矸石膏体充填管道压力在线监测研究与实践

 矸石膏体充填输送管道是采空区矸石膏体充填系统成套设备的重要组成部分,由于输送管道的管线长、流速不匀且含有大颗粒煤矸石（最大粒径25mm）等因素影响,在充填过程中极易造成充填体离析、管道堵塞、凝结等问题,严重影响输送管路的安全运行。我们通过对输送管路沿线的压力实时在线检测,及早发现管路堵塞故障位置或预警管道破损位置,以便采取措施避免事故扩大。由于矸石充填管道内膏体压力检测属于非常规检测,输送介质为不均质体,完全不同于一般的均质管道,如燃气、石油管道。岱庄煤矿矸石膏体充填管道压力在线监测研究是通过具备压力监测的堵管卸料阀门和特殊设计的硅压力传感器将信号快捷的转换,并传输到计算机系统,完成不均质矸石膏体充填系统压力的实时在线监测。     

煤矿膏体充填管路压力监测系统的开发应用

煤矿膏体充填开采是解决"三下"压煤行之有效的开采手段。然而,由于充填管路长等因素易造成管道堵塞、凝结等问题,严重影响输送系统的运行安全。因此,对膏体充填系统工作状况的监测,尤其是管路压力的监测就显得尤为重要。针对上述问题,研发了一种适用于煤炭井下环境、运行稳定的充填管路压力监测系统,工业试验成功,具有一定的推广应用前景。     

基于ANSYS FLUENT的超深井长距离膏体充填管道输送模拟研究

为研究超深井长距离膏体充填管道自流输送问题,根据云南某矿山实际充填管路采用Gambit建立三维数值模型,用ANSYS FLUENT软件进行数值模拟计算,以水平管道和弯管为例研究了不同配比、浓度和流量下的管道压力、流速变化规律和管道阻力损失之间的关系。通过井下工业环管的压力监测系统,统计分析矿山井下实际管道压力监测值,井下实际监测结果和采用ANSYS FLUENT软件三维数值模拟研究结果较为接近,表明ANSYS FLUENT软件模拟超深井长距离膏体充填管道输送是可行的,研究结果可为矿山实现超深井、长距离、大倍线条件下膏体充填管道输送提供技术支持。     

煤泥管道输送压力损失特性的试验研究

针对高浓度膏体状煤泥管道输送流动规律不确定的现状,进行了工业级循环管道输送试验,对浓度为75%煤泥的管道输送特性进行了研究.试验发现,煤泥在管道中呈结构柱塞形式运动,管道输送阻力比传统浆体管道输送阻力大1～2个数量级.管线压力沿管道近似呈线性分布,单位长度输送摩阻与平均流速成正比例关系.     

基于电阻应变片的膏体充填管道流量检测

提出一种基于压差理论的新型流量检测方法。在对充填膏体流变特性研究的基础上,分析管道输送阻力与膏体流速的关系,设计了基于压差法的膏体充填管道流量检测实验,并且通过实验对压差法测管道流量的正确性进行了验证。该方法实现了充填管道内膏体流量的精准测量,并对管道压力进行实时监测,防止堵管和爆管事件发生。     

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。     

矸石膏体充填管道安全输送压力预警系统研制

借助KJ216煤矿顶板压力在线监测系统和自主研制的液压控制卸料阀门及MPM480型压阻式压力传感器,研制了管道压力预警系统,实现了管道沿线压力实时监测及管路堵塞早期预警。结果表明：通过采用RS485传输监测分站与主站通讯,主站与地面服务器采用光纤传输,压力数据能在一个充程内及时更新,并通过自动控制实现管道阀门自动卸料,实现了长距离管道的安全输送。     

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。     

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。     

谦比希铜矿膏体充填关键技术及效益分析

针对谦比希铜矿西矿体复杂难采情况,结合物料特性,选用一段浓密、二段搅拌和柱塞泵输送的膏体充填工艺,形成了尾矿深锥浓密防压耙技术、深锥底流浓度与膏体制备质量智能控制系统、絮凝剂溶液的制备与添加自动控制系统、考虑管道滑移效应的管道输送摩阻计算新模型、低强度膏体充填多步骤回采贫化损失指标控制关键技术、膏体充填管道压力在线监测预警系统六大关键技术,并分析膏体充填技术为矿山带来的直接经济效益,同时结合间接经济效益、安全效益和环保效益分析得出了综合效益。实践表明,谦比希铜矿膏体充填系统工艺先进,可以产生良好的经济效益和环境效益,对类似矿山工程有一定借鉴意义。     

煤泥体积模量测试及在长距离管道输送中的应用

为了实现大流量、长距离煤泥输送管道在电厂锅炉燃烧发电中的应用,解决输送过程中存在的膏体返流和管道冲击振动的问题,采用定义法设计了表征煤泥膏体弹性特征的体积弹性模量的测试装置,并利用该装置对煤泥膏体进行了体积弹性模量测试,研究了压力和质量浓度等参数与煤泥膏体体积弹性模量的关系。对测试装置进行了误差分析,并得出了测试误差随着压力的变化规律,最后对某电厂煤泥管道输送系统进行了返流量预测。结果表明,煤泥膏体体积弹性模量随着其质量浓度的降低而减小,并随着压力呈非线性变化,当压力较小时,体积弹性模量随着压力上升而急剧增大;当压力超过10 MPa时,煤泥膏体体积弹性模量在某一稳定值上下小范围的波动,该稳定值随浓度的变化而变化。     

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。     

膏体浆料管道自流充填新技术试验

本文介绍了采用新型管道输送剂制备的膏体浆料在安庆铜矿的试验过程,分析了浆料中各种组分对管路压力损失的影响效应。试验表明,加入输送剂后高浓度浆料的流动度、粘度及输送阻力有明显的下降,新型膏体(高浓度)浆料管道自流充填是可行的。     

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。     

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。     

似膏体管道输送弯管段浆体流动数值模拟研究

论文对似膏体充填料浆在管路输送的弯管段动态特征进行了数值模拟的研究,确定了似膏体料浆相关物理参数,选择了适合似膏体料浆的管道输送数学模型,利用FLUENT模拟获得了弯管段压力场、速度场的分布特征,并将模拟结果与理论计算进行了对比分析。研究结果对似膏体管路输送实验和实践有一定的指导意义和实用价值。     

废石-尾砂胶结膏体料浆的压力泌水效应及管输边界层厚度估算

为探究充填膏体料浆在管道输送过程中的压力泌水效应及边界层效应,对某矿废石尾砂充填膏体拌合物进行侧限压缩试验及压力泌水试验。结果表明：废石尾砂充填膏体拌合物的初始空隙率,体积浓度,所受压力及压力作用时间对压力泌水率影响巨大;根据充填料的e-p曲线的变形规律,提出了充填膏体料浆压力泌水率的计算模型,定义了影响充填膏体拌合物压力泌水效应的材料参数A和应力参数n,将级配因素引入到压泌水率计算模型中,分析了应力参数随着应力和初始空隙率的演化规律,认为应力参数是一个关于压应力和初始空隙率的多项式函数,函数的阶数越高,精度越高;认为膏体管输边界层厚度不是一成不变的,并建立基于压力泌水效应的膏体管输边界层估算方法。     

基于环管试验确定粗骨料膏体充填料浆管道输送参数

以粗骨料膏体充填料浆管道输送为研究背景,基于环管试验测试了不同质量浓度、不同灰砂比、不同充填流量、不同管径条件下的粗骨料膏体管道输送阻力;分析了影响粗骨料膏体充填料浆管道输送阻力的影响因素;最终依据矿山实际生产现状,结合环管试验结果,确定最佳的粗骨料膏体充填参数为:输送能力90m3/h、膏体充填料浆质量浓度80%、灰砂比1∶10~1∶6、输送管径Φ165×12、输送流速1.6m/s。从而为矿山粗骨料膏体充填系统设计及管道输送系统设计提供可靠的数据支撑。     

似膏体管路输送过程中的相变及微射流效应初探

通过理论分析，揭示了似膏体管路输送过程中浆体产生相变及微射流的条件，分析指出相变过程中高频率、高压力的微射流冲击，造成管道壁面“麻点磨损”，会最终导致管道逐渐疲劳而破坏，而射流效应引起的似膏体料浆“真空干化”或“粗料堆积”现象，将危及似膏体的正常输送。     

浓密膏体局部管件阻力损失试验研究

高浓度粘稠物料通过管道输送时会形成"浓密膏体",属于现代管道输送技术新领域。为研究膏体在局部管道内的阻力损失,文章基于Φ200mm循环管道输送试验系统,测量不同浓度的煤泥在不同流速下弯管以及垂直管压力损失与直管压降的变化规律,通过对实验数据进行分析,最终得到90°弯管每米压降是水平直管每米压降的1.27~1.74倍,垂直管每米压降是水平直管每米压降的1.10~1.90倍,对工业现场膏体煤泥管道输送摩阻损失的计算具有一定的参考价值。