降低中長距離尾礦輸送系統(tǒng)故障率實踐應(yīng)用

曹軍 范亮亮 梁朝杰

（安徽馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)姑山礦業(yè)有限公司）

漿體管道輸送是將顆粒狀的固體物質(zhì)與液體輸送介質(zhì)混合，在管道中采用泵送方法運(yùn)輸，并在目的地將其分離出來，是管道輸送的一個重要分支［1］，其能夠?qū)崿F(xiàn)漿體的快速、連續(xù)輸送，具有生產(chǎn)綜合成本低、環(huán)境友好等特點。目前，國內(nèi)各選礦廠選別產(chǎn)生的尾礦主要是通過管道運(yùn)輸至尾礦堆存地點，輸送過程中運(yùn)行正常與否，與尾礦礦漿的濃度、粒度組成、礦漿流速等因素存在一定的關(guān)系。尾礦輸送過程中，在濃度相同的情況下，漿體顆粒直徑越小，黏度越高，細(xì)顆粒與水組成的載體越能降低漿體中大顆粒的沉降速度，從而使管道斷面上大顆粒及漿體濃度分布越均勻，管道摩阻損失越小，漿體對管道的腐蝕也較?。?］。

在尾礦輸送過程中，安全流速是臨界沉積流速和過渡流速中的較高值。臨界沉積流速是固體顆粒在輸送中保持懸浮狀態(tài)而不產(chǎn)生滑動層和淤積層的最低流速。過渡流速是漿體由層流狀態(tài)過渡到紊流狀態(tài)時的流速，是礦漿黏度和礦漿屈服應(yīng)力的函數(shù)［3-4］。為確保尾礦礦漿輸送過程中不發(fā)生沉積造成堵塞，實際輸送流速應(yīng)不小于安全流速。在生產(chǎn)實際過程中，由于各種輸送故障引起礦漿流動狀態(tài)改變，當(dāng)實際流速小于安全流速時，會發(fā)生堵管事故。因此，如何盡可能地降低輸送系統(tǒng)故障，確保穩(wěn)定輸送，成為中長距離尾礦輸送系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。

1 背景

姑山礦業(yè)有限公司是馬鋼重要的鐵礦石生產(chǎn)供應(yīng)基地，是一個集采礦、選礦、運(yùn)輸一條龍的鐵礦石生產(chǎn)企業(yè)，年開采鐵礦石410 萬t，年生產(chǎn)成品礦186萬t，現(xiàn)有白象山鐵礦、姑山鐵礦、和睦山鐵礦3 個礦山以及后備礦山鐘九鐵礦、姑山露轉(zhuǎn)井項目。

2019 年姑山礦業(yè)公司原礦入選總量為358 萬t，廢石資源46.1 萬t，尾礦庫全年排尾量78 萬t，充填利用尾礦量約63.1 萬t［5］。除廢石資源作為砂石骨料外銷外，其余細(xì)粒尾礦全部經(jīng)管道輸送至尾礦庫堆存或用于井下充填和露天坑復(fù)墾。2021年3月，隨著尾礦庫的停排，僅井下充填和露天坑復(fù)墾具備尾礦排放條件，尾礦成為制約生產(chǎn)正常運(yùn)行的重要因素。2022 年為緩解尾礦排放問題對生產(chǎn)的制約，姑山礦業(yè)公司和睦山產(chǎn)線引入非主流礦進(jìn)行加工生產(chǎn)，充分利用非主流礦入選品位高、尾礦量小的特點，在一定程度上緩解尾礦輸送的壓力。同時，和睦山產(chǎn)線加強(qiáng)生產(chǎn)組織，通過集約化生產(chǎn)，盡最大可能降低尾礦排放對生產(chǎn)的制約。在此背景下，對尾礦的輸送提出了更高的要求，其正常與否，直接決定著生產(chǎn)計劃能否正常進(jìn)行。

2 生產(chǎn)現(xiàn)狀

目前和睦山產(chǎn)線尾礦主要由和睦山自產(chǎn)礦及階段性非主流礦選別產(chǎn)生，鐵品位8%～10%，日產(chǎn)1 600～1 800 t，尾礦產(chǎn)品粒度見表1。

根據(jù)生產(chǎn)需要，尾礦通過分礦箱閘板開度分流至1#45 m 尾礦濃密機(jī)和2#45 m 尾礦濃密機(jī)。1#45 m濃密機(jī)底流經(jīng)渣漿泵泵送至和睦山鐵礦，供井下充填或塌陷區(qū)生態(tài)治理使用，其渣漿泵型號為80ZJ-1-A52，管道直徑DN170，輸送流量為190～210 m3/h，濃度5%～20%。2#45 m 濃密機(jī)底流經(jīng)渣漿泵長距離輸送至青山尾礦庫或姑山充填，其中青山尾礦庫輸送系統(tǒng)采用階段性加壓工藝，管道全長6.8 km，沿途設(shè)置1#（大井底流泵）、2#、3#、4#泵站，型號分別為150ZJ-1-A65、150ZJ-1-A60、150ZJ-1-A60、150ZJ-1-A65，輸?shù)V管道直徑DN250，流量400～450 m3/h。姑山充填輸送系統(tǒng)采用集中加壓工藝，經(jīng)三級泵串聯(lián)，采用型號為150ZJ-1-A65，泵出口壓力1.85～1.95 MPa，長距離（約8.0 km）輸送至姑山深錐濃密機(jī)進(jìn)行姑山充填使用，輸送流量為400～450 m3/h，輸?shù)V管道直徑DN250。在2#泵站渣漿泵進(jìn)口處通過電動閘閥控制，實現(xiàn)青山尾礦庫和姑山充填自由切換。

3 故障分析

生產(chǎn)過程中，由于切換頻繁致使故障發(fā)生，嚴(yán)重制約著生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)行。為降低生產(chǎn)故障對系統(tǒng)連續(xù)性的影響，對2009—2014 年的故障進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果見表2。經(jīng)對日常故障進(jìn)行歸納分析，造成系統(tǒng)故障的原因主要有鐵質(zhì)雜物、非鐵質(zhì)雜物、設(shè)備故障、輸送管道故障、人為操作不當(dāng)?shù)取?/p>

由表2 可知，2009—2014 年，因尾礦輸送系統(tǒng)故障造成系統(tǒng)停機(jī)年平均時長為125.8 h，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行。

3.1 鐵質(zhì)雜物

因工藝及現(xiàn)場設(shè)備布置需要，選別系統(tǒng)大部分衛(wèi)生沖洗水進(jìn)入尾礦濃密機(jī)，其中不可避免地夾雜螺栓、螺帽等鐵質(zhì)檢修垃圾。雖尾礦溜槽中設(shè)置隔渣篩，但因間隙較大，對此類物質(zhì)隔除效果不明顯，致使此類物質(zhì)進(jìn)入尾礦輸送系統(tǒng)。因渣漿泵葉輪與內(nèi)護(hù)板間隙較小，如鐵質(zhì)雜物進(jìn)入渣漿泵葉輪內(nèi)，極易造成渣漿泵被卡死，輕者引起設(shè)備跳停，重則引起傳動電機(jī)燒毀。

3.2 非鐵質(zhì)雜物

為防止尾礦溜槽使用過程中磨損，溜槽內(nèi)設(shè)置耐磨鑄石板，其固定方式為水泥黏結(jié)+角鐵固定。隨著生產(chǎn)的使用，不可避免地發(fā)生鑄石板脫落現(xiàn)象，如不能及時發(fā)現(xiàn)，其被尾礦礦漿沖刷進(jìn)入濃密機(jī)內(nèi)部，致使下料口被堵塞，造成濃密機(jī)因負(fù)荷過大而發(fā)生設(shè)備故障，影響正常使用。為解決此類故障，恢復(fù)正常生產(chǎn)，需排凈濃密機(jī)內(nèi)的積水進(jìn)行處理，耗時20 h以上，費(fèi)時費(fèi)力。同時，其他諸如濃縮機(jī)中心套筒襯套、防護(hù)皮帶等物品脫落也會引起此類事故。

3.3 設(shè)備故障

（1）濃密機(jī)故障。濃縮機(jī)液壓提耙裝置失效在突發(fā)情況下導(dǎo)致濃縮機(jī)壓大井事故發(fā)生；大塊雜物進(jìn)入濃縮機(jī)底部的下料口不易發(fā)現(xiàn)，誘發(fā)堵塞故障；濃密機(jī)行走小車傳動三角帶或鏈條失效，檢查更換不及時而發(fā)生故障；濃密機(jī)行走小車輥輪外圓正常磨損使得其運(yùn)行摩擦由滾動摩擦變?yōu)榛瑒幽Σ?，傳動動力發(fā)生明顯變化；濃密機(jī)行走傳動齒條松動發(fā)現(xiàn)不及時致使傳動系統(tǒng)不穩(wěn)定等。

（2）渣漿泵故障。渣漿泵的過流件非正常磨損；填料密封非正常漏礦；管道內(nèi)物料通過率變化帶來的非正常振動、日常維保引發(fā)的非正常振動及故障；泵內(nèi)進(jìn)入雜物導(dǎo)致的泵“卡死”或?qū)е码姍C(jī)過載跳停現(xiàn)象。

（3）輸送管道故障。尾礦輸送管道磨損泄漏；管道法蘭處密封墊片老化造成泄漏；管道伸縮節(jié)接頭處密封不嚴(yán)，致使泄漏。

（4）人員操作方面。尾礦輸送沿途各崗位開停機(jī)信息溝通不暢，開停機(jī)時機(jī)不合理；崗位操作人員經(jīng)驗不足，致使調(diào)整不規(guī)范。

4 采取措施

4.1 利用磁性緩沖箱截留金屬雜物

磁性緩沖箱是利用常規(guī)的緩沖箱結(jié)構(gòu)，在其底部安裝磁性塊，利用緩沖箱內(nèi)流速變化，通過鐵質(zhì)雜物重力作用和磁性緩沖箱內(nèi)磁場作用力的雙重作用，磁性截留管道中的鐵質(zhì)雜物。磁性緩沖箱（圖1）采用厚度30 mm的耐磨鋼板卷焊制成，接縫處打坡口15 mm×45°雙邊焊接成形，在緩沖箱體底部及筒體高度方向上沿圓周密擺放磁性塊，為防止磁性快脫落，可采用圓鋼或角鋼固定焊接在筒體內(nèi)。

現(xiàn)場應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，在濃縮機(jī)底部的渣漿泵進(jìn)口安裝試運(yùn)行后，仍有少量墊片、螺母等雜物進(jìn)入下道工序泵站中，隨后在二級泵站進(jìn)口安裝磁性緩沖箱，停產(chǎn)檢修時定期打開門蓋清理即可，方便快捷。

4.2 濃縮機(jī)穩(wěn)流筒焊接隔渣篩截留大宗雜物

在濃縮機(jī)穩(wěn)流筒底部，利用原濃縮機(jī)混凝土立柱作為支撐點，采用鋼構(gòu)焊接成篩框結(jié)構(gòu)，用以攔截鑄石板、大塊石頭、磚頭、皮帶、破布等雜物。該裝置安裝后，只需在半年例行檢查濃縮機(jī)時，將雜物清理干凈即可，現(xiàn)場使用情況見圖2。

4.3 設(shè)備保障

針對設(shè)備故障，本著“三分使用，七分保養(yǎng)”的原則，積極通過OPL、職工大課堂等形式開展職工技能培訓(xùn)，不斷提升職工生產(chǎn)使用過程中的操、維、保知識，提高實踐應(yīng)用能力，逐步提升設(shè)備的保障能力。

4.4 管道維護(hù)

充分利用超聲波測厚儀，結(jié)合日常檢修資料，建立電子文檔，且可隨時利用手機(jī)查看，實時掌控管線狀況。鑄石內(nèi)膽礦漿沖擊磨損可采用德?？的z涂抹修復(fù)，法蘭密封墊泄漏可采用混凝土澆筑法或更換為金屬纏繞墊。對伸縮節(jié)實行編號管理，制定檢查檔案，定期檢查，及時更換泄漏伸縮節(jié)。

4.5 人員操作

充分發(fā)揮現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)便捷、快速、使用面廣等特性，建立尾礦輸送相關(guān)班組工作微信群，每2 h 上傳崗位生產(chǎn)信息，實現(xiàn)生產(chǎn)信息共享，使崗位人員根據(jù)生產(chǎn)情況及其他各班組作業(yè)參數(shù)快速準(zhǔn)確調(diào)整本崗位作業(yè)參數(shù)，達(dá)到精準(zhǔn)調(diào)整，最優(yōu)生產(chǎn)的目的。

5 改造效果

通過以上措施，尾礦輸送系統(tǒng)故障率大幅度下降，改造后2015—2021年故障統(tǒng)計見表3。

對比表2、表3 可知，改造后，尾礦輸送系統(tǒng)故障年平均時長較改造前下降幅度明顯，年平均故障時間由原來的125.8 h 減少至3.0 h，下降了97.6%，改造效果顯著。

6 結(jié)語

姑山礦業(yè)公司和睦山鐵礦通過對尾礦輸送系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，在一定程度上保證了尾礦輸送過程中的系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少了因外界因素干擾對尾礦輸送連續(xù)性的影響，大大降低了尾礦輸送故障率，社會經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有一定的推廣意義。同時，保障管道輸送安全，為公司后續(xù)工藝改造、尾礦作業(yè)參數(shù)調(diào)整等，打下了堅實的基礎(chǔ)。