图拉尔根铜镍矿早强充填材料高浓度输送技术研究

吴大玮 邓高岭 郑伯坤 李强

（①哈密和鑫矿业有限公司 哈密839000 ②长沙矿山研究院有限责任公司 长沙 400012）

1 高浓度输送的难点

高浓度料浆自流输送技术，是高浓度充填技术的重要组成，采用早强充填材料的高浓度充填料浆对输送可靠性要求较高，主要表现：

首先，早强充填材料骨料级配相对较粗，对管道的磨损较严重，尤其是管道转弯处，频繁更换弯头提高了充填成本和劳动强度，同时高浓度输送系统的可靠性下降，磨损不及时更换的弯头容易造成爆管事故，造成人员伤害，且影响充填系统能力。因此减少管道磨损是早强充填材料高浓度输送技术的重要研究内容。

2 耐磨技术研究

管道耐磨技术研究，主要分为2 个阶段：第一阶段管道易磨损区域研究、第二阶段耐磨弯管研发。

2.1 管道易磨损区域研究

由于以往研究已明确管道磨损的大致规律，本研究旨在了解直接导致爆管事故的易磨损区或严重磨损区。采用调查统计的方法对现场使用的管网进行管道严重磨损区域研究。调查统计主要对象是粗骨料充填矿山，调查的矿山包括阿舍勒铜矿、阿希金矿、前河金矿等矿山，主要针对爆管事故发生的管道位置、发生的次数等，调查的结论：根据大量工程经验，统计分析确定高浓度自流输送管网中，弯管的磨损较严重，且弯管的磨损程度随转弯半径的增大而减小。弯管磨损较严重的区域在转弯角度在30°～60°弯管外侧壁，95%以上的爆管事故发生在弯管，而所有的弯管爆管的区域都在30°～60°弯管外侧壁区域。其他不足5%的爆管发生在接头处。材质和壁厚一致的情况下，转弯半径小于0.5米的弯管使用的时间大幅小于转弯半径大于1米的弯管，竖直段底部的弯管磨损速度随高差加大而加大。

2.2 耐磨弯管研发

在上述研究大量数据统计的基础上，本研究研发了早强充填材料高浓度输送耐磨弯管，包括一直角钢弯管和耐磨室，耐磨室为五面密闭的金属壳，其开口的一面焊接在所述直角钢弯管转弯处的外侧管壁上，并覆盖直角钢弯管的易磨损区；直角钢弯管的外侧管壁上设有导流孔；导流孔穿透直角钢弯的外侧管壁。导流孔的孔径为φ20mm～φ50mm。导流孔的圆心为直角钢弯管转弯45°线与其外侧管壁中心线的交点。易磨损区为直角钢弯管30°～60°转弯处的外侧管壁，直角钢弯管转弯半径在1米～1.5米。

3 浓度超限控制技术研究

浓度超限控制技术，即在保证高浓度的制备状态下，避免浓度波动幅度过大造成浓度超限。

高浓度输送技术研究，主要分为3个阶段：第一阶段浓度波动规律研究；第二阶段浓度超限导致堵管的时间规律研究；第三阶段浓度超限报警装置研发。

3.1 浓度波动规律研究

根据大量现场经验综合分析得出浓度波动的主要原因如下：

早强充填材料作为充填骨料，通常都包含尾砂浆，由于尾砂浆放砂浓度波动或放砂流量波动，都会造成充填浓度波动。为稀释充填浓度而添加清水的水量波动，俗称“调浓水”流量的波动充填浓度。机械卡壳或运转不稳定，如圆盘给料机或螺旋电子秤等设备，在操作变速或设备故障时都容易造成水泥添加或粗骨料添加量异常，从而造成充填浓度波动。调整充填参数时，人工操作水平对充填浓度波动影响也较大。

3.2 浓度超限导致堵管的时间规律研究

在以往研究的结论上，在管线条件不变的情况下，某一浓度的料浆以某一流量自流输送，需要的竖直段料浆高度是确定的，材料配合比相同的情况下，浓度高则对应需要较大的竖直段料浆高度，简而言之，即浓度高，需要小倍线的管网输送，满足不了倍线要求，料浆即会溢出竖直管道，再而造成堵管。因此明确临界浓度对于矿山高浓度输送非常重要。临界浓度，即在某一流量下，具体矿山的充填管网，能够输送的最大浓度。确定临界浓度的方法有两种、一种是试验室采用环管试验的方法测定管道输送阻力损失参数，再经过理论计算确定临界浓度。另一种是现成大量堵管故障的经验数据，确定临界浓度。

3.3 浓度超限报警处理装置研发

浓度超限即浓度超过设定浓度，该设定浓度可以是临界浓度。

根据现有研究可知，L 型管输送时，在相同工况条件下（即流速、管径等参数相同），L 型管中的料浆浓度越高，则料浆在L型管中的液位越高，不同的液位高度对应的不同的料浆浓度；而料浆浓度和液位高度的光系，由L型管尺寸、材质和料浆特性等参数决定，通常采用试验辅助理论计算进行确定。

充填料浆临界浓度的确定，由矿山实际充填倍线、管线参数和充填料浆的特性等决定，通常由试验参数理论计算和现场经验综合确定。

工作原理及使用方法：搅拌机制备完的充填料浆直接排放至进料斗的进料口内，通过自流输送，从L 型管出口流出，进入充填钻孔或充填泵内；充填料浆在L型管道内输送存在一定管道阻力，竖直段需一定高度才可稳定输送，料浆液位保持在L型管竖直段或进料斗内。

由于相同工况条件下，充填料浆在L型管或进料斗的某一高度对应某一特定浓度，本实用新型采用音叉开关监测液位是否超过临界高度，进而达到监测浓度是否超过临界浓度的目的，即通过对液位超过临界高度进行报警，即可对浓度超过临界浓度的报警提示作用。

4 结论

管道耐磨技术研究，主要分为3 个阶段：第一阶段管道易磨损区域研究、第二阶段耐磨弯管研发、第三阶段工业应用效果。由于以往研究已明确管道磨损的大致规律，本研究旨在了解直接导致爆管事故的易磨损区或严重磨损区研究。浓度超限控制技术，即在保证高浓度的制备状态下，避免浓度波动幅度过大造成浓度超限。高浓度输送技术研究，主要分为3 个阶段：第一阶段浓度波动规律研究；第二阶段浓度超限导致堵管的时间规律研究；第三阶段浓度超限报警装置研发。浓度超限即浓度超过设定浓度，该设定浓度可以是临界浓度。