一种连续提升式灌注微生物菌剂固化尾矿的自动化设备及方法与流程

本发明涉及尾矿处理技术领域，特别涉及一种连续提升式灌注微生物菌剂固化尾矿的自动化设备及方法。

背景技术：

尾矿是指选矿中分选作业的产物中有用目标组分中含量较低而无法用于生产的部分。近年来，随着选冶工业技术突飞猛进，人们对有色金属及制品的需求量不断上升，矿产资源的消耗量也与日俱增。国内矿产资源品位矿低、复杂难选，工业生产过程中必然会产生大量尾矿，截至2015年我国现有尾矿堆存量达到146亿吨。尾矿的堆存会导致环境中重金污染。因此，采用合理的方式处理重金属尾矿，减少其对环境的污染是人们普遍关注的热点问题。目前，尾矿的重金属污染修复方式主要有物理法、化学法和微生物法，物理法是通过沉淀等方式改变重金属离子的存在状态，化学法是通过添加一些化学物质从而降低重金属离子的迁移能力，但是这些方法治理的成本较高，处理效果也不太理想，容易对土壤生态环境造成破坏，引发二次污染。而微生物法是通过天然生物活性来降低污染物的毒性，对土壤中重金属离子通过吸收、离子交换、共价转化等方式降低重金属的毒性，微生物法修复成本低、效率高、不影响土壤活性、不产生污染转移。因此，目前亟需解决微生物菌剂如何注入尾矿才能高效固化尾矿同时节省微生物菌剂和能量消耗的难题。为了更好的解决微生物菌剂在固化尾矿的过程的注入效果，本发明根据微生物菌剂的粘度、渗透性、抗渗性、耐久性、固化时间等性质等提供了一种微生物菌剂固化尾矿的设备和方法。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种连续提升式灌注微生物菌剂固化尾矿的设备及方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：该种连续提升式灌注微生物菌剂固化尾矿的自动化设备，包括车体、钻机、微生物菌剂混合系统、高压气泵及中控系统，钻机、微生物菌剂混合系统、高压气泵及中控系统均安装在车体上，钻机的钻杆底部为钻头，钻杆为中空管，且靠近钻头的一端沿钻杆轴向均匀钻有若干连通外界的喷射孔，在钻杆外套置有可上下移动的保护套，微生物菌剂混合系统和高压气泵均通过管路与中空的钻杆连通并分别将微生物菌剂和高压气通入钻杆内并通过钻杆打入地下尾矿内，钻机、微生物菌剂混合系统、高压气泵均与中控系统连接并通过中控系统控制。

进一步地，所述钻机安装在车体的前端，钻机的钻杆竖直布置，钻杆的顶部通过管路与微生物菌剂混合系统和高压气泵连接，所述管路上对应微生物菌剂混合系统和高压气泵均有阀门，阀门可通过中控系统自动化控制。

进一步地，所述钻杆外套置有保护套，保护套的顶部与气缸的活塞杆连接，并在气缸带动下可上下移动。

进一步地，所述微生物菌剂混合系统包括发酵罐、搅拌罐和水箱，水箱通过管路分别与发酵罐和搅拌罐连接并向发酵罐和搅拌罐内输送水，且管路上安装有阀门；发酵罐通过管路与搅拌罐连接并向搅拌罐内输送发酵的微生物菌剂，且管路上安装有阀门；搅拌罐通过管路与钻机的钻杆连接并向钻杆内输送搅拌好的微生物菌剂。

进一步地，所述发酵罐、搅拌罐和水箱上都安装有温度控制器，所述温度控制器与中控系统连接。

进一步地，所述钻杆靠近钻头位置安装有超声波传感器，超声波传感器与中控系统连接并将检测数据输送至中控系统。

进一步地，所述车体上远离钻机的一侧安装有配重。

进一步地，所述车体上四角安装有可打入地基内的固定桩。

一种固化尾矿的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)车体行驶到指定待固化尾矿位置，停稳；

2)钻机启动，钻头及钻杆钻到设定深度/位置；发酵罐与水箱分别将发酵的微生物菌剂和水按照中控系统设定的比例输送到搅拌罐内进行均匀搅拌；

3)将钻杆的保护套抬起，使保护套的底部高于钻杆上最上排的喷射孔，同时打开高压气泵与钻杆之间的管路上的阀门，向钻杆内通入高压气，然后打开搅拌罐与钻机之间连接管路的阀门，使微生物菌剂通过管路及钻杆并通过喷射孔向外喷流，同时钻机通过中控系统设置的速度匀速/变速旋转上升；

4)待钻头最上层的喷流孔上升到尾矿堆表面时，停止向钻机输送微生物菌剂，形成圆柱体状的喷灌区域；

5)钻机动作，钻杆及钻头从地下抽出。

进一步地，步骤2)中，若超声波传感器探测到钻头钻到设定温度时，喷射孔周围对应的尾矿层位置有大块岩石异物影响钻机深度时，则启动电机，钻杆及钻头从地下抽出，变更车体位置并将车体停稳后再进行步骤2)。

综上，本发明的上述技术方案的有益效果如下：

通过在钻杆上均匀的设置喷射微生物菌剂的喷射孔，从而实现了均匀的将微生物菌剂灌注到需要固化的尾矿层。

通过对发酵罐和搅拌罐实时注水，将搅拌均匀的微生物菌剂通过管道直接灌注到地下的尾矿层，不会发生泄漏，节省了微生物菌剂，也避免了污染转移。

自动化程度高，所有阀门开启、关闭，时间设定，温度控制，压力控制，传感器数据传输等都要实现自动化控制，通过程序化设计来实现，提高灌注效率。通过钻机定点对尾矿进行灌注微生物菌剂，提高了灌注的效率，降低了修复成本。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为钻杆有喷射孔部分的结构示意图。

图中：

1车体，2钻机，3发酵罐，4搅拌罐，5水箱，6高压气泵，7中控系统，8钻杆，9钻头，10保护套，11喷射孔，12配重，13固定桩，14阀门，15温度控制器，16泵，17管路。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的特征和原理进行详细说明，所举实施例仅用于解释本发明，并非以此限定本发明的保护范围。

如图1所示，该种连续提升式灌注微生物菌剂固化尾矿的设备，包括车体1、钻机2、微生物菌剂混合系统、高压气泵及中控系统，钻机、微生物菌剂混合系统、高压气泵6及中控系统7均安装在车体上。高压气泵的气压、微生物菌剂混合系统内微生物菌剂与水的混合比例等均通过中控系统控制。

钻机的钻杆8底部安装有钻头9，钻头为合金钻头，其钻孔直径大于钻杆及保护套10的直径。

钻机的钻杆为中空管，且靠近钻头的一端沿钻杆轴向均匀钻有若干连通外界的喷射孔11，可增大喷浆面积，使微生物菌剂最大限度的沿尾矿孔隙进一步扩散。钻机安装在车体的前端，钻机的钻杆竖直布置，钻杆的顶部通过管路与微生物菌剂混合系统和高压气泵连接，所述管路上对应微生物菌剂混合系统和高压气泵均有阀门。阀门的开启、关闭均通过中控系统控制。

在钻杆外套置有可上下移动的保护套，保护套的顶部与气缸的活塞杆连接，并在气缸带动下可上下移动，气缸与中控系统连接，并通过中控系统控制。

微生物菌剂混合系统和高压气泵均通过管路与中空的钻杆连通并分别将微生物菌剂和高压气通入钻杆内并通过钻杆打入地下尾矿内，钻机、微生物菌剂混合系统、高压气泵均与中控系统连接并手中控系统控制。

微生物菌剂混合系统包括发酵罐3、搅拌罐4和水箱5，水箱通过管路分别与发酵罐和搅拌罐连接并向发酵罐和搅拌罐内输送水，且管路17上安装有阀门14。发酵罐通过管路与搅拌罐连接并向搅拌罐内输送发酵的微生物菌剂，且管路上安装有阀门。搅拌罐通过管路与钻机的钻杆连接并向钻杆内输送搅拌好的微生物菌剂。在发酵罐、搅拌罐和水箱均安装有泵16，将罐体或箱体内的微生物菌剂或谁从罐体或箱体内输出。泵也与中控系统连接，并通过中控系统控制。

发酵罐、搅拌罐和水箱上都安装有温度控制器15，所述温度控制器与中控系统连接。温度控制器根据微生物菌剂要求设定温度，并保持发酵罐、搅拌罐和水箱内的温度，避免温度影响对微生物菌剂产生不良影响。温度控制器的温度设定、检测均通过中控系统进行集中控制。

钻杆靠近钻头位置安装有超声波传感器，超声波传感器与中控系统连接并将检测数据输送至中控系统，中控系统根据超声波传感器的检测数据判断是否需要进行钻孔位置的更换。如果超声波传感器检测数据显示对应地下位置有坚硬的岩石层，可以更换钻机的打孔位置，避免微生物菌剂的无效灌注。

车体上远离钻机的一侧安装有配重12，与钻机一侧的重量平衡，防止翻车。

车体上四角安装有可打入地基内的固定桩13，固定桩为铁桩或不锈钢桩等，待停车稳定后，将固定桩打入地基，尽量保证车体的稳定。待灌注完成后，采用撬杆将固定桩撬起即可。

一种利用固化尾矿的方法，包括以下步骤：

1)车体行驶到指定待固化尾矿位置，停稳；

2)钻机启动，钻头及钻杆钻到设定深度/位置；发酵罐与水箱分别将发酵的微生物菌剂和水输送到搅拌罐内进行均匀搅拌；

3)将钻杆的保护套抬起，使保护套的底部高于钻杆上最上排的喷射孔，同时打开高压气泵与钻杆之间的管路上的阀门，向钻杆内通入高压气，然后打开搅拌罐与钻机之间连接管路的阀门，使微生物菌剂通过管路及钻杆并通过喷射孔向外喷流，同时钻机通过中控系统设置的速度匀速旋转上升；

4)待钻头最上层的喷流孔上升到尾矿堆表面时，停止向钻机输送微生物菌剂，形成圆柱体状的喷灌区域；

5)钻机动作，钻杆及钻头从地下抽出。

进一步地，步骤2)中，若超声波传感器探测到钻头钻到设定温度时，喷射孔周围对应的尾矿层位置有大块岩石等异物影响钻机深度时，则启动电机，钻杆从地下抽出，变更车体位置并将车体停稳后再进行步骤2)。

该发明中所有阀门开启、关闭，时间设定，温度控制，压力控制，传感器数据传输等都要实现自动化控制，通过程序化设计来实现，提高灌注效率。

通过在钻杆上均匀的设置喷射微生物菌剂的喷射孔，从而实现了均匀的将微生物菌剂灌注到需要固化的尾矿层。

通过对发酵罐和搅拌罐实时注水，将搅拌均匀的微生物菌剂通过管道直接灌注到地下的尾矿层，不会发生泄漏，节省了微生物菌剂，也避免了污染转移。

通过钻机定点对尾矿进行灌注微生物菌剂，提高了灌注的效率，降低了修复成本。

上述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩入本发明权利要求书所确定的保护范围内。