深井充填管道输送系统减压技术探讨

随着社会需求越来越大,深井矿山的挖掘也越来越普遍,在深井矿山中,充填采矿法应用也越来越多。在深井矿山的充填采矿过程中,难度最大的不是采矿技术,而是充填法料浆对管道的磨损问题。因此,本文就深井充填管道输送系统减压技术进行探讨,提出相应的解决措施,以期能为实际施工提供参考依据。     

考虑管壁滑移效应膏体管道的输送阻力特性

为研究膏体管道输送阻力特性,针对膏体管道输送的结构流特点,将管道内膏体流区划分为柱塞流动区、剪切流动区和滑移流动区。根据流体力学理论建立考虑管壁滑移效应的膏体管道输送阻力模型,推导基于倾斜管试验的膏体流变参数计算方式,通过测定倾斜管不同倾斜角度α下的管道流速v计算管道屈服应力τ0和塑性粘度η,并在此基础上自制试验装置。针对谦比希铜矿充填物料基本特性,通过正交试验研究浓度、灰砂比和尾废比对管道摩擦阻力的影响,并根据响应面分析多因素之间的交互作用,得到各因素对管道摩擦阻力的影响顺序由大到小依次为灰砂比、尾废比、浓度。研究结果是膏体管道输送阻力特性理论与实践研究的有力补充。     

膏体充填管道流量在线检测系统

随着科技的发展,充填采矿在采矿中占的比例越来越大。为了更好地对膏体充填过程进行控制,实时监控物料的使用情况,准确计量充填材料的使用量,使操作员可以实时掌握膏体充填运行过程中物料的使用量以满足井下的要求,减少充填材料的浪费以减小煤矿的投资成本,应实时检测充填过程中管道内的膏体流量,实现对膏体充填过程中膏体流量的在线监控,以提高膏体充填过程的可控性。运用超声波检测实现了对膏体充填管道流量的在线检测。     

全尾砂膏体管道输送壁面滑移减阻模型

为定量表征全尾砂膏体管道输送过程中壁面滑移效应的减阻效果,基于膏体柱塞流动模型和H-B流变模型推导出考虑壁面滑移效应的管道阻力公式。滑移层厚度可根据尾砂平均粒径、膏体体积浓度和极限体积浓度进行计算。当H-B流变模型退变为宾汉流变模型时,考虑壁面滑移效应的管道阻力公式由小于1的无量纲系数对目前广泛使用的白金汉公式进行修正得到,修正系数与管道直径和滑移层黏度正相关,与滑移层厚度和膏体黏度负相关。工业环管试验结果表明,白金汉公式的压降预测值比实测值平均大36.6%,壁面滑移减阻模型的压降预测值比实测值平均大14.4%,壁面滑移减阻模型预测结果偏保守的原因是未考虑膏体触变性的影响。     

含硫高黏性三相流态充填浆体管道输送性能

为解决新桥矿含硫全尾砂浆体黏度大、易结块以及管道输送性能差的问题,将发泡技术引入全尾砂胶结充填配浆实验中,研究灰砂比、质量分数和气泡率的变化对浆体流变性能的影响。基于Fluent的充填管道输送流速和压力变化模拟,对三相流态充填体的输送性能进行分析。结果表明:灰砂比为1:6、质量分数为72%、气泡率为20%时,三相流态充填浆体较同配比不含气泡的两相流态浆体泌水率降低29%,黏度降低17%,管道沿程阻力降低25%。气相成分的加入在降低含硫高黏性充填浆体的剪切应力和塑性黏度以及改善其管道输送性能和提升管道输送效率方面具有显著的优越性。     

绿色开采与膏体充填

阐述了绿色开采与膏体充填的关系,介绍了国内膏体充填的发展状况,提出了进一步推广膏体充填的一些思考和建议。指出在新的形势下,矿山企业要实现可持续发展,必须走绿色发展的道路。     

膏体输送水平悬臂管道不同流速下的三维非线性振动分析

充填管路末端水平管段的振动会极大地影响充填效果和充填效率,针对这一问题,为探究管道振动状态随管内膏体平均流速变化的规律,结合现场实际,构建管道振动分析模型,建立了水平输送管段的三维非线性振动控制方程组。采用伽辽金法和Runge-Kutta法进行数值求解,得到了输送管道自由端的动力学响应,并通过时间历程图、分岔图、相平面图和运动轨迹图进行呈现。结果表明:管内膏体无量纲流速u_f在增大的过程中存在一个临界流速u_cr,且两个方向上的临界流速不同,η₁方向上u_cr=10.55,η₂方向上u_cr=0.001。当u_fcr时,管道最终会稳定下来;当u_f>u_cr,管道自由端会发生颤振失稳,其运动形式表现为周期振动和概周期振动,且随着u_f的增大,管道的振动幅度也会不断增大。     

膏体料浆管道输送中粗颗粒迁移的影响因素分析

含粗骨料的膏体充填料浆在管道输送时存在粗颗粒沉降堵管和管壁磨损严重的问题,但常规的管道输送实验方法难以获得粗颗粒在管道截面上径向迁移的影响因素。以颗粒在黏塑性流体中的运动规律为基础,结合膏体充填工艺的实际情况,采用数值模拟研究膏体料浆流变参数对粗颗粒迁移的影响。针对实际生产中管道直径与粗骨料颗粒直径之比λ相对较小,在颗粒-流体耦合分析时可将粗骨料颗粒视为宏观颗粒,采用宏观颗粒模型(MPM)进行数值模拟。以Bingham流体的无量纲数,即塑性黏度雷诺数Rep、宾汉姆数Bi为定量评价指标,分析充填料浆的屈服应力、塑性黏度对粗骨料颗粒迁移的影响。结果表明,对于剪切流动区域内的粗骨料颗粒,其径向迁移量与屈服应力值和宾汉姆数Bi呈反比、与塑性黏度值呈正比,在一定的黏性效应下与塑性黏度雷诺数Rep呈正比。     

输送管道

一、大型无缝管的生产周期式或旋转锻压式无缝管生产方法,始于十九世纪的最后二十五年。由于用较高级金属生产较优质钢管的需求一直在增长,这种方法多年来仍然在发展,并继续着。周期轧管法最大的优点之一是它的灵     

全尾砂戈壁集料膏体充填粒级优化

拜什塔木铜矿位于新疆戈壁,矿山多年来采用无底柱分段崩落留矿采矿法进行回采,造成大面积地表塌陷。矿体顶板围岩为含细粉砂泥岩,泥质含量高、矿岩破碎、遇水泥化,导致矿体及围岩稳定性差。经过现场调查,针对拜什塔木铜矿存在问题,推荐选用膏体充填技术,但该全尾砂粒度细、且含大量粘土矿物,造成全尾砂制备的膏体存在凝结性能差、充填强度低等问题。研究从粘土矿物、戈壁集料堆积模型及膏体动态抗离析性能等角度,分析骨料级配及最大粒径对充填强度影响,推导并验证粗粒级膏体动态抗离析系数f及其增强措施,确定全尾砂添加戈壁集料的最大粒径d_(max)。通过对戈壁集料粒级的调整,在满足膏体充填假底强度4~5MPa前提下,控制充填成本,满足矿山安全、环保、经济的回采要求。     

采用优质膏体充填 建设高效绿色矿山

近年来新发现和探明的某铜矿资源量大、品位较高、易选,但地表覆盖农田,有许多工业设施及村落,系综合开采条件极为复杂的三下开采矿床。该文针对该矿床资源特点、开采技术难点,制定采矿技术方针,研究在可靠保护地表设施的同时,尽量提高资源利用率的措施。经技术经济比较,采用安全可靠、经济合理的充填采矿方法,配套高质量膏体充填工艺,并用概率积分法和FLAC3D数值软件等进行岩石力学论证,分析保护地表的可靠性。设计充分利用井下生产和基建产出的废石及选矿厂尾矿作为充填料,不但提高了充填质量,还大幅减少了地表用地及堆放场地,在有效保护地表设施和生态的同时,使矿石回采率达到91.98%,贫化率控制在10.42%。实现以设计为源头,为建设高效、和谐、绿色矿山奠定了基础。     

关于浆体管道输送设计优化的探讨

对浆体管道输送设计中遇到的问题进行了探讨,提出设计优化的思路,并经过实践表明其设计优化的必要性和可行性。     

基于CFD的充填管网参数优化及输送特性

为优化充填管网参数及研究充填料浆管道输送特性,考虑将充填倍线N、充填管径D、质量浓度c3个影响因素进行正交设计并进行计算流体力学(CFD)试验,之后对试验结果进行极差、方差及回归拟合分析,并结合数值分析方法探讨最大流速的预测计算模型。结果表明:影响沿程阻力损失、影响最大流速的敏感性、显著性皆为DcN,且3个因素均为显著因素;得到最佳充填倍线N为3.0～4.0,质量分数c为65%～68%,充填管径D为110～120mm,再经筛选剩下5组合适参数。研究3个因素变化对沿程阻力损失、最大流速的影响,并建立一个反映三因素下最大流速ν_(max)的综合数学预测模型,并利用这5组对其验证,模型计算值与试验模拟值差率都在15%以下,证明预测模型有效。     

粗骨料高浓度充填料浆的管道输送模拟及试验

为了研究粗骨料高浓度充填料浆管道自流输送问题,根据金川矿区的实际充填管路利用Gambit建立三维管道模型,依据料浆自身的特点以及结构流理论,在Fluent(3D)求解器中进行数值模拟。通过对不同浓度及不同流量情况下管道阻力损失的分析以及对弯管处压力的分析,获得在满足强度和高浓度的前提下的最佳料浆输送浓度为78%~79%,最佳流速为90 m3/h。同时,通过坍落度试验以及工业试验对数值模拟的结果进行验证。结果表明,粗骨料高浓度料浆管道输送模拟是可行的,研究结果为矿山应用粗骨料高浓度充填提供了理论依据。     

云南某铜矿全尾砂膏体充填系统设计实践

云南某铜矿区内保有铜矿石量4118.20万t,含铜金属量44.57万t,平均品位1.08％,设计二期产能118万t/a,为大型规模.采用罐笼竖井+平硐+辅助斜坡道联合开拓,采矿方法采用无轨铲运机出矿为主的中深孔阶段空场嗣后充填法和浅孔留矿嗣后充填法,矿山尾矿库剩余库容不足150万m3,且无持续增容和新建尾矿库条件,要实...     

基于BP神经网络的浆体管道输送系统故障诊断

在浆体管道输送系统中,受设备成本、安装难度等因素的限制,往往安装的测量仪表较少,从而导致可测变量偏少,且变量之间存在非线性关系,难以建立精确的数学模型,给故障诊断带来很大困难。通过MATLAB神经网络工具箱构建BP神经网络,利用离线数据对网络进行训练,将训练好的BP网络应用到浆体管道输送系统故障诊断中,有效地实现了两种典型故障的诊断。     

养护压力对膏体充填体强度影响规律及机理分析

为了模拟与现场膏体充填体(CPB)较为相近的养护环境,分析养护压力对其强度的影响机理,以某铜矿全尾砂为研究对象,研究养护压力和养护时间对膏体充填体强度的影响规律.采用扫描电镜观察膏体充填体的微观结构,并对扫描电镜图像进行二值化处理,应用分形理论从定量角度对其机理进行分析.结果表明:随着养护压力的增加,膏体充填体的强度呈...     

膏体泵送特性及减阻试验

基于管流流动基本理论，对金川有色金属公司充填膏体的水平环形试验管路流动阻力进行了理论分析。为了检验理论分析结果的正确性和试验外加剂在减少膏体泵送阻力的作用，在现场约90m的水平环形管路中进行了由混凝土泵驱动的充填膏体输送阻力试验。 结果表明：该充填膏体可以划归为宾汉姆流变体，用基于宾汉姆流变体理论的公式能够预计膏体输送过程中的泵压损失；提供试验的泵送外加剂能够显著地降低膏体的泵送阻力。     

基于CFD的充填管道固液两相流输送模拟及试验

为解决和睦山铁矿充填料浆的管道自流输送问题,采用固液两相流理论和计算流体动力学(CFD)方法,建立充填料浆在管道中自流输送的两相流控制方程;利用Gambit构造实际管道的三维网格模型,在Fluent的3D解算器中进行数值模拟。通过分析管道输送的阻力损失和弯管部分的受力情况,获得料浆输送的最佳浓度和流量。料浆坍落度试验、自然沉降试验以及现场工业输送试验验证了数值模拟结果的可靠性。研究结果为该矿即将投入使用的永久充填系统运行参数的选取提供了重要的依据。     

废石-尾砂高浓度料浆管道输送特性模拟

废石-尾砂高浓度充填是解决矿山废尾排放的最有效途径,也是实现绿色采矿的主体支撑技术之一。管道输送特性作为高浓度料浆管道输送的核心内容具有重要的研究意义。本文将矿山实际充填管路进行还原,应用Fluent软件进行输送模拟研究,重点以速度、质量浓度对管道自流输送特性及弯管部位的影响进行分析。结果表明:随着速度的增加,管道的阻力损失呈指数增长,弯管底部受到的压力最大。当料浆速度达到2.8 m/s,料浆浓度为85%时,浆料无法自流;当料浆速度超过3.0 m/s时,阻力损失增长变快;当料浆速度达到3.2 m/s,料浆浓度达到84%时,浆料无法自流,也会出现滞留现象,造成堵管。适合高浓度管道自流输送的料浆浓度为83%～84%。通过半工业实验及矿山实际阻力监测,验证了数值模拟结果的可靠性。