一种新型无尘搅拌技术在新城金矿的研究与应用

张 杰，李树磊

（新城金矿，山东 烟台 264000）

1 背景介绍

新城金矿充填站于1995年2月竣工验收，至今已建成运行已近二十四年的历史，初始设计生产能力是500m3/d，主要设备设施有容积1000m3砂仓两座，容积250t料仓2座，搅拌系统一套。随着生产的发展，充填生产能力已经不能满足生产需要，2010年和2016年，先后进行了双系列充填系统改造和三系列充填系统改造，生产能力得到有效提升，瓶颈问题得到有效解决[1]。但是随着搅拌系统的增加，新的问题不断出现，其均衡性和稳定性也成为困扰生产的一大难题。

2 搅拌系统存在的问题

（1）搅拌系统密闭差，粉尘大。

（2）搅拌桶处理能力不足，搅拌时间短，搅拌不均匀，砂浆离析严重。

（3）搅拌桶液位变化大，叶片磨损严重；液位低时，上叶轮空转导致搅拌桶内风压增大，粉尘增大。

（4）搅拌桶上部水泥浆挂壁严重。

（5）搅拌桶底部砂浆淤积多。

（6）搅拌桶内挂壁的水泥浆块脱落容易造成堵桶事故。

3 解决方案

3.1 钢假底扩孔，提高砂仓排放能力

由于砂仓底部预埋放砂管路口径较小，为DN100mm，排放量不足，不能满足搅拌和满管充填需求。同时也产生了诸多不良影响，例如：粉尘大、叶轮磨损、料浆挂壁、料浆离析以及管路磨损等[2]。

经过讨论分析，最终确定对砂仓底部增大排放口径的方法增加排放量。具体方案，在砂仓底部施工人工钢假底，采用四根Ø40mm圆钢均匀悬吊；排放口径由DN125mm扩大到DN219mm；底部采用嵌入式活动无缝管，其优点是可实现砂仓外部更换放砂管。改造后砂仓排放能力由150m3达到280m3/h，较好了满足了两个搅拌桶生产需求。

同时在钢假底和砂仓混凝土底之间采用高强度水泥注浆，严格接顶，保证了钢假底的安全可靠。现场如图1所示。

图1 钢假底扩孔示意图

3.2 自动化控制稳定搅拌桶料位

搅拌桶料位的高低是搅拌效果的关键，当搅拌桶料位稳定在1.3m～1.5m时，料浆没过两组叶轮，此时，在上下两组叶轮正旋与逆旋的搅拌作用下，料浆在搅拌桶内高速旋转，剪切碰撞，从而提高搅拌效果。通过自动化控制砂仓排放量，使其与整条系统的生产能力相适应，确保搅拌桶料位稳定，从而达到最佳搅拌效果。

3.3 自主研究设计新型搅拌系统，实现多级动态搅拌

本设计（如图2）为一款分体立式结构充填料浆搅拌系统，适用于各类矿山充填料浆的搅拌放料环节，相比传统的搅拌放料工艺，本设计具有安全、环保、经济、高效的特点，将搅拌工艺进行细化，分作三步完成最终的搅拌放料作业，整体结构分为四个部分：一是新搅拌系统采用了二级搅拌，将胶凝材料、尾砂在预搅拌槽内进行初级混匀搅拌，提前活化了胶凝材料。然后在搅拌槽内进行二级高效搅拌，从而提高搅拌效果，提升料浆整体质量；二是密闭预搅拌槽可以实现吸尘降尘作用，避免粉尘飞扬，改善作业环境；三是主搅拌桶设置了密集高压喷嘴，停车时能够实现自动清洗功能，及时清除了挂壁料浆；四是创新地使用“底旋式”的放料设计，避免了底部料浆淤积，放料效率高、流速快、流量大，平均流量可达到150m3/h，可以保证DN100充填管路的满管输送，同时实现输送过程中的动态搅拌。

图2 分体立式结构充填料浆搅拌系统

3.4 充填管路系统优化，实现大流量充填

一是进行管路选型优化，通过现场打压试验和工业试验，对比多种充填管材的耐磨抗压性能，在新城一分矿和二分矿选用了新型改性聚烯烃钢丝缠绕超耐磨复合管，在新城三分矿选用了钢骨架尼龙管。二是进行井下管路布置方案优化，将井下管路布置方式由“中段层叠式”改为“充填井分支型”，优化了充填倍线，降低了管路阻力；三是采用大弧度弯管替代了小弧度弯头，减小管路弯曲处的应力集中，降低浆体在输送中的摩擦阻力，保证充填浆体安全输送至采场；四是通过路径优化，避免与主要运输系统交叉作业，防止爆管事故污染大巷，影响井下文明生产。

充填流量达到130m3/h～150m3/h，流速达到5.1m/s～5.9m/s。取消弯头后现场如图。

图3 充填管路示意图

4 社会经济效益

①通过此次改造，提高了机械化和自动化水平，有效提高了生产效率。②促进了工艺环节优化，提高了系统稳定性，有效降低了劳动强度。③搅拌系统改造后，生产能力达到130m3/h～150m3/h，搅拌效率大幅提高；同时取消了25kw除尘风机，实现了节能降耗，每年可节约用电费用14万元。④降低了砂浆离析现象，提高了充填体强度，有效支撑顶板安全，保证了安全回采，降低了矿石损失0.5%左右。⑤充填体强度提高以后，立帮效果明显增强，避免了垮帮现象发生，同时在出矿过程中避免了底板尾砂的混入，从而减小了矿石二次贫化损失，降低贫化率约1%。