充填系统粉煤灰添加工艺设计与应用

ＩＳＳＮ　１６７１—２９００　采矿技术第１３卷第３期　２Ｏ１３年５月　ＣＮ　４３～１３４７／ＴＤ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏ１．１３，Ｎｏ．３　Ｍａｙ　２０１３　充填系统粉煤灰添加工艺设计与应用　杨宏信　（陕西煎茶岭镍业有限公司，陕西略阳县　７２４３０８）　摘　要：粉煤灰具有胶凝作用，可替代部分水泥做充填胶结剂使用。煎茶岭镍矿充填系统初　期运行时未配置相应的粉煤灰添加系统，充填中发现水泥消耗量大、充填成本高，因此在原　有系统的基础上进行了改造，最终形成了二次搅拌系统，实现了充填自动化相互匹配的功　能。粉煤灰系统投入使用后，水泥消耗量明显降低，可为其它充填矿山提供参考。　关键词：煎茶岭镍矿；充填系统；粉煤灰；添加工艺；设备选型　大量的研究和生产实践证明，粉煤灰遇到水泥，　其活性就被激发出来，显示出较好的胶凝作用，虽然　２工艺流程及设备技术参数　早期强度有所降低，但晚期强度却有明显提高。本文　２．１系统工艺流程　以减小充填成本为目的，借鉴国内同类充填工艺对粉　在现有充填设备的基础上，将计划用于尾砂储存　煤灰的使用成果，在现有充填设备的基础上，建立完　仓的罐体进行改造，一个用于储存水泥，一个用于储　善的粉煤灰添加系统；同时，探索以提高砂浆混凝土　存粉煤灰。根据现场测绘情况，计划对２个矿仓进行　的宏观均匀度及彻底粉碎微观水泥球团为目标的充　底部改造，并安装手动闸板阀，在闸阀下安装螺旋给　填新流程设计，以改善水泥砂浆的微观结构，进而达　料机，通过电机的变频调速，调节物料的下泄流量，下　到减少水泥用量、提高充填体强度的目的。　泄物料流入冲板流量计计量，并与螺旋的变频电机形　１　粉煤灰添加系统设计　成闭环控制。通过计量的物料最后由ＦＵ输送机送　入一次搅拌桶，通过搅拌后的粉煤灰及水泥浆体，通　首先，将水泥、粉煤灰经螺旋给料机混合后，进入　过自流流入二次搅拌桶，加入砂料后进入充填管道。　一级强力活化搅拌桶，充分搅拌，使水泥颗粒与粉煤　砂料的计量使用电子皮带秤，砂料的控制是通过圆盘　灰颗粒混合均匀，形成活性较强的粉煤灰一水泥制　给料机的调频电机与皮带秤的计量信号组成的闭环　品，目前该工艺在国内充填矿山尚属首例；其次，将混　实现的。同时，根据设备的外形安装尺寸，设计制作　合均匀的粉煤灰一水泥制品输送至二级砂浆搅拌桶，　满足设备安装条件的设备检修、安装钢构平台。本系　使之与水、砂混合并进行强力搅拌，制备成似均质高　统的工艺流程如图１所示。　浓度充填料浆，通过管道进入采空区充填。　２．２系统设备选型　现代混凝土科学表明，即使在宏观检测均匀的情　根据充填站的实际生产能力及今后粉煤灰添加　况下，水泥砂浆中仍有大量微观水泥干粉球团，如何　的最大比例，可设定输送设备的产能。最大充填能力　打碎这些为宏观球团，使水泥浆对骨料的包裹更为紧　为１２０　ｍ。／ｈ，水泥、砂子配比为１：４，重量浓度为　密，对于提高混凝土的强度具有重大意义。本装置采　７８　，最大粉煤灰的替代量为２Ｏ　；水泥输送量为３７　用高速搅拌技术，转速达到１０００　ｒ／ｍｉｎ，此时涡轮产　ｔ／ｈ，粉煤灰最大用量为７．４　ｔ／ｈ。　生的冲击力，可以彻底粉碎浆液中的水泥球团，同时　通过反复演算得出各设备型号如下：　可以增加水泥微观颗粒的表面活性，强化了水泥微粒　（１）螺旋给料机采用ＧＸ３５０型，安置３台。设备　与骨料表面的结合强度，减少了骨料表面的水膜厚　最大产能５０　ｔ／ｈ，螺旋长度２．５　ｍ，入料口尺寸３５０　度，造成一个相对缺水的高灰、水比的微观区域，改善　ｍｍ×３５０　ｍｍ，电机功率５．５　ｋｗ，具有变频调速　了混凝土的微观结构，提高了混凝土的强度。在同等　功能；　强度混凝土的配比上，可以减少水泥用量，从而达到　（２）冲板流量计采用ＩＬＥ－－３７Ｂ型，安置３台，其　降本增效的目的。　中水泥仓下安装２台，最大量程５０　ｔ／ｈ；粉煤灰仓下　３８　采矿技术　安装１台，最大量程１０　ｔ／ｈ；计量精度±０．５％，冲板　流量计与螺旋给料机形成闭环控制；　（３）输送机选用ＦＵ２５０　ｍｍ×４５０　ｍｍ长度约１８　ｍ，数量１台。设计２个人料开口，法兰连接，最大产　节的关键设备。　（５）在２个仓顶设计，２台ＦＱＭｃ一２００座仓式　脉冲收尘器用于收集水泥仓上上料时产生的灰尘，主　要参数为：处理风量≥３０００　ｍ。／ｈ，过滤面积≥２００　ｍ　，压力＜１２００￣１５００　Ｐａ；　能为５０　ｔ／ｈ，设备采用全封闭结构，分段连接安装，电　机功率１１　ｋＷ；　（６）安装２套空气反冲式水泥防堵装置，用于防　止水泥仓或粉煤灰下料时出现堵塞，为方便检修，配　有１台３．２　ｋｗ的专用罗茨风机。　（４）高速搅拌装置，采用　１．５　ｒｎ×１．６５　ｍ搅拌　桶，电机功率２２　ｋｗ，叶轮转速９８０　ｒ／ｍｉｎ，是制浆环　１５ｋＷ．　．２×２．２ｋＷ　图１充填系统工艺流程　３　监测、控制设备选型　（１）仓顶设置雷达料位计，监控仓内物料的高　度。雷达料位计是利用回波测距原理。发射天线向　被测目标发射微波，被测目标的微波被接收天线接　（５）超声波浓度计。用于浆体浓度检测，其检测　信号和水流量计、冲板计量信号组成控制闭环，控制　水调节阀的开度及螺旋的转速，以保证浆体浓度。　（６）电动水调节阀。用于制浆罐水量调节，与浓　度计检测信号组成闭环控制，用以调节浆体浓度。　（７）电动浆体流量调节阀。用于制浆罐液位调　节，与液位计构成闭环控制。　收，信号处理器将发射信号与接收信号比较，计算出　被测距离。其频率为３００　ＭＨｚ　３０００　ＧＨｚ，探测距　离大于３０　ｍ。　（８）电动桶底盖板阀。用于控制制浆罐底排出　的开闭。　（２）制浆搅拌罐料位计。采用超声波料位计，用　于监控搅拌罐的液位，同时液位检测与浆液电动阀的　开度形成闭环控制。　（３）水流量计。选择电磁流量计，用于制浆罐的　水量控制，在干料参数一定的前提下，流量计的流量　４　粉煤灰添加系统的预期效果　粉煤灰是火力发电厂排出的主要工业废料，是煤　经过燃烧后的剩余物，是一种含硅量较高的球状玻璃　体。由于充填的水泥用量巨大，粉煤灰添加试验如能　成功，所产生的经济效益非常可观。　通过大量的工业及室内试验，采用质量浓度　（下转第４５页）　与浆体浓度检测装置组成控制闭环，控制浆体浓度。　（４）浆体流量计。用于浆体流量检测，检测信号　分别和螺旋给料机、水调节阀组成闭环控制，实现浆　体流量的恒定，并保持简体液面稳定。　马春华，等：　溶浸采矿技术研究应用现状综述　４５　［７］　吉兆宁，孙利清．溶浸采矿是有效回收低品位矿产资源的新技　［１７］潘伟，吴爱祥，马俊伟．原地浸出的矿岩结构演化机理研究　术［Ｊ］．矿冶，２００２，１１（增）：８２—８４，１０７．　［Ｊ］．矿业研究与开发，２００５，２５（１）：１４—１６．　［８］　熊有为，王洪江，胡凯建．基于Ｏｒｉｇｉｎ的溶浸浸出率预测模型研　［１８］赖兆添，姚渝州．采用原地浸矿工艺的风化壳淋积型稀土矿山　究［Ｊ］．黄金，２０１１，３２（９）：２５—２７．　“三率”问题的探讨［Ｊ］．稀土，２０１０，３１（２）：８６—８８．　［９］　余斌．高温高硫铜矿原地破碎微生物浸出理论与实践ＥＪ］．采　［１９］吉兆宁，黄光柱．地下溶浸采矿技术与我国铜矿山的可持续发　矿技术，２０１０，１０（３）：１３—１６．　展口］．有色金属，２００２，５４（４）：９９—１０１，１１３．　［１ｏ］吴爱祥，王洪江，杨保华，等．溶浸采矿技术的进展与展望［Ｊ］．　［２Ｏ］古德生，李夕兵．现代金属矿床开采科学技术［Ｍ］．北京：冶金　采矿技术，２００６，６（３）：３９—４８．　工业出版社，２００６：１６４—１７０．　［１１］招国栋，刘清．可变形多　Ｌ介质渗透系数的时间效应［Ｊ］．西　［２１］孙永贵．积极探索勇于创新谋求矿业新发展［Ｊ］．采矿技术，　部探矿工程，２０１１，２３（３）：８０—８６．　２０１０，１０（３）：１２１—１２４．　［１２］Ｗａｔｌｉｎｇ　Ｈ．Ｒ．Ｔｈｅ　ｂｉｏｌｅａｅｈｉｎｇ　ｏｆ　ｓｕｌｐｈｉｄｅ　ｍｉｎｅｒａｌｓ　ｗｉｔｈ　ｅｍｐｈａｓｉｓ　［２２］郭滕飞，韦库明．我国金属矿山开采方法及发展前景研究［Ｊ］．　ｏｎ　ｃｏｐｐｅｒ　ｓｕｌｐｈｉｄｅｓ－－Ａ　ｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，２００６（８４）：　黑龙江科技信息，２０１０，（２２）：２１—２１，ｌ１．　８ｌ一１０８．　［２３］黄礼富．当代采矿技术发展趋势及未来采矿技术的探讨［Ｊ］．金　［１３］Ｐｒａｄｈａｎ　Ｎ．Ｎａｔｈｓａｒｍａ　Ｋ．Ｃ．，Ｒａｏ　Ｋ．Ｓ，Ｓｕｋｌａ　Ｌ．＆，Ｍｉｓｈｒａ　Ｂ．，　属矿山，２００９（７）：２４—２７．　Ｈｅａｐ　ｂｉｏｌｅａｃｈｉｎｇ　ｏｆ　ｅｈａｌｃｏｐｙｒｉｔｅ［Ｊ］．Ｍｉｎｅｒａｌｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００８　［２４］张强．溶浸采矿在我国的使用前景［Ｊ］．有色金属，１９９６　（２１）：３５５—３６５．　（２）：９－１０．　［１４］Ｊｏｈｎｓｏｎ　ｎ　Ｒ　Ｂｉｏｈｙｄｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ：Ｉｎｔｉｍａｔｅ—　［２５］王运敏，黄礼富．现代金属矿采矿技术发展趋势［Ｊ］．中国矿业，　ａｎｄ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｉｎｔｅｒｐｌａｙ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，２００６（８３）：１５３一　２００８，１７（１）：７－１０．　ｌ６６．　［２６］郭良金．采矿方法的创新与应用＿Ｊ］．科技咨询导报，２０１２（１６）：　［１５］Ｃｌａｒｋ　Ｍ．Ｅ．，Ｂａｔｔｙ　Ｊ．ｎ，Ｂｕｕｒｅｎ　Ｃ　Ｂ，Ｄｅｗ　ｎ　Ｗ．，Ｅａｍｏｎ　Ｍ．　２３．　Ａ．，Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｍｉｎｅｒａｌｓ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：［１１］Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　（收稿日期：２０１３—０１—２２）　ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈｓ　ｃｒｅａｔｉｎｇ　ｖａｌｕｅ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，２００６（８３）：　作者简介：马春华（１９８７一），男，云南曲靖人，助理工程师，硕　３—９．　士，研究方向：爆破工程及安全技术，从事采矿设计与施工管　［１６１曾晟，谭凯旋．矿岩破碎块度分布分形特征对铀浸出率的影　理工作，Ｅｍａｉｌ：ｌ１８６９０００７９＠ｑｑ．ｃｏｒｎ。　响［Ｊ］．矿冶二【程，２０１１，３１（１）：１６－１８．　◆－◆一◆＿．．◆－－ｏ－・　（上接第３８页）　原有的搅拌系统中添加了二次强力搅拌系统，同时利　７８　的高浓度充填料浆自流胶结充填工艺时，粉煤灰　用ｌＯ　的粉煤灰替代水泥，不但保证了充填体强度　的替代量为５％～２０％，其早期虽强度降低　要求，且降低了充填成本。该系统完全实现自动化控　１５％～２０　，但其后期强度提高了１８　左右。　制，系统运行稳定，参数可靠。　系统调试运行后，本项目确定粉煤灰添加量占原　参考文献：　水泥量的１Ｏ％，初期强度降低ｌ６　，为３．０　ＭＰａ，但　［１］袁毅棕．２５ｔ／ｈ粉煤灰输送系统的设计［Ｊ］．硅酸盐工业，２００７　其后期强度提高了１８　，强度值达到６．８　ＭＶａ，不但　（３）．　［２］闫如安，康影，赵维涛．全自动活化给料机在选煤厂的应用　满足下向胶结充填采矿法充填体强度要求，同时降低　［Ｊ］．矿山机械，２０１１（１１）．　了水泥消耗，使充填成本有所降低。　［３］　黄志平．圆盘给料机的液位控制装置［Ｊ］．矿山机械，１９９９（０９）．　［４］张钦礼，王新民，古德生，等．新桥硫铁矿粉煤充填技术研究　５　结论　ｆｊ］．矿业研究与开发，２００４，２４（２１）：７６—７９．　粉煤灰渣的排放，不仅污染环境，而且占用大量　［５］　王正辉．胶结充填中粉煤灰替代水泥的比例研究［Ｊ］．采矿技　术，２０１０，１０（３）：４３—４５．　的土地，已成为社会的一大公害。利用粉煤灰代替部　［６］　张磊，吕宪俊，金子桥．粉煤灰在矿山胶结充填中应用的研究　分水泥，进行井下充填生产，是资源循环利用的新举　现状口］．矿业研究与开发，２０１１，３１（４）：２２—２５，１２９．　措，具有明显的节能环保特点，产生良好的保护国土、　（收稿日期：２０１３—０３—０６）　净化环境、节约能源的社会、经济效益。　作者简介：杨宏信（１９６４一），男，汉族，陕西渭南人，机械工程　煎茶岭镍矿充填系统进行了粉煤灰技术改造，在　师，从事矿山机械设计及管理工作。