曹军 范亮亮 梁朝杰
（安徽马钢矿业资源集团姑山矿业有限公司）
浆体管道输送是将颗粒状的固体物质与液体输送介质混合，在管道中采用泵送方法运输，并在目的地将其分离出来，是管道输送的一个重要分支［1］，其能够实现浆体的快速、连续输送，具有生产综合成本低、环境友好等特点。目前，国内各选矿厂选别产生的尾矿主要是通过管道运输至尾矿堆存地点，输送过程中运行正常与否，与尾矿矿浆的浓度、粒度组成、矿浆流速等因素存在一定的关系。尾矿输送过程中，在浓度相同的情况下，浆体颗粒直径越小，黏度越高，细颗粒与水组成的载体越能降低浆体中大颗粒的沉降速度，从而使管道断面上大颗粒及浆体浓度分布越均匀，管道摩阻损失越小，浆体对管道的腐蚀也较小［2］。
在尾矿输送过程中，安全流速是临界沉积流速和过渡流速中的较高值。临界沉积流速是固体颗粒在输送中保持悬浮状态而不产生滑动层和淤积层的最低流速。过渡流速是浆体由层流状态过渡到紊流状态时的流速，是矿浆黏度和矿浆屈服应力的函数［3-4］。为确保尾矿矿浆输送过程中不发生沉积造成堵塞，实际输送流速应不小于安全流速。在生产实际过程中，由于各种输送故障引起矿浆流动状态改变，当实际流速小于安全流速时，会发生堵管事故。因此，如何尽可能地降低输送系统故障，确保稳定输送，成为中长距离尾矿输送系统正常运行的关键。
姑山矿业有限公司是马钢重要的铁矿石生产供应基地，是一个集采矿、选矿、运输一条龙的铁矿石生产企业，年开采铁矿石410 万t，年生产成品矿186万t，现有白象山铁矿、姑山铁矿、和睦山铁矿3 个矿山以及后备矿山钟九铁矿、姑山露转井项目。
2019 年姑山矿业公司原矿入选总量为358 万t，废石资源46.1 万t，尾矿库全年排尾量78 万t，充填利用尾矿量约63.1 万t［5］。除废石资源作为砂石骨料外销外，其余细粒尾矿全部经管道输送至尾矿库堆存或用于井下充填和露天坑复垦。2021年3月，随着尾矿库的停排，仅井下充填和露天坑复垦具备尾矿排放条件，尾矿成为制约生产正常运行的重要因素。2022 年为缓解尾矿排放问题对生产的制约，姑山矿业公司和睦山产线引入非主流矿进行加工生产，充分利用非主流矿入选品位高、尾矿量小的特点，在一定程度上缓解尾矿输送的压力。同时，和睦山产线加强生产组织，通过集约化生产，尽最大可能降低尾矿排放对生产的制约。在此背景下，对尾矿的输送提出了更高的要求，其正常与否，直接决定着生产计划能否正常进行。
目前和睦山产线尾矿主要由和睦山自产矿及阶段性非主流矿选别产生，铁品位8%～10%，日产1 600～1 800 t，尾矿产品粒度见表1。
根据生产需要，尾矿通过分矿箱闸板开度分流至1#45 m 尾矿浓密机和2#45 m 尾矿浓密机。1#45 m浓密机底流经渣浆泵泵送至和睦山铁矿，供井下充填或塌陷区生态治理使用，其渣浆泵型号为80ZJ-1-A52，管道直径DN170，输送流量为190～210 m3/h，浓度5%～20%。2#45 m 浓密机底流经渣浆泵长距离输送至青山尾矿库或姑山充填，其中青山尾矿库输送系统采用阶段性加压工艺，管道全长6.8 km，沿途设置1#（大井底流泵）、2#、3#、4#泵站，型号分别为150ZJ-1-A65、150ZJ-1-A60、150ZJ-1-A60、150ZJ-1-A65，输矿管道直径DN250，流量400～450 m3/h。姑山充填输送系统采用集中加压工艺，经三级泵串联，采用型号为150ZJ-1-A65，泵出口压力1.85～1.95 MPa，长距离（约8.0 km）输送至姑山深锥浓密机进行姑山充填使用，输送流量为400～450 m3/h，输矿管道直径DN250。在2#泵站渣浆泵进口处通过电动闸阀控制，实现青山尾矿库和姑山充填自由切换。
生产过程中，由于切换频繁致使故障发生，严重制约着生产的连续运行。为降低生产故障对系统连续性的影响，对2009—2014 年的故障进行统计，结果见表2。经对日常故障进行归纳分析，造成系统故障的原因主要有铁质杂物、非铁质杂物、设备故障、输送管道故障、人为操作不当等。
由表2 可知，2009—2014 年，因尾矿输送系统故障造成系统停机年平均时长为125.8 h，严重影响生产的连续进行。
3.1 铁质杂物
因工艺及现场设备布置需要，选别系统大部分卫生冲洗水进入尾矿浓密机，其中不可避免地夹杂螺栓、螺帽等铁质检修垃圾。虽尾矿溜槽中设置隔渣筛，但因间隙较大，对此类物质隔除效果不明显，致使此类物质进入尾矿输送系统。因渣浆泵叶轮与内护板间隙较小，如铁质杂物进入渣浆泵叶轮内，极易造成渣浆泵被卡死，轻者引起设备跳停，重则引起传动电机烧毁。
3.2 非铁质杂物
为防止尾矿溜槽使用过程中磨损，溜槽内设置耐磨铸石板，其固定方式为水泥黏结+角铁固定。随着生产的使用，不可避免地发生铸石板脱落现象，如不能及时发现，其被尾矿矿浆冲刷进入浓密机内部，致使下料口被堵塞，造成浓密机因负荷过大而发生设备故障，影响正常使用。为解决此类故障，恢复正常生产，需排净浓密机内的积水进行处理，耗时20 h以上，费时费力。同时，其他诸如浓缩机中心套筒衬套、防护皮带等物品脱落也会引起此类事故。
3.3 设备故障
（1）浓密机故障。浓缩机液压提耙装置失效在突发情况下导致浓缩机压大井事故发生；
大块杂物进入浓缩机底部的下料口不易发现，诱发堵塞故障；
浓密机行走小车传动三角带或链条失效，检查更换不及时而发生故障；
浓密机行走小车辊轮外圆正常磨损使得其运行摩擦由滚动摩擦变为滑动摩擦，传动动力发生明显变化；
浓密机行走传动齿条松动发现不及时致使传动系统不稳定等。
（2）渣浆泵故障。渣浆泵的过流件非正常磨损；
填料密封非正常漏矿；
管道内物料通过率变化带来的非正常振动、日常维保引发的非正常振动及故障；
泵内进入杂物导致的泵“卡死”或导致电机过载跳停现象。
（3）输送管道故障。尾矿输送管道磨损泄漏；
管道法兰处密封垫片老化造成泄漏；
管道伸缩节接头处密封不严，致使泄漏。
（4）人员操作方面。尾矿输送沿途各岗位开停机信息沟通不畅，开停机时机不合理；
岗位操作人员经验不足，致使调整不规范。
4.1 利用磁性缓冲箱截留金属杂物
磁性缓冲箱是利用常规的缓冲箱结构，在其底部安装磁性块，利用缓冲箱内流速变化，通过铁质杂物重力作用和磁性缓冲箱内磁场作用力的双重作用，磁性截留管道中的铁质杂物。磁性缓冲箱（图1）采用厚度30 mm的耐磨钢板卷焊制成，接缝处打坡口15 mm×45°双边焊接成形，在缓冲箱体底部及筒体高度方向上沿圆周密摆放磁性块，为防止磁性快脱落，可采用圆钢或角钢固定焊接在筒体内。
现场应用发现，在浓缩机底部的渣浆泵进口安装试运行后，仍有少量垫片、螺母等杂物进入下道工序泵站中，随后在二级泵站进口安装磁性缓冲箱，停产检修时定期打开门盖清理即可，方便快捷。
4.2 浓缩机稳流筒焊接隔渣筛截留大宗杂物
在浓缩机稳流筒底部，利用原浓缩机混凝土立柱作为支撑点，采用钢构焊接成筛框结构，用以拦截铸石板、大块石头、砖头、皮带、破布等杂物。该装置安装后，只需在半年例行检查浓缩机时，将杂物清理干净即可，现场使用情况见图2。
4.3 设备保障
针对设备故障，本着“三分使用，七分保养”的原则，积极通过OPL、职工大课堂等形式开展职工技能培训，不断提升职工生产使用过程中的操、维、保知识，提高实践应用能力，逐步提升设备的保障能力。
4.4 管道维护
充分利用超声波测厚仪，结合日常检修资料，建立电子文档，且可随时利用手机查看，实时掌控管线状况。铸石内胆矿浆冲击磨损可采用德福康胶涂抹修复，法兰密封垫泄漏可采用混凝土浇筑法或更换为金属缠绕垫。对伸缩节实行编号管理，制定检查档案，定期检查，及时更换泄漏伸缩节。
4.5 人员操作
充分发挥现代网络便捷、快速、使用面广等特性，建立尾矿输送相关班组工作微信群，每2 h 上传岗位生产信息，实现生产信息共享，使岗位人员根据生产情况及其他各班组作业参数快速准确调整本岗位作业参数，达到精准调整，最优生产的目的。
通过以上措施，尾矿输送系统故障率大幅度下降，改造后2015—2021年故障统计见表3。
对比表2、表3 可知，改造后，尾矿输送系统故障年平均时长较改造前下降幅度明显，年平均故障时间由原来的125.8 h 减少至3.0 h，下降了97.6%，改造效果显著。
姑山矿业公司和睦山铁矿通过对尾矿输送系统进行优化改造，在一定程度上保证了尾矿输送过程中的系统稳定性，减少了因外界因素干扰对尾矿输送连续性的影响，大大降低了尾矿输送故障率，社会经济效益显著，具有一定的推广意义。同时，保障管道输送安全，为公司后续工艺改造、尾矿作业参数调整等，打下了坚实的基础。
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