吳佑儉 吉萬(wàn)健 劉 健 楊超峰

(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司;2.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

礦倉(cāng)在各類(lèi)金屬礦山選礦廠中應(yīng)用廣泛，主要實(shí)現(xiàn)兩大功能：一是儲(chǔ)存一定量的礦料；二是按生產(chǎn)要求卸料，解決各生產(chǎn)設(shè)備礦料供需不均衡的矛盾，保證生產(chǎn)的連續(xù)和均衡，最大程度地提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，提高經(jīng)濟(jì)效益。

礦倉(cāng)內(nèi)的礦料主要依靠自身重力和礦倉(cāng)高差進(jìn)行流動(dòng)。百花嶺鉬選礦廠磨浮車(chē)間粉礦倉(cāng)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于礦料含水率、粒徑、黏性、礦倉(cāng)結(jié)構(gòu)、貯存時(shí)間等因素的影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種礦料堵塞出料口的現(xiàn)象，影響礦倉(cāng)的正常使用；嚴(yán)重時(shí)甚至不出料，造成后續(xù)工藝流程的中斷，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

1 運(yùn)行現(xiàn)狀

百花嶺鉬選礦廠磨浮車(chē)間粉礦倉(cāng)用于儲(chǔ)存上道破碎—篩分工序的粉鉬礦，為一段球磨供礦。礦倉(cāng)為上槽體下V槽椎體、現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，V槽斜面坡度55°；礦倉(cāng)整體被10等分，呈一字排開(kāi)，分別稱(chēng)作1～10#倉(cāng)，底部共設(shè)20個(gè)800 mm×800 mm的矩形放礦口，采用液壓平板閘門(mén)控制放礦，見(jiàn)圖1。

該粉礦倉(cāng)在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)不同程度的堵塞，主要原因有：

(1)百花嶺鉬選礦廠所處地區(qū)年平均降雨量849.9 mm[1]，露天開(kāi)采的礦石含水率普遍較高，在水分子的極化作用下，礦石內(nèi)摩擦力增大，流動(dòng)性變差，固結(jié)起拱、棚料的幾率增大，容易造成粉礦倉(cāng)出料時(shí)堵塞。

圖1 磨浮車(chē)間粉礦倉(cāng)結(jié)構(gòu)示意

(2)粉礦倉(cāng)內(nèi)礦石粒度P80=7.2 mm[2]，礦石粒徑小，比表面積大，增加了礦石間的摩擦面積和內(nèi)摩擦力。

(3)礦倉(cāng)放礦口尺寸偏小，礦石經(jīng)常在此停滯，造成放礦口周邊堵塞?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)粉礦倉(cāng)堵塞時(shí)礦石主要黏附在礦倉(cāng)V槽斜面的周?chē)?，難以下落，同時(shí)在放礦口上方部位經(jīng)常會(huì)形成拱橋形棚料，見(jiàn)圖2。

圖2 粉礦倉(cāng)堵塞情形示意

2 嘗試的解決措施

2.1 人工清理

人工清理通常是工人持錘類(lèi)工具敲擊礦倉(cāng)放礦口，產(chǎn)生振動(dòng)讓礦石下落。此法可能會(huì)有短暫效果，但投入的勞動(dòng)力過(guò)大、效率低且成本較高，長(zhǎng)期敲擊易使礦倉(cāng)變形，影響其強(qiáng)度。當(dāng)堵塞嚴(yán)重時(shí)，還需人工進(jìn)入倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行清理，工作危險(xiǎn)性極大，安全事故頻發(fā)。

2.2 高壓水沖洗

有些礦料在礦倉(cāng)內(nèi)部固結(jié)嚴(yán)實(shí)，沖水管不能插入到倉(cāng)壁。即使使用高壓水，也只能清理礦倉(cāng)放礦口部位的部分黏結(jié)料，清理難度和勞動(dòng)強(qiáng)度都很大。另外使用高壓水沖洗還會(huì)影響周?chē)h(huán)境衛(wèi)生，不利于現(xiàn)場(chǎng)管理。

2.3 振動(dòng)電機(jī)振動(dòng)

振動(dòng)電機(jī)一般安裝在礦倉(cāng)外壁，通過(guò)高頻振動(dòng)使礦料下落，常用振動(dòng)頻率為700～6 000 Hz，振幅可達(dá)1.2 cm[3]，雖有一定效果，但很難將礦倉(cāng)“死區(qū)”內(nèi)的礦料振動(dòng)下來(lái)，往往反而將某些區(qū)域的礦料振實(shí)，加重礦倉(cāng)的堵塞。同時(shí)振動(dòng)器的工作噪音大、穩(wěn)定性差，安裝、使用均具有很大的局限性。

2.4 改造礦倉(cāng)結(jié)構(gòu)

考慮到放礦口尺寸偏小，曾設(shè)想擴(kuò)大放礦口的尺寸，同時(shí)增大V槽斜面的坡度，然后在V槽斜面的礦倉(cāng)內(nèi)壁鋪設(shè)一層高分子襯板，以降低礦石與倉(cāng)壁的摩擦，使礦料容易下落。由于土建施工難度大、改造成本高，施工過(guò)程影響礦倉(cāng)的正常生產(chǎn)，該方案最終沒(méi)有實(shí)施。

3 氣動(dòng)助流清倉(cāng)系統(tǒng)

在以上措施均不能有效解決磨浮車(chē)間粉礦倉(cāng)堵塞問(wèn)題的情況下，應(yīng)用氣動(dòng)助流清倉(cāng)技術(shù)進(jìn)行粉礦倉(cāng)堵塞問(wèn)題的治理。

3.1 基本原理

通過(guò)聯(lián)合實(shí)施氣動(dòng)助流法和放礦口機(jī)械助流法，其中以氣動(dòng)助流為主、機(jī)械助流為輔，制定具體清倉(cāng)方案。氣動(dòng)助流法是將壓縮空氣壓入到粉礦倉(cāng)V槽斜面的內(nèi)壁表面上，使礦料與礦倉(cāng)內(nèi)壁表面間形成瞬時(shí)間隙，從而消除或減小礦料同倉(cāng)內(nèi)壁之間的摩擦力，從而使礦料沿著倉(cāng)壁下滑，消除礦料黏壁；機(jī)械助流法是將特制的氣動(dòng)清阻機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)伸入到放礦口內(nèi)部循環(huán)搗碎，防止放礦口積礦堵塞，破壞堆積在放礦口周邊礦石的內(nèi)聚力，防止拱橋形棚料的形成。氣動(dòng)助流清倉(cāng)系統(tǒng)見(jiàn)圖3。

氣動(dòng)助流清倉(cāng)系統(tǒng)主要由空壓機(jī)、控制儲(chǔ)氣罐、工作儲(chǔ)氣罐、氣動(dòng)球閥、氣動(dòng)蝶閥、噴嘴、氣動(dòng)清阻機(jī)、電氣控制系統(tǒng)組成?？諌簷C(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力源，用以產(chǎn)生壓縮空氣，額定壓力0.8 MPa。工作儲(chǔ)氣罐的氣流經(jīng)管道輸送全部通過(guò)氣動(dòng)清阻機(jī)、噴嘴噴射到礦倉(cāng)內(nèi)部；控制儲(chǔ)氣罐的壓縮空氣用于管路中各類(lèi)電控氣動(dòng)閥門(mén)的開(kāi)啟，電控氣動(dòng)閥門(mén)收到電信號(hào)后，也需要在壓縮空氣的作用下才能開(kāi)關(guān)。氣動(dòng)清阻機(jī)主要由氣缸和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，通過(guò)氣缸的直線運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在放礦口進(jìn)行循環(huán)搗碎工作，每個(gè)放礦口安裝1個(gè)氣動(dòng)清阻機(jī)，共20個(gè)?？刂乒癜惭b在人工便于操作的位置，1個(gè)粉礦倉(cāng)裝配1臺(tái)控制柜。當(dāng)?shù)V倉(cāng)堵塞時(shí)，人工操控控制按鈕可達(dá)到清倉(cāng)的目的。噴嘴安裝在礦倉(cāng)V槽斜面內(nèi)壁上，共布置4層，分在左、右兩面每一層安裝5個(gè)噴嘴，每一層都有1個(gè)單獨(dú)的氣動(dòng)蝶閥控制該層管道的氣流通斷，噴嘴的噴射方向均沿礦倉(cāng)內(nèi)壁朝下。

圖3 氣動(dòng)助流清倉(cāng)系統(tǒng)組成

3.2 工作流程

空壓機(jī)開(kāi)啟后，壓縮空氣受管路上的順序閥控制，首先給控制儲(chǔ)氣罐供氣，供氣壓力達(dá)到電控氣動(dòng)閥門(mén)的開(kāi)啟壓力(一般為0.5 MPa以上)后，助流氣路的氣流才能通過(guò)閥門(mén)到達(dá)噴射機(jī)構(gòu)。當(dāng)控制儲(chǔ)氣罐的壓力達(dá)到順序閥設(shè)定壓力后，空壓機(jī)會(huì)同時(shí)給助流儲(chǔ)氣罐和控制儲(chǔ)氣罐供氣，直至達(dá)到系統(tǒng)額定壓力；系統(tǒng)壓力高于0.5 MPa即可進(jìn)行清倉(cāng)操作，工人可通過(guò)操控控制柜來(lái)控制相關(guān)閥門(mén)的開(kāi)啟，操控順序一般是由第一層開(kāi)始，自下而上依次清理礦倉(cāng)，每一層清理2～3 s即可完成。一次循壞完成后應(yīng)以第一層清倉(cāng)收尾，目的是避免清理下來(lái)的礦石過(guò)多的堆積在礦倉(cāng)底部造成二次堵塞。氣動(dòng)清阻機(jī)的動(dòng)作也是自動(dòng)進(jìn)行，通過(guò)控制柜上的清阻旋鈕開(kāi)關(guān)，給氣缸電磁閥發(fā)出信號(hào)后，氣缸即可往復(fù)進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行循環(huán)搗碎工作。

3.3 主要設(shè)備選型

該系統(tǒng)空壓機(jī)選用普瑞阿斯BK45-8系列螺桿式空壓機(jī)，電機(jī)功率45 kW，額定壓力0.8 MPa，額定流量7.1 m3/min。該空壓機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好、運(yùn)行可靠、振動(dòng)噪音小、投資性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，另外該機(jī)器還配置了人性化的操作界面，集電氣控制系統(tǒng)、運(yùn)行信息顯示、狀態(tài)監(jiān)測(cè)于一體，維護(hù)保養(yǎng)方便，且設(shè)備密封良好，能在揚(yáng)塵較大的環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。

該氣動(dòng)助流清倉(cāng)系統(tǒng)儲(chǔ)氣罐分為兩種，即控制儲(chǔ)氣罐和工作儲(chǔ)氣罐。其中控制儲(chǔ)氣罐容量2 m3，額定壓力0.8 MPa。受安裝場(chǎng)地高度限制，工作儲(chǔ)氣罐采用4臺(tái)6 m3儲(chǔ)氣罐串聯(lián)，共24 m3。

電控氣動(dòng)閥門(mén)通徑選用DN125，法蘭式連接，工作電壓DC24 V。

4 應(yīng)用效果

氣動(dòng)助流清倉(cāng)系統(tǒng)自2013年8月投入使用以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、高效，優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：①解決了礦倉(cāng)黏壁、固結(jié)起拱堵塞問(wèn)題，礦倉(cāng)排礦速度增大，保證選礦生產(chǎn)流程暢通，提高選礦廠產(chǎn)能；②提高礦倉(cāng)有效容積的利用率，實(shí)現(xiàn)了礦倉(cāng)儲(chǔ)存的緩沖作用，減少了破碎設(shè)備的開(kāi)車(chē)時(shí)間和球磨機(jī)的空轉(zhuǎn)時(shí)間，節(jié)約水、電消耗，經(jīng)濟(jì)效益明顯；③系統(tǒng)安裝、施工均在礦倉(cāng)外部進(jìn)行，不影響礦倉(cāng)的正常生產(chǎn)(圖4)；④消除人工清堵和破拱帶來(lái)的安全隱患，大大降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度；⑤改善勞動(dòng)環(huán)境，不再出現(xiàn)之前注水清理到處流淌的泥漿水；⑥系統(tǒng)操控簡(jiǎn)便、性能穩(wěn)定，易損易耗件少，巡檢維護(hù)簡(jiǎn)便。

氣動(dòng)助流清倉(cāng)系統(tǒng)安裝前后粉礦倉(cāng)部分生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表1。

圖4 氣動(dòng)助流清倉(cāng)系統(tǒng)安裝現(xiàn)場(chǎng)

安裝前后排空礦倉(cāng)時(shí)間/h有效容積/%生產(chǎn)時(shí)間/(h/班)產(chǎn)量/(t/班)安裝前840^5048000安裝后2﹥90811000

由表1可以看出，氣動(dòng)助流清倉(cāng)系統(tǒng)安裝后，粉礦倉(cāng)有效容積、生產(chǎn)率和產(chǎn)量都得到了明顯提高。

5 結(jié) 論

以氣動(dòng)助流為主、機(jī)械助流為輔，在百花嶺鉬選礦廠磨浮車(chē)間粉礦倉(cāng)中應(yīng)用氣動(dòng)助流清倉(cāng)系統(tǒng)，避免了人工清理、高壓水沖洗、振動(dòng)電機(jī)振動(dòng)、改造礦倉(cāng)結(jié)構(gòu)等措施的不足，有效解決了粉礦倉(cāng)黏壁、固結(jié)起拱堵塞的難題，消除了制約選礦生產(chǎn)的不利因素，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)環(huán)境，同時(shí)為選礦廠創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，具有很高的產(chǎn)出投入比。

[1] 中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司.金堆城鉬業(yè)股份有限公司選礦工藝升級(jí)改造工程設(shè)計(jì)書(shū)[R].北京：中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司，2012.

[2] 劉迎春.金堆城百花嶺選礦廠重大技術(shù)進(jìn)步回顧與展望[J].中國(guó)鉬業(yè)，2013，37(3)：20-23.

[3] 卜盛文.振動(dòng)技術(shù)在細(xì)礦倉(cāng)的應(yīng)用[J].有色金屬：選礦部分，1998(3)：15-16.