武山铜矿全尾砂膏体流变特性试验研究

为研究武山铜矿全尾砂膏体的流变特性,通过开展不同配比充填料浆的坍落度、稠度和分层度试验,采用 Brookfield R/S 流变仪测试充填料浆的流变参数,并根据膏体流变参数与管道输送阻力的数学模型确定管道输送参数。结果表明 ：充填料浆的坍落度随灰砂比和重量浓度的增加而减小,当浓度超过 74% 时充填料浆的坍落度急骤下降,重量浓度为 76% 充填料浆的坍落度在 20.4~25.62cm 范围内,已达到膏体状态 ;充填料浆的稠度和分层度均随重量浓度的增加而减小,灰砂比的影响不明显,重量浓度 72%~74% 范围内充填料浆稠度均大于 10cm,浓度 70%~76% 范围内充填料浆的分层度均小于 2cm ;充填料浆的屈服应力随灰砂比和重量浓度的增加而增大,当浓度超过 74% 时,料浆的屈服应力急剧增加 ;充填料浆的临界流速随浓度和灰砂比的增加而减小,沿程阻力损失随充填流量和灰砂比的增加而增大 ;推荐充填料浆重量浓度为 72%~74%,充填流量控制在150 m3/h 左右,最大沿程阻力损失为 3.53kPa/m。     

深井似膏体充填管道输送特性研究

基于某金属矿深井开采充填料浆管道输送系统运行的工程实例,对充填料浆管道输送的动力学过程进行模拟分析。采用GAMBIT建立超深、超长似膏体管道输送二维动态模型,在此基础上运用FLUENT双精度解算器进行分离隐式模拟。研究结果表明:管道输送的阻力损失值小于重力产生的压力,可以实现自流输送;充填料浆在工作流速为3.06 m/s,自流输送的条件下,在弯管处得到最大速度4.10 m/s,水平段最大速度3.91 m/s,均满足稳定性要求。通过残差曲线监测所有相关变量的完整数据,证明模拟结果可靠,由此分析得出充填料浆管道输送系统安全可靠。     

全尾砂膏体搅拌剪切过程的触变性

膏体触变性是一种复杂的流变现象,涉及到膏体的搅拌制备、管道输送、采场流动等多方面,但是对膏体的触变性机理目前还缺乏统一的认识,对全尾砂膏体处置技术中出现的各种与触变性相关现象还难以解释.针对全尾砂膏体搅拌剪切过程中的触变行为,对某尾矿全尾砂膏体在不同条件下进行流变测试,研究全尾砂粒级、膏体中固相质量分数、水泥添加量、静置时间等因素对膏体触变的影响规律,分析全尾砂膏体触变行为及其对全尾砂膏体稳定性能的影响.研究结果表明,全尾砂颗粒以三维网状结构弥散于浆体空间,其触变性与屈服应力及膏体料浆稳定性相关,受到料浆中超细成分、灰砂比、固相质量分数等影响,膏体触变特征可划分为剪切破坏及静置恢复两个过程,其流变特性具有随时间而变化的特点.      

全尾砂高浓度胶结充填的环管试验

为探明全尾砂高浓度充填料浆的灰砂比、浓度和流速对管道阻力的影响规律，预测工业充填管道阻力，开展中试规模环管试验。根据管壁切应力与剪切速率关系建立管道阻力预测模型，利用灰关联法分析各因素对管道阻力的影响强弱，通过线性回归获取料浆流变参数。结果表明，管道阻力对料浆浓度的变化最为敏感，随浓度增加成二次函数增长。料浆流速对管道阻力的影响仅次于浓度，层流输送时管道阻力随流速增加成线性增长。灰砂比对管道阻力的影响有双重性，灰砂质量比小于1∶8时胶凝材料的黏结作用占主导并增加管道阻力，反之胶凝材料的润滑作用占主导并降低管道阻力。环管试验得到的料浆流变参数明显小于流变仪测试结果且更接近工程实际，管道阻力预测模型的误差小于10%。      

磁化水对膏体料浆管道输送摩阻损失影响试验研究

为了探究磁化水对膏体料浆管道输送流变性能的影响,基于自制的L型斜管试验装置,运用正交试验设计法进行了不同磁化条件下膏体料浆自流输送室内物理模拟试验,对试验结果进行优化组合筛选。结果表明：在适宜的磁化条件下,磁化水能够有效改善膏体料浆流变性能,降低料浆屈服应力和塑性黏度,提高膏体料浆管道输送可靠性。与空白组对比,当磁感应强度B=200~300 mT,磁化时间T=15~25 min,水循环流量为0.5~1.5 L/s时,膏体料浆摩阻损失最小,屈服应力降低8%~20%,塑性黏度降低12%~35%。     

全磷废料高浓度充填两相流环管试验研究

为了获取不同浓度的磷石膏充填料浆在管道输送过程中沿程阻力的变化趋势,采用剪切流变试验和环管试验对磷石膏充填料浆的流动性能进行研究。结果显示：磷石膏充填料浆沿程阻力随浓度的增加呈梯度增长,且浓度越高阻力增长越快。在既有充填管网和充填配比情况下,当磷石膏充填料浆管输流量低于190 m³/h时,50%～54%质量浓度的充填料浆沿程阻力变化不大,充填料浆质量浓度可提高至54%进行管道输送。鉴于充填管网的复杂性、弯头和坡度等均会导致充填管道输送总阻力损失的增加,充填系统设计须留有余量。     

充填料浆沉降规律研究及输送可行性分析

通过分析充填料浆在管道自流输送系统中的运动形式与充填骨料固体颗粒的沉降规律,得知充填料浆能否稳定地输送到采空区跟输送速度及水平管道的长度有关.结合孙村煤矿的煤矸石似膏体充填料浆的特点,利用Fluent流体分析软件对料浆的管道输送过程进行了模拟,并从理论上分析了以煤矸石作为主要骨料的似膏体利用管道自流输送的可行性.模拟分析表明,料浆的自流压差能够克服在管道自流输送过程中的沿程阻力损失,并且在3.82 m/s的水平管道输送速度下,料浆垂直脉动速度分量38.3 cm/s大于煤矸石的干涉沉降速度0.99 cm/s,因此,似膏体能够自流输送到采空区.     

金川全尾砂膏体物料流变特性的研究

金川公司是中国较早试验研究和生产应用管道输送胶结充填料浆进行井下充填的企业,1975年进行浆体管道输送试验时发现了高浓度料浆的管道输送特性,而后设计和建立了高浓度料浆的管道重力输送充填生产系统,20世纪80年代末期又开始试验研究新一代高浓度充填工艺－全尾砂膏体泵送系统,该项研究对多种物料组分的全尾砂膏体料浆进行了管流特性和流变特性的测试与研究,为膏体泵送系统的设计提供了可靠的依据,经过10多年的努力,现已建成尾砂膏体泵送系统,本重点介绍全尾砂膏体物料流变特性的检测方法,试验内容和取得的初步成果。     

膏体充填管道冲洗技术研究及应用

应用膏体充填技术,对管道内粘结膏体及残渣的冲洗是关键的环节,本文对管道冲洗技术进行了研究,开发应用了满管自流冲洗技术,实现了对管道内粘结膏体及残渣的高效冲洗,保证了膏体料浆输送畅通,防止了管道内膏体粘结和膏体料浆输送意外事故的发生.     

全尾砂胶结充填体的强度敏感性及破坏机制

以大冶铁矿全尾砂为原材料,采用水泥为胶结材料制作全尾砂胶结充填体,采用单因素五水平设计试验,研究了全尾砂胶结充填体强度与料浆中固相质量分数、灰砂配比及龄期之间的关系,并对敏感性进行了分析.胶结充填体强度随着料浆中固相质量分数的增加遵循指数函数增长,随灰砂配比的增加呈线性增长,随龄期增加遵循指数函数的增长,其中胶结充填体强度对龄期的敏感性最高,料浆中固相质量分数次之,灰砂配比最弱.胶结充填体抗压破坏试验结果显示,充填体的破坏经历了四个阶段,分别为微裂隙闭合阶段、线弹性阶段、微裂纹扩展阶段及裂纹贯通破坏阶段.      

深井开采膏体充填管线磨损机理研究

会泽铅锌矿开采深度超过1 000 m,属深井开采。主要采用膏体充填处理采空区,由于长时间膏体料浆摩擦管壁,管线磨损严重甚至磨穿管壁,导致部分浆液外淤,管道卸压会导致堵管事故的发生,堵管次数随着管线的磨蚀呈上升趋势。通过研究发现,影响管线磨损的因素包括固体颗粒粒级组成、形状、浆体的性质、粘度、流速及管材质量等。在充填过程中,通过对提高膏体浓度、增加管线输送阻力和改变尾砂粒级组成等进行分析,结合现场实验,提出了合理解决管线磨损和延长管线寿命的一系列措施,取得了较好的效果。     

三轴应力下颗粒流失对断层破碎带凝灰岩渗流特征的影响

地下工程施工过程中,处于三向应力状态的断层破碎带凝灰岩在流固耦合作用下发生颗粒流失,继而诱发断层带破碎岩石结构失稳,最终导致断层突水灾害发生。基于此,开展现场断层取样,利用破碎岩石三轴渗透试验系统,研究三轴荷载下不同粒径级配试样颗粒流失规律,进而分析颗粒流失对孔隙结构与渗流流速时变演化规律的影响。研究结果表明:（1）不同三轴应力下,破碎凝灰岩颗粒流失质量与时间满足指数型函数关系,两者间相关系数不低于94%。颗粒流失质量与轴压和围压成反比,且轴向位移越大,颗粒流失质量随围压减小的幅度越小;（2）渗透过程中0～60 s间的孔隙率增长较快,孔隙结构的渗流演变过程与粒径级配有关,随着n (Talbot幂指数) 值的增大,孔隙率整体增大,n值相同时,孔隙率随轴向位移与围压的增大而减小,且孔隙率量级为0.33～0.52;（3）由于试样内部颗粒规律性流失,破碎凝灰岩渗流流速时变演化过程可划分为“平稳渗流、渗流流速突增和近似管流”三个阶段,围压为0.8 MPa时各阶段流速整体大于围压为1.4 MPa时对应阶段的流速。平稳渗流阶段历时短,流速低,其发生次数随n值增加而减少;渗流流速突增阶段流速猛增达到峰值;近似管流阶段保持较高流速,虽然偶尔产生波动,但整体相对平稳。研究成果可为断层突水灾害演化规律研究提供理论依据。      

考虑固壁作用力的微可压缩流体纳微米圆管流动分析

针对流体在纳微米尺度下的流体流动规律不符合泊肃叶规律的理论依据不足的难题,研究了纳微米圆管中流体的流动,将流体的微可压缩和固壁对流体的作用同时考虑进来,并将固壁对流体的作用采用固壁作用力的形式引入到流体力学方程,采用涡函数流函数将方程解耦,并用正则摄动法求得一阶精度的压力和速度的解析解.结果发现:固壁作用力导致零阶径向压力的出现,一阶压力的增强和一阶速度的降低;量纲一的体积流量偏离了不可压缩流体的体积流量,偏离效应受流体的微可压缩性和固壁作用力的共同影响.体积流量在同尺度下偏离泊肃叶流动的流量大小随着可压缩系数和流体中和壁面产生作用的离子浓度增大而增大,随着纳微米圆管管径减小而增大,纳微米圆管管径低于某一尺寸时,流体将不能流动.通过研究表明:纳微米尺度下产生微尺度效应的原因是流体的微可压缩性和壁面力的共同影响.      

充填料浆流动温变性研究

为解决矿山充填料浆堵管事故频发的问题,以具有代表性的不同配比充填料浆为研究对象,通过安东帕MCR102高级流变仪获取并分析相关数据,重点研究了充填料浆的温度对高浓度充填料浆流变特性的影响,探索温度变化对充填料浆流动性能的影响.研究结果表明:(1)高浓度全尾砂充填料浆的流变性能会随着料浆的温度变化而发生变化;(2)随着温...     

Interaction of Particles and Near-Wall Lift in Slurry Pipelines

In pipeline transport of slurries, it is desirable that the solid particles should be suspended by the fluid phase. Within the body of the flow, turbulent diffusion promotes suspension, but this mechanism is not effective near the lower boundary. Under certain conditions, near-wall fluid lift can provide the necessary support for the particles. The Kutta-Zhukovski equation is used to relate the lift force to the shape of the fluid velocity profile. Comparison with experimental findings shows that this lift may be associated with profiles of solid concentration that show a decreased concentration as the bottom of the pipe is approached. Observed reductions of pressure gradients result from this “off-the-wall” lift force. In certain instances, the slurry pressure gradient is found to be less than that for the “equivalent fluid,” with favorable implications for pipeline economics.     

焦家金矿料浆输送过程中破管原因及解决办法

在许多充填采矿法矿山中，都应用管道输送料浆，在开采深度逐渐增大后，由于料浆的自然压力随之增加，而在井下一般用耐压为１ＭＰａ的塑料管。当料浆的自然压力大于塑料管的耐压值后，便可使塑料管破管，从而使生产中断，浪费大量水泥、尾砂，并造成井下污染。本文分析破管原因及解决这一问题的方法，可作类似矿山借鉴。     

环缝气流冲击雾化制粉喷嘴流场特性的仿真研究

分析了一种环缝气流冲击雾化制粉喷嘴的结构和工作原理, 并对该雾化喷嘴模型进行了流场分布数值仿真, 研究了不同进气压力和窄缝倾角对流场速度分布的影响。研究结果表明, 从进气管入口到气流冲击雾化喷嘴出口, 加速气流速度保持最大值不变, 在距进气管入口中心线上80 mm位置之后逐渐减小; 随着进气压力的增加, 气流冲击雾化喷嘴出口速度表现出明显的增加趋势, 且仿真结果与理论计算结果误差在10%范围以内。随着窄缝倾角的增加, 负压涡流逐步向进粉管靠近, 回流区、分离区和混合区的最大速度值表现出单调增加的变化规律; 综合考虑气流冲击效果和喷射速度, 确定最优的窄缝倾角50°~60°。