寒冷地区长距离尾矿压力输送的设计及应用

黄璐璐

厦门鹭通勤水务工程有限公司（361000）

寒冷地区长距离尾矿压力输送的设计及应用

黄璐璐

厦门鹭通勤水务工程有限公司（361000）

结合工程实例，介绍了寒冷地区长距离尾矿输送的设计、设备选型及实际应用情况，阐述了寒冷地区长距离尾矿压力输送的设计要点。

长距离尾矿输送；压力输送；寒冷地区

近年来,矿山运行多年后尾矿库库容不够,新建矿山附近本找不到合适地点，需在较远的地方建尾矿库。长距离尾矿输送对设计计算、管道及设备选型、运行管理均是极大的挑战。高浓度、高扬程、长距离尾矿输送将成为尾矿输送的发展趋势。

1 工程概况

某铅锌矿山位于新疆维吾尔自治区的西南部，矿山生产规模为5 000 t/d。选矿厂距离尾矿库约7 864 m，选矿厂与尾矿库输送高差约100 m，选矿厂与中途高点输送高差约155 m，输送介质为铅锌矿尾矿，输送浓度约45%，输送干量4 751.52 t，输送尾矿真密度2.71 t/m3。

尾矿在选厂浓密至45%后泵送至尾矿库。起点标高为2 092 m，终点标高为2 190 m，输送中途有高点标高2 245 m，两处低点，输送途中经过管桥一座。

尾矿输送系统示意图如图1所示。

图1 尾矿输送系统示意图

2 尾矿输送系统设计

2.1 输送水力计算

矿浆波动系数取1.1,按最不利情况即最大流量计算输送设备和管道管径，进行输送水力计算[1]，计算结果见表1和表2。

验证结果得知，尾矿输送的高点扬程在尾矿泵设计扬程之内。

2.2 临界流速的确定

临界流速为尾矿输送的基本流速，是整个尾矿输送系统选型的基本依据。当管路内径≤200 mm时常用杜拉德公式计算：

说明：FL——与粒径、浓度有关的速度系数，可查取。g——重力加速度m/s2，一般取9.81 m/s2。S——固体物真比重t/m3。S1——载体物真比重，一般用水做载体时，可近似看作S1=1；但当粒径在0.1 mm以下的固体物重量与总固体物重量之比Kd0.1较大时，应将其计算在内。d50——中值粒径um。CV——浆体的体积浓度（%）。

本工程的管径大于200 mm，计算得到临界流速为1.6 m/s。为防止尾矿固体颗粒在输送管道中停滞堵塞管道，一般取VP=(1.15～1.3)VL，当VP过高时会加剧输送泵和输送管道的磨损。

2.3 输送泵的选择

高压长距离尾矿输送多用隔膜泵、活塞泵及柱塞泵。但隔膜泵的隔膜强度不够，只能用到20～30 kg/cm2，造价也最高。活塞泵因为是把矿浆直接吸入气缸，因此，活塞、汽缸磨损较快，虽然也有特殊合金制的活塞、汽缸，但使用时间不长，效率较低。柱塞泵同活塞泵一样也有矿浆磨损的问题，但采取在密封套进行注水,不像活塞泵那样磨损得厉害，一般在输送矿浆方面作为超高压泵而使用[2]。

表1 尾矿输送水力计算结果一

表2 尾矿输送水力计算结果二（验证高点）

本工程经过技术经济比较，从矿山初期投资成本、设备运营费用、运行安全可靠、设备检修周期等方面综合考虑，选用3台活塞浆体泵，两用一备，泵流量为175 m3/h，扬程为640 m，每台电机功率400 kW。

2.4 管材的选择

尾矿输送介质特性和输送工艺要求各不相同，管道材质应根据工程实际情况进行选择。本工程属于高扬程、长距离尾矿输送，出于输送安全环保、节能减排、降本增效的要求考虑，经过比选，最终确定使用耐磨、耐压、抗腐蚀性能强的陶瓷钢铁复合管，管道规格为D273 mm×11 mm×4.5 mm，钢管壁厚11 mm，陶瓷壁厚4.5 mm。

2.5 管道的敷设

管道敷设方式分为地面敷设与地下埋设两种方式。本工程虽处于寒冷冰冻地区，但根据当地矿山实际运行经验，尾矿输送不需埋地敷设，地面敷设矿浆不结冻，管道也不冻坏，输送可顺利运行。故为了减少工程造价，便于施工、操作、检查、维修，选择地面敷设方式，局部采用管桥架设。

由于管道承受的内压力大，在管道转角处均设置镇墩，直线管段每隔一段距离均设置滑动导向支座。

2.6 管道低点事故排放池

当尾矿输送系统发生局部故障、非计划性停运、换泵、溢流等情况时。为防止事故尾矿四处漫流造成环境污染，一般设事故池容纳事故排矿。

本工程的尾矿输送途中有两处最低点，在这两处最低点均设置事故放矿阀及事故池。事故池需容纳前段管道冲洗放矿时，按容纳前段管道的全部容积另加10分钟的矿浆流量。

2.7 管道附件

1）伸缩器

本工程处于寒冷地区，根据当地的温差变化量及管材的线性膨胀系数在管线上适当位置按技术要求安装伸缩器，以防止冬季拉断输送尾矿管道。

2）排气装置

在管线的最高点设置排气阀，用于排出管道内聚集的气体。本工程在输送途中有两处高点，这两处高点均设置排气阀。

2.8 管道保温

增大矿浆流速可提高尾矿输送系统的抗冻能力。流速在1.5 m/s以上时，矿浆管道多不会产生冻结。

保证及时放空管道内的矿浆和积水，并保证放空矿浆时有一定的流速。

管道敷设应避免凹型管段，如避免不了，应在凹型管段的最低点设置可迅速开启的放矿阀。采取以上措施在多数情况下可有效防止管道冻结，而不需采取保温措施。

本工程根据当地同类型矿山实践运行经验，不需对管道进行保温。

3 结论

这里结合工程实例，对寒冷地区长距离尾矿压力输送的设计和应用进行了分析和介绍，得到以下结论：

据矿山实际投入效果看，活塞浆体泵适用于高浓度、高扬程、长距离的尾矿输送用。陶瓷钢铁复合管由于耐压、耐磨、抗腐蚀性能强，在高压力、高扬程的长距离尾矿输送中优势明显。尾矿输送布线时需考虑转角的角度不宜过大，沿途须设置镇墩、滑动支墩等。尾矿输送管道应设置伸缩器以及低点放矿阀、事故池和高点排气阀等装置，能够保证长距离压力输送管道正常安全使用。寒冷地区应根据当地类似矿山的实践经验或者大量输送矿浆冻结试验来确定是否需要对管道进行保温。

[1]李宏伟.长距离高压尾矿输送管线工程控制技术[J].矿业工程,2009,7(6)：65-67.

[2]尾矿设施设计参考资料编写组.尾矿设施设计参考资料[M].北京：冶金工业出版社，1978.