煤矿高浓度胶结充填料浆管道输送阻力试验研究

为研究煤矿高浓度胶结充填材料在管道输送过程中的阻力损失特性,进行了不同浓度和不同粉煤灰含量条件下充填料浆的环管试验,得到了高浓度胶结充填料浆管道输送过程中的沿程阻力损失值和局部阻力损失值。研究结果表明,高浓度胶结充填料浆管道输送阻力损失值随料浆浓度的增加而增加,随粉煤灰含量的增加而增加,料浆浓度增加0.5%,沿程阻力损失会增加6.17%~21.08%,局部阻力损失增加7.48%~12.24%;粉煤灰含量增加2%,沿程阻力损失会增加6.5%~15.24%,局部阻力损失增加2.16%~5.42%。     

铜山铜矿全尾砂充填料浆流变特性试验研究

针对铜山铜矿全尾砂胶结充填料浆管道输送技术存在的实际问题,采用RST+SST型软固体流变仪进行了料浆流变特性试验,揭示了料浆屈服应力和粘度系数随料浆浓度和灰砂比变化的规律;利用试验得到的料浆流变特性参数,进行了管道输送临界流速、沿程阻力损失的计算以及充填参数验证。结果表明:料浆浓度为65%～70%、充填流量为64～80m3/h、管径为108mm时,工作流速和输送压力均能满足矿山自流输送要求,为全尾砂胶结充填料浆管道输送系统设计提供了基础。     

高浓度充填料浆流变特性及其管道输送阻力损失研究（增刊）

针对矿山充填系统设计中输送物料的合理配比、管道参数难以确定的问题,采用国际最先进的高精度BROOKFIELD R/S+SST软固体测试仪,通过试验得到不同组别料浆的剪切率-剪切应力流变曲线图,进而求得料浆相应粘度系数 和动态屈服应力 ,再根据浆体沿程阻力损失计算公式分别计算出不同流量料浆在不同的管径输送时的沿程阻力损失。结果表明,灰砂比1:4、浓度70%的料浆以流量90m3/h在管径D3=180mm输送时的单位沿程阻力值最小,其值为471.968Pa/m,可为矿山充填系统的设计提供依据。     

高浓度细粒级尾矿充填料浆管道输送阻力试验研究

为了准确确定甲玛铜多金属矿高浓度充填料浆管道输送沿程阻力损失,为矿山充填管道输送系统设计提供依据,根据甲玛铜多金属矿尾砂性质,采用进口流变仪测试了料浆流变参数。在此基础上,理论计算管道沿程阻力损失,并通过经验公式、数据对该结果进行校核,结果证明该方法对高浓度细粒级浆体的适用性。     

某铝土矿尾矿管道输送试验研究

为了研究某铝土矿尾矿赤泥泵压管道输送特性,针对不同浓度尾矿赤泥进行了浆体流变特性研究,并采用DN200管道进行了环管试验。结果表明,该尾矿浆黏度大、屈服应力高,属触变性浆体; 矿浆浓度、输送速度对浆体管道输送摩阻系数的影响显著。该尾矿赤泥适宜的泵压管道输送浓度为25%,该浓度下尾矿浆体屈服应力11.45 Pa、动力黏度21.33 mPa·s。当流速2.0 m/s时,25%浓度尾矿浆的摩阻系数为0.05,管道内输送阻力损失为0.54 kPa/m。     

鞍钢矿山全尾砂充填料浆输送特性L管试验研究

为了揭示鞍钢矿山全尾砂充填料浆的管道输送特性,基于流体力学中Bingham流体模型,结合鞍钢矿山充填系统,开展了L管充填料浆自流输送试验研究。通过胶砂比分别为1:6、1:8、1:10及质量浓度分别为66%、68%、70%、72%条件下的充填料浆管输特性的L管试验,分析了不同工况条件下的管道输送摩阻力试验数据。结果表明:料浆质量浓度比胶砂比对其屈服应力、黏率系数以及管输阻力影响显著;当料浆浓度达到70%和胶凝材料添加量为11%,管输阻力损失为7.02 k Pa/m,料浆自流输送的最大充填倍线为3.29。试验结果对鞍钢矿山的充填系统设计具有指导意义。     

高浓度全尾砂浆大垂高长距离管道输送阻力计算与工程实践

甲玛矿选矿厂至充填站的尾砂浆输送工况为向上垂直高度398 m、距离2.2 km，属于国内罕见的大垂高、长距离输送范畴，技术上存在较大难度，准确确定浆体管道输送沿程阻力损失是进行管道输送系统设计的关键。为克服目前采用环管试验测定管道沿程阻力损失方法耗时耗力、成本高的问题，首先采用旋转式流变仪测定了甲玛矿高浓度尾砂浆的流变参数，通过数据拟合确定了尾砂浆浓度在64%～68%时，其流变特性符合宾汉姆（Bingham）流体模型。其次利用该模型，结合白金汉（Buckingham）定理，在理论上推导了管流沿程阻力损失理论公式，并对甲玛矿不同浓度尾砂浆体管道输送沿程阻力损失进行了计算，论证了甲玛矿隔膜泵额定泵送压力为9 MPa时可满足泵送要求。最后通过对甲玛矿充填系统尾砂供料隔膜泵实际运行出口压力监测，并与理论计算结果进行了对比。研究结果表明，采用该计算模型对甲玛矿高浓度全尾砂浆输送具有很好的适用性，为管道输送设计提供了理论依据，对类似矿山具有重要借鉴意义。     

某铁矿充填管网延深参数优化研究

为减少某铁矿充填管道磨损、降低充填作业的堵管风险,达到优化井下管网的目的,通过全尾砂粒度分析、塌落度试验和L管流动性试验,对该铁矿充填料浆的流动性能进行了研究,确定了结构流态料浆浓度、流变参数,计算了结构流状态下料浆自流输送的沿程阻力,并得到了管网延伸的最优布设地点。研究表明：该铁矿全尾砂粒度较细,平均粒径为51.6 μm,72%～70%料浆塌落度为28.6～27.3 cm,屈服剪切应力τ0为3.690～1.471 Pa,黏性系数η为0.701～0.450 Pa·s。由试验过程及结果可确定充填料浆浓度为72%～70%时呈现结构流态。在上述分析的基础上,对深部矿体充填管网延深参数进行了优化,当料浆浓度为72%时,沿程输送阻力为1.420～1.893 kPa/m,充填天井布设范围应为631～673 m,此时结构流态料浆的自流输送可有效克服满管率低、管道磨损严重等不足。     

某矿山全尾砂似膏体料浆L管试验研究

某金矿目前采用立式砂仓自然沉降后的粗粒级尾砂进行自流胶结充填,充填效果不佳,拟采用全尾砂似膏体充填解决充填体泌水量较大、凝固时间长、强度低等问题。该矿全尾砂料浆达到膏体(似膏体)状态的质量浓度为72%~74%。管流阻力是充填料浆管道输送的重要参数,为探索该矿山全尾砂似膏体充填料浆的输送特性,开展了L管试验测定其管流阻力及流变参数。试验结果表明:该矿山全尾砂似膏体充填料浆在质量浓度72%~74%时具有一定的抗离析能力,工程上可实现长距离输送;随料浆质量浓度增加,流动阻力明显增大,料浆流速及可实现顺利输送的充填倍线减小;在管道内径100mm时,可实现顺利输送的充填倍线约为2.26~3.02。     

基于L型管道料浆输送性能试验研究

充填倍线是管道自流输送的重要参数。采用简单的L型管道,基于流体力学及浆体管道自流输送理论,研究不同配比、浓度的料浆与充填倍线及输送阻力间的关系。结果表明:相同配比条件下,充填倍线随浓度的增大而减小,输送阻力随浓度的增大而增大;不同配比条件下,当浆体浓度低于70%时,输送阻力随配比增大而减小,而浓度高于70%时,减小配比具有降低浆体输送阻力的效果。最后建立了4种配比情况下充填倍线与输送阻力的回归模型,研究结果可为矿山管道自流输送提供理论依据。     

基于微型塌落筒和稠度漏斗的膏体充填料浆流变参数预测研究

充填料浆流变参数的准确测定是合理评价其管道输送特性的关键，目前充填料浆流变参数主要采用流变仪测试，工程适用性较差。基于圆锥塌落筒模型和圆柱塌落筒模型，结合流变仪测试，对比分析了不同形状尺寸塌落筒测试屈服应力的准确性，确定了微型塌落筒最佳形状尺寸为柱形 100 mm×100 mm；在此基础上构建了屈服应力-塌落度关系模型，经验证在无量纲屈服应力范围为 0~0.1 时该模型可以准确计算料浆屈服应力；通过自制稠度漏斗测试充填料浆流出时间，探索流变仪测试塑性粘度与流出时间关系，结果表明相同质量浓度时，料浆流出时间与其塑性粘度呈负相关关系，料浆质量浓度变化时其流出时间与塑性粘度关系不明显。     

武里蒂卡金矿膏体充填料输送性能试验研究

膏体充填以其高浓度、无脱水、低水泥耗量等优势而广受国内外地下矿山的推崇,但同时也存在膏体输送管道阻力大、管道易堵塞的问题,为给矿山膏体输送系统提供设计依据,开展膏体充填料浆输送性能试验研究就显得十分必要。哥伦比亚武里蒂卡金矿拟采用全尾砂膏体充填,全尾砂膏体充填需求量60 m3/h～100 m3/h。本文通过坍落度试验研究分析充填料浆和易性并初步确定膏体态充填料浆的浓度范围,约为68%~70%。以此为基础,利用流变仪测试充填料浆的屈服剪切应力与黏性系数,计算得出管道单位长度充填料浆流动阻力,并结合矿山膏体输送条件,确定了武里蒂卡金矿的膏体输送参数。研究表明,充填料浆浓度宜选定66%~68%,推荐井下充填管道内径150 mm,相应膏体输送阻力2.69~5.74 kPa/m,采用10 MPa膏体输送泵可将充填料浆水平输送1.7~3.7 km,能够很好地满足矿山充填系统膏体输送的需求。膏体充填料浆输送性能参数及其确定方法可为类似地下矿山充填系统建设提供参考与借鉴。     

基于 L管实验的全尾砂膏体流变特性研究

膏体的流变特性是影响膏体管道输送的重要因素。为获取膏体充填料浆真实的输送流变特性，利用 L 管实验装置，基于宾汉塑性模型获得膏体料浆的屈服应力及塑性粘度，得到不同料浆浓度和灰砂比条件下的管道输送阻力和充填倍线。结果表明：料浆浓度和灰砂比的上升都会导致剪切应力的增加，充填倍线的降低，其中，料浆浓度是影响充填体流动特性的最关键因素，而灰砂比是影响膏体强度的关键因素，但是膏体浓度的影响也不能忽视。根据 L 管和强度特性实验结果以及一二步骤采场的强度和输送需求，分别推荐了采场最佳膏体配比。     

大屯锡矿尾砂膏体环管管输数值模拟研究

膏体管输沿程阻力是影响管道设计与采场充填质量的关键因素之一,本文采用fluent建立与实际环管实验系统一样的管道输送的几何模型,分析得到不同管线沿程阻力损失之间的关系以及膏体配比参数对沿程阻力损失的影响规律。 研究表明：膏体在管道中弯管处的速度和压力都发生急剧的变化,弯管外侧压力和速度明显大于弯管内侧,有着明显的梯度。在水平管段速度和压力在管道径向上存在明显的梯度,呈结构流的特点,分为柱塞流动区和边界层区域。在膏体管道输送中管道内膏体的速度和压力均存在着边界效应,随着流速的增大管输阻力增大;随着膏体质量浓度增加,沿程管道阻力损失变大;随着屈服应力与塑性粘度的增加沿程阻力损失也增大,获得了不同物料组成、管道内径、管流流速下水平段膏体压力损失,为大屯锡矿最终输送泵、充填管道选型提供了依据。     

某铅锌矿全尾砂充填料浆输送性能试验研究

充填料浆沿管道的输送阻力i与充填料浆自身的屈服剪切应力τ0、粘性系数η、充填料浆输送流速V及输送管道直径D有关。通过对某铅锌矿选厂全尾砂粒径、物理化学参数、沉降性能及塌落度等特性研究,选择不同浓度的选厂全尾砂进行充填料浆流动性试验。根据流动性试验结果,求得不同浓度全尾砂充填料浆流变参数,计算出全尾砂在不同浓度、不同流量及管径条件下,充填料浆管道流动阻力,从而得出可实现管道顺利输送的充填倍线。试验研究表明,决定输送阻力的两个关键因素分别为充填料浆浓度和输送管道内径,某铅锌矿选厂全尾砂充填料浆浓度为72%～74%、充填管径为150mm时,其输送性能最佳。     

粗骨料膏体充填料浆流变特性与管道输送阻力计算

通过粗骨料膏体充填料浆流动性及泌水率试验,测试了粗骨料膏体流动性及泌水率,确定了粗骨料膏体可实现管道输送的质量浓度范围,并理论分析建立了基于流变参数计算粗骨料膏体料浆管道输送阻力数学模型;同时,在可实现管道输送粗骨料膏体料浆质量浓度范围内,采用美国Brookfield公司的RST-SST型软固体流变仪测试了不同浓度、灰砂比条件下的粗骨料膏体料浆流变参数;结合管道输送阻力数学计算模型,计算不同浓度、灰砂比、管径及流量条件下的粗骨料膏体料浆管道输送阻力;最终根据计算结果及矿山生产情况,选取了最佳的粗骨料膏体料浆管道输送参数,为粗骨料膏体充填料浆管道安全、可靠输送提供了支撑。     

铀尾砂膏体充填材料的流动性能研究

对不同灰砂比、膏体浓度、减水剂含量的铀尾砂膏体充填材料进行了坍落度试验和粘度试验, 并结合CFD方法对铀尾砂膏体充填材料流动性能进行了数值模拟研究。试验结果表明, 铀尾砂膏体充填材料满足管道输送的最优配比为:质量浓度75%、灰砂配比1∶5、减水剂含量0.6%~4.4%; 最优配比下屈服应力53.96~131.38 Pa, 塑性粘度0.866~1.325 Pa·s。数值模拟结果表明, 铀尾砂膏体充填材料的管道阻力损失随质量浓度增加呈非线性增大, 随流速增加呈线性增大, 随管径增加呈非线性减小, 随管道弯曲半径增加呈非线性减小。     

煤矿高浓度胶结充填料浆流变特性试验研究

煤矿高浓度胶结充填材料由煤矸石、粉煤灰、水泥等材料混合而成,为得到充填料浆的流变特性,采用旋转流变仪,通过试验得到充填料浆的剪切速率-剪切应力流变曲线图,经回归分析确定了料浆的屈服应力和粘度系数,确定了流变模型和流变方程。分析了流变参数随时间的变化规律,得到了管道输送阻力损失算式,单位长度的管道输送阻力损失是管道内径、料浆输送剪切速率和时间的函数,分析结果可以为充填系统的设计提供技术参数和依据。     

不同减水剂对某矿高浓度充填料浆输送性能影响研究

本文采用聚羧酸减水剂、萘系减水剂和三聚氰胺减水剂，通过实验分析不同减水剂及添加量对充填料浆塌落度及扩展度的影响，将测得的塌落度值与Murate模型理论相结合，计算料浆屈服应力。结果表明：当加入0.05%的聚羧酸减水剂，料浆的屈服应力从接近400 Pa降为小于60 Pa，有利于管道输送，继续增加聚羧酸减水剂为0.2%时，料浆开始发生离析；加入萘系减水剂的料浆，当添加量为0.5%时，料浆的屈服应力小于60 Pa，流动性达到最优，继续加入萘系减水剂对充填体强度带来负面影响。加入三聚氰胺减水剂的充填料浆，减水剂的最优添加量为0.5%，小于0.5%时，无法满足自流输送的要求，大于0.5%时，将影响高质量料浆的形成。综合三者的屈服应力及经济成本分析，聚羧酸减水剂的使用效果要优于萘系减水剂及三聚氰胺减水剂，更有利于改善料浆的流动性。     

管道输送高浓度全尾砂充填料浆的阻力损失研究

以地下矿山超大规模充填开采的发展趋势为背景,采用Fluent-3D工程流体力学软件,构建充填倍线为3,5,7的三维自流输送模型,通过数值模拟实验,研究浓度为70%、72%、74%的全尾砂充填料浆在直径为100~200 mm管道中输送时的阻力损失规律。结果表明,高浓度全尾砂充填料浆管道输送阻力损失与管径呈指数函数减小的变化关系,当管道直径小于150 mm时,阻力损失随管径的变化率较大,管道直径大于150 mm时,阻力损失随管径的变化率明显减小;随着水平管道长度的增大,阻力损失线性增大,而充填倍线对高浓度全尾砂充填料浆水力坡度的变化率几乎没有影响;阻力损失随料浆浓度的升高而增大,料浆浓度越高,阻力损失随管径的变化率越大;增大管径可降低浓度对输送阻力损失的影响,大直径管道输送高浓度全尾砂料浆具有良好的可行性。