CN112892075B - 一种矿山尾矿浆自动浓密脱水管输系统及运行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿山尾矿浆自动浓密脱水管输系统及运行控制方法，系统包括水隔膜泵以及向水隔膜泵供给尾矿浆的高位矿浆桶，还包括前端连接有送浆管、后端连接有浓密矿浆输送管的浓密输送管；浓密输送管包括内部套设有内管的外管，外管和内管之间设置有固定连接件，内管包括滤布、贴合于滤布内侧的内层承压网和贴合于滤布外侧的外层承压网；内管自进料端至出料端内径逐渐变小；所述外管的管壁通过抽水管连接有自动排水分离器，自动排水分离器连接有真空泵。可实现浓度10‑40%的矿浆浓密脱水至70%以上，使用范围广；可实现长距离输送，矿浆输送距离可达到2000m。本发明特别适用于急采急充场所的尾矿浆快速梯度浓密脱水和输送。

Description

一种矿山尾矿浆自动浓密脱水管输系统及运行控制方法

技术领域

本发明涉及矿山充填采矿业中的尾矿处理技术领域，具体涉及一种矿山尾矿浆自动浓密脱水管输系统，并涉及该系统的运行控制方法。

背景技术

选厂尾矿浆脱水是矿山尾矿充填料制备的一个重要环节。目前矿山主要采用浓密脱水方式：矿山选厂的尾矿浆经泵、管道输送至充填站的浓密脱水系统，该系统或为立式砂仓，或为深锥浓密机，或为带式过滤机，或为压滤机。经浓密脱水后的尾矿浆达到合格的浓度后放砂至充填制备系统，经充填制备系统制备好的充填料浆充填至井下。对于深井开采或地压较大的矿山，为避免空区围岩应力集中，需尽快充填采空区。另外，采用分层充填采矿法或进路充填采矿法的矿山，尤其是大规模矿山，需急采急充，对充填系统调节能力和充填料浆质量要求较高。现有的浓密脱水系统难于满足要求。

不同物化性质的尾矿，其脱水性能不同。浓密脱水系统其主要利用的技术是跟据矿浆的性质和状态采用浓缩分级和过滤以及絮凝跟沉降分级等方法，其中浓缩分级与过滤属于机械法。根据不同种类矿浆的性质特点，可利用不同的浓密脱水工艺、方法、机械设备进行尾矿浓密脱水处理。在选矿过程中，我们要实现尾矿浓密脱水，主要要解决的问题是实现矿浆颗粒和水组成的非均匀相悬浮状尾矿浆水分和固体的分离。

立式砂仓尾矿浓密脱水工艺为：尾矿浆先进入旋流器进行浓缩，然后进入立式砂仓进行浓密，底流浓度达到75%以上，经风水造浆后，放砂浓度在70%左右；先开始进入旋流器分级的尾矿浆溢流进入浓密机进行二次浓缩，此时浓密机的底流进入脱水设备进行脱水，得到的干料含水量低于20%。该工艺流程的核心在于分级脱水，即尾矿首先实现粗粒和细粒的分级，粗细粒尾矿再分别用专用设备进行专门的脱水处理。目前的尾矿浓密脱水工艺主要存在以下缺点：设备趋向于大型化(主要有高效浓缩机、高频脱水筛、陶瓷过滤机、板框压滤机等)，设备结构、控制复杂，故障率高，维修成本及设备投入成本均较高。

另外，现有的矿山浓密脱水装置普遍存在占地面积大，投资大，维护维修工程量大等缺陷，在中等规模以下矿山的应用中这些缺陷尤为突出。矿山领域现有的用于处理选厂尾矿浆的过滤机和压滤机等设备，普遍对不同性质尾矿的适应性差、设备能耗高、建站投资和运营成本高、单机处理能力低，这些缺点成为限制其推广应用的主要因素。

发明内容

本发明专利所要解决的技术问题是，提供一种固液分离效率高，结构、工艺简单，故障率低、维修成本和设备投入成本低、固液分离效果好的矿山尾矿浆自动浓密脱水管输系统及运行控制方法，实现矿浆输送的同时完成浓密脱水。

本发明的技术方案如下：

一种矿山尾矿浆自动浓密脱水管输系统，包括水隔膜泵，所述水隔膜泵包括隔膜罐体和位于隔膜罐体内的隔膜，所述隔膜将隔膜罐体内空间分隔为矿浆室和清水室，还包括用于提供絮凝剂的絮凝剂制备装置以及向水隔膜泵供给尾矿浆的高位矿浆桶，其特征在于：还包括前端连接有送浆管、后端连接有浓密矿浆输送管的浓密输送管；所述水隔膜泵的矿浆出料端通过高压矿浆管与送浆管连接并相通；所述絮凝剂制备装置通过絮凝剂供给管与送浆管连接并相通；所述浓密输送管包括内部套设有内管的外管，外管和内管之间设置有固定连接件，所述的内管包括滤布，贴合于滤布内侧的内层承压网和贴合于滤布外侧的外层承压网；所述的内管自进料端至出料端内径逐渐变小；所述外管的管壁通过抽水管连接有自动排水分离器，自动排水分离器连接有真空泵；所述自动排水分离器的出水端连接有排水管；所述排水管连接有用于为所述清水箱供水的回水管；所述回水管上安装有高压管道泵；所述系统还包括沉淀池，浓密矿浆输送管通过清理矿浆管连接该沉淀池；所述系统还包括反冲洗水管，反冲洗水管进水端连接所述清水箱，反冲洗水管的出水端连接所述回水管。

优选地，内管由多段钢管首尾焊接而成，相邻的两段钢管具有不同的内径，其中靠近进料端的一段内径更小。

优选地，所述的送浆管上分别安装有第一电磁流量计和第一浓度计；所述浓密矿浆输送管上分别安装有第二电磁流量计和第二浓度计；所述絮凝剂供给管上安装有絮凝剂控制阀。

优选地，所述清水室通过带有清水进水阀和高压水泵的管路连接有清水箱；所述清水室还通过带有清水回水阀和回水流量调节阀的管路连接所述清水箱；所述高位矿浆桶通过带有进浆止回阀的低压矿浆管连接所述矿浆室，高位矿浆桶的安装高度确保其中的矿浆自流至矿浆室并起到扩张隔膜的作用；所述矿浆室通过带有排浆止回阀的管路连接所述高压矿浆管。

优选地，所述絮凝剂制备装置包括互相连接的絮凝剂制备机构和絮凝剂泵送机构；絮凝剂制备机构带有絮凝剂干粉给料机构。

优选地，自动排水分离器出水端的排水管为透明管路。

所述的矿山尾矿浆自动浓密脱水管输系统的运行控制方法，其特征在于包括一套中央自动控制系统，所述中央自动控制系统包括上位机、以太网模块和下位机；该中央自动控制系统通过控制相关流量计、浓度计、阀门和泵实现整套系统的技术参数检测、监测和自动控制。

本发明专利的积极效果在于：将矿浆输送系统和矿浆浓密脱水系统和二为一，该系统投资少，能够满足尾砂浆的管道高效浓缩脱水，实现矿浆输送的同时完成浓密脱水，缩短了生产工艺流程，彻底取代了目前矿山尾矿浓密脱水需建设的立式砂仓、浓密机、压滤机或过滤机等系统，解决了矿山尾矿浓密工艺复杂，投资大，运行成本高等难题。该装置还具有结构简单，设备占地面积小等特点。该装置适用范围广，投资省，浓密脱水浓度高，具有进砂简单、浓度和流量易控制和容易实现自动化等特点。

本系统实现矿浆的连续分离，具备滤布反冲洗功能，避免矿浆在滤布上附着，进一步防止矿浆堵塞滤布，有效降低了设备的故障率，节约了维修成本。

本发明利用真空抽滤、自动排水分离和溢流水排水实现破损滤布定位，解决浓密脱水管输系统中滤布磨损效不能及时发现和更换难题，能够快速、精准定位损坏的滤布，提高检修效率。

本发明专利可实现浓度10-40%的矿浆浓密脱水至70%以上，使用范围广；可实现长距离输送，矿浆输送距离可达到2000m。本发明特别适用于急采急充场所的尾矿浆快速梯度浓密脱水和输送。

附图说明

图1为本发明系统实施例的结构示意图；

图2为本发明系统实施例中浓密输送管的结构示意图；

图3为本发明系统实施例中浓密输送管的纵截面示意图；

图4为本发明系统实施例中絮凝剂制备装置的结构示意图。

图1中：1-高位矿浆桶，2-低压矿浆管，3-清水回水阀，4-清水进水阀，5-隔膜罐体，6-隔膜，7-进浆止回阀，8-排浆止回阀，9-清水箱，10-高压水泵，11-回水流量调节阀，12-反冲洗水管，13-絮凝剂供给管，14-絮凝剂控制阀，15-高压矿浆管，16-送浆管，17-回水管，18-第一电磁流量计，19-第一浓度计，20-高压管道泵，21-分配止回阀，22-抽水管，23-自动排水分离器，24-真空泵，25-浓密输送管，26-浓密矿浆输送管，27-第二电磁流量计，28-第二浓度计，29-絮凝剂制备装置，30-沉淀池，清理矿浆管31。

图2中，25-1：外管，25-2：内管，25-3：固定连接件。

图3中，25-2-1：外层承压网，25-2-2：滤布，25-2-3：内层承压网。

图4中，29-1：絮凝剂干粉给料机构，29-2：絮凝剂制备机构，29-3：絮凝剂泵送机构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对发明专利作进一步说明。

如图1，本发明的实施例包括水隔膜泵以及向水隔膜泵供给尾矿浆的高位矿浆桶1，还包括前端连接有送浆管16、后端连接有浓密砂浆输送管26的浓密输送管25。所述水隔膜泵包括隔膜罐体5和位于隔膜罐体5内的隔膜6，所述隔膜6将隔膜罐体5内空间分隔为矿浆室和清水室，所述清水室通过带有清水进水阀4和高压水泵10的管路连接有清水箱9。所述清水室还通过带有清水回水阀3和回水流量调节阀11的管路连接所述清水箱9。所述高位矿浆桶1通过带有进浆止回阀7的低压矿浆管2连接所述矿浆室，高位矿浆桶1的安装高度确保其中的矿浆自流至矿浆室并起到扩张隔膜6的作用。所述矿浆室通过带有排浆止回阀8的管路连接高压矿浆管15。高压矿浆管15与所述送浆管16连接并相通。

所述送浆管16上安装有分配止回阀21，当采用并联的两套浓密输送管25时起到切换作用。所述浓密矿浆输送管26上分别安装有第二电磁流量计27和第二浓度计28。所述的送浆管16上分别安装有第一电磁流量计18和第一浓度计19。

结合图1、图2和图3，所述浓密输送管25包括内部套设有内管25-2的外管25-1，外管25-1和内管25-2之间设置有固定连接件25-3，所述的内管25-2包括滤布25-2-2，贴合于滤布25-2-2内侧的内层承压网25-2-3和贴合于滤布25-2-2外侧的外层承压网25-2-1。所述的内管25-2自进料端至出料端内径逐渐变小；所述外管25-1的管壁通过抽水管22连接有自动排水分离器23，自动排水分离器23连接有真空泵24；所述自动排水分离器23的出水端连接有排水管，该排水管可以是耐压透明管路。所述排水管连接有用于为所述清水箱9供水的回水管17；所述回水管17上安装有高压管道泵20。所述回水管17上安装有高压管道泵20。

所述内管25-2由多段钢管首尾焊接而成，相邻的两段钢管具有不同的内径，其中靠近进料端的一段内径更小。

比如：设计管道输送距离为2000m，从0m-1000m，内管采用DN120无缝钢管，从1000m至1250m，内管管径由DN120缩颈至DN100；从1250m至1500m，内管管径由DN100缩颈至DN80；从1500m至1750m，内管管径由DN80缩颈至DN75，从1750m至2000m，内管管径由DN75缩颈至DN65；之后连接DN65无缝钢管至充填制备系统。

本发明的实施例还包括如图4所示的絮凝剂制备装置29，所述絮凝剂制备装置29包括互相连接的絮凝剂制备机构29-2和絮凝剂泵送机构29-3；絮凝剂制备机构29-2带有絮凝剂干粉给料机构29-1。所述絮凝剂制备装置29通过絮凝剂供给管13与送浆管16连接并相通。所述絮凝剂供给管13上安装有絮凝剂控制阀14。

仍如图1，本实施例的系统还包括沉淀池30，浓密矿浆输送管26通过清理矿浆管31连接该沉淀池30，浓密矿浆输送管26与清理矿浆管31之间的连接位置位于浓密矿浆输送管26通过清理矿浆管31前方。实施系统清理时，被清理出的矿浆经由该清理矿浆管31进入沉淀池30，系统下一次工作时这部分矿浆被泵送至高位矿浆桶1，沉淀池30中的水被泵送至清水箱9。

本实施例的系统还包括反冲洗水管12，反冲洗水管12带有阀门和水泵且进水端连接所述清水箱9，反冲洗水管12的出水端连接所述回水管17。实施滤布反冲洗时，在所述水泵作用下，该反冲洗水管12中的清水依次经回水管17（此时回水管17向清水箱9供水端关闭）、自动排水分离器23、抽水管22进入浓密输送管25，自外向里透过所述内管25-2对滤布25-2-2进行反向冲洗。

本实施例的系统包括并联的两套浓密输送管25，互为备用，保证正常运行和检修，矿浆可通过分配止回阀21选择通过两套浓密输送管中的一套。本实施例的系统包括并联的多套自动排水分离器23和真空泵24，同时开启工作，沿浓密输送管25走向不同部位抽水。本实施例的系统包括并联的多套水隔膜泵，同时开启工作，以达到矿浆输送压力。本实施例的絮凝剂制备机构29-2选用三箱絮凝剂制备装置，本实施例的絮凝剂泵送机构29-3选用两套絮凝剂泵送装置并联运行，互为备用。

选厂的尾矿浆由尾矿浆泵送系统进入到高位矿浆桶1。来自絮凝剂制备装置29的絮凝剂以及来自隔膜罐体5的高压尾矿浆在浓密输送管25中充分混合并形成絮状混合物；絮状混合物在自动排水分离器23的抽滤作用下进行浓密脱水，脱出的水泵送至清水箱9，以此实现矿浆中的固体与液体的分离。

所述水隔膜泵输送压力5Mpa及以下变频可调。

浓密输送管25内管自进料端至出料端内径逐渐变小。每根管道6m长，两端采用法兰连接，适用于500m以上输送距离；滤布过滤精度20μm以下，透气度700m³/m³h；承压网网度20mm×20mm。

本发明利用物料自重、隔膜泵推力和真空泵的真空吸力，实现物料过滤，滤液穿过滤布汇总并进入真空室，进入真空室的液体经自动排水分离器排出。

具体地，选厂的尾矿浆由高位矿浆桶1经由进浆止回阀7进入隔离罐体5内的矿浆室，矿浆推动隔膜6扩张，矿浆室扩大、清水室缩小；被挤出的清水经由清水回水阀3和回水流量调节阀11回流至清水箱9，实现吸浆功能。清水回水阀3关闭，清水进水阀4开启，高压清水泵10的高压水经清水进水阀4进入隔离罐体5内的清水室，清水推动隔膜6收缩，清水室扩大矿浆室缩小，被挤出的矿浆经由排浆止回阀8进入高压矿浆管15。

被挤出的矿浆经由第一电磁流量计18和第一浓度计19进行计量后，由中央自动控制系统进行检测和自动控制隔膜泵的压力和输送方量。

制备好的絮凝剂输送至浓密输送管中，矿浆与絮凝剂在浓密输送管中充分混合，絮凝剂与矿浆的用量由中央自动控制系统进行检测和自动控制。

启动真空泵24，絮凝剂与矿浆的絮状混合物在水隔膜泵的挤压作用下，在浓密脱水管路中边输送边脱水。同时絮凝剂与矿浆的絮状混合物在真空泵24的抽滤下，絮状混合物内的水分穿过所述内管25-2后进入自动排水分离器23，再经高压管道泵23排放至清水箱9中。以此实现矿浆中的固体与液体的分离。浓密脱水后合格浓度的矿浆输送至充填站制备系统，由中央自动控制系统根据浓度计、流量计检测数据自动控制真空泵的压力的值。

本发明的实施例还包括中央自动控制子系统，该子系统包括上位机、以太网模块和下位机，实现整套系统的技术参数检测监测和自动控制。

以下是本发明系统运行控制方法举例。

包括一套中央自动控制系统，所述中央自动控制系统包括上位机、以太网模块和下位机；该中央自动控制系统通过控制相关流量计、浓度计、阀门和泵实现整套系统的技术参数检测、监测和自动控制。

（一）运行控制

某矿山尾矿比重2.62，尾矿浆浓度30%，要求浓密脱水后尾矿浓度70%，矿浆总方量为120m³/h，输送距离2000m。絮凝剂浓度1‰，每吨矿絮凝剂用量100g。通过计算设计入口为DN120，出口为DN65。

中央自动控制系统根据第一电磁流量计18和第一浓度计19检测的数据分别为30%，120m³/h，自动计算出矿浆中尾矿45t/h。直接控制絮凝剂制备装置29按照絮凝剂浓度1‰，每吨矿絮凝剂用量100g，计算并配置要求的絮凝剂量。

从0m-1000m,内管采用DN120无缝钢管，从1000m至1250m，内管管径由DN120缩颈至DN100；从1250m至1500m，内管管径由DN100缩颈至DN80；从1500m至1750m，内管管径由DN80缩颈至DN75，从1750m至2000m，内管管径由DN75缩颈至DN65，在1250m、1500m、1750m、2000m处分别安装真空泵抽滤溢流水；内管25-2末端连接DN65无缝钢管至充填制备系统。经过测定，尾矿浆在本发明专利内的料浆浓度变化为：从0m-1000m,料浆浓度30%，从1000m至1250m，料浆浓度浓密至40%；从1250m至1500m，料浆浓度浓密至50%；从1500m至1750m，料浆浓度浓密至60%，从1750m至2000m，料浆浓度浓密至70%。

（二）系统清理及滤布反冲洗

在高位矿浆桶1中加入清水，关闭浓密矿浆输送管26上的阀门（该阀门位于浓密矿浆输送管26与清理矿浆管31之间的连接位置后方），按照步骤（一）方式运行，清水在输浆管路及浓密输送管25中流动，系统内矿浆全部清理至沉淀池30，待下一次浓密矿浆时，沉淀池内泥浆泵送至高位矿浆桶1；沉淀池30上层清水至清水箱9。将系统内矿浆全部清理干净后，系统停止工作。

在系统清理的同时，利用溢流水排水系统对浓密输送管25的滤布25-2-2进行反冲洗。首先关闭真空泵24及相应阀门，打开反冲洗水管12的阀门，进行反冲洗。避免矿浆在滤布上附着，进一步防止矿浆堵塞滤布，有效降低设备的故障率，节约维修成本。

（五）破损滤布定位

自动排水分离器23为并联的多套，自动排水分离器23出水端的排水管均为耐压透明管路，当发现某一套自动排水分离器出水端的排水管出现矿浆时，说明该套自动排水分离器对应的抽水管前方的滤布破损。自动排水分离器23为并联的多套，当发现某一真空泵24工作压力发生超出设定范围的波动时，说明该真空泵24对应的抽水管前方的滤布破损。通过排查及时检测出滤布破损位置。具体做法如下：①通过耐压透明管路发现出现矿浆，说明该真空泵对于范围内存在滤布破损（例如该范围为250m管道）。②通过真空泵的压力变化，超过设定的范围；查找出管道的大体范围滤布破损（缩小范围至50m以内）。③设定额定压力的反冲洗水，根据反冲洗水水量，比较精确的滤布破损范围（缩小范围至10m以内）④拆除该范围的管道（6m/根，拆除2根），进行检修和更换。其中：①-③均由中央自动控制系统按照程序设计自动计算出滤布破损的范围。④需要工人拆除进行核查，找出滤布破损的精确位置，检修并更换。

Claims (6)

1.一种矿山尾矿浆自动浓密脱水管输系统，包括水隔膜泵，所述水隔膜泵包括隔膜罐体（5）和位于隔膜罐体（5）内的隔膜（6），所述隔膜（6）将隔膜罐体（5）内空间分隔为矿浆室和清水室，还包括用于提供絮凝剂的絮凝剂制备装置（29）以及向水隔膜泵供给尾矿浆的高位矿浆桶（1），其特征在于：所述清水室通过带有清水进水阀（4）和高压水泵（10）的管路连接有清水箱（9）；还包括前端连接有送浆管（16）、后端连接有浓密矿浆输送管（26）的浓密输送管（25）；所述水隔膜泵的矿浆出料端通过高压矿浆管（15）与送浆管（16）连接并相通；所述絮凝剂制备装置（29）通过絮凝剂供给管（13）与送浆管（16）连接并相通；所述浓密输送管（25）包括内部套设有内管（25-2）的外管（25-1），外管（25-1）和内管（25-2）之间设置有固定连接件（25-3），所述的内管（25-2）包括滤布（25-2-2），贴合于滤布（25-2-2）内侧的内层承压网（25-2-3）和贴合于滤布（25-2-2）外侧的外层承压网（25-2-1）；内管（25-2）由多段钢管首尾焊接而成，相邻的两段钢管具有不同的内径，其中靠近进料端的一段内径更小，所述的内管（25-2）自进料端至出料端内径逐渐变小；所述外管（25-1）的管壁通过抽水管（22）连接有自动排水分离器（23），自动排水分离器（23）连接有真空泵（24）；所述自动排水分离器（23）的出水端连接有排水管；所述排水管连接有用于为所述清水箱（9）供水的回水管（17）；所述回水管（17）上安装有高压管道泵（20）；所述系统还包括沉淀池（30），浓密矿浆输送管（26）通过清理矿浆管（31）连接该沉淀池（30）；所述系统还包括反冲洗水管（12），反冲洗水管（12）进水端连接所述清水箱（9），反冲洗水管（12）的出水端连接所述回水管（17）；

所述的浓密输送管（25）的长度为2000m。

2.如权利要求1所述的矿山尾矿浆自动浓密脱水管输系统，其特征在于：所述的送浆管（16）上分别安装有第一电磁流量计（18）和第一浓度计（19）；所述浓密矿浆输送管（26）上分别安装有第二电磁流量计（27）和第二浓度计（28）；所述絮凝剂供给管（13）上安装有絮凝剂控制阀（14）。

3.如权利要求1所述的矿山尾矿浆自动浓密脱水管输系统，其特征在于：所述清水室还通过带有清水回水阀（3）和回水流量调节阀（11）的管路连接所述清水箱（9）；所述高位矿浆桶（1）通过带有进浆止回阀（7）的低压矿浆管（2）连接所述矿浆室，高位矿浆桶（1）的安装高度确保其中的矿浆自流至矿浆室并起到扩张隔膜（6）的作用；所述矿浆室通过带有排浆止回阀（8）的管路连接所述高压矿浆管（15）。

4.如权利要求1所述的矿山尾矿浆自动浓密脱水管输系统，其特征在于：所述絮凝剂制备装置（29）包括互相连接的絮凝剂制备机构（29-2）和絮凝剂泵送机构（29-3）；絮凝剂制备机构（29-2）带有絮凝剂干粉给料机构（29-1）。

5.如权利要求1所述的矿山尾矿浆自动浓密脱水管输系统，其特征在于：自动排水分离器（23）出水端的排水管为透明管路。

6.权利要求1至5任意一项所述的矿山尾矿浆自动浓密脱水管输系统的运行控制方法，其特征在于包括一套中央自动控制系统，所述中央自动控制系统包括上位机、以太网模块和下位机；该中央自动控制系统通过控制相关流量计、浓度计、阀门和泵实现整套系统的技术参数检测、监测和自动控制。

Images