深井似膏体充填管道输送特性研究

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建立超深、超长似膏体管道输送二维动态模型,在此基础上运用FLUENT双精度解算器进行分离隐式模拟。研究结果表明: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;充填料浆在工作流速为3.06 m/s,自流输送的条件下,在弯管处得到最大速度4.10 m/s,水平段最大速度3.91 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。     

某金矿大倍线加压充填技术研究与应用

针对江西某金矿充填倍线大,难以自流输送的问题,通过充填料浆管道输送水力学计算,并结合矿山充填工艺参数,确定了不同充填料浆状态下的管道沿程阻力损失;对比分析了不同的充填料浆管道输送系统布置方案,确定了最佳的管道输送方案;推荐了最佳的充填料浆管道输送工作流速、充填料浆参数及管道参数;最终通过综合分析,选取了充填加压泵类型及相关技术参数。经现场工业应用,取得较为理想的充填效果。     

托库孜巴依金矿充填料浆流变性试验研究

充填料浆的流变性是影响管道输送能力和充填能力的重要因素。以试验为主,在分析尾矿物理化学性质的基础上,对充填料浆的塌落度、扩展度,以及影响流变性的料浆浓度、充填倍线、充填管径等因素开展试验研究,以确定矿山实际生产的料浆浓度。研究结果表明:水泥的添加对料浆塌落度有明显的影响,将料浆流动性突变的临界料浆浓度由72%增加至74%;料浆浓度对流变性影响显著,推荐充填料浆浓度范围为70%～72%;在实际生产中,要根据矿山实际确定充填管道管径和充填料浆流速。该试验研究明确了充填料浆的流变特性,对矿山实现安全高效充填采矿意义重大,同时,也为类似矿山提供参考借鉴。     

充填料浆沉降规律研究及输送可行性分析

通过分析充填料浆在管道自流输送系统中的运动形式与充填骨料固体颗粒的沉降规律,得知充填料浆能否稳定地输送到采空区跟输送速度及水平管道的长度有关.结合孙村煤矿的煤矸石似膏体充填料浆的特点,利用Fluent流体分析软件对料浆的管道输送过程进行了模拟,并从理论上分析了以煤矸石作为主要骨料的似膏体利用管道自流输送的可行性.模拟分析表明,料浆的自流压差能够克服在管道自流输送过程中的沿程阻力损失,并且在3.82 m/s的水平管道输送速度下,料浆垂直脉动速度分量38.3 cm/s大于煤矸石的干涉沉降速度0.99 cm/s,因此,似膏体能够自流输送到采空区.     

服务采矿工程教学研究的自动化充填料浆环管试验系统设计及应用

为实现矿山充填环管输送工艺的自动化运行,研制了一套自动化充填料浆环管试验系统。该系统主要由给配料系统、泵送系统、监测系统、管路系统和以PLC编程控制器为核心的自动控制系统等子系统组成,可完成充填料配比、料浆浓度、料浆流速、料浆流量、料浆温度等料浆流变参数及特性的测试工作,并自动绘制出各项测试参数之间的关联变化曲线。结果表明:该系统流速控制范围宽,管道布置方式多样,操作键盘化,集成度高,使用方便可靠,是进行矿业工程领域矿山充填研究与分析的重要基础设备,为科研与教学工作提供了自动化的试验与教学环境。     

水砂充填料浆流变参数的现场测定及应用

文中简要介绍了利用电测法在矿山充站现场测定水砂充填料浆管道输送时的流速和压差的方法，并根据对水砂充填料浆管道输送时的物理力学特性和流变特性的分析，利用测定结果计算出砂浆的流变参数和流变特征方程，所得结果已成功地应用于生产管理和现场生产设计。     

高浓度充填料浆离析分析及控制

在利用管道水力输送的矿山充填中,要保持高浓度料浆在复杂的工况条件下不产生离析,以确保充填体最终强度,必须从料浆制备、充填料选择、搅拌系统控制、计量系统和管道输送系统等环节进行综合控制。     

基于ANSYS/FLOTRAN的高浓度全尾砂胶结充填管道输送数值模拟研究

高浓度全尾砂自流输送在金属矿山的应用日趋广泛。通过对某铁矿高浓度全尾砂胶结充填管道输送进行数值模拟研究,确定高浓度全尾砂料浆相关物理参数,构建适合高浓度全尾砂胶结充填料浆管道输送的数值模型。利用ANSYS/FLOTRAN模拟高浓度全尾砂料浆在充填管道内流动的动态特征,并将模拟结果与理论计算进行对比分析,同时进行料浆输送过程的数值解算,分析结果显示：（1）料浆浓度在68%~78%范围内以1.5,2.0,2.5 m/s进口流速完全能实现自流输送;（2）模拟结果与理论计算对比分析得出二者阻力损失相对比较一致;（3）随着料浆进口流速的增大,料浆浓度对弯管处的冲击影响越不明显。研究表明该数值模型建立合理,研究结果对高浓度全尾砂胶结充填管道自流输送试验和实践提供了一定的指导与借鉴。     

基于FLUENT的全尾砂充填管道输送模拟试验与分析

以大红山铜矿为实例,运用FLUENT软件对全尾砂管道输送进行数值模拟和分析。在充填料浆力学参数基础上建立了数学模型,分别分析了充填料浆的浓度、流速、管径3个因素对管道输送的影响状况,最后选出最优参数。分析结果与大红山铜矿的实际相符合,同时表明FLUENT软件可以用来模拟计算矿山充填管道输送。模拟试验方法可为其他类似矿山参考借鉴。     

全尾砂膏体充填配比优化正交试验

某新建矿山计划采用全尾砂膏体嗣后充填采矿法进行地下开采。为了提供经济合理、满足强度要求且有利于管道输送的全尾砂膏体充填最优配比方案,以料浆流动性能和充填体强度性能为考察指标进行正交组合配比试验。运用MATLAB软件对试验数据进行极差分析和多元线性回归分析,获得了灰砂比和料浆浓度对充填体强度影响的敏感性以及各力学参数预测模型。结果表明：（1）料浆质量浓度对塌落度的影响起主要作用,灰砂比次之;（2）充填体强度的敏感性随着灰砂比和料浆浓度的增加而增强,充填体强度对灰砂比更敏感,而对料浆浓度的敏感性较弱;（3）确定了全尾砂膏体最优配比：水泥用量为13%,充填料浆质量浓度为77%,此时全尾砂、水泥和水的用量分别占制备全尾砂膏体质量的68.14%、8.86%和23.00%。在该配比条件下,经28 d养护龄期后的抗压强度为2.6279 MPa、弹性模量为205.2 MPa、塌落度为23.7 cm,以较少的水泥用量满足了矿山充填强度指标和自流输送要求。     

全磷废料高浓度充填两相流环管试验研究

为了获取不同浓度的磷石膏充填料浆在管道输送过程中沿程阻力的变化趋势,采用剪切流变试验和环管试验对磷石膏充填料浆的流动性能进行研究。结果显示：磷石膏充填料浆沿程阻力随浓度的增加呈梯度增长,且浓度越高阻力增长越快。在既有充填管网和充填配比情况下,当磷石膏充填料浆管输流量低于190 m³/h时,50%～54%质量浓度的充填料浆沿程阻力变化不大,充填料浆质量浓度可提高至54%进行管道输送。鉴于充填管网的复杂性、弯头和坡度等均会导致充填管道输送总阻力损失的增加,充填系统设计须留有余量。     

基于Buckingham方程的大倍线充填料浆输送优化与应用

大倍线充填料浆管道输送困难及输送浓度偏低等问题是影响矿山充填效益的关键因素,如何低成本实现大倍线高浓度充填料浆的输送,是充填管道输送研究的重要课题。基于宾汉流体(B-H)的Buckingham方程,开展高浓度尾砂浆大倍线自流输送管道优化研究,结合安庆铜矿马头山矿段充填浓度低和输送倍线大的实际情况,采用分段计算、局部优化的方式,以较低的成本实现了安庆铜矿马头山矿段充填管线的优化工作,通过优化改造,输送效果得到明显改善,充填浓度提高了2%,为矿山创造了良好的综合效益。     

基于神经网络与遗传算法的多目标充填料浆配比优化

随着充填法在地下矿山开采中的应用越来越广,在满足充填体强度要求的情况下,寻找生产成本最低的充填料浆配比对于矿山生产经营十分重要。基于人工神经网络和遗传算法提出了一种新的充填料浆配比优化方法。首先,以水泥质量分数、粉煤灰质量分数和尾砂质量分数3个充填料浆配比参数为优化参数,以充填体强度为优化目标,建立了3-9-1的BP神经网络,并基于遗传算法对BP神经网络进行优化,建立起预测精度更高的GA_BP神经网络。然后,将预测精度更高的GA_BP神经网络作为适应度函数,结合成本计算函数,通过遗传算法进行多目标优化以获取最优的充填料浆配比参数。结果表明：当充填体抗压强度为1.5 MPa时的成本最低,充填料浆配比组合为水泥质量分数为8%,粉煤灰质量分数为2.3%,尾砂质量分数为66.3%,最低成本为29.3元/t,优化结果与实际情况一致。     

螺旋管在小倍线充填中的应用及充填倍线公式修正

为解决小倍线充填管道局部压力过大、管路磨损严重等问题,本文提出用螺旋管增阻调压的结构与实施方案.结合计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）对增阻调压结构与实施方案进行模拟分析,基于模拟计算的结果提出增加螺旋管道增阻调压结构后计算充填倍线的修正公式.研究结果表明,在2 m·s-1的模拟流速下,螺旋管增阻调压结构所产生的阻力可达同等高度直管的10.1~16.8倍,在保证料浆连续输送的前提下可以有效的起到增阻降压的作用.结合数值模拟的充填倍线修正公式能够较为完善地计算增阻降压后的有效充填倍线.      

结构流充填料浆环管试验及其阻力特性研究

本文以某矿山高浓度分级尾砂胶结充填料浆为研究对象,通过环管试验及数学分析,获得了试验料浆在不同工况条件下的管流阻力损失,对试验数据开展流变学分析,得到料浆的屈服应力、塑性粘度等流变参数,最终构建了试验料浆管流阻力计算的经验模型。结果表明:试验料浆在管径100 mm,流量17~30 m~3/h条件下,直管内的阻力损失为2 600~3 000 Pa/m,90°弯头(曲率半径1 m)内的阻力损失为2 800~3 200 Pa/m,90°弯头(曲率半径0.5 m)内的阻力损失为2 800~3 360 Pa/m,弯头阻力稍大于直管,且曲率半径越大,阻力越小。该矿山采用DN150充填管道较为适宜。     

某金矿充填系统的工艺改造研究

为解决某金矿现有分级尾砂充填系统存在的砂仓容积与充填规模不匹配、底流浓度偏低且极其不稳定、充填料浆输送性能不佳和易出现堵管等问题,拟将该矿充填系统改造为全尾砂膏体充填工艺。通过全尾砂、胶凝材料和水配制了不同灰砂比、不同质量浓度的全尾砂料浆,采用Φ100 mm、长300 m的管道进行半工业环管试验,测试了不同料浆的流动特性和输送过程的管道压力损失情况。结果表明:该矿全尾砂料浆的整体性较好,未发生尾砂离析沉降造成堵管现象,充填系统改造思路可行。     

某矿尾砂胶结充填系统运行分析

为更好地给矿床开采提供安全的工作场所,实现矿山绿色环保及可持续发展,进行了某矿充填系统的设计与应用研究。结果表明:全尾砂浆经气动液化搅拌均匀后,与水泥混合坍落度约250~270 mm、浓度为70%~72%的高浓度充填料浆,呈现出流态良好的结构流体,黏稠状料浆在管道中流动时对管道磨损很小,流入采场后充填料浆扩散良好,无局部堆积与水砂分离情况发生,分仓进砂后尾砂沉降效率大幅提高,制备出的合格充填料浆充入采空区后,围岩受力环境明显改善,原有的地压显现得到有效抑制,该技术的实施为矿山绿色开采提供了有力保障。     

基于满管输送的充填管路优化研究

满管输送可以延长充填管路的使用寿命,提高矿山充填作业效率。基于凡口铅锌矿新探明边缘矿体开采的充填需求,针对现有充填管线直径100 mm无法实现满管输送的问题,以地表管线SL1和地下管线L2-2为研究对象,开展充填管路优化研究。首先,运用理论计算,得出输送分级尾砂和细尾砂时,SL1的满管率分别为0.62和1.95,L2-2的满管率分别为0.72和2.26;其次,以最优满管率0.8为标准,通过公式推导,得出输送分级尾砂和细尾砂时SL1的理想水平管径分别为87 mm和155 mm,L2-2的理想水平管径分别为94 mm和168 mm;最后,利用CFD构建管道模型,运用Fluent软件进行变径满管流的数值模拟,通过对管道的压力及出口最大流速等进行对比分析得出,输送分级尾砂时减小管径可以增大满管率,且仍可自流输送;输送细尾砂时增大管径可以降低泵送压力。模拟结果证明此优化方案合理且具有很强的可行性。     

全尾砂高浓度充填料浆的流变特性

全尾砂高浓度（膏状）充填料浆属于高粘塑性非牛顿流体．充填料浆中材料的配比选择、料浆浓度等因素，影响料浆在外加剪切力作用下的流变性质、管路输送中的稳定程度和阻力大小．通过对试验数据的分析，研究全尾砂高浓度（膏状）充填料浆的屈服应力、触变性、流动曲线、临界雷诺数、粘度系数和输送阻力等流变特性．为我国在金属矿山应用全尾砂高浓度充填技术提供参考．     

充填料浆流动温变性研究

为解决矿山充填料浆堵管事故频发的问题,以具有代表性的不同配比充填料浆为研究对象,通过安东帕MCR102高级流变仪获取并分析相关数据,重点研究了充填料浆的温度对高浓度充填料浆流变特性的影响,探索温度变化对充填料浆流动性能的影响.研究结果表明:(1)高浓度全尾砂充填料浆的流变性能会随着料浆的温度变化而发生变化;(2)随着温...