计算流体力学在充填料浆管道输送模拟分析的应用及研究发展方向

充填料浆的管道输送作为矿山充填的重要环节,直接影响着充填系统的效率,亟需新的研究手段对浆体管道输送试验方法进行探究。结合计算流体力学(CFD)在充填料浆管道输送分析的应用,介绍了CFD技术的计算方法及流程;分析了近些年CFD在充填料浆流动特性、管道输送特性及管网参数优化等方面的研究现状及应用难点;认为目前CFD应用于膏体输送存在复杂管道输送系统建模和网格划分困难、无法进行料浆输送过程的微观机理研究、料浆输送参数选择困难等问题;对CFD应用于充填料浆输送模拟分析的研究发展趋势进行了探讨,认为提高计算精度和工业化应用将成为CFD在充填领域应用的主要研究方向。     

某铁矿充填管网延深参数优化研究

为减少某铁矿充填管道磨损、降低充填作业的堵管风险,达到优化井下管网的目的,通过全尾砂粒度分析、塌落度试验和L管流动性试验,对该铁矿充填料浆的流动性能进行了研究,确定了结构流态料浆浓度、流变参数,计算了结构流状态下料浆自流输送的沿程阻力,并得到了管网延伸的最优布设地点。研究表明：该铁矿全尾砂粒度较细,平均粒径为51.6 μm,72%～70%料浆塌落度为28.6～27.3 cm,屈服剪切应力τ0为3.690～1.471 Pa,黏性系数η为0.701～0.450 Pa·s。由试验过程及结果可确定充填料浆浓度为72%～70%时呈现结构流态。在上述分析的基础上,对深部矿体充填管网延深参数进行了优化,当料浆浓度为72%时,沿程输送阻力为1.420～1.893 kPa/m,充填天井布设范围应为631～673 m,此时结构流态料浆的自流输送可有效克服满管率低、管道磨损严重等不足。     

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。     

凡口铅锌矿高浓度尾砂充填材料特性试验研究

针对凡口铅锌矿目前充填浓度低,生产成本高,尾砂利用率不足等问题,研究了不同充填材料的配比参数,分析了不同条件下料浆流动性变化规律和管道输送阻力特性。结果表明,为满足采场机械化开采需要,采场浇面充填宜选择分级尾砂作为骨料,灰砂比为1∶4,质量分数为76%,充填体强度R3≥3.0 MPa;非浇面充填可选择混合尾砂作为骨料,灰砂比为1∶4,质量分数为70%,充填体强度R28≥3.0 MPa。充填料浆采用内径130 mm管道输送,流量为60 m~3/h时,分级尾砂料浆和混合尾砂料浆管道输送阻力分别为1.77 MPa/km和1.97 MPa/km。基于矿山现有充填管网系统及管道参数,采用高质量分数充填时,管网系统充填倍线均小于料浆自流充填倍线,均可实现自流输送。     

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。     

湘西金矿尾矿膏体充填输送工艺研究

膏体充填料的输送技术是膏体充填系统的关键技术之一。针对湘西金矿膏体充填系统进行输送工艺研究,先根据矿山实际情况计算各中段的几何充填倍线以及管压,确定采用自流输送方式还是泵压输送方式,进而进行充填泵的选择、充填管道的选型以及计算膏体充填料的流速。最后提出充填钻孔的设计参数、井下各中段的管网布置方案,并对需要进行泄压的中段进行泄压设计。湘西金矿尾矿膏体充填新技术的引进能为深部矿体的安全开采提供有力保障,可有效解决矿山现有尾矿库库容不足的问题,保护当地生态环境,具有较好的环境效应和社会效应。     

某铅锌矿超细粒尾砂充填强度分析及优化措施

栖霞山铅锌矿充填站-20μm极细颗粒尾砂含量过高,尾砂最大沉降浓度由69%降至61. 98%,充填料浆制备输送浓度由72%降至64%左右,导致充填体强度大幅下降。为此,对充填系统进行优化,使得进入浓密过滤系统的全尾砂不产生溢流细泥而进入充填流程,减少了浓密机溢流细颗粒的含量,提高了充填料浆的级配,将充填料浆浓度提高至74%;并根据充填料浆的流变特性,将充填料浆输送管网管径由89 mm增加至100 mm,保证高浓度充填料浆的输送。充填料浆浓度从70%提高到74%,各龄期的充填体强度均提高20%左右,实现了矿山超细粒全尾砂充填,确保了充填质量。     

大冶铁矿充填管道自流输送参数分析及管网磨损规律研究

为研究大冶铁矿充填管道的自流输送参数及管网的磨 损规律,保证充填料浆可以自流输送,延长输送管道的使用 期限,基于经验公式,运用 Fluent数值模拟软件,得到大冶 铁矿６０％~７０％浓度充填料浆的临界流速为０．８２６ m/s~ ０．８６９m/s,充填管道的临界管径为０．１４３m~０．１４６m;输送 流量５０m３/h,可实现 ６０％ ~７０％ 浓度充填料浆的自流输 送;料浆在流动过程中,越靠近管道中心线流速越大;流速会 在管道拐点处出现速度递增突变;在水平管段处,底部的料 浆流速明显高于上部;管道磨损较为严重的部位为各拐点处 和与之临近的垂直管段、水平管段的过渡部分,以及水平管 段的底部管壁.通过研究,得到大冶铁矿充填管道实现自流 输送的参数,以及料浆输送过程中管道易磨损的位置,为大 冶铁矿的管流输送提供了参数依据,有效延长了输送管道的 使用寿命,降低管道输送系统的维护成本.     

丘卡卢-佩吉铜金矿临时充填系统工艺及试验研究

丘卡卢-佩吉铜金矿设计采用充填法进行开采,但受多种因素影响,永久充填站建设滞后.为及时推进矿山开采、保障矿山开采设计规划,循环回收资金,针对丘卡卢-佩吉铜金矿实际情况,进行了临时充填系统工艺研究.采用了以周边混凝土搅拌站为料浆制备主体,粗骨料+水泥为充填材料,充填料浆由水泥搅拌运输车联合钻孔及井下管网输送的方式,形成了一套使用灵活的临时充填系统.结合临时充填工艺情况,在现场坍落度及强度试验结果的基础上,给出了临时充填系统的料浆制备配方(即采用粗骨料A作为充填骨料,灰砂比为1:4,充填浓度为80％).在保障输送安全性的前提下,满足了井下充填要求,并取得了良好的应用效果.     

某钨矿空场法转充填法可行性研究

江西某钨矿采用空场法回收矿石资源,存在着矿石损失贫化率大、尾砂处置成本高、井下空区体积大、尾矿库库容告急以及资源有效利用率低等一系列的问题,因此,对该钨矿空场法转充填法的必要性和可行性进行研究,并对尾砂预处理工艺、集成化制浆工艺、充填料浆制备与输送能力匹配问题、充填料浆质量保障措施及井下充填管网倍线等进行分析研究,提出适合该矿的全尾砂滤饼充填系统建设方案,该方案建设周期短、投资省,是适合中小型矿山快速应用充填采矿法的模块化制备站,解决了矿山现存问题的同时为企业创造了可观的效益。     

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。     

鑫汇公司矿山充填管路流态监控与灾害预防系统

在矿山井下充填采用高浓度浆料管路输送和快硬高强胶凝材料胶结充填已成发展趋势情况下,管路输送系统的安全监控就成为最为关切的问题。本文介绍的矿山充填管路流态监控与灾害预防系统,通过运用管路压力感应关键设备仪器,计算机、通讯、图像处理和网络技术,将远程图像监控和报警联网系统有机的结合,有效的实施监控管路的运行状况,大大降低了充填管路的堵塞率,对促进安全生产、及时处理事故有重大意义。     

浓度对大直径管道内料浆输送特性的影响

以大直径管道输送超细全尾砂胶结充填料浆技术为研究对象,构建大直径输送管道三维模型,基于三维单精度解算器Fluent-3D中Reliable k-epsilon模型,研究大直径管道内浓度对超细全尾砂胶结充填料浆输送特性的影响。结果表明,在充填倍线为3的条件下,灰砂比为1〖DK(〗∶〖DK)〗6的超细全尾砂胶结充填料浆在200 mm直径管道中输送时,在弯管下部内侧管壁位置出现空蚀区,随着浓度的增大,空蚀区范围先增大,后趋于稳定;随料浆浓度的增大,浓度小于64%时,管内料浆平均流速线性增长,料浆浓度大于64%时,管内料浆平均流速先增大后减小;随着料浆浓度的增大,浓度小于68%时,料浆在管内流动的压力损失以较大速率增长,浓度大于68%时,料浆流动的压力损失增长缓慢。研究认为,66%浓度为200 mm直径管道输送超细全尾砂胶结充填料浆的最佳输送浓度。     

城镇建筑群下矸石充填开采新技术的研究与实践

介绍了新汶矿区在城镇建筑群下以煤矸石为骨料似膏体管道充填、综采工作面充填、矸石抛矸胶带机充填方法。论述了其充填工艺机理流程、充填设备设施、充填工艺及充填效果。提出了3种矸石充填开采对提高资源采出率、延长矿井服务年限的重大意义及推广应用价值。     

考虑温度影响的充填料浆水平管流特性研究

为探究不同温度下充填料浆水平管流特性,开展了流变实验以获取不同温度下充填料浆流变参数,基于流体力学理论提出了充填料浆管道输送基本假设,利用COMSOL软件建立水平管道模型,分析了温度对料浆流态、流速、管道压力及管输阻力的影响.结果表明,温度升高,充填料浆塑性黏度和屈服应力降低;料浆在管道输送过程中壁面附近呈剪切流动,中...     

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。     

全尾砂泵压充填采矿法技术可行性研究

本文以某矿为实例简要介绍了高浓度全尾砂泵压充填采矿法技术可行性研究的内容和方法。通过分析全尾砂物化性质、脱水特性的室内试验、高浓度全尾砂充填料管道输送流变试验和全尾砂充填体的强度试验,确定了该矿采用高浓度全尾砂泵压充填采矿法在技术上是可行的。     

深井充填管道输送系统优化研究

在深矿井充填中,充填系统的主要问题不再是堵塞问题,而是管道磨损问题,尤其是充填钻孔的保护至关重要。分析了深井充填管道输送存在的问题,结合深井充填系统的特点,提出了3条优化途径,即多台阶管道布置方式、垂直与水平管段直径优化和垂直钻孔的结构形式优化。     

主井双向运输装卸载硐室改造施工工艺

花园煤矿采用主井实现固体物料自地面向井下高效运输,运煤运料联合运行。由于原先的装载硐室已不具备卸料的要求,因而主井装载硐室的改造施工成为解决充填开采的关键。花园煤矿采用分段施工方法,施工效果较好,经济效益明显。主井装载硐室的成功改造,为类似条件矿井矸石下井提供了重要的技术借鉴,对综合机械化固体充填开采的物料运输途径的发展具有重要意义。     

基于带式输送机的矸石井下充填技术研究与应用

针对我国煤矿矸石排放存在自燃、环境污染严重、处理成本高等问题,以固定带式输送机、90°直角拐弯带式输送机、自牵引移动式机头可伸缩带式输送机和排矸巷带式输送机组成的运输系统,在马泰壕煤矿设计了排矸路线与工艺,实现了将地面矸石运输回填至井下采空区,完成了废弃矸石环保处理,具有良好的经济和社会效益。