水力充填管道挤压输送方法试验研究

针对矿山充填料自流输送和传统的膏体泵送方法存在的问题,研究了一种利用机械力和浆体重力的挤压输送充填料的新方法,其思路是在井下充填管道中安装不同于传统正排量泵的挤压输送设备,使高浓度/膏体充填料浆在挤压输送设备的机械力和重力作用下,沿充填输送管道流至采空区.采用理论分析与实验的方法,研究了挤压输送方法的原理.研究结果证明,挤压输送方法原理可行,它利用了矿山充填特有的垂直管道和其内的充填料浆自重以及浆体的屈服应力,使得挤压输送设备无分配阀,因而输送设备结构简单,易磨损件少,是一种除自流输送和传统泵压输送方法之外,投资省、运行成本低的第3种水力充填输送方法.图6,表1,参17.     

基于流体力学理论的全尾砂浆管道输送流变性能

为研究充填料浆流变性能,利用流体力学原理,通过L型管道自流输送实验对其在管道中流动的力学特性进行了分析. 结果表明:料浆浓度、流量和管径对料浆管输阻力和充填倍线大小的作用程度不同,其中料浆浓度影响尤为显著. 在能够实现自流输送的充填倍线合理条件下,采场充填时,当结合充填能力确定流量和管径后,可通过充填站调节制浆浓度以使充填材料在管道输送、采场中沉降、抗离析、脱排水、固结硬化和力学性能等方面表现良好.     

充填料浆L型管道自流输送模拟试验分析

为掌握不同配方及浓度的充填料浆的输送特性及可实现的自流充填倍线,以为提高充填管网设计的可靠性提供设计依据,采用L型管道自流输送的方法,结合现场工业生产开展实验方案设计,进行了不同浓度及配比条件下的充填料浆的流变参数测试,并分析了不同配比及浓度料浆的流变性能指标及充填倍线的变化规律。结果表明:同等可比条件下,浓度或配比较高的充填料浆具有较强的粘聚性,其剪切应力较大,稀释后其相关指标大幅降低,当料浆浓度很低时,可实现自流输送的充填倍线大幅增大。研究结果可为充填工艺中的管网布置和优化提供理论依据。     

管道层流通用方程的推导及试验验证

为分析充填料浆在管道内的运动,根据流变学及流体力学理论,以Herschel-Bulkley(H-B)本构模型推导出管道层流通用方程,确定了流体管道层流临界条件的计算方法.根据所推导的管道层流通用方程,提出了一种流变参数测量方法,并采用工业级的L管实验装置和流变仪分别测定了某非牛顿流体充填料浆的流变参数.实验结果表明:当含屈服应力的非时变性非牛顿流体在管道层流运动时,管壁切应力沿管径线性分布,管壁处速度梯度和雷诺数有最大值、表观黏度有最小值,在管壁处流速为0;管道内存在半径较大的柱塞流区,柱塞流区边界处速度梯度为0;基于管道层流通用方程的管道试验方法与流变仪测定方法所得流变参数计算的流量结果基本一致.     

充填料浆长距离管道输送数值模拟

矿山充填工程中,常常会涉及料浆管道输送的技术问题,尤其对于长距离输送,料浆在管道中的流动极具复杂性.为降低管道磨损、延长管道使用寿命,采用数值模拟方法分析不同浓度料浆在长距离管道中的流动压强、流速及偏转特性.结果表明:2维双精度解算器Fluent2ddp的模拟结果与在生产中所观察到的现象较为吻合,此结果可为低倍线的降压增阻或高倍线的增压减阻提供合理依据.矿山可在此基础上采取必要措施以延长管道服务年限、降低充填成本及减少系统故障概率,从而实现低成本和高效充填之目的.     

戈壁砂和棒磨砂骨料充填料浆管输特性试验

基于利用戈壁砂替代棒磨砂骨料来降低充填采矿成本的目的,开展两种骨料充填料浆管道输送特性试验。首先进行戈壁砂和棒磨砂两种骨料的粒径级配分析,结果显示两种充填骨料的粒径级配基本相同。然后采用L管试验装置,对两种骨料的充填料浆进行流变特性对比试验。结果表明:在相同条件下,当质量浓度小于82%,两种骨料充填料浆流变特性不存在本质上的差异;当料浆质量浓度大于82%时,戈壁砂充填料浆流变特性优于棒磨砂;当充填管径大于130mm时,两种骨料充填料浆流变特性基本相同;当充填管径小于130mm和质量浓度小于82%时,戈壁砂充填料浆流变特性优于棒磨砂。由试验结果可知,当料浆质量浓度小于82%和管径小于130mm的管道输送条件下,戈壁砂替代棒磨砂充填料浆的管输特性没有变化。采用高浓度和大管径管道输送时,戈壁砂充填料浆更有利于管道输送。由此表明,金川矿山充填采矿中利用廉价的戈壁砂替代棒磨砂骨料,能够降低充填成本,提高充填采矿经济效益。     

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3.82m/s的水平管道输送速度下,料浆垂直脉动速度分量38.3cm/s大于煤矸石的干涉沉降速度0.99cm/s,因此,似膏体能够自流输送到采空区。     

高浓度超细全尾砂充填料浆管道输送阻力模型

 为准确计算某矿山高浓度超细全尾砂充填料浆管道输送阻力损失,在固-液两相流理论的基础上,综合全尾砂充填料浆管道输送阻力影响因素,通过因次分析法构建高浓度超细全尾砂充填料浆管道输送阻力模型。运用计算流体动力学方法（CFD）研究充填料浆体积浓度、流速、管道直径、固体混合料密度等因素对管道输送阻力的影响,得到360 组管道阻力损失值;采用最小二乘法回归计算管道输送阻力模型系数,并抽取4 组常用工况点对计算模型进行误差分析,根据回归系数显著性检验方法,得到各因素的影响程度关系。计算模型结果与泵送环管实验的误差在5%左右,能满足本矿山充填系统设计需要。     

基于Fluent的充填料浆管道输送阻力模拟

 为了解高浓度浆体的流动特性, 结合流体动力学的理论和充填浆体的特点, 对充填浆体在不离析的条件下做流体质点、均质性和连续性的假设, 建立充填浆体管道输送的数学模型。结合某矿山工业试验的结果, 运用Fluent 软件对浆体管道输送进行了阻力数值模拟, 通过模拟与实测结果的对比可看出, 两者误差在5%左右, 得出了浆体流速与沿程阻力损失之间的关系方程, 进而运用此模型计算得到该浆体管输自流的速度区间1.82～2.23 m/s。利用数值模拟结果可以为充填系统管路的设计提供依据, 也可用来指导矿山的实际生产, 具有很好的实用价值和推广意义。     

不同粒径尾砂料浆塌落度和屈服应力关系

尾砂料浆的流变特性既是水砂充填管道输送设计的重要指标,也可为尾砂胶结料浆的流动特性评价提供参考。基于标准塌落筒试验和流变试验,获得了不同质量浓度下4种尾砂料浆的塌落度和剪切屈服应力。结果表明：在料浆塌落度变化较大的质量浓度区间内,粗、细粒径尾砂料浆的塌落度均随料浆质量浓度的增加而减小,但细粒径尾砂料浆塌落度减小速度更快;随着质量浓度的增加,细粒径尾砂料浆的剪切屈服应力呈指数形式增大,而粗粒径尾砂料浆的屈服应力的变化相对不显著。通过分析粗、细尾砂料浆的塌落度和流变试验结果,发现料浆塌落度与屈服应力之间呈指数关系。     

沉降性浆体倾斜管道浓度分布的研究

首先推导了流体在倾斜管道中的速度分布模型,在此基础上,从固体颗粒在管道中的三种运动状态出发,提出了倾斜管道沉降性浆体浓度分布的计算模型,并用相关实验结果对所提出的模型进行了简单的验证。     

Numerical simulation on the rheo-diecasting of the semi-solid A356 aluminum alloy

The effect of injection pressure, piston velocity, and the forming temperature of semisolid slurry on the filling behavior of the semi-solid A356 aluminum alloy was investigated by simulation methods. The simulation results show that these processing parameters have an important effect on the filling behavior of the semi-solid A356 aluminum alloy. The slurry flows steadily in the cavity when the injection pressure, the piston velocity, and the forming temperature are low, but it is prone to turbulent flow when the injection pressure, the piston velocity, and the forming temperature are much higher. Therefore it is necessary to determine the appropriate processing parameters to get a steady flow of the slurry in the cavity.     

粒度对浆体管道输送稳定性的影响

针对长距离浆体管道输送过程中存在着输送稳定性的问题,分析了管道输送的主要影响因素,运用实验的方法论述了颗粒级配对浆体输送稳定性的影响.结果表明管道输送选用的颗粒级配是否合理是非常关键的,它的优化将影响一系列管道输送参数,优化浆体的粒度组合,可减小粗颗粒的沉降速度,以制止其分选沉降,从而提高浆体的输送稳定性.因此,选用合理的颗粒级配作为浆体的输送粒级是可行的,也是安全可靠的.     

基于Fluent的分级尾砂料浆满管流输送技术

 针对某矿山分级尾砂充填料浆自由下落对管道产生严重磨损的现状,引入分级尾砂料浆满管流输送技术。基于Fluent软件,并结合运用工程流体力学和深井管道输送相关理论,对不同充填倍线条件下的分级尾砂料浆满管流输送的工作特性进行了数值分析。结果表明,满管流输送相对于自由下落系统可以大大降低料浆对管道的冲击磨损和管道所受的压力,且分级尾砂满管流输送系统的管道出口压力随充填倍线的增大而减小,系统总压力基本保持不变;管径的变化对充填料浆的水力坡度具有很大影响,变径管措施有助于深井充填中实现满管流输送;当充填倍线N=6.0时,该矿山分级尾砂在实现满管流输送的同时,弯管处压力损失达到最小值0.247 MPa。     

基于支持向量机的矿浆管道堵塞信号识别方法

针对传统统计学理论的局限性,提出一种基于支持向量机的矿浆管道堵塞信号识别方法.该方法可以有效地识别矿浆管道中压力信号、流量信号的异常,通过分析压力信号、流量信号的异常从而准确识别堵塞信号.对于矿浆管道堵塞发生的早期发现起到一个很好的预警效果.研究结果表明,该方法分类效果好,泛化能力强,在识别正确率上优于径向基核函数人工神经网络方法,为矿浆管道安全生产监测提供了可靠的理论支持.     

一种长距离浆体输送管道拒雷控制系统的设计

针对长距离矿浆管道输送存在的雷击灾害,提出了一种基于长距离浆体输送管道的拒雷控制系统,其系统包括浆体钢管、机电设备、综合有源+无源等离子拒雷装置和多个电涌保护器.在浆体钢管与机电设备之间的绝缘段的两侧分别安装第一电涌保护器和第二电涌保护器,采用瞬态接地的方式来实现等电位接地,克服了强制电流式阴极保护的矿浆钢管道不能直接接地的缺陷,同时防止了雷电侵入波对设备铁精矿管道的危害.实际应用表明了该方法的有效性.