基于CFD-DEM耦合的螺旋管料浆输送特性与磨损分析

为解决高浓度充填料浆水力输送过程中水平管路磨损严重的问题,提出了采用三纹螺旋管进行料浆输送的方案。应用计算流体力学 离散单元法(CFD-DEM)对料浆输送过程进行了数值模拟研究,探究螺旋管道的料浆输送特性及管道磨损规律。结果表明,普通管道的磨损主要发生在管道底部,且磨损主要由颗粒滑动摩擦造成,而螺旋管中磨损较均匀地分散到管壁上。当入口速度为1.2~2.4m/s,颗粒平均粒径为1.2~2.1mm 时,螺旋管的最大及平均磨损深度相较于圆管分别降低了17%~34.6%及72.6%~87.7%。螺旋管在保证料浆连续输送的同时,极大地降低了水平管道磨损,为充填管路设计提供了新思路。     

基于DEM-SPH耦合的高浓度充填料浆搅拌仿真

采用基于离散元方法(DEM)和光滑粒子流体动力学方法(SPH)耦合的仿真方法,对高浓度充填料浆固液两相混合介质搅拌过程进行仿真,研究不同搅拌结构对料浆搅拌效果的影响。仿真结果表明:增加叶片直径、叶片组数和搅拌轴数量均可提升物料搅拌均匀性。在5组不同结构的搅拌机方案中,双轴搅拌机达到均匀效果的搅拌时间最短(180 s),可在不增加搅拌机尺寸的条件下实现最大的生产能力,适用于大规模矿山大流量充填系统高效生产。     

尾砂胶结充填料浆输送管道阻力及磨损分析模拟研究

采用计算流体动力学数值模拟软件CFD,依据某金矿井下管道实际布置情况,遵循质量、能量以及动量守恒定律,建立了ANSYS三维数值计算模型。设定充填料浆的灰砂比为1∶5和1∶10,充填料浆质量浓度分别为68%、70%、72%,开展了充填输送管路的速度、阻力以及磨损数值模拟试验。结果表明：直管中速度最大处位于管道中心,而弯管中速度最大处位于管道外侧;随着充填料浆质量浓度增大,管道阻力损失也随之变大。当灰砂比为1∶10,充填料浆质量浓度为72%时,管道阻力损失为19.86 MPa;随着流速的增大,冲蚀磨损率也在逐渐增加,尤其当速率大于6 m/s后,冲蚀磨损率急剧增加,并且因为惯性力作用,冲蚀磨损主要发生在管道外侧部分,数值模拟规律与现场实际相符。     

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。     

深井矿山高浓度充填料浆自流输送管道磨损研究

为研究深井矿山高浓度充填料浆自流输送管道磨损情况,从速度、动量和能量守恒角度分析了深井矿山自流输送充填料浆运动机理、管道破坏机理和管道磨损机理,得出了充填料浆特性、充填钻孔、管道材质、充填倍线与自流充填管道磨损影响因素之间的关系。通过ANSYS FLUENT三维数值模拟结果和矿山实际管壁监测结果,研究了水平管和弯管的管道易磨损位置,提出了深井矿山自流充填管道降低磨损的技术方法,为矿山深井高浓度自流充填系统的持续、安全、稳定和高效运行提供了重要的技术支持。     

全尾砂充填料浆改性调压输送数值模拟研究

采用计算流体动力学 CFD软件,依据三山岛金矿井下的管路布置情况,建立了大型三维数值计算模型.设置料浆的灰砂比为１∶５,质量浓度分别为６８％、７２％,以及是否添加低密剂等工况,开展数值模拟仿真.根据数值模拟结果,充填料浆质量浓度越高,管道压力也越大.最大管道压力出现在－９６０m 中段,最小管道压力出现在－３３０ m 中段,数值模拟规律与现场实际相符.与不加入低密剂的对照组相比,加入低密剂后,当灰砂比为１∶５,质量浓度分别为６８％、７２％时,管道压力降幅分别为１８．７２％、１８．９７％,说明在充填料浆中加入低密剂能够降低管道压力,且管道压力的降低幅度满足了预期目标.     

充填料浆不同倾角弯管输送特性分析

为研究煤矸石充填料浆在不同倾角弯管内自流输送的特性,以某实际充填管路为背景进行建模,使用FLUENT软件模拟料浆在管道内的输送过程,分析不同入口流速条件下不同质量浓度料浆在不同倾角弯管内流动时的速度、压力特性及阻力损失。结果表明:各弯管出口截面处流速梯度随入口流速增大而扩大,入口速度大于1.4 m/s时,梯度差大幅度增加;当料浆质量浓度大于78%时,沿程管道阻力损失与弯管段局部阻力损失增长速率加快;弯管段局部阻力损失随弯管的倾角变小而增加,建议料浆管道输送时弯管段倾角大于60°。     

充填料浆搅拌机的桨叶研究

在全尾砂充填工艺中,所制备的充填料浆质量对整体充填工艺具有重要影响.针对推进式、六叶开启式、六直叶圆盘式等3种常见的搅拌机桨叶的搅拌作用进行了数值模拟分析研究,并使用Syamlal-O'Brien曳力模型,得到了不同桨叶的模拟数据.对比了不同桨叶的搅拌作用下,料浆在轴向和径向上的流体运动速度及体积分数,确定搅拌机的最佳...     

矸石膏体充填料浆力学性能实验研究

该文在分析岱庄煤矿矸石膏体充填原料选择来源的基础上,根据岱庄煤矿3上煤层条带煤柱回收对膏体充填材料的要求具体选择材料性能参数,并通过对矸石膏体充填料浆流动性能、可泵送时间、静置泌水率、单轴抗压强度等力学性能的实验研究,探索在岱庄煤矿充填原料条件下的材料配比,实现条带煤柱的安全回收。     

细粒尾矿充填料浆的流变性及充填能力研究

以某铁矿细粒尾矿为充填骨料,系统研究了不同浓度充填料浆的塌落度和流动性变化规律,测定了不同浓度充填料浆的粘度和屈服应力。研究结果表明,料浆浓度是影响料浆流动性的关键因素,料浆存在一个临界浓度,料浆浓度大于该临界浓度后,其流动性会急剧降低。对于所用细粒尾矿充填料浆而言,其临界浓度为63%左右;为了保证料浆的流动性,充填料浆浓度应控制在63%以下。采用宾汉姆流体理论,计算了不同浓度充填料浆的管道输送阻力损失及在不同管径下的输送能力。结果表明,在相同充填倍线下,料浆浓度和充填管道直径是影响充填能力和流动速度的主要因素;为保证不同浓度料浆的充填能力,应选择适宜的充填管道直径。     

充填管道磨损形式及机理分析研究

针对充填管道易磨损的问题,对金川矿区的充填钻孔进行调查,分析发现料浆在自由下落段的冲击磨损是充填管道的主要磨损形式。建立料浆流动的物理力学模型,从动量和能量的角度探讨充填管道的磨损机理。研究表明,自由下落段的高度越大,料浆到达空气砂浆交界面的速度越大,对局部管壁的冲击磨损就越严重。提出管壁单位面积耗能量的概念,得出管壁单位面积耗能量越大,管壁磨损速率越快的结论。     

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...     

不同角度弯管输送料浆不淤流速的研究

为了研究煤矸石充填料浆在不同角度弯管中不淤流速的变化, 采用Fluent软件模拟了充填料浆在管道内的输送过程, 分析了煤矸石料浆在各角度弯管中的流速特征、管道出口截面处的矸石颗粒沉降状况, 由此得出了不同入口速度下料浆在不同角度弯管中的不淤流速。结果表明, 料浆在75°、90°和105°弯管中的不淤流速分别为1.8 m/s、1.7 m/s和1.5 m/s, 即料浆的不淤流速随弯管角度增大而减小;弯管角度越大, 料浆在弯管中的阻力作用越小, 则料浆流速越快, 使得矸石颗粒的沉降有所缓解。     

粉煤灰掺加量在充填料浆管道输送中的减阻作用

充填料浆在管道中的输送过程就是料浆与管壁碰撞摩擦的过程,摩擦阻力不同,管道使用年限有所不同。主要分析了掺加粉煤灰后,不同配比料浆在充填管道内输送的减阻性能。通过试验发现,粉煤灰自身含有细小的玻璃球状颗粒,在充填管道内能够起到滚珠作用,同时增加管道内颗粒之间的润滑功能。因此,粉煤灰的掺加对于延长充填料浆远距离输送管道寿命,提高料浆流动性,降低输送阻力有着重要作用。     

高浓度充填料浆在垂直三通管路中的流动阻力研究

根据全尾砂制备的高浓度充填料浆获取实验参数,利用Fluent数值模拟软件,对充填料浆在垂直三通管中的两种流动方式进行了模拟。根据充填料浆的速度与压力分布云图,分析了管道的局部与沿程阻力损失,通过数值计算得出了两种方式的下管道的局部阻力系数并分析其变化的原因,该研究对矿山的充填管路设计具有一定的指导意义。     

基于CFD-DEM方法的矿浆泵磨损特性研究

基于CFD-DEM耦合的方法,同时结合Archard磨损模型,对小流量矿浆泵在不同流量、不同颗粒粒径等工况下进行数值模拟,分析了泵内颗粒运动规律、颗粒在不同流域的分布情况以及颗粒与泵过流部件的碰撞规律,研究了矿浆泵内过流部件尤其是蜗壳的磨损特性。结果显示,蜗壳存在一定堵塞,蜗壳靠近隔舌段颗粒形成低速堵塞区,蜗壳的磨损主要集中在上半部分及隔舌附近的位置;随着流量增大,颗粒速度增大,颗粒与壁面碰撞时动能增大,矿浆泵体磨损情况增强;小粒径颗粒工况下磨损情况更严重。     

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%。     

阿舍勒铜矿粗骨料充填料浆流动性能研究

采用流动性模拟试验的方法,研究阿舍勒铜矿破碎废石与戈壁集料作为粗骨料的充填料浆的流变性能。结果表明,充填料浆的流变参数随着破碎废石的加入有降低的趋势,相同浓度条件下,加入破碎废石的料浆流动阻力虽有所降低,但其保水性与和易性变差,不易形成稳定流体,且大颗粒破碎废石通常呈现不规则状,滑动摩擦较戈壁集料颗粒的滚动摩擦更容易造成管道磨损,因此充填骨料中不宜掺入破碎废石。     

尾砂充填料浆静态沉降过程的现象及其机理

为研究尾砂充填料浆的静态沉降过程相关现象与规律,采用某矿山分级尾砂与溢流细沙配置的一定级配特性的骨料,进行了不同浓度与配比的尾砂充填料浆静态沉降试验。通过对实验现象以及试验所得数据进行观察与分析,得出了料浆最终沉降浓度与初始浓度正相关,料浆形成的固结体在不同高度上孔隙率、含水率以及颗粒粒径差异均将影响最终充填体强度均匀性的结论。同时,初步分析得到了静态沉降过程引起粗细物料颗粒分离的机理,即粗细物料颗粒分离现象主要受物料颗粒间的干扰沉降以及孔隙水泌出产生的渗透力带走细物料颗粒的作用所影响。     

充填料浆管道输送可靠性研究现状

深入研究充填料浆管道输送特性,改进充填倍线的计算方法,总结充填料浆管道输送可靠性研究的最新成果,分析研究现状中存在的问题,提出合理的建议。结果对充填料浆管道输送理论研究具有参考价值,可以为该领域研究指明发展方向。