陳 輝 王洪江 吳愛(ài)祥 王貽明

(1.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083；2.金屬礦山高效開(kāi)采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

哈爾濱某礦深錐濃密機(jī)的應(yīng)用改造

陳 輝1,2王洪江1,2吳愛(ài)祥1,2王貽明1,2

(1.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083；2.金屬礦山高效開(kāi)采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

以哈爾濱某銅鋅礦膏體充填系統(tǒng)調(diào)試為背景，指出調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)深錐濃密機(jī)澄清溢流水受給礦污染、底流濃度偏低以及壓耙等問(wèn)題的原因，并介紹了針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行給料井、絮凝劑投加點(diǎn)及底流循環(huán)管道等的改造情況。實(shí)踐證明：①合理選擇尾礦漿的稀釋方式，科學(xué)、恰當(dāng)消減尾礦漿進(jìn)入給料井的動(dòng)能，有利于為礦漿與絮凝劑平穩(wěn)、充分混合營(yíng)造理想的環(huán)境；②適當(dāng)增加并合理布置絮凝劑投加點(diǎn)有利于改善絮凝效果，提高深錐濃密機(jī)的底流濃度；③科學(xué)、合理的濃密機(jī)底流循環(huán)管路設(shè)計(jì)有利于底流料漿的平穩(wěn)流動(dòng)，減少耙架的運(yùn)行阻力和壓耙事故的發(fā)生。

膏體充填 深錐濃密機(jī) 壓耙 絮凝

隨著礦產(chǎn)資源的日益枯竭以及人們對(duì)采礦安全、環(huán)境保護(hù)重視程度的提高，如何高效、安全、環(huán)保地開(kāi)采礦石成為采礦工作人員面臨的一個(gè)重大問(wèn)題[1]。膏體充填采礦法因具有礦石回收率高、安全程度高及經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。

膏體充填是將細(xì)顆粒含量較高的全尾砂濃密后制成不分層、不離析、不沉淀的膏體料漿，然后泵送至井下進(jìn)行充填。因此，尾礦濃密脫水設(shè)備在膏體充填中占重要地位。

尾礦濃密是膏體充填工藝的首要環(huán)節(jié)，深錐濃密機(jī)適用于處理細(xì)顆粒物料，具有操作流程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)能力大、底流濃度高、溢流濁度小等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用越來(lái)越普遍，成為尾礦濃密的核心設(shè)備[2]。

哈爾濱某地下銅鋅礦因礦區(qū)上部有省級(jí)公路及哈爾濱至牡丹江區(qū)段高速公路，為了防止礦體開(kāi)采引發(fā)地表沉陷，影響公路正常運(yùn)轉(zhuǎn)，采用了膏體充填采礦工藝。根據(jù)礦山開(kāi)采技術(shù)條件及尾礦性質(zhì)，設(shè)計(jì)采用1臺(tái)直徑10 m、高14 m、底部錐角40°的深錐濃密機(jī)。在濃密機(jī)投入使用前先進(jìn)行了調(diào)試，針對(duì)調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的壓耙等問(wèn)題進(jìn)行了相應(yīng)的改造。

1 存在的問(wèn)題

該礦膏體充填系統(tǒng)初次調(diào)試暴露出的主要問(wèn)題集中于深錐濃密機(jī)，具體表現(xiàn)在以下幾方面。

(1)尾礦料漿從給料井稀釋口流至深錐濃密機(jī)上部溢流澄清層，造成澄清水復(fù)渾，影響濃密機(jī)溢流的循環(huán)利用。分析表明，造成該問(wèn)題的主要原因有二：其一，從選廠(chǎng)泵送來(lái)的尾礦漿以一定的流速沿井內(nèi)壁切線(xiàn)進(jìn)入給料井，這一切線(xiàn)速度足以使部分料漿越過(guò)井壁流出稀釋口；其二，來(lái)自選礦廠(chǎng)的尾礦濃度本來(lái)就不高(15%左右)，再加上進(jìn)料口處的密度差稀釋作用使給料井內(nèi)的尾礦漿濃度進(jìn)一步降低，進(jìn)而造成給料井內(nèi)料漿的密度與其外部澄清層水的密度差和高差均不大，這就使給料井內(nèi)的料漿很容易地流到給料井外?？梢?jiàn)，該濃密機(jī)的給料井結(jié)構(gòu)有待改進(jìn)。

(2)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試期間測(cè)得的最高底流濃度僅為67.2%，未達(dá)到平均68%的設(shè)計(jì)濃度。底流濃度的高低跟絮凝劑與給礦料漿的混合效果密切相關(guān)，二者混合效果一方面取決于絮凝劑投加點(diǎn)的安裝位置和數(shù)量，另一方面取決于給料井內(nèi)部為絮凝劑與給礦料漿混合提供條件的結(jié)構(gòu)。

(3)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試期間，連續(xù)供礦18 h即發(fā)生了壓耙事故。這種壓耙事故發(fā)生在底流濃度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求、耙架阻力尚未達(dá)到保護(hù)值的情況下。研究表明，造成這種現(xiàn)象的主要原因是濃密機(jī)底流循環(huán)管路設(shè)計(jì)不合理。

2 改造優(yōu)化

2.1 給料井改造

給料井是深錐濃密機(jī)的關(guān)鍵部件，尾礦漿的稀釋、尾礦漿與水和絮凝劑的充分混合均在此中完成，給料井底部的分配盤(pán)可使離開(kāi)給料井的絮團(tuán)定向分散，避免絮團(tuán)直接沖擊深錐濃密機(jī)底部的泥層[5-7]，見(jiàn)圖1。

圖1 給料井的分配盤(pán)

為了高質(zhì)量地發(fā)揮上述作用，對(duì)給料井的稀釋口進(jìn)行了改造，并添加了尾礦導(dǎo)流消能槽。

2.1.1 封堵稀釋口

目前，常用的稀釋方法有2種，即密度差稀釋法和速度差稀釋法。密度差稀釋法是在中心給料井的井壁上部開(kāi)稀釋口，它利用了給料井內(nèi)礦漿的密度大于給料井外部清水的密度這一原理。由于給料井內(nèi)礦漿的密度大于外部清水，所以給料井外部的溢流水面高于給料井內(nèi)的礦漿面，在給料井井壁上開(kāi)設(shè)稀釋口，深錐濃密機(jī)中的溢流澄清水就會(huì)因高差自動(dòng)流入給料井中，達(dá)到稀釋礦漿的目的。速度差稀釋法是在給料井進(jìn)料管處設(shè)喇叭狀結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖2)，由于給礦泵的作用，進(jìn)入進(jìn)料管的尾礦漿存在一定的速度，這樣就與濃密機(jī)的溢流水存在速度差，使得溢流水被吸入進(jìn)料管，從而實(shí)現(xiàn)尾礦漿的稀釋。

圖2 速度差稀釋結(jié)構(gòu)示意

為達(dá)到理想的稀釋效果，現(xiàn)場(chǎng)濃密機(jī)同時(shí)具備2種稀釋功能，但實(shí)踐中卻出現(xiàn)了給料井稀釋口跑漿的問(wèn)題，即進(jìn)入到給料井的尾礦漿從稀釋口流入深錐濃密機(jī)上部的澄清層(見(jiàn)圖3)。溢流水不僅沒(méi)有起到稀釋尾礦漿的作用，反而被新給入的礦漿污染。根據(jù)室內(nèi)不同礦漿濃度的絮凝沉降對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果，給料濃度控制在10%～15%時(shí)絮凝沉降效果最好。因此，現(xiàn)場(chǎng)堵死了給料井井壁上的稀釋口，即僅保留速度差這一稀釋系統(tǒng)，見(jiàn)圖4。

圖3 給料井稀釋口跑漿

圖4 堵死的稀釋口

2.1.2 添加導(dǎo)流消能槽

調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于來(lái)自選廠(chǎng)的礦漿流速較大，導(dǎo)致礦漿在給料井中的流速過(guò)大，從而縮短了尾礦與絮凝劑的混合時(shí)間，導(dǎo)致絮凝結(jié)果不佳。為避免該現(xiàn)象的發(fā)生，在給料井內(nèi)壁上加設(shè)了導(dǎo)流消能槽。導(dǎo)流消能槽具有3方面作用：其一，導(dǎo)流作用，使礦漿沿著固定的通道流動(dòng)，增加與絮凝劑的混合時(shí)間；其二，導(dǎo)流消能槽上安裝的豎直阻尼板(環(huán)板)具有阻滯礦漿流動(dòng)、產(chǎn)生紊流效果，進(jìn)而促進(jìn)礦漿與絮凝劑的充分混合；其三，導(dǎo)流消能槽的導(dǎo)流作用可以防止已經(jīng)形成的絮團(tuán)因相互碰撞而受到破壞。導(dǎo)流消能槽的原理示意圖見(jiàn)圖5。

圖5 導(dǎo)流消能槽的原理示意

2.2 絮凝劑投加點(diǎn)改造

深錐濃密機(jī)通過(guò)添加絮凝劑提高尾礦沉降速度、改善沉降效果。絮凝劑借助“架橋”原理，在內(nèi)聚力的作用下將尾礦細(xì)顆粒吸附在一起，形成顆粒較大的絮團(tuán)，從而提高尾礦沉降速度，增大深錐濃密機(jī)的處理能力[3]。由此可見(jiàn)，絮凝沉降作用是深錐濃密技術(shù)的核心之一，而絮凝沉降作用效果的好壞很大程度上取決于絮凝劑與尾礦漿的混合效果[4]。對(duì)于絮凝劑投加裝置來(lái)說(shuō)，其安裝位置和數(shù)量是影響絮凝劑與尾礦漿混合效果的重要因素?；谝陨显颍瑳Q定對(duì)絮凝劑投加點(diǎn)的安裝位置及數(shù)量進(jìn)行改造，以使絮凝劑與尾礦漿充分混合。

改造前，絮凝劑的2個(gè)投加點(diǎn)均設(shè)在濃密機(jī)給料井的一側(cè)，不僅添加點(diǎn)數(shù)量較少，而且位置分布也不均勻，見(jiàn)圖6。

為了解決絮凝劑投加點(diǎn)的問(wèn)題，對(duì)原投加系統(tǒng)進(jìn)行了改造，即在原有2處投加點(diǎn)的基礎(chǔ)上，又加設(shè)了1根直徑為3 cm的“L”型管，且“L”型管上每隔20 cm開(kāi)有絮凝劑溶液投加口，從而可以保證絮凝劑投加點(diǎn)在給料井中的均勻分布，見(jiàn)圖7。

圖6 改造前絮凝劑投加點(diǎn)的布置

圖7 改造后絮凝劑投加點(diǎn)的布置

2.3 底流循環(huán)管道改造

為了保持深錐濃密機(jī)底流料漿的流動(dòng)性，防止因耙架運(yùn)行阻力過(guò)大而引發(fā)壓耙事故，通常需要在深錐濃密機(jī)底部安裝底流循環(huán)管道，必要時(shí)打開(kāi)可以活化底流料漿[8-9]。現(xiàn)場(chǎng)深錐濃密機(jī)底部設(shè)有高位循環(huán)管道，但其中的一段約7 m的水平彎管(見(jiàn)圖8)增大了底流循環(huán)料漿的運(yùn)行阻力，對(duì)活化底流有削弱作用。因此，將這段水平管道改造成了豎直管道，見(jiàn)圖9。

圖8 改造前的循環(huán)管道

圖9 改造后的循環(huán)管道

3 改造效果

改造后的深錐濃密機(jī)自運(yùn)轉(zhuǎn)以來(lái)，運(yùn)行狀況良好，再?zèng)]出現(xiàn)給礦污染溢流澄清水的問(wèn)題，溢流水濁度滿(mǎn)足循環(huán)使用要求；濃密機(jī)底流濃度及其穩(wěn)定性顯著提高，最高達(dá)70%，平均達(dá)68%以上(見(jiàn)圖10)；在底流濃度提高的情況下再未發(fā)生過(guò)壓耙現(xiàn)象。因此表明，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)深錐濃密機(jī)的改造是成功的。

圖10 濃度為69.9%的底流

4 結(jié) 論

(1)哈爾濱某鉛鋅礦的生產(chǎn)實(shí)踐表明，合理選擇尾礦漿的稀釋方式，科學(xué)、恰當(dāng)消減尾礦漿進(jìn)入給料井的動(dòng)能，有利于為礦漿與絮凝劑平穩(wěn)、充分混合營(yíng)造理想的環(huán)境。

(2)適當(dāng)增加并合理布置絮凝劑投加點(diǎn)有利于改善絮凝效果，提高深錐濃密機(jī)的底流濃度。

(3)科學(xué)、合理的濃密機(jī)底流循環(huán)管路設(shè)計(jì)有利于底流料漿的平穩(wěn)流動(dòng)，減少耙架的運(yùn)行阻力和壓耙事故的發(fā)生。

(4)改造后的深錐濃密機(jī)運(yùn)行狀況良好，沒(méi)有再出現(xiàn)給礦污染溢流澄清水、濃密機(jī)底流濃度不達(dá)設(shè)計(jì)要求以及壓耙等現(xiàn)象。

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(責(zé)任編輯 羅主平)

Application and Revamping of Deep Cone Thickener on a Mine in Harbin

Chen Hui1,2Wang Hongjiang1,2Wu Aixiang1,2Wang Yiming1,2

(1.SchoolofCivilandEnvironmentalEngineering，UniversityofScienceandTechnologyBeijing，Beijing100083，China;2.KeyLaboratoryofHigh-efficientMiningandSafetyofMetalMines，MinistryofEducation，Beijing100083，China)

Based on the debugging operation of paste backfill system in a copper-zinc mine in Harbin，reasons of clear water polluted by feeding slurry，low concentration underflow，and pressure rake during debugging operation were pointed out.Corresponding solutions including reformation of feedwell，flocculant dosing points and underflow circulating pipes etc.were introduced.It has been proved that：①I(mǎi)t is beneficial for creating a suitable condition for stable and sufficient mixing of tailings and flocculant by choosing proper selection of the tailings dilution mode and decreasing the kinetic energy of slurry entering feedwell；②Increasing properly and arranging reasonably the flocculant dosing points can improve flocculation effect and underflow concentration of deep cone thickener；③Reasonable design of the underflow circulating pipes allows for smooth flow of underflow，reduce running resistance of rake and decrease the accident of pressure rake.

Paste backfill，Deep cone thickener，Pressure rake，F(xiàn)locculation

2015-03-22

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：51374034)，“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：2012BAB08B02)。

陳 輝(1989—)，男，碩士研究生。

TD462+.5

A

1001-1250(2015)-05-158-04