周志龍，孟祥瑞，許東升，朱萬昆

(金徽礦業(yè)股份有限公司，甘肅 隴南市 742300)

0 概況

深錐濃密機(jī)是某鉛鋅礦地表充填站全尾砂充填的核心設(shè)備，深錐濃密機(jī)運(yùn)行與充填尾砂濃縮濃度的正常與達(dá)標(biāo)對充填系統(tǒng)能否平穩(wěn)運(yùn)行起著決定性的作用，2018年1月某鉛鋅礦充填站試運(yùn)行后，采取了一系列改進(jìn)措施：增設(shè)進(jìn)料緩沖箱、旋流器，架設(shè)補(bǔ)充水管道；對進(jìn)料方式、進(jìn)料壓力、進(jìn)料濃度與濃縮濃度進(jìn)行了多次調(diào)整，對深錐濃密機(jī)耙架刮板進(jìn)行了多次增設(shè)改造。

經(jīng)過上述改進(jìn)措施使得設(shè)備的運(yùn)行、進(jìn)料濃度、尾砂的粒度基本達(dá)到了生產(chǎn)要求，但尾砂進(jìn)入深錐濃密機(jī)后沉降效果與濃縮以及扭矩壓力的可控方面還很薄弱，波動幅度較大且無法控制，經(jīng)常因?yàn)榕ぞ貕毫Υ?，尾砂粗?xì)料分層沉降速度不一致、尾砂濃度無法有效控制，保證不了正常生產(chǎn)所需的充填濃度，甚至經(jīng)常造成壓耙故障停車等工藝問題。

為確保達(dá)到井下采場機(jī)械化上向分層進(jìn)路式充填采礦法的充填體強(qiáng)度要求，經(jīng)過認(rèn)真研究論證，本次技術(shù)改造通過在深錐濃密機(jī)外壁南北側(cè)開孔焊接溢流管，加裝閘板閥，增設(shè)焊接管道閥門、尾砂溢流管道等措施，降低深錐濃密機(jī)清水層、沉降層等分層的厚度，有效地解決尾砂的沉降速度和濃度控制問題，確保充填深錐濃密機(jī)低料位高效能工作的順暢運(yùn)行，為某鉛鋅礦采礦充填系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、產(chǎn)能提升提供有力保障。

1 研究目的

該深錐濃密機(jī)的技術(shù)改造主要是為了降低沉降區(qū)濃度，使得尾砂顆粒能順利穿過沉降區(qū)進(jìn)入壓縮區(qū)，而降低沉降區(qū)濃度，增加清水層深度，除了能夠稀釋進(jìn)料濃度，同時也可以通過研究外排沉降區(qū)絮狀細(xì)料及泥漿，從而減小沉降區(qū)泥漿層厚度與黏度。

通過技術(shù)改造達(dá)到如下目的：某鉛鋅礦充填工藝系統(tǒng)運(yùn)行要更平穩(wěn)順暢、產(chǎn)能要大幅提升；充填工藝事故與設(shè)備故障要大幅下降甚至杜絕。保證正常充填時持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)較高濃度的尾砂（65%～70%），提升井下采區(qū)充填體的強(qiáng)度，采掘工序按計(jì)劃有序轉(zhuǎn)換銜接、提高機(jī)械化采掘作業(yè)效率和安全生產(chǎn)管理水平。

2 生產(chǎn)現(xiàn)狀、存在問題及采取的改造措施

2.1 現(xiàn)有的工藝流程

某鉛鋅礦充填站深錐濃密機(jī)筒深達(dá)12 m，錐體中心高5 m 以上，由進(jìn)料緩沖箱加水稀釋后的尾砂通過高功率變頻輸送泵送至深錐濃密機(jī)頂部，在經(jīng)過旋流器脫泥、分選，粗細(xì)分級后的尾砂（底流料漿）進(jìn)入中心導(dǎo)流筒經(jīng)分液扇形板進(jìn)入深錐濃密機(jī)自由沉降，細(xì)粒級尾砂(溢流料漿)則通過溢流管返回尾礦輸送管道排放至尾礦庫。設(shè)備運(yùn)行時整個液面以下尤其是導(dǎo)流筒以下經(jīng)觀察會形成渦流，尾砂顆粒沿渦流旋轉(zhuǎn)方向由切線向下沉降，先后經(jīng)過清水區(qū)、自由沉降區(qū)、干涉沉降區(qū)、壓縮區(qū)、濃縮區(qū)，經(jīng)濃密達(dá)標(biāo)后排出，輸送至充填料漿制配車間按照一定灰砂比和濃度制備成充填料漿充填至井下采場采空區(qū)。

2.2 存在的問題

在實(shí)際生產(chǎn)過程當(dāng)中，受原礦物化性質(zhì)、磨礦細(xì)度等指標(biāo)的影響，尾砂顆粒進(jìn)入干涉沉降區(qū)后在下沉過程中隨著深度越深阻力越大（浮力越大），就會出現(xiàn)尾砂粗細(xì)料分層離析，粗顆粒率先下沉，沉降速度快，而細(xì)料沉降緩慢，甚至懸浮不沉降，致使深錐濃密機(jī)耙架扭矩壓力持續(xù)上升。由于底層全是粗砂，粘結(jié)附著力很強(qiáng)，深錐濃密機(jī)耙架的耙臂刮起來負(fù)荷很大，這種狀態(tài)如不及時調(diào)整，會導(dǎo)致耙臂扭矩壓力持續(xù)不斷上升，甚至達(dá)到額定閥值致使深錐濃密機(jī)跳閘壓耙。另一方面由于沉降區(qū)厚度增加，細(xì)顆粒(泥層)增厚，阻礙粗細(xì)料不能及時下沉進(jìn)入濃縮區(qū)，從而在耙架以上形成尾砂板結(jié)層，濃縮區(qū)充填尾砂濃度持續(xù)降低的同時，由于上部板結(jié)層阻礙，物料無法連續(xù)下沉，最終導(dǎo)致充填系統(tǒng)無法長時間平穩(wěn)連續(xù)運(yùn)行，影響采礦生產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)施。更嚴(yán)重的是板結(jié)層積累到一定程度會突然塌落還會造成耙架和副耙損傷，維修需要放空深錐濃密機(jī)，費(fèi)時費(fèi)力，導(dǎo)致采礦生產(chǎn)組織十分被動。

2.3 采取的技術(shù)改造方案

（1）在深錐濃密機(jī)外壁靠北側(cè)，由下向上第3格0.3 m 處開Ф140 mm 孔，焊接Ф133 mm×10 mm厚壁管，加裝DN125 閘板閥（1#位置）；在錐體往上第1 格0.5 m 處開孔（具體同上），焊接管道閥門，連接Ф400 mm 深錐濃密機(jī)溢流管道（2#位置）。

（2）在深錐濃密機(jī)南側(cè)由下向上第3 格往上1.5 m 處開Ф140 mm 孔，焊接Ф133 mm×10 mm厚壁管，加裝DN125 閘板閥；出口管垂直引下連接尾砂溢流管道（3#位置），具體詳如圖1 所示。

圖1 深錐濃密機(jī)

3 主要工藝試驗(yàn)過程及取得的效果

3.1 系統(tǒng)改造啟動

因深錐濃密機(jī)不沉降，無清水層溢流礦漿，尾砂濃度無法保證，系統(tǒng)停機(jī)檢修改造。

（1）色譜條件：色譜柱為Sapphire C18柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；流動相為乙腈-水（32∶68）；體積流量1 mL/min；進(jìn)樣體積10 μL；漂移管溫度40 ℃；氮?dú)鈮毫?60 kPa。

3.2 改造方案可行性驗(yàn)證

利用實(shí)際生產(chǎn)過程和停機(jī)維護(hù)間隙，收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)驗(yàn)證技術(shù)改造方案的可行性。

3.3 改造方案實(shí)施

2020 年2 月27 日深錐濃密機(jī)澄清區(qū)上升，清水層急劇縮減至最后無清水層，溢流出來全是礦漿。2 月28 日生產(chǎn)無法正常進(jìn)行，經(jīng)研究論證后停機(jī)改造。技術(shù)改造從3 月1 日—3 月10 日，期間對深錐濃密機(jī)機(jī)械部分與自動控制系統(tǒng)分兩部分同時進(jìn)行，并同步對充填儀表自動控制系統(tǒng)進(jìn)行改造升級，做到泵閥聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制操作。3 月10 日正常復(fù)產(chǎn)，在低料位運(yùn)行7 d 后，深錐濃密機(jī)進(jìn)料滿倉且上部開始溢流后，于3 月18 日開始驗(yàn)證新方案改造后充填系統(tǒng)運(yùn)行效果，并研究低料位充填運(yùn)行的可行性，以下為生產(chǎn)試驗(yàn)過程和主要數(shù)據(jù)。

（1）3 月18 日10 點(diǎn)45 分打開深錐濃密機(jī)新改造排料閥，排出泥漿，充填作業(yè)一直未停，尾砂濃度一直保持在68%左右，此時扭矩壓力1.0 MPa左右，選礦中心尾砂進(jìn)料流量440 m3/h。

（2）3 月19 日5 點(diǎn)55 分扭矩壓力1.12 MPa，濃度68%+水（尾礦庫回水）4.5 m3/h，床層壓力為0.539 MPa。9 點(diǎn)50 分選礦中心尾砂進(jìn)料流量440 m3/h，此時進(jìn)料與充填作業(yè)+排料基本達(dá)到平衡點(diǎn)，深錐濃密機(jī)上部空置高度一直保持在5.9 m 左右（8點(diǎn)50 分與10 點(diǎn)50 分測得結(jié)果均為5.9 m）。23 點(diǎn)34 分尾砂濃度68.5%+水（尾礦庫回水）2.8 m3/h，扭矩壓力為1.2 MPa。

（3）3 月20 日，8 點(diǎn)04 分測得深錐濃密機(jī)上部空置高度7 m，經(jīng)檢驗(yàn)：清水層厚度1～2 m 提出2/3 杯絮狀細(xì)料，13 m 到底部提出1 杯濃度適中粗細(xì)均勻尾砂，中間導(dǎo)流筒以下12 m 提出2/3 杯絮狀細(xì)料，13 m 提出1 杯濃度較大粗細(xì)均勻團(tuán)塊較多尾砂，16 m 到底部提出1 杯濃度較大粗細(xì)均勻尾砂。8 點(diǎn)50 分開啟2 號充填系統(tǒng)，試驗(yàn)雙充填系統(tǒng)同時運(yùn)行；9 點(diǎn)20 分因井下采場充填作業(yè)結(jié)束，1 號充填系統(tǒng)停機(jī)，2 號充填系統(tǒng)仍正常運(yùn)行，雙充填系統(tǒng)同時運(yùn)行30 min。

（4）3 月21 日，24 h 充填系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、正常。

3.4 試驗(yàn)結(jié)束

2020 年3 月22 日8 點(diǎn)30 分關(guān)閉深錐濃密機(jī)排料閥，低料位充填試驗(yàn)結(jié)束。

3.5 工業(yè)化試驗(yàn)總結(jié)與分析

技術(shù)改造后通過深錐濃密機(jī)持續(xù)排放尾砂充填作業(yè)至關(guān)閉排料閥，充填系統(tǒng)連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行90 h，期間尾砂濃度68.50%左右，深錐濃密機(jī)耙架扭矩壓力1.0 MPa 左右（最高3.5 MPa，濃漿泵打循環(huán)30 min 后恢復(fù)到正常范圍），充填設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，指標(biāo)正常。這項(xiàng)技術(shù)改造工作的實(shí)施徹底解決了深錐濃密機(jī)以往相關(guān)參數(shù)波動不穩(wěn)定，控制難度大的問題，使充填生產(chǎn)逐步走向正常。2020 年3 月份改造完畢，當(dāng)月充填量為65 701 m3，4 月份充填量為64 742 m3，9 月份達(dá)到歷史最高72 687 m3的充填量，充填體強(qiáng)度完全滿足采礦設(shè)計(jì)要求。

4 技術(shù)改造后的主要技術(shù)特點(diǎn)與創(chuàng)新點(diǎn)

（1）在原料性質(zhì)或物理、化學(xué)狀態(tài)變化時可以更有效、更可控、更快速地應(yīng)對波動，確保充填生產(chǎn)不受大的影響。

（2）在尾砂濃度與床層壓力等指標(biāo)出現(xiàn)波動，可以第一時間更快速、更高效地調(diào)控，確保充填生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

（3）可以通過監(jiān)測沉降區(qū)物料的變化預(yù)判生產(chǎn)導(dǎo)向。

（4）利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，通過自動化控制系統(tǒng)更快速、更精準(zhǔn)地對部分參數(shù)調(diào)整，尾砂濃度和充填料漿濃度波動小，充填體強(qiáng)度穩(wěn)定，確保采礦生產(chǎn)持續(xù)平穩(wěn)。

5 結(jié)語

通過本次技術(shù)改造，可以實(shí)現(xiàn)對深錐濃密機(jī)沉降區(qū)濃度、各分層厚度的改變，可以實(shí)時監(jiān)測沉降區(qū)物料性狀。當(dāng)原礦物理、化學(xué)等性質(zhì)發(fā)生變化時，可以采取對應(yīng)措施改善深錐濃密機(jī)沉降，保障充填生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)和充填量結(jié)果表明，該改造方案和措施是正確有效的，通過3 月份至12月份的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行，共計(jì)完成尾砂膠結(jié)充填52.39萬m3，深錐濃密機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，未出現(xiàn)因扭矩壓力過高失控而造成的壓耙事故，順利完成了全年充填生產(chǎn)任務(wù)，彌補(bǔ)了采充失衡欠帳。在原有充填模式的基礎(chǔ)上又新增了一項(xiàng)充填生產(chǎn)調(diào)控手段，結(jié)合充填自動化控制系統(tǒng)，采用多措并舉來保障采礦生產(chǎn)正常運(yùn)行，為某鉛鋅礦全面推進(jìn)采掘作業(yè)機(jī)械化提供了有力保障，將對企業(yè)后續(xù)的健康發(fā)展和提升安全生產(chǎn)管理水平、降本增效起到重要作用。