CN114028843A - 立式砂仓溢流水固含量调控系统及调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种立式砂仓溢流水固含量调控系统及调控方法，包括立式砂仓和尾砂进料系统，以及设置于立式砂仓和尾砂进料系统之间的调浓预处理箱和与调浓预处理箱相连的絮凝剂进料系统。调浓预处理箱内部设有螺旋状流道，用于将尾砂和絮凝剂充分混合和快速絮凝调浓后进入立式砂仓。本发明通过螺旋状流道可延长尾砂与絮凝剂的混合时间，同时利用紊流状态使尾砂和絮凝剂混合均匀，进入立式砂仓后，能够实现絮团快速形成，加速上层清水区中极细颗粒尾砂沉降至下层密实尾砂区，从而提升砂位的极限值。本发明还可通过吸水泵将立式砂仓上层清水泵入调浓预处理箱内调节尾砂浓度，消除充填溢流回水跑浑问题。

Description

立式砂仓溢流水固含量调控系统及调控方法

技术领域

本发明涉及尾砂处理技术领域，尤其涉及一种立式砂仓溢流水固含量调控系统及调控方法。

背景技术

立式砂仓是矿山充填尾砂固液分离的常用筒状构筑物，通过重力作用来实现尾砂的浓密富集，为膏体充填料浆的制备提供高浓度尾砂浆。选厂总尾持续泵入立式砂仓，尾砂颗粒向下沉降富集，多余的水则由砂仓顶部溢流排至尾矿库或矿山回水系统，当砂位达到一定高度，开启砂仓底部造浆放砂系统，高浓度底流砂浆按需求定时定量向搅拌设备供料，同时向搅拌设备内添加一定配比的水泥，制备成为满足井下采矿方法要求的膏体充填料浆，向井下输送，完成采空区的充填作业。

立式砂仓作为尾砂固液分离的处理设施，是实现膏体充填的关键环节之一，高径比(直筒段高度：直径)为砂仓的设计关键，其值与尾砂粒径组成、砂浆化学性质、进砂浓度等有关。从上世纪90年代至今，立式砂仓的应用伴随着矿山全尾砂膏体充填技术的发展，在有色、黑色、贵金属矿山充填中有着非常广泛的应用。

立式砂仓尾砂固液分离的目的是获得高浓度底流砂浆和澄清的溢流水，在实际生产中，通过持续进砂、监测砂位、合理造浆等手段，可以保证砂仓底流放砂浓度满足需求。但当砂位超过一定范围后，砂仓溢流水的固含量会随着砂位的升高而不断变大，影响整个矿山系统的正常运作，主要体现在如下三个方面：

①溢流水所含固体颗粒为沉降不及时的极细颗粒，不可直接重复利用，需进入选厂浓密池处理或排至尾矿库。进入浓密池的溢流水影响选厂正常的循环作业，同时增加能耗；进入尾矿库的溢流水所含极细颗粒尾砂难沉降，影响尾矿库的回水和坝体干摊，对尾矿库的安全造成威胁。

②若避免溢流水跑浑而限制砂位，立式砂仓的容积有效利用率低，无法保证尾砂的供应，制约矿山充填能力，影响井下采充平衡。

③砂位要达到一定高度才能保证底流放砂浓度满足制备要求，砂位太低则无法满足需求。

有鉴于此，有必要设计一种改进的立式砂仓溢流水固含量调控系统及调控方法，以解决上述问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种立式砂仓溢流水固含量调控系统及调控方法。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种立式砂仓溢流水固含量调控系统，包括立式砂仓和尾砂进料系统，还包括设置于所述立式砂仓和尾砂进料系统之间的调浓预处理箱和与所述调浓预处理箱相连的絮凝剂进料系统；所述调浓预处理箱内部设有螺旋状流道，用于将尾砂和絮凝剂充分混合和快速絮凝调浓后进入所述立式砂仓。

作为本发明的进一步改进，所述立式砂仓包括上层清水区和下层密实尾砂区；所述上层清水区设有吸水泵，所述吸水泵通过清水管道与所述调浓预处理箱的流道连通；所述下层密实尾砂区的底部设有放砂阀，用于向充填搅拌设备供给高浓度尾砂浆。

作为本发明的进一步改进，所述螺旋状流道为半开管道，且紧贴所述调浓预处理箱的内壁螺旋向下至出料口。

作为本发明的进一步改进，所述螺旋状流道的进口端设置于所述调浓预处理箱的侧壁，与所述尾砂进料系统连通；所述调浓预处理箱的顶部设有与所述絮凝剂进料系统连通的絮凝剂进料口，所述絮凝剂进料口与所述螺旋状流道的开口重合。

作为本发明的进一步改进，所述调浓预处理箱的顶部设有至少三个絮凝剂进料口，且所述絮凝剂进料口与所述螺旋状流道的开口中心线重合。

作为本发明的进一步改进，所述调浓预处理箱的内壁设有用于固定所述螺旋状流道的流道支撑件；所述调浓预处理箱的出料口设有隔筛，以防止杂物进入所述立式砂仓；所述出料口为5-20°的坡角结构。

作为本发明的进一步改进，所述尾砂进料系统包括依次相连的泵站、总尾输送管和进砂管，所述进砂管与所述调浓预处理箱的进砂口连通；所述絮凝剂进料系统包括依次相连的加药机、絮凝剂输送管和絮凝剂进料管，所述絮凝剂进料管与所述调浓预处理箱的絮凝剂进料口连通。

作为本发明的进一步改进，所述尾砂进料系统还包括设置于所述总尾输送管上的浓度计和流量计，用于监测所述尾砂的处理量；所述立式砂仓中设有砂位传感器，用于监测下层密实尾砂区的砂位；所述立式砂仓溢流水固含量调控系统还包括用于控制所述尾砂进料系统和所述吸水泵的中控系统。

本发明提供了一种以上所述的立式砂仓溢流水固含量调控系统的调控方法，包括如下步骤：

S1.尾砂和絮凝剂分别经所述尾砂进料系统和所述絮凝剂进料系统流至所述调浓预处理箱的螺旋状流道，螺旋状流道延长所述尾砂与絮凝剂的混合时间，同时利用紊流状态使两者混合均匀，得到初始尾砂浆，然后进入所述立式砂仓内；

S2.所述初始尾砂浆进入所述立式砂仓后，实现絮团快速形成，加速上层清水区中极细颗粒尾砂沉降至下层密实尾砂区，提升砂位的极限值；

S3.当砂位临近极限值时，开启所述立式砂仓底部的放砂阀，向充填搅拌设备供给高浓度尾砂浆。

作为本发明的进一步改进，当砂位迫近临界值，需要增加尾砂絮凝沉降效率，以避免所述上层清水区的溢流水跑浑时，开启所述立式砂仓顶部的吸水泵，将所述上层清水区的清水通过清水管道泵送至所述调浓预处理箱顶部的进水口，实现调节尾砂浓度的目的。

本发明的有益效果是：

1.本发明提供的立式砂仓溢流水固含量调控系统，通过设置螺旋流道预处理装置，解决了困扰立式砂仓溢流水跑浑的问题，同时提高砂仓砂位，保证底流浓度达到制备膏体充填料浆的要求，具体有益效果体现在如下几方面：

(1)通过螺旋状流道可延长尾砂与絮凝剂的混合时间，同时利用紊流状态使尾砂和絮凝剂混合均匀，进入立式砂仓后，能够实现絮团快速形成，加速上层清水区中极细颗粒尾砂沉降至下层密实尾砂区，从而提高立式砂仓固液分离的处理效率，使得溢流水不跑浑。避免溢流水含有大量固体颗粒对选厂回水系统或尾矿库造成的不利影响，消除充填溢流回水跑浑造成的二次处理费用，提高矿山整体运作效率。

(2)提高立式砂仓的有效利用率，提升储砂高度，增加系统充填能力，实现井下采充平衡。

(3)保证高砂位，能持续稳定供应高浓度底流砂浆，制备满足井下充填要求的膏体料浆。

2.本发明利用立式砂仓自身澄清水来调控进砂浓度，使絮凝沉降发挥最大效用，在实现溢流水澄清的同时，将砂仓砂位临界极限值向有利于提高矿山充填效率的方向提升，解决众多立式砂仓充填矿山的充填难题。

附图说明

图1为本发明立式砂仓溢流水固含量调控系统的结构示意图。

图2为图1中调浓预处理箱的内部横截面结构示意图。

图3为图1中调浓预处理箱的顶部结构示意图。

图4为调浓预处理箱中流道支撑局部示意图。

图5为图1中调浓预处理箱的底部结构示意图。

图6为图1中调浓预处理箱的整体结构示意图。

附图标记

10-立式砂仓；11-密实尾砂区；12-清水区；121-吸水泵；122-清水管道；13-放砂阀；20-调浓预处理箱；21-流道；211-流道中心线；22-流道支撑件；23-进水口；24-絮凝剂进料口；25-隔筛；26-出料口；30-尾砂进料系统；31-泵站；32-总尾输送管；321-进砂管；33-浓度计；34-流量计；40-絮凝剂进料系统；41-加药机；42-絮凝剂输送管；421-絮凝剂进料管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在具体实施例中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

请参阅图1-6所示，本发明提供的一种立式砂仓溢流水固含量调控系统，包括立式砂仓10和尾砂进料系统30，以及设置于立式砂仓10和尾砂进料系统30之间的调浓预处理箱20和与调浓预处理箱20相连的絮凝剂进料系统40。调浓预处理箱20内部设有螺旋状流道21，用于将尾砂和絮凝剂充分混合和快速絮凝调浓后进入立式砂仓10。

具体地，尾砂进料系统30包括依次相连的泵站31、总尾输送管32和进砂管321，进砂管321与调浓预处理箱20的进砂口连通；絮凝剂进料系统40包括依次相连的加药机41、絮凝剂输送管42和絮凝剂进料管421，所述絮凝剂进料管421与所述调浓预处理箱20的絮凝剂进料口24连通。进砂口(即螺旋状流道21的进口端)优选设置于调浓预处理箱20的侧壁。

请参阅图4所示，螺旋状流道21优选为上部敞口管道，敞口程度根据实际需求进行设定，例如设置为半开管道，由对半锯开的管道及弯管焊接组成，且紧贴调浓预处理箱20的内壁螺旋向下至出料口26。如此设置，浆液在流道内混合溅起，从而提高混合效果，而外部箱体的存在，又能防止浆液溅起外流浪费。

请参阅图3所示，调浓预处理箱20的顶部设有与絮凝剂进料系统40连通的絮凝剂进料口24，絮凝剂进料口24与螺旋状流道21的开口重合。

优选地，调浓预处理箱20的顶部设有至少三个絮凝剂进料口24，且絮凝剂进料口24与螺旋状流道21的开口中心线重合，从而将絮凝剂从顶部输送至螺旋状流道21内，与尾砂混合，实现絮凝调浓。

请参阅图4和5所示，调浓预处理箱20的内壁设有用于固定螺旋状流道21的流道支撑件22；调浓预处理箱20的出料口26设有5cm×5cm的隔筛25，以防止杂物进入立式砂仓10；出料口26为5-20°的坡角结构，利于初始尾砂浆流入中间部位的出料口26。隔筛由直径φ5mm的圆钢焊接而成，四周与调浓预处理箱20点焊成为整体。

立式砂仓10包括上层清水区12和下层密实尾砂区11，下层密实尾砂区11的底部设有放砂阀13，用于向充填搅拌设备供给高浓度尾砂浆。特别地，上层清水区12设有吸水泵121，吸水泵121通过清水管道122与调浓预处理箱20的流道21连通，例如在调浓预处理箱20的顶部设置与流道21连通的进水口23。通过将清水泵入调浓预处理箱20，实现调节尾砂浓度的目的。

特别地，尾砂进料系统30还包括设置于总尾输送管32上的浓度计33和流量计34，用于监测尾砂的处理量；立式砂仓10中设有砂位传感器，用于监测下层密实尾砂区11的砂位；立式砂仓溢流水固含量调控系统还包括用于控制尾砂进料系统30和吸水泵121的中控系统。中控系统根据总尾输送管32中砂浆的浓度和流量反演推算最佳絮凝剂作用浓度所需的调节水量，进而给出吸水泵121的电机频率指令，向调浓预处理箱20添加清水，调节浓度。

本发明还提供了一种以上的立式砂仓溢流水固含量调控系统的调控方法，包括如下步骤：

S1.尾砂和絮凝剂分别经尾砂进料系统30和絮凝剂进料系统40流至调浓预处理箱20的螺旋状流道21，螺旋状流道21延长尾砂与絮凝剂的混合时间，同时利用紊流状态使两者混合均匀，得到初始尾砂浆，然后进入立式砂仓10内；

S2.初始尾砂浆进入立式砂仓10后，实现絮团快速形成，加速上层清水区12中极细颗粒尾砂的沉降至下层密实尾砂区11，提升砂位的极限值；

S3.当砂位临近极限值时，开启立式砂仓10底部的放砂阀13，向充填搅拌设备供给高浓度尾砂浆。

当砂位迫近临界值，需要增加尾砂絮凝沉降效率，以避免上层清水区12的溢流水跑浑时，开启立式砂仓10顶部的吸水泵121，将上层清水区12的清水通过清水管道122泵送至调浓预处理箱20顶部的进水口23，实现调节尾砂浓度的目的。

在一个具体实施方式中，选厂总尾通过泵站31管输至立式砂仓10顶部设置的调浓预处理箱20中，调浓预处理箱20内部的螺旋状流道21，由对半锯开的管道及弯管焊接组成，沿箱体螺旋布置，保持10％向下的坡度，直至箱体的底部。流道21隔一定距离设置一个流道支撑件22，流道支撑件22为常见管道支撑，起固定作用，支撑生根于箱壁上，此处对支撑不做详细赘述。

调浓预处理箱20顶部沿流道的中心线间隔一定距离开有1个DN80的进水口23、3个DN15的絮凝剂进料口24，絮凝剂溶液由加药机41制备后，通过絮凝剂输送管42添加至絮凝剂进料口24，螺旋流道21可延长尾砂与絮凝剂的混合时间，利用紊流状态使两者混合均匀。不同矿山尾砂的物理化学性质有较大差别，通过定性和定量试验，选择适宜的絮凝剂种类及添加量，进一步，确定絮凝作用最佳的砂浆浓度，这是尾砂和絮凝剂在调浓预处理箱20中充分混合后自流进入立式砂仓10，实现絮团快速形成，加速包裹极细颗粒尾砂沉降的关键。

总尾输送管32中的尾砂浆浓度取决于选矿工艺，一般与絮凝剂发挥最大效用的适宜浓度范围存在较大区别。在立式砂仓10进砂初期，砂位较低，砂仓内有较好的沉降环境，尾砂沉降干涉作用小，固液分离的效率能保证溢流水澄清；但当砂位超过临界值，溢流水会因尾砂絮凝沉降效率的下降而跑浑。为了实现溢流水的澄清，有必要采取措施保证在砂位升高的过程中，尾砂与絮凝剂混合的初始尾砂浆浓度维持在最佳范围内，如一般铜矿山尾砂最佳絮凝沉降浓度范围为13％～18％，使得极细颗粒尾砂保持高沉降效率，进而提升砂位的极限值，提高立式砂仓10的有效容积利用率。

为了实现砂浆浓度维持在最佳絮凝沉降效用范围内，总尾输送管32上安装有浓度计33和流量计34，监测尾砂处理量，立式砂仓10中的砂位传感器将实时监测清水与密实尾砂之间的界限值，上述数据实时传输至充填中控系统。当砂位迫近临界值，需要增加尾砂絮凝沉降效率，以避免溢流水跑浑时，开启立式砂仓10顶部的吸水泵121，将砂仓表层清水清水管道122泵送至调浓预处理箱20顶部的进水口23，实现调节尾砂浓度的目的。吸水泵121的电机具有变频调速功能，可由充填中控系统监控和调节，中控系统编程模块设计上述浓度调节的逻辑程序，根据总尾输送管32中砂浆的浓度和流量反演推算最佳絮凝剂作用浓度所需的调节水量，进而给出吸水泵121的电机频率指令，向调浓预处理箱20添加清水，调节浓度。当砂位临近极限值时，立式砂仓10底部放砂阀13开启，向充填搅拌设备供给高浓度尾砂浆，使得砂仓固液分离系统形成动态平衡，实现高浓度尾砂浆的连续排放，控制溢流水固含量。

实施例1

本系统在湖北某铜矿应用，-20μm极细尾砂占比约45％，选厂总尾输送至立式砂仓浓缩处置的浓度为40％～45％，砂仓直筒段高度为12m，在实际生产中，砂位高于5m后，砂仓溢流水开始跑浑，砂位高于7m时，溢流水浓度可达15％～20％，砂仓实际变为分级装置，粗颗粒尾砂快速沉降，细颗粒尾砂随溢流水返回选厂浓密池，对选矿回水造成很大影响，而井下充填能力不足，直接影响产能。

经过絮凝沉降试验，确定尾砂的絮凝作用的最佳浓度为17％～19％，通过在立式砂仓10顶增设吸水泵121，按本方法逻辑对中控系统编程，使得进入砂仓前尾砂浆浓度调节成最佳范围。絮凝剂溶液和尾砂浆在调浓预处理箱20内充分混合，进入立式砂仓10后细颗粒尾砂被絮团包裹，从而快速沉降，实现溢流水澄清的目的。使用本系统后，该铜矿立式砂仓砂位达到8～9m时仍可保证溢流回水澄清，足够的砂位能维持底流放砂浓度达到制备膏体充填料浆的要求。

实施例2

江西某铅锌矿采用本系统解决立式砂仓跑浑及底流浓度波动性大等问题，矿山尾砂-20μm占比约38％，细颗粒含量较多，在砂仓内难以沉降，过高的溢流水固含量增加矿山环保中心处理污水的压力，边进砂边充填放砂的模式使得砂位持续维持在低位，砂仓直筒段高度11m，生产时砂位为4～5m，砂仓进砂浓度25％～30％，溢流水浓度5％～10％。

经尾砂絮凝沉降试验，确定最佳的作用浓度范围为15％～17％，应用本系统后，新增的进砂流量计、浓度计、砂仓砂位计等数据与吸水泵121电机频率通过编程联锁，使立式砂仓10进砂浓度保持在最佳絮凝沉降效果范围内，在边进边出的生产模式下，砂位稳定维持在7m左右，立式砂仓10底流浓度达到制备膏体充填料浆的要求，溢流回水澄清。

综上所述，本发明提供的立式砂仓溢流水固含量调控系统及调控方法，通过在立式砂仓前设置螺旋状流道预处理装置，延长尾砂与絮凝剂的混合时间，同时利用螺旋紊流状态使尾砂和絮凝剂混合更均匀；进入立式砂仓后，能够实现絮团快速形成，加速上层清水区中极细颗粒尾砂沉降至下层密实尾砂区，从而提升砂位的极限值。本发明还通过吸水泵将立式砂仓上层清水泵入调浓预处理箱内调节尾砂浓度，消除充填溢流回水跑浑问题。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种立式砂仓溢流水固含量调控系统，包括立式砂仓(10)和尾砂进料系统(30)，其特征在于，还包括设置于所述立式砂仓(10)和尾砂进料系统(30)之间的调浓预处理箱(20)和与所述调浓预处理箱(20)相连的絮凝剂进料系统(40)；所述调浓预处理箱(20)内部设有螺旋状流道(21)，用于将尾砂和絮凝剂充分混合和快速絮凝调浓后进入所述立式砂仓(10)。

2.根据权利要求1所述的立式砂仓溢流水固含量调控系统，其特征在于，所述立式砂仓(10)包括上层清水区(12)和下层密实尾砂区(11)；所述上层清水区(12)设有吸水泵(121)，所述吸水泵(121)通过清水管道(122)与所述调浓预处理箱(20)的流道(21)连通；所述下层密实尾砂区(11)的底部设有放砂阀(13)，用于向充填搅拌设备供给高浓度尾砂浆。

3.根据权利要求1所述的立式砂仓溢流水固含量调控系统，其特征在于，所述螺旋状流道(21)为半开管道，且紧贴所述调浓预处理箱(20)的内壁螺旋向下至出料口(26)。

4.根据权利要求3所述的立式砂仓溢流水固含量调控系统，其特征在于，所述螺旋状流道(21)的进口端设置于所述调浓预处理箱(20)的侧壁，与所述尾砂进料系统(30)连通；所述调浓预处理箱(20)的顶部设有与所述絮凝剂进料系统(40)连通的絮凝剂进料口(24)，所述絮凝剂进料口(24)与所述螺旋状流道(21)的开口重合。

5.根据权利要求4所述的立式砂仓溢流水固含量调控系统，其特征在于，所述调浓预处理箱(20)的顶部设有至少三个絮凝剂进料口(24)，且所述絮凝剂进料口(24)与所述螺旋状流道(21)的开口中心线重合。

6.根据权利要求3所述的立式砂仓溢流水固含量调控系统，其特征在于，所述调浓预处理箱(20)的内壁设有用于固定所述螺旋状流道(21)的流道支撑件(22)；所述调浓预处理箱(20)的出料口(26)设有隔筛(25)，以防止杂物进入所述立式砂仓(10)；所述出料口(26)为5-20°的坡角结构。

7.根据权利要求2所述的立式砂仓溢流水固含量调控系统，其特征在于，所述尾砂进料系统(30)包括依次相连的泵站(31)、总尾输送管(32)和进砂管(321)，所述进砂管(321)与所述调浓预处理箱(20)的进砂口连通；所述絮凝剂进料系统(40)包括依次相连的加药机(41)、絮凝剂输送管(42)和絮凝剂进料管(421)，所述絮凝剂进料管(421)与所述调浓预处理箱(20)的絮凝剂进料口(24)连通。

8.根据权利要求7所述的立式砂仓溢流水固含量调控系统，其特征在于，所述尾砂进料系统(30)还包括设置于所述总尾输送管(32)上的浓度计(33)和流量计(34)，用于监测所述尾砂的处理量；所述立式砂仓(10)中设有砂位传感器，用于监测下层密实尾砂区(11)的砂位；所述立式砂仓溢流水固含量调控系统还包括用于控制所述尾砂进料系统(30)和所述吸水泵(121)的中控系统。

9.一种权利要求1至8中任一项所述的立式砂仓溢流水固含量调控系统的调控方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.尾砂和絮凝剂分别经所述尾砂进料系统(30)和所述絮凝剂进料系统(40)流至所述调浓预处理箱(20)的螺旋状流道(21)，螺旋状流道(21)延长所述尾砂与絮凝剂的混合时间，同时利用紊流状态使两者混合均匀，得到初始尾砂浆，然后进入所述立式砂仓(10)内；

S2.所述初始尾砂浆进入所述立式砂仓(10)后，实现絮团快速形成，加速上层清水区(12)中极细颗粒尾砂沉降至下层密实尾砂区(11)，提升砂位的极限值；

S3.当砂位临近极限值时，开启所述立式砂仓(10)底部的放砂阀(13)，向充填搅拌设备供给高浓度尾砂浆。

10.根据权利要求9所述的立式砂仓溢流水固含量调控方法，其特征在于，当砂位迫近临界值，需要增加尾砂絮凝沉降效率，以避免所述上层清水区(12)的溢流水跑浑时，开启所述立式砂仓(10)顶部的吸水泵(121)，将所述上层清水区(12)的清水通过清水管道(122)泵送至所述调浓预处理箱(20)顶部的进水口(23)，实现调节尾砂浓度的目的。

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