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%。     

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。     

不同角度弯管输送料浆不淤流速的研究

为了研究煤矸石充填料浆在不同角度弯管中不淤流速的变化, 采用Fluent软件模拟了充填料浆在管道内的输送过程, 分析了煤矸石料浆在各角度弯管中的流速特征、管道出口截面处的矸石颗粒沉降状况, 由此得出了不同入口速度下料浆在不同角度弯管中的不淤流速。结果表明, 料浆在75°、90°和105°弯管中的不淤流速分别为1.8 m/s、1.7 m/s和1.5 m/s, 即料浆的不淤流速随弯管角度增大而减小;弯管角度越大, 料浆在弯管中的阻力作用越小, 则料浆流速越快, 使得矸石颗粒的沉降有所缓解。     

三山岛金矿高质量浓度充填料浆流动特性及管道阻力研究

三山岛金矿西岭矿区由于充填倍线高及料浆质量浓度高,导致料浆输送困难,通过开展流变、L管自流及半工业加压环管试验,对该矿高质量浓度充填料浆流动特性及管道输送阻力进行相关研究.研究结果表明:充填料浆在质量浓度为７４％~７６％,灰砂比为１∶４的条件下达到膏体状态;由 L管自流试验可知,随着料浆质量浓度的增加,料浆屈服应力、塑性黏度及流动阻力明显增加,输送倍线减小,而随着灰砂比的降低,料浆屈服应力降低、塑性黏度增加,但流动阻力降低,导致料浆流速增加,输送倍线增加;充填料浆沿管道的输送阻力与充填料浆屈服应力、塑性黏度、输送流速及输送管道直径有关;通过半工业加压环管试验,管道压力损失与灰砂比、质量浓度和泵送流速均呈正相关,在灰砂比为１∶４、料浆质量浓度为７６％且流速最大(１．５ m/s左右)时管道压力损失最大,直管压力损失为４．３２４Pa/m.     

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。     

尾砂胶结充填料浆输送管道阻力及磨损分析模拟研究

采用计算流体动力学数值模拟软件CFD,依据某金矿井下管道实际布置情况,遵循质量、能量以及动量守恒定律,建立了ANSYS三维数值计算模型。设定充填料浆的灰砂比为1∶5和1∶10,充填料浆质量浓度分别为68%、70%、72%,开展了充填输送管路的速度、阻力以及磨损数值模拟试验。结果表明：直管中速度最大处位于管道中心,而弯管中速度最大处位于管道外侧;随着充填料浆质量浓度增大,管道阻力损失也随之变大。当灰砂比为1∶10,充填料浆质量浓度为72%时,管道阻力损失为19.86 MPa;随着流速的增大,冲蚀磨损率也在逐渐增加,尤其当速率大于6 m/s后,冲蚀磨损率急剧增加,并且因为惯性力作用,冲蚀磨损主要发生在管道外侧部分,数值模拟规律与现场实际相符。     

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。     

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。     

粉煤灰充填材料管道输送弯管局部阻力数值模拟

采用Fluent(3D)从充填材料浓度、细矸石率、流速、管道内径及弯管曲率半径等5个方面对粉煤灰充填材料弯管局部阻力进行了数值模拟。结果表明:弯管局部阻力随充填材料浓度、细矸石率及流速的增加呈多项式规律增加,随管道内径和弯管曲率半径的增加呈多项式规律减小。不同因素对局部阻力影响程度的主次排序为:浓度管道内径细矸石率流速弯管曲率半径。研究结果为实际工程中的粉煤灰充填材料的配比及管道输送参数优化提供了参考。     

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。     

某铁矿管道自流输送分析及管道磨损研究

对某铁矿充填系统的管流输送进行了输送参数确定及管道磨损研究,采用经验公式得出料浆临界流速及运输管道的临界管径,并运用Fluent进行数值模拟分析,找出料浆在输送过程中对输送管道磨损较为严重的部位。结果表明,铁矿料浆质量浓度62%~68%时,临界流速0.806~0.831 m/s、输送管道直径0.207～0.209 m条件下可实现自流输送;料浆流动过程中速度与压力最大值集中在管道中心线附近,但在各拐点处的管段料浆流速与压力会产生突增,且最大值在拐点内侧管壁;在拐点后一段管道内料浆流速与压力值先增大后减小,最大值由靠近下管壁逐渐回到管道中心线附近;整个输送管道中磨损较为严重的部位出现在弯管内侧及其接下来的一段管道的下管壁。     

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。     

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。     

基于小型环管试验的膏体管道输送阻力特性研究

为研究膏体管道输送过程中的阻力特性,自主设计研发了一套小型闭路环管试验装置,开展膏体料浆在不同流速、质量浓度和平均粒径等工况条件下的环管试验,并利用灰色关联法分析各因素对管道输送阻力的影响强弱。结果表明,管道输送阻力对膏体质量浓度的变化最为敏感,管道输送阻力随质量浓度增加呈指数增长;膏体流速对管道输送阻力的影响仅次于质量浓度,管道输送阻力随流速增加呈线性增长;膏体平均粒径对管道输送阻力的影响有双重性,随着平均粒径增大,管道输送阻力呈先减小再增大的变化趋势。研究结果可为膏体充填输送系统的合理设计及优化布置提供理论支撑。     

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。     

基于ANSYS FLOTRAN的管道输送参数优化

分别从料浆浓度、输送流速、管道直径3个方面建立不同有限元模型,对管道输送的参数进行对比分析。分析结果表明：78%的料浆浓度为充填管道输送的最大浓度;深井充填时,小直径充填管有利于充填料浆满管输送,同时应加厚充填弯管处的内壁。     

基于ANSYS的充填管道系统优化模拟

以玲珑金矿东风矿区充填管道系统为研究对象,运用ANSYS有限元软件中的FLUENT模块,分别从料浆浓度、输送速度、管道直径等3个方面建立了不同的模拟模型进行数值模拟研究,并对该矿区现有的充填系统进行了模拟验证。结果表明:1料浆浓度对管道压力的影响并不明显,全程最大输送速度均出现在管道转弯处;2输送速度对管道运输的沿程阻力损失影响较大,流速越大管道阻力损失也越大;3管道直径对管道阻力损失的影响最为显著,但在一定范围内管径对管道阻力损失的影响较小。基于上述结论,针对东风矿区现有充填系统的实际情况,提出了相应的管道系统优化布置方案,为确保该矿区安全生产提供参考。     

细粒尾矿充填料浆的流变性及充填能力研究

以某铁矿细粒尾矿为充填骨料,系统研究了不同浓度充填料浆的塌落度和流动性变化规律,测定了不同浓度充填料浆的粘度和屈服应力。研究结果表明,料浆浓度是影响料浆流动性的关键因素,料浆存在一个临界浓度,料浆浓度大于该临界浓度后,其流动性会急剧降低。对于所用细粒尾矿充填料浆而言,其临界浓度为63%左右;为了保证料浆的流动性,充填料浆浓度应控制在63%以下。采用宾汉姆流体理论,计算了不同浓度充填料浆的管道输送阻力损失及在不同管径下的输送能力。结果表明,在相同充填倍线下,料浆浓度和充填管道直径是影响充填能力和流动速度的主要因素;为保证不同浓度料浆的充填能力,应选择适宜的充填管道直径。