含硫高黏性三相流态充填浆体管道输送性能

为解决新桥矿含硫全尾砂浆体黏度大、易结块以及管道输送性能差的问题,将发泡技术引入全尾砂胶结充填配浆实验中,研究灰砂比、质量分数和气泡率的变化对浆体流变性能的影响。基于Fluent的充填管道输送流速和压力变化模拟,对三相流态充填体的输送性能进行分析。结果表明:灰砂比为1:6、质量分数为72%、气泡率为20%时,三相流态充填浆体较同配比不含气泡的两相流态浆体泌水率降低29%,黏度降低17%,管道沿程阻力降低25%。气相成分的加入在降低含硫高黏性充填浆体的剪切应力和塑性黏度以及改善其管道输送性能和提升管道输送效率方面具有显著的优越性。     

泡沫砂浆W型管长距离输送特性的CFD模拟

针对泡沫砂浆三相流管道输送特性研究问题,以国内某铅锌矿为研究对象,运用计算流体力学(CFD)技术建立泡沫砂浆W型管长距离管道输送性能研究3D数值分析模型。在室内塌落度和流变特性试验的基础上,对不同配比及不同充填能力料浆输送中管道和弯管处压力、速度进行CFD模拟分析。结果表明:泡沫砂浆三相流可有效降低管道输送阻力,较普通两相流充填砂浆具有更好的流动性;通过弯管处压力、速度模拟可得,管道内压力、速度最大值点由管道中心线向管道内下侧方偏移,弯管处最大速度3.8 m/s,满足稳定性要求;当气泡率为10%、灰砂比为1:6、质量分数为72%、流量为60 m~3/h时管道阻力最小为2.33 MPa,弯管处阻力最小为3.22 kPa,满足自流输送要求,为最佳配比方案。CFD技术能够为管道输送研究提供直观准确的依据,在流体流变特性和降阻方法创新方面还有更为广阔的应用空间。     

废石−风砂高浓度料浆管道输送数值模拟及管输阻力新模型

为研究废石?风砂高浓度充填料浆自流输送管道输送特性,将矿山实际充填管路进行还原,应用FLUENT软件进行输送模拟研究。结果表明:充填料浆在管道的管径方向有明显的速度梯度;随料浆流速的增大,料浆的输送沿程阻力损失基本呈线性增大;质量浓度对管输阻力的影响非常大,在充填料浆质量浓度相差2%左右时,管道单位长度的阻力损失会相差20%~30%。通过对不同骨料比的充填料浆进行数值模拟,可知废石风砂质量比为6:4的浆体稳定性和流动性相对较好,更有利于管道输送。建立了管输阻力新模型,并通过工业试验对模型进行检验,验证了新的管输阻力模型的可靠性,研究结果为该矿选取充填系统的运行参数提供了重要依据。     

废石-尾砂高浓度料浆管道输送特性模拟

废石-尾砂高浓度充填是解决矿山废尾排放的最有效途径,也是实现绿色采矿的主体支撑技术之一。管道输送特性作为高浓度料浆管道输送的核心内容具有重要的研究意义。本文将矿山实际充填管路进行还原,应用Fluent软件进行输送模拟研究,重点以速度、质量浓度对管道自流输送特性及弯管部位的影响进行分析。结果表明:随着速度的增加,管道的阻力损失呈指数增长,弯管底部受到的压力最大。当料浆速度达到2.8 m/s,料浆浓度为85%时,浆料无法自流;当料浆速度超过3.0 m/s时,阻力损失增长变快;当料浆速度达到3.2 m/s,料浆浓度达到84%时,浆料无法自流,也会出现滞留现象,造成堵管。适合高浓度管道自流输送的料浆浓度为83%～84%。通过半工业实验及矿山实际阻力监测,验证了数值模拟结果的可靠性。     

考虑管壁滑移效应膏体管道的输送阻力特性

为研究膏体管道输送阻力特性,针对膏体管道输送的结构流特点,将管道内膏体流区划分为柱塞流动区、剪切流动区和滑移流动区。根据流体力学理论建立考虑管壁滑移效应的膏体管道输送阻力模型,推导基于倾斜管试验的膏体流变参数计算方式,通过测定倾斜管不同倾斜角度α下的管道流速v计算管道屈服应力τ0和塑性粘度η,并在此基础上自制试验装置。针对谦比希铜矿充填物料基本特性,通过正交试验研究浓度、灰砂比和尾废比对管道摩擦阻力的影响,并根据响应面分析多因素之间的交互作用,得到各因素对管道摩擦阻力的影响顺序由大到小依次为灰砂比、尾废比、浓度。研究结果是膏体管道输送阻力特性理论与实践研究的有力补充。     

深井似膏体充填管道的输送特性

基于某金属矿深井开采充填料浆管道输送系统运行的工程实例,对充填料浆管道输送的动力学过程进行模拟分析。采用GAMBIT软件建立超深、超长似膏体管道输送二维动态模型,并在此基础上运用FLUENT双精度解算器进行分离隐式模拟。结果表明:管道输送的阻力损失值小于重力产生的压力,可以实现自流输送;充填料浆在自流输送和工作流速为3.4 m/s的条件下,在弯管处得到最大速度为3.94 m/s,水平段最大速度为3.74 m/s,均满足稳定性要求。通过残差曲线监测所有相关变量的完整数据,证明模拟结果可靠,由此分析得出充填料浆管道输送系统安全可靠。     

超声波对充填料浆流变特性的影响及流变参数预测

为了改善高浓度充填料浆的流变特性,降低充填系统中堵管现象发生的概率,将超声波非接触性地作用于充填料浆。采用高精度Brookfield R/S-SST软固体测试仪,通过试验检测得到超声波作用下不同浓度、不同灰砂比全尾砂充填料浆的流变参数。结果表明:超声波可以显著改善充填料浆的流变特性,降低充填料浆的塑性黏度和屈服应力,超声对料浆黏度值的降低效果可达4.32%～39.33%,对料浆屈服应力的减小效果可达9.66%～34.27%。同时,借助支持向量机建立充填料浆流变参数预测模型。所得预测模型校验结果显示,该模型精度较高,具有较强的泛化能力,实现了功率超声条件下充填料浆流变参数的预测。     

粗骨料高浓度充填料浆的管道输送模拟及试验

为了研究粗骨料高浓度充填料浆管道自流输送问题,根据金川矿区的实际充填管路利用Gambit建立三维管道模型,依据料浆自身的特点以及结构流理论,在Fluent(3D)求解器中进行数值模拟。通过对不同浓度及不同流量情况下管道阻力损失的分析以及对弯管处压力的分析,获得在满足强度和高浓度的前提下的最佳料浆输送浓度为78%~79%,最佳流速为90 m3/h。同时,通过坍落度试验以及工业试验对数值模拟的结果进行验证。结果表明,粗骨料高浓度料浆管道输送模拟是可行的,研究结果为矿山应用粗骨料高浓度充填提供了理论依据。     

基于CFD的充填管道固液两相流输送模拟及试验

为解决和睦山铁矿充填料浆的管道自流输送问题,采用固液两相流理论和计算流体动力学(CFD)方法,建立充填料浆在管道中自流输送的两相流控制方程;利用Gambit构造实际管道的三维网格模型,在Fluent的3D解算器中进行数值模拟。通过分析管道输送的阻力损失和弯管部分的受力情况,获得料浆输送的最佳浓度和流量。料浆坍落度试验、自然沉降试验以及现场工业输送试验验证了数值模拟结果的可靠性。研究结果为该矿即将投入使用的永久充填系统运行参数的选取提供了重要的依据。     

尾砂胶结充填料浆剪切触变实验及其基于量纲分析的触变性预测模型

采用桨式流变仪研究了不同质量浓度、灰砂比充填料浆在剪切条件下的触变行为,借助量纲齐次性原理,推导并提出了基于量纲分析的触变性预测模型。结果表明:浓度不同的料浆在触变形态上有差异,高浓度料浆剪切应力的波动性更强;触变性与质量浓度和灰砂比均呈非线性正相关,且水泥比尾砂更能引发触变;剪切过程中,表观黏度先急速下降,然后维持平稳,最后急剧上升,但结束瞬间的最终值小于初始值;质量浓度为64%的料浆剪切应力在剪切速率转折点前呈不规则“U”字型,其他组剪切应力基本以剪切速率转折点为中心左右对称。设计实验对预测模型进行验证,结果显示平均误差率为6.2%,且适应性良好。     

水化反应和温度对新鲜胶结尾砂充填料浆流变特性的耦合效应(英文)

新鲜胶结尾砂充填料浆的流动性取决于它的流变特性,所以理解新鲜料浆的流变性具有重要的意义。此外,料浆的流变性又与料浆中所发生的水泥水化反应进程和温度的发展变化相关。基于此原因,建立数值模型以分析和预测在水化反应和温度耦合作用下充填料浆流变特性的演化规律。在实验室通过试验研究了料浆的流变行为,并将试验结果与模拟结果进行对比来验证模型的有效性。在不同的条件(料浆的初始温度、灰砂比、水灰比)下,利用所建立的模型对水化反应和温度耦合效应下的料浆流变规律进行模拟研究。研究结果有助于更好地理解胶结尾砂充填料浆的流变性。     

全尾砂膏体管道输送壁面滑移减阻模型

为定量表征全尾砂膏体管道输送过程中壁面滑移效应的减阻效果,基于膏体柱塞流动模型和H-B流变模型推导出考虑壁面滑移效应的管道阻力公式。滑移层厚度可根据尾砂平均粒径、膏体体积浓度和极限体积浓度进行计算。当H-B流变模型退变为宾汉流变模型时,考虑壁面滑移效应的管道阻力公式由小于1的无量纲系数对目前广泛使用的白金汉公式进行修正得到,修正系数与管道直径和滑移层黏度正相关,与滑移层厚度和膏体黏度负相关。工业环管试验结果表明,白金汉公式的压降预测值比实测值平均大36.6%,壁面滑移减阻模型的压降预测值比实测值平均大14.4%,壁面滑移减阻模型预测结果偏保守的原因是未考虑膏体触变性的影响。     

膏体料浆管道输送中粗颗粒迁移的影响因素分析

含粗骨料的膏体充填料浆在管道输送时存在粗颗粒沉降堵管和管壁磨损严重的问题,但常规的管道输送实验方法难以获得粗颗粒在管道截面上径向迁移的影响因素。以颗粒在黏塑性流体中的运动规律为基础,结合膏体充填工艺的实际情况,采用数值模拟研究膏体料浆流变参数对粗颗粒迁移的影响。针对实际生产中管道直径与粗骨料颗粒直径之比λ相对较小,在颗粒-流体耦合分析时可将粗骨料颗粒视为宏观颗粒,采用宏观颗粒模型(MPM)进行数值模拟。以Bingham流体的无量纲数,即塑性黏度雷诺数Rep、宾汉姆数Bi为定量评价指标,分析充填料浆的屈服应力、塑性黏度对粗骨料颗粒迁移的影响。结果表明,对于剪切流动区域内的粗骨料颗粒,其径向迁移量与屈服应力值和宾汉姆数Bi呈反比、与塑性黏度值呈正比,在一定的黏性效应下与塑性黏度雷诺数Rep呈正比。     

膏体尾矿管内滑移流动阻力特性及其近似计算方法

管道输送是尾矿膏体处置的关键工艺,膏体尾矿具有非牛顿流体特性,在流动中伴随有管壁滑移效应。为实现对膏体管内流动阻力的精确测算,基于非牛顿流体力学及表观滑移假说,通过理论分析将膏体管内流动划分为柱塞区、剪切区及滑移区,结合宾汉流变模型,分析不同区域流速、应力及流量的分布状态,构建膏体管道输送的流量平衡方程,推导出膏体管内滑移流动的阻力公式。开展环管试验,利用实测数据对阻力公式进行适应性分析及验证。结果表明:膏体管内流动中存在壁面滑移现象,流量20～40m~3/h条件下,样品在DN100管道内流动阻力为4000～5000 Pa/m,在DN150管道内流动阻力为2400～2600 Pa/m,滑移流动阻力公式与实测值的误差约为10%,满足工程应用的精度要求。     

粉煤灰掺量对泵送膏体充填料浆的抗离析性能影响规律

为揭示粉煤灰掺量对泵送膏体充填料浆抗离析性能的影响规律,通过物化试验分析粉煤灰颗粒形状、粒径和组成物质.根据泵送膏体充填料浆中粗骨料颗粒在水平管道、垂直管道和采场内的受力状态,提出了抗离析性能指数K.为验证该指数,开展不同掺量流变、泌水率和分层度试验,发现掺量与K指数呈正比关系,K指数与泌水率和分层度呈反比关系.结合泌...     

基于CFD的充填管网参数优化及输送特性

为优化充填管网参数及研究充填料浆管道输送特性,考虑将充填倍线N、充填管径D、质量浓度c3个影响因素进行正交设计并进行计算流体力学(CFD)试验,之后对试验结果进行极差、方差及回归拟合分析,并结合数值分析方法探讨最大流速的预测计算模型。结果表明:影响沿程阻力损失、影响最大流速的敏感性、显著性皆为DcN,且3个因素均为显著因素;得到最佳充填倍线N为3.0～4.0,质量分数c为65%～68%,充填管径D为110～120mm,再经筛选剩下5组合适参数。研究3个因素变化对沿程阻力损失、最大流速的影响,并建立一个反映三因素下最大流速ν_(max)的综合数学预测模型,并利用这5组对其验证,模型计算值与试验模拟值差率都在15%以下,证明预测模型有效。     

聚羧酸减水剂对超细全尾砂膏体性能的影响

针对超细全尾砂-水泥胶结膏体充填料浆黏性大、和易性差,其满足充填输送要求时充填体强度低的问题,通过不同掺量聚羧酸高效减水剂对膏体料浆流动度、坍落、泌水率及其充填体抗压强度影响的试验研究,并借助XRD能谱分析和电镜扫描(SEM)方法,从微观角度揭示减水剂提到充填体强度机理。结果表明:掺量0.5%(质量分数)的聚羧酸高效减水剂可使质量分数为70%~76%膏体充填料浆的流动度、坍落度有效增加;料浆泌水率明显提高,但不会发生严重离析;充填体微观上水泥水化凝胶更多,尾砂颗粒因水化凝胶"包裹"作用形成更大的晶体颗粒,且颗粒分布更为均匀、孔隙更小、结构更为致密,宏观上初期/长期强度显著提高,最高达50%;同时,减水剂掺量小于0.5%为"安全掺量",对充填体强度不会造成劣化影响。     

充填钻孔内管道磨损机理及易破损位置的确定

充填钻孔是充填法矿山的关键工程之一,容易受到充填料浆的冲击而造成破损。金川公司数字化钻孔电视观测结果表明,充填钻孔存在一个严重破损区域,该区域位于充填钻孔内空气和料浆的接触面上。充填料浆自由降落,具有较高的末期下落速度,而以较高的动量和冲量冲击充填钻孔的内套管管壁。因此,充填钻孔的严重磨损深度,即空气与料浆的接触面高度,可以根据充填钻孔的高度、水平管道的长度、浆体的密度和水力坡度进行估算。实例研究结果表明,该估算方法具有足够的精度,有利于充填钻孔的日常管理和维护。     

基于正交试验的半水磷石膏充填配比优化

针对二水磷石膏充填存在充填成本高、水泥耗量大、固结体强度低等问题,以半水磷石膏替代胶凝材料,通过正交试验法确定半水磷石膏充填的最佳配方,并对其流动性和微观结构进行研究。结果表明:通过配方优化,半水磷石膏充填体3 d、7 d、28 d的强度可达到5.4 MPa、5.5 MPa、6.1 MPa,膏体坍落度为26 cm,扩展度为71cm。半水磷石膏充填配比中的3个影响因素为外加剂掺量、尾砂掺量和浆料浓度。对于3 d抗压强度影响最大的因素是外加剂掺量,对于7 d强度影响最大的因素是浆料浓度,对于28 d强度影响最大的因素是外加剂掺量,对于料浆流动性影响最大的是浆料浓度。半水磷石膏固结体由半水相转化为二水相,形成致密的晶体结构,表明以半水磷石膏制备的膏体料浆具备矿山充填的可行性。充填材料固体中废弃物用量占98%以上,成本较低,具有良好的经济效益和社会效益,推广应用前景良好。     

滨海大型金矿床取消矿柱及房柱交替采矿的新工艺

针对三山岛金矿条件,研究了深部开采取消点柱的工艺技术。首先,调查测试了矿岩物理力学参数,并对矿岩质量进行了分级。其次,在详细分析上下盘及矿体的物理力学特性的基础上,对三山岛金矿深部开采取消矿柱进行了有限元数值模拟,研究得出-555m水平以下矿体的开采可全面取消矿柱。最后,结合矿床条件,提出了房柱交替式盘区上向分层充填采矿新工艺。工业试验结果显示,该新工艺大幅度提高了单位面积开采强度,对岩层扰动小,盘区生产能力大,矿石损失贫化小,获得了显著的经济效益。此外,对三山岛金矿由于深部开采而导致的地表沉降利用ANSYS软件进行分析,同时对岩层变形进行了监测。结果表明,三山岛金矿深部开采取消矿柱和采用房柱交替采矿新工艺后能够有效控制岩层变形,从而可实现滨海大型金矿床安全高效低贫损开采。