三通装置在管道自流充填采场改口的应用

李 炜，白栓存，周 旭，廖美权（陕西煎茶岭镍业有限公司，陕西 略阳 724308）

三通装置在管道自流充填采场改口的应用

Application of three-way unit in fill pass diversion of gravity pipe filling

李 炜，白栓存，周 旭，廖美权（陕西煎茶岭镍业有限公司，陕西 略阳 724308）

矿山高浓度细砂管道自流冲填中，在采场改口或者设备临时故障时，必须停机清洗管道或者为确保管道稳流而持续注水，将大量的地表水通过管道输送到井下采场，造成料浆浓度大幅度降低，对采场充填体破坏极大，同时也易造成跑灰、漏浆，对生产造成严重影响。在管道输送系统加装三通装置后，避免了因采场改口造成的频繁停机和洗管注水，实现了持续高浓度充填，提高了充填体强度。

自流管道充填；采场改口；三通装置

1 前言

充填采矿法主要在金属矿山使用，尤其是在围岩和矿体稳定性差的地质条件下，对采矿安全和提高回收率有着极其明显的优势。高浓度细砂管道自流充填，是利用浆体在垂直或倾斜管道中产生的自然压差，克服管道沿程阻力损失和局部阻力损失，将浆体输送至矿井下采空区。下向胶结充填是工艺要求复杂、充填体强度要求高的一种充填采矿法。

在高浓度细砂管道自流矿山充填生产中，高浓度充填料浆通过地表搅拌站制备好后，持续地通过钻孔以及井下水平管道输送到采场。当一个采场充填完成后，必须全系统停机，并冲洗管道，待管道冲洗干净，井下充填工方能将充填管道改口至下一个待充采场，每个采场充填都必须启停充填系统一次。这对于高浓度管道自流充填来说，尤其是在充填量小于500m3采场，经测算，停机一次，采场低于设计浓度的充填料进入采场至少达到10%～15%，采场充填浓度整体会降低5%以上，系统和控制水平薄弱的矿山，仅进入采场的水量就超过10%。由于水灰比低于设计参数，造成充填料离析，充填体质量降低而造成充填体达不到设计强度，给下层采矿安全埋下安全隐患。由于频繁停机改口，不能连续充填，充填效率大幅度降低，充填时间只能达到理论工作时间的60%左右。

2 液压闸板三通装置及应用

针对以上问题，煎茶岭镍矿通过排水三通原理和成熟的阀门制造技术，选择气动闸板阀三通装置，解决了频繁停机改口对充填质量的影响，实现了充填系统不停机改口。井下操作工能在现场带料改口，确保多进路连续充填时充填料浓度持续和稳定，大幅度提高了充填功效。

气动闸板阀三通装置结构及使用原理:在采场口使用与充填管道内管径相同的内衬陶瓷耐磨管制作成三通，三通两个出口管道内管壁夹角要尽量小，以保障充填料顺畅输送，实践表明不超过30°均可顺利输送；在直管与三通连接段，距离不应超过10cm，以防止集料过多造成充填料浆凝结以致不能顺畅通过。在受冲击和磨损最严重的三通顶角连接部位，可加固焊接，防止管道磨损破裂无法输送料浆。三通装置结构见图1。

图1 三通改口装置结构示意图

进料口与出料口均接装相匹配的法兰盘，在两端处分别安装气动闸板阀，煎茶岭矿安装的DN100mm闸板阀经过充填实践证明阀门开闭时间仅为30秒，能顺利实现充填料切换，满足充填能力和生产需要。

将三通装置与充填管及采场软管连接好，A闸板阀接1号待充采场，B闸板阀接2号待充采场。先开A闸板阀并关闭B闸板阀，料浆通过三通装置输送到1号待充采场。1号采场充满后，先打开B闸板阀，让料浆流入2号采场，观察B流量正常后，迅速关闭A闸板阀，实现充填管切换。A闸板阀关闭不漏浆后，将A闸板阀与1号采场充填软管断开，与3号采场充填软管连接。2号采场充填完毕后，打开A闸板阀关闭B闸板阀充3号采场，同时B闸板阀与4号采场充填软管对接。如此交替循环，直至充填完最后一个采场。最后按照停机清洗管道步骤清洗管道,清洗管道的废水排至井下排水沟中,不进入采场。

每次将采场充填软管与三通断开后，三通至采场的软管必须使用高压风彻底疏通清理干净，防止堵塞造成无法二次利用。

气动闸板阀三通装置在充填系统应用中的优点主要表现在以下几个方面。

（1）大幅度提高了充填效率。煎茶岭镍矿在没有加装此三通装置前，每次停机改口需要清洗整个充填管网管道，压风压水疏通管道、对接采场充填软管等工作至少50分钟左右。按照国内矿山普遍充填能力为100m3/h和每天改口8次计算，矿山充填系统每天充填能力可提高667m3/h。

（2）充填浓度有效提高，保障了充填体质量。充填制浆浆体浓度是一个逐步升高和稳定的过程，在期初制浆和期末制浆时，充填料浆浓度都远远低于设计参数，充填体强度达不到安全需要，只有制浆中期平稳运行的一段时间制出的料浆浓度最高，充填效果最好。尽量缩短期初和期末制浆时间，延长制浆中期时间平稳运行是非常有效的办法。改口三通装置应用后，由于是一次开机直至充填结束，中间无需停机改口，有效确保了制浆中期时间，充填料浆是一个持续高浓度的连续充填状态，浓度和流量一直满足设计参数，而且非常平稳无启停机波动，采场无清洗管道废水进入，因此有效克服了低浓度造成的充填料离析，确保了充填质量。通过煎茶岭镍矿的试验前后对比，加装改口三通装置后充填料浆平均浓度能提高2%左右，在临界高浓度需求下，对充填体强度提高有极为重要的意义，混凝土试块压力实验表明充填料因此可以提高0.2MPa以上。

（3）地表制浆设备临时故障可实现不停机，确保设备平稳运行。充填地表设备牵涉较多，稍有故障或者操作不当，充填料浆断流或者浓度降低将立即造成充填管网堵塞。通常做法是立即停机处理后再二次开机。安装改口三通装置后，可以迅速切换给管道注水（废水排至井下排水系统而无需进入采场），有效保证管网不断流，处理完故障（限短期可处理的故障）后切换回来继续充填，对地表设备运行安全和生产组织极为有利。

（4）降低了充填成本。在未加装采场改口三通装置前改口时，井下充填工判断停机改口时间并据此给地表下达停机指令，但是由于靠经验判断不能十分准确，搅拌桶至井下管网的剩余的料浆仍需压入采场，常常造成采场料浆溢流浪费，并且每次冲洗管道的水进入采场后也需由井下排出地表，增加了排水费用。加装三通改口装置后，井下充填工能在采场口迅速带料改口，切断多余的料浆进入另外的采场，料浆不会有任何泄露，并且更容易地控制充填结顶程度。由于是连续充填，改口时无需冲洗管道，最大限度减少了洗管用水进入井下，减少了排水费用，从而降低了充填成本。

经统计分析，每天改口8次，每个采场损失和炮灰漏浆约10m3，造成的损失每年近500万元，而加装此改口三通装置后将不存在这种损失。

（5）降低了工人的劳动强度并提高了安全系数。由于充填设备启停越频繁，堵塞管道几率成倍增高，若发生堵管，不但存在充填管网因料浆凝结报废的风险，并且疏通充填管网本身就安全风险极高，井下充填工处理管道堵塞的劳动强度远远大于正常充填时的劳动强度。应用此三通改口装置后，设备平稳运行时间最长，大大降低了堵管事故发生的几率，采场改口可以在正常充填期间随时进行，有效降低了工人频繁改口及处理堵塞的劳动强度。?

3 结语

陕西煎茶岭镍矿在充填管路上加装改口三通装置，从充填体质量控制、充填成本控制、安全保障和减轻充填工劳动强度方面都取得了很好的效果。但是存在气动闸板阀硬密封后关闭不密实、气动阀初次安装不便、改口三通装置易磨损等缺点。综合权衡和生产参数对比，改口三通装置在充填管网中的快速切换功能对充填生产具有无可比拟的明显优势，属于管道充填技术的一次革新，极具推广意义。

[1]刘同有，王佩勋等.充填采矿技术与应用[M].北京：冶金工业出版社，2001.

[2]明赐东.调节阀应用1000问[M].北京：化学工业出版社，2006.

TD853.34

B

2010-12-22

2011-01-15

李 炜（1960-），男，陕西户县人，高级工程师，从事采矿工程技术管理工作。

Abstract:In mine high-density gravity pipe filling,when fill pass was changed or equipment was out of order,the equipment must be stopped to wash the fill pipe or inject water continuously to ensure pipe stable flow,so a large amount of water was filled to un⁃derground mining workings,which made the slurry density lower,destroyed the filling body extremely,caused slurry leakage,and influenced production seriously.After installing three-way unit in pipe transport system,it was avoided that equipment stopped fre⁃quently and injected water into filling pipe,which realized high-density filling,and improved filling body quality.

Key words:gravity pipe filling;fill pass diversion;three-way unit

1672-609X（2011）02-0001-02