一种移动分布式井下胶结充填系统的制作方法

本实用新型属于井下充填系统，具体涉及一种移动分布式井下胶结充填系统。

背景技术：

矿山采用选厂尾砂进行井下胶结充填，是现代矿山发展的方向。目前主要的技术方案都是在地面设置固定集中式充填站，在充填站内完成尾砂胶结膏体充填料的制备，其特点是经深锥浓密机的尾砂浆就近进入搅拌机，与在同一厂房内的胶凝材料水泥进行配比搅拌活化，制成膏体充填料，然后通过自流，或者泵送方式，经充填管网输送到井下待充填区。

这种地面固定集中式充填站对于井下集中开采、分布不广的矿山是适合的，但对于井下开采非集中式而是分布式，比如有色金属矿山，则有其不足之处：一是矿山企业通常只集中建设一个选矿厂，在一个点集中产生尾砂；二是一个矿山企业井下出矿工区分布较广，工区间相隔数千米或更远，而各工区的井下巷道是沿着探测的矿脉资源掘进的，呈现多层、长蛇阵形，达十几千米，井下需胶结充填区自然分布散、远，受充填倍线的制约，固定集中式充填站难以适应此工况，在充填站布置位置上顾此失彼，常常导致过长且复杂的充填管（网）线（长至十几千米），而利用充填泵进行长距离输送配有水泥的膏体尾砂至各充填作业面，很容易因配比不当、控制失误、停电、设备故障、管路气蚀故障等原因造成堵管；堵管点的判断及疏通十分困难，时间一长，未堵处膏体料流动性变差，甚至发生沉降离析、胶结挂皮、板结硬化现象，明显增大了沿程阻力，重启泵送系统时，往往因压力过大而无法泵送，导致整个管道堵死，甚至部分管道废弃。

为适应这种工况，充填泵的压头都要成数倍超配，导致特制泵送主机造价高、压头太高、功率过大、电耗太高、耗件及维护量大，充填运行成本高。

对于分布为几十千米的充填管（网）线，依靠特制充填泵进行长距离输送配有水泥的膏体尾砂至各分散充填作业面已不现实，而在各工区建设多个花费甚大的地面充填站，都使得这类矿山难以实现安全、可靠、经济地完成尾砂的井下胶结充填。

技术实现要素：

针对以上问题，本实用新型的目的在于提供一种移动分布式井下胶结充填系统，以使非集中开采矿山能实现安全、可靠、经济地完成尾砂的井下胶结充填。

为达到以上目的，本实用新型采用如下的技术方案：

本实用新型提供的移动分布式井下胶结充填系统，包括：

与选矿厂管道连接的浓密机和与所述浓密机管道连接用于输送尾矿砂浆的加压泵送装置；

设在至少一个工区坑口外的用于储存胶结料的胶结料仓、与所述胶结料仓连接的粉料输送装置；

设在所述工区坑口内井下待充填区的与所述加压泵送装置和粉料输送装置连接用于搅拌所述尾矿砂浆和胶结料的搅拌装置。

进一步：

所述加压泵送装置管道连接有浆体计量装置；

所述粉料输送装置包括：与所述胶结料仓连接的粉料计量装置、与罗茨鼓风机管道连接且与粉料计量装置连接的螺旋气力输送泵，或者与空压机连接且与所述胶结料仓管道连接的气力输送泵装置、设在所述工区坑口内所述井下待充填区与所述气力输送泵装置管道连接的胶结料小料仓和与所述胶结料小料仓连接的粉料计量装置；

所述搅拌装置与所述浆体计量装置和所述螺旋气力输送泵或者所述粉料计量装置连接。

本实用新型还包括：

与所述加压泵送装置管道连接的浆体消能装置，所述加压泵送装置通过所述浆体消能装置与所述浆体计量装置连接；

与所述胶结料仓连接的喂料装置，所述胶结料仓通过所述喂料装置与所述粉料计量装置连接或者与所述胶结料小料仓连接的喂料装置，所述胶结料小料仓通过所述喂料装置与所述粉料计量装置连接；

设在所述工区坑口内所述井下待充填区与所述螺旋气力输送泵管道连接的井下收尘器，所述螺旋气力输送泵通过所述井下收尘器与所述搅拌装置连接，或者与所述气力输送泵装置管道连接的井下收尘器，所述气力输送泵装置通过所述井下收尘器与所述胶结料小料仓连接；

与所述搅拌装置管道连接的混凝土泵；

与所述浓密机、加压泵送装置、浆体消能装置、浆体计量装置、胶结料仓、罗茨鼓风机、螺旋气力输送泵或者空压机、气力输送泵装置、井下收尘器、胶结料小料仓、喂料装置、粉料计量装置、搅拌装置、混凝土泵这些单元设备电连接的自动化控制系统。

所述浆体消能装置、浆体计量装置、井下收尘器及胶结料小料仓、喂料装置、粉料计量装置、搅拌装置、混凝土泵均可移动。

所述自动化控制系统由plc可编程控制器+hmi人机界面+光纤以太工业网构成分布式集散控制系统，包括设在所述选矿厂的上位机、与所述上位机电连接的各单元设备的plc可编程控制器，由所述上位机通过所述plc可编程控制器对所述各单元设备进行统一监测和控制。

有益效果

本实用新型的技术思路是：尽量减少充填管网长度和复杂性，减少因尾矿砂浆配入胶结料后，浓度提高、粘度大、流动性变差的膏体充填料的输送距离；使制备充填膏体料的计量、搅拌装置及充填泵尽量靠近各工区井下待充填区，而对输送性能稳定、流动性良好的尾矿砂浆、胶结料则采用长距离管道输送。所有的单元设备均可采用现有技术。

由此，充填系统布置方案为：选矿厂全尾矿砂浆经深锥浓密机后，经泵加压，按照《浆体长距离管道输送工程设计规程》的要求，长距离管道输送及下井；而胶结料则通过各工区坑口设置的胶结料料仓，经喂料装置的喂料、粉料计量装置的计量后，由气力输送泵装置经管道输送及下井，或者通过各工区坑口设置的气力输送泵装置，经管道输送及下井，在井下由移动式井下收尘器收尘进入胶结料小料仓，经喂料装置的喂料、粉料计量装置的计量，与下井的尾矿砂浆经计量控制后送入井下移动式搅拌装置，经强力搅拌活化后，然后自流或由井下移动式普通混凝土泵，就近送入井下待充填区。

尾矿砂浆的加压泵送装置可根据压头选用多种成熟稳定的产品，优先选用立式三陶瓷柱塞渣浆泵；输送胶结料的气力输送泵装置可为罗茨鼓风机+螺旋气力输送泵，或为空压机+气力输送泵的组合。采用一股压缩空气带胶结料下井，既完成井下通风，又完成胶结料输送，没有额外消耗输送能源；因矿山井下巷道内通常敷设有铁轨，因此井下的胶结料井下收尘器、胶结料小料仓、胶结料喂料计量秤、搅拌机、混凝土泵均设计成移动式，优先设计成导轨式，与巷道内的铁轨相匹配，也可设计成履带式、轮式，如此使得胶结膏体料的充填尽量靠近井下待充填区，且具有灵活性，适应井下充填区分布散、远、多的工况，充填管道不受充填倍线的制约，当某一充填区完成后，能机动地移动到下一个充填区。

本实用新型将长距离管道输送的物料由膏体充填料改为主要是尾矿砂浆高浓度似均质流浆体，一般经验，尾矿砂浆高浓度浆体输送的沿程损失是膏体充填料的1/4～1/7，这意味着输送同样的距离、同样的流量，尾矿砂浆输送的压头是膏体充填料的1/4～1/7，其主机功耗也相应下降为1/4～1/7，而其耗件及维护量也大大下降；同时浆体长距离管道输送在输送工艺、水力计算、管线设置、消能设施等方面有规范的技术要求，能带浆停机和随时带浆启动，没有停机后的沉降离析、胶结挂皮、板结硬化风险；特别是解决下井的垂直段、下坡段由于流体势能大于阻力损失，管道中流体自动加速形成的真空非满流，有成熟可靠的防止加速流和气蚀产生的消能设施，而膏体充填料因其物料特性，这种措施采用比较困难、难控、难调，往往导致井下堵管或爆管。因此本实用新型方案的安全性、可靠性大幅提高，其运行的成本也大幅下降，具有显著的经济性。

下面结合附图进一步说明本实用新型的技术方案。

附图说明

图1是本实用新型移动分布式井下胶结充填系统的布置示意图。

图2是本实用新型移动分布式井下胶结充填系统在单个工区中的结构示意图。

图3是本实用新型移动分布式井下胶结充填系统在单个工区中的另一种结构示意图。

具体实施方式

实施例1

见图1、图2，本实用新型的移动分布式井下胶结充填系统，包括：

与选矿厂管道连接的浓密机1和与所述浓密机1管道连接用于输送尾矿砂浆的加压泵送装置3、设在n个工区坑口内井下待充填区的与所述加压泵送装置3管道连接的浆体消能装置12（可为阀门式、孔板式、缩径式）、与浆体消能装置12管道连接的浆体计量装置13,所述浓密机1与所述加压泵送装置3之间也可连接密度计2；

用于储存胶结料设在工区坑口外设有收尘器4的胶结料仓5、与所述胶结料仓5连接的粉料输送装置,所述粉料输送装置包括与空压机6连接且与所述胶结料仓5管道连接的气力输送泵装置7、设在所述工区坑口内所述井下待充填区与所述气力输送泵装置7管道连接的井下收尘器8及胶结料小料仓9和与所述胶结料小料仓9管道连接的喂料装置10、与所述喂料装置10连接的粉料计量装置11；

设在所述工区坑口内所述井下待充填区的与所述浆体计量装置13和所述粉料计量装置11连接用于搅拌所述尾矿砂浆和胶结料的搅拌装置14、与所述搅拌装置14管道连接的碎石装置15和混凝土泵16；

与所述浓密机1、密度计2、加压泵送装置3、浆体消能装置12、浆体计量装置13、收尘器4、胶结料仓5、空压机6、气力输送泵装置7、井下收尘器8、胶结料小料仓9、喂料装置10、粉料计量装置11、搅拌装置14、碎石装置15、混凝土泵16这些单元设备电连接的自动化控制系统，所述自动化控制系统由plc可编程控制器+hmi人机界面+光纤以太工业网构成分布式集散控制系统，包括设在所述选矿厂的上位机a、与所述上位机a电连接的各单元设备的plc可编程控制器，plc可编程控制器包括与设在坑口外各单元设备电连接的plc可编程控制器b和与设在坑口内各单元设备电连接的plc可编程控制器c，由所述上位机a通过所述plc可编程控制器b、c对所述各单元设备进行统一监测和控制。

采用本实用新型的方法，包括将选矿厂的尾矿砂浆和胶结料分别通过管道输送到一个或若干个工区井下待充填区，经现场混合搅拌制成膏体充填料，进行井下胶结充填；所述尾矿砂浆和胶结料在所述井下待充填区分别现场计量后再混合搅拌制成膏体充填料；所述尾矿砂浆和胶结料的输送、计量和搅拌均采用自动化控制系统控制。

所述胶结料又称胶凝材料，包括水泥、石灰、石膏等。

具体的是，所述尾矿砂浆通过浓密机1的沉降浓缩后，经加压泵送装置3的输送至所述井下待充填区；所述胶结料通过所述工区就地设置的气力输送泵装置7送至所述井下待充填区，在所述井下待充填区由井下收尘器8收集进入胶结料小料仓9，经喂料装置10喂料和粉料计量装置11计量后，再与输送至所述井下待充填区经浆体计量装置13计量的所述尾矿砂浆一起送入搅拌装置14，经搅拌活化后制成所述膏体充填料，自流或由混凝土泵16，进行所述井下胶结充填。

在所述井下胶结充填时，可将取自所述井下待充填区的碎石作胶结充填料的大骨料与所述胶结料搅拌制成含大骨料的所述膏体充填料。

所述膏体充填料可通过自流的方式或移动式混凝土泵进行所述井下胶结充填。

所述自动化控制系统的上位机a通过所述plc可编程控制器b、c对包括所述浓密机1的尾矿砂浆沉降浓缩、加压泵送装置3的尾矿砂浆输送、浆体消能装置12的调节、浆体计量装置13的计量，以及所述气力输送泵装置7的胶结料输送、井下收尘器8的收尘、胶结料小料仓9的出料、喂料装置10的喂料、粉料计量装置11的计量，以及搅拌装置14的搅拌、混凝土泵16的输送过程进行控制。

应用实例

参见图1、图2，本实施例进一步说明本实用新型：湖南某黄金矿山，选矿厂日处理2000t矿石，有3个出矿工区，其中1#工区与选矿厂相距1500米，2#工区与选厂相距3000米远，3#工区与选矿厂相距12000米远；1#工区的井下巷道深400米，其长度有6000多米远；2#工区的井下巷道深300米，朝选矿厂反方向掘进，长度8000多米；现该黄金矿山计划利用选矿尾砂进行井下胶结充填，要含盖1#、2#工区，不包括3#工区，而1#、2#工区的井下待充填区分散远、散，矿区上部是山峦，道路蜿蜒起伏，如采用现有的地面固定集中式井下胶结充填系统，设置固定充填站将十分困难，不仅要征地，而且难以兼顾井下各分散的待充填区，充填管网繁杂，成本高昂，效率低下。

采用本实用新型的移动分布式井下胶结充填系统，在选矿厂建深锥浓密机1，将选厂排出的约30%质量浓度的尾砂经深锥浓密机1，达到底流质量浓度为65%～70%后，由加压泵送装置立式三陶瓷柱塞渣浆泵3加压泵送，经料浆管道长距离输送及下井，送入1#、2#工区的井下，在井下管道终端设置组合浆体消能装置12及浆体计量装置13，确保消除下井管道内的加速流；在1#、2#工区坑口布置地面水泥仓5及气力输送泵装置7，利用坑口空压机6的压缩空气（因为要给井下通风，通常坑口配置有空压机站），将水泥通过管道输送下井，由井下移动式井下收尘器8收集送入移动式水泥小料仓9，经水泥喂料装置10喂料和粉料计量装置11计量，与下井的尾矿砂浆实时计量控制，按灰砂比1：4～1：12范围可调，以满足不同充填体强度要求，送入井下移动式搅拌装置14，经强力搅拌活化后，制成质量浓度70%～82%的膏体充填料，经井下移动式混凝土泵16，就近送入井下待充填区。井下的浆体消能装置12、浆体计量装置13、水泥井下收尘器8、水泥小料仓9、喂料装置10、粉料计量装置11、搅拌装置14、混凝土泵16均为轨道移动式，与巷道内的铁轨17相匹配，能在巷道中机动移动。

由于膏体充填料的制备及充填设备移到井下，还可与井下碎石装置15配合，在井下掺配部分大粒径碎石作胶结充填料的大骨料，如此不仅减少了废料的升井运输工作量，同时能减少水泥的使用量，也使尾砂胶结充填体硬化后有更高强度。

为保证充填料浆质量浓度、配比的准确并且稳定，实现料浆顺利输送，胶结充填系统设立较为完善的自动化控制系统。自动化控制系统由plc可编程控制器+hmi人机界面+光纤以太工业网构成分布式集散控制系统，统一完成全流程的机电设备的自动化控制：在选厂设置上位机a，配有监控组态软件的台式机对各个工艺环节进行统一监测和控制，按系统流程，相应设置浓密机plc站(包括plc可编程控制器b，完成深锥浓密系统的综合控制，实时控制底流料浆浓度)、柱塞渣浆泵及管道plc站（包括plc可编程控制器b，完成立式三陶瓷柱塞泵综合控制，实时调节输送浆体的下井流量）、坑口水泥仓及气力输送泵plc站（包括plc可编程控制器b，完成水泥仓储存、收尘、输送水泥下井综合控制）、井下综合控制plc站（包括plc可编程控制器c，完成下井料浆管道终端消能控制、浆体计量控制、下井水泥的收尘、喂水泥的计量控制、搅拌设备及混凝土泵的综合控制），每个plc站配置触控屏，设置清晰对应的监控画面，实现全流程的开关量的启停、联锁、保护，以及过程模拟量的显示、调节控制：如压力、流量、浓度、速度、料位、阀门开度等参数。这些是由公知的成熟、稳定、高可靠的控制技术及设备来集成，从而达到高的充填效率，低的维护、运行成本，实现安全、可靠、经济地完成尾砂的井下胶结充填。

实施例2

见图3，本实施例与实施例1所不同的是，在工区坑口外设置粉料输送装置，粉料输送装置包括与所述胶结料仓5连接的喂料装置10、与喂料装置10连接的粉料计量装置11、与罗茨鼓风机18管道连接且与粉料计量装置11连接的螺旋气力输送泵19，螺旋气力输送泵19与设在所述工区坑口内所述井下待充填区的井下收尘器8连接，搅拌装置11与井下收尘器8连接。

这种方案的好处是适应井下待充填区离坑口距离较近的工况，简化了井下配制充填膏体料的设备和流程，节省了井下布置设备的空间。