国产锥阀工业泵在井下矿山中的应用

周瑞林，王先敏，钱厂生，王 鑫，胡剑涛

（江西铜业集团有限公司 武山铜矿，江西 瑞昌 332204）

1 引言

武山铜矿是一座井采大型铜矿山，矿山采选综合生产能力达5000t/d以上，开采的矿石经过破碎、浮选及精尾等选矿工艺之后产生大量的尾矿。每年产生的尾矿总量约170万t，尾矿经北带充填站旋流器分级回收了约65万t粗尾砂用于北带胶结充填，其余尾矿经高效浓密机浓缩后泵送至尾矿库。

武山铜矿目前南矿带为下向水平分层进路胶结（水砂）充填采矿法，其充填能力为1000m3/d；北矿带采用下向水平分层进路胶结充填采矿法，其充填能力为1208m3/d。水砂充填主要存在的问题有：充填料浆浓度低，采场滤水多、作业环境差、清理工作量大、排水费用高，充填体强度低等。而且尾砂供应不足时需要外购河沙，而河沙的限购及其价格的上涨，使矿山充填材料来源十分紧张，且砂石供需矛盾日益突出。胶结充填采矿法虽然保证了充填料浆的质量浓度和充填体的强度，同时也带来了管道磨损快、细颗粒尾砂堆坝安全性差等问题。

为了解决当前矿山充填材料砂石供需矛盾日益突出的难题，同时兼顾长远，为武山铜矿三期扩建工程积累关键性技术经验，2019年初将三期扩建工程全尾砂膏体充填站分两期前置建设，一期为1台进口FLSmidth深锥浓密机+2台国产飞翼锥阀工业泵，其中：深锥浓密机NGT18型，底流料浆浓度74%±2%；锥阀工业泵HGBZ150.12.630Q型，充填能力120~150m3/h、12MPa。

由于其所输送的为全尾砂膏体物料，具有“高浓度、大倍线”特点，最大充填倍线达到了7.0以上，需要充填的上部空区输送距离在2600m左右，不宜采用自流的方式，需要通过锥阀工业泵利用液压系统［1-2］将高浓度的全尾砂膏体物料打入井下采空区完成充填作业。

目前一期已建成运行一年，各项技术指标均符合设计要求。采用全尾砂膏体充填技术［3-6］可很好的解决当前充填存在的问题，满足现有生产能力5000t/d充填的需要。

2 锥阀工业泵的工作原理

2.1 锥阀泵结构

基本构造如图1 所示：由锥阀活塞泵1；电气系统2； 液压动力站3等主要部件组成。图2为锥阀泵结构现场图。

图1 锥阀泵结构示意图

图2 锥阀泵结构现场图

2.2 锥阀活塞泵-泵送机构工作原理

膏体物料通过卧式搅拌机进入输送管道，液压动力系统通过高压油推动左右活塞杆进行往复运动。当右侧的活塞杆往回拉时，右侧的吸料孔打开，膏体物料被吸入右侧的泵中；与此同时左侧的吸料孔关闭，活塞杆将泵中的物料打入输送到井下的输送管道中。如此左右泵送活塞杆交替往复运动，实现对膏体物料不间断的充填作业。

锥阀泵具有如下特点：

（1）锥阀泵的吸料以及排料是在密闭的系统中作业的，通过液压动力系统从上往下打，不间断的往井下输送，可以防止物料的回流。

（2）搅拌机的膏体物料都是高浓度的，不宜自流。而左右泵交替运动时，会产生强大的牵引吸力，可将物料轻松的送入泵中。

（3）吸料和排料系统虽是封闭的，但其易拆卸，方便工作人员进行维护，可以快速的恢复工作，提高作业效率。

2.3 电气系统工作原理

电气系统给锥阀泵提供动力和自动控制，协助锥阀泵完成充填作业。其中，动力部分由两台三相异步电动机组成（其参数如表1所示）。控制部分采用德国西门子公司S7-1500PLC系统控制，分为远程中央控制和就地控制模式。平时的作业，一般都是采用远程中央控制，设备的参数如温度、物料量、压力等都会实时的呈现在中央控制室。工作人员只需通过操作平台，远程控制锥阀泵的充填作业，既减少了人力劳动，又提高了工作人员的人身安全系数；在遇到了突发事件或者停机检查的时候会使用就地控制模式进行操作。设备的控制电压分别是 AC220V 和 DC24V，AC220V 主要是用于主电机的启动控制，DC24V 主要用于泵送控制。

表1 锥阀泵三相异步电机的参数

2.4 锥阀工业泵的用途和适用范围

锥阀泵用于泵送细颗粒及其粘稠物料，如各种浓度矿尾沙浆、市政污泥、煤泥等物料的管道泵送。其适用范围如表2所示：

表2 锥阀泵适用的范围

2.5 出口压力 P 与出口理论排量 Q 的关系

出口压力 P 与出口理论排量 Q 的关系见图 2。设备工作点位于曲线下方区域。

图2 出口压力与出口理论排量关系图

3 飞翼锥阀工业泵主要配置及技术参数

HGBZ313.12型锥阀活塞泵

最大输送量 m3/h 150最大持续工作压力 MPa 12分配阀形式 锥型分配阀（提升阀）主油缸直径×行程 mm 200×3100输送缸内径×行程 mm 300×3100最大泵送频率 次/min 11.5出料口通径 mm DN200坍落度允许范围 cm 20-28最大骨颗粒 mm 5泵送物料 尾矿砂浆、粉煤灰膏体、赤泥、污泥、煤泥等含固率 50%~85%外形尺寸（长×宽×高） mm 9490×1750×1470总质量 kg 7440

YDZ1040-4-630-2Q 型液压动力站

电机型号 Y2-4001-4/B35电机额定功率 kW 315+315电机额定电压/频率 6kV -50Hz电机转速 r/min 1480形式 开式液压系统泵送油压 MPa 27分配油压 MPa 8油箱容积 L 2350冷却方式 风冷外形尺寸 （长×宽×高） mm 5350×2750×2195质量 kg 10180

电控柜（动力柜和控制柜）

电机额定电压 kV 6电机额定功率 kW 2×315电动机数量 台 2主油泵数量 台 4可编程序控制器 S7-1500人机界面 12 英寸外形尺寸（长×宽×高） mm 4200×1600×2300质量 kg 1500

4 调试安装及试运行

4.1 调试安装

武山铜矿全尾砂膏体充填站一期装备2台飞翼锥阀工业泵，一号机于2019年12月安装完成，二号机于2020年8月安装完成。

在安装调试过程中，设备出现的主要问题及解决办法见下表：

出现问题 原因 解决办法控制柜内保险熔断 电磁阀进水 重新擦干处理，然后更换熔断器。从输送缸内发出啸声新活塞头密封磨合造成新活塞头在装配前在导向套外圆周面涂抹润滑脂膏体物料通过卧式搅拌机进入输送管道的过程中会爆浆压力冲击 给衔接管道的部分安装一个挡板将四周围住

4.2 试运行

图3、图4、图5为一号机在十一月中旬至十二月中旬试运行一个月期间的数据分析图。如图3所示为工业泵液压液位值，最大液位为484.62mm，平均液位为443.55mm；如图4所示为工业泵液压温度值，最高温度为50.46℃，平均温度为24.91℃；图5为工业泵液压压力及泵送充填压力值，最大压力分别为21.16MPa、10.21MPa，平均压力分别为0.84MPa、0.35MPa。均为正常数值，试运行期间未发生异常问题，该控制系统运行可靠。

图3 工业泵液压液位值

图4 工业泵液压温度

图5 工业泵液压压力及泵送充填压力值

5 结语

国产锥阀工业泵在武山铜矿的成功应用，节省了全尾砂膏体充填站的投资。该站解决了当前矿山充填材料砂石供需矛盾日益突出的难题，降低了材料成本，减少了人力成本，提高了采矿效率。同时也为武山铜矿三期采矿方法的选择及运行积累了宝贵经验。对同类型井下矿山应用全尾砂膏体充填技术具有积极借鉴意义。