、 管 理系统并使其达到最佳工作状态及实现系统的设计指标有重要意义 。 试验研究方法及其结 果正确可靠 。 这一研究成果可普遍用 于砂浆管道输送的设计 。 2在试验与研究中 , 较全面地分析了砂仓稳定工作的相关因素 , 总结了立式砂仓用 于本系统所具有的特性 , 提出 了如何预放块状尾砂和对于特定放砂浓度 、 流量如何合理控 制造浆水量问题 。 3 本系统所输送 尾 砂的比重 、 级配可保持稳定 。 对应 于系统输送的浓度 、 流量范围 , 尾砂浆体在输送管道中呈 非均质流状态 。 工业运行状态下所测各运行参量及砂仓放砂和 主 1 2矿 业研 究与开发 第1 4卷 泵工况稳定 。 4本系统管道输送具有压力随 流 量 、 浓度上升较快 ; 主泵压力需控制在一定工况范 围 ; 相同流动条件下 , 二 泵站压力较一泵站高 ; 输送参量受砂仓放砂制约 ; 开式衔接需协 调 流量 ; 主泵所输送砂浆不可有异物进入系统及系统能耗随浓度下降而增加较快等特点 。 ANEXP ERIMENTON TAILING SLU R R Y P IPIN GSYS T EM IN X IAOT IE S H ANMIN E She nG e ng C ha ng sha In stituteo fMiningR ese areh A BsT R ACT The tailing s l ur ry piping system in xia oties ha n min e w aseha r a eterized by L on g tra nsport dista ne e , high 一d ensitys l ur ry , u pw ard mu lti 一s tagepiping , an d n on 一m ixing v e rtie al binusedas the storinga n df e e dingd eviee sat the sta rting p oint Abriefi ntfo d u e - tion to thegen er al de s e riptio n o f this sys tem , te ehno logie alfe at u res , o pe ratio neo nitio ns , teehniealinde x an dPil ottestresu lts15giv e n . 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