CN104696009A - 一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统及造浆工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统及造浆工艺，造浆系统含有砂仓（19），在砂仓（19）的内部安装气水管（15），在气水管（15）上安装有喷嘴（a），在其特征在于：所述喷嘴（a）的安装位置位于砂仓（19）的锥体内壁部位，气水管（15）与主气水管（18）相连，在气水管（15）靠近主气水管（18）的一端设有气水管开关（14），在气水管（15）的排污端设有排污开关（13）；所述的喷嘴（a）是由端盖、外壳、活塞、除砂棒、弹簧、底座组合构成。本发明通过高压水、高压气或气水结合的方式对砂仓内的充填材料进行造浆，采用的喷嘴a结构及材质可以有效解决喷嘴的防堵问题，也延长了其工作寿命，减少了因清仓更换喷嘴的成本与负担，增加了充填时间。

Description

一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统及造浆工艺

技术领域

本发明涉及一种地下矿山充填站的造浆系统，适用于各类矿山采用砂仓造浆进行井下充填和尾矿固化工程。

背景技术

尾矿是矿山主要固体废弃物之一，尾矿处理是矿山生产的重要环节。近年来, 迫于环境和安全的压力, 减少对地表建（构）筑物的影响，减少地质灾害的发生，实现绿色矿山、环保矿山、无废开采的目标，大多地下矿山采用尾矿充填采矿法。

充填站是充填系统的核心工程，设计单位、研究单位、矿山都对其技术给予了重视和研究。由于尾砂在立式砂仓中沉淀为饱和砂，若使其能由放砂管流出，必须先进行造浆，使之流态化。砂浆的浓度决定着料浆浓度，而料浆的浓度又直接影响着充填体的质量和充填采空区安全稳定性，砂浆浓度的高低也不仅影响充填管路的畅通性，也是降低使用胶凝材料，降低成本的关键因素。

尾矿造浆一般是在砂仓内部安装高压风水管造浆来完成，充填作业时由尾矿造浆系统将砂仓内尾砂造浆活化，自流至搅拌系统与水泥仓放出的水泥搅拌均匀，并经过充填钻孔自流至井下充填管网进行充填。在尾矿造浆过程中，造浆喷嘴的结构及其质量好坏是立式砂仓内尾砂浆流态化是否成功的关键。喷嘴是决定砂浆浓度的核心技术，也是解决砂子流动性的关键技术。当初从国外引进立式砂仓技术时，由于对喷嘴的结构及尾砂放砂机理认识的程度和操作上的误导等方面的原因，导致在充填系统运行过程中，喷嘴的堵塞与损坏严重，使得风水联合活化的方式越来越少，普遍地采用高压水来液化尾砂，因而，在相当一段时期，我国使用立式砂仓的矿山普遍存在着放砂浓度低且不稳定的问题，大大降低了充填体的强度，恶化了井下的工作环境。

目前国内一些喷嘴由于未细致调研造浆技术和充填材料的物理性能、喷嘴的工作原理、作业环境以及充填材料的流动性等方面的内容，所生产的喷嘴结构不合理，常常堵塞，扩气孔，所选用材质及零部件耐腐蚀性较差，喷嘴易损坏等现象，导致喷嘴工作时间较短，造成砂仓内堆砂严重，砂浆浓度忽高忽低，堵塞管路严重，增加清仓换喷嘴负担，严重制约了矿山的安全生产。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，而提供一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统，不解决了喷嘴的防堵问题，也延长了其工作寿命，保证了充填造浆的连续性。

本发明的另一目的是提供防堵塞的矿山充填站的造浆系统的造浆工艺，采用高压水、高压气或气水结合的方式对砂仓内的充填材料进行造浆。

为实现本发明的上述目的，本发明一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统，采用以下技术方案：

本发明一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统，含有砂仓，在砂仓的内部安装气水管，在气水管上安装有喷嘴，所述喷嘴的安装位置位于砂仓的锥体内壁部位，气水管与主气水管相连，在气水管靠近主气水管的一端设有气水管开关，在气水管的排污端设有排污开关。所述的喷嘴是由端盖、外壳、活塞、除砂棒、弹簧、底座组合构成，端盖密封在外壳的上部，底座套在外壳的下部；端盖的内部为弹簧腔体，外壳的中上部为活塞工作空间，活塞工作空间的上部呈圆柱形空腔、下部呈倒形圆台状空腔；活塞采用楔形活塞，其外形与活塞工作空间的倒形圆台状空腔相匹配；活塞的上部中间位置设有弹簧固定芯，弹簧的下部套在弹簧固定芯上，弹簧的上部位于弹簧腔体中；在活塞的下部装有除砂棒，除砂棒位于外壳下部进气端的空腔及底座空腔中；底座安装在气水管上，进气端与气水管相连通，底座用于连接喷嘴与气水管之间的装置；在外壳的中部设有喷气孔，喷气孔的位置与外壳的倒形圆台状空腔位置相对应。外壳及端盖组成了整个喷嘴的保护外套。采用楔形活塞可以有效密闭喷气孔，所述的端盖、外壳、底座均采用耐腐蚀的不锈钢材质，增加在工作环境的抗腐蚀性和耐磨性。

楔形活塞是喷嘴的关键部分，在弹簧与高压气水的作用下在喷嘴腔体内上下运动，阻隔外部环境的砂子进入喷嘴及管网内部。活塞的材质采用铜质材料，由于矿石在选矿过程中添加各类化学剂，砂浆中也残留了不少化学剂，采用铜质活塞不会产生电化学腐蚀，铜质活塞表面也不会积累铁粉等物质。所述的活塞及其上的弹簧固定芯为整体结构。

在所述的除砂棒上设有尖刺，除砂棒看上去就像一个细小的狼牙棒。除砂棒用来除去从气孔进入而粘结在进气端内壁的细砂。由于少量细砂从气孔进入活塞下方的进气端，并粘结在进气端的腔体周围，堵塞进气端，进而挤死活塞。除砂棒在弹簧、高压气水的作用下上下运动，尖刺将进气端腔体内的粘砂清除掉，不会使腔体堵塞。

所述的端盖与外壳之间、底座与外壳之间为螺纹连接；在活塞下部的中心位置设有螺纹孔，除砂棒的上部与活塞之间也为螺纹连接。

喷嘴安装在已铺设好在砂仓内的气水管上，在高压气、高压水的作用，楔形活塞开启工作，将高压气、高压水喷向砂层，使砂子具有饱和性和流动性。通过管路上的控制开关，将高压气流、高压水流分区域喷向砂层，形成所需的高浓度砂浆，所形成的高浓度砂浆流向充填站的搅拌系统，再与胶凝材料拌合进行充填和固化。

本发明一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统在实际使用中，可根据砂仓有效高度、沉砂密度以及气水压力等，选择弹簧型号及长度，来调节弹簧回缩时间，大大减少砂浆进入壳体内部。由于喷嘴直接连接砂仓内的气水管上，极少量砂子进入壳体内部，通过活塞开启与回缩，砂子进入砂仓管路内，由管路端部的排污开关将砂子喷出管外。

本发明一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统的造浆工艺，采用以下步骤：

1）先开启排污开关，再开启气水管开关，高压气水进入气水管，将管网内杂物由排污开关端部排出；

2）浆管网内杂物排空后，关闭排污开关，高压气水通过气水管进入喷嘴的进气端，高压气水作用于活塞，活塞运动、弹簧回缩，喷气孔将高压气水作用于砂仓内的砂浆，开始造浆制浆；

3）造浆制浆完成后，关闭气水管开关，这时喷嘴内的喷嘴腔体形成负压，这时弹簧回缩、活塞向下运动，切断外部砂浆进入喷嘴腔体内，喷气孔停止喷气，砂仓内造浆停止。

本发明一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统及造浆工艺采用以上技术方案后具有以下积极效果：

（1）喷嘴的内部结构及铜质楔形活塞，大大减少了砂仓内的浆砂进入喷嘴内，减少了喷嘴堵塞，消除了尾砂中的铁粉因电化学腐蚀而粘结在活塞上。

（2）进入的少量细砂在自重作用下，大部分通过进气端的腔体进入气水管，由气水管一端的排污开关，喷出管外。

（3）粘结进气端腔体内壁的细砂，由除砂棒进行清理，防止喷嘴堵塞。

（4）采用此技术，延长喷嘴的工作时间，减少了清仓更换喷嘴的成本及负担，增加了充填时间。

（5）发明的关键部件喷嘴易于加工，成本与市场同类产品相当，具有较高的推广价值。

附图说明

图1为本发明一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统结构联系图；

图2为本发明一种防堵塞的矿山充填站的造浆工艺流程框图；

图3为本发明一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统采用的喷嘴总装图；

图4为本发明一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统采用的喷嘴端盖剖视图；

图5为图4中的B向视图；

图6为本发明一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统采用的喷嘴外壳示意图；

图7为本发明一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统采用的喷嘴活塞结构

示意图；

图8为图7中A向视图。

附图标记为：1—端盖；2—弹簧；3—外壳；4—活塞；5—喷气孔；6—除砂棒；7—底座；8—弹簧内腔；9—弹簧固定芯；10—活塞工作空间；11—尖刺；12—进气端；13—排污开关；14—气水管开关；15—气水管；16—管网内杂物；17—砂浆；18—主气水管；19—砂仓；20-喷嘴腔体；a—喷嘴。

具体实施方式

为进一步描述本发明，下面结合附图和实施例对本发明一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统及造浆工艺作进一步详细说明。

由图1所示的本发明一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统结构联系图看出，本发明一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统，含有砂仓19，砂仓19的上部为圆柱形结构，砂仓19的下部为圆锥形结构，砂仓19的底部设有排浆口。在砂仓19的内部安装气水管15，在气水管15上安装有喷嘴a，所述喷嘴a的安装位置位于砂仓19的锥体内壁部位，气水管15与主气水管18相连，在气水管15靠近主气水管18的一端设有气水管开关14，在气水管15的排污端设有排污开关13。

由图3所示的本发明一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统采用的喷嘴总装图并结合图4、图5、图6、图7、图8看出，所述的喷嘴a是由端盖1、外壳3、活塞4、除砂棒6、弹簧2、底座7组合构成，端盖1通过螺纹安装在外壳3的上部，底座7通过螺纹连接套在外壳3的下部；端盖1的内部为弹簧腔体8，外壳3的中上部为活塞工作空间10，活塞工作空间10的上部呈圆柱形空腔、下部呈倒形圆台状空腔；活塞4采用楔形活塞，其外形与活塞工作空间10的倒形圆台状空腔相匹配；活塞4的上部中间位置设有弹簧固定芯9，弹簧2的下部套在弹簧固定芯9上，弹簧2的上部位于弹簧腔体8中；在活塞4的下部的中间位置设有螺纹孔，除砂棒6的上部与活塞4之间采用螺纹连接安装在活塞4上，除砂棒6位于外壳3下部进气端12的空腔及底座7空腔中，除砂棒6上设有尖刺11；底座7安装在气水管15上，进气端12与气水管15相连通；在外壳3的中部设有喷气孔5，喷气孔5的位置与外壳3的倒形圆台状空腔位置相对应。由图6所示的本发明一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统采用的喷嘴外壳示意图看出，外壳3的圆柱形空腔、倒形圆台状空腔及下部进气端12的空腔共同构成喷嘴腔体20。

本发明一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统采用的喷嘴a在本实施例应用中，其工作原理为：

1）活塞4采用楔形方式（圆台），采用20^o锥角，长度20mm；楔形的活塞4复位时，活塞4堵塞喷气孔5以下10mm、喷气孔5以上6mm；在高压气水停止瞬间，整个管路内（包括喷嘴内部）形成负压，活塞4若不及时复位，将会堵孔，大量砂浆会从喷气孔5涌入，造成喷嘴a堵塞。该喷嘴a的活塞行程为5mm，活塞4在弹簧2作用下，回缩快速复位，将喷气孔5堵塞，使砂浆被挡在腔体外面。

2）活塞4采用铜材料制作，由于矿石在选矿过程中添加各类化学剂，砂浆中也残留了不少化学剂，采用铜质的活塞不会产生电化学腐蚀，活塞表面不会积累铁粉等物质。

3）除砂棒6的圆柱直径为3mm，尖刺长4mm。由于少量细砂从喷气孔5进入活塞4下方的进气端12，并粘结在进气端12的腔体周围，堵塞进气端12，进而挤死活塞4。除砂棒6在弹簧2、高压气水的作用下，上下运动，尖刺将进气端12腔体内的粘砂清除掉，不会使腔体堵塞。

4）外壳3采用不锈钢材质，增加在工作环境的抗腐蚀性和耐磨性，其喷气孔5位置制作成倒圆台形，与活塞4充分接触。外壳3外直径38mm（市场通用28mm），增大了进气端12的空间，不仅可以在进气端12内设置除砂棒6，同时也降低了细砂将进气端堵死的可能性。

5）弹簧2直径10mm，活塞4开启弹力0.5公斤。端盖1的弹簧内腔8直径13mm，活塞4上的弹簧固定芯9直径8mm，长度10mm，不仅有利于弹簧2自由伸缩，也减少了弹簧2左右摆动。

6）底座7以焊接方式固定在开口的气水管15上，底座7采用内丝配外壳3的进气端12的外丝方式。若底座7采用外丝，会在进气端12形成圆形托台，少量细砂进入进气端12，粘积在托台上，造成喷嘴a堵塞。

本实施例中，具体的设计参数为：喷嘴a总长度120mm，外径38mm。端盖1长度35mm，外径38mm，卡口宽度32mm。外壳3长度85mm，外径38mm；内圆柱锥角20^O，上口直径30mm，下口直径20mm；喷气孔5离下口（进气端）10mm。活塞4长度20mm，圆台上部直径27mm，下部直径20mm；除砂棒6长度45mm，圆柱直径4mm，除砂棒6上的尖刺长5mm，弹簧固定芯9直径8mm，长度10mm。弹簧2长度55mm，外径10mm。底座7长度45mm，外径38mm。

进气端12长度45mm，最小空间直径22m，最大空间直径30mm。活塞工作空间10的上部呈圆柱，其下部呈倒形圆台，最大空间直径30mm，最小空间直径20mm，总长度为40mm。弹簧腔体8长度25mm，直径13mm。喷气孔5均匀分布在喷嘴a的周围，每个喷嘴的排气孔的数量为3-6个为宜，本实施例采用4个，孔径4mm，长度6.9mm。

由图2所示的本发明一种防堵塞的矿山充填站的造浆工艺流程框图并结合图3看出，本发明一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统的造浆工艺，在其特征在于采用以下步骤：

1）先开启排污开关13，再开启气水管开关15，高压气水进入气水管15，将管网内杂物16由排污开关13端部排出；

2）浆管网内杂物16排空后，关闭排污开关13，高压气水通过气水管15进入喷嘴a的进气端12，高压气水作用于活塞4，活塞4运动、弹簧2回缩，喷气孔5将高压气水作用于砂仓19内的砂浆17，开始造浆制浆；

3）造浆制浆完成后，关闭气水管开关14，这时喷嘴a内的喷嘴腔体20形成负压，这时弹簧2回缩、活塞4向下运动，切断外部砂浆17进入喷嘴腔体20内，喷气孔5停止喷气，砂仓19内造浆停止。

本发明研制的喷嘴产品具有防堵性、耐磨性，抗电化学腐蚀性，使用寿命长，减少了因清仓更换喷嘴的成本与负担，增加了充填时间。

Claims (5)

1.一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统，含有砂仓（19），在砂仓（19）的内部安装气水管（15），在气水管（15）上安装有喷嘴（a），在其特征在于：所述喷嘴（a）的安装位置位于砂仓（19）的锥体内壁部位，气水管（15）与主气水管（18）相连，在气水管（15）靠近主气水管（18）的一端设有气水管开关（14），在气水管（15）的排污端设有排污开关（13）；所述的喷嘴（a）是由端盖（1）、外壳（3）、活塞（4）、除砂棒（6）、弹簧（2）、底座（7）组合构成，端盖（1）密封在外壳（3）的上部，底座（7）套在外壳（3）的下部；端盖（1）的内部为弹簧腔体（8），外壳（3）的中上部为活塞工作空间（10），活塞工作空间（10）的上部呈圆柱形空腔、下部呈倒形圆台状空腔；活塞（4）采用楔形活塞，其外形与活塞工作空间（10）的倒形圆台状空腔相匹配；活塞（4）的上部中间位置设有弹簧固定芯（9），弹簧（2）的下部套在弹簧固定芯（9）上，弹簧（2）的上部位于弹簧腔体（8）中；在活塞（4）的下部装有除砂棒（6），除砂棒（6）位于外壳（3）下部进气端（12）的空腔及底座（7）空腔中；底座（7）安装在气水管（15）上，进气端（12）与气水管（15）相连通；在外壳（3）的中部设有喷气孔（5），喷气孔（5）的位置与外壳（3）的倒形圆台状空腔位置相对应。

2.如权利要求1所述的一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统，在其特征在于：在所述的除砂棒（6）上设有尖刺（11）。

3.如权利要求2所述的一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统，在其特征在于：所述的端盖（1）与外壳（3）之间、底座（7）与外壳（3）之间为螺纹连接，底座（7）采用内丝配外壳（3）的进气端（12）外丝方式配合。

4.如权利要求3所述的一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统，在其特征在于：在活塞（4）下部的中心位置设有螺纹孔，除砂棒（6）的上部与活塞（4）之间也为螺纹连接。

5.如权利要求1、2、3或4所述的一种防堵塞的矿山充填站的造浆系统的造浆工艺，在其特征在于采用以下步骤：

1）先开启排污开关（13），再开启气水管开关（15），高压气水进入气水管（15），将管网内杂物（16）由排污开关（13）端部排出；

2）浆管网内杂物（16）排空后，关闭排污开关（13），高压气水通过气水管（15）进入喷嘴（a）的进气端（12），高压气水作用于活塞（4），活塞（4）运动、弹簧（2）回缩，喷气孔（5）将高压气水作用于砂仓（19）内的砂浆（17），开始造浆制浆；

3）造浆制浆完成后，关闭气水管开关（14），这时喷嘴（a）内的喷嘴腔体（20）形成负压，这时弹簧（2）回缩、活塞（4）向下运动，切断外部砂浆（17）进入喷嘴腔体（20）内，喷气孔（5）停止喷气，砂仓（19）内造浆停止。