基本介紹
- 中文名：砂泵
- 外文名：Sand Pump or Gravel Pump
- 性質：離心式泥漿泵的一種
- 用途：輸送含有砂粒、礦渣等的懸浮液
- 領域：能源
- 學科：礦業
介紹,砂泵床開拓,採礦方法,水力運輸,溝管線路選擇,供水,類型,結構,普通型砂泵,立式砂泵,套用,國產十大品牌,
介紹
水槍沖采砂礦，並用加壓運輸或自流運輸的開採方法。中國很久前即開始人工淘采砂礦，1673年曾用附近高山天然水源，開鑿明溝，引水沖淘砂礦。1929年在廣西水岩壩砂錫礦用水槍砂泵開採，在望高砂錫礦用自然水壓,裝備水力提升器開採,節省了電源,經濟效果良好。1949年後，砂礦露天水力開採由開採砂錫、砂金髮展到開採鎢鈦錳礦、鈮鉭鐵礦、鋯英石、金剛石等，甚至用水力開採粘土。使用水力開採的礦山、基建時間短、投資少、設備簡單、生產率高、成本低、投資見效快、技術經濟效果良好。
砂泵床開拓
基坑開拓法 采場內開掘長約40～50m、寬10m的基坑，坑內布置砂泵揚送。視礦體厚薄,基坑可一次或分段掘到礦床底板，坑內礦漿池深度一般為1.5m左右。
塹溝開拓法 開掘塹溝，在溝內設輸礦溝道，自流運輸砂礦。如越過凹地，可與自流倒虹管配合，不用動力，經濟可靠。
砂礦露天水力開採
砂礦露天水力開採平硐溜井開拓法 開掘平硐和溜井通向礦體。在溜井中安設溜漿管，平硐底板鑲砌沖礦溝。本法適用於喀斯特山坡地區的低凹分散礦塊，為節約動力，應儘量採用自流運輸，避免砂泵揚送。目前使用的平硐長度已達2.6Km。溜井分垂直和傾斜兩種,前者套用較多。溜井用密集支柱支護。溜漿管的管徑通常為350mm,礦漿通過該管送入平硐中的沖礦溝。沖礦溝布置方式有兩種：①砌築於平硐底板上，適用於服務年限短的礦山；②在平硐底板下面開掘。管道與沖礦溝的連結處設有緩衝池，以減少衝擊力，防止礦漿從管內流出時飛濺。管道上部入口處應設格篩，以防大塊和泥團阻塞管道。
採礦方法
主要是沖采,有時要進行殘礦回收,在有些砂土中需預先鬆動和清理廢石。沖采水槍的進水管直徑為150～200mm，噴嘴直徑常用38～65mm，壓頭為50～150m;耗水量為采砂量的1.7～14倍,在高山缺水地區,控制在3倍以下。水槍距工作面的最小距離,通常與階段高度值相近。水槍移動步距為4～6m,砂泵移動步距為50～200m；或先將礦漿池前移,當砂泵吸入管加長至50～90m後，再移動砂泵。
水力開採一般不適用於嚴寒地區。在氣溫低於 5℃的地區，應有防寒措施，如對水泵、砂泵和水管等進行防凍；在水管較低點設放水閘門，工作停止時注意放水；設定備用水管；採用高階段時,採取減少水量的措施,將水壓提高50～60%；采場底板坡度比夏季加大25～30%等。
沖采法 有逆向、側向、順向及聯合沖采法，以逆向沖采法套用較多（圖2）。該法系將水槍對準工作面,用射流在台階底部掏槽，使砂土坍陷,與水混合成礦漿，逆向流往礦漿池和沖礦溝，可充分利用射流衝擊力，減少耗水量。由於部分殘礦不能回收，采場底板有裂隙或溶洞時，又有部分礦石沉積，礦石損失率一般為5～10%。沖采時表土和夾層混入,使出礦品位降低；但同時有部分廢石被篩出，又可使出礦品位相對提高，一般實際貧化率為5～10%。
砂礦露天水力開採砂礦的預鬆動 可提高水槍效率，降低水電消耗和採礦成本。鬆動方法有爆破法和水壓法。前者使用較多，經濟效果良好，在高山缺水地區更為顯著，每噸砂礦的耗水量可降至1.7t。後者適用於具有滲透性的砂礦，在距階段坡頂線2～3m處插入一排鋼管，插深約2m,管距約3m，壓入高壓水。經數小時可使土岩塌落，采一噸砂礦耗水0.5～0.7t。此法與底部掏槽相結合,效果良好。
殘礦回收 有的殘礦是由於工作面底板坡度而形成，有的則為殘留於喀斯特溶洞中的砂礦。前者一般先用爆破法鬆動殘礦，然後用水槍逆向沖采，再調整噴嘴直徑，用順向沖采法清掃底板殘礦，並用小型移動砂泵揚送礦漿至主砂泵的礦漿池內或沖礦溝中;不能沖走的廢石,可用人工或機械清理。後者可用膠管小水槍沖采，配合小型移動砂泵；如溶洞狹小，可用水力射流提升器回收。
水力運輸
分自流和加壓兩類,前者不耗費電力,生產成本低，又分溝道運輸和管道運輸兩種方式。溝道運輸可就地取材，基建投資少，中國廣泛採用。在地形條件限制時，往往輔以自流管和倒虹管。
溝管線路選擇
應滿足：①基建工程量小，架空部分少，施工方便，利於維修；②線路儘可能取直，線路轉角不小於120°；③使大部分砂礦或剝離物能自流運輸，少用輔助砂泵；④自流運輸的溝道坡度大於砂礦流動的臨界水力坡度,線路轉角處最好有100mm的落差；⑤溝道坡度過大時，用跌水落差調整，以減少磨損；⑥在地形有起伏時，可用自流管和倒虹管，在最低處設排礦閥。
自流運輸
①溝道斷面 有半圓形、矩形和梯形。後兩種在生產中廣泛被採用。矩形斷面的開挖工程量小，流深較大，砌築方便,但更換溝底襯板不方便,大泥團較多時易阻塞溝道，水力半徑小。梯形斷面與之相反。取二者之長，可以上半部為矩形，下半部為梯形。沖礦溝的深度應為礦漿流深的2倍以上。
② 溝道坡度 礦漿自流溝道的最小坡度，與漿中的土岩粒度、礦漿濃度和襯砌材料有關，平均粒徑愈大，要求的坡度也愈大。一般應比臨界坡度大10%以上。當礦漿濃度為20～30%時，沖礦溝最小坡度約4～6%。 
砂礦露天水力開採
砂礦露天水力開採③ 襯砌材料 常用的有石灰岩、大理岩、花崗岩、耐磨鑄鐵和輝綠岩製品等。各種主要襯砌材料的優缺點和通過萬噸礦石的實際材料磨損率見表。
溝幫和溝底的磨損比約為1:3；距溝底5cm以上的部位磨損很少。
④ 泥團處理 沖礦溝內礦漿流動時，常有泥塊粘裹石塊而成的大量泥團,阻塞沖礦溝,造成事故；含泥率高的礦區尤甚。泥團呈球狀，較堅韌,必須衝壓打擊,才能破碎。處理泥團的主要設施有六麵條篩和電動圓筒篩。
⑤ 倒虹管運輸 通過寬闊較深的窪地，可用倒虹管自流輸送砂礦。倒虹管由鋼管與鑄鐵管組成；用輝綠岩鑄石襯裡的倒虹管，使用效果更好。用倒虹管時流量愈大,礦漿濃度愈大,所需的靜壓頭就越高。為減少水力坡度，降低靜力壓頭，必須合理選擇管徑。管徑必須由大到小，逐漸減小，並用漸縮管相互連線。入口段礦漿的流速須大於1.4m/s，揚送段流速不低於3m/s，礦漿在管道中流速為臨界流速的 1.1倍。礦漿入口處設定間距25mm的條篩，在谷底平緩段安裝球形閥，以清洗和排放阻塞管道的乾結礦石；礦漿入口處還應設清水池，以調節礦漿濃度和流量，並在突然停電時用來沖儘管內礦砂。條篩前的礦漿溝應安設閘門和儲礦池，以便控制和調節砂礦量。平緩段的彎管角度應大於120°～160°，以避免轉彎處所形成的渦流區。
加壓運輸 地形條件不允許自流運輸時，用砂泵加壓水力運輸。砂泵一般均採用吸入式。如果需要串聯作業時，中間升壓泵可採用注入式。但一般不採用並聯作業。礦漿在管道內呈紊流狀態。固體顆粒在礦漿中的運動狀態相當複雜，有高流速狀態、臨界流速狀態和低流速狀態。礦漿在管道內流速與礦漿濃度、管徑、礦石粒度和管道阻力係數有關。臨界流速狀態最經濟。正確選定流速數值，可降低電耗和生產成本，減小壓頭損失和管道磨損。為防止管道阻塞，最小流速應為最大粒徑礫石自由沉降速度的1.5～2倍。
礦漿在管道內運動的壓頭損失，在清水運動壓頭損失的基礎上，考慮到礦漿比重和附加能量的影響來確定。壓頭損失與流速關係極大：流速低於臨界流速時，將有固體顆粒沉降於管道底部而增大阻力；流速過大時，由於管道內的摩擦，消耗能量，也增大壓頭損失。正確選擇臨界流速，才能保證壓頭損失最小。選擇最有利的礦水比（單位時間內運出的乾礦重量與耗水量之比），可降低水、電消耗和生產成本，提高砂泵與管道的運輸能力。
砂漿管道磨損很大,選用管道要注意管壁的厚度,尤其要選擇適宜於臨界流速的管徑以減小磨損。使用的鋼管每季應翻轉一次，每次轉60°～120°,以延長使用年限。如使用200mm的無縫鋼管，管壁厚8mm時，通過35～40萬米3的砂礦後即完全磨壞，不能再用。
供水
水力開採需大量用水，供水方法有自流、機械加壓和聯合法。為節約用水，采場用水主要取自選廠尾礦池（或水力排土場）。將用過的水澄清回收，循環使用，水源來水作為生產過程耗損水量的補充，僅占總用水量15%左右。旱季耗損多，占20～25%，雨季只占5～10%。加壓泵站的位置定在礦區中央的高地為宜,以便充分利用靜水壓頭和縮短管道長度，減少壓頭損失。泵站貯水池的容積，應能貯備4～5小時的用水量。
類型
砂泵只不過是離心泵的一種具體套用的泵而命名。實質上砂泵只是一個籠統的叫法。一般主要用在礦業，煤炭，冶金，化工，環保等行業。一般意義的砂泵更多是指用在環保，挖沙，河道清淤等行業較多。這個系列砂泵主要以ES或者G系列的較多。除此之外，叫做砂泵的類型還有很多，石油領域的SB砂泵，礦業上的PS砂泵系列等等。本文介紹的砂泵主要以通常意義上的ES或G系列的挖沙，環保行業的用的砂泵。
結構
ES系列砂泵均為臥式、單泵殼結構的離心泵。採用特殊的卡箍夾緊泵體與泵蓋，泵的吐出口方向可在360度的任何一個位置，安裝使用方便。 砂泵的軸承組件採用圓筒式結構，便於調整葉輪與泵體之間的間隙，維修時可整體拆除。軸承採用油脂潤滑。砂泵的軸封形式有填料密封、付葉輪密封、機械密封。砂泵流道寬暢，汽蝕性能好，效率高，耐磨蝕。 傳動方式主要有V型三角帶傳動、彈性聯軸器傳動、齒輪減速箱傳動、液力偶合器傳動、變頻驅動裝置，可控矽調速等。 過流部件材質採用高硬度的耐磨合金鑄鐵。
採用多種速度和多種變型方式，使得泵在最佳工況下運行。使用壽命長，運行效益高，能滿足多類惡劣的輸送條件。
普通型砂泵
類型
（1）PS型砂泵，系臥式側面進漿離心式砂泵，用寺輸送選礦廠礦漿、重介質選礦的工作介質等，輸送礦漿時最大濃度可達60%~70%(質量計)。軸封採用低壓填料形式，工作時需通入少量清水潤滑冷卻；採用壓入式配置，泵軸中心線低於礦漿面1m上；
（2）PH型砂泵，系臥式單級單吸懸臂式離心灰渣泵，可輸送含有砂石(最大粒度不超過25mm)的混合液體，可允許微量粒徑為50mm左右的砂石間斷通過。軸封採用一般填料密封，工作時注入高於工作壓力98kPa的軸封清水。
（3）PN型砂泵，系臥式單級單吸懸臂式離心泥漿泵，用於輸送礦漿，其濃度(質量計)的最大值為50%~60%。軸封採用一般填料，工作時注入高於工作壓力98kPa的軸封清水。（4）PNJA、PNJFA型砂泵，均系臥式單級單吸聞心式襯膠泵。PNJFA型專供輸送含有腐蝕性礦漿之用。它們可用於輸送種類礦漿，但不宜輸送含有尖角固體顆粒的礦漿。輸送礦漿最大濃度不得超過65%(重量計)，溫度不得超過60℃，採用壓入式配置，需清水密封。
（5）PNL型砂泵，系立式單級吸離心泥漿泵，可用於選礦廠輸送礦漿，其濃度(質量計)的最大值為50%~60%。
（6）PW型泵，系臥式單級懸臂式離心污水泵，適用於輸送80℃以下帶有纖維或其它懸浮物的液體和污水，但不宜用於輸送酸性、鹼性以及能引起金屬腐蝕的化學混合物液體。為防止污水沿軸漏出，需要清水水封，其壓力應高於泵出口壓力。
（7）PWF型泵,系臥式單級單吸懸臂式離心耐腐蝕污水泵，適用於排送酸性、鹼性或其它腐蝕性污水，液體溫度在80℃以內；需密封，其清水壓力高於工作壓力
49~98kPa(0.5~1.0kg/cm2)有兩種密封：防止有毒性、強腐蝕性液體外漏的機械密封(單端面)和一般填料密封。
（8）長軸立式離心泵(俗稱長軸泵)系輸送選礦廠的礦漿、煤漿及各種浮選泡沫和中礦產物的專用泵，也可輸送其它液體和污水，是大型浮選廠生產中不可缺少的配套設備之一，可使浮選廠實現迴路的靈活控制。
（9）泡沫泵，屬立式離心砂泵，有消泡作用，消泡率一般在75%以上，可用於濃縮脫水前消泡輸送，減少濃縮溢流中的金屬損失，又可用於泡沫產物的輸送。
普通型砂泵的計算
砂泵的計算應根據所輸送砂漿的性質(如物料粒度、密度、硬度、礦漿濃度、粘度和腐蝕性等)來確定砂泵的類型，然後再根據輸送的礦漿量、揚程和管道阻力損失等具體條件選定砂泵規格。確定管道直徑及輸送礦漿流速A確定管道直徑及輸送礦漿流速確定適宜的礦漿流速是砂漿壓力輸送水力計算的重要環節，影響臨界流速的因素很多，難於找到一個適合於各種砂石性質、濃度、粒度和流經管徑等的計算公式。對於長距離，高濃度管道輸送的臨界流應通過試驗確定。
立式砂泵
LSB型立式砂泵的主要由濾網、泵體、葉輪、護板、中間段、軸承體和電機座等所組成，泵體、葉輪和護板均用耐磨材料製造。採用浸入式結構，泵浸入渣漿池內工作，泵的濾網、泵體、葉輪、護板及中間段等部分浸入泥漿池；採用耐磨機封防止泥漿進入軸承體；葉輪採用半開式結構；軸承體靠泵端採用調心球軸承，驅動端採用背靠背角接觸球軸承，角接觸球軸承承受軸向負荷和徑向負荷，調心球軸承承受徑向負荷。安裝板通過軸承體支承泵並安裝固定泵，電機座使泵與電機聯成一體，採用直聯傳動；對開的安裝板可以方便地架在鋼架基礎或混凝土基礎上；泵體吸入口帶有濾網，可以防止大顆粒進人泵內。
本泵的密封採用特殊結構，密封是根據使用環境和現狀而特殊設計的，以提高泵的使用壽命。它需要介質潤滑和冷卻，冷卻液採用輕質潤滑油。
密封腔裝有一管路連線在外，管路上裝有一球閥，在泵運轉是一定要將球閥處於開啟狀態，起到呼吸作用，保證腔內介質的熱脹冷縮；同時也可以在增加或更換冷卻液時用；在更換冷卻液時要保證腔內的空氣排盡，否則就要燒壞密封。當泵停止使用時，關閉球閥，防止雜質進入。
當泵不用時，並且環境溫度低於結冰溫度時，應放掉冷卻液，以免結冰而損壞密封。
套用
主要用於由於顆粒太大以至於一般渣漿泵不能輸送的強磨蝕性物料的連續輸送。適用於挖泥、吸砂礫、疏浚河道、採礦及金屬冶煉爆渣輸送等。
國產十大品牌
①上海陽光泵業(中國馳名商標，上海市名牌產品，在市政、建築、暖通、電廠等領域業績不錯，上海陽光泵業製造有限公司)
②連成(中國馳名商標，不鏽鋼泵品質好，在化工、鋼鐵、食品、水電等領域業績不俗，上海連成(集團)有限公司)
③凱泉(中國馳名商標，上海市著名商標，在市政、建築、暖通、電廠等領域業績不錯，上海凱泉泵業(集團)有限公司)
④南方(中國馳名商標，浙江省著名商標，特泵、不鏽鋼多級泵做的很不錯，南方泵業股份有限公司)
⑤東方(上海市著名商標，在建築領域近兩年銷量很大，上海東方泵業(集團)有限公司)
⑥博山(馳名商標，山東省著名商標，在鋼鐵、電力、煤炭等領域業績不錯，山東博泵科技股份有限公司)
⑦新界(中國馳名商標，浙江名牌，農用水泵行業龍頭企業，浙江新界泵業股份有限公司)
⑧熊貓(上海市著名商標，在建築領域近兩年銷量很大，上海熊貓機械(集團)有限公司)
⑨雙輪(中國馳名商標，山東省著名商標，在油田、石化、礦山、熱電等領域業績不錯，上山東雙輪股份有限公司)
⑩肯富來(廣東省著名商標，廣東省名牌，液環真空泵的始創者，廣東省佛山水泵廠有限公司)
國產泵業其它品牌：廣一、瀋陽水泵廠、重慶水泵廠、湘電長沙水泵廠、利歐、化成HCH、凌霄、深藍、開利、亞梅、安波、興齊、奧利、石家莊泵業、大耐泵業、三魚。
