金川矿山混合充填料浆环管试验系统与管输特性研究

料浆流变特性是影响管道输送的重要因素,其流变参数是进行料浆管道输送阻力分析的重要指标。针对金川矿山充填材料的复杂多变性,开展了多种混合充填料浆流变特性研究和管输阻力因素分析。首先,简要介绍了金川矿山充填料浆管道输送的环管试验系统及检测技术;然后,概述了金川矿山充填料浆环管试验的部分研究成果。通过分析不同条件下的充填料浆管道输送试验成果,揭示了多种混合充填骨料粒径级配、料浆浓度、管道流速和水灰比对管输阻力的影响规律。最后,给出棒磨砂集料的高浓度充填料浆优化配比,为金川矿山安全、高效和高浓度充填法采矿奠定了基础。     

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。     

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。     

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。     

金厂河多金属矿充填料浆长距离反坡输送研究

为了保障金厂河多金属矿D采区安全可靠的长距离反坡输送,通过开展充填料浆扩展度试验和流变试验,测试了不同浓度及灰砂比条件下的充填料浆流变参数。基于充填料浆管道沿程阻力理论公式和数值模拟耦合分析,计算了管道输送阻力和充填工业泵出口压力,进而确定了D采区合理的充填工艺参数。根据矿山D采区充填管网工程条件,制定了相适配的充填管道输送方案,实现了D采区膏体充填料浆安全、高效泵送充填。     

矸石似膏体充填料浆临界流速影响因素研究

为探究矸石似膏体料浆在管输过程中的流变参数的影响因素,以公格营子矿矸石似膏体充填料浆为工程背景,使用CRT流变仪测试了不同浓度、矸石颗粒粒径下的矸石似膏体充填料浆的流变参数,运用流体力学和粒状物输送水力学分析了矸石颗粒在似膏体料浆的受力情况,运用Fluent软件对管道输送过程中不同流速、矸石粒径以及料浆浓度下的料浆流动状态以及粒子运动轨迹进行了模拟验证。结果表明,矸石似膏体料浆的矸石颗粒粒径大小和浓度会影响料浆的塑性粘度和初始切应力,进而对管道输送的临界流速产生影响。具体表现为在管输过程中,矸石粒径为15mm、20mm、较5mm和10mm更易下沉,料浆浓度达到76%时,料浆初始切应力增幅会出现急剧增加,随着料浆浓度增大,管输过程中矸石颗粒更不容易沉降。     

高浓度充填料浆输送管道压力监测研究

针对高浓度充填开采过程中输送管道容易出现堵塞、压力失稳等问题,开展了充填料浆流变试验,开发了简易管道压力监测系统,在故障高发管道所属区段设置了监测点,实现了管道压力实时监测,分析了管道压力与不同充填工艺参数间的关系,得到了料浆在管内输送过程中的绝对压力及其压力降。结果表明：相比与充填流量的弱相关性,距离钻孔底部200 m处的管内压力与充填浓度表现为强相关性,其随浓度的改变而变化,具有高灵敏性和即时性的特征;充填管道压力监测点的绝对压力及料浆在单位长度管道输送过程中的压力降均非定值,故压力预警值的设定需根据充填采场位置变化而动态调整。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

高温环境下料浆大流量输送管流特性研究

为分析大流量管道输送过程中温度上升对料浆管流特征的影响,得出高温环境下料浆最佳输送管径及初始流速等参数,建立了充填料浆输送L管模型,基于流变试验获取料浆塑性黏度和屈服应力,利用COMSOL数值模拟软件分析了高温环境下不同温度、管径以及初始速度对应的管流速度场特性。结果表明：随着温度升高,充填料浆屈服应力以及塑性黏度随之降低;在弯管与水平管相接处,流态不稳定,料浆速度层出现较大变化,由塞流推进转化为速度自上而下递增的流动模式,易造成堵管、爆管;温度提高会导致中心最大流核区面积减小,温度为40、50、60 ℃时,最大流核区径向长度分别为0.09、0.07、0.05 m,减小率为22.2%,最大流速随之增加,当温度为40 ℃时,径向最大流速为2.978 m/s,温度增加至60 ℃,最大流速增大至3.135 m/s;随着管径增大,塞流最大流速区面积增加,管径为200 mm、240 mm时,最大流速区径向长度分别为0.1 m、0.12 m,最大流速随之减小,管径自200 mm增大至240 mm,最大流速由2.977 m/s变为2.876 m/s;随着进口速度增加,料浆中心最大流速区域增大,对塞流区域面积大小影响较小。基于上述试验成果,为减少输送阻力损失,提高矿山效益,建议矿山输送料浆参数选取温度40~50 ℃,管径200 mm,初始流速2.5 m/s。上述分析可为矿山充填设计及进一步研究管道输送流态问题提供一定的理论依据。     

张庄铁矿充填尾砂流变特性实验研究

研究了不同浓度浆体的流变特性, 总结了其变化规律, 根据流变特性计算管道输送的水力坡度和充填倍线, 为管道自流输送充填奠定理论基础。     

充填料管道输送减阻试验研究

根据浆体的流变特性推导了管道输送阻力公式。采用在管壁处高剪切区注入少许水改变管壁处的综合粘度, 以低粘流体的剪切变形代替高粘浆体的剪切变形达到减阻的目的, 通过试验对比, 减阻效果达10%左右。本研究对深井全尾砂充填法的推广具有重要意义。     

充填料浆瞬时流速过大导致管道堵塞的原因分析

针对充填管道易发生堵塞,对悦洋银多金属矿发生的一次典型事故进行研究。根据流速—流量公式、动量定理及两相流紊流特性,发现料浆瞬时流速过大是导致充填管道堵塞的重要因素。研究结果表明,瞬时流速过大,充填料浆中水的紊流特性将发生突变;管道内壁磨损将加剧,脱落的碎屑会混入料浆;管道内壁冲击将加剧,不平整度增大,固体颗粒与内壁碰撞几率增加。多种影响因素互相叠加,料浆中固体颗粒悬浮平衡将遭到破坏,导致颗粒沉降,进而堵塞充填管道。因此,控制充填料浆流量在110m3/h以内,严格检测二次利用的充填管道内壁平整度可有效预防此类充填管道堵塞事故再次发生。     

安庆铜矿井下充填管网优化的研究

本文根据安庆铜矿井下充填管网现状,结合西部马头山矿体和东部东马鞍山矿体的开拓及开采的延伸,对全矿各采区充填管网充填料浆输送参数进行了分析计算;进而对全矿充填管网进行了优化布置;提出了针对具体情况的降低管道输送阻力及压力的措施。