獲各琦銅礦充填系統管路破磨事故防治措施

閆海鵬

(西部礦業股份有限公司錫鐵山分公司)

近幾年，隨著有色金屬市場轉好，獲各琦銅礦提高了產能，并進行了充填站擴能改造，獲各琦1#站充填流量由80 m3/h提高至100 m3/h，2#站充填流量由100 m3/h提高至120 m3/h，同時獲各琦銅礦開采深度隨之增加，充填倍線急劇減小。獲各琦銅礦充填管路多布置在大巷和回風巷中，充填管線長、倍線大且管路直角彎多，擴能后的充填流量超過管路承受限額，管路磨損嚴重，監護困難，由于流量過大，充填過程中頻繁發生爆管事故、流量不均衡導致的堵管事故，嚴重影響礦山正常生產，增加工人勞動強度。因此，獲各琦銅礦進行充填系統管路破磨事故防治措施研究，根據理論研究及現場充填實際，確定并優化出合理的充填流量范圍，使之匹配所充采場的充填倍線、充填管路的要求，從而降低管路事故，保障充填平穩運行。

1 充填概況

獲各琦銅礦充填系統由尾砂輸送系統、充填料制備站、井下充填料漿輸送系統、井下溢流水處理系統構成。礦山于地表3線附近工業場地建有2座充填料制備站。從地表施工鉆孔將充填料下放到充填采場，荒孔直徑為250 mm，內襯下料套管，直徑為114 mm。套管與鉆孔間用70%～75%高標號油井水泥，采用高壓固井技術注漿密封。充填料采用自然壓差管道自流輸送。井下充填管線敷設線路為充填料制備站下料口→充填鉆孔→充填聯絡平巷→中段巷道→充填井→充填采場[1]。井下充填系統見圖1。

圖1 井下充填系統示意

2 充填管路破磨影響因素及分析

2.1 充填管路破磨機制

為了了解獲各琦銅礦的充填管路破磨機制，設充填系統高差為h，管線水平長為L，漿體容重及其在管輸過程中的水力坡度分別為γm和i，則[2]

γmh>i(h+L) .

(1)

由式(1)可知獲各琦銅礦充填過程中管路事故發生的原因：

(1)充填倍線較小時，充填采場管道受壓過大，震動劇烈。水平管線較短，管道提供阻力有限，充填料漿到達采場時流速較快，對充填管道擾動較大，容易發生管道事故。且管內空氣柱對管壁造成沖撞，漿體與空氣交界面產生巨大沖擊，加速管道破壞，減少充填管使用壽命。

(2)充填倍線較大時，系統高差提供的靜壓頭逐漸減小，系統剩余壓頭較少，流量較均勻，管內流速減慢，造成充填管路內部壓力過大，導致爆管。

2.2 管路破磨影響因素

根據上述管路破磨的理論分析，結合現場實踐，發現充填倍線的大小是決定管路破磨的決定性因素，同時由于管線的服務年限、重要程度不同，主運輸管路與充填聯巷運輸管路的使用材質不同，也是導致發生破磨的原因。

2.2.1 倍線因素

實踐表明，對于自流充填,合理充填倍線為1.5～5比較理想，如表1所示，獲各琦銅礦井下充填采場遠離充填井所在位置，則倍線較大，充填采場距離充填井位置較小時，則倍線較小。在1 570 m分段以上距離充填井較遠的位置，充填倍線接近于5，且1 630 m中段較遠處充填倍線大于5，造成壓力損失大，導致漿體流動速度緩慢不暢，容易發生堵管。隨著獲各琦銅礦開采深度的增加，充填1 390 m中段以下工作面，充填倍線越來越小，充填最小倍線小于1.5，造成膏體料漿出口剩余壓力增大，管道震動劇烈甚至發生爆管，管理沖刷磨損十分嚴重，大大降低充填系統的使用壽命[3]。

2.2.2 充填管線長度

如表2充填管線長度所示，現有充填鉆孔條件下，若1#站充填管線充填1 450 m中段以下采場，管線距離將大于2 000 m；2#站由于充填鉆孔布置較為合適，充填管線長度較為適中，管路距離均不大于1 500 m，因此，使用1#站充填下部采場時，管路距離過長容易導致爆管事故，需要控制流量以防管線發生問題；2#站不存在管路距離過大的問題，可以適當放大流量。

表1 各中段充填倍線范圍

表2 充填管線長度 m

2.2.3 管線材質的影響

現場實踐發現，爆管及堵管事故主要發生于充填聯巷到采場之間的某段管路，由于專用充填管厚度較大、連接穩固，不容易發生爆管；充填白管為塑料材質，質輕，厚度小，性略脆，因此，發生爆裂及堵塞主要位于充填白管。充填過程中若連接白管距離較長，容易造成爆管。

2.2.4 充填流量的影響

充填流量是取決于充填倍線、管線長度、管線材質的綜合影響，通過充填流量標準計算及經驗可得合適的流量范圍。

3 管路事故防治措施

根據表1和表2可得，充填倍線大于4.5及充填倍線小于1.5的充填區域、充填管路大于1 500 m的充填區域、充填白管大于100 m的充填區域皆為管路事故隱患領域，容易發生較嚴重的管路事故，因此，在后續充填管路架設中，需要保證充填倍線在此區間內。由于現有管路倍線、管線材質基本已經確定，無法改變，因此，將從管線長度、充填流量2個方面進行防治。

3.1 充填管線優化

1#站充填深部時，充填管路長度基本上都大于1 500 m，2#站充填管線少于1 500 m。為防止充填管路大于1 500 m，在深部充填時，使用2#站進行充填，禁止1#站充填，從而減少管線長度，降低管線事故發生概率。

3.2 充填流量優化

充填擴能前1#站的充填流量范圍為80～90 m3/h，2#站流量范圍為95～105 m3/h。根據生產經驗，擴能前的流量范圍能很好地保證管路的穩定性，因此，此范圍為充填流量優化的最低保證流量[4]。

由上述分析可得，現有情況下，為避免發生事故，根據充填倍線、管線長度、管路材質，對充填流量控制如下：

(1)1#充填站充填1 630，1 570，1 520 m中段時，建議流量為90～100 m3/h；充填1 450，1 390，1 330 m 中段時，建議流量為80～90 m3/h。

(2)2#充填站充填1 570 m中段0～11線，1 520 m 中段0～11線，1 450 m中段0～10線，1 390 m中段-1～3線、7～11線，1 330 m中段(除-1～3線,7～11線)，建議流量為110～120 m3/h；2#站充填其他采場建議流量為95～105 m3/h。

(3)當某采場充填主管至充填天井處白管連接長度超過100 m時，建議使用原流量充填，不得加大流量。

4 應用效果

采用管路事故防治措施前，1#站的管路事故發生時間間隔為36.15d，堵管頻率為2.77%；2#站的管路事故發生時間間隔為27d，堵管頻率為3.70%；管路事故平均處理時間為12h。采用針對性的管路事故防治措施后，充填流量符合現場實際，管路運行平穩，相比優化前極少出現充填管路堵管或爆管的現象，降低了公司的勞動成本，減少了工人的勞動強度，為公司每年創效約200萬元。

5 結 語

獲各琦銅礦擴能改造增加了充填管路事故的發生概率。通過分析獲各琦銅礦充填系統充填倍線、管線長度、管路材質、充填流量影響因素，并進行針對性優化，制定管路事故防治措施，得出在充填接續平穩及緊張時充填流量的控制范圍，有效減少了充填管路事故的發生，保障了生產的正常運行，并為同類型礦山的充填流量優化提供了借鑒。