矿山充填管道磨损经验分析.pdf

伸一 矿山充填管道磨船验分析 金川有色金属公司王佩勋 【 摘要 】对金川 有色金属 公司 二矿区充 填管 道的 使用 情况 及磨损规律 进行了评连，井 对采用 高浓度、 小流量、 低流速 、 太高差 、 长距离的管道自流输送方式作了介绍，取得了较好的经济效 o 关 键 词 塑 丝 ． 堕 ANAI Ys I S 0F EXP ERI ENCES 0N 『 E FI LLI NG P I P ELI NE W EARI NG J in c h u a N o n f e r r u s Me ta ls C o mp le x w a n g[ l x u n 【 A B S T R A C T】T h e u s e o f f ili i n g p i p e l i n e|n Mi n e A r e a Ⅱ o f J mc h u a n N o nf e r r o u s Me t a ls Co mp l e X a n d t h e la w s o f t h e p i pel in e we a r i n g a r e d e s c r i b e d ． 1 i p e li n i n g b y g r a v i t y c l 1 h i g h d e n s i t y , s ma l l fl o w r a t e ， s l o w v e l o c i t y ， lar g e d iff e r e n c e o f e l e v a t i o n a n d 1 o n g d i s t a n c e a n d i t s e c o n o mi c b e n e f i t a r e p r e s e n t e d ． KE Y W OR DS Fil li n g p i p e l i n e W e a r i n g An a l y s i s o f e x p e r i e n c e s 金 q -矿区是我国应用管道自 流输送料 浆胶结充填工艺最早的矿山，十多年来，经 过不断的技术改造及科研攻关，使其不断改 进和完善，达到世界先进水平 。 金川二矿区采用垂直钻孔与水平管道相 配合的管道输送系统。尤其是钻孔是管道自 流输送的咽喉，在生产实践中，遇到这样或 那样的问题 ，但该矿区对这些问题都非常重 视，在解陕问题的过程中积累了丰富的经验。 1 使 用情况 1 ． 1 垂直管道 金川二矿区一期工程，设有东 、 西部两 个充填站。东部在 3 6 行措拖井筒中架设了2 条d l g 2 m m普通无缝钢管，西部在 1 6 行充填 井筒中架设 4 条d 1 5 2 m m普通无缝钢管， 作 充填管道使用， 这6 条垂直管道使用寿命很短 少则充填 3 0 0 0 m a 料浆，多则充填 1 5 0 0 0 m s 料 浆，管壁多处磨穿漏浆，被迫停止使用。分 析其原因，皆因材质差 、管壁薄 、架设垂直 度不好所致。 实践证明，对充填管道而言， 其垂直管道部分 不管是长段或短段 ，采用 明管是不适宜的，应尽可能采用垂直钻孔为 好 二矿 区所 采用的垂直钻孔 ，孔径 有 b a 0 0 mm、 2 4 5 mm、怛 l 9 mm O 2 0 0 mm 、 b 1 7 9 m m d l g 2 m m 6 种，以m l 5 2 m m钻孔为 多，使用寿命长短是按上述孔径依次排列 。 dp 3 0 0 m m钻孔充填 l 6 8 万 Il l s ，dp 1 5 2 m m钻孔 则充填4 - 2 万 m ，因营壁磨员脱落堵塞钻孔． 且无法处理，只能用钻机透开，复用后一般 只能充填4 ～5 万 m s ，便就失去再使用价值。 1 ． 2 水平管道 ／ f ，I 有色矿山l g 9 8 ． 维普资讯 充填巷道充填管多采用M O 8 m m、 M 5 2 m m 普通或 1 6 Mn 无缝钢管，采场和进路采用 1 0 8 m m增强塑料管．尽管亦存在着一些问 题．但还能满足生产要求。 2 充填钻孔施工技术 因为垂直钻孔是管遣自流输送的咽喉， 所以施工技术要严格 ，以延长其使用寿命。 1 钻孔应尽可能垂直，其偏斜率应 不大于 0 ． 9 ％ 2荒孔直径应大于成孔直径 1 0 0 1 5 0 ra m，以保证足够注浆厚度； { 3下套管前必须冲孔洗浆，且套管 必须导正于中心，用梯形螺纹管箍连接，管 箍长度应大于 1 5 0 m m ， 以保证管与管间连接 的牢固性； 4 套管下好后，必须用油井水泥高 压固井，固管后保证套管内无异物，畅通； 5特别强调的是，钻孔垂直度的好 坏，直接影响到钻孔的使用寿命，所以钻孔 施工中必须随时有专用仪器测试偏斜度，以 使偏斜度小于 1 。3 0 。 3 O O m m充填钻孔使用 情况分析 3 0 0 m m充填钻孔充填料浆 l 6 8 万 废 弃，比 其它孔径的钻孔使用寿命长 1 0 倍以上， 技术 、经济成果均十分显著。该孔垂直深度 4 2 5 m ． 管内径 3 0 0 m m ， 管外径3 O m m ． 管壁 厚 l O m m , 荒孔直径6 2 0 m m ， 管壁后洼浆，厚 度 1 5 0 ra m。 3 0 0 m m钻孔使用效果最好的原因有以 下几点 1 钻孔垂直度好，偏斜度为 l 。l 2 ， 因而管壁受摩擦较为均匀。垂直度愈高，使 用效果则愈好，这是垂直输送管道所共有的 特性； 2钻孔管径大，在使用过程中，从 未发现管接头、管壁磨损脱落现象 。由于管 径大，料浆在垂直落下时，相对减轻了料浆 与管壁的直接冲击摩擦，所以延长了使用寿 命； { 3钻孔管壁后注水泥浆为 5 2 5 , 油 井水泥，浓度 7 5 ％ --8 0 ％ , 厚度 1 5 0 ra m ， 且采 用高压固井技术，所以其强度大于 1 5 M P a 。 高强度水泥浆形成的圆形通道耐磨性更好， 从而保证了钻孔的继续使用； ‘ 4 l钻孔套村管材为高锰耐磨管，且 管壁较厚，增加了使用寿命。 综合考虑，可得出这样的结论，充填钻 孔管内径以b 2 5 0 3 0 0 m m为宜。 所以施工垂 直充填钻孔，只要施工设备和施工技术条件 允许，管内径尽可能采用 2 5 0 --3 0 0 m m ， 尽 可能采用耐磨管材，虽然一次性成本较高， 但从使用效果来看，经济效益却是非常显著 的 。 实践中，一般要在垂直钻孔底部安装事 故排浆阀，遇到充填管全线堵塞事故时，首 先及时将事故排浆f 圉 打开，这样钻孔里的料 浆就可依靠自重或敲击管壁而排出，避免钻 孔堵塞 。 金 1 --矿区十多年来的充填实践充分说 明，由垂直钻孔与水平 或倾斜管道相配 合的管道输送系统，只要管理得当，就具有 很好的使用价值。 4 影响管道阻力的因素 充填料浆沿管道流动，必然受到管壁阻 抗。所受阻力由两个分力组成润滑层的水 力切应力和固体颗粒对管壁的摩擦力。料浆 在管道中流动所受阻力，与下列因素有关 1 料浆流速的影响。阻力损失随流 速的增大而增大。在实际应用中，应以略大 于临界流速的低速度输送，小于临界流速则 易发生堵管事故； 2料浆浓度的影响。阻力损失随浓 度的增大而增大，这是因为浓度的增大意味 矿山充填管道膳损经验甜 。_王佩勋 邮编 7 3 7 1 0 5 l 5 一 维普资讯 着两相流中固体成分的增加，颗粒之间相互 作用的程度是按指数规律增加的，所以消耗 于运送固体颗粒的能量必然要增加； 3料浆颗粒成分及平均粒径的影响。 颗粒大、硬度大、表面呈多棱形多面体，则 阻力损失大，反之则小。 金川二矿区的实践 证明，料浆流速小于 3 m ／ s 时，8 m m破碎水 泥料浆阻力损失比 3 ra m棒磨砂水泥料浆大， 而 3 ra m棒磨砂水泥料浆阻力损失比 1 ． 2 ra m 细砂水泥料浆大。但流速大于 3 m ／ s 时，则情 况相反。当流速大于某一特定值时，颗粒大 反而阻力损失小，因为在流速较大时，料浆 一 般呈均质悬浮，阻止固体颗粒沉淀的影响 较大，从而固体颗粒与管壁的摩擦机会少了， 减少了这部分能量损失，结果大粒径料浆流 体阻力反而比小颗粒料浆小。因此，实际应 用中，必须注意流速大小这一特定条件； 4骨料颗粒比重的影响。在体积浓 度相同时，固体颗粒比重愈大，所受阻力就 愈大； 。 5料浆骨料颗粒沉降速度的影响。 颗粒沉降速度愈大，阻力损失愈大。因为需 要大流速才能产生大的垂直脉动速度，～般 来说，流速增大，阻力损失必增大； ’ 6 输送管径的影响。固、 液态两相 流的充填料浆阻力损失亦是随管径的减小而 增大。二矿区在综合考虑充填工艺及经济效 益的条件下，逐渐将充填管由 1 0 8 ra m增加 到 l 5 2 m m ． 取得了良好效果； 7 料浆水灰比 水泥含量的影响。 增加料浆水泥含量，有利于使悬浮液变成类 似重介质，使固体颗粒易于悬浮，从而减少 沿管壁的摩擦损失。减少水泥含量，必然增 大了固体颗粒的沉降速度，所受阻力必增大。 在设计和实际应用过程中，必须全面综 合考虑以上各因素，确定各参数的最佳数值， 以获得最佳的工艺技术效果和经济效益 。 5 管道磨损规律 由于料浆输送速度和压力均较大，对输 送管道产生法向及斜向冲击必然很大，造成 管道磨损， 有时甚至很严重。为了保证安全 输送，必须了解输送管道的磨损率，及时掌 握管壁厚度的变化，确保管壁安全厚度。为 达此目的，采用C C H ～l 2 型高灵敏度超声波 测厚仪，对充填管道进行定点定时监测，结 果发现如下规律。 。 对完全相同的充填管道来说，其倾斜部 分磨损严重，弯管段比直管段磨损更严重。 经实测，曲率半径 R 6 0 0 1 2 0 0 m m的9 0 。弯 管对料浆所产生的阻力损失，相当于 1 0 1 2 m 水平直管所产生的阻力损失。在料浆流向急 剧改变 即弯管曲率半径很小之处，料浆 对管壁的法向冲击力非常大，管壁穿孔现象 十分严重。 在实践中出现过充填不到 1 0 分钟． 弯管就被穿透。遇到这种情况，通常采用加 大弯管曲率半径和管直径或采用特制加厚耐 磨的弯管来解决。同一输送管道，应尽可能 保持管径一致，遇到局部加大或变小管径时， 必须以变径管来实现，切记不能突变，否则 固液态两相流充填料浆易发生堵管事故。 在正常情况下，就水平直管而言，充填 管磨损程度以低部为展大，两侧次之，顶部 最小 。 6 管道阻力计算的金川公式 、 国内外有关专家、学者对固液整两相流 输送阻力计算，提出各种不同的计算公式， 但这些公式均有一定的适应范围。因此，对 特定的输送物料，必须通过试验确定阻力计 算的经验或半经验公式。 管道水力输送的根本问题是在固体物料 输送量、输送距离和高差一定时，选择适当 的管径 、 浓度和输送量等，以达到输送可靠 ， 经济效果好。 设计一条水力输送管道，首先必须预计 有色矿山1 9 ． 维普资讯 给定条件下的最基本的参数一水力坡度， 才能进行管道输送与其它输送工具之间以及 管道在不同参数条件下的技术经济比较，从 而确定最佳的输送方式 。一般来说，管道输 送是较为可靠经济的方式。 下面提出的金川公式是利用大量的试验 资料及数据来推导计算水力坡度的经验公式， 并利用收集到的国内外的一些实测数据进行 验证，同时与其它公式进行比较，其误差较 小，可供水力管道输送固体物料设计计算选 用 。 。 { 11 0 8 计算结果单位为 P a ／ m。 式中 E 均质混合液水力坡度； i o 清水的水力坡度； c - 料浆容积浓度，％； g _ - 重力加速度，9 ． 8 m ／ s 2 ； 输送管道管径，皿 、 H 浆平均流速，m ／ s ； o 【料浆颗粒沉淀特性的阻力系数； v 固体颗粒比重。 经长期的实际校验及反复比较，此公式 为不同浓度、比重，粒径、管径等条件下， 计算固液整两相流管道阻力是可行韵，对金 川 I 二矿区高浓度结构流更有其准确性。 7 金川二矿区管道输送 的 显著特征 既要有利于提高充填体强度，减轻料浆 对管壁的磨损，又要满足二矿区大规模采矿 需要。该矿区1 0 多年来，经过反复实践，撮 终采用了高浓度、小流量、 低流速、大高差、 长距离的管道自流输送方式，取得了较好的 经济效果。 1 o多年来的充填实践还说明，减少管道 磨损最行之有效的办法是，要设法采用小流 量 ， 低流速 ， 也就是要使料浆在全线满管低 速流量下行。这不仅可减少管道磨损，而且 有利于提高充填质量。 8 耐磨管的研制及应用 目前，采用固体物料长距离管道输送技 术不仅取得了丰富经验，而且受到高度重视。 国内外凡是采用胶结充填工艺的矿山，绝大 多数是采用管道输送固体物料。因为它具有 输送可靠且经济等优点，但是采用管道输送 固液整两相流充填料浆，输送管材的消耗量 是很大的。到目前为止，不管采用什么有效 方法，只能减轻固体物料对管壁的磨损，而 不能完全消除，所以充填管道就成为矿山生 产中消耗量最大的磨损件。 过去多采用普通或 1 6 M n 无缝钢管输送 料浆，寿命较短，更换频繁，尤其是弯管部 分 。这样，就造成三种损失，即经济损失， 辅助工作时间损失，降低充填质量损失。因 此必须研制开发新的耐磨管材 。 近年来，不 少研究单位及厂家为此努力，研制出了各种 不同材质的耐磨管材 。 几年来，二矿区反复试验过几种耐磨管 材，其中，钢 一高铬铁双金属耐磨管材效果 良好。经过长时问的实际测定，该双金属管 与 1 6 M n 无缝钢管相比，具有优良的耐磨 ， 耐腐蚀性能，耐磨性能是 1 6 M n 无缝钢管的 7 ～ 1 0 倍，而且强度，韧性， 可焊接性均较好， 可以满足实际工作的需要。由于耐磨 、耐腐 蚀性能大大提高，其经济效果显著，深受用 户欢迎。 矿山充填昔道磨损经验分析一王佩勋 邮编 7 5 7 1 o 2’ 维普资讯