周瑞林，王先敏，錢廠生，王 鑫，胡劍濤

（江西銅業(yè)集團(tuán)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(chǎn)能力達(dá)5000t/d以上，開采的礦石經(jīng)過破碎、浮選及精尾等選礦工藝之后產(chǎn)生大量的尾礦。每年產(chǎn)生的尾礦總量約170萬t，尾礦經(jīng)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(jié)充填，其余尾礦經(jīng)高效濃密機(jī)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(jìn)路膠結(jié)（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(jìn)路膠結(jié)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(yè)環(huán)境差、清理工作量大、排水費(fèi)用高，充填體強(qiáng)度低等。而且尾砂供應(yīng)不足時(shí)需要外購河沙，而河沙的限購及其價(jià)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(jié)充填采礦法雖然保證了充填料漿的質(zhì)量濃度和充填體的強(qiáng)度，同時(shí)也帶來了管道磨損快、細(xì)顆粒尾砂堆壩安全性差等問題。

為了解決當(dāng)前礦山充填材料砂石供需矛盾日益突出的難題，同時(shí)兼顧長遠(yuǎn)，為武山銅礦三期擴(kuò)建工程積累關(guān)鍵性技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，2019年初將三期擴(kuò)建工程全尾砂膏體充填站分兩期前置建設(shè)，一期為1臺進(jìn)口FLSmidth深錐濃密機(jī)+2臺國產(chǎn)飛翼錐閥工業(yè)泵，其中：深錐濃密機(jī)NGT18型，底流料漿濃度74%±2%；錐閥工業(yè)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(diǎn)，最大充填倍線達(dá)到了7.0以上，需要充填的上部空區(qū)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(yè)泵利用液壓系統(tǒng)［1-2］將高濃度的全尾砂膏體物料打入井下采空區(qū)完成充填作業(yè)。

目前一期已建成運(yùn)行一年，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。采用全尾砂膏體充填技術(shù)［3-6］可很好的解決當(dāng)前充填存在的問題，滿足現(xiàn)有生產(chǎn)能力5000t/d充填的需要。

2 錐閥工業(yè)泵的工作原理

2.1 錐閥泵結(jié)構(gòu)

基本構(gòu)造如圖1 所示：由錐閥活塞泵1；電氣系統(tǒng)2； 液壓動力站3等主要部件組成。圖2為錐閥泵結(jié)構(gòu)現(xiàn)場圖。

圖1 錐閥泵結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 錐閥泵結(jié)構(gòu)現(xiàn)場圖

2.2 錐閥活塞泵-泵送機(jī)構(gòu)工作原理

膏體物料通過臥式攪拌機(jī)進(jìn)入輸送管道，液壓動力系統(tǒng)通過高壓油推動左右活塞桿進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動。當(dāng)右側(cè)的活塞桿往回拉時(shí)，右側(cè)的吸料孔打開，膏體物料被吸入右側(cè)的泵中；與此同時(shí)左側(cè)的吸料孔關(guān)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(fù)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對膏體物料不間斷的充填作業(yè)。

錐閥泵具有如下特點(diǎn)：

（1）錐閥泵的吸料以及排料是在密閉的系統(tǒng)中作業(yè)的，通過液壓動力系統(tǒng)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(jī)的膏體物料都是高濃度的，不宜自流。而左右泵交替運(yùn)動時(shí)，會產(chǎn)生強(qiáng)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(tǒng)雖是封閉的，但其易拆卸，方便工作人員進(jìn)行維護(hù)，可以快速的恢復(fù)工作，提高作業(yè)效率。

2.3 電氣系統(tǒng)工作原理

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

2.4 錐閥工業(yè)泵的用途和適用范圍

錐閥泵用于泵送細(xì)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(guān)系

出口壓力 P 與出口理論排量 Q 的關(guān)系見圖 2。設(shè)備工作點(diǎn)位于曲線下方區(qū)域。

圖2 出口壓力與出口理論排量關(guān)系圖

3 飛翼錐閥工業(yè)泵主要配置及技術(shù)參數(shù)

HGBZ313.12型錐閥活塞泵

最大輸送量 m3/h 150最大持續(xù)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(nèi)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(zhì)量 kg 7440

YDZ1040-4-630-2Q 型液壓動力站

電機(jī)型號 Y2-4001-4/B35電機(jī)額定功率 kW 315+315電機(jī)額定電壓/頻率 6kV -50Hz電機(jī)轉(zhuǎn)速 r/min 1480形式 開式液壓系統(tǒng)泵送油壓 MPa 27分配油壓 MPa 8油箱容積 L 2350冷卻方式 風(fēng)冷外形尺寸 （長×寬×高） mm 5350×2750×2195質(zhì)量 kg 10180

電控柜（動力柜和控制柜）

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

4 調(diào)試安裝及試運(yùn)行

4.1 調(diào)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(yè)泵，一號機(jī)于2019年12月安裝完成，二號機(jī)于2020年8月安裝完成。

在安裝調(diào)試過程中，設(shè)備出現(xiàn)的主要問題及解決辦法見下表：

出現(xiàn)問題 原因 解決辦法控制柜內(nèi)保險(xiǎn)熔斷 電磁閥進(jìn)水 重新擦干處理，然后更換熔斷器。從輸送缸內(nèi)發(fā)出嘯聲新活塞頭密封磨合造成新活塞頭在裝配前在導(dǎo)向套外圓周面涂抹潤滑脂膏體物料通過臥式攪拌機(jī)進(jìn)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(gè)擋板將四周圍住

4.2 試運(yùn)行

圖3、圖4、圖5為一號機(jī)在十一月中旬至十二月中旬試運(yùn)行一個(gè)月期間的數(shù)據(jù)分析圖。如圖3所示為工業(yè)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(yè)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(yè)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(shù)值，試運(yùn)行期間未發(fā)生異常問題，該控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠。

圖3 工業(yè)泵液壓液位值

圖4 工業(yè)泵液壓溫度

圖5 工業(yè)泵液壓壓力及泵送充填壓力值

5 結(jié)語

國產(chǎn)錐閥工業(yè)泵在武山銅礦的成功應(yīng)用，節(jié)省了全尾砂膏體充填站的投資。該站解決了當(dāng)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(shí)也為武山銅礦三期采礦方法的選擇及運(yùn)行積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。對同類型井下礦山應(yīng)用全尾砂膏體充填技術(shù)具有積極借鑒意義。