水枪冲采砂矿，并用加压运输或自流运输的开采方法

简介

正文

采矿方法

水力运输

沟管线路选择

供水

类型

结构

应用

简介

英文：Sand Pump or Gravel Pump

是离心式泥浆泵的一种，用于输送含有砂粒、矿渣等的悬浮液。叶轮多为开式。泵的内衬一般分为两种，耐磨金属盒耐磨橡胶。另外，将高压水注入泵轴的滑动部位，以防泥砂进入滑动部位。这种泵可用于含粒度在48网目以上的粗粒固体物液体的输送。

正文

水枪冲采砂矿，并用加压运输或自流运输的开采方法。中国很久前即开始人工淘采砂矿，1673年曾用附近高山天然水源，开凿明沟，引水冲淘砂矿。1929年在广西水岩坝砂锡矿用水枪砂泵开采，在望高砂锡矿用自然水压,装备水力提升器开采,节省了电源,经济效果良好。1949年后，砂矿露天水力开采由开采砂锡、砂金发展到开采钨钛锰矿、铌钽铁矿、锆英石、金刚石等，甚至用水力开采粘土。使用水力开采的矿山、基建时间短、投资少、设备简单、生产率高、成本低、投资见效快、技术经济效果良好。

砂泵床开拓 基坑开拓法 采场内开掘长约40～50m、宽10m的基坑，坑内布置砂泵扬送。视矿体厚薄,基坑可一次或分段掘到矿床底板，坑内矿浆池深度一般为1.5m左右。

堑沟开拓法 开掘堑沟，在沟内设输矿沟道，自流运输砂矿。如越过凹地，可与自流倒虹管配合，不用动力，经济可靠。

平硐溜井开拓法 开掘平硐和溜井通向矿体。在溜井中安设溜浆管，平硐底板镶砌冲矿沟。本法适用于喀斯特山坡地区的低凹分散矿块，为节约动力，应尽量采用自流运输，避免砂泵扬送。目前使用的平硐长度已达2.6Km。溜井分垂直和倾斜两种,前者应用较多。溜井用密集支柱支护。溜浆管的管径通常为350mm,矿浆通过该管送入平硐中的冲矿沟。冲矿沟布置方式有两种：①砌筑于平硐底板上，适用于服务年限短的矿山；②在平硐底板下面开掘。管道与冲矿沟的连结处设有缓冲池，以减少冲击力，防止矿浆从管内流出时飞溅。管道上部入口处应设格筛，以防大块和泥团阻塞管道。

采矿方法

主要是冲采,有时要进行残矿回收,在有些砂土中需预先松动和清理废石。冲采水枪的进水管直径为150～200mm，喷嘴直径常用38～65mm，压头为50～150m;耗水量为采砂量的1.7～14倍,在高山缺水地区,控制在3倍以下。水枪距工作面的最小距离,通常与阶段高度值相近。水枪移动步距为4～6m,砂泵移动步距为50～200m；或先将矿浆池前移,当砂泵吸入管加长至50～90m后，再移动砂泵。

水力开采一般不适用于严寒地区。在气温低于 5℃的地区，应有防寒措施，如对水泵、砂泵和水管等进行防冻；在水管较低点设放水闸门，工作停止时注意放水；设置备用水管；采用高阶段时,采取减少水量的措施,将水压提高50～60%；采场底板坡度比夏季加大25～30%等。

冲采法 有逆向、侧向、顺向及联合冲采法，以逆向冲采法应用较多（图2）。该法系将水枪对准工作面,用射流在台阶底部掏槽，使砂土坍陷,与水混合成矿浆，逆向流往矿浆池和冲矿沟，可充分利用射流冲击力，减少耗水量。由于部分残矿不能回收，采场底板有裂隙或溶洞时，又有部分矿石沉积，矿石损失率一般为5～10%。冲采时表土和夹层混入,使出矿品位降低；但同时有部分废石被筛出，又可使出矿品位相对提高，一般实际贫化率为5～10%。

砂矿的预松动 可提高水枪效率，降低水电消耗和采矿成本。松动方法有爆破法和水压法。前者使用较多，经济效果良好，在高山缺水地区更为显著，每吨砂矿的耗水量可降至1.7t。后者适用于具有渗透性的砂矿，在距阶段坡顶线2～3m处插入一排钢管，插深约2m,管距约3m，压入高压水。经数小时可使土岩塌落，采一吨砂矿耗水0.5～0.7t。此法与底部掏槽相结合,效果良好。

残矿回收 有的残矿是由于工作面底板坡度而形成，有的则为残留于喀斯特溶洞中的砂矿。前者一般先用爆破法松动残矿，然后用水枪逆向冲采，再调整喷嘴直径，用顺向冲采法清扫底板残矿，并用小型移动砂泵扬送矿浆至主砂泵的矿浆池内或冲矿沟中;不能冲走的废石,可用人工或机械清理。后者可用胶管小水枪冲采，配合小型移动砂泵；如溶洞狭小，可用水力射流提升器回收。

水力运输

分自流和加压两类,前者不耗费电力,生产成本低，又分沟道运输和管道运输两种方式。沟道运输可就地取材，基建投资少，中国广泛采用。在地形条件限制时，往往辅以自流管和倒虹管。

沟管线路选择

应满足：①基建工程量小，架空部分少，施工方便，利于维修；②线路尽可能取直，线路转角不小于120°；③使大部分砂矿或剥离物能自流运输，少用辅助砂泵；④自流运输的沟道坡度大于砂矿流动的临界水力坡度,线路转角处最好有100mm的落差；⑤沟道坡度过大时，用跌水落差调整，以减少磨损；⑥在地形有起伏时，可用自流管和倒虹管，在最低处设排矿阀。

自流运输

①沟道断面 有半圆形、矩形和梯形。后两种在生产中广泛被采用。矩形断面的开挖工程量小，流深较大，砌筑方便,但更换沟底衬板不方便,大泥团较多时易阻塞沟道，水力半径小。梯形断面与之相反。取二者之长，可以上半部为矩形，下半部为梯形。冲矿沟的深度应为矿浆流深的2倍以上。

② 沟道坡度 矿浆自流沟道的最小坡度，与浆中的土岩粒度、矿浆浓度和衬砌材料有关，平均粒径愈大，要求的坡度也愈大。一般应比临界坡度大10%以上。当矿浆浓度为20～30%时，冲矿沟最小坡度约4～6%。

③ 衬砌材料 常用的有石灰岩、大理岩、花岗岩、耐磨铸铁和辉绿岩制品等。各种主要衬砌材料的优缺点和通过万吨矿石的实际材料磨损率见表。

沟帮和沟底的磨损比约为1:3；距沟底5cm以上的部位磨损很少。

④ 泥团处理 冲矿沟内矿浆流动时，常有泥块粘裹石块而成的大量泥团,阻塞冲矿沟,造成事故；含泥率高的矿区尤甚。泥团呈球状，较坚韧,必须冲压打击,才能破碎。处理泥团的主要设施有六面条筛和电动圆筒筛。

⑤ 倒虹管运输 通过宽阔较深的洼地，可用倒虹管自流输送砂矿。倒虹管由钢管与铸铁管组成；用辉绿岩铸石衬里的倒虹管，使用效果更好。用倒虹管时流量愈大,矿浆浓度愈大,所需的静压头就越高。为减少水力坡度，降低静力压头，必须合理选择管径。管径必须由大到小，逐渐减小，并用渐缩管相互连接。入口段矿浆的流速须大于1.4m/s，扬送段流速不低于3m/s，矿浆在管道中流速为临界流速的 1.1倍。矿浆入口处设置间距25mm的条筛，在谷底平缓段安装球形阀，以清洗和排放阻塞管道的干结矿石；矿浆入口处还应设清水池，以调节矿浆浓度和流量，并在突然停电时用来冲尽管内矿砂。条筛前的矿浆沟应安设闸门和储矿池，以便控制和调节砂矿量。平缓段的弯管角度应大于120°～160°，以避免转弯处所形成的涡流区。

加压运输 地形条件不允许自流运输时，用砂泵加压水力运输。砂泵一般均采用吸入式。如果需要串联作业时，中间升压泵可采用注入式。但一般不采用并联作业。矿浆在管道内呈紊流状态。固体颗粒在矿浆中的运动状态相当复杂，有高流速状态、临界流速状态和低流速状态。矿浆在管道内流速与矿浆浓度、管径、矿石粒度和管道阻力系数有关。临界流速状态最经济。正确选定流速数值，可降低电耗和生产成本，减小压头损失和管道磨损。为防止管道阻塞，最小流速应为最大粒径砾石自由沉降速度的1.5～2倍。

矿浆在管道内运动的压头损失，在清水运动压头损失的基础上，考虑到矿浆比重和附加能量的影响来确定。压头损失与流速关系极大：流速低于临界流速时，将有固体颗粒沉降于管道底部而增大阻力；流速过大时，由于管道内的摩擦，消耗能量，也增大压头损失。正确选择临界流速，才能保证压头损失最小。选择最有利的矿水比（单位时间内运出的干矿重量与耗水量之比），可降低水、电消耗和生产成本，提高砂泵与管道的运输能力。

砂浆管道磨损很大,选用管道要注意管壁的厚度,尤其要选择适宜于临界流速的管径以减小磨损。使用的钢管每季应翻转一次，每次转60°～120°,以延长使用年限。如使用200mm的无缝钢管，管壁厚8mm时，通过35～40万米3的砂矿后即完全磨坏，不能再用。

供水

水力开采需大量用水，供水方法有自流、机械加压和联合法。为节约用水，采场用水主要取自选厂尾矿池（或水力排土场）。将用过的水澄清回收，循环使用，水源来水作为生产过程耗损水量的补充，仅占总用水量15%左右。旱季耗损多，占20～25%，雨季只占5～10%。加压泵站的位置定在矿区中央的高地为宜,以便充分利用静水压头和缩短管道长度，减少压头损失。泵站贮水池的容积，应能贮备4～5小时的用水量。

类型

砂泵只不过是离心泵的一种具体应用的泵而命名。实质上砂泵只是一个笼统的叫法。一般主要用在矿业，煤炭，冶金，化工，环保等行业。一般意义的砂泵更多是指用在环保，挖沙，河道清淤等行业较多。这个系列砂泵主要以ES或者G系列的较多。除此之外，叫做砂泵的类型还有很多，石油领域的SB砂泵，矿业上的PS砂泵系列等等。本文介绍的砂泵主要以通常意义上的ES或G系列的挖沙，环保行业的用的砂泵。

结构

ES系列砂泵均为卧式、单泵壳结构的离心泵。采用特殊的卡箍夹紧泵体与泵盖，泵的吐出口方向可在360度的任何一个位置，安装使用方便。 砂泵的轴承组件采用圆筒式结构，便于调整叶轮与泵体之间的间隙，维修时可整体拆除。轴承采用油脂润滑。砂泵的轴封形式有填料密封、付叶轮密封、机械密封。砂泵流道宽畅，汽蚀性能好，效率高，耐磨蚀。 传动方式主要有V型三角带传动、弹性联轴器传动、齿轮减速箱传动、液力偶合器传动、变频驱动装置，可控硅调速等。 过流部件材质采用高硬度的耐磨合金铸铁。

采用多种速度和多种变型方式，使得泵在最佳工况下运行。使用寿命长，运行效益高，能满足多类恶劣的输送条件。

应用

该型砂泵主要用于由于颗粒太大以至于一般渣浆泵不能输送的强磨蚀性物料的连续输送。适用于挖泥、吸砂砾、疏浚河道、采矿及金属冶炼爆渣输送等。