高浓度全尾砂充填料浆临界输送流速研究

以某地下矿山超大规模充填开采发展趋势为背景,结合矿山环境保护的迫切需要,充分考虑粒级组成、料浆黏度、料浆与载体密度、物料密度、管径、管壁粗糙度、管道安装质量、物料加权平均沉降速率等复杂因素,以管道输送阻力损失最小为原则研究高浓度全尾砂充填料浆在不同直径管道内的临界流速,构建高浓度全尾砂充填料浆临界输送流速模型,分析管径和浓度对临界输送流速的影响规律。经验证,高浓度全尾砂充填料浆临界输送流速模型的计算结果可靠,模型计算得出的临界输送流速随管径、浓度等因素的变化表现出明显的规律性。研究结果表明：随着管径的增大,高浓度全尾砂充填料浆临界输送流速呈按幂函数增大的变化特征;随着浓度的增大,高浓度全尾砂充填料浆临界输送流速呈按三次多项式减小的变化特征。     

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。     

浓度对大直径管道内料浆输送特性的影响

以大直径管道输送超细全尾砂胶结充填料浆技术为研究对象,构建大直径输送管道三维模型,基于三维单精度解算器Fluent-3D中Reliable k-epsilon模型,研究大直径管道内浓度对超细全尾砂胶结充填料浆输送特性的影响。结果表明,在充填倍线为3的条件下,灰砂比为1〖DK(〗∶〖DK)〗6的超细全尾砂胶结充填料浆在200 mm直径管道中输送时,在弯管下部内侧管壁位置出现空蚀区,随着浓度的增大,空蚀区范围先增大,后趋于稳定;随料浆浓度的增大,浓度小于64%时,管内料浆平均流速线性增长,料浆浓度大于64%时,管内料浆平均流速先增大后减小;随着料浆浓度的增大,浓度小于68%时,料浆在管内流动的压力损失以较大速率增长,浓度大于68%时,料浆流动的压力损失增长缓慢。研究认为,66%浓度为200 mm直径管道输送超细全尾砂胶结充填料浆的最佳输送浓度。     

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。     

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。     

基于昆阳磷矿二矿充填材料特性试验研究

为避免充填料浆管道输送过程中造成爆管、堵管等事故,通过测定昆阳磷矿二矿尾砂性质,开展塌落度试验及半工业输送试验,研究了全尾砂不同工况下充填料浆的阻力损失,并反演出了多因素条件下可实现自流输送的充填倍线。结果表明:在同一灰砂比下,充填料浆流动阻力与管道内径呈负相关,跟流量呈正相关;当充填流量为100 m³/h时,推荐内径为150 mm的管道,阻力为1.67～4.4 k Pa/m,料浆流速为1.57 m/s,且不同灰砂比下质量浓度为68%的充填料浆可以流经的倍线试验值大于8,与理论计算值相符。     

全尾砂高浓度充填料浆自流输送系统特性分析及设计

本文参照矿山实例,应用试验室测定的不同浓度及配比的全尾砂料浆的塌落度及管道输送料浆流速和流变参数,对全尾砂高浓度输送系统的各种特性参数进行了分析计算,确定了深井矿山充填系统的输送浓度、流速、输送管径和可实现顺利输送时的充填倍线等参数,为类似矿山充填自流输送系统设计提供参考。     

全尾砂充填料浆管道阻力损失探究及优化

充填采矿技术因其自身的特点，在矿山领域得到了大力推广，确定合理的充填料浆配比方案和充填系统管道输送技术参数，是确保整个充填系统能够安全、高效和稳定运行的重要前提。以唐山某铁矿为例，选择灰砂比1∶8的充填料浆为试验对象，以140 mm、160 mm、180 mm、200 mm、220 mm、240 mm、260 mm为试验管道直径，分别配比浓度为68%、70%、72%、74%的充填料浆，对充填料浆管道阻力损失影响因素进行分析，并对其进行优化。研究结果表明：管道阻力损失与管径呈反比例函数关系，料浆浓度越高，管道阻力损失越大；管径增大到240 mm和260 mm时，管道底部料浆流速过快，会加速底部管道磨损；为实现矿山生产中的采充平衡，建议该矿山输送管径为200 mm或220 mm，料浆输送浓度为70%。     

全尾砂充填料浆管道阻力损失探究及优化

充填采矿技术因其自身的特点，在矿山领域得到了大力推广，确定合理的充填料浆配比方案和充填系统管道输送技术参数，是确保整个充填系统能够安全、高效和稳定运行的重要前提。以唐山某铁矿为例，选择灰砂比1∶8的充填料浆为试验对象，以140 mm、160 mm、180 mm、200 mm、220 mm、240 mm、260 mm为试验管道直径，分别配比浓度为68%、70%、72%、74%的充填料浆，对充填料浆管道阻力损失影响因素进行分析，并对其进行优化。研究结果表明：管道阻力损失与管径呈反比例函数关系，料浆浓度越高，管道阻力损失越大；管径增大到240 mm和260 mm时，管道底部料浆流速过快，会加速底部管道磨损；为实现矿山生产中的采充平衡，建议该矿山输送管径为200 mm或220 mm，料浆输送浓度为70%。     

超细全尾砂料浆在大直径管道中流动特性研究

均质流在圆管中层流运动时,流速呈旋转抛物面分布;紊流运动时,流速特征符合七分之一指数分布定律。超细全尾砂胶结充填料浆物理性质复杂,在管道内的流动特征受管径等边界条件影响较大。使用Fluent-3D中欧拉模型,模拟研究充填倍线为3的条件下,不同浓度超细全尾砂料浆在大直径管道中满管自流输送时管道横断面上的流动特征。研究结果发现,灰砂比为1∶6的超细全尾砂胶结充填料浆在管道中易形成均质流,在管道横断面上流速沿轴线近似对称分布;料浆浓度为64%时,200mm管道输送的超细全尾砂胶结充填料浆为牛顿体;料浆浓度为68%时,呈现伪塑性体的流动模式;料浆浓度为72%时,呈现屈服伪塑性体的流动模式。就大于2.9m/s的高流速区域宽度而言,64%浓度料浆最大,72%浓度料浆次之,68%浓度料浆最小。     

考虑壁面滑移效应的充填料浆管道输送阻力研究

为了探究壁面滑移效应影响下的充填料浆管道输送阻力的变化特征，建立了考虑壁面滑移效应的管道输送模型，利用Comsol数值模拟软件分析了料浆浓度、管径及灰砂比对管道阻力损失的影响。研究表明 ：①模型计算结果的相对误差在合理范围内，该模型用来计算考虑壁面滑移效应的充填料浆管道输送阻力是可靠的；②考虑壁面滑移效应的情况下，各因素对管道阻力的影响程度依次为管径>质量浓度>灰砂比，管径 增大，壁面剪切作用力减小，颗粒迁移运动变缓，滑移效应减弱，管道输送阻力降低幅度减小；③在不同浓度范围内料浆滑移层厚度的主控因素不同，导致输送阻力随浓度增大的幅度不同；④灰砂比较低时，管道输 送阻力的增长速率较低，随着灰砂比增大，管道输送阻力快速增大。以冀东地区某矿山为研究背景进行了数值模拟，得到充填料浆管道输送的最佳参数为质量浓度66%、68%，灰砂比1∶8。     

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%。     

某铜矿充填料浆L型管道自流输送研究

为了研究分析四川某铜矿充填料浆的输送性能,为矿山充填管网系统设计选型提供理论计算依据,试验选取尾矿库尾砂和普通硅酸盐水泥作胶结充填材料,对不同配比、不同浓度的充填料浆进行L型管道输送模拟试验。通过试验研究得到了管道各组段料浆流动性的技术参数,包括屈服剪切应力值和黏滞系数等。通过理论计算确定了不同料浆流量、输送管径情况下产生的管道单位长度流动阻力和允许的充填倍线,最后综合分析研究了流变参数、黏性系数、充填料浆输送流速及输送管道直径对流动阻力和充填倍线的影响。     

全尾砂料浆管道输送阻力损失影响因素敏感性分析

充填料浆管道输送是充填采矿工艺的重要环节,为了研究不同因素对充填料浆管道输送阻力损失的敏感性,以管道阻力损失为指标,采用正交设计方法设计试验,通过Fluent双精度求解器进行模拟计算,探究料浆质量浓度、流速以及管径对阻力损失的影响程度。结果表明:影响管道输送阻力损失的敏感性顺序为:管径质量浓度流速;管径的影响最为显著,因此,矿山在充填系统设计和优化中,应充分考虑输送管径的影响,适当增大管径减少料浆管道输送阻力损失,以保证矿山充填系统安全高效运行。     

高浓度全尾砂料浆管道输送数值模拟研究

高浓度全尾砂胶结充填采矿法在地下黑色金属矿山中应用广泛,高浓度全尾砂胶结充填料浆管道输送技术是研究该采矿方法的重要内容。以吴庄铁矿高浓度全尾砂胶结充填开采为背景,根据该矿山需要达到的充填能力,选择内径为90 mm、113 mm和122 mm的充填管道,采用双精度流体力学软件fluent-2ddp研究高浓度全尾砂料浆在充填管道内的流动状态。根据矿体的赋存状态、矿山生产规模和充填料浆的性质,构建管道输送系统数值模型。设定管道入口和管壁的边界条件,进行料浆输送过程的数值解算,分析解算结果。研究结果表明,与90 mm和122 mm管道输送相比,113 mm管道输送料浆的压力损失和流速最合理;料浆在弯管内侧流速骤增,且显著大于外侧;料浆流速在管道断面上近似抛物线分布,最大流速位于管道中心的上方。     

L型充填管道料浆输送压力损失及优化研究

全尾砂料浆管道输送作业中，料浆管道底部磨损问题比较严重，极大地影响了料浆管道的使用寿命。结合唐山某铁矿全尾砂料浆L型管道充填现状，以L型管道输送压力损失最小为原则进行研究，选择灰砂 比为1∶4、1∶6、1∶8，配比浓度为54%、58%、62%的充填料浆作为试验对象，以3、5、7 m/s为料浆流动速度，采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件，基于3D数值模型计算了管道直径为70、80、90、100 mm 4种情 况下的压力损失，分析了压力损失的影响因素并进行了优化研究。结果表明：管道直径越大，45°截面的压力越大，L型管道压力损失与管道直径呈二次多项式函数关系，管道直径减小到70 mm或增大到100 mm，都会 加速L型管道底部的磨损。为延长矿山L型管道服务时间，最大限度减轻管道底部磨损，建议该矿山L型充填料浆输送管道直径取85 mm，料浆流速3 m/s，灰砂比1∶4，质量浓度64%。     

凡口铅锌矿高浓度尾砂充填材料特性试验研究

针对凡口铅锌矿目前充填浓度低,生产成本高,尾砂利用率不足等问题,研究了不同充填材料的配比参数,分析了不同条件下料浆流动性变化规律和管道输送阻力特性。结果表明,为满足采场机械化开采需要,采场浇面充填宜选择分级尾砂作为骨料,灰砂比为1∶4,质量分数为76%,充填体强度R3≥3.0 MPa;非浇面充填可选择混合尾砂作为骨料,灰砂比为1∶4,质量分数为70%,充填体强度R28≥3.0 MPa。充填料浆采用内径130 mm管道输送,流量为60 m~3/h时,分级尾砂料浆和混合尾砂料浆管道输送阻力分别为1.77 MPa/km和1.97 MPa/km。基于矿山现有充填管网系统及管道参数,采用高质量分数充填时,管网系统充填倍线均小于料浆自流充填倍线,均可实现自流输送。     

基于环管试验的高浓度料浆输送性研究

通过环管试验对高浓度全尾砂充填料浆管道输送过程进行模拟,研究了对全尾砂高浓度料浆的输送性能。通过对不同浓度料浆的流动性、泌水性、沉缩性进行研究,界定高浓度料浆的浓度范围,从而确定试验对象。基于环管试验直接测取的阻力损失参数,进行理论分析和数据处理,获得料浆的流变参数,结合拟合分析和流体力学基本理论推导出经验公式,用于阻力损失参数的预测,拓宽了环管试验的应用范围。     

龙桥铁矿全尾砂料浆流动阻力及流变参数试验研究

全尾砂充填法采矿是建设绿色矿山有效方法之一。采 用宾汉流变模型对全尾砂浆体的流动阻力及流变参数进行 了计算分析,对充填系统进行了室内相似模拟试验,对全尾 砂材料不添加胶凝剂和添加胶凝剂两种情况进行了流动阻 力及流变参数的计算分析。试验研究表明:屈服剪切应力 τ0 过大时,管道输送料浆的过程中静摩擦力将增大,导致流 变阻力增大。流变参数和黏性系数η 与料浆浓度及有无添 加剂有关,当添加胶凝剂、料浆浓度超过70%,管径为100~ 180mm 时,无法实现料浆自流;当浓度为68%、管径为100~ 130mm 时,可以实现料浆自流;当浓度为64%、管径为100~ 180mm 时,可实现料浆自流。