基于環(huán)管試驗(yàn)確定粗骨料膏體充填料漿管道輸送參數(shù)

1、<p>　　基于環(huán)管試驗(yàn)確定粗骨料膏體充填料漿管道輸送參數(shù)</p><p>　　邵亞平1，郭利杰2， 陳 寅1，侯國(guó)權(quán)2</p><p>　　( 1.新疆喀拉通克礦業(yè)有限責(zé)任公司，富蘊(yùn)836107</p><p>　　2.北京礦冶科技集團(tuán)有限公司, 北京102628)</p><p>　　摘要: 本文以粗骨料膏體充填料漿管道輸送為研

2、究背景，基于環(huán)管試驗(yàn)測(cè)試了不同質(zhì)量濃度、不同灰砂比、不同充填流量、不同管徑條件下的粗骨料膏體管道輸送阻力；分析了影響粗骨料膏體充填料漿管道輸送阻力的影響因素；最終依據(jù)礦山實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)狀，結(jié)合環(huán)管試驗(yàn)結(jié)果，確定最佳的粗骨料膏體充填參數(shù)為：輸送能力90m3/h、膏體充填料漿質(zhì)量濃度80%、灰砂比1:10—1:6、輸送管徑Φ165×12、輸送流速1.6m/s。從而為礦山粗骨料膏體充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)及管道輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。<

3、;/p><p>　　關(guān)鍵詞: 粗骨料 膏體充填 環(huán)管試驗(yàn) 管道參數(shù) 沿程阻力</p><p>　　Determination of conveying parameters of coarse aggregate paste filling slurry pipeline based on annular tube test</p><p>　　Shao yap

4、ing, Guo lijie, Chen yin, Hou guoquan2</p><p>　?。?. Xinjiang Kalatongke Mining Co.,Ltd, Fuyun 836107</p><p>　　2.Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy, Beijing 102628）</p

5、><p>　　Abstract: On the background of the pipeline transportation of coarse aggregate paste slurry, the pipeline transportation resistance under different mass concentrations, cement-sand ratios, filling flow r

6、ates, and pipe diameters were determined based on the round-pipe test, The major factors affecting the pipeline resistance of the coarse aggregate paste slurry were analyzed. Combined with the results of annular tube tes

7、t, the optimum filling parameters of coarse aggregate paste were determined a</p><p>　　Key words: Coarse aggregate, Paste filling, Round-pipe test, Pipeline parameters, On-way resistance</p><p>

8、<b>　　1引言</b></p><p>　　膏體充填具有不離析、不脫水、充填體質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，在全世界范圍內(nèi)備受關(guān)注。膏體充填技術(shù)最早在南非得到應(yīng)用，隨后推廣應(yīng)用至加拿大、澳大利亞、德國(guó)、美國(guó)等礦業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家[1-4]。我國(guó)在膏體充填方面的研究雖然起步較晚，但發(fā)展迅速。近年來，膏體充填技術(shù)在國(guó)內(nèi)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，技術(shù)水平取得了很大的進(jìn)步，且應(yīng)用礦山不斷增加。</p><

9、p>　　膏體充填料漿制備是保障膏體充填質(zhì)量的關(guān)鍵，其中對(duì)骨料的粒徑要求比較嚴(yán)格[3]，骨料中粗、細(xì)、極細(xì)等骨料需保持合理的配比。根據(jù)國(guó)內(nèi)外泵送膏體充填的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可將輸送的固體顆粒以0. 25mm為界劃分粗細(xì)顆粒，直徑大于0. 25 mm的為粗顆粒，小于0. 25 mm的為細(xì)顆粒。其中小于25μm的稱極細(xì)顆粒。一般要求粗顆粒與細(xì)顆粒重量比不能大于1，且極細(xì)骨料含量在20% ~25%之間[5]。</p><p&g

10、t;　　本文以某礦山粗骨料膏體充填為研究背景，針對(duì)礦山無細(xì)骨料可利用的現(xiàn)實(shí)條件，探尋粗骨料膏體充填技術(shù)；通過開展環(huán)管試驗(yàn)，確定粗骨料膏體充填管道輸送最佳參數(shù)。</p><p>　　2 充填骨料基本參數(shù)</p><p><b>　　2.1 充填骨料</b></p><p>　　礦山周邊存在大量戈壁集料，且無可用的細(xì)粒級(jí)骨料，最終綜合考慮選擇采用破

11、碎后的戈壁集料作為充填骨料。</p><p><b>　　2.2 物理參數(shù)</b></p><p>　　按照GB/T50123-1999《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行了骨料比重、堆積密度、孔隙率的測(cè)定，結(jié)果見表1。</p><p>　　表1 粗骨料物理參數(shù)</p><p>　　Table 1 Physical param

12、eters of coarse aggregates</p><p><b>　　2.3 粒徑組成</b></p><p>　　骨料粒級(jí)組成，見表2。</p><p>　　表2 粗骨料粒徑組成表</p><p>　　Table 2 Coarse aggregate size composition</p>

13、<p>　　顆粒不均勻系數(shù)α能夠較好的反應(yīng)顆粒級(jí)配均勻程度，其計(jì)算公式如下：</p><p>　　d10、d60分別是累計(jì)含量為10％ 、60％顆粒能夠通過的篩孔直徑。通過計(jì)算知尾礦不均勻系數(shù)為6.8，屬于缺失細(xì)顆粒物料。</p><p>　　3 粗骨料膏體料漿流動(dòng)性試驗(yàn)</p><p>　　塌落度是判斷膏體充填料漿流動(dòng)性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，根據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)膏

14、體充填料漿管道輸送的工程經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為泵送膏體坍落度應(yīng)為15~20cm，自流輸送料漿坍落度為23~27cm[6]。針對(duì)粗骨料膏體充填料漿開展不同濃度及灰砂比條件下塌落度試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。圖1及圖2為試驗(yàn)過程及料漿流動(dòng)狀態(tài)。</p><p>　　表3 坍落度試驗(yàn)結(jié)果</p><p>　　Table 3 Results of slump test</p><p&

15、gt;　　圖1 80%質(zhì)量濃度料漿流動(dòng)狀態(tài) 圖2 78%質(zhì)量濃度料漿流動(dòng)狀態(tài)</p><p>　　Fig. 1 80% mass concentration slurry flow state Fig. 2 78% mass concentration slurry flow state</p><p>　　粗骨料膏體充填料漿塌落度試驗(yàn)結(jié)果

16、表明：（1）當(dāng)充填料漿濃度低于78%時(shí)，料漿分層離析現(xiàn)象嚴(yán)重，難以形成穩(wěn)定的膏體結(jié)構(gòu)流體；（2）當(dāng)充填料漿濃度高于84%時(shí)，料漿幾乎失去流動(dòng)性能；（3）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果綜合分析，在膏體充填料漿質(zhì)量濃度在78%—82%，灰砂比在大于1:10時(shí)，能夠形成穩(wěn)定的膏體結(jié)構(gòu)流體，且料漿具有較好的流動(dòng)性能。</p><p><b>　　4 環(huán)管試驗(yàn)</b></p><p>　　膏體充

17、填料漿管道輸送阻力是進(jìn)行充填料漿管道輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型及生產(chǎn)應(yīng)用中最重要的工藝環(huán)節(jié)[7, 8]。合理確定膏體充填料漿管道輸送阻力參數(shù)，是確保料漿安全、穩(wěn)定輸送的前提。目前，確定膏體充填料漿管道輸送阻力的方法主要有經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法、流變參數(shù)測(cè)試法及半工業(yè)管道輸送試驗(yàn)（環(huán)管試驗(yàn)）[9, 10]。其中環(huán)管試驗(yàn)最接近于工業(yè)應(yīng)用，綜合考慮了各種影響因素。由于粗骨料膏體充填料漿輸送條件更為苛刻，且國(guó)內(nèi)較少有此方面的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，最終選擇環(huán)管試驗(yàn)進(jìn)行粗

18、骨料膏體料漿的管道輸送阻力測(cè)試，為其輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。</p><p><b>　　4.1試驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定環(huán)管試驗(yàn)膏體制備濃度為78%、80%、82%三組；灰砂比為1:6、1:8、1:10；試驗(yàn)管徑為Φ165×12、Φ150×12、Φ125×12。</p>

19、<p><b>　　4.2環(huán)管試驗(yàn)系統(tǒng)</b></p><p>　　環(huán)管試驗(yàn)設(shè)備主要由料倉(cāng)、攪拌機(jī)、輸送泵、管路系統(tǒng)、稱重計(jì)量及數(shù)據(jù)采集儀器等組成，整套環(huán)管管路布置如圖3所示。</p><p>　　圖3 環(huán)管試驗(yàn)系統(tǒng)</p><p>　　Fig. 3 Loop Tube Test system</p><p&g

20、t;<b>　　4.3結(jié)果分析</b></p><p>　　環(huán)管試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。</p><p>　　表4 沿程阻力測(cè)試結(jié)果</p><p>　　Table 4 Test results of on-way resistance</p><p>　　試驗(yàn)結(jié)果表明，料漿管道輸送阻力跟充填料漿濃度、灰砂比、管徑及流

21、量4個(gè)因素有關(guān)。輸送阻力在其他各因素保持一致的條件下，隨著濃度的增加而增加；隨著灰砂比的增加而減?。浑S著管徑的增大而減?。浑S著流量的增大而增大。</p><p>　　5 充填料漿輸送管道參數(shù)選擇</p><p>　　采用管道進(jìn)行膏體充填料漿輸送時(shí)，確定合理的輸送阻力是保障管道安全可靠輸送的前提。通過環(huán)管試驗(yàn)結(jié)果可以看出，影響膏體充填料漿管道輸送的主要因素包括：充填料漿濃度、灰砂比、管徑及流

22、量。其中根據(jù)礦山生產(chǎn)能力及工作制定確定礦山充填流量為90m3/h，同時(shí)根據(jù)試驗(yàn)確定充填料漿達(dá)到不泌水且具有較好流動(dòng)性的最佳輸送質(zhì)量濃度為80%（如圖4及圖5所示）。根據(jù)以上參數(shù)，結(jié)合環(huán)管試驗(yàn)結(jié)果，可以得到，充填管徑由DN125增加到DN165，對(duì)應(yīng)的料漿輸送流速由2.63m/s降低到1.60m/s，同時(shí)灰砂比1:6時(shí)，管道輸送阻力由4.67kPa/m降低到2.76kPa/m；灰砂比1:8時(shí)，管道輸送阻力由4.92kPa/m降低到3.04

23、kPa/m；灰砂比1:10時(shí)，管道輸送阻力由5.28kPa/m降低到3.45kPa/m。</p><p>　　在工程應(yīng)用中，在保障管道輸送能力的條件下，且滿足輸送要求的臨界流速前提下，應(yīng)盡可能的減少充填料漿的管道輸送阻力，從而保障輸送系統(tǒng)的可靠性，減少設(shè)備能耗及節(jié)約投資。因此，根據(jù)以上分析，推薦膏體充填料漿管道輸送參數(shù)為：輸送能力90m3/h、膏體充填料漿質(zhì)量濃度80%、灰砂比1:10—1:6、輸送管徑Φ165&

24、#215;12、輸送流速1.6m/s。</p><p>　　圖4 質(zhì)量濃度80%膏體料漿 圖5 質(zhì)量濃度82%膏體料漿</p><p>　　Fig. 4 Mass concentration 80% paste slurry Fig. 5 Mass concentration 82% paste slurry</p>

25、;<p><b>　　6 結(jié)論</b></p><p>　　本文針對(duì)粗骨料膏體料漿開展了管道輸送試驗(yàn)，測(cè)試了不同濃度、灰砂比、管道直徑及流量條件下的輸送阻力；并結(jié)合礦山生產(chǎn)實(shí)際，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選取了最佳的粗骨料膏體充填參數(shù)及管道輸送參數(shù)，最終確定最佳的充填參數(shù)為：推薦膏體充填料漿管道輸送參數(shù)為：輸送能力90m3/h、膏體充填料漿質(zhì)量濃度80%、灰砂比1:10—1:6、輸送管徑Φ1

26、65×12、輸送流速1.6m/s。從而為礦山粗骨料膏體充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)及管道輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]吳愛祥, 王勇, 王洪江. 膏體充填技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J]. 金屬礦山, 2016(07):1-9.</p><p>　　[2]李亮, 張希巍, Hassa

27、ni Ferri. 國(guó)外膏體充填基礎(chǔ)理論研究綜述[J]. 中國(guó)礦業(yè), 2016(11):132-138.</p><p>　　[3]劉同有, 蔡嗣經(jīng). 國(guó)內(nèi)外膏體充填技術(shù)的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀[J]. 中國(guó)礦業(yè), 1998(05):1-4.</p><p>　　[4]周愛民等. 礦山廢料膠結(jié)充填[M]. 冶金工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　[5]王洪江,

28、 吳愛祥, 肖衛(wèi)國(guó), 等. 粗粒級(jí)膏體充填的技術(shù)進(jìn)展及存在的問題[J]. 金屬礦山, 2009(11):1-5.</p><p>　　[6]楊超, 郭利杰, 張林, 等. 銅尾礦流變特性與管道輸送阻力計(jì)算[J]. 工程科學(xué)學(xué)報(bào), 2017(05):663-668.</p><p>　　[7]馮國(guó)瑞, 賈學(xué)強(qiáng), 郭育霞, 等. 廢棄混凝土粗骨料對(duì)充填膏體性能的影響[J]. 煤炭學(xué)報(bào), 2

29、015(06):1320-1325.</p><p>　　[8]王少勇, 吳愛祥, 尹升華, 等. 膏體料漿管道輸送壓力損失的影響因素[J]. 工程科學(xué)學(xué)報(bào), 2015(01):7-12.</p><p>　　[9]楊超. 金屬礦山尾礦高濃度管道輸送技術(shù)研究[D]. [碩士論文]， 山東理工大學(xué), 2011.</p><p>　　[10]王劼, 楊超, 張軍,