红透山矿充填系统现状及问题浅析.pdf

第2 7 卷第3 期 2 0 1 1 年6 月 有色矿冶 N O N F E R J 0 0 l U Sh 嗍GA N Dh 铂时A I J 乃l G Y V 0 1 ．2 7 ．№3 J u n e2 0 1 1 文章编号l 0 0 7 9 6 7 x 2 0 1 1 0 3 一0 0 1 7 0 4 红透山矿充填系统现状及问题浅析 侯丽伟1 ，王长春1 ，张晓钧2 ，孙正权1 1 ．中国有色集团抚顺红透山矿业有限公司，辽宁抚顺1 1 3 3 2 1 ；2 ．中国有色集团沈阳矿业投资有限公司，辽宁沈阳1 1 0 0 1 4 摘要本文主要阐述了红透山矿业公司充填系统的现状，采用的充填方式，随采深不断增加而产 生的充填倍线过小、管线过长、落差过大等问题，以及针对上述问题而提出的解决方案。 关键词废石；充填系统；管路阻力；管路压力；节约成本 中图分类号文献标识码 O 概述 红透山矿充填系统包括了干式充填系统和湿式 充填系统。湿式充填系统由尾砂充填系统、河砂充 填系统、干灰充填系统，破碎废石充填系统组成。尾 砂充填系统经历了选矿厂尾砂分级充填、选矿厂尾 砂尾矿库尾砂混用分级充填、选矿厂尾砂干尾砂分 级充填及全尾砂充填等过程。 下灰系统也由原来的水力输送输送改造为现在 的下干灰输送，提高了充填体的强度。 尾砂充填系统、河砂充填系统、系统干灰充填系 统于2 5 3 卧式砂仓进行统合。 破碎废石充填系统是1 9 9 9 年建成，2 0 0 0 年投 产的一个新的充填系统，该系统补充了尾砂系统充 填料的不足部分，缓解了充填料供需不平衡的局面。 在运行之中，这些系统得到了不断的完善，形成 了一套有效工作的高效系统。 1 充填系统的应用 红透山矿由于持续的开采，现在已步入超深部 开采阶段，随着采深的增加，矿体产状发生了很大的 变化，特别是一5 2 7 M 中段以下矿体急剧向东侧伏并 变窄。根据该矿现在矿床的赋存实际情况，应用的 采矿方法现在主要有充填法、留矿法、和小中段法。 留矿法、和小中段法采场采、出矿结束后进行嗣 后充填以维护地压，充填法采场采、出矿结束后进行 充填为后续采矿提供作业平台，并且充填法采矿量 占总采矿量比重较大，2 0 0 3 年为7 0 ％以上，2 0 0 4 年 为7 5 ％以上，随着充填系统覆盖范围不断扩大，重 要性不断增加。因此充填系统正常生产是红透山矿 生产稳产、高产的前提基础。 2 面临的问题 红透山矿水力充填系统的使用已经具有多年的 历史。充填系统也随着采深的增加，不断的向下、向 东延伸。由于在生产中出现了管路上向压开等问 题，现有充填系统能否为井下整个矿体的采矿提供 服务，是否需要新施工一些工程以保证生产现已成 为了大家所关心的问题，因此本文就充填管路系统 及减压改造进行说明。 为了解红透山矿充填系统的特殊性，总结该矿 现有的充填系统与其它矿山相比所具有的不同点如 下 2 ．1 管线过长 充填现有井下各采场，管路平均总长约30 0 0 m 。管路过长事故点多，出现事故，停车困难。 2 ．2 系统模式固定 由于管线过长，其中的岩石孔也较多，管径、孔 径为1 0 0m m ，已经形成，因此更改管路材质、管径以 改变延程阻力等输送参数极为困难。 2 ．3 落差极大 由于红透山矿已处于深部开采，最底部采场充 填管路末端出口 标高一7 6 7m 与最上端进料口 标高 2 5 3m 间落差达到了l0 2 0m 。 2 ．4 倍线过小 现井下尾砂充填系统充填采场时最小充填倍线 小于2 如一6 4 7 中段1 采 ，最大小于4 如一5 8 7 中段2 2 采 ，并且在一4 6 7 中段以下变化极大，由一 4 6 7 中段以上的小于2 急剧增大到接近于4 。 2 ．5 敞口下料 由于红透山矿充填系统供料能力小于输送能 收稿日期2 0 1 1 一0 3 0 5 作者简介侯丽伟 1 9 7 4 一 男，大专，采矿助理工程师。主要从事井下充填技术管理工作。 万方数据 1 8 有色矿冶 第2 7 卷 力，充填系统采用了敞口下料方案，防止由于下料端 产生负压抽空搅拌筒，敞口下料造成管路内物料不 连续，计算充填倍线极为复杂。 2 ．6 充填料颗料较大 由于充填管路内充填料颗料较大、料浆流速快， 充填管路的磨损非常快。 以上特点有着鲜明的红透山特色，因此在管理 工作中不能照搬前人管理经验，要不断挖掘自身潜 力，以适应矿山不断发展的需求。 充填系统能力解算 鉴于以上特点和要求，充填系统在不断延伸过程中 充填系统运行参数也需不断修正，以达到最佳运行 状态，因此需要不断进行改造。 3 解决方案 从红透山矿充填系统的特点出发，水力充填系 统改造主要有两种方案，即投入设备施工接力泵站 和原有系统整改。 3 ．1 原有系统整改方案 根据对以上特点的总结，原有系统整改主要应 从以下几个方面着手 3 ．1 ．1减小单中段管路阻力 由于一4 6 7 中段以下采场东移，水平管路长度 增加，管路内壁粗糙，管径不统一，根据理论分析，这 样将造成中段管路内部延程阻力增大。同时在生产 中的实际反映即管路易堵管，出口压力也减小， 充 填一5 2 7 中段2 l 采过程中发现出口压力较小 处理 相当困难，不能保证正常的生产。解决方案为更换 管材，统一管径。在管材中主要应用了三种充填管 材。第一种为铸石管，用于主系统管路常年不动的 地方，第二种为陶瓷复合管，用于主系统管路需变动 及新接的地方第三种为衬胶管，用于弯头、短节等位 置。经实际应用铸石管耐用、笨重；陶瓷复合管轻 便、耐用、不抗冲击，接头易破坏而造成整管陶瓷脱 落破坏；衬胶管轻便、抗冲击，价格昂贵。几种管材 的应用，解决了管路磨损较快，内阻大的问题。 3 ．1 ．2 降低系统管路压力 红透山矿现有充填系统深部各中段水平管路较 长，多数采场充填管路下向与中段系统上向间距离 超过4 0 0m ，这样充填料输送过程中，为克服前端延 程阻力，上向处需提供较大的压力，因此管路内部压 力较大。部分中段管路及其组成部件已不能承担其 内部不断增加的压力的需要，这主要反映在中段上、 下向及连接部位，如弯头、法兰盘连接处，由于内部 压力大，易造成挤压破坏，如发生垫片压坏，上向压 开等 现场工作中充填一7 6 7 中段1 0 采时一5 8 7 中 段上向压开 ，需经常维修，更换零件、增加成本，安 装要求也非常严格。 3 ．1 ．3 形成双套充填系统 增加减压系统后，充填系统在不同中段间互相 备用。并且增加的成本较小。充填采场时可按需要 调整充填料浆流动路线，以保证正常的生产，减少了 事故停车的可能，同时又扩大了井下采场的充填范 围。 3 ．1 ．4 改善连接工艺 改善连接工艺、提高安装质量，减小局部阻力等 方面来改造系统，以达到最好的输送效果，最终达到 服务生产的目的。 提高安装质量，减小局部阻力为现场施工管理 范畴，需在现场加强管理。 改善连接工艺，可以采用槽钢加固、加厚连接 件，采用新材料等方法，需在工作中不断探索。 3 ．2 现有系统能力及充填能力 ． 红透山矿井下系统现有管路各中段长度符合水 力计算结果，中段分支管路长度考虑成本给予了适 当放宽。 该矿原有充填主干系统位于1 3 1 4 地质勘探 线附近，一直没有向东扩大充填范围，井下一4 6 7 以 上矿体均在上向的3 0 0m 以内，因此充分满足了井 下一4 6 7 以上矿体的采矿工作要求。 由于现有矿体在一4 6 7 中段以下急剧向东侧 伏，单中段水平管路延伸增加，随着采矿的继续深 入，根据计算及井下实际安装使用情况，东部采场充 填受到系统管路的影响，经常出现问题，设计施工减 压系统已经成为系统发展的必然需要。根据理论计 算 计算过程附后 ，单中段水平管路长度宜在4 0 0 I t l l 以内，随着矿体的不断推进，为保证系统的正常生 产单中段水平管路长度宜在4 0 0n l 以内，需将系统 由一4 0 7 中段起开始调整，由一4 0 7 中段起向东平移 系统管路上向，才有可能充填一5 8 7 中段东部矿体。 红透山矿向东平移系统管路上向已经由2 0 0 2 年逐步开始，2 0 0 4 年一5 2 7 中段充填管路已铺设到 一5 8 7 中段的2 l 采 2 7 勘探线 ，一5 8 7 中段2 l 采 充填管路其末端距中段上向已达4 0 0m 以上。 按单中段系统管路铺设4 0 0I l l 的要求改造后， 管路覆盖范围为一5 2 7 中段2 4 线以西，一5 8 7 中段 3 4 线以西，一6 4 7 中段3 8 线以西，一7 0 7 中段4 3 线 以西，一7 6 7 中段以下现有全矿体。 万方数据 第3 期 侯丽伟等红透山矿充填系统现状及问题浅析1 9 3 ．3 投入设备施工接力泵站 投入设备施工接力泵站，需开凿硐室，砂泵，搅 拌设备。管路应用各中段原有管路不需另投成本， 现阶段可以达到生产要求。 经考查，国内外的充填砂泵扬程均达不到要求， 输送范围小。经比较原有管路整改方案优点较多， 可以采用。 根据以上分析计算，红透山矿现有充填系统满 足了现阶段井下充填任务，并有扩展余地，对于各中 段新增并不在覆盖范围内的采场，可以采用调整其 充填管路部分中段上向位置，加固充填上、下向，加 强管路联接件等措施，确保充填工作顺利进行。 3 ．4 系统输送水力计算 3 ．4 ．1 参数 红透山地表管路共计12 6 0 m ，为两级砂泵站， 砂泵型号为6 P N J 功率为7 5k W ，扬程3 8m ，流量 3 0 0m 3 ／s ，两套，其中一套备用。高差约3 0n l 。 干灰仓容积1 5 0t 。卧式尾砂仓容积7 5 0 立方 两个。 该哈矿尾砂充填料的充填浓度平均为6 0 ％，小 时充填量V l 3 5m 3 ／h ； 容重P 。 1 ．9 5t ／m ’； 固体密度P k 2 ．7t ．／m 3 ； 流体密度 p l 1 ／ 0 ．6 ／2 ．7 O ．4 1 ．6 1 3t ／m ’； 秒流量Q V lX p , ／ 6 0 ％XP l 36 0 0s ／h 0 ．0 1 9m 3 ／s 流体体积浓度 C v 0 ．6 ／2 ．7 ／ o ．6 ／2 ．7 0 ．4 0 ．3 5 5 ； 尾砂平均粒径0 ．0 8 9m m ，其中 0 ．1 0 6m m 占 2 2 ．4 5 ％；河砂平均粒径1 ．4 5I n l n ，其中 1 ．1 6 8l n l n 占2 8 ．8 0 ％ 以上数据由现场实测得到 。 3 ．4 ．2 计算 由于红透山矿主要充填料为尾砂，补充充填料 为河砂等，因此文中主要计算了尾砂的运行参数，河 砂运行参数作简要计算。 1 颗粒的沉降速度 尾砂平均粒径0 ．0 8 9m m ，考虑到大颗粒对充填 料浆运行影响较大，料浆中 0 ．1 0 6n l m 占 2 2 ．4 5 ％，因此颗粒的沉降速度按d 0 ．1m m 计算。 预计R e 在l 至2 5 之间，按过渡流一阿连公式 计算沉降速度 W o 1 9 ．5 d L l [ P k P o ／p o ] 0 ‘7 p o ／l L L 0 ‘4 1 ．1 2 6e m ／s W 0 ．8 W o 0 ．9 0 0c m ／s 其中斗 0 ．0 lp a s 为流体的动力粘性系数。 验算雷诺数R e P o w d ／斗 1 ．1 2 6 1 ，1 R e 2 5 公式适用。 根据计算，流体的雷诺数为1 ．1 2 6 ，过渡流，可 以应用金川公式进行水力计算。 河砂颗粒的沉降米速，按过渡流一阿连公式计 算沉降速度 W o 1 9 ．5 d 1 。1 [ P k P o ／p o ] 0 7 p o ／斗 0 ‘4 2 1 ．3 2e m ／s R e P o W d ／l L L 3 0 9 依据充填理论基础计算。 根据计算，流体的雷诺数为3 0 9 ，过渡流，也可 以应用金川公式进行水力计算。 2 水力计算 查采矿手册第四卷P 2 7 6 ，管材按新生铁管， 管路的粗糙度8 取0 ．3l l l l n 管路的摩阻系数按P 2 7 6 表2 0 3 4 ，入取0 ．0 2 4 ， 管D 1 0 0l n l n O ．1m 纯尾砂充填时水力计算如下 流速v Q ／3 ．1 4 ／0 ．0 5 2 2 ．4 9 5m ／s 清水阻力i o 0 ．0 7 4m 水柱／m 两相流的水力坡度，应用金川公式 i j 0 ．0 9 5n l 水柱／m 其中C 根据全苏煤科院公式推荐取C 2 。 纯河砂充填时水力计算如下 C 取C 0 ．5 6 ，i ； 0 ．1 1 6 8m 水柱／m 应用杜兰公式计算水力坡度i ； i 0 1 0 1 2 v 2 ．7 3 与实际差较大，不采用。 式中⑦ i i i o ／m t i o 以上计算为出口端与人口端速度一致时极端差 情况，即末端无余压，按伯努力方程，可以按静力学 计算。 3 单中段合理输送范围 计入局部阻力等因素取系数2 ．1 ， S 中段高度X 料浆密度／ 水力坡度系数 一中段高度 6 0X 1 ．6 1 3 ／ 0 ．0 9 5X 2 ．1 一6 0 4 2 5m 河砂充填时水力计算 S 中段高度X 料浆密度／ 水力坡度系数 一中段高度 6 0 1 ．6 1 3 ／ o ．1 1 6 8x 2 ．1 一6 0 3 3 4m 万方数据 有色矿冶第2 7 卷 中段上向处压力值围S 中段高度X 料浆密度／ 水力坡度系数 一 h p l 6 0 1 ．6 1 3X 6 0 9 6 ．7 8m 水柱 中段高度 即由本中段上向起，6 0m 高度 一个中段 充填 6 0 1 ．6 1 3 ／ 0 ．0 6 8x 2 ．1 一6 0 料浆正好为水平长度为4 0 0m 管路平整情况下 的 6 1 7m 充填料浆提供克服水阻的动力，超过此距离压力易 中段上向处压力值 形成串联，由上部中段提供部分压力以顺利推动料h P 。X 6 0 1 ．6 1 3X 6 0 9 6 ．7 8m 水柱， 浆前进，这样将增大本中段上向附近的管路内压由于流速较小，易堵管，因此需调整2 5 3 硐室生 加入河砂后水平长度为3 3 4m 。即尾砂单中段水 产能力，影响较大，不易采用。 平管路合理长度为4 0 0m 。即小时充填量不变时提高浓度对充填范围影响 对比计算不大，降低浓度充填范围将减小，增大管径减小阻力 当管径增加到D 1 1 0m m O ．1 1m 时，但流速较小易堵管。 流速V Q ／3 ．1 4 ／0 ．0 5 2 2 ．0 6m ／s 流速较小， 参考文献 易堵管， [ 1 】刘同友充填采矿工程设计手册 第一卷 [ M ] 矿山工业科 冀查里磐兰竺6 嘴黑■ ⋯蒹祟裂筹嘉。第㈣㈨m 京．冶金工业出触 两相流的水力坡度，应用金川公式一．二⋯～⋯一～⋯。⋯”‘ i ； 0 ．0 6 8m 水柱／m ，此时单中段合理输送范 S i m p l yA n a l y z i n gt h eP r e s e n tS i t u a t i o na n dP r o b l e m so fF i l l i n g S y s t e mi nH o n g t o u s h a nM i n e H O Ul i w e i l ，W a n gC h a n g - e h u n l ，Z H A N GX J a o - i u n 2 ，S U NZ h e n g q u a n ‘ 1 ．C h i n aN o n f e r r o u sB L DF u s h u nH o n g t o u s h a nC o p p e rl t 扼n eC O ．；F u s h u nl1 3 3 2 1 ，C h i n a ； 2 ．C N M CS h e n y a n gI n v e s t m e n to fM i n i n gI n d u s t r yC o ．L t d ，s h e n y a n g11 0 0 1 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h i sa r t i c l em a i n l ye x p o u n d st h ep r e s e n ts i t u a t i o no ff i l l i n gs y s t e m ．们t l lt h ei n c r e a s i n go fm i n i n gd e p t h t h ef i l l i n gl i n e o ft h ee x i s t i n gf i l l i n gw a yi st o os m a l l ，p i p e l i n e s 剐他t o ol o n g ，a n dd r o pi st o og r e a t ．S o m es o l u t i o n s a r ep u tf o r w a r dt ot h ep r o b l e m sa b o v e ． K e yw o r d s w a s t es t o n e ；f i l l i n gs y s t e m ；t h ep i p e l i n er e s i s t a n c e ；l i n ep r e s s u r ea n dc o s ts a v i n g 上接第9 9 页 参考文献 [ 2 ] [ 3 ] 岩石矿物分析编写组．岩石矿物分析 第一分册 [ M ] ．北京 地质出版社。1 9 9 1 ． 沈阳冶炼厂．化验操作规程[ M ] ．内部资料，1 9 8 4 ． 辽宁省冶金研究所．有色金属矿石分析[ M ] ．内部资料，1 9 7 3 ． [ 5 】 [ 6 ] 化科技，1 9 9 6 3 5 4 - 5 7 ． 陈中义．低压溶样一原子吸收法连续测定岩石矿物中的铜铅 钴镍锌[ J ] ．冶金分析与测试 冶金分册 ，1 9 8 4 2 3 8 ． G B ／T 1 5 9 2 3 1 9 9 5 ．镍矿石化学分析方法火焰原子吸收法测定 镍量[ S 】．北京中国标准出版社，1 9 9 5 ． D e t e r m i n a t i o no fN i c k e la n dC o b a l tC o n t e n ti nB u r m aL a t e r i t e b yF l a m eA t o m i cA b s o r p t i o nS p e c t r o m e t r i cM e t h o d 一 一 C H E NL i h u a ，W a n gM i n - l e i ‘ S h e n y a n gR e s e a r c hI n s t i t u t eo fN o n f e r r o u sM a t e l s ，S h e n y a n gl1 0 1 4 1 ，C h i n a A b s t r a c t r 1 1 l em e t h o dt od e t e r m i n ec o n t e n to f n i c k e la n dc o b a l ti nB u r m al a t e r i t e 衍t l lf l a m ea t o m i ca b s o r p t i o ns p e c t r o m e t r i ei sr e p o r t e d ．I th a st h ef e a t u r e so fg o o dr e p e a t a b i l i t y ，l e s sd i s t u r b a n c e ，s i m p l ea n df a s to p e r a t i o n ．n es a t i s f i e dr e s u l ti np r e c i s i o na n da c c u r a c yC a l lb eg o tf o rs a m p l ea n a l y s i s ，r a t eo fr e c o v e l To fn i c k e la n dc o b a l tb e i n g f r o m9 8 ．8t o1 0 0 ．5p e r c e n ta n d9 7 ．9t o1 0 0 ．2p e r c e n tr e s p e c t i v e ． K e yw o r d s f l a m e ；a t o m i ca b s o r p t i o ns p e c t r o m e t r i c ；b u r m a ；l a t e r i t e ；n i c k e l ；c o b a l t 万方数据 红透山矿充填系统现状及问题浅析红透山矿充填系统现状及问题浅析 作者侯丽伟， 王长春， 张晓钧， 孙正权， HOU li-wei， Wang Chang-chun， ZHANG Xiao- jun， SUN Zheng-quan 作者单位侯丽伟,王长春,孙正权,HOU li-wei,Wang Chang-chun,SUN Zheng-quan中国有色集团抚顺 红透山矿业有限公司,辽宁抚顺,113321， 张晓钧,ZHANG Xiao-jun中国有色集团沈阳矿业 投资有限公司,辽宁沈阳,110014 刊名 有色矿冶 英文刊名NON-FERROUS MINING AND METALLURGY 年，卷期2011,273 参考文献2条参考文献2条 1.邓水清 采矿手册第四卷 1991 2.刘同友 充填采矿工程设计手册第一卷 1991 本文链接