CN109339557A - 可伸缩机械式回水塔 - Google Patents
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Abstract
本发明属于采矿技术领域，提供了一种可伸缩机械式回水塔，包括可伸缩塔体及浮子取水头，塔体包含多层活动嵌套重叠的柱体钢桶，每层钢桶底部都有通孔，相邻两层钢桶的底部通孔相互错位布置，相邻两层钢桶的桶壁设置防止两层钢桶相互脱离的密封限位装置；浮子取水头安装在塔体上面与最里层钢桶壁上端密封连接，侧壁有取水口能够把水从取水口引入最里层钢桶，塔体各层钢桶能够从里向外一层层在浮子的浮力作用下向上拉伸。本发明可根据库内水质优劣调节取水孔处于淹没或悬空状态，选择暂停回水，避免劣质水外流。每层钢桶底板可以实现尾矿库回水阶梯式自消能，省去主回水隧道末端消力池的设置，可直接引尾矿库回水进入回水泵站。
Description
技术领域
本发明属于采矿技术领域，特别是涉及一种可伸缩机械式回水塔。
背景技术
湿式尾矿库容纳矿山选矿厂的生产排出的尾矿浆，尾矿浆在尾矿库内沉淀后，澄清水需送回至选矿厂循环使用。选矿厂湿式尾矿库的回水系统，现行技术一般采用由钢筋混凝土回水塔作为尾矿库回水收集构筑物，并通过主回水隧道输送至尾矿库外，再经库外的消力池进行消能后，由尾矿库回水泵站送回至选矿厂完成整个工艺水回用过程。
现行钢筋混凝土回水塔需要先根据尾矿库的设计库容高度设计一座钢筋混凝土排洪塔，该塔要高过尾矿库设计液位，塔高一般最少数十米甚至数百米高；钢桶沿高度方向等间距均布回水孔，随着尾矿库内矿浆的沉积，干滩不断增长库底不断抬高，为避免淤泥等固体进入回水塔，需要人工进入尾矿库内进行底层回水孔的封堵作业。
现行技术所采用的钢筋混凝土回水塔存在如下问题：
首先，尾矿库设计最终水位较高，一般最少数十米甚至数百米，采用钢筋混凝土材质的回水塔造价较高；且钢筋混凝土回水塔由于钢桶较高且荷载巨大，对地基的处理也有极为严苛的要求，也提升了基建投资。
其次，由于库内水位与库外落差很大，由现有钢筋混凝土回水塔收集的尾矿库澄清水动能极大，现有钢筋混凝土排洪塔不能独立同时完成取水和消能的功能，需要在主回水隧道末端设置消力池，进行消能后才能进入尾矿库回水泵站输送。增设的消力池也增加了工程的投资。
再次，钢筋混凝土回水塔不同于尾矿坝，尾矿坝可以利用尾矿沉积形成的干滩进行分阶段筑坝，钢筋混凝土回水塔则需要一次建成，受混凝土养生期的要求，混凝土需要分层浇注，施工周期很长，钢筋混凝土排洪塔的施工时间成为尾矿库建设的瓶颈。
再有，钢筋混凝土回水塔由于回水孔固定，无法根据尾矿库内水质优劣进行选择性回水。当尾矿库内澄清水因暴雨或山洪等原因水质恶化时，无法暂停回水，进而劣质水或进入选矿厂使用，导致对选矿工艺造成一定干扰；或者经过消力池溢流进入天然水体，污染环境。
最重要的是现有钢筋混凝土回水塔钢桶沿高度方向设置的回水孔，随着尾矿库内矿浆的沉积，干滩不断增长库底不断抬高，需要人工进入尾矿库内进行底层回水孔的封堵作业。封堵回水孔需要在回水孔带水情况下，工作人员水面上和水下同时协助作业，将原木楔堵住回水孔。作业流程复杂、人员暴露在高危环境下，存在较高安全隐患，并且在尾矿库服务年限内随泥位升高需一直逐层封堵。增加了作业人员的安全隐患和选矿厂的运行维护开支。
所以，有必要开发出一种建造迅速、成本较低、回水可控、使用周期免维护的湿式尾矿库澄清水回水设施。
发明内容
为了解决上述现有技术的问题，本发明提供了一种可伸缩机械式回水塔，包含塔体和浮子取水头，所述塔体包含多层活动嵌套重叠的柱体钢桶，每层钢桶底部都有通孔，相邻两层钢桶的底部通孔相互错位布置，相邻两层钢桶的桶壁设置防止两层钢桶相互脱离的密封限位装置；所述浮子取水头安装在塔体上面与最里层钢桶壁上端密封连接；所述浮子取水头包含浮子和取水腔，所述浮子为侧壁有取水口的中空结构，所述取水腔是浮子内隔出与取水口连接的空腔，所述取水腔能够把水从取水口引入最里层钢桶，所述浮子的体积与取水口的位置应保证在水中水位还未达到取水口时，浮子能够产生大于所述回水塔除最外层钢桶外的全部重量的浮力，以使得各层钢桶从里向外一层层在浮力作用下向上拉伸。使用时，在尾矿库下方设置回水隧道的水平隧道口，把可伸缩机械式回水塔的塔体底部覆盖固定在隧道口上端，沿隧道口周边密封，在尾矿库内有水时，浮子在尾矿库内水的浮力作用下，随着水位变化改变高度，当水位升高时，浮子在浮力作用下带动塔体的钢桶从里层到外层逐层向上拉伸，当水位下降时，浮子跟着水位下降带动塔体的钢桶从外层到里层逐层向下收缩。不用回水时保持取水口的位置在水位以上；当尾矿库的水质满足使用要求且需要使用回水时，向浮子空腔内装入物品，可以用水泵向浮子空腔内注入水，以增加浮子重量，使得浮子在重力作用下增加吃水深度，取水口的位置逐渐降低至水位以下，保持浮子吃水深度，尾矿库中的水在重力作用下从取水口注入塔体最里层的钢桶内，从钢桶底部的通孔流入下一层钢桶，这样一层一层往下流一直到最外层钢桶，层层缓冲消能，再从最外层钢桶底部的通孔流到回水隧道提供给需要回水的地方使用，以浮子保持取水口在尾矿库的较高水位，避免了引入尾矿库较低水位中含泥浆较多的水；当回水完成后，把原来装入浮子空腔内的物品取出，若原来装入浮子空腔内的是水则可以用水泵把水抽出来，减小浮子的吃水深度，使得取水口再回升到水面以上停止取水。
优选地，所述嵌套重叠的钢桶的相邻两层钢桶的内层钢桶的桶壁外侧设置滑轨，外层钢桶的桶壁内侧设有与内层钢桶侧壁外侧的滑轨配合的竖直轨道槽，滑轨在竖直轨道槽内滑动以保证相邻内层钢桶能够从外层钢桶内竖直向上拉伸。
优选地，所述浮子内安装有能够把水引入浮子内或者把浮子内的水引出的水泵。可根据需要通过水泵把水引入或者引出浮子内空腔，控制浮子取水头的吃水深度，自动调节取水口与水位的相对高度，实现是否回水的控制。
进一步地，所述浮子安装有隔离防水的电气系统，所述电气系统与水泵连接实现对水泵的供电与控制。
进一步地，所述电气系统包含蓄电池，蓄电池可对电气系统和水泵供电。
进一步地，所述浮子顶部安装有太阳能电池板，所述太阳能电池板与所述电气系统连接，所述太阳能电池板向电气系统和水泵供电或者给蓄电池充电，减少回水塔对外部电源的依赖。
进一步地，所述电气系统还包含遥控接收装置，可接收遥控信号进行相应控制。
优选地，所述密封限位装置是相邻两层钢桶的外层钢桶上端向内的折边与内层钢桶下端向外的配合折边，或者是相邻两层钢桶的外层钢桶上端设置的向内凸起与内层钢桶下端向外的配合凸缘。
优选地，所述取水腔是一端与取水口固定连接，另一端伸入所述塔体最里层钢桶的管道。
优选地，所述塔体各层钢桶横截面为正多边形或者圆形，塔体的每一层钢桶高度都一致。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明的可伸缩机械式回水塔通过可伸缩塔体的设计，依靠尾矿库内水位上升的浮力实现取水位置调整，使取水口始终位于上清液部，可自动回避湿式尾矿库内的泥浆层，增强了尾矿库回水的可靠性。同时避免了传统钢筋混凝土回水塔需要人工进入库内水下封堵取水口泥位的工作，避免了人工暴露于危险工作环境，增强了选矿厂运行的安全性。
(2)本发明的可伸缩机械式回水塔，全机械机构的设计可以简单快速的制造，避免了钢筋混凝土回水塔的高基建费用以及较长的施工周期，使得尾矿库的建设周期不再受回水塔的建设周期影响或者限制，并且降低了尾矿库整体的基建成本。
(3)本发明的可伸缩机械式回水塔通过每阶钢桶的底部逐级消能的设计，在塔内直接完成尾矿库回水的消能，免去主回水隧道尾部消力池的设计，尾矿库回水可直接进入回水泵站而不对泵站造成冲击。
附图说明
图1为本发明的一种可伸缩机械式回水塔实施例主视图；
图2为图1实施例塔体的俯视示意图；
图3为本发明可伸缩机械式回水塔使用状态示意图。
图中：1-塔体，2-浮子取水头，3-钢桶，4-通孔，5-密封限位装置，6-浮子，7-取水管，8-取水口，9-滑轨，10-轨道槽，11-水泵，12-电气系统，13-蓄电池，14-太阳能电池板，15-遥控接收装置，16-回水隧道，17-隧道口，18-用水池，19-尾矿库。
具体实施方式
为了更进一步阐述本发明为解决技术问题所采取的技术手段及功效，以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，但不作为本发明要求的保护范围限定。
如图1、图2所示的一种可伸缩机械式回水塔可选实施例，包含塔体1和浮子取水头2，塔体1包含四层同轴心、不同径、初始状态互相活动嵌套重叠的空心圆柱体钢桶3，每层钢桶高度相同，如高度可都为9m，在两两相邻的钢桶中的外面一层钢桶的桶壁内侧，沿钢桶圆周方向均布有4组竖直轨道槽10，而相邻的里面一层钢桶的桶壁外侧，沿钢桶圆周方向相应位置设有均布的4组滑轨9，见图2，每相邻两层钢桶通过滑轨9和轨道槽10嵌套相连，可以通过滑轨9在轨道槽10内上下滑动实现塔体1的拉伸与收缩；每层钢桶3底部都有通孔4，相邻两层钢桶3的底部通孔4相互错位布置，本实施例中每层钢桶的桶底在其钢桶内距离桶壁底部0.3m高处，有足够承重能力，起到消能板的作用，还能起到收缩方向的限位，保障塔体不发生反向压缩，在每层钢桶底部沿等径圆周方向均布12个大小一致的可过水通孔，12个通孔的面积大小根据设计取水量要求，以过水流速不大于0.6m/s确定；相邻钢桶的消能板过水圆孔在竖直方向上交错布置；相邻两层钢桶3的桶壁设置防止两层钢桶相互脱离的密封限位装置5；浮子取水头2安装在塔体1上面与最里层钢桶3的桶壁上端密封连接，浮子取水头2呈蘑菇头形，浮子取水头2内部间隔成相对独立的空间电气系统部和浮子部，电气系统部位于浮子取水头2顶部与浮子部完全隔绝防水，顶部设有通气管，电气系统部外顶部设有太阳能电池板14，电气系统部内的电气系统12设有蓄电池13、遥控接收装置15、小型配电屏及PLC模块等，电气连接均采用防水电缆，浮子取水头2内所有电器设备均可于库外遥控操作，蓄电池13可以储存液位调节用水泵11工作两个小时的用电量，浮子部包含浮子6和取水管7，浮子6为中空结构，浮子6内安装有2台能够把水引入浮子内或者把浮子内的水引出的水泵11，水泵11与电气系统12连接，由电气系统12控制，水泵11设置内外部双向吸排管路，并设置电动切换阀，可根据需要通过水泵11把水引入或者引出浮子6内空腔改变整体重量大小，以控制浮子取水头2的吃水深度，自动调节取水口8与水位的相对高度，实现是否回水的控制，在本实施例中采用取水管7作为取水腔，沿浮子部外壁圆周方向均布12个同样的开孔作为取水口8，取水口8的面积根据设计取水量要求，以过水流速不大于0.6m/s确定，可与钢桶底面上的12个通孔开孔大小保持一致，取水口8与取水管7连接，取水管7深入塔体最里层钢桶内，取水管7能够把水从取水口8引入最里层钢桶3，通过取水口8与取水管7进入塔体的水与浮子6空腔隔离，浮子6的体积与取水口8的位置应保证在水中水位还未达到取水口8时，浮子6能够产生大于所述回水塔除最外层钢桶3外的全部重量的浮力，本实施例中设计的吃水深度到取水口8位置时，产生的浮力大于回水塔除最外层钢桶3外的全部重量的1.3倍，以使得各层钢桶3从里向外一层一层在浮力作用下向上拉伸。
图3为本发明可伸缩机械式回水塔使用状态，使用时，在尾矿库19下方设置回水隧道16的水平隧道口17，把可伸缩机械式回水塔的塔体1底部覆盖固定在隧道口17上端，沿隧道口17周边密封，在尾矿库19内有水时，浮子取水头2在尾矿库19内水的浮力作用下，随着水位变化改变高度，当水位升高时，浮子取水头2在浮力作用下带动塔体1的钢桶从里层到外层逐层向上拉伸，当水位下降时，浮子取水头2跟着水位下降带动塔体1的钢桶从外层到里层逐层向下收缩。不用回水时保持取水口的位置在水位以上；本发明的工作过程为：当尾矿库19内的水质经过一定时间的沉淀后，水质满足使用要求且需要使用回水时，遥控可伸缩机械式回水塔的浮子取水头内的水泵向浮子部内输水，以增加浮子取水头2的整体重量，使得浮子在重力作用下增加吃水深度，取水口的位置逐渐降低至水位以下，取水口处于淹没状态，停止水泵保持浮子取水头2吃水深度，尾矿库19中的水在重力作用下从取水口注入塔体1最里层的钢桶内，从钢桶底部的通孔流入下一层钢桶，这样一层一层往下流一直到最外层钢桶，层层缓冲消能，保证其静水压头持续小于9m，再从最外层钢桶底部的通孔流到回水隧道16，沿回水隧道16再流到用水池18以供取用，以浮子保持取水口在尾矿库的较高水位，避免了引入尾矿库较低水位中含泥浆较多的水；当回水完成后，用水泵把浮子空腔内的水抽出来，减小浮子取水头2的吃水深度，使得取水口再回升到水面以上停止取水。当尾矿库因暴雨等原因造成库内水质恶化，则遥控水泵排空浮子部内的水，使取水口处于悬空状态，停止回水，待水质满足要求时再进行回水。利用本发明可以提供一种建造迅速、成本较低、回水可控、使用周期免维护的湿式尾矿库澄清水回水设施。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都属于本发明的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种可伸缩机械式回水塔，其特征在于：包含塔体和浮子取水头，所述塔体包含多层活动嵌套重叠的柱体钢桶，每层钢桶底部都有通孔，相邻两层钢桶的底部通孔相互错位布置，相邻两层钢桶的桶壁设置防止两层钢桶相互脱离的密封限位装置；所述浮子取水头安装在塔体上面与最里层钢桶壁上端密封连接；所述浮子取水头包含浮子和取水腔，所述浮子为侧壁有取水口的中空结构，所述取水腔是浮子内隔出与取水口连接的空腔，所述取水腔能够把水从取水口引入最里层钢桶，所述浮子的体积与取水口的位置应保证在水中水位还未达到取水口时，浮子能够产生大于所述回水塔除最外层钢桶外的全部重量的浮力，以使得各层钢桶从里向外一层层在浮力作用下向上拉伸。
2.根据权利要求1所述的可伸缩机械式回水塔，其特征在于：所述嵌套重叠的钢桶的相邻两层钢桶的内层钢桶的桶壁外侧设置滑轨，外层钢桶的桶壁内侧设有与内层钢桶侧壁外侧的滑轨配合的竖直轨道槽，滑轨在竖直轨道槽内滑动以保证相邻内层钢桶能够从外层钢桶内竖直向上拉伸。
3.根据权利要求1所述的可伸缩机械式回水塔，其特征在于：所述浮子内安装有能够把水引入浮子内或者把浮子内的水引出的水泵。
4.根据权利要求3所述的可伸缩机械式回水塔，其特征在于：所述浮子安装有隔离防水的电气系统，所述电气系统与水泵连接实现对水泵的供电与控制。
5.根据权利要求4所述的可伸缩机械式回水塔，其特征在于：所述电气系统包含蓄电池。
6.根据权利要求5所述的可伸缩机械式回水塔，其特征在于：所述浮子顶部安装有太阳能电池板，所述太阳能电池板与所述电气系统连接，所述太阳能电池板向电气系统和水泵供电或者给蓄电池充电。
7.根据权利要求6所述的可伸缩机械式回水塔，其特征在于：所述电气系统还包含遥控接收装置。
8.根据权利要求1所述的可伸缩机械式回水塔，其特征在于：所述密封限位装置是相邻两层钢桶的外层钢桶上端向内的折边与内层钢桶下端向外的配合折边，或者是相邻两层钢桶的外层钢桶上端设置的向内凸起与内层钢桶下端向外的配合凸缘。
9.根据权利要求1所述的可伸缩机械式回水塔，其特征在于：所述取水腔是一端与取水口固定连接，另一端伸入所述塔体最里层钢桶的管道。
10.根据权利要求1-9之一所述的可伸缩机械式回水塔，其特征在于：所述塔体各层钢桶横截面为正多边形或者圆形，塔体的每一层钢桶高度都一致。
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