陈于海 胡 城 杨 俊

(马钢南山矿业公司)

空气炮在和尚桥选矿厂中的应用

陈于海 胡 城 杨 俊

(马钢南山矿业公司)

分析了矿仓堵塞的原因及空气炮的工作原理，介绍了空气炮在和尚桥选厂合格仓和粉矿仓防堵中的应用。应用结果表明：空气炮解决了矿仓堵塞的问题，保证了矿山的正常生产，经济效益显著，为其他矿山处理类似问题提供了参考依据。

铁矿 料仓堵塞 空气炮

南山矿和尚桥选厂设计产能500万t/a，于2013年7月投入试生产。因原矿中泥土、高黏土含量大，导致高压辊磨缓冲仓(1个)、合格矿圆筒仓(4个)、主厂房球磨机粉矿仓(12个)堵塞严重，生产流水线不畅通。球磨机因待矿经常限产和停产，选厂设备作业率和产能受到限制。为此，针对上述问题，中钢集团马鞍山矿山研究院联合南山矿和尚桥选厂进行了技术攻关，采用空气炮解决了矿仓堵塞问题，和尚桥选厂球磨台时能力和球磨作业率大大提高，产能得到了释放，经济效益显著。

1 矿仓堵塞原因分析

矿石在矿仓的堵塞原因，与矿石在矿仓中的流动状态有关。对国内大多数矿山来说，矿石在矿仓内的流动是由矿石自身的重力导致的，其运动方式主要有整体流和管状流2种状态[1]。

1.1 整体流

整个矿仓内的矿石同时从各自的位置流动至排矿端，称为整体流(见图1)，实际生产中很难达到这种理想状态。

图1 矿石运动整体流

1.2 管状流

在矿仓中心部位有大约等于排矿口宽度的物料呈柱状向排矿端运动，其他区域基本处于停滞状态，称为管状流(见图2)，也是生产中比较常见的状态。而这种状态使矿仓的有效容积相对减少，矿石在矿仓中流动速度减小，容易导致矿石的黏结、起拱，从而堵塞矿仓。

图2 矿石运动管状流

在矿石下降流动过程中，每下降一个微小的高度，矿石颗粒就需要重新排列，矿石颗粒的原有层面下降速度不一致，以适应截面收缩的变化。由于截面收缩率的增大，矿石愈接近出料口，矿石之间的挤压力越大，特别在矿石含水、含泥较多时，矿石颗粒的内外摩擦力也急剧增大，原有层面受到外界所有阻力影响较大时，产生管状流；当仓内各种阻力增大，大于矿石颗粒自重作用的垂直净压力时，矿石流中断，形成拱形堵塞，流动完全停滞。结拱的位置一般在矿仓下口上方1.5～2.0 m的地方。

2 空气炮的工作原理及特点

空气炮是以突然喷出的压缩气体的强烈气流，以超过340 m/s的速度直接冲入贮存散体物料的闭塞故障区，这种突然释放的膨胀冲击波，克服了物料静摩擦，使容器内的物料又一次恢复流动。它是利用空气动力原理，工作介质为空气，由一差压装置和可实现自动控制的快速排气阀瞬间将空气压力能转变成空气射流动力能，可产生强大的冲击力，是一种清洁、无污染、低耗能的理想清堵吹灰设备。

在金属选矿厂矿仓发生结拱堵塞的现象很常见，结合选厂生产实践表明，空气炮具有以下特点[2-3]：

(1)安全。空气炮清仓系统是按照国家规定的压力容器规范进行设计制造的，使用过程中不会对矿仓和管道等设备产生很大的冲击。

(2)高效。针对和尚桥选厂的矿仓堵塞严重情况，采用空气炮清仓系统，效果明显。

(3)能耗低。由于空气炮清仓系统是间歇性工作，冲气时间短，装置简单，单位时间消耗电量少。

3 空气炮在合格仓、粉矿仓的应用

3.1 合格仓清仓助流系统

合格仓的结构为圆形混凝土结构且底部为平底，在矿仓设计时底部的平底会因矿石堆积成自然锥，但因于矿石本身的含水率、块度、表面性状等物理因素而造成堆积的自然堆会经常变化，因为针对矿仓清阻设计时需将矿仓的底部用钢板或者混凝土改造成圆锥底，然后再进行清阻管路的布置。针对改造过的合格仓清仓系统将铺设五层助流管路，助流管路沿改造的锥面进行布置。采用高压气流朝上，解决平底仓不出料问题。下料斗为圆锥形钢结构。根据下料斗的堵塞不只是下料斗本身的堵塞，还因下料斗上部的合格仓底部圆口的堵塞，针对这2种堵塞情况，将在此矿仓上铺设不同的布置方式，采用高压气流贴下矿斗仓壁朝下，解决下矿斗四壁黏矿堵塞问题，以达到最佳的效果。合格仓清仓助流系统见图3。

图3 合格仓清仓助流系统

原矿仓清仓助流系统设计主要有以下特点：①瞄准堵塞点；②高压气流朝上，解决平底仓不出料问题；③高压气流贴下矿斗仓壁朝下，解决下矿斗四壁黏矿堵塞问题。

3.2 粉矿仓清仓助流系统

主厂房粉矿仓的结构为四棱锥结构，由于矿石的含水率、块度、表面性状等物理因素而造成的矿仓堵塞是其主要原因，针对这一现状，用能量法类比布置助流管路，助流管路沿粉矿仓的四个面布置。粉矿仓清仓助流系统见图4。

粉矿仓清仓助流系统主要有以下特点：①建2套供气系统确保充足的高压气源；②高压气流紧贴仓壁朝下，加大堵塞点(底部两层)的喷气密度；③2套气源各管1片，可独立工作也可共享1套气源。

图4 粉矿仓清仓助流系统

4 经济效益分析

2013年9月开始改造后试验，至2014年6月结束。和尚桥选厂原矿处理量从平均每月21.66万t提高到38.48万t，产能大大提高，同时磨机的台时能力和作业率也有大幅度提升(见表1)，年创经济效益1 444.57万元。

表1 和尚桥选厂球磨台时能力与作业率

由表1可知，和尚桥选厂自2013年9月开始试验空气炮以来，球磨台时能力和球磨作业率明显提高，原矿处理能力达480万t/a水平；同时彻底扭转了人工撬仓造成厂区污泥四溢的脏乱差局面，生产现场井然有序、干净整洁，消除了诸多不安全隐患，大幅度提高了企业劳动生产率。

5 结 语

南山矿和尚桥选厂针对矿仓经常堵塞影响正常生产的情况，采用空气炮解决了矿仓堵塞问题，空气炮经过1 a多在和尚桥选厂的生产实践，取得了明显的经济效益，确保了选厂生产经营活动的正常运行，总体性能处于矿业领先水平，为其他矿山及行业处理类似问题提供了成功经验。

[1] 孟海霞.空气炮在煤仓清堵中的应用研究[J].内蒙古科技与经济，2009，3(2):211-212.

[2] 张学仁.破拱空气炮及其在金属选矿厂中的应用[J].黄金科学技术，2005，3(5):36-38.

[3] 韩仲琦，周根生.空气炮清堵器的技术进步[J].应用研究，2013(5):51-54.

2015-07-15)

陈于海(1969—)，男，高级工程师，243033 安徽省马鞍山市雨山区向山镇。