圖拉爾根銅鎳礦早強充填材料高濃度輸送技術研究

吳大瑋 鄧高嶺 鄭伯坤 李強

（①哈密和鑫礦業有限公司 哈密839000 ②長沙礦山研究院有限責任公司 長沙 400012）

1 高濃度輸送的難點

高濃度料漿自流輸送技術，是高濃度充填技術的重要組成，采用早強充填材料的高濃度充填料漿對輸送可靠性要求較高，主要表現：

首先，早強充填材料骨料級配相對較粗，對管道的磨損較嚴重，尤其是管道轉彎處，頻繁更換彎頭提高了充填成本和勞動強度，同時高濃度輸送系統的可靠性下降，磨損不及時更換的彎頭容易造成爆管事故，造成人員傷害，且影響充填系統能力。因此減少管道磨損是早強充填材料高濃度輸送技術的重要研究內容。

2 耐磨技術研究

管道耐磨技術研究，主要分為2 個階段：第一階段管道易磨損區域研究、第二階段耐磨彎管研發。

2.1 管道易磨損區域研究

由于以往研究已明確管道磨損的大致規律，本研究旨在了解直接導致爆管事故的易磨損區或嚴重磨損區。采用調查統計的方法對現場使用的管網進行管道嚴重磨損區域研究。調查統計主要對象是粗骨料充填礦山，調查的礦山包括阿舍勒銅礦、阿希金礦、前河金礦等礦山，主要針對爆管事故發生的管道位置、發生的次數等，調查的結論：根據大量工程經驗，統計分析確定高濃度自流輸送管網中，彎管的磨損較嚴重，且彎管的磨損程度隨轉彎半徑的增大而減小。彎管磨損較嚴重的區域在轉彎角度在30°～60°彎管外側壁，95%以上的爆管事故發生在彎管，而所有的彎管爆管的區域都在30°～60°彎管外側壁區域。其他不足5%的爆管發生在接頭處。材質和壁厚一致的情況下，轉彎半徑小于0.5米的彎管使用的時間大幅小于轉彎半徑大于1米的彎管，豎直段底部的彎管磨損速度隨高差加大而加大。

2.2 耐磨彎管研發

在上述研究大量數據統計的基礎上，本研究研發了早強充填材料高濃度輸送耐磨彎管，包括一直角鋼彎管和耐磨室，耐磨室為五面密閉的金屬殼，其開口的一面焊接在所述直角鋼彎管轉彎處的外側管壁上，并覆蓋直角鋼彎管的易磨損區；直角鋼彎管的外側管壁上設有導流孔；導流孔穿透直角鋼彎的外側管壁。導流孔的孔徑為φ20mm～φ50mm。導流孔的圓心為直角鋼彎管轉彎45°線與其外側管壁中心線的交點。易磨損區為直角鋼彎管30°～60°轉彎處的外側管壁，直角鋼彎管轉彎半徑在1米～1.5米。

3 濃度超限控制技術研究

濃度超限控制技術，即在保證高濃度的制備狀態下，避免濃度波動幅度過大造成濃度超限。

高濃度輸送技術研究，主要分為3個階段：第一階段濃度波動規律研究；第二階段濃度超限導致堵管的時間規律研究；第三階段濃度超限報警裝置研發。

3.1 濃度波動規律研究

根據大量現場經驗綜合分析得出濃度波動的主要原因如下：

早強充填材料作為充填骨料，通常都包含尾砂漿，由于尾砂漿放砂濃度波動或放砂流量波動，都會造成充填濃度波動。為稀釋充填濃度而添加清水的水量波動，俗稱“調濃水”流量的波動充填濃度。機械卡殼或運轉不穩定，如圓盤給料機或螺旋電子秤等設備，在操作變速或設備故障時都容易造成水泥添加或粗骨料添加量異常，從而造成充填濃度波動。調整充填參數時，人工操作水平對充填濃度波動影響也較大。

3.2 濃度超限導致堵管的時間規律研究

在以往研究的結論上，在管線條件不變的情況下，某一濃度的料漿以某一流量自流輸送，需要的豎直段料漿高度是確定的，材料配合比相同的情況下，濃度高則對應需要較大的豎直段料漿高度，簡而言之，即濃度高，需要小倍線的管網輸送，滿足不了倍線要求，料漿即會溢出豎直管道，再而造成堵管。因此明確臨界濃度對于礦山高濃度輸送非常重要。臨界濃度，即在某一流量下，具體礦山的充填管網，能夠輸送的最大濃度。確定臨界濃度的方法有兩種、一種是試驗室采用環管試驗的方法測定管道輸送阻力損失參數，再經過理論計算確定臨界濃度。另一種是現成大量堵管故障的經驗數據，確定臨界濃度。

3.3 濃度超限報警處理裝置研發

濃度超限即濃度超過設定濃度，該設定濃度可以是臨界濃度。

根據現有研究可知，L 型管輸送時，在相同工況條件下（即流速、管徑等參數相同），L 型管中的料漿濃度越高，則料漿在L型管中的液位越高，不同的液位高度對應的不同的料漿濃度；而料漿濃度和液位高度的光系，由L型管尺寸、材質和料漿特性等參數決定，通常采用試驗輔助理論計算進行確定。

充填料漿臨界濃度的確定，由礦山實際充填倍線、管線參數和充填料漿的特性等決定，通常由試驗參數理論計算和現場經驗綜合確定。

工作原理及使用方法：攪拌機制備完的充填料漿直接排放至進料斗的進料口內，通過自流輸送，從L 型管出口流出，進入充填鉆孔或充填泵內；充填料漿在L型管道內輸送存在一定管道阻力，豎直段需一定高度才可穩定輸送，料漿液位保持在L型管豎直段或進料斗內。

由于相同工況條件下，充填料漿在L型管或進料斗的某一高度對應某一特定濃度，本實用新型采用音叉開關監測液位是否超過臨界高度，進而達到監測濃度是否超過臨界濃度的目的，即通過對液位超過臨界高度進行報警，即可對濃度超過臨界濃度的報警提示作用。

4 結論

管道耐磨技術研究，主要分為3 個階段：第一階段管道易磨損區域研究、第二階段耐磨彎管研發、第三階段工業應用效果。由于以往研究已明確管道磨損的大致規律，本研究旨在了解直接導致爆管事故的易磨損區或嚴重磨損區研究。濃度超限控制技術，即在保證高濃度的制備狀態下，避免濃度波動幅度過大造成濃度超限。高濃度輸送技術研究，主要分為3 個階段：第一階段濃度波動規律研究；第二階段濃度超限導致堵管的時間規律研究；第三階段濃度超限報警裝置研發。濃度超限即濃度超過設定濃度，該設定濃度可以是臨界濃度。