近年来，焦家分矿充填站一直延用老式造浆喷嘴，老式造浆喷嘴为膨胀胶管包裹式，工作原理大致为：开启造浆调节阀，水流由下向上流动，到达喷嘴出水口处，对包裹在造浆喷嘴外部的膨胀胶管产生正向压力，管体长度缩短，直径变大呈膨胀状态，水流顺利排出，完成造浆过程。工作结束后，胶管恢复原状，紧贴喷嘴外壁，阻止砂仓内尾砂回流。
实际生产过程中，由于长期受1MPA以上高压水的急速冲击，胶管很容易破损或达到膨胀极限而失去弹性，使得管体不再紧贴喷嘴甚至脱落，造成尾砂回流，堵塞喷嘴和环形管使其失效。且造浆过程水压较低，水流较小，尾砂易板结。致使造浆不均匀，下砂流速飘忽不定，极易堵塞管路，影响了充填质量。同时由于频繁的进仓维修耽误了充填进度，且大大增加了生产费用和作业人员的劳动强度。
以上难题已经成为制约生产的瓶颈，为了克服现有造浆喷嘴存在的易损失效、工作水压低等弊端，分矿工程技术人员经过不懈努力和数次尝试，终于研制出了一种经济高效型的金属矿山新型造浆喷嘴，该喷嘴不仅改变了造浆方式，也保证了工作水压满足造浆要求，大幅度提高了造浆的成功率和效率。
二、成果内容
1、工作原理
新型造浆喷嘴外部从下向上分别为φ40*80mm空心铁管、φ80*60mm铁管和φ40*80mm喷头，通过2个120*40*10mm法兰盘、2个φ85mm胶垫、4个14*110mm螺栓和4个φ14mm螺帽连接，共同构成外部主体。中部φ80*60mm铁管与2个法兰盘之间添加胶垫，通过螺栓连接。底部空心铁管与下端法兰盘垂直焊接，顶部喷头与上端法兰盘呈70°焊接。
内部结构为一根14*80mm螺栓，穿进φ45mm胶板，与螺栓头紧贴固定。由于胶板比下部铁管粗，无工作任务时恰好下落盖住φ40mm铁管上部。下端焊接拉环，便于取出更换。
底部φ40mm空心铁管作为基座，起连接环形管的作用。安装时，φ40mm铁管底口与砂仓内环形管紧密焊接，且可以在焊接前调整上部区域的喷头方向来达到全方位多角度造浆的目的。注意要仔细检查环形管及喷嘴内有无掉落焊渣，防止堵塞高压水造成造浆失败。
中部φ80mm铁管为内部推拉装置的活动区域，是整个喷嘴的核心构造，带胶板的螺栓在此区域内往复运动，执行开关水的动作。
顶部φ40mm喷头为出水区域，且与中部φ80mm铁管上方的120*40*10mm法兰盘呈70°夹角。在喷头上方打1个φ10mm的出水口，在喷头侧面均匀地打4个φ8mm的出水口，开启高压水后，水流连续均匀地从喷头喷出，进行造浆任务。
（工作原理图见图一）
2、主要构成系统
参照下方图二，φ80*60mm铁管（2）与120*40*10mm法兰盘（4）之间添加φ85mm胶垫（7），增加结构的严密性和稳定性。通过14*110mm螺栓（5）和φ14mm螺帽（6）进行连接，形成中部造浆核心区域。底部φ40*80mm空心铁管（1）与下方120*40*10mm法兰盘（4）垂直焊接。顶部φ40*80mm喷头（3）与上方120*40*10mm法兰盘（4）呈70°夹角焊接，共同构成新型造浆喷嘴外部结构。
内部放置一根穿过φ45mm胶板（9）的14*80mm螺栓（8），且14*80mm螺栓（8）底部焊接拉环（10），便于受损或到达使用年限时取出更换。非工作状态时φ45mm胶板（9）盖住φ85mm胶垫（7）。顶部φ40*80mm喷头（3）侧面钻凿4个φ8mm出水孔（11），上方钻凿1个φ10mm出水孔（12），方便高压水喷出。
造浆工作开始时，开启供水阀门，高压水从φ40*80mm空心铁管（1）下方焊接的环形管中流入，对14*80mm螺栓（8）和φ45mm胶板（9）产生正向压力，推动二者向上运动。高压水经过φ80*60mm铁管（2）和φ40*80mm喷头（3）后，均匀连续地从φ8mm出水孔（11）和φ10mm出水孔（12）中喷射出，与砂仓中的静态尾砂进行混合，使其产生流动性，便于尾砂的下放及在管道中的不间断流动。
造浆工作结束后，关闭供水阀门，14*80mm螺栓（8）和φ45mm胶板（9）由于自身重力下落，恢复到初始位置，盖住底部φ40*80mm空心铁管（1），成功阻止砂仓中的尾砂回流堵塞环形管。
三、“新型造浆喷嘴”特点
（1）造浆质量得以保障，工作效率提高。新型造浆喷嘴从根本上改变了造浆模式，由之前的外部胶管包裹喷嘴改造为内部推拉模式，杜绝了因为胶管脱落或损坏造成的造浆失败现象。工作水压得以保障，造浆过程平稳高效进行，成功率和稳定性大大提高，造浆浓度得以提升。因而保证了井下充填质量，确保作业人员的安全，减少贫化率。同时节省了时间，提高了工作效率。
（2）质量过硬，使用寿命长。新型造浆喷嘴内部结构稳定，尺寸精度高，重复性好，承压能力大。经现场多次试验检验，可耐高压冲击和挤压，抗压强度可达2MPA。且抗老化，无渗漏，抗应力开裂性能较好，完全能够适应砂仓内部特殊的工作环境，使用寿命达到1年以上。
（3）综合造价低，降本效果明显。新型造浆喷嘴由身边闲置材料组合完成，单个成本由150元降至100元，成本低廉，且较好的质量也减少了喷嘴的使用数量。从材料消耗的角度上讲，大大降低了生产成本和维护费用，提高了经济效益。
（4）劳动强度大大降低。改造前，由于作业人员频繁地进仓冲洗沉砂以及维修更换，因此工作任务繁重，劳动强度较大。新型造浆喷嘴的应用极大地减少了人员进仓维修情况，在很大程度上减轻了作业人员的劳动强度。
（5）安全可靠，卫生性好。新型造浆喷嘴不含添加剂,无毒无害，不宜结渣，安全环保，适应现在绿色矿山的需求。
（6）内表光洁，造浆水流动性能好。在内在性能上，由于新型造浆喷嘴内壁更加光滑流畅，粗糙系数低，因此造浆水流动性更好，可满足高效造浆的需要。
四、效益分析
从造浆现场图可以看出造浆效果非常好，减少尾砂回流堵塞环形管情况的发生次数，保证了造浆过程的流畅性，大大提高了放砂成功率，减少了下砂不顺畅造成的工作延误，进而提高了工作效率。高压水连续造浆，提高了造浆浓度，下砂浓度的闭环控制系统也更加顺畅，进而提高了整体焦家矿区井下充填质量，对生产和安全都是一利好消息。另外砂面均匀下降，砂仓内部均是饱和流动尾砂，减少了砂仓底部的尾砂堆积，减少了劳动人员的劳动强度以及电耗等能源消耗，节约成本。
减少堵管以及清理砂仓时的能源消耗，如泵体电能消耗减少，排水费用减少，约降低费用20万元/年。
减少劳动人员的工作强度和频率，减少维修材料消耗，约降低费用20万元/年。
同时提高了下砂浓度，提高了整体井下充填质量，减少尾砂贫化，提高了出矿质量。从此方面看，创造经济效益约为50万元/年。
老式造浆喷嘴成本约为150元/个×60个×12批次=10.8万元/年。
新型造浆喷嘴成本约为100元/个×60个×2批次=1.2万元/年。
合计经济效益约为20+20+50+10.8-1.2=99.6万元/年。
论文作者:张旭飞
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第15期
论文发表时间:2019/12/12
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