煤矸石胶结充填管路输送不满管流及其防治方法研究

煤矸石胶结充填料浆质量浓度高,若管路布置和管输参数不合理,充填过程中容易发生不满管流及管路输送故障。为了探究煤矸石胶结充填管路输送不满管流产生的原因与危害,提出相应的防治对策,结合矸石高浓度充填料浆管路输送的实践,建立了泵送充填管路输送模型;基于浆体管道输送基本理论,研究了充填不满管流的产生原因,提出了不满管流状态的理论判别式;根据不满管流输送过程中浆体的运动特征,探讨了不满管流对管路输送系统的危害;结合实例分析提出了不满管流输送状态的防治途径。结果表明:影响充填料浆输送状态的主要因素有充填流量、管道的几何参数和布置方式、料浆的流变特性和密度。输送过程中,充填料浆及输送参量匹配不合理,在垂直钻孔管顶部,高浓度料浆将出现拉断现象,由连续体变为不连续体,导致了管道输送的不满管流状态。随着浆体拉断区的进一步发展,垂直钻孔管上部出现空管段,并呈现一定的真空度,处于负压状态,浆体由固、液两相流状态转变成固、液、气(汽)三相流。浆体状态的变化,恶化了充填管路输送的稳定性,对管路输送系统产生明显的影响和危害:"水锤"冲击作用、对管壁的冲蚀磨损、水平管道振动、料浆发生淤积堵塞、损害充填泵。为了避免管路...     

充填料挤压输送泵的研究

充填料挤压输送泵是一种用于矿山充填的专用设备。与矿山自流输送充填料工艺相结合，利用充填管路中垂直管（或斜管）内充填料浆自重和浆体沿管壁的屈服应力，将输送泵安装于充填管路中的适当位置，可将充填料浆输送到远距离的采场。与传统的混凝土泵相比，充填料挤压输送泵具有原理独特、新颖，技术先进，没有分配阀，结构简单等优点，是解决矿山充填料远距离输送难题的有效设备。     

冬瓜山铜矿全尾矿输送技术研究

尾矿输送一直是大充填倍线充填矿山的难点,因此,通过对全尾砂料浆的环管试验,不同料浆浓度和不同流量(流速)和不同灰砂比料浆的多次输送试验,研究全尾矿料浆输送规律,分析试验结果,可以为提高充填质量,消除充填管路堵塞,加大尾矿充填量,降低充填成本寻找出一条新路。     

矿用浆料气力泵扬固性能试验研究

:针对高井深充填系统垂直管道落差大,充填输送管道非满管状态会造成管道内壁的加速磨损与破坏问题,计算分析了垂直管道非满管高度的影响因素,研究了高井深充填垂直管道非满管的形成机理.以安徽某铁矿为研究对象,开展了全尾砂充填料浆配比优化、井下充填输送管道压力监测,并在此基础上提出了充填料浆的流速与压力调控技术.结果表明:(１)垂直高差提供的静压头大于系统输送所需的沿程阻力时,膏体料浆加速导致管内出现负压,从而在管内产生空气柱,流速进一步增快加剧了管道内部的磨损与破坏;(２)已投产管道系统可以通过料浆改性、增加料浆阻力及改变垂直管道直径来提高满管率;(３)沿程阻力随着输送流量呈先减小后增大的趋势,且随着流量的增大,其最低点出现在 ２５０~２６０ m３/h 范围内,建议该矿料浆输送流量范围为２５０~２６０m３/h;(４)变径管路直径越细则充填竖管的满管率越高,变径管路长度与满管率成正比,直径为３０ mm、长度为２m 时,充填竖管的满管率达到８７．６６％.变径管路在水平管道安装的位置变化对竖管的整体满管率影响较小.     

基于半工业环管试验的充填料浆输送压力损失预测模型

充填采矿法是保证深部矿产资源安全开采的主要方法。千米深井充填面临的低倍线、高流速、大管压等问题凸显，充填工艺系统设计中充填管路的科学布置是主要难点，只有准确掌握充填料浆的输送压力损失情况，才能进行合理的充填管网布局设计。传统的充填料浆沿程压力损失数据通过半工业环管试验得到，存在劳动量大、试验效率低、数据量有限等问题。结合新一代人工智能技术，采用随机森林机器学习算法，对半工业环管试验数据进行分析建模，预测输送压降损失。通过3种算法模型的对比，证明了随机森林算法模型预测压降的可行性，可用于辅助充填工艺设计。     

金川二矿区深部开采充填管路设计优化

金川二矿区深部开采工程纵深达1 000 m左右,充填料浆需从地表搅拌站经管道自流输送至700 m中段各生产水平,充填系统管路设计是深部开采的重要保障。针对深部开采各个充填管路方案预设计工程量、钻孔和管线的长度、高差,分析对比了充填倍线,运用Surpac软件进行方案模拟,确定出1 350,1 150,1 000 m 3个转段水平和四级钻孔设计方案,在避开了F_1、F_(16)断层带,减少工程量的同时,确保了充填料浆自流输送合理倍线值为2～5.5,满足56万m~3/a的充填能力,充填管道采用金属耐磨管,延缓了管道和钻孔磨损,为类似深部开采矿山充填系统管路优化提供了借鉴。     

充填倍线对浆体管道自流输送的影响

针对充填料浆在管道自流输送过程中所出现的问题,通过应用浆体管道输送的水力学特性理论推导、数值模拟和现场实际观测等技术手段,深入分析了充填倍线、垂直高差以及充填料浆出口速度三者之间的关系。推导出料浆在相同充填倍线条件下出口速度与进出口垂直高差的关系式,并验证了其正确性。最终得出结论:1)充填倍线一定时,料浆出口速度随着垂直高差的增大而增大;2)垂直高差一定时,料浆出口速度随着充填倍线的增大而减小。     

低倍线高浓度充填料浆增阻圈增阻减压研究

深井开采矿山,由于充填倍线较小,垂直管段产生的势能大于沿程阻力损失,将产生剩余压头问题。剩余压头导致系统无法满管输送,加剧充填管壁磨损,导致管道输送处于极不稳定的状态,使充填系统无法正常运行。因此,开展低倍线高浓度充填料浆增阻圈增阻减压研究,实现深井充填系统的满管流输送,对于降低管道冲击磨损、保障矿山正常生产,具有非常重要的工程意义。     

变径满管流系统垂直管道最大安全高度的确定

深井充填管道充填料浆自由下落会对管道产生严重的破坏,而满管流输送可以大大降低料浆对管道的冲击磨损和管道所受的压力.理论分析与研究表明,管径的变化对充填料浆的水力坡度具有很大影响,因此采用变径管有助于深井充填实现满管流输送.在深入分析变径满管流输送系统水平管部分料浆压头损失的系统曲线和垂直管能量的"泵"曲线的基础上,从理论角度得出了满管流系统垂直管道最大安全高度,进一步从管道额定压力角度综合分析得出了垂直管道极限高度的计算公式,为深井矿山充填系统的设计提供了理论依据.     

深井充填料浆改性调压输送技术试验研究

针对千米以深充填竖管低倍线、高压头料浆输送存在的管道底部压力大、磨损严重、存在爆管隐患等问题,结合"十三五"国家重点研发项目考核指标要求,提出利用改性剂实现料浆的全程降压输送。其主要思路是在料浆的制备端添加低密剂,低密剂在料浆中产生致密均质气泡,并使得料浆的密度降低,由此实现充填料浆的改性调压输送。料浆中气泡的存在势必将降低充填体强度。因此需在管道末端对料浆消泡,并加入增强剂,以此来恢复或提高充填体强度。料浆的低密试验和增强试验主要从料浆比重与充填体试块强度两个方面进行研究,根据试验结果,结合经济效果分析,最佳的改性剂配方方案为每立方充填体中,低密剂A1∶低密剂B∶增强剂C∶增强剂D=1∶0.25∶2.2∶3.2。研究成果为下一步现场工业试验奠定了良好基础。     

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。     

膏体充填料浆管道自流输送分析及管线布置

自流充填具有充填效率高、工艺流程简单等优势,但膏体充填料浆由于浓度高,管道输送阻力大,易发生堵管等输送风险,因此,膏体充填料浆自流充填难度大。为了使膏体充填料浆实现安全可靠的自流充填,简化充填工艺流程,节约充填成本,本文以探究膏体料浆自流充填的可行性、确定膏体充填料浆自流充填条件为研究目标,通过试验确定合理的充填工艺参数,从而制备了均质性较好的膏体充填料浆,计算了膏体充填料浆在管道输送中的阻力,论证了膏体充填料浆自流输送的可行性,确定了膏体自流充填最大允许倍线。并根据膏体充填料浆的基本参数,结合膏体料浆管道输送的特性及井下实际生产情况,优化了充填管道布置。经生产实践验证,膏体充填料浆的自流充填能力由原先的50m~3/h提高到了110m~3/h,且生产运行过程中,膏体充填料浆管道输送系统稳定可靠,料浆管道输送流畅,能够满足膏体充填料浆自流输送需求,极大提高了充填效率,简化了充填工艺流程。     

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%。     

戈壁集料自流输送试验研究

为了研究以戈壁集料为主体的充填料浆的自流输送特性,以戈壁集料、粉煤灰、水泥为充填材料配制成料浆,对充填料浆进行了L型管道输送试验,通过管道输送阻力损失及充填倍线分析,结合矿山的实际情况,推荐了满足自流输送要求的充填配比。研究结果可以为矿山充填设计提供理论依据。     

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。     

基于CFD-DEM的水下清淤机器人吸泥管道流场分析

基于DDPM的CFD-DEM耦合数值分析方法,研究了自行式水下清淤机器人在不同工作俯角、泵流量条件下吸泥管内泥沙颗粒的流动状态。仿真结果表明,不同工作俯角下,低功率工况会引发吸泥管道堵塞趋势; 泥浆流经弯管处所产生的二次涡流会加剧管壁磨损,导致动能损失,从而影响输送效率。     

充填管道堵塞的事故树分析

充填管道的稳定性是充填系统安全运行的关键,而充填管道堵塞是料浆输送过程中发生最为频繁的事故。为合理分析充填管道堵塞的直接原因和间接原因,在综合分析充填管道堵塞事故的基础上,运用安全系统工程中的事故树分析法,建立了充填管道堵塞事故树模型。通过分析和计算事故树的最小割集、最小径集和基本事件的结构重要度,找出了导致充填管道堵塞的主要因素。结果表明：导致充填管道堵塞的路径共有落入异物、格筛破损、管道内径不当等22条,预防充填管道堵塞的途径共有合理控制料浆配比、规范相关设计、消除管理缺陷等4种;水泥用量不合理、料浆配比不合理、弯管较多等16个因素是导致充填管道堵塞的最重要因素。事故树分析法能对导致充填管道堵塞的各种因素及逻辑关系做出全面的阐述,并根据结构重要度提出针对性的防治措施,为充填管道的安全管理提供了可靠的参考依据。     

充填料浆自流输送管道磨损机理研究

为解决矿山充填管道磨损严重而影响充填系统的稳定性的技术难题,采用现场调研、理论分析和数字模拟等方法对深井充填管道磨损机理进行了深入研究。研究确定了钻孔管道的主要磨损形式,利用控制变量法定量分析了不同影响因素对管道磨损的影响程度。提出了计算垂直钻孔管道中自由下落段高度的方法,建立了料浆对钻孔入口以及底部直角弯管的冲击力与磨损量的物理力学模型,确定了相关磨损位置的磨损区域大小。从动量、能量以及料浆相变理论等多角度探讨了充填管道的磨损机理,优化了管壁单位面积耗能量的计算式,提出了垂直钻孔自由下落段空气区内气体循环流动概念,并建立气体流动物理模型。     

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。     

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。