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。     

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。     

高浓度(膏体)充填流变特性及自流输送参数的合理确定

高浓度充填是近十几年充填研究的主要发展方向。本文根据高浓度(膏体)料浆输送试验数据,归纳了高浓度充填流变模型及其特性参数,通过分析计算,建议矿山采用高浓度自流充填方式:料浆浓度低于临界流态浓度3～5个百分点,充填管径4～6英寸,流速1 0～1 5m/s。     

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。     

充填倍线对浆体管道自流输送的影响

针对充填料浆在管道自流输送过程中所出现的问题,通过应用浆体管道输送的水力学特性理论推导、数值模拟和现场实际观测等技术手段,深入分析了充填倍线、垂直高差以及充填料浆出口速度三者之间的关系。推导出料浆在相同充填倍线条件下出口速度与进出口垂直高差的关系式,并验证了其正确性。最终得出结论:1)充填倍线一定时,料浆出口速度随着垂直高差的增大而增大;2)垂直高差一定时,料浆出口速度随着充填倍线的增大而减小。     

高浓度充填料浆大倍线管道自流输送技术及应用

为了实现倍线为15条件下的高浓度风积沙充填料浆自流输送,在对榆阳煤矿充填管路设计和料浆临界流速计算分析的基础上,开展了高浓度料浆充填管路输送工业性试验,计算和试验结果表明：风积沙高浓度充填料浆具有较好的流动性,料浆质量浓度(固料质量/料浆质量)超过72%后流动性会明显下降,充填料浆要实现自流输送,其上限为75%;榆阳煤矿充填料浆输送临界流速为1.19 m/s,工作流速为4.19 m/s,工作流速是临界流速的3.5倍,充填管路最大输送能力可达到396 m³/h,料浆的管路输送具有较高的可靠性,实现了以风积沙为骨料的高浓度充填料浆的大倍线自流输送。     

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。     

大冶铁矿充填技术改造

对影响大冶铁矿充填站连续生产的原因进行较详细的分析,采取3项技术改造措施,特别是旋流器和卧式螺旋卸料离心机组合脱水,使尾砂在砂仓内快速沉降浓缩,以提高充填站连续生产的可靠性。改造后,取得了预期的效果,满足了采矿生产的需要。     

充填料浆L型管自流输送偏移特性研究

为了研究充填料浆在L型管自流输送时的偏移特性,将充填倍线、充填管径、质量浓度作为影响因素,进行了正交设计和计算流体力学(CFD)试验。研究发现:流速最大处偏移不一定最大;弯管处每个位置的最大流速皆随管径增大而减小,随质量浓度增大而增大;每个位置的偏移量均随管径增大而增大;影响最大偏移量的显著性和敏感性均为充填管径>充填倍线>质量浓度,其中充填管径为显著因素;最大偏移出现位置随充填管径增大下移,随质量浓度增大上移;最大流速出现位置随充填管径增大下移,随质量浓度增大上移,随充填倍线增大下移。建立了反映3因素下弯管最大偏移量的数学预测模型,并设计了4组验证试验,计算值与试验值差率均在2.5%以下,证实了该预测模型有效。     

管道自流输送尾砂充填系统的故障树分析

以目前国内金属矿山采用的较为典型的两相流管道重力自流输送工艺为分析对象,应用事故树分析方法(FTA),建造了该充填系统的事故树,并用最小割集和结构重要度分析方法定性地分析了导致系统事故发生的46种可能性及其对事故发生的影响程度及解决措施。     

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。     

全尾砂高浓度充填料浆自流输送系统特性分析及设计

本文参照矿山实例,应用试验室测定的不同浓度及配比的全尾砂料浆的塌落度及管道输送料浆流速和流变参数,对全尾砂高浓度输送系统的各种特性参数进行了分析计算,确定了深井矿山充填系统的输送浓度、流速、输送管径和可实现顺利输送时的充填倍线等参数,为类似矿山充填自流输送系统设计提供参考。     

某矿全尾砂膏体充填自流输送可靠性分析

为探究某矿全尾砂充填料浆的管道自流输送可靠性,对各配比全尾砂充填料浆的塌落度、稠度、分层度、屈服应力及塑性黏度进行了测试,对当前充填系统条件下所推荐配比全尾砂料浆的临界流速和充填倍线进行了计算。结果表明,料浆质量浓度为70%～74%时表现出较好的流动性能;灰砂比1∶4、质量浓度74%的全尾砂充填料浆的临界流速较实际工作流速小,最大允许充填倍线为4.69,大于矿山绝大部分采场实际充填倍线;综合判断,矿山全尾砂可以作为充填料浆骨料。     

自流充填管道局部变径满管输送的环管试验

为研究变径管管径、长度和安装位置对料浆自流输送满管率的影响规律,自主设计研发了一套小型变径环管试验装置,测试不同变径管条件下料浆自流输送的水力坡度及满管率,并利用皮尔森相关分析法探究各因素对满管率的影响程度。结果表明,满管率与变径管管径存在极显著负相关关系,随着管径减小呈指数型增长,管径小于50 mm时满管率急剧增长;满管率与变径管长度存在显著正相关关系,随着长度增加呈线性增长;变径管在水平管段安装位置的变化对满管率影响很小,可忽略。     

基于RSM-BBD的充填管道磨损影响因素研究

为研究料浆质量浓度、管径、料浆流速三种因素对充填管道磨损的影响,以山东某金矿全尾砂为试验材料,组建了充填管道磨损试验平台,基于RSM-BBD法设计了17组试验方案,建立了三因素及其交互作用与直管段磨损量和弯管段磨损量之间的响应面回归模型,并验证了模型的可靠性,研究了三因素及其交互作用对管道磨损的影响程度。研究结果表明:充填管道的磨损量随着管径的增大而减少,磨损量随着料浆质量浓度与料浆流速的增大而增大;管径的大小对管道的磨损影响程度最大;3种因素交互作用对管道磨损的影响程度从大到小依次为料浆质量浓度与管径、管径与料浆流速、料浆质量浓度与料浆流速。     

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。     

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。     

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%。     

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。