國產錐閥工業泵在井下礦山中的應用

周瑞林，王先敏，錢廠生，王 鑫，胡劍濤

（江西銅業集團有限公司 武山銅礦，江西 瑞昌 332204）

1 引言

武山銅礦是一座井采大型銅礦山，礦山采選綜合生產能力達5000t/d以上，開采的礦石經過破碎、浮選及精尾等選礦工藝之后產生大量的尾礦。每年產生的尾礦總量約170萬t，尾礦經北帶充填站旋流器分級回收了約65萬t粗尾砂用于北帶膠結充填，其余尾礦經高效濃密機濃縮后泵送至尾礦庫。

武山銅礦目前南礦帶為下向水平分層進路膠結（水砂）充填采礦法，其充填能力為1000m3/d；北礦帶采用下向水平分層進路膠結充填采礦法，其充填能力為1208m3/d。水砂充填主要存在的問題有：充填料漿濃度低，采場濾水多、作業環境差、清理工作量大、排水費用高，充填體強度低等。而且尾砂供應不足時需要外購河沙，而河沙的限購及其價格的上漲，使礦山充填材料來源十分緊張，且砂石供需矛盾日益突出。膠結充填采礦法雖然保證了充填料漿的質量濃度和充填體的強度，同時也帶來了管道磨損快、細顆粒尾砂堆壩安全性差等問題。

為了解決當前礦山充填材料砂石供需矛盾日益突出的難題，同時兼顧長遠，為武山銅礦三期擴建工程積累關鍵性技術經驗，2019年初將三期擴建工程全尾砂膏體充填站分兩期前置建設，一期為1臺進口FLSmidth深錐濃密機+2臺國產飛翼錐閥工業泵，其中：深錐濃密機NGT18型，底流料漿濃度74%±2%；錐閥工業泵HGBZ150.12.630Q型，充填能力120~150m3/h、12MPa。

由于其所輸送的為全尾砂膏體物料，具有“高濃度、大倍線”特點，最大充填倍線達到了7.0以上，需要充填的上部空區輸送距離在2600m左右，不宜采用自流的方式，需要通過錐閥工業泵利用液壓系統［1-2］將高濃度的全尾砂膏體物料打入井下采空區完成充填作業。

目前一期已建成運行一年，各項技術指標均符合設計要求。采用全尾砂膏體充填技術［3-6］可很好的解決當前充填存在的問題，滿足現有生產能力5000t/d充填的需要。

2 錐閥工業泵的工作原理

2.1 錐閥泵結構

基本構造如圖1 所示：由錐閥活塞泵1；電氣系統2； 液壓動力站3等主要部件組成。圖2為錐閥泵結構現場圖。

圖1 錐閥泵結構示意圖

圖2 錐閥泵結構現場圖

2.2 錐閥活塞泵-泵送機構工作原理

膏體物料通過臥式攪拌機進入輸送管道，液壓動力系統通過高壓油推動左右活塞桿進行往復運動。當右側的活塞桿往回拉時，右側的吸料孔打開，膏體物料被吸入右側的泵中；與此同時左側的吸料孔關閉，活塞桿將泵中的物料打入輸送到井下的輸送管道中。如此左右泵送活塞桿交替往復運動，實現對膏體物料不間斷的充填作業。

錐閥泵具有如下特點：

（1）錐閥泵的吸料以及排料是在密閉的系統中作業的，通過液壓動力系統從上往下打，不間斷的往井下輸送，可以防止物料的回流。

（2）攪拌機的膏體物料都是高濃度的，不宜自流。而左右泵交替運動時，會產生強大的牽引吸力，可將物料輕松的送入泵中。

（3）吸料和排料系統雖是封閉的，但其易拆卸，方便工作人員進行維護，可以快速的恢復工作，提高作業效率。

2.3 電氣系統工作原理

電氣系統給錐閥泵提供動力和自動控制，協助錐閥泵完成充填作業。其中，動力部分由兩臺三相異步電動機組成（其參數如表1所示）。控制部分采用德國西門子公司S7-1500PLC系統控制，分為遠程中央控制和就地控制模式。平時的作業，一般都是采用遠程中央控制，設備的參數如溫度、物料量、壓力等都會實時的呈現在中央控制室。工作人員只需通過操作平臺，遠程控制錐閥泵的充填作業，既減少了人力勞動，又提高了工作人員的人身安全系數；在遇到了突發事件或者停機檢查的時候會使用就地控制模式進行操作。設備的控制電壓分別是 AC220V 和 DC24V，AC220V 主要是用于主電機的啟動控制，DC24V 主要用于泵送控制。

表1 錐閥泵三相異步電機的參數

2.4 錐閥工業泵的用途和適用范圍

錐閥泵用于泵送細顆粒及其粘稠物料，如各種濃度礦尾沙漿、市政污泥、煤泥等物料的管道泵送。其適用范圍如表2所示：

表2 錐閥泵適用的范圍

2.5 出口壓力 P 與出口理論排量 Q 的關系

出口壓力 P 與出口理論排量 Q 的關系見圖 2。設備工作點位于曲線下方區域。

圖2 出口壓力與出口理論排量關系圖

3 飛翼錐閥工業泵主要配置及技術參數

HGBZ313.12型錐閥活塞泵

最大輸送量 m3/h 150最大持續工作壓力 MPa 12分配閥形式 錐型分配閥（提升閥）主油缸直徑×行程 mm 200×3100輸送缸內徑×行程 mm 300×3100最大泵送頻率 次/min 11.5出料口通徑 mm DN200坍落度允許范圍 cm 20-28最大骨顆粒 mm 5泵送物料 尾礦砂漿、粉煤灰膏體、赤泥、污泥、煤泥等含固率 50%~85%外形尺寸（長×寬×高） mm 9490×1750×1470總質量 kg 7440

YDZ1040-4-630-2Q 型液壓動力站

電機型號 Y2-4001-4/B35電機額定功率 kW 315+315電機額定電壓/頻率 6kV -50Hz電機轉速 r/min 1480形式 開式液壓系統泵送油壓 MPa 27分配油壓 MPa 8油箱容積 L 2350冷卻方式 風冷外形尺寸 （長×寬×高） mm 5350×2750×2195質量 kg 10180

電控柜（動力柜和控制柜）

電機額定電壓 kV 6電機額定功率 kW 2×315電動機數量 臺 2主油泵數量 臺 4可編程序控制器 S7-1500人機界面 12 英寸外形尺寸（長×寬×高） mm 4200×1600×2300質量 kg 1500

4 調試安裝及試運行

4.1 調試安裝

武山銅礦全尾砂膏體充填站一期裝備2臺飛翼錐閥工業泵，一號機于2019年12月安裝完成，二號機于2020年8月安裝完成。

在安裝調試過程中，設備出現的主要問題及解決辦法見下表：

出現問題 原因 解決辦法控制柜內保險熔斷 電磁閥進水 重新擦干處理，然后更換熔斷器。從輸送缸內發出嘯聲新活塞頭密封磨合造成新活塞頭在裝配前在導向套外圓周面涂抹潤滑脂膏體物料通過臥式攪拌機進入輸送管道的過程中會爆漿壓力沖擊 給銜接管道的部分安裝一個擋板將四周圍住

4.2 試運行

圖3、圖4、圖5為一號機在十一月中旬至十二月中旬試運行一個月期間的數據分析圖。如圖3所示為工業泵液壓液位值，最大液位為484.62mm，平均液位為443.55mm；如圖4所示為工業泵液壓溫度值，最高溫度為50.46℃，平均溫度為24.91℃；圖5為工業泵液壓壓力及泵送充填壓力值，最大壓力分別為21.16MPa、10.21MPa，平均壓力分別為0.84MPa、0.35MPa。均為正常數值，試運行期間未發生異常問題，該控制系統運行可靠。

圖3 工業泵液壓液位值

圖4 工業泵液壓溫度

圖5 工業泵液壓壓力及泵送充填壓力值

5 結語

國產錐閥工業泵在武山銅礦的成功應用，節省了全尾砂膏體充填站的投資。該站解決了當前礦山充填材料砂石供需矛盾日益突出的難題，降低了材料成本，減少了人力成本，提高了采礦效率。同時也為武山銅礦三期采礦方法的選擇及運行積累了寶貴經驗。對同類型井下礦山應用全尾砂膏體充填技術具有積極借鑒意義。