全尾砂充填料浆管道输送试验研究.pdf

全尾砂充填料浆管道输送试验研究 胡亚军 1， 2， 南世卿2， 姚振巩1， 刘瑞新2 1． 长沙矿山研究院， 湖南 长沙410012; 2． 河北钢铁集团矿业有限公司， 河北 唐山市 063700 摘要 充填矿山为获最佳输送参数往往需环管输送试验， 但该类试验需要较多的测试装 置和试验物料， 且时间长、 费用高。针对这些缺陷， 在某铁矿充填料浆管道输送试验研究 中提出了一种简单实用型管道输送试验方法。试验表明 该法结合坍落度、 简易流动性辅 助试验能够直观掌握充填料浆流动特性， 通过对影响管道阻力损失的各种因素进行分析， 可以确定矿山最佳输送参数。 关键词 全尾砂充填料浆; 坍落度; 简易型流动试验; 管道阻力损失; 最佳输送参数 0引言 高浓度充填系统在设计、 调试生产过程中需要 最佳自流输送参数， 如流量、 浓度、 充填倍线等， 如果 这些参数选择不当， 料浆在输送过程中易发生堵管、 不满管输送、 管路磨损过快等诸多问题。而国内、 外 矿山因矿石性质、 选矿工艺不同， 排出全尾砂的组分 和粒级组成是千差万别的， 大多数矿山不能完全参 考其它矿山运行参数， 只能依据矿山全尾砂实际情 况进行环管管道输送试验。环管输送试验的优点能 够在现场测定不同配比和不同浓度下料浆在不同流 速下输送管道损失， 得出适合高浓度以及膏体充填 系统的参数， 但该类试验消耗人力、 物力过大， 且需 时间过长， 因此， 在某些矿山无法进行。本次管道输 送试验采用 L 型管道对某铁矿进行了试验。该试 验设备简单、 易操作， 无需任何检测仪表 如浓度 计、 流量计和压力表等 。 1L 管试验系统及其原理 1． 1L 管管路输送系统 L 管试验系统设备简单， 可以在现场短时间制 作完成， 主要包括收料斗、 长度分别 1． 5， 2． 5 m 的两 根透明良好的 Φ90PVC 塑料管、 90管道连接弯头以 及支架。 1． 2L 管管路输送试验原理 充填料浆在流动时的受力状态如图 1 所示。根 据能量守恒定律， 可得出如下公式 P0 Pg Pl P 1 式中 P0 进口处压力，P0 γhπ 4 D2; Pg 料浆自重压力，Pg γh π 4 D2; Pl 沿程阻力损失，Pl P直 P局 τ h L πD  n i 1ξiγ V2 2g; P 出口压力损失，P γ V2 2g π 4 D2; γ 料浆比重， N/m3; V 料浆流速， m/s; g 自重加速度， 9． 8 m/s2; ξi 局部阻力损失系数。 图 1管内流体受力分析 沿程损失中的局部损失一项包括弯管损失、 接 头损失等等， 计算较为繁杂， 为了简化起见， 一般取 其为直管损失的 10 ～ 20， 在数据分析计算时， 取 10。 则将上述各项代入 1 式， 化简后得 γD 4 h h1． 10τ h L γ V2D 8g 2 随着试验过程的进行， 料斗内料浆料面下降， 流 速逐渐降低， 最终停止流动时， 竖管内料柱高度为 h0， 料浆自重压力与管道静摩擦阻力相平衡， 这时即 ISSN 1671 －2900 CN 43 －1347/TD 采矿技术第 11 卷第 6 期 Mining Technology，Vol． 11， No． 6 2011 年 11 月 Nov． 2011 可按以下公式计算料浆的屈服剪切应力 τ0 γh0D 4 h0 L 3 在试验过程中， 计算充填料浆在管道中的流速 V， 则根据式 2 、 3 即可分别计算相应的 τ0、 τ， 同 时根据宾汉流变方程可计算出料浆的粘性系数 η， 即 η 3τ －4τ0 D 24V 4 根据式 3 、 4 得到不同灰砂比和不同浓度下 料浆流变系数， 并结合该铁矿井下实际铺设管道管 径 140 mm ， 即可求出不同流量下管道阻力损失 i Pa/m i 16τ 0 3D 32ηV D2 5 2其它辅助试验 为保障高浓度料浆在试验管道内自流顺畅输 送， 减少堵管事故机率， 为此进行了坍落度和简易流 动性测定试验。坍落度试验采用标准的圆锥桶， 桶 高 300 mm， 上口直径 100 mm、 下口直径 200 mm， 按 建筑工程规范测定不同灰砂比条件下各种浓度全尾 砂胶结充填料浆的坍落度。流动性简易测量装置由 2 L 可乐瓶和支架构成， 通过测定砂浆放出时间的 长短来初步判断其流动性。 3试验结果与分析 3． 1坍落度测量结果与数据分析 坍落度是料浆输送性能的直观参考指标， 直接 反映料浆的流动状态。某铁矿全尾砂胶结料坍落度 测定结果见表 1。 表 1某铁矿全尾砂胶结料坍落度测定 灰砂比 料浆浓度 坍落度 cm 灰砂比 料浆浓度 坍落度 cm 1∶4 82 80 75 72 70 22 24．8 29 30 30 1∶ 8 82 80 75 72 70 5．5 17．5 26 27．5 * 1∶0 82 80 75 72 70 4 12．5 26 30 ＊＊ 平均值 82 80 75 72 70 3．9 18．3 27 29．1 注 * 代表水砂分离; ＊＊代表水砂严重分离。 试验表明 料浆坍落度随料浆浓度的减小而不 断增大; 料浆浓度在 80 以上时， 塌落度小于 17． 5 cm， 仍保持坍落桶形状， 而当料浆浓度在 72 ～ 75范围时， 塌落度 ＞27 cm， 料浆流动性明显变化、 全面铺开， 且没有出现水砂分离或大量泌水等不良 现象; 当料浆浓度继续稀释至 70 时， 部分水砂比 呈现出水砂分离现象。 3． 2流动性简易测量结果与数据分析 流动性简易测量装置由 2 L 可乐瓶和支架构 成， 测量从砂浆开始排出到停止排料的时间间隔。 砂浆 水砂比 1∶ 6 在较高浓度 约 76 左右 时， 出 现部分砂浆断续流出的现象。 3． 3管道阻力损失分析 1输送流量对管道阻力损失的影响。图 2 为 浓度相同， 不同灰砂比条件下， 流量变化时阻力损失 曲线; 图 3 为灰砂比相同而浓度不同的条件下， 流量 变化时阻力损失曲线。可以看出 管道阻力损失随 流量的增加而变大， 当流量增大至 120 m3/h 时， 压 力损失变化率变大， 特别是灰砂比高的料浆， 可以判 断该点是浆体流动状态发生改变即从层流变成紊流 状态的过度点。为保证料浆流动状态为层流并结合 该矿实际制备生产能力， 确定流量优化范围 80 ～ 100 m3/h。从图 3 可以发现， 72 与 74 阻力曲线 间隔距离接近于零。 图 2不同灰砂比相同浓度 72 ， 流量变化时 阻力损失曲线 图 3同一灰砂比不同浓度 1∶6 ， 流量变化时 阻力损失曲线 12 胡亚军， 等 全尾砂充填料浆管道输送试验研究 2输送浓度对管道阻力损失的影响。图 4、 图 5 分别为不同灰砂比相同流量时的浓度变化阻力 损失曲线和同一灰砂比不同流量时的浓度变化阻力 损失曲线。可以看出输送阻力受浓度的影响更加明 显， 损失曲线总体呈升高趋势， 但浓度在 72 ～ 74 范围时阻力损失变化平缓， 压力损失在 2 kPa/m左右 计算最大几何倍线为 7 。结合坍落度 试验结果， 完全可以确定该范围为最优。 图 4不同灰砂比相同流量 80 m3 /h ， 浓度变化 阻力损失曲线 图 5同一灰砂比不同流量时 1∶6 ， 浓度变化时 阻力损失曲线 3水泥添加量对管道阻力损失的影响。从图 6 可以看出， 灰砂比越大， 阻力损失越大。因此， 在 满足强度的前提下， 为减少输送管道阻力损失尽量 采用灰砂比小的充填料浆。 4试验结论 1坍落度试验直观反映出了料浆浓度在 72 ～75 时， 流动性和保水性最好， 不离析和分 层; 而简易试验初步寻找了排放时间与阻力的关系， 为今后采用简单法测砂浆阻力奠定了基础。 图 6相同浓度不同流量 72 ， 灰砂比变化时 阻力损失曲线 2管道阻力大小与料浆浓度、 流量、 灰砂比有 关， 阻力损失随浓度的增高而增加， 随流量的增大而 增加， 随水泥的添加而增加。结合该矿实际， 很方便 得到了最优自流输送参数 流量 80 ～ 100 m3/h; 浓 度 72 ～74; 几何倍线小于 7。 3试验结果为矿山下一步充填调试和生产提 供了可靠的技术支撑和保障， 试验方法可为类似矿 山提供参考。本次 L 管输送试验中， 并没有考虑管 道材料因素， 建议矿山在调试和生产过程中对参数 稍加调整。 参考文献 ［ 1］ 周爱民． 矿山废料胶结充填［M］． 北京 冶金工业出版社， 2007． ［ 2］ 王新民． 深井矿山充填理论与管道输送技术［M］ ． 长沙 中南 大学出版社， 2010． ［ 3］ 姚中亮． 全尾砂结构流体胶结充填的理论与实践［J］ ． 矿业研 究与开发， 2006， S1 ． ［ 4］ 芦世俊． 全尾砂高浓度充填料浆自流输送系统特性分析及设 计［ J］ ． 有色金属 矿山部分 ， 长沙， 2010， 2 ． ［ 5］ WANG J， YANG C， CHU D， ZHANG J， GUO S． A new to test for friction loss in pipeline transportation of pastefill slurry ［A］． Minefill 2011，10th International Symposium on Mining with Backfill［ C］ ． Southern African 2011． 收稿日期 2011 －06 －27 作者简介 胡亚军 1982 － ， 男， 河北唐山人， 硕士研究生， 主 要 从 事 充 填 理 论 与 工 艺 研 究 与 应 用 工 作，Email 616579060 qq． com 櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥 櫥櫥櫥櫥櫥 櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥 櫥櫥櫥櫥櫥 毣 毣 毣 毣 。 内蒙古东部发现一处大型铜锡银多金属矿床 近期从内蒙古自治区有色地质勘察局获悉， 地质勘察人员在内蒙古通辽市扎鲁特旗境内发现一处大型铜、 锡、 银多金属矿床。根据 前期勘探情况估算， 这处矿床的铜金属资源量 50 万吨以上， 锡金属资源量超过 8 万吨， 银金属资源量在 1200 吨以上， 而且附近区域找矿 潜力巨大， 前景非常看好。这处矿床是大兴安岭地区目前规模最大的富铜、 锡、 银共生矿床。 22 采矿技术2011， 11 6