废石−风砂高浓度料浆管道输送数值模拟及管输阻力新模型

为研究废石?风砂高浓度充填料浆自流输送管道输送特性,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。结果表明:充填料浆在管道的管径方向有明显的速度梯度;随料浆流速的增大,料浆的输送沿程阻力损失基本呈线性增大;质量浓度对管输阻力的影响非常大,在充填料浆质量浓度相差2%左右时,管道单位长度的阻力损失会相差20%~30%。通过对不同骨料比的充填料浆进行数值模拟,可知废石风砂质量比为6:4的浆体稳定性和流动性相对较好,更有利于管道输送。建立了管输阻力新模型,并通过工业试验对模型进行检验,验证了新的管输阻力模型的可靠性,研究结果为该矿选取充填系统的运行参数提供了重要依据。     

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。     

深井似膏体充填管道的输送特性

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软件建立超深、超长似膏体管道输送二维动态模型,并在此基础上运用FLUENT双精度解算器进行分离隐式模拟。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;充填料浆在自流输送和工作流速为3.4 m/s的条件下,在弯管处得到最大速度为3.94 m/s,水平段最大速度为3.74 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。     

海底开采高倍线强阻力充填料浆的输送

为解决三山岛金矿充填料浆管道输送过程中存在的高浓度、高倍线、强阻力等技术难题,对三山岛金矿充填料浆展开环管试验,研究高倍线强阻力条件下高浓度充填料浆的管道输送特性。通过测出不同灰沙比条件下不同质量浓度的充填料浆在不同输送速度下的压力损失以及不同停顿时间再次泵送时的启动阻力,得到充填料浆的流变特性。在充填料浆沉降实验和环管试验的基础上,结合非线性牛顿体管道输送理论和计算机流体动态数值分析方法对充填料浆的输送阻力和速度分布进行计算。结果表明:三山岛金矿充填系统采用内径为125 mm的陶瓷复合钢管作为输送管道,灰砂比1:4,质量浓度为72%~78%的充填料浆输送阻力低于5 MPa;随着料浆浓度的提高,其流变模型由屈服伪塑性体逐渐向宾汉体转变;灰砂比为1:10、质量分数为72%的充填料浆输送阻力大于9 MPa,料浆具有典型的固液二相流特征。     

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。     

泡沫砂浆W型管长距离输送特性的CFD模拟

针对泡沫砂浆三相流管道输送特性研究问题,以国内某铅锌矿为研究对象,运用计算流体力学(CFD)技术建立泡沫砂浆W型管长距离管道输送性能研究3D数值分析模型。在室内塌落度和流变特性试验的基础上,对不同配比及不同充填能力料浆输送中管道和弯管处压力、速度进行CFD模拟分析。结果表明:泡沫砂浆三相流可有效降低管道输送阻力,较普通两相流充填砂浆具有更好的流动性;通过弯管处压力、速度模拟可得,管道内压力、速度最大值点由管道中心线向管道内下侧方偏移,弯管处最大速度3.8 m/s,满足稳定性要求;当气泡率为10%、灰砂比为1:6、质量分数为72%、流量为60 m~3/h时管道阻力最小为2.33 MPa,弯管处阻力最小为3.22 kPa,满足自流输送要求,为最佳配比方案。CFD技术能够为管道输送研究提供直观准确的依据,在流体流变特性和降阻方法创新方面还有更为广阔的应用空间。     

全尾砂胶结充填技术的研究与实践

张马屯铁矿位于济南市东郊，地表无处建尾矿库。为了解决这一难题，作者通过一系列试验提出了全尾砂胶结充填方案，即利用矿山选厂全尾砂作充填骨料，利用活化搅拌、泵送和自流输送等工艺，将高浓度全尾砂胶结充填料浆送入采空区，形成稳定均质结构的充填体。实践证明，该方案的实施使矿山实现采矿、选矿和充填综合平衡闭路循环作业和“无废”生产，成为中国第一座不外排尾矿的矿山     

充填减压系统在有色深井矿山中的应用探讨

通过对充填料浆3种输送形式管路系统的原理分析,指出在充填系统设计和建设时,应尽可能地采用料浆满管流输送系统。结合矿山实例,提出在深井矿山的矿体中部建立充填减压站,可有效解决充填系统中料浆对管壁产出的高压问题。     

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。     

倾转浇注法制备半固态浆料的数值模拟

运用倾转浇注法制备了半固态浆料,采用AnyCasting模拟软件确定了临界倾转速度,研究了浇注温度、料筒材料和料筒壁厚对合金液与料筒间的热平衡的影响,最后通过半固态浆料制备试验进行了验证。结果表明,当倾转速度≥18(°)/s时,合金熔体流动速度0.5m/s并存在涌动波;当倾转速度≤6(°)/s时,合金熔体流动速度0.5m/s,未产生涌动波。料筒材料、料筒壁厚和浇注温度严重影响着倾转混合过程中合金液的冷却曲线。料筒壁厚的影响最大,浇注温度的影响次之,料筒材料的影响最小。     

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。     

超声波对充填料浆流变特性的影响及流变参数预测

为了改善高浓度充填料浆的流变特性,降低充填系统中堵管现象发生的概率,将超声波非接触性地作用于充填料浆。采用高精度Brookfield R/S-SST软固体测试仪,通过试验检测得到超声波作用下不同浓度、不同灰砂比全尾砂充填料浆的流变参数。结果表明:超声波可以显著改善充填料浆的流变特性,降低充填料浆的塑性黏度和屈服应力,超声对料浆黏度值的降低效果可达4.32%～39.33%,对料浆屈服应力的减小效果可达9.66%～34.27%。同时,借助支持向量机建立充填料浆流变参数预测模型。所得预测模型校验结果显示,该模型精度较高,具有较强的泛化能力,实现了功率超声条件下充填料浆流变参数的预测。     

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。     

矿山充填耐磨管道发展现状与技术研究

我国对矿山能源需求量十分巨大,然而矿山开采的同时容易诱发地表沉陷等地质灾害,造成环境污染。矿山充填是防止地表塌陷的有效手段,国内外对矿山充填技术进行了大量研究与应用。由于有色金属矿山价值较高,因此有色行业普遍采用充填法采矿。充填物料输送多采用管道自流方式,因充填介质含有较硬成分,在充填过程中对管道内壁磨损十分严重,容易造成磨漏、堵管等问题,严重影响管道的使用寿命,因此高抗磨性的充填管道对充填系统来说十分重要。     

大红山铜矿全尾砂充填的试验研究

大红山铜矿全尾砂充填工艺采用选矿厂的尾砂,通过溢流脱水,将全尾砂制成高浓度的充填料,以管道全自流的输送方式,充入采空区,形成整体性较强的大体积充填体。试验证明,全尾砂充填体的整体性较好,脱水工艺可行,能满足充填要求,达到预期的目的。     

全尾砂料浆磁化絮凝沉降特性

为了提高全尾砂料浆(CTR)的絮凝沉降指标,将磁化处理技术引入到全尾砂料浆沉降试验中,分析自然沉降、磁化沉降、絮凝沉降和磁化絮凝沉降4种条件下全尾砂料浆沉降速度和底流质量浓度的变化特性,探索磁化处理在全尾砂料浆絮凝沉降中的作用机理。结果表明:与未经磁化处理的全尾砂料浆相比,磁化处理后的全尾砂料浆沉降指标达到饱和时,PAC添加量节约40%;相同PAC添加量下,磁化处理后的全尾砂料浆沉降速度提高18~55 cm/h、底流浓度提高约0.8%~2.0%。全尾砂料浆磁化絮凝沉降的最优条件为:磁感应强度0.2 T,料浆速度2 m/s,磁化时间2 min,PAC添加量30 g/t;适合磁化处理条件下,对全尾砂料浆进行磁化处理可明显提高其沉降指标。     

基于CFD对60.3 mm弯管冲蚀仿真预测

目的提高工业生产过程中弯管冲蚀预测可靠度。方法在拉格朗日坐标系,通过CFD-DPM模型求解在流体作用下固体颗粒对弯管的冲蚀问题,并利用冲蚀方程研究流体速度、固体颗粒直径和固体颗粒质量流量分别与弯管冲蚀之间的关系,预测弯管最大冲蚀位置及模拟数值。结果通过仿真得到弯管冲蚀最大冲蚀位置主要集中在弯管出口的水平两侧和弯管入口的垂直两侧。随着固流体速度u由8 m/s增大至18 m/s时,固体颗粒对弯管的最大冲蚀速率增大了9.912倍;冲蚀固体颗粒的质量流量f由0.2 kg/s增大到0.8 kg/s时,弯管最大冲蚀速率增大了4.527倍;当仿真过程中固体颗粒直径由200μm增大到900μm时,弯管的最大冲蚀速率增大了3.94倍。结论当固体颗粒直径、固体颗粒速度和固体颗粒质量流量不变时,弯管冲蚀随着流体速度的增大而增大,弯管冲蚀区域在弯管出口水平位置逐渐增大。当固体颗粒直径增大,流体速度固体颗粒质量不变时,固体颗粒在惯性力作用下,弯管肘部的冲蚀逐渐增大,弯管出口水平两侧冲蚀逐渐减小。弯管冲蚀在固体颗粒质量流量增大时,呈增长趋势。     

充填钻孔内管道磨损机理及易破损位置的确定

充填钻孔是充填法矿山的关键工程之一,容易受到充填料浆的冲击而造成破损。金川公司数字化钻孔电视观测结果表明,充填钻孔存在一个严重破损区域,该区域位于充填钻孔内空气和料浆的接触面上。充填料浆自由降落,具有较高的末期下落速度,而以较高的动量和冲量冲击充填钻孔的内套管管壁。因此,充填钻孔的严重磨损深度,即空气与料浆的接触面高度,可以根据充填钻孔的高度、水平管道的长度、浆体的密度和水力坡度进行估算。实例研究结果表明,该估算方法具有足够的精度,有利于充填钻孔的日常管理和维护。     

基于正交试验的半水磷石膏充填配比优化

针对二水磷石膏充填存在充填成本高、水泥耗量大、固结体强度低等问题,以半水磷石膏替代胶凝材料,通过正交试验法确定半水磷石膏充填的最佳配方,并对其流动性和微观结构进行研究。结果表明:通过配方优化,半水磷石膏充填体3 d、7 d、28 d的强度可达到5.4 MPa、5.5 MPa、6.1 MPa,膏体坍落度为26 cm,扩展度为71cm。半水磷石膏充填配比中的3个影响因素为外加剂掺量、尾砂掺量和浆料浓度。对于3 d抗压强度影响最大的因素是外加剂掺量,对于7 d强度影响最大的因素是浆料浓度,对于28 d强度影响最大的因素是外加剂掺量,对于料浆流动性影响最大的是浆料浓度。半水磷石膏固结体由半水相转化为二水相,形成致密的晶体结构,表明以半水磷石膏制备的膏体料浆具备矿山充填的可行性。充填材料固体中废弃物用量占98%以上,成本较低,具有良好的经济效益和社会效益,推广应用前景良好。     

ZL201合金半固态成形的AnyCasting模拟与验证

采用AnyCasting软件模拟研究了模具内浇口尺寸、压射速度等因素对半固态ZL201合金触变压铸充型过程的影响.结果表明：压铸温度640℃,模具温度200℃～240℃,内浇口厚度11mm,低速阶段的压射速度0.1 m/s,高速阶段的压射速度1 m/s,在充型60%时进行速度切换,半固态浆料将以层流方式充填型腔,模拟结果与实际符合很好.半固态压铸件经T5处理后,硬度（HV）可达到1166 MPa,高于常规压铸件45.7%.