本文關(guān)鍵詞：全尾砂膠結(jié)充填自流輸送管路改造及優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

５ ４ ３‘

ＣＥＮＴＲＡＬ

ＳｏＵＴＨ

ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ

碩士學(xué)位論文

論文題目 學(xué)科、專業(yè) 研究生姓名
導(dǎo)師姓名及

全尾砂膠結(jié)充填自流輸送
管路改造及優(yōu)化 采礦工程
王海瑞
．

專

業(yè)技術(shù)職務(wù)…………奎鄉(xiāng)基．．【．熬攮ｋ搏導(dǎo)．Ｌ………

＼㈣Ｙ １嗽７眥１㈣９㈣０ ６眥１
密級(jí)………………． 編號(hào)一……………一

碩士學(xué)位論文

全尾砂膠結(jié)充填自流輸送管路改造及優(yōu)化

Ｔｈｅ Ａｌｔｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃ ｅｍｅｎｔｅｄ

Ｗｈｏｌｅ

Ｔａｉｌｉｎｇｓ Ｇｒａｖｉｔｙ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｂ ａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ

作者姓名：

王海瑞 采礦工程 資源與安全工程學(xué)院 李夕兵（教授、博導(dǎo)）

學(xué)科、專業(yè)：
學(xué)院（系、所）： 指導(dǎo)老師：

論文答辯日期：Ｉ盈ｌ Ｑ．玉：丞竺

答辯委員會(huì)主席：

中南大學(xué)
２０１０年５月

原創(chuàng)性聲明
本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究 工作及取得的研究成果。盡我所知，除了論文中特別加以標(biāo)注和致謝 的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不 包含為獲得中南大學(xué)或其他單位的學(xué)位或證書而使用過(guò)的材料。與我 共同工作的同志對(duì)本研究所作的貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明。

作者簽名

吼本年野斯
學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書

本人了解中南大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校 有權(quán)保留學(xué)位論文并根據(jù)國(guó)家或湖南省有關(guān)部門規(guī)定送交學(xué)位論文， 允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)校可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi) 容，可以采用復(fù)印、縮印或其它手段保存學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)中國(guó)科 學(xué)技術(shù)信息研究所將本學(xué)位論文收錄到《中國(guó)學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》， 并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向社會(huì)公眾提供信息服務(wù)。

作者簽

導(dǎo)師

暈∑趣

中南大學(xué)碩士論文

摘要

摘要

傳統(tǒng)的尾砂膠結(jié)充填技術(shù)在礦山的應(yīng)用，促進(jìn)了充填采礦技術(shù)的

發(fā)展。但隨著這項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，也暴露出一系列的突出問(wèn)題：充 填體強(qiáng)度低、養(yǎng)護(hù)周期長(zhǎng)、尾砂利用率低、管道輸送容易堵管和破管
等。本文基于工程流體力學(xué)、兩相流體動(dòng)力學(xué)、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)、管 道自流輸送等相關(guān)理論，結(jié)合湖南省黃沙坪鉛鋅礦業(yè)股份有限公司

（簡(jiǎn)稱“黃沙坪礦＂）原有立式砂倉(cāng)充填系統(tǒng)的實(shí)際情況，運(yùn)用ＡＮＳＹＳ
軟件中的ＦＬＯＴＲＡＮ ＣＦＤ分析模塊，建立了二維實(shí)體模型對(duì)其進(jìn)行

管路優(yōu)化與改造，并系統(tǒng)地研究了管路自流輸送特性，主要研究?jī)?nèi)容
和成果如下：

（１）充填料漿管道管流特性分析。通過(guò)對(duì)不同流變模型和固液 兩相流的管流特性分析比較，揭示管道自流輸送的特性；引用相關(guān)的 理論和經(jīng)驗(yàn)公式，為自流輸送系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)的確定奠定基礎(chǔ)。 （２）管道磨損、破壞機(jī)理分析。對(duì)管道磨損機(jī)理和自流輸送破 管機(jī)理進(jìn)行深入分析，得出了管道磨損的主要影響因素，以及自流輸 送不滿管流的產(chǎn)生原因和料漿相變過(guò)程的破壞作用方式。 （３）充填系統(tǒng)現(xiàn)狀分析。簡(jiǎn)要闡述了黃沙坪礦充填系統(tǒng)的歷史 沿革，對(duì)充填系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行深入分析，包括地表充填站布置情況和井 下充填管路鋪設(shè)情況兩個(gè)方面。并研究了充填材料的基本性質(zhì)，充填 材料的配比實(shí)驗(yàn)和力學(xué)實(shí)驗(yàn)。 （４）管路存在的問(wèn)題及改造方案。在認(rèn)真分析黃沙坪礦充填管 路系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，找出了管路系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出了地表充填站的 改造方案；研究充填管線的優(yōu)化布置模式，提出井下管路的改造方案。 （５）自流輸送管道系統(tǒng)的ＡＮＳＹＳ數(shù)值模擬。在對(duì)全尾砂膠結(jié)充 填自流輸送系統(tǒng)參數(shù)深入研究的基礎(chǔ)上，提出了ＦＬＯＴＲＡＮ ＣＦＤ（計(jì) 算流體動(dòng)力學(xué)）的基本分析方法，運(yùn)用ＡＮＳＹＳ軟件中的ＦＬＯＴＲＡＮ ＣＦＤ計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析模塊對(duì)原有管路系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬分析， 得出管道磨損和破壞的直觀依據(jù)。對(duì)提出的改造方案進(jìn)行數(shù)值模擬分 析，并優(yōu)化其管流特性的相關(guān)參數(shù)。 關(guān)鍵詞全尾砂充填，自流輸送，兩相流，管道磨損，數(shù)值模擬

ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ

Ｈｕｎａｎ ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｈｕａｎｇｓｈａｐｉｎｇ Ｌｅａｄ—Ｚｉｎｃ

Ｍｉｎｉｎｇ Ｌｉｍｉｔｅｄ

Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｈｕａｎｇｓｈａｐｉｎｇ Ｍｉｎｅ ｆｏｒ ｓｈｏｒｔ），ｔｈｅ ＦＬＯＴＲＡＮ ＣＦＤ ｍｏｄｕｌｅ
ｏｆ ＡＮＳＹＳ ｗａｓ ｕｓｅｄ
ｔｏ

ｂｕｉｌｄ ｔｏｗ．ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｍｏｄｅｌｓ ｔｏ

ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔ

ｔｈｅ

ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ ａｎｄ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｇｒａｖｉｔｙ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ

ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ．Ｍａｉｎ

ｒｅｓｅａｒｃｈ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｓ
ａｒｅ

ａｒｅ ａｓ

ｆｏｌｌｏｗｓ：

１）Ｔｈｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｆｌｏｗ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｇｒａｖｉｔｙ ｆｌｕｉｄ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ

ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ

ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｓ ａｎｄ ｓｏｌｉｄ－ｌｉｑｕｉｄ ｔｗｏ－ｐｈａｓｅ ｆｌＯＷ，
ａｒｅ

ｒｅｖｅａｌｅｄ．Ｒｅｌａｔｅｄ ｔｈｅｏｒｉｅｓ

ａｎｄ

ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｆｏｒｍｕｌａ ａｒｅ ｒｅｆｅｒｒｅｄ ｆｏｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ．

２）Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ａｂｒａｓｉｏｎ ａｎｄ ｂｒｅａｋｉｎｇ ｏｆ ｇｒａｖｉｔｙ ｆｌｕｉｄ
ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ●

ｏｉｏｅｌｉｎｅ
●
●

ＩＳ

ａｎａｌｙｚｅｄ．ＢＹ
’ ｆ

ａｎａｌｙｓｉｓ
—

ｏｔ

ａｂｒａｓｍｎ

ａｎｄ

ｇｒａｖｉｔｙ

ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｆｏｒ ａｂｒａｓｉｏｎ ａｎｄ ｐａｒｔ—ｆｉｌｌｅｄ ｐｉｐｅ ｆｌｏｗ

ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｔｒｏｙｉｎｇ ｍａｎｎｅｒｓ ｏｆ ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ． ３）Ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｌｌｅ ｈｉｓｔｏｒｙ ａｎｄ

ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｈｕａｎｇｓｈａｐｉｎｇ Ｍｉｎｅ ｉｓ ｓｅｔ ｆｏｒｔｈ ｂｒｉｅｆｌｙ，ａｎｄ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｓｅｔｔｉｎｇｓ ｏｆ ｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ ｓｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ．Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒ，ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｔｅｓｔｓ ｏｆ ｆｉｌｌｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ
ｔｏｏ．

４）Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ａｌｔｅｒｎａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅｓ ｏｆ ｐｉｐｅｌｉｎｅ
ｂａｓｉｓ ｏｆ

ａｒｅ

ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｏｎ ｔｈｅ

ａｎａｌｙｚｉｎｇ

ｔｈｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｈｕａｎｇｓｈａｐｉｎｇ
ａｒｅ

Ｍｉｎｅ，ｐｒｏｂｌｅｍｓ

ｏｆ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｓｙｓｔｅｍ

ｆｏｕｎｄ ａｎｄ ａｌｔｅｒｎａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅｓ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄ ｆｉｌｌｉｎｇ

ｓｔａｔｉｏｎ ａｒｅ ｂｒｏｕｇｈｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｌａｙ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ

ｌＩ

中南大學(xué)碩十論文

ＡＢＳＴＲＡＣＴ

ｆｉｌｌｉｎｇ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅ
ａｒｅ

ａｒｅ

ｓｔｕｄｉｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ａｌｔｅｒｎａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅｓ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ

ａｌｓｏ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．

５）ＡＮＳＹＳ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｇｒａｖｉｔｙ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｗｉｔｈ
ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｇｒａｖｉｔｙ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ＦＬＯＴＲＡＮ ＣＦＤ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉＳ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ，ＦＬＯＴＲＡＮ ＣＦＤ ｍｏｄｕｌｅ ｏｆ ＡＮＳＹＳ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ
ｔｏ

ｓｉｍｕｌａｔｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｇｒａｖｉｔｙ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｇａｉｎ

ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ ｄａｔａ ｆｏｒ ａｂｒａｓｉｏｎ ａｎｄ ｂｒｅａｋｉｎｇ ｏｆ ｐｉｐｅｌｉｎｅ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉＳ ａｌｓｏ ｃａｒｒｉｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｌｔｅｒｎａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅｓ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｉｐｅ ｆｌｏｗ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
ａｒｅ

ｄｏｎｅ

ａｓ

ｗｅｌｌ．

ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｗｈｏｌｅ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ，ｇｒａｖｉｔｙ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ， ｔｗｏ．ｐｈａｓｅ ｆｌｏｗ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ｐｉｐｅ ａｂｒａｓｉｏｎ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

１１１

錄

ＪⅡ１ ｌ ２ ３ ７ ７ ８

１．３主要研究?jī)?nèi)容和目的……………ｏ…………………………………………．．９ １．３．１主要研究目的……………………………………………………………。９ １．３．２主要研究?jī)?nèi)容……………………………………………………………。９ １．４本文研究的技術(shù)路線…………………………………………………………１０ 第二章充填料漿管道水力輸送的工程特性……………………………………．１
ｌ

２．１懸液的流型及其流變特性……………………………………………………１１ ２．１．１牛頓體流變模型…………………………………………………………１１ ２．１．２非牛頓體流變模型………………………………………………………１２ ２．２固液兩相流的管流特性………………………………………………………１４ ２．２．１固液兩相流的典型輸送模式……………………………………………１４ ２．２．２均質(zhì)固液兩相流的管流特性……………………………………………１５ ２．３管道磨損機(jī)理研究……………………………………………………………１９ ２．３．１管道磨損的主要影響因素………………………………………………１９ ２．３．２管道磨損與料漿輸送速度………………………………………………２ｌ ２．３．３管道磨損的計(jì)算…………………………………………………………．２２ ２．４自流輸送破管機(jī)理分析………………………………………………………２３ ２．４．１自流輸送不滿管流的產(chǎn)生………………………………………………２３ ２．４．２料漿相變過(guò)程中的破壞作用……………………………………………２４ ２．５本章小結(jié)…………………………………………………………………………．２６ 第三章黃沙坪礦充填系統(tǒng)現(xiàn)狀分析……………………………………………．．２７ ３．１黃沙坪礦多金屬礦床開(kāi)采現(xiàn)狀………………………………………………．．２７ ３．２黃沙坪礦充填系統(tǒng)現(xiàn)狀………………………………………………………．２８ ３．２．１黃沙坪礦干式充填系統(tǒng)………………………．．．…………………………．２９ ３．２．２黃沙坪礦尾砂膠結(jié)充填系統(tǒng)…………………………………………………３０ ３．３充填材料及其物理化學(xué)性質(zhì)………………………………………………………３２
ＩＶ

中南大學(xué)碩＋論文

目錄

３．３．１充填材料基本性質(zhì)………………………………………………………３２ ３．３．２充填材料配比及力學(xué)實(shí)驗(yàn)………………………………………………３５ ３．４本章小結(jié)………………………………………………………………………．３９ 第四章黃沙坪礦充填自流輸送系統(tǒng)存在問(wèn)題及改造優(yōu)化……………………．４０ ４．１充填系統(tǒng)存在的問(wèn)題…………………………………………………………４０ ４．１．１地表充填站設(shè)施存在的問(wèn)題……………………………………………４０ ４．１．２井下充填管路存在的問(wèn)題………………………………………………４１ ４．２地表充填站改造方案…………………………………………………………４２ ４．２．１充填站改造方案…………………………………………………………４２ ４．２．２充填站設(shè)備更新…………………………………………………………４６ ４．３充填管路的改造及優(yōu)化計(jì)算…………………………………………………４７ ４．３．１管路改造的優(yōu)化目標(biāo)和原則……………………………………………４７ ４．３．２管路優(yōu)化的主要步驟……………………………………………………４７ ４．４充填管路改造基本參數(shù)計(jì)算…………………………………………………４８ ４．４．１充填能力計(jì)算……………………………………………………………４８ ４．４．２充填管網(wǎng)參數(shù)計(jì)算………………………………………………………５０ ４．５本章小結(jié)………………………………………………………………………５２ 第五章
５．１

自流輸送管路改造方案ＡＮＳＹＳ模擬及優(yōu)化……………………………５３

ＡＮＳＹＳ有限元分析簡(jiǎn)介……………………………………………………．５３

５．２ ＦＬＯＴＲＡＮ ＣＦＤ簡(jiǎn)介……………………………………………………………………………５３

５．３管路的ＦＬＯＴＲＡＮ ＣＦＤ模擬與分析………………………………………．．５５ ５．３．１原有管路的模擬與分析…………………………………………………５６ ５．３．２管路改造方案的數(shù)值模擬………………………………………………５８ ５．３．３管路改造方案的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析………………………………………６７

５．４管路改造方案盼評(píng)價(jià)…………………………………………………………６９
５．５本章小結(jié)………………………………………………………………………．６９ 第六章結(jié)論與展望………………………………………………………………．．７０
６．１結(jié)論……………………………………………………………………………………………………．７０ ６．２展望……………………………………………………………………………………………………７１

參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………７２ 致｛射…………………………………………………………………………………………………………．７７ 攻讀學(xué)位期間主要研究成果………………………………………………………．．７８ 一、參與科研項(xiàng)目………………………………………………………………．７８ 二、發(fā)表學(xué)術(shù)論文………………………………………………………………。７８ 三、榮獲獎(jiǎng)勵(lì)……………………………………………………………………．７８

Ｖ

第一章緒論

在人類現(xiàn)代文明的進(jìn)程中，采礦業(yè)是最先興起的工業(yè)。１８世紀(jì)中葉產(chǎn)業(yè)革 命以來(lái)，礦產(chǎn)資源以其特有的存在價(jià)值，為人們提供了礦物原料、能源和建筑材 料等，是人類生產(chǎn)和生活所必不可少的原材料和物質(zhì)基礎(chǔ)保障。礦業(yè)開(kāi)發(fā)同樣也 是人類歷史進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展活動(dòng)中一個(gè)極其重要的組成部分，它對(duì)推動(dòng)人類社會(huì) 的發(fā)展與文明進(jìn)步有著巨大的影響。人類的生產(chǎn)活動(dòng)中，約有９０％左右的工業(yè)產(chǎn) 品和１７％的消費(fèi)品是由礦物原料提供的；我國(guó)絕大多數(shù)的能源、工業(yè)原料以及農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)資料也都取自礦產(chǎn)資源【ｌ】。但是，礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)是雙刃劍，它一方面促進(jìn)經(jīng)濟(jì) 發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，而另一方面卻又造成了環(huán)境污染，危及社會(huì)發(fā)展。２０世紀(jì)是 人類有史以來(lái)發(fā)展最為迅猛的百年，但同時(shí)也是人類對(duì)地球破壞最嚴(yán)重的百年。 面對(duì)能源消耗大幅度增加，我們所賴以生存的自然環(huán)境破壞加劇，某些礦產(chǎn)資源 因開(kāi)采過(guò)度已經(jīng)急劇減少，中國(guó)２ｌ世紀(jì)人１５１、環(huán)境與發(fā)展白皮書【２】已明確將目 標(biāo)確定在“加快科技進(jìn)步，優(yōu)先發(fā)展教育，控制人口增長(zhǎng)，合理開(kāi)發(fā)利用資源， 保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)相互協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展”之上，形成科學(xué)可持續(xù)發(fā) 展，最終達(dá)到人與自然之間的協(xié)同和人與人之間的公正。 充填采礦法在現(xiàn)有的工業(yè)技術(shù)條件下，既能最大限度地確保生產(chǎn)的安全性又 兼有保護(hù)環(huán)境和提高礦石回收率的兩個(gè)顯著特點(diǎn)，因此，在有色、黑色、貴重金 屬等礦山得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用和發(fā)展【３】。我國(guó)礦山充填技術(shù)的使用較早，但大 多為廢石充填。礦山膠結(jié)充填技術(shù)起步始于上世紀(jì)七八十年代，但隨著科技的發(fā) 展，最近十多年發(fā)展極為迅速。目前，尾砂膠結(jié)充填，混凝土與塊石耦合充填、 高濃度尾砂膠結(jié)充填、全尾砂膏體泵送充填及高水速凝固化等充填技術(shù)１４】ｆｔ．，在許 多礦山得以推廣及大力應(yīng)用。國(guó)內(nèi)某些礦山的充填工藝和技術(shù)指標(biāo)基本能達(dá)到國(guó) 際先進(jìn)水平【５Ｊ。 然而，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，以及淺部礦床資源的大量消耗，礦山開(kāi)

采深度逐步增大，世界上開(kāi)采最深的礦井深度約５０００ｍ左右【６】’國(guó)內(nèi)個(gè)別礦山開(kāi)
采深度也早已超過(guò)１０００ｍ。礦床的深部開(kāi)發(fā)面臨著固有的高地應(yīng)力、高水壓、高 地溫等特點(diǎn)，這也使得充填采礦法成為優(yōu)選甚至首選的方法。在四十年代，金屬 礦山廣泛應(yīng)用的充填方法為干式充填采礦法，比如馬鞍山鋼鐵公司的弓長(zhǎng)嶺鐵礦

中南大學(xué)碩士論文

第一章緒論

以及七道溝鐵礦應(yīng)用上向分層充填方式回填采場(chǎng)，落礦之前在充填面上鋪５ｃｍ 厚的木板來(lái)使崩落礦石與已充廢石隔離，可以有效減少礦石的貧化損失。金川有 色金屬公司龍首礦和凡口鉛鋅礦于１９６５年同時(shí)開(kāi)始試驗(yàn)上向分層膠結(jié)充填采礦 法，試驗(yàn)取得了較為滿意的結(jié)果，隨后全面推廣使用。１９９７年的統(tǒng)計(jì)資料顯示， 充填采礦法在我國(guó)有色金屬地下礦山所占比重已達(dá)到２０％多［７１。進(jìn)入二十一世 紀(jì)，隨著開(kāi)采技術(shù)的提高，充填采礦法在有色金屬、黑色金屬和貴重金屬地下礦 山開(kāi)采中所占比率多達(dá)６０％，且仍在不斷的提高。 １．１．１膠結(jié)充填技術(shù)的歷史沿革

鑒于充填工藝對(duì)于礦山開(kāi)采的有利特點(diǎn)，其深刻影響到礦山的安全、環(huán)保與 經(jīng)濟(jì)效益，現(xiàn)已成為礦業(yè)開(kāi)發(fā)與研究方面最吸引人的前沿性研究課題。圍繞合理 選取充填材料、制備充填料漿、確定充填工藝參數(shù)、研究充填體力學(xué)性能及其作 用機(jī)理等多方面【８】展開(kāi)了全方位的研究與探索，取得了階段性的研究成果。除使 用廢石充填、塊石膠結(jié)充填等傳統(tǒng)充填方法，隨著充填工藝的完善，及新型充填 材料的出現(xiàn)，也催生了新的充填工藝：高濃度全尾砂膠結(jié)充填、高水速凝固化充 填、膏體泵送充填等充填技術(shù)在國(guó)內(nèi)外礦山得到廣泛應(yīng)用【９】；同時(shí)為降低膠結(jié)充 填成本，近年來(lái)采礦研究人員開(kāi)發(fā)研制了水泥替代品，例如：粉煤灰、冶煉爐渣、 磷石膏等來(lái)源較為廣泛、成本相對(duì)低廉的工業(yè)固體廢料。這些替代品已在貴州開(kāi) 磷、山東新汶等礦山推廣應(yīng)用。各種充填技術(shù)發(fā)展歷程大致如圖１．１【ｌｏ】所示：

以水泥作為膠結(jié)材料的膠結(jié)充填

新型的膠凝材料的膠結(jié)充填

膏 體 泵 送 充 填

全 砂 十 膠 結(jié) 充

圖１－１充填技術(shù)發(fā)展歷程
２

中南人學(xué)碩士論文

第一章緒論

１．１．２膠結(jié)充填系統(tǒng)概述

最近二十年來(lái)，關(guān)于充填系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論研究有了更為深入的進(jìn)展，充填工 藝和設(shè)備水平都有了顯著提高。在國(guó)家政策越來(lái)越強(qiáng)調(diào)資源節(jié)約和環(huán)境友好的大 背景下，越來(lái)越多的礦山采用相關(guān)充填采礦方法，故充填技術(shù)進(jìn)步飛速，尤其以 膠結(jié)充填類型為主的充填方式推廣應(yīng)用為多�，F(xiàn)今雖無(wú)統(tǒng)一的膠結(jié)充填分類方法 和命名，但一般以惰性材料級(jí)配和料漿濃度為主線進(jìn)行分類。故當(dāng)代膠結(jié)充填可 分為細(xì)砂膠結(jié)充填和粗礫膠結(jié)充填兩類。其中，細(xì)砂膠結(jié)充填包含有低濃度尾砂 膠結(jié)充填、高水速凝尾砂膠結(jié)充填、全尾砂高濃度膠結(jié)充填和全砂土似膏體膠結(jié) 充填等。粗礫膠結(jié)充填有低強(qiáng)度混凝土充填、塊石砂漿膠結(jié)充填、碎石水泥漿膠 結(jié)充填等。此外，在煤炭礦山系統(tǒng)中出現(xiàn)了新式的凍結(jié)充填【ｌ¨。不同的礦床地質(zhì) 條件，采用不同的充填方法，所以上述方法在采礦工程中的應(yīng)用是很廣泛的。新 生事物的發(fā)展總是有它的有利方面，膠結(jié)充填工藝亦是如此。它的推廣使用給礦 山開(kāi)采帶來(lái)了諸多的利好。膠結(jié)充填使礦山生產(chǎn)的安全性得到保障，穩(wěn)固了回采 工作面、降低了圍巖產(chǎn)生巖爆的可能性；膠結(jié)充填使礦山生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益得到提 高，不僅能夠降低采礦成本，更大大降低了開(kāi)采的貧損指標(biāo)；膠結(jié)充填還使得開(kāi) 拓的廢石、選礦的廢料得以有效利用。也正是由于其對(duì)于礦山安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì) 地開(kāi)采提供了保障，才能廣泛推廣應(yīng)用，也提出了很多值得研究的課題，引領(lǐng)著 新時(shí)代采礦新技術(shù)的前進(jìn)目標(biāo)【１２】。 在膠結(jié)充填系統(tǒng)中，絕大多數(shù)是以水力輸送的方式將充填料或者料漿利用自 重或者泵壓送至采場(chǎng)（采空區(qū)）。水力輸送有著很多的優(yōu)點(diǎn)，包括輸送能力大、 方法便捷、所需空間少、環(huán)保性好、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化甚至數(shù)字化等【１３】。目前， 在兩相流或多相流理論的基礎(chǔ)上，輔以流體動(dòng)力學(xué)的相關(guān)研究成果，我國(guó)在管道 輸送技術(shù)方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。而且伴隨礦山越來(lái)越向深部開(kāi)采的趨勢(shì)，膠結(jié)充 填顯得尤為重要，其輸送理論和方法的研究也迫在眉睫。 仔細(xì)研究和分析膠結(jié)充填系統(tǒng)的發(fā)展歷程及方向，我們對(duì)于當(dāng)代膠結(jié)充填系 統(tǒng)的特點(diǎn)有較為清晰的認(rèn)識(shí)： （１）充填料種類豐富多樣【１４１，不同的充填方式，其物料組分不同。有的組 分較為簡(jiǎn)單，如砂石、塊石、土壤等，也有組成成分較多，外加各種添加劑，如 物料組分油分級(jí)尾砂、全尾砂、、棒磨砂、水泥、磷石膏和冶煉爐渣【１５】等，添加 劑有速凝材料、石灰石等。 （２）充填系統(tǒng)中所用物料的粒徑大小不等，數(shù)值范圍較廣。每種物料的最 小粒徑基本接近于零，而其最大值則各有不同。例如：尾砂充填粒徑最大值為 Ｏ．１ｍｍ，砂漿充填粒徑最大值為ｌＯｍｍ，水砂充填粒徑最大值為８０ｍｍ。

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中南火學(xué)碩十論文

第一章緒論

（３）充填料漿的質(zhì)量濃度變化也比較大。對(duì)于不同的固體物料，濃度大小 是有要求的，因?yàn)闈舛忍〔荒鼙ＷC充填體的強(qiáng)度，太高則在輸送過(guò)程中易堵管。 如下給出幾種充填方式的參考質(zhì)量濃度：水砂充填一般�。矗埃ィ舷驴筛�(dòng)１０％ 左右；尾砂充填料一般�。罚担プ笥遥兓瘏^(qū)間不大；膏體充填則會(huì)高些，一般取 ８０％ｔ１６Ｊ左右，上下可浮動(dòng)５％。 （４）一般情況下，礦山會(huì)選用依靠自重來(lái)輸送料漿的方式，這樣有利于降 低成本但對(duì)于長(zhǎng)距離低高程的管路系統(tǒng)，必須通過(guò)安裝泵來(lái)施加一定的壓力。 （５）充填料漿在輸送過(guò)程中，并不是一直處于正常的流動(dòng)狀態(tài)。影響回采 各因素的不同，將使充填料漿輸送發(fā)生改變。即便對(duì)于采空區(qū)，不同時(shí)間不同地 點(diǎn)，它的體積不一樣【ｌ‘７１，所需要料漿的量也會(huì)不一樣。需求少則輸送耗時(shí)也會(huì) 少很多，但需求大的話，耗時(shí)將明顯增加。 （６）料漿出口點(diǎn)會(huì)經(jīng)常性的改變，因?yàn)槌涮钕到y(tǒng)是為整個(gè)礦山或者多個(gè)回 采空區(qū)輸送料漿的，他的變化范圍是根據(jù)不同礦床形狀、礦房位置以及回采進(jìn)度 來(lái)決定的。 （７）對(duì)于充填系統(tǒng)，我們一般認(rèn)為是滿管流輸送，但現(xiàn)實(shí)不然，這是很難 滿足的條件。也就致使料漿在輸送過(guò)程中并不是理想的兩相流流體，而形成了固

液氣多相測(cè)１８】。其流動(dòng)狀態(tài)難以把握。
（８）研究表明，在固液氣三向流的情況下，管道內(nèi)壁與料漿的摩擦?xí)容^ 大，磨損率較高。磨損較大的地方，一般在管道上部外側(cè)的法向方向和下部轉(zhuǎn)彎 處的彎管外側(cè)【１９】。 對(duì)具有不同礦床地質(zhì)條件的礦山，如何選擇合適的充填系統(tǒng)呢？在充分了解 膠結(jié)充填系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，我們提出以下幾方面的原則： （１）采礦生產(chǎn)，安全先行。因此，第一條也即最重要的一條就是能夠滿足 回采作業(yè)在安全的條件下進(jìn)行。 （２）可持續(xù)發(fā)展，環(huán)保為主。要爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)零排放，將所產(chǎn)生的廢渣廢料用 于充填系統(tǒng)，變廢為寶。 （３）選取充填材料時(shí)，盡量選擇本地?fù)碛�，即便是運(yùn)輸也是交通便利之處。 （４）確定合理的管網(wǎng)參數(shù)，保障充填系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中穩(wěn)定流動(dòng)，出口 處不能振蕩、要非常穩(wěn)定。 （５）在保障安全和環(huán)保的前提下，盡可能提高經(jīng)濟(jì)效益。 充分考慮我國(guó)目前充填系統(tǒng)的特點(diǎn)和選取充填系統(tǒng)時(shí)所遵循的一些原則，結(jié) 合部分礦山現(xiàn)有充填系統(tǒng)的運(yùn)行情況、工藝參數(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，給出以下三種較為 典型的充填系統(tǒng)，分別為細(xì)砂管道膠結(jié)充填系統(tǒng)、膏體泵送膠結(jié)充填系統(tǒng)和膏體 自流輸送膠結(jié)充填系統(tǒng)，如圖１．２、１．３和１４所示。

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第一章緒論

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圖Ｉ－２

細(xì)砂管道膠結(jié)充填系統(tǒng)示意圖

細(xì)砂管道膠結(jié)充填系統(tǒng)，由物料制備、運(yùn)送、存儲(chǔ)系統(tǒng)，料漿制備，監(jiān)測(cè)儀 表，具體生產(chǎn)工藝，井下排泥、排水，環(huán)境管理等部分組成。自流輸送時(shí)，應(yīng)注 意確定合理的充填倍線，避免形成高壓，并采取防止管道磨損的措施。
每

機(jī)

圖卜３金川膏體泵送充填工藝流程示意圖

膏體泵送充填系統(tǒng)，其工藝流程主要包括：物料準(zhǔn)備、定量攪拌制備膏體、 泵壓管道輸送、采場(chǎng)充填作業(yè)幾部分。使用該系統(tǒng)，需需要著重考慮一個(gè)綜合指 標(biāo)是可泵性，即流動(dòng)性、可塑性和穩(wěn)定性。

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口

輸送機(jī)

故排漿口

圖卜４

膏體自流充填工藝推薦流程示意圖

膏體自流充填系統(tǒng)，主要包括：地表物料儲(chǔ)備，料漿制備及運(yùn)送，采場(chǎng)充填 作業(yè)等幾部分。該系統(tǒng)雖經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展歷程，在理論和工藝上都取得了 不錯(cuò)的研究和應(yīng)用成果。但到目前的技術(shù)水平為止，系統(tǒng)自身工藝存在的問(wèn)題一 些難以克服的缺點(diǎn)： （１）充填成本較高。為保證充填體質(zhì)量，設(shè)計(jì)和選取骨料的標(biāo)準(zhǔn)較高，成 本也相應(yīng)增高。充入采場(chǎng)后，排泥排水費(fèi)用也會(huì)增加。 （２）料漿的離析分層嚴(yán)重。這是由于料漿濃度低，多次充填沉降形成。 （３）制備濃度雖沒(méi)有上限，但輸送濃度卻有要求。在確定的管路系統(tǒng)中， 要滿足采空區(qū)和回采所需充填量，它只能大到～個(gè)上限值。 （４）管路磨損率高，管材損失量大。
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第一章緒論

１．２國(guó)內(nèi)外管道自流輸送技術(shù)研究現(xiàn)狀
從古至今，從國(guó)外到國(guó)內(nèi)，自有記載的人類進(jìn)行地下礦床開(kāi)采以來(lái)，充填就 一直伴隨其中。較早時(shí)期，工業(yè)技術(shù)水平雖不發(fā)達(dá)，但采礦工作者已將開(kāi)拓工程 的廢石直接充入開(kāi)采留下的空區(qū)。發(fā)展到現(xiàn)在，基礎(chǔ)理論研究和科學(xué)技術(shù)水平日 益提高，充填方法也越來(lái)越向機(jī)械化、數(shù)字化發(fā)展【２０】。充填輸送系統(tǒng)也從原來(lái) 的人工、機(jī)械搬運(yùn)廢石，到現(xiàn)在的水力輸送、泵送，盡管其工藝越來(lái)越復(fù)雜，但 效率越來(lái)越高，經(jīng)濟(jì)效益越來(lái)越好。漿體輸送方式多種多樣，分類較為復(fù)雜。但 依據(jù)其輸送是否借助外力，可簡(jiǎn)單分為泵送技術(shù)和自流輸送技術(shù)【２Ｉ】?jī)蓚�(gè)方面。 自流輸送依靠漿體自重克服管道阻力，進(jìn)行輸送。工藝簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性好，但低濃 度漿體自流輸送會(huì)存在采場(chǎng)泄水量大等諸多問(wèn)題。為解決這一問(wèn)題，礦山采用高 濃度或似膏體料漿自流輸送。現(xiàn)今，，這一舉措已成為主要研究課題【２２１。 １．２．１國(guó)外管道自流輸送技術(shù)的發(fā)展歷程

充填采礦在國(guó)外較早引起了人們的重視，為了控制采區(qū)的地表移動(dòng)，美國(guó)一 個(gè)煤礦首次應(yīng)用了水砂充填法采礦【２３１。第二次世界大戰(zhàn)以來(lái)，各國(guó)加強(qiáng)了開(kāi)發(fā) 地下資源，因原來(lái)常用的深孔大量崩礦的采礦方法，不能解決地采面臨的各種復(fù) 雜條件，轉(zhuǎn)而對(duì)充填法進(jìn)行研究和改革。 自１９１７年以來(lái)，在美國(guó)巴特山地區(qū)的一些礦山進(jìn)行水力充填所采用的充填料 就是尾砂。１９２７年，古巴的Ｍａｔａ ｈｏｍｂｒｅ礦成為首先應(yīng)用水力充填作為主要采礦 方法的礦山之一。在此期間，澳大利亞的Ｍｏｕｎｔ Ｌｙｅｌｌ銅礦，贊比亞的Ｍｕｌｆｕｌｉｒａ 銅礦和美國(guó)的Ｈｏｍｅｓ ｔａｋｅ金礦分別在１９２９年～１９３２年期間均有水力充填的早期 記載【２４】。１９３０年霍恩礦山公司首次試驗(yàn)磁黃鐵礦尾砂和煉銅爐渣干式充填獲得 成功。２０世紀(jì)５０年代，澳洲一些地下金屬礦山，以水力充填取代了早期使用的干 式充填。１９６２年加拿大Ｆｏｏｄ礦首次采用尾砂和水泥膠結(jié)充填。１９６９年澳大利亞芒 特艾薩銅礦首次采用水泥膠結(jié)充填回采底柱，同時(shí)進(jìn)行鉛鋅銅冶煉爐渣代替水泥

的研剄２５１。
進(jìn)入２０世紀(jì)后，美國(guó)和加拿大開(kāi)發(fā)了基于采用選廠分級(jí)尾砂進(jìn)行水砂充填的 充填工藝，在懸浮液輸送固體物料、水力旋流器脫泥等方面取得了進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了 低濃度（３５％～７０％）泵壓或自流輸送的水力充填采礦。 ２０世紀(jì)７０年代，尾砂膠結(jié)充填工藝開(kāi)始在金屬礦山推廣應(yīng)用。１９９３年加拿大 發(fā)展了膏體充填技術(shù)，膏體充填技術(shù)的出現(xiàn)只是近ｌＯ年的事，但發(fā)展極為迅速。 一些礦業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，如澳大利亞，１９９７年８月建成的大型地下礦山坎寧頓 （Ｃａｎｎｉｎｇｔｏｎ）礦，就采用了膏體充填系統(tǒng)【２６】。而芒特艾薩礦業(yè)公司為開(kāi)采深部的
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第一章緒論

３５００礦體，在１９９８年底建成一個(gè)膏體充填系統(tǒng)。 縱觀國(guó)外管道自流輸送技術(shù)的發(fā)展歷程，各國(guó)都加大了充填采礦所占的比 重，有關(guān)國(guó)家還圍繞災(zāi)害控制制定了相應(yīng)規(guī)范，可以說(shuō)充填采礦法將是采礦技術(shù) 研究的重點(diǎn)。而管路水力輸送系統(tǒng)則廣受親賴，因其可依靠自重進(jìn)行輸送，成本 較低，系統(tǒng)的工藝較為簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化【２７１。 １．２．２國(guó)內(nèi)管道自流輸送技術(shù)的進(jìn)展

在國(guó)內(nèi)，充填采礦法的發(fā)展也是歷史悠久。從工藝和技術(shù)逐步成熟的角度來(lái) 看，大體上可以分為四個(gè)階段： 第一階段時(shí)間在２０世紀(jì)５０年代，當(dāng)時(shí)基本上是以干式充填方法為主。據(jù) １９５５年相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，干式充填采礦法在我國(guó)金屬礦山地下開(kāi)采中約占９３％， 其中在有色金屬礦山中占３８．２％，在黑色金屬礦山中占５４．８％。但鑒于當(dāng)時(shí)的工 業(yè)技術(shù)水平：設(shè)備不夠先進(jìn)，技術(shù)水準(zhǔn)較低。因此，對(duì)充填采礦技術(shù)的發(fā)展不是 有利的，相反其工班效率較低、生產(chǎn)能力上不去且采礦成本也有些偏高。導(dǎo)致到 六十年代初期，有色礦山中基本放棄使用充填采礦法，其所占比重不足百分之一。 第二階段時(shí)間在２０世紀(jì)６０、７０年代，充填材料以分級(jí)尾砂、河砂、風(fēng)砂、 碎石等為主，充填工藝基本上采用水砂充和膠充。在１９６０年，湘潭錳礦為了避 免礦坑內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，采用了碎石水力充填；在１９６５年，錫礦山南礦為了控制采 場(chǎng)大規(guī)模暴露面積導(dǎo)致的地壓活動(dòng)，使用了尾砂水力充填；隨后的１９６８年，凡 口鉛鋅礦為了提高和改進(jìn)充填工藝，首次采用分級(jí)尾砂和水泥膠結(jié)充填［２ｓ】。 第三階段時(shí)間在２０世紀(jì)８０年代，以全尾砂高濃度膠結(jié)充填、高水速凝全尾 砂固化膠結(jié)充填和塊石膠結(jié)充填工藝為主。１９７５年，金川公司通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了 高濃度料漿的管流特性，提出了“臨界流態(tài)濃度”新概念和計(jì)算砂漿管道水力坡度

的金川公式【２９】；金）１１－－礦于１９８２年，以．３ｍｍ棒磨砂為充填骨料的高濃度膠結(jié)
料漿管道自流輸送膠結(jié)充填工藝試驗(yàn)成功【３ｕ；１９８８年，大廠銅坑礦采用了塊石 膠結(jié)充填工藝【３２】：１９８７年＂－＇１９９０年，金川公司試驗(yàn)研究了全尾砂重力自流漿體 管道輸送充填工藝【３３】。 第四階段時(shí)間在２０世紀(jì)９０年代，主要以膏體泵送充填工藝為代表。１９９１ 年，凡口鉛鋅礦與長(zhǎng)沙礦山研究院和有色冶金設(shè)計(jì)研究院試驗(yàn)成功高濃度全尾砂

膠結(jié)充填管道自流輸送工型Ｍ】；１９９１年，德興銅礦銅建成精礦遠(yuǎn)距離自流輸送
系統(tǒng)。多年的生產(chǎn)應(yīng)用，結(jié)果表明實(shí)行遠(yuǎn)距離精礦自流輸送技術(shù)是可行的【３５１； １９９７年，金川有色金屬公司二礦區(qū)建成了膏體泵送充填系統(tǒng)【３０】；大紅山銅礦采 用尾砂自流輸送系統(tǒng)，輸送漿體濃度為５５－－－６５％［３６】：１９９９年，大冶有色金屬公 司也采用了膏體泵送充填技術(shù)。２００８年，貴州開(kāi)磷集團(tuán)與中南大學(xué)合作試驗(yàn)成
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研究黃沙坪鉛鋅礦全尾砂膠結(jié)充填自流輸送管路的改造及優(yōu)化，有以下幾方 面的目的： （１）解決井下塊石充填料不足的問(wèn)題； （２）減少尾礦存放地表，保護(hù)農(nóng)田，防止污染環(huán)境； （３）提高礦山膠結(jié)充填能力，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度： （４）提高充填體強(qiáng)度，減少回采損失率和貧化率； （５）充填體密實(shí)性提高，控制地表變形與地質(zhì)災(zāi)害能力增強(qiáng)； （６）資源綜合利用率提高，礦山壽命延長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效益增加。 １．３．２主要研究?jī)?nèi)容

任何充填工藝都是理論與技術(shù)的系統(tǒng)集成，本論文將從以下幾個(gè)方面展開(kāi)深 入的研究： （１）充填料漿管道管流特性分析。通過(guò)對(duì)不同流變模型和固液兩相流的管 流特性分析比較，揭示管道自流輸送的特性；引用相關(guān)的理論和經(jīng)驗(yàn)公式，為自 流輸送系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)的確定奠定基礎(chǔ)。 （２）管道磨損、破壞機(jī)理分析。對(duì)管道磨損機(jī)理和自流輸送破管機(jī)理進(jìn)行 深入分析，得出了管道磨損的主要影響因素，以及自流輸送不滿管流的產(chǎn)生原因 和料漿相變過(guò)程的破壞作用方式。并在此基礎(chǔ)上，給出了幾種較為有效的管道自 流輸送系統(tǒng)的減壓技術(shù)。 （３）充填系統(tǒng)現(xiàn)狀分析。簡(jiǎn)要闡述了黃沙坪礦充填系統(tǒng)的歷史沿革，對(duì)充 填系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行深入分析，包括地表充填站布置情況和井下充填管路鋪設(shè)情況兩 個(gè)方面。并研究了充填材料的基本性質(zhì)，充填材料的配比實(shí)驗(yàn)和力學(xué)實(shí)驗(yàn)。 （４）管路存在的問(wèn)題及改造方案。在認(rèn)真分析黃沙坪礦充填管路系統(tǒng)的基 礎(chǔ)上，找出了管路系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出了地表充填站的改造方案；研究充填管 線的優(yōu)化布置模式，提出井下管路的改造方案。 （５）自流輸送管道系統(tǒng)的ＡＮＳＹＳ數(shù)值模擬。在對(duì)全尾砂膠結(jié)充填自流輸 送系統(tǒng)參數(shù)深入研究的基礎(chǔ)上，提出了ＦＬＯＴＲＡＮ ＣＦＤ（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）的基
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第一章緒論

本分析方法，運(yùn)用ＡＮＳＹＳ軟件中的ＦＬＯＴＲＡＮ ＣＦＤ計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析模塊對(duì) 原有管路系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬分析，得出管道磨損和破壞的直觀依據(jù)。對(duì)提出的改 造方案進(jìn)行數(shù)值模擬分析，并優(yōu)化其管流特性的相關(guān)參數(shù)。

１．４本文研究的技術(shù)路線

根據(jù)管道自流輸送的理論和黃沙坪礦充填系統(tǒng)的具體情況，基于管道水力輸 送特性和磨損、破管機(jī)理的分析，參照有關(guān)減壓技術(shù)，并按照管道輸送的相關(guān)計(jì) 算公式，計(jì)算出充填漿體的物理特性參數(shù)和管道基本參數(shù)，然后應(yīng)用大型通用有 限元分析軟件ＡＮＳＹＳ建立模型，模擬黃沙坪礦充填管路在不同管道線路條件下 全尾砂管道自流的壓力、流量和速度等參數(shù)。最后，對(duì)優(yōu)選管道線路進(jìn)行參數(shù)的 優(yōu)化，對(duì)比分析不同參數(shù)下的管道工作性能，根據(jù)可行、經(jīng)濟(jì)、高效、安全、可 靠的原則，最終確定優(yōu)化的管道線路及管道運(yùn)行基本參數(shù)。

全尾砂交接充填自流輸送管路改造優(yōu)化

１Ｌ
原系統(tǒng)的分析

上
水力輸送工程特性

上
磨損、破管機(jī)理分析

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減壓技術(shù)

上
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建立模型

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論文研究技術(shù)路線

２．１懸液的流型及其流變特性
通常將固體顆粒加入到水中，呈現(xiàn)懸浮時(shí)，稱這樣的兩相流為懸液。全尾砂 砂漿即為懸液的一種。懸液在剪切力的作用下，其切變率和切應(yīng)力間的關(guān)系稱為 流變模型，簡(jiǎn)稱流型【３引。通常根據(jù)切變率與切應(yīng)力是否呈現(xiàn)線性關(guān)系作為漿體 流變模型的劃分界限。呈現(xiàn)線性關(guān)系的漿體稱為牛頓體；呈現(xiàn)非線性關(guān)系的漿體 稱為非牛頓體。接下來(lái)本文將分別討論牛頓體和非牛頓體的流變特性。 ２．１．１牛頓體流變模型

圖２—１給出了賓漢塑性體、偽塑性體、膨脹體和具有屈服應(yīng)力的偽塑性體 四種典型的流變模型：
Ｌ．０

ｐ

長(zhǎng) 倒 墨

圖２．１漿體的切變率與切應(yīng)力關(guān)系曲線圖

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第二章充填料漿管道水力輸送的Ｔ程特性

當(dāng)全尾砂砂漿濃度不高時(shí)，其切變率與切應(yīng)力的關(guān)系呈現(xiàn)線性關(guān)系為一條直 線，該直線通過(guò)坐標(biāo)軸的原點(diǎn)，如圖２．１中虛線所示，這種流變模型的全尾砂漿 體就是牛頓體。圖中所示虛線的斜率，是表征該牛頓體流變特性的一個(gè)特征參數(shù)， 我們稱之為粘性系數(shù)。其流變關(guān)系可用公式（２—１）表示：
ｆ：以—ｄ—ｕ（２－－１２ ｆ＝以—— ） ，

�？� 式中

ｆ——切應(yīng)力，Ｐ口； ∥——?jiǎng)恿φ承韵禂?shù)，Ｐａ．ｓ； ｄｕ／ｄｙ——剪切速率，ｓ～。
從公式（２一１）可見(jiàn)，對(duì)于一種牛頓體，其粘性只用一個(gè)特定的參數(shù)∥即

可完全表達(dá)。 在管道輸送流動(dòng)的條件下，公式（２—１）則表示為：

刪（一萬(wàn)ｄｕ）（２－－２）
２．１．２非牛頓體流變模型 當(dāng)全尾砂砂漿濃度較高時(shí)，尤其對(duì)于粒級(jí)分配較小致使細(xì)顆粒含量較高時(shí)， 切變率與切應(yīng)力的關(guān)系呈現(xiàn)出非線性的特點(diǎn)。這種流變模型的全尾砂漿體就是非 牛頓體。根據(jù)流變特性的不同，非牛頓體又分為多種流變模型，主要包含有：賓 漢塑性體（簡(jiǎn)稱為賓漢體）、膨脹體、偽塑性體和具有屈服應(yīng)力的偽塑性體等。 （１）賓漢塑性體 賓漢塑性體的流變曲線在如圖２—１中所示為（１）線，是一條不通過(guò)原點(diǎn)的 直線，其在切應(yīng)力軸上的截距為％，％大小表示屈服應(yīng)力的大小。漿體開(kāi)始流 動(dòng)的初始條件，就是有且僅有切應(yīng)力超過(guò)這一屈服應(yīng)力時(shí)。賓漢塑性體的流變關(guān) 系可以表示為：

ｆ＝％＋卵華 緲
式中

（２—３）

“——屈服應(yīng)力，Ｐａ： 刁——?jiǎng)偠认禂?shù)或塑性粘度系數(shù)，Ｐａ．ｓ；
其他符號(hào)同上。 從公式（２—３）中可以看出，對(duì)于賓漢塑性體的流變特性，我們需要用％和

Ｉ＂／兩個(gè)參數(shù)來(lái)描述。，７為圖２－－１中（１）線的斜率，ｆｏ為圖２－－１中（１）線在切 應(yīng)力軸上的截距。
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第二章充填料漿管道水力輸送的丁稃特性

為什么會(huì)產(chǎn)生屈服應(yīng)力％呢？分析發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生原因是：漿體中如若含有粘性 細(xì)顆粒，由于這些細(xì)顆粒在水中會(huì)受到物理化學(xué)作用，在這個(gè)作用下細(xì)顆粒會(huì)形 成絮團(tuán)，繼續(xù)發(fā)育成長(zhǎng)，就會(huì)互相搭接形成一定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，也稱為絮網(wǎng)，這種 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有一定的抗剪切能力，也即產(chǎn)生了屈服應(yīng)力。屈服應(yīng)力的大小與漿體 中細(xì)顆粒的含量有著緊密的關(guān)系。 從上述分析得知，屈服應(yīng)力產(chǎn)生的重要原因是由漿體中所含粘性細(xì)顆粒形成 絮團(tuán)進(jìn)而搭接成絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)而引起。因此，我們可以設(shè)想存在一個(gè)導(dǎo)致出現(xiàn)屈服應(yīng) 力的漿體的最低濃度，當(dāng)漿體濃度值大于這個(gè)最低濃度值，就會(huì)產(chǎn)生屈服應(yīng)力， 可以把漿體的這個(gè)最低濃度稱為臨界濃度。不難得出，臨界濃度的大小與漿體中 細(xì)顆粒的粒徑分布及細(xì)顆粒的含量多少有著密切聯(lián)系。當(dāng)顆粒粒級(jí)愈小或其含量 越多，出現(xiàn)這種屈服應(yīng)力的濃度也相應(yīng)會(huì)越低。此外，漿體的屈服應(yīng)力也還與粘 性顆粒本身的組成成分有關(guān)。要求得屈服應(yīng)力，必須使?jié){體處于層流流動(dòng)條件下 進(jìn)行流變?cè)囼?yàn)。 （２）偽塑性體 偽塑性體的流變曲線如圖２一ｌ中的（２）線所示，為一條下凹型的曲線，通 過(guò)坐標(biāo)軸的原點(diǎn)。偽塑性體的流變關(guān)系如公式（２—４）：
，，， 、開(kāi)

ｆ：Ｋｆ坐ｌ
式中

刀＜１（２－－４）

Ｌ砂／

Ｋ——稠度系數(shù)或日一Ｂ粘度，Ｐａ．ｓ； 刀——流動(dòng)指數(shù)：
其他符號(hào)同上。 從公式中可以看出，對(duì)于偽塑性體的流變特性，我們也需要用兩個(gè)參數(shù)來(lái)描

述，即Ｋ和，ｌ。偽塑性體的特點(diǎn)是隨著切變率的提高，切應(yīng)力的增加會(huì)減少。 （３）膨脹體 膨脹體的流變曲線如圖２—１中的（３）線所示，為一條上凸型曲線，該曲線 通過(guò)坐標(biāo)軸的原點(diǎn)。膨脹體的流變關(guān)系與等式（２—４）一致，只是對(duì)于膨脹體而 言，流動(dòng)指數(shù)療＞１。 （４）具有屈服應(yīng)力的偽塑性體 具有屈服應(yīng)力的偽塑性體的流變曲線如圖２—１中的（４）線所示，為一條下 凹型曲線，該曲線在切應(yīng)力軸上有一段截距，截距表示為％。具有屈服應(yīng)力的偽 塑性體的流變關(guān)系可用公式（２—５）表達(dá)：
，，，
、ｎ

ｆ＝％＋ＫＩ譬Ｉ ＼緲／

以＜１

（２—５）

式中符號(hào)意義同上。但對(duì)于具有屈服應(yīng)力的偽塑性體，我們需要用％、Ｋ和
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第二章充填料漿管道水力輸送的工程特性

刀這三個(gè)參數(shù)來(lái)描述其特性。 值得注意的是，文中僅僅分析了與礦山充填料漿相關(guān)性較為緊密的幾種非牛 頓體的流變特性。以上四種流變模型并沒(méi)有包含所有非牛頓體的流變特性。其余 流變模型在本文中不再贅述。

２．２固液兩相流的管流特性

兩相物質(zhì)（至少一相為流體）所組成的流動(dòng)系統(tǒng)，稱之為兩相流【５４】。通常根據(jù) 構(gòu)成系統(tǒng)的相態(tài)分為氣液系、液液系、液固系、氣固系等。對(duì)于本文所研究的礦 山充填料漿而言，其相態(tài)為液固系（在充分實(shí)現(xiàn)滿管流的情況下）。因此，我們 需要首先來(lái)了解固液兩相流的典型輸送模式，以及其管流的基本特性，從而判定 充填料漿的流動(dòng)狀態(tài)和輸送特點(diǎn)。 ２．２．１固液兩相流的典型輸送模式

固液兩相流的管道輸送模式有多種，根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，有不同的表述模 式。本文主要依據(jù)漿體中固體顆粒的組成成分不同，將輸送模式主要分為以下三 種【３９】： （１）均質(zhì)流 均質(zhì)流管道輸送模式有以下特點(diǎn)：漿體中的固體顆粒主要是細(xì)顆粒，當(dāng)漿體 的濃度比較高時(shí)，呈現(xiàn)出非牛頓體的流動(dòng)特性。而且隨著漿體濃度的升高，固體 顆粒之間會(huì)很快形成絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)，它們之間的粘性也會(huì)急劇增加。此時(shí)，顆粒自重 由賓漢剪切力及浮力支撐，或由紊動(dòng)擴(kuò)散作用維持其均勻的懸移運(yùn)動(dòng)。這種方式 的運(yùn)動(dòng)，明顯表現(xiàn)出在垂線上固體濃度分布非常均勻。 （２）非均質(zhì)流 非均質(zhì)流管道輸送模式有以下特點(diǎn)：漿體中的固體顆粒主要是粗顆粒，粗顆 粒之間在水中物理化學(xué)作用下不會(huì)像細(xì)顆粒一樣形成絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)。因此，在固體濃 度不是很高時(shí)，將會(huì)繼續(xù)呈現(xiàn)出牛頓體的流動(dòng)特性。即使當(dāng)濃度達(dá)到很高時(shí)，盡 管也會(huì)出現(xiàn)賓漢剪切力，但一般這時(shí)賓漢剪切力的絕對(duì)值會(huì)比較小。固體顆粒的 沉速因濃度的增加而減小，但是其減小的程度要比均質(zhì)流小。固體顆粒的運(yùn)動(dòng)形 式是以推移和懸移為主。在固體濃度不是很高時(shí)，顆粒運(yùn)動(dòng)主要依靠其慣性力， 故而在垂向濃度分布具有明顯的梯度。但隨著固體濃度的增大，紊動(dòng)強(qiáng)度不斷減 弱，顆粒與顆粒之間因剪切運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生離散力，此時(shí)離散力變得比較重要。 （３）非均質(zhì)流．均質(zhì)復(fù)合流
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第二章充填料漿管道水力輸送的工程特性

非均質(zhì)流．均質(zhì)復(fù)合流管道輸送模式有以下特點(diǎn)：固體顆粒組成成分中，粗、 細(xì)顆粒兼而有之，且粒徑分布范圍很廣。在固體濃度達(dá)到一定程度以后，固液混 合物中的細(xì)顆粒在物理化學(xué)作用下形成一定的絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并與清水一起組成均質(zhì) 的漿液，而混合物中的粗顆粒則會(huì)在漿液中自由下沉。隨著固體濃度的進(jìn)一步提 高，混合物中更多的粗顆粒物質(zhì)會(huì)成為漿液的組成部分，復(fù)合漿液會(huì)向均質(zhì)漿液 慢慢轉(zhuǎn)化。當(dāng)固體濃度超過(guò)某一臨界值時(shí)，整個(gè)漿液就變成均質(zhì)漿液。 由上所述，我們可以發(fā)現(xiàn)復(fù)合流最大的流動(dòng)特點(diǎn)就是具有良好的流動(dòng)性。單 就管內(nèi)流動(dòng)來(lái)說(shuō)，在固體濃度及管徑相同的條件下，漿液復(fù)合流的阻力遠(yuǎn)低于相 同流速下非均質(zhì)流的阻力。 ２．２．２均質(zhì)固液兩相流的管流特性

（１）均質(zhì)固液兩相流的流態(tài) 按照雷諾數(shù)的大小來(lái)劃分，均質(zhì)流也可以分為兩種流態(tài)：層流和紊流。以清 水水流為例，取雷諾數(shù)數(shù)值２１００作為臨界雷諾數(shù)，該值即是區(qū)分清水管流為層 流還是紊流的依據(jù)。不過(guò)對(duì)于固液兩相均質(zhì)懸液來(lái)說(shuō)，雷諾數(shù)不是一個(gè)恒定數(shù)值， 它表達(dá)式中的粘度會(huì)因濃度變化而改變，而且還與懸液的流動(dòng)模型密切相關(guān)。這 樣會(huì)使判別均質(zhì)固液兩相流流念的雷諾數(shù)表達(dá)式也變得非常復(fù)雜。依據(jù)臨界累諾 數(shù)大小區(qū)分層流與紊流，與雷諾數(shù)本身的表達(dá)式有關(guān)，其表達(dá)式中參數(shù)的選取， 根據(jù)不同的流變模型要區(qū)別對(duì)待，進(jìn)行分類計(jì)算。均質(zhì)固液兩相流一般被認(rèn)為是 賓漢體，下面主要以賓漢體為例，對(duì)其雷諾數(shù)進(jìn)行討論計(jì)算。

對(duì)于賓漢塑性體，習(xí)慣上采用基于剛度系數(shù)計(jì)算的雷諾數(shù)（Ｒｅ：型里）來(lái)計(jì)
ｒｌ

算，進(jìn)而確定流態(tài)轉(zhuǎn)換的臨界值。 對(duì)于管流中漿體的流動(dòng)，基于剛度系數(shù)計(jì)算的臨界雷諾數(shù)如公式（２—６）：

（ｐＵＤ）即：—等＞２ｌｏｏ
７

卜一口．＋！口：
。 ’

４）６－２（
３

３

式中

卜管道內(nèi)徑，ｍ：

ｐ——固液兩相流的密度，ｋ／，，１３；

１７＿平均流速，ｍ／ｓ；
刁——?jiǎng)偠认禂?shù)，ＭＰａ．ｓ； 口�！�(yīng)力與管壁處切應(yīng)力之比，即口。＝Ｆｏ／ｌ＂。。
通過(guò)等式（２－－６）來(lái)求臨界雷諾數(shù)Ｒｅ如，還需要知道口。的值。這要通過(guò)其 它相關(guān)方程，進(jìn)行一些演算方能求得。
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第二章充填料漿管道水力輸送的ｊＩ：科特性

依據(jù)著名的布金海姆方程：

型：玉［１一蘭（玉）＋�。ǘ梗�?】 Ｄ
ｒ／‘ ３、ｆ矽７

（２—７）

３、ｆ矽７。

可得：

％Ｄ

８口。

（２—８）

刁ｕ?一詈口。＋三口。４
將等式（２－－６）等號(hào)兩邊乘以等式（２．８），以消去等式（２．６）中的流速Ｕ， 得赫氏數(shù)：

肌掣ｒ／２考囂４－ｌ
‘

（２＿”
４

，１一蘭，’

一，’、２

將等式（２．９）與等式（２．６）聯(lián)解，求得臨界雷諾數(shù)：

～２砸２１啄００娟．２（∥
。脅’
或按等式（２．９）繪出Ｈｅ～口。關(guān)系圖，如圖２．２，并由圖２－２查找得知。

ｃ２州）

等式（２－１０）中口。值，可由式（２－９）根據(jù)已知赫氏數(shù)脅＝ｒｏＤ２戶局２求得，

圖２－２

Ｈｅ～口ｃ關(guān)系線（管道）

這樣等式（２—１０）所示臨界雷諾數(shù)Ｒｅ掃就只是關(guān)于赫氏數(shù)Ｈｅ的單值函數(shù)，

其計(jì)算難度就會(huì)降低，分析會(huì)變得簡(jiǎn)單易行。圖２－３給出了Ｒｅ幼～脅的關(guān)系。
由圖中可以看出，賓漢塑性體由紊流狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鳡顟B(tài)時(shí)，其臨界雷諾數(shù)Ｒｅ幼

的值隨著赫氏數(shù)脅值的增加而加大。

１６

的工程特性

Ｈｅ

圖２－３

Ｒ。．一Ｈｅ關(guān)系線 Ⅶ

賓漢塑性體由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯倪^(guò)渡流速可以通過(guò)等式（２．１０）計(jì)算得出：

Ｕｏ＝１６．２（—殳）Ｉ，２（２－－１１）
ｐａｃ

式中

ｕｒ過(guò)渡流速，ｍ／￥
，

‰一…．

了

ｇ一孰～毒
圖２－４圓管中的層流流速分布
（２＿１２）

（２）均質(zhì)固液兩相流管流的層流流速分布 如圖２－４所示，在圓管管流條件下，假定切應(yīng)力是沿半徑方向直線分布，那 么在距離圓管中心為ｒ處的切應(yīng)力ｆ可以表示為：

忙“卜竿閂，．，（爭(zhēng)
式中

ｆ�！鼙谔幥袘�(yīng)力，Ｐａ； Ｒ——管道半徑，ｍ。
依據(jù)管流力平衡原則，可以求得圓管管壁處切應(yīng)力。

因?yàn)椋遥残叮剑菜溃遥�。�?br />所以 式中卜——管長(zhǎng)，ｆｉｔ；

驢Ａ２ｐ＿Ｚ，Ｒ＝詈ｆ（２－－１３）
△ｐ——管長(zhǎng)為，時(shí)兩端壓差，Ｐａ；

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第二章充填料漿管道水力輸送的：Ｔ＝稃特性

ｆ——水力坡度，ｆ＝了ａｐ，Ｐ口／，，ｌ。
設(shè)ｆ 時(shí)，有 ２如處距管道中心為０，稱０為流核半徑。這樣，在非流核區(qū)，即，．≥０

”卅芻％ｉｒａｒ
或

“

＝等
Ｚｆ

（２－１４）

一＝＝—三一一 ｄｒ
ｒ／ ２１ｒ／

如．ｆｏ

ａｐｒ

（２一１５）

對(duì)等式（２．１５）積分得

“：三［業(yè)＾（Ｒ叫】
７７‘

” “ ｌ４）６１＿２（

…

等式（２－１６）便是非流核區(qū)流速沿徑向分布計(jì)算式。當(dāng)ｆ。＝Ｏ時(shí)，上式變?yōu)椋?br />
“＝；Ｚ、ｚｐ７７、２
上式即是牛頓層流流速?gòu)较蚍植脊健?br />
ｒ２）

（２一１７）

在，．＝。處，“＝“ｐ為流核區(qū)流速。如以％＝壘爭(zhēng)代入式（２．１５），經(jīng)換算得：
甜ｐ＝礪Ａｐ（Ｒ２一，．２）２（２－－１８）
如均質(zhì)固液兩相流流變模型為偽塑性體或膨脹體，因
（２—１９）

ｆ＝Ｋ（一坐ｄｒ）“＝ｒ。一ｒＲ

、，ｗ

…。。

則偽塑性體或膨脹體在圓管中層流流速?gòu)较蚍植加缮鲜浇?jīng)積分求得：

吲者）（∥（Ｒ竿一，．譬）（２－－２０）

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第二二章充填料漿管道水力輸送的Ｔ程特性

ｕ／Ｕ

圖２．５偽塑性體、膨脹體及牛頓體在管流中的層流流速分布

圖２．５揭示出了在流變方程遵循指數(shù)定律時(shí)，不同ｎ值下管道流動(dòng)中層流流 速的分布狀態(tài)。由圖中可以看出，偽塑性體（ｎ＜１）的流速分布比牛頓體（ｎ：１） 的流速分布更加均勻；膨脹體（ｎ＞１）則式相反，隨著ｎ值的加大，逐漸向三角 錐形流速分布逼近，管道中心的流速顯得更大。此外，對(duì)于偽塑性體流變模型， 當(dāng)１１值較小時(shí)，在管道中心附近的流速變化會(huì)非常小，以致其分布情況與賓漢體 流動(dòng)中心流速分布十分相近。

２．３管道磨損機(jī)理研究
２．３．１管道磨損的主要影響因素

通過(guò)對(duì)所收集到的部分礦山管道磨損資料的仔細(xì)分析與研究，發(fā)現(xiàn)了影響管 道磨損的諸多因素，但其主要因素包含以下幾方面ｍ】： （１）充填料漿的影響 管道的磨損是因?yàn)樵谳斔统涮盍蠞{的過(guò)程中引起，因此與充填料漿有著緊密 的關(guān)系。首先，隨著充填料漿輸送濃度的提高，管道的磨損速度會(huì)顯著增大，這 種磨損方式主要發(fā)生在水平管道上；其次，隨著骨料剛度及粒度的增大，管道磨 損也會(huì)增長(zhǎng)。例如：管道輸送剛度和粒度較小的尾砂充填料漿要比棒磨砂料漿對(duì) 管道的磨損速率低，這種磨損方式則是貫穿于輸送管道的全程線路；再次，隨著 充填骨料的顆粒形狀的不規(guī)則程度，管道磨損會(huì)呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì)。外形光滑的圓 球形河砂比棱角尖銳的棒磨砂對(duì)管道的磨損要輕緩些；最后，隨著充填料漿本身 理化性質(zhì)決定的腐蝕性的增大，管道的磨蝕會(huì)加速增長(zhǎng)。生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，充填 管的破壞還有一點(diǎn)重要因素是充填料漿對(duì)管道的腐蝕破壞作用，而不僅僅是因?yàn)?br />
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第二章充填料漿管道水力輸送的工程特性

磨損而消耗，。漿體的ＰＨ值與溶解氧含量的大小決定了其對(duì)于管道的腐蝕能力。 當(dāng)ＰＨ值在４以下時(shí)，腐蝕能力急速增加，然礦山的充填料漿ＰＨ值一般為堿性， 故而酸性腐蝕一般情況下是不存在的。隨著漿體中溶氧量的增大，腐蝕也會(huì)增加， 但是如果溶解氧量出現(xiàn)過(guò)剩現(xiàn)象，對(duì)于鋼管而言則會(huì)使其表面鈍化，抑制腐蝕反 應(yīng)。但這也不是一層不變的，由于漿體輸送中存在著嚴(yán)重的摩擦作用，溶氧量過(guò) 剩生成的鈍化表面很容易會(huì)被磨掉，露出新的接觸面，反而會(huì)使氧化和腐蝕速度 加快。因此，在漿體輸送過(guò)程中，磨損和腐蝕共同作用影響著管道的損耗。 （２）管道自身的影響 在使用充填材料相同的條件下，所選管道的材質(zhì)直接決定了管道的磨損程 度。一般情況下，高質(zhì)量或復(fù)合材料的管材的使用壽命是普通鋼管的數(shù)倍甚至數(shù) 十倍。當(dāng)然管壁厚度也影響管道的壽命，隨著管壁的加厚，管道的使用壽命越長(zhǎng)。 管道的磨損率還與管道直徑的大小有關(guān)，甘肅金川公司礦山的生產(chǎn)實(shí)踐顯 示，在料漿輸送系統(tǒng)的垂直段中，管道的磨損率隨管道直徑的減小而增大，其所 用垂直鉆孔的直徑主要有①３００ｍｍ、①２４０ｒａｍ、①２１９ｍｍ、①２００ｍｍ、①１７９ｍｍ、 ①１５２ｍｍ六種，使用壽命最長(zhǎng)的是直徑為①３００ｍｍ的管道，最短的則是直徑為 ①１５２ｍｍ的管道【４¨。為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況呢？分析其產(chǎn)生原因，不難發(fā)現(xiàn)主 要是礦山采用的是自由下落輸送系統(tǒng)，管徑的變化區(qū)間難以引起自由下落帶的高 度發(fā)生較大的變化，而使用較大的管徑會(huì)使料漿在垂直下落段時(shí)，相對(duì)減輕料漿 對(duì)管壁的直接沖擊與摩擦，這樣就延長(zhǎng)了管道的使用壽命。但是，如果將垂直管 道的直徑進(jìn)一步減小到①１００ｍｍ左右，就會(huì)出現(xiàn)另外一種情況。此時(shí)料漿在垂 直管道中的自由下落帶的高度會(huì)明顯減小，因?yàn)槠渥枇p失在急劇增加，這樣使 得系統(tǒng)基本接近于滿管輸送狀態(tài)，那么管道磨損率必然會(huì)大大的降低。 管道的敷設(shè)狀況也影響著管道的磨損率，例如：傾斜段管道的磨損大于水平 管道，彎管段比直管段磨損更為嚴(yán)重。這是因?yàn)閺澒芏蔚牧蠞{流向發(fā)生急劇變化， 料漿離心作用較為明顯，其對(duì)管道的法向沖擊力將突然增大，導(dǎo)致彎管處管壁穿 孔現(xiàn)象非常嚴(yán)重。垂直管道安裝的垂直度和同心度對(duì)管道的磨損率也有一定的影 響，管道安裝的垂直度和同心度越好，磨損率會(huì)越低。 （３）充填倍線的影響 充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)很重要指標(biāo)是充填倍線，它的大小也是影響管道磨損的 重要因素。充填倍線越小，則使垂直管道中自由落體區(qū)域的高度越大，料漿對(duì)管 道內(nèi)壁的沖擊力加大，磨損就越嚴(yán)重。同時(shí)還會(huì)增大管道的壓力，導(dǎo)致磨損率的 提高。且料漿在管道中的流速增大，也會(huì)導(dǎo)致磨損率的增加。此外，充填倍線的 減小，會(huì)使料漿在管道的出口剩余壓力過(guò)大，管道振蕩劇烈，損壞非常嚴(yán)重。 在礦山充填系統(tǒng)中，除了以上各因素外，管道的磨損還與系統(tǒng)有關(guān)，例如：

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第二章充填料漿管道水力輸送的：【程特性

垂直管道高度過(guò)大引起管道承壓過(guò)大等。因此，很有必要在對(duì)管道磨損情況做定 量的分析研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行更全面、深入的了解。 ２．３．２管道磨損與料漿輸送速度

通過(guò)上述分析研究得知，管道的磨損率隨料漿輸送速度的增大而增大，然而 兩者之間的定量關(guān)系尚無(wú)確切答案。例如：輸送速度與磨損率之間的確切關(guān)系、 礦山充填系統(tǒng)管道輸送所能承載的最大流速等問(wèn)題。只是在南非等國(guó)家有一個(gè)較 為統(tǒng)一的看法，就是磨損量正比于速度的幾次方。因此，要具體確定兩者的關(guān)系， 需使用管道磨損測(cè)定儀進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)跟蹤測(cè)量、獲取數(shù)據(jù)、分析研究。對(duì)于 某一個(gè)礦山而言，磨損測(cè)量?jī)x可以定量確定漿體流速與管道磨損的關(guān)系，從而進(jìn) 一步得出合理的充填料漿的輸送速度‘柏１。 管道磨損率的定義有兩種說(shuō)法，一種是按照單位時(shí)間（一般為一年）內(nèi)充填 管壁減小的最大厚度，另一種是按照單位時(shí)間管道重量損失量。由于礦山輸送系 統(tǒng)的管道不可能是均勻的磨損，因此第二種定義存在缺陷，本文將采用第一種定 義方法進(jìn)行研究。 巴洛從壓力角度給出管壁許用厚度的計(jì)算方法，見(jiàn)公式（２．２１）：
，

＝—二 ｔ：型
２Ｓ

（ ） （２一－２一。１）

，，

式中：Ｐ——壓力 矽——管道外徑 Ｓ——橫向應(yīng)力
如果用己來(lái)表示管道的磨損率，那么依據(jù)前述中南非等國(guó)家趨于統(tǒng)一的那 種看法，巴與料漿流速之間的關(guān)系可寫成： 己＝加“
（２－２２）

式中：七——磨損試驗(yàn)常數(shù) １，——料漿流速，ｍ／ｓ 刀——流速影響指數(shù)
式（２．２２）揭示，確定料漿對(duì)不同管道磨損的試驗(yàn)系數(shù)ｋ，即可確定充填管的 磨損率與料漿流速關(guān)系。 設(shè)系統(tǒng)的最小服務(wù)年限為Ｔ，管壁的原始厚度為Ｂ，則有：

Ｔ≤ｐ—ｆ）／乞
將式（２．２２）代入上式，則可圈定出磨損量要求的料漿最高流速：

（２－２３）

２１

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第二章充填料漿管道水力輸送的：Ｉ：程特性

’，≤２／絲 Ｖ船’
或：

Ｖ一≤√等
的類型和管路的敷設(shè)狀況等因素決定。 因此，在使用式（２．２４）的時(shí)候，應(yīng)注意以下幾方面：

協(xié)２４，

式（２．２４）表明，料漿的最高流速受管道磨損實(shí)驗(yàn)常數(shù)、系統(tǒng)的服務(wù)年限和管 道的許用厚度等諸多因素制約，而磨損系數(shù)ｋ由管道自身的材質(zhì)、礦山所用料漿

（１）如果圈定的充填料漿流速比較大，則對(duì)管道耐磨性的要求可以放寬些， 進(jìn)而選擇造價(jià)相對(duì)較低的管材； （２）如果圈定的充填料漿流速過(guò)低，說(shuō)明此時(shí)系統(tǒng)處于高速磨損狀態(tài)，我 們可以通過(guò)提高管道的抗磨損能力等技術(shù)措施來(lái)減小管道的磨損； （３）通過(guò)式（２．２４）圈定的料漿流速應(yīng)約等于或基本接近于按充填能力計(jì) 算得出的流速，此時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)，管道磨損可以接受； （４）式（２．２４）應(yīng)用于自由下落輸送系統(tǒng)時(shí)，它的最大速度指漿體在自由 下落帶中料漿的終端流速；應(yīng)用于滿管流輸送系統(tǒng)時(shí)，其最大速度指料漿的輸送 速度。 ２．３．３管道磨損的計(jì)算

在礦山充填中，尤其對(duì)于深井礦山的充填，其管道磨損的問(wèn)題非常嚴(yán)重， 它關(guān)系到充填系統(tǒng)是否能夠進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)、達(dá)到服務(wù)年限。因此，定量描述管道 的磨損，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義【加１。 首先，管道的磨損與充填材料有關(guān)，依據(jù)前面分析的結(jié)果，管道磨損與充 填料漿骨料的硬度系數(shù)６９、料漿的輸送濃度ｍ：（或料漿的體重丫ｉ）、固體顆粒的 粒徑ｄｃｐ、顆粒形狀不規(guī)則系數(shù)、｜，ｇ等成正比關(guān)系。因此，可按式（２．２５）確定反映 料漿對(duì)管道磨損的系數(shù)ｋｉ：

ｋ，＝毛ｌｆ（Ｙ』，以，ｙｇ，ｄ�。� 式中：ｋｌｌ一料漿對(duì)管道磨蝕的修正系數(shù)。

（２－２５）

其次，管道的磨損率與管道自身有關(guān)，當(dāng)管道材質(zhì)越好、即耐磨系數(shù)１１ＩｌＩ值 越大時(shí)，管道的耐磨性能越好、磨損率也就越��；同時(shí)，管道直徑對(duì)磨損率也有 直接影響，管道的磨損率隨管道直徑的減小而增大。因此，可按式（２．２６）確定管

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第二章充填料漿管道水力輸送的工程特性

道因素對(duì)磨損率的影響系數(shù)ｋａ：

ｋｄ；掣（２－２６）
Ｋ２２

式中：ｋ２廣管道敷設(shè)狀況決定的磨損系數(shù)。
再次，管道的磨損在本質(zhì)上是由于充填材料與管道內(nèi)壁相互摩擦引起，因 此管道的磨損率與料漿和管道之間的摩擦力有關(guān)，可按式（２—２７）確定摩擦力： ｆ＝／ｔ?Ｐ
（２－２７）

式中：卜摩擦阻力系數(shù)（由管壁粗糙度與骨料特性決定）；
Ｐ一料漿對(duì)管壁的壓力。
可見(jiàn)，料漿與管壁之間的摩擦力由摩擦阻力系數(shù)和料漿對(duì)管壁的壓力決定， 這也在一定程度上證明了磨損率與壓力之間的關(guān)系。 通過(guò)分析式（２．２５）、式（２—２６）、式（２－２７），并綜合考慮各個(gè)影響管道磨損的 因素，水平管道的磨損率Ｐｍ可寫為以下表達(dá)式：

己珈ｋｊ≮半
式中：Ａ—試驗(yàn)綜合系數(shù)； ｖ一料漿流速。

（２－２８）

上述表達(dá)式（２．２８）基本上包含了影響管道磨損率的諸多因素，可以作為定量 分析礦山充填管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)和計(jì)算磨損的重要技術(shù)依據(jù)。式中參數(shù)的確定需要進(jìn) 一步的研究，但有些可以依靠現(xiàn)成的，有些可以通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定結(jié)合的 方式進(jìn)行確定。

２．４自流輸送破管機(jī)理分析
２．４．１自流輸送不滿管流的產(chǎn)生

國(guó)外某金屬礦，開(kāi)采深度已達(dá)１２００ｍ，采用自流輸送膏體膠結(jié)充填，該礦的 充填管路布置示意如圖２－６。據(jù)資料記載，從１９９４年至１９９８年期間，充填管路 嚴(yán)重堵塞事故共發(fā)生１２次，其中由于管路破壞引起的堵塞事故７次，有時(shí)充填 僅６０００ｔ就發(fā)生管路破壞。為了處理事故和實(shí)施井下充填，先后鉆廠３個(gè)充填鉆 孔，管路直徑先后改變了６次，充填流量變化了５次，膏體的塌落度也時(shí)常改變。

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第二章充填料漿管道水力輸送的工程特性

這些事故不僅造成丁近１ １０萬(wàn)美元的直接經(jīng)濟(jì)損失【４１１。

圖２－６某礦的充填管路布置

在充填料漿的管道輸送中，如果自然落差較大，管流除克服滿管流的阻力外 還會(huì)有剩余的位能，如果不采取措施消能，管道內(nèi)漿體就會(huì)自動(dòng)加速，形成不滿 管流。 ２．４．２料漿相變過(guò)程中的破壞作用

（１）料漿相變引起的汽蝕 漿體在垂直豎管內(nèi)下落加速運(yùn)動(dòng)由最初的漿體柱逐漸被拉成一小段、一小段 的分段體，再由小段體離散成小團(tuán)和顆粒狀，呈射流形式向下運(yùn)動(dòng)。在由漿體柱 變成小段體的過(guò)程中，在小段體與小段體之間的空間內(nèi)將產(chǎn)生真空度。當(dāng)該處壓 力低于當(dāng)時(shí)溫度下水的飽和蒸汽壓力時(shí)，漿體中的水就開(kāi)始沸騰，形成氣泡。還 有，原來(lái)溶解在水中的空氣也都游離出來(lái)，形成許多由蒸汽和氣體混合的小氣泡， 這些小氣泡混雜在松散的漿體小團(tuán)和顆粒的集合中。 當(dāng)漿體下落到達(dá)漿液面附近時(shí)，漿體在下游受阻而上游流速加大的情況下， 小團(tuán)和顆粒漿體就會(huì)撞擊到先前產(chǎn)生的氣泡，發(fā)生所謂真空彌含水擊，氣泡將迅 速破裂，并重新凝結(jié)。在氣泡所占的破裂空間處將產(chǎn)生負(fù)壓，于是槳體顆粒會(huì)從

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第二章充填料漿管道水力輸送的工程特性

四周向氣泡中心加速?zèng)_來(lái)。在凝結(jié)的一瞬間，顆粒相互撞擊，產(chǎn)生根高的局部壓 力。根據(jù)費(fèi)祥俊著《槳體與粒狀物料輸送水力學(xué)》一書中的介紹，由高速攝影得 到的氣泡潰滅時(shí)間為１０’３ｓ或更小，由牛頓第二定律計(jì)算和實(shí)驗(yàn)量測(cè)到氣泡潰滅 壓力可達(dá)１０９＿１０１０Ｐａ。如果這些氣泡靠近管道壁面，此處壁面在大壓力、高頻 率的連續(xù)打擊下，將逐漸疲勞而破壞，即形成機(jī)械剝蝕。而且，氣泡中還雜有一 些活潑氣體（如氧），當(dāng)氣泡凝結(jié)放出熱量時(shí)就會(huì)對(duì)金屬起化學(xué)腐蝕作用，加速管
道損壞。

（２）料漿相變引起的沖蝕磨損 在垂直豎管部分，不滿管落差區(qū)漿體加速下落時(shí)，由于小團(tuán)和顆粒的滾翻和 相互撞擊作用，沿程它們將會(huì)以小角度沖蝕管壁，根據(jù)沖蝕磨損理論，將使管壁 受切削或薄片剝落磨損；另外，在啟動(dòng)階段當(dāng)漿體到達(dá)垂直管道與水平管道轉(zhuǎn)彎 處時(shí)，它們將會(huì)以大角度（９００）沖蝕管壁，使管壁受變形磨損。不論是切削磨損， 還是薄片剝落磨損，或是變形磨損，沖蝕磨損量與沖蝕速度間有如下關(guān)系：
占＝Ｋｕ”

（２—２９）

式中：￡＿一種蝕磨損量；

Ｋ一系數(shù)；
ｕ——沖蝕速度；

Ｉ卜＿ｊ密度指數(shù)，對(duì)漿體來(lái)說(shuō)，ｎ＝１．６２—２．１２。
如果取ｎ＝２，那么，沖蝕磨損量就與沖蝕速度平方成正比。另外，沖蝕磨 損量還與磨粒的質(zhì)量成正比，磨粒的質(zhì)量愈大，磨損量也愈大。說(shuō)明沖蝕磨損與 磨粒的動(dòng)能直接有關(guān)。 當(dāng)不滿管落差區(qū)較大時(shí)或兩相流管輸啟動(dòng)時(shí)在垂直豎管與水平管道轉(zhuǎn)彎處， 離散成射流的漿體具有很高的動(dòng)能，因而引起對(duì)管壁快速的沖蝕磨損，使管壁變 薄，強(qiáng)度大大降低。當(dāng)磨損達(dá)到一定程度后，在射流壓力和槳體柱有效高度壓頭 的作用下，當(dāng)其總壓力超過(guò)管壁的強(qiáng)度時(shí)，管壁就要破裂，并引起堵管。 不滿管流以及因其引起的料漿相變是產(chǎn)生汽蝕、高速?zèng)_蝕磨損等引起破管、 堵管的一大根源，因此保持滿管流是消除破管、堵管事故的必要條件。

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第二章充填料漿管道水力輸送的工程特性

２．５本章小結(jié)
本章主要介紹了充填料漿管道水力輸送的相關(guān)工程特性，以及在輸送過(guò)程中 可能產(chǎn)生磨損和破管的機(jī)理分析： （１）通過(guò)對(duì)不同流變模型和固液兩相流的管流特性分析比較，揭示管道自 流輸送的特性，基本確定全尾砂漿體為賓漢體；引用相關(guān)的理論和經(jīng)驗(yàn)公式，為 自流輸送系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)的確定奠定基礎(chǔ)。 （２）對(duì)管道磨損機(jī)理和自流輸送破管機(jī)理進(jìn)行深入分析，得出了管道磨損 的主要影響因素，以及自流輸送不滿管流的產(chǎn)生原因和料漿相變過(guò)程的破壞作用 方式。 （３）不滿管流狀態(tài)下，料漿在管路中的運(yùn)動(dòng)將會(huì)出現(xiàn)由固液兩相流轉(zhuǎn)變?yōu)?固液汽三相流，再還原為固液兩相流的相變過(guò)程；在相變過(guò)程中伴隨產(chǎn)生的汽蝕、 沖蝕磨損、射流效應(yīng)等共同作用是管路破壞的根源，其中的汽蝕破壞作用尤為突
出。

２６

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第二章黃沙坪礦充填系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

第三章

黃沙坪礦充填系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

黃沙坪礦鉛鋅礦１９６７年采用了干式充填采礦法，同年銅礦也曾試驗(yàn)采用充 填法。上世紀(jì)七十年代，礦山又建設(shè)了我國(guó)較現(xiàn)代的立式砂倉(cāng)充填系統(tǒng)，開(kāi)始推 廣使用尾砂膠結(jié)充填。后因礦山采礦方法變更的影響以及充填系統(tǒng)中存在問(wèn)題的 制約，礦山采用了廢石充填，因而尾砂膠結(jié)充填系統(tǒng)閑置不用。目前，礦山處在 擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模階段，也因尾礦庫(kù)尾砂存量較大等綜合原因，決定重新啟用膠結(jié)充 填系統(tǒng)。因此，對(duì)礦山現(xiàn)有采礦方法和充填料性質(zhì)需要有進(jìn)一步的研究，從而對(duì) 優(yōu)化管網(wǎng)參數(shù)提供一定的依據(jù)。

３．１黃沙坪礦多金屬礦床開(kāi)采現(xiàn)狀
黃沙坪礦在開(kāi)采鉛鋅資源的同時(shí)，也啟動(dòng)多金屬資源的綜合利用，多金屬資

源的工業(yè)類型為巖漿期后接觸交代矽卡巖型氣化一高溫?zé)嵋憾嘟饘俚V床，屬低品
位鐵、鎢、鉬、鉍、錫多金屬礦床。 巖體形態(tài)的變化直接影響著礦體群的分布，其范圍在１０１線至１２９線之間， 走向南北，長(zhǎng)１０００ｍ，寬３００，．－６００ｍ，礦體賦存最高部位為３８０ｍ標(biāo)高，最深鉆 孔在－４２０ｍ標(biāo)高仍有礦體，并非見(jiàn)收斂趨勢(shì)，礦體總深超過(guò)８４０ｍ。鐵礦體主要 分布在．２００ｍ水平以上，已圈定的鎢、鉬礦體主要集中分布在．１００ｍ水平以下，

直達(dá)．４５０ｍ標(biāo)高。
礦體形態(tài)較為復(fù)雜，在任何水平斷面上均為不規(guī)則的環(huán)帶狀、弧狀，圍繞花

崗斑巖分布，近花崗斑巖者較為穩(wěn)定。礦體大小不等，走向長(zhǎng)一般為７０＂－．－＇４００ｍ，
沿傾向長(zhǎng)一般８０＂－＇２４０ｍ，最長(zhǎng)３６０ｍ，礦體厚ｌＯ＂－－＇３０ｍ，最厚６０ｍ。在地質(zhì)剖 面上，單個(gè)礦體呈似扁豆?fàn)�、舌狀、新月�(tīng)�、帶狀等�?從已開(kāi)拓和采準(zhǔn)出來(lái)的Ｗ１．１鎢鉬多金屬礦體看，礦體走向呈南北向，產(chǎn)狀 近乎直立，礦體不同部位礦化連續(xù)性差異大，品位跳躍性強(qiáng)，鎢鉬均有順裂隙礦 化而呈網(wǎng)脈狀嵌布的特點(diǎn)，且礦體與非礦體圍巖界線模糊，無(wú)法用肉眼界定。 該礦采礦方法見(jiàn)圖３．１：一個(gè)礦塊沿傾向劃分為底柱和分段，底柱高度由底 部結(jié)構(gòu)確定，采用雙電耙單側(cè)斗川配塹溝的底部結(jié)構(gòu)，其高度為６．４ｍ，斗川交 錯(cuò)布置，當(dāng)?shù)V體厚度小于８ｍ時(shí)，采用單電耙單側(cè)斗川配塹溝的底部結(jié)構(gòu)；分段 高度則由礦體厚度和分段巷道的位置來(lái)確定，礦體厚度小于１５ｍ且分段巷道居

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第三章黃沙坪礦充填系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

中時(shí)分段高度應(yīng)小于１５ｍ： 礦體厚度大于１ ５ｍ且分段巷道居中時(shí)分段高度應(yīng)小
于１２ｍ。

由于地表不允許塌陷， 也為了保證安全回采過(guò)程，需要對(duì)空區(qū)進(jìn)行充填。

１．階段運(yùn)輸平巷２．出礦進(jìn)路３．人行設(shè)備天井４．放礦溜井
５．分段聯(lián)絡(luò)道６．分段鑿巖巷道７．拉底巷道

圖３．１分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法標(biāo)準(zhǔn)方案圖

ｊ

３．２黃沙坪礦充填系統(tǒng)現(xiàn)狀。
黃沙坪礦鉛鋅礦是湖南省著名的采選綜合企業(yè)，也是我國(guó)使用充填最早的地 下礦山之一。１９６７年，黃沙坪鋁鋅礦采用了干式充填采礦法，同年銅礦也曾試 驗(yàn)采用充填法。上世紀(jì)七十年代，礦山又建設(shè)了我國(guó)較現(xiàn)代的立式充填系統(tǒng)，開(kāi) 始推廣使用尾砂膠結(jié)充填，為黃沙坪鉛鋅資源的開(kāi)采和我國(guó)采礦事業(yè)的發(fā)展作出 了很大的貢獻(xiàn)。 后因礦山采礦方法變更的影響以及充填系統(tǒng)中存在問(wèn)題的制約，礦山采用了 廢石充填，因而尾砂膠結(jié)充填系統(tǒng)閑置不用。

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第三章黃沙坪礦充填系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

３．２．１黃沙坪礦干式充填系統(tǒng)

黃沙坪一直用干式充填法開(kāi)采。礦塊結(jié)構(gòu)子典型方案相似。階段高３６米， 頂柱厚３～４米，府柱高５米（由于品位高，有時(shí)不留底柱，間柱寬７～８米，礦 房沿走向布置時(shí)，礦塊長(zhǎng)３０＂－＇６０米。切走向布置時(shí)，礦房寬１０＂－＇－＇１２米。礦房的 水平暴露面積一般控制在５００ｍ２內(nèi)。在使用干式充填時(shí)，多數(shù)是礦井上部就近 設(shè)備采石場(chǎng)，采下的巖石通過(guò)溜井下放進(jìn)行充填，在可能的條件下，盡量利用自 重運(yùn)輸。干式充填系統(tǒng)如下方圖３．２所示。

［－秘黼ｊＦｌ矧…一劫避］．一一赳堂≥亟蠶鋼
圖３－２干式充填系統(tǒng)示意圖

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實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)開(kāi)采深度不大，且地表采石條件方便時(shí)，可采用多充填井下 料。這種可以減少坑內(nèi)水平運(yùn)輸工作。 當(dāng)采用主充填井下料方式時(shí)，為了不與運(yùn)礦系統(tǒng)互相干擾，充填井多布置在 礦體上盤，力求形成單獨(dú)充填運(yùn)輸系統(tǒng)。當(dāng)充填工作量較大時(shí)，還應(yīng)放設(shè)專門的 水平巷道來(lái)運(yùn)送充填料。

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圖３－３黃沙坪干式充填系統(tǒng)圖

２９

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第三章黃沙坪礦充填系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

３．２．２黃沙坪礦尾砂膠結(jié)充填系統(tǒng)

（１）地表充填站基本情況 黃沙坪鉛鋅礦尾砂膠結(jié)充填系統(tǒng)始建于上世紀(jì)七十年代，為我國(guó)使用立式充 填系統(tǒng)的先驅(qū)。它的構(gòu)成與其他類似充填礦山一樣，包括： １）充填材料的開(kāi)采、破碎篩分、分級(jí)和運(yùn)輸： ２）充填料的制備和輸送， ３）充填供水充填廢水的沉淀和排水排泥設(shè)施； ４）充填系統(tǒng)的通訊聯(lián)絡(luò)等。 黃沙坪鉛鋅礦充填系統(tǒng)的配置采用集中配置方案，集中配置便于集中管理， 可以減少崗位工作人員，減少設(shè)備，從而降低礦山經(jīng)營(yíng)費(fèi)用。 黃沙坪鉛鋅礦地面充填站主要由砂倉(cāng)、水泥倉(cāng)、攪拌站等設(shè)施組成。其攪拌 站的布局根據(jù)充填工藝的流程采用單階式布置，自上而下布置料倉(cāng)、給料機(jī)、計(jì) 量裝置、攪拌設(shè)備、漿體輸送設(shè)備及管道。單階式布置占地面積小，布置緊湊， 原材料流經(jīng)各工序時(shí)間短，工藝流程合理，生產(chǎn)效率高，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)

化生產(chǎn)。攪拌站內(nèi)部設(shè)施與裝置考慮到檢修和操作的方便，留有足夠的空剮４３１。
黃沙坪鉛鋅礦物料制備系統(tǒng)中的全尾砂來(lái)源于鉛鋅礦選廠，尾砂輸送主要依 靠砂泵來(lái)泵送，最終泵送到充填站的砂倉(cāng)內(nèi)。在物料制備系統(tǒng)中值得注意的是： 膠結(jié)充填材料中的膠凝材料、水和添加劑不需預(yù)處理，而粗細(xì)骨料如塊石、棒磨 砂、尾砂等一般均要預(yù)處理。

ｌ－Ｉ號(hào)１０００ｍ３尾砂倉(cāng)；２－１３０ｔ水泥倉(cāng)；３－２號(hào)１０００ｍ３，尾砂倉(cāng)：４．水池；５．電動(dòng)閥；

６．螺旋輸送機(jī)；７．水泵；８一馬爾斯泵；９．?dāng)嚢柰�；１０．充填管：１１．通往尾砂�?kù) 圖３４黃沙坪礦尾砂充填系統(tǒng)流程示意圖

黃沙坪礦原有井下管路設(shè)計(jì)，由冶金工業(yè)部長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)院于１９８０年 設(shè)計(jì)完成。設(shè)計(jì)管道用材為鋼管，管徑１０４ｍｍ，壁厚４ｍｍ。后來(lái)在往深部開(kāi)采 時(shí)，使用復(fù)合陶瓷管【４４１。其充填管線示意圖如圖３－５，立體模型圖如圖３－６。

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圖３－５井下充填管線示意圖

（ａ）

（ｂ）

圖３－６井下充填管線ｓｕｒｐａｃ模型立體圖

３ｌ

中南大學(xué)碩十論文

第三章黃沙坪礦充填系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

３．３充填材料及其物理化學(xué)性質(zhì)

３．３．１充填材料基本性質(zhì)

由于充填費(fèi)用是充填采礦成本的重要組成部分，因此降低充填成本是提高充 填采礦法經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)重要途徑。通過(guò)對(duì)充填材料及充填料漿配合比的試驗(yàn)研 究，選擇廉價(jià)的、滿足生產(chǎn)條件的充填材料和選擇合理的充填料漿配合比是降低 充填成本的有效方法。 膠結(jié)充填料由骨料、膠凝劑和水三部分拌和組成。常用的骨料有尾砂、河砂、 碎石集料和磨砂等。常用的膠凝劑是普通硅酸鹽水泥，近年又開(kāi)發(fā)了高水材料、 粉煤灰水泥、爐渣水泥等新型膠凝材料【４５】。 尾砂作為一種廉價(jià)的礦山廢料，大量用于礦山充填具有十分重要的意義，一 方面可以解決礦山充填材料的來(lái)源問(wèn)題，另一方面解決了礦山工業(yè)廢料造成環(huán)境 污染和占用耕地的問(wèn)題。 （１）膠凝材料 膠結(jié)充填材料包括膠凝材料、粗骨料、細(xì)骨料和水等。膠凝材料主要是水泥 及其代用品，如石灰、粉煤灰、細(xì)磨爐渣等。粗骨料多用碎石、礫石，粒徑５～ ５０ｍｍ。細(xì)骨料多用河沙、山砂、尾砂、水淬爐渣等。 礦山充填采用４２５號(hào)普通硅酸鹽水泥，其密度為３０００Ｋｇ／ｍ３，容重為１０００＂－－ １６００Ｋｇ／ｍ３，常取１３００ Ｋｇ／ｍ３，采用１２ｔ水泥罐車將散裝水泥從水泥廠運(yùn)到充填 站，然后用風(fēng)力輸送到充填站水泥庫(kù)。 （２）充填骨料 根據(jù)方案比較選擇，其充填骨料為尾砂和碎石，全尾砂的物理參數(shù)見(jiàn)表３．１， 充填料的物理力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)表見(jiàn)表３．２：
表３．１全尾砂的物理參數(shù)

３２

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第二章黃沙坪礦充填系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

表３．２充填料的物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)表
項(xiàng)目 單位 全尾砂
０．１４８

水泥

平均粒徑“ｍｍ
容重ｒａ 比重ｒｋ
孑Ｉ

０．０８ｒａｍ篩、篩余ｇ．７％
１３００

Ｋｇ／ｍ３

２２００

Ｋｇ／ｍ３

２７９０

３０００

Ｉ冶弦ｅ，．．

ｏ／．

９１

１氣

氣６ ７

表３．３全尾砂塊１４天單軸抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果表（單位：ＭＰａ）

（３）全尾砂的物理化學(xué)性質(zhì) 充填用的全尾砂直接來(lái)自于選廠當(dāng)班生產(chǎn)排放的尾砂漿，并經(jīng)濃縮過(guò)濾脫水 而成。脫水后的尾砂濾餅含水率為１８％＇２２．６％，尾砂比重為２７９０Ｋｇ／ｍ３，容重
為２２００ Ｋｇ／ｍ３，尾砂滲透系數(shù)為０．２５＂－－０．３８ｃｍ／ｈ。尾砂化學(xué)成分見(jiàn)表３．４，不同

試驗(yàn)期間的尾砂物理性質(zhì)見(jiàn)表３．５。尾砂粒級(jí)組成見(jiàn)表３－６，脫水后尾砂含水率
見(jiàn)表３．７。

表３４全尾砂化學(xué)成分（％）

３３

表３－６全尾砂粒級(jí)組成表

竺級(jí)、
：％’）
產(chǎn)率

＋ｏ．１

ＬｍｍＪ

＋０．０７＋０．０５＋０．０４＋０．０３８＋０．０２＋０．０ １＋０．００５－０．００５

９．３２

３．１ １

７?７６

１０．８７

１４?２１

２４．８４

５．３２

１４?７５

９．３２

瑟

％２

－２．４

２眈３ｍ６

４５舶７叭ｔ

７５粥９嘶８

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表３．７脫水后含水率測(cè)定表

給礦量（㈣

３ １．９９

３４．３０

４５．９９

４５．９７

４３．６５

３９．００

４７．６０

濾餅譬 （ｎｕｎ）

３０．ｏ

２４．ｏ

１６．５

１７．５

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２０．７７

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２ｍ９

強(qiáng)度值與表３．８中不一定相同，因?yàn)楹笳呷〉氖侨舾蓚�(gè)試塊的平均值。分析試驗(yàn) 過(guò)程及各圖表數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論：
表３－８充填試件強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

３５

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第三章黃沙坪礦充填系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

圖３．７表３－８中ＨＡｌ試塊２８ ｄ單軸抗壓強(qiáng)度應(yīng)力—應(yīng)變曲線圖

圖３．８灰砂比ｌ：４時(shí)充填體抗壓強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)時(shí)間的關(guān)系曲線

圖３－９灰砂比１：６時(shí)充填體抗壓強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)時(shí)間的關(guān)系曲線

圖３．１０灰砂比ｌ：８時(shí)充填體抗壓強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)時(shí)間的關(guān)系曲線

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第三章黃沙坪礦充填系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

圖３．１１灰砂ｌ：１０時(shí)充填體抗壓強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)時(shí)間的關(guān)系曲線

（２）推薦配比 尾砂充填強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表明： １）對(duì)早期強(qiáng)度有一定要求的條件下，如嗣后充填，間柱需要回采： 水泥：尾砂＝１：６（質(zhì)量比）； 質(zhì)量濃度＝７０％。 該配比技術(shù)指標(biāo)是： ７ｄ、１４ｄ、２８ｄ抗壓強(qiáng)度分別為０．４８０ＭＰａ、１．３０５ＭＰａ和１．４４５ＭＰａ； 體重１６６０
Ｋｇ／ｍ３

質(zhì)量泌水率５．２１％。 ２）對(duì)早期強(qiáng)度要求不高的條件下，如嗣后充填，不需要回采間柱： 水泥：尾砂＝１：１０（質(zhì)量比）； 質(zhì)量濃度＝７０％。 該配比技術(shù)指標(biāo)是： ７ｄ、２８ｄ、６０ｄ抗壓強(qiáng)度分別為Ｏ．１５ＭＰａ、０．３４ＭＰａ和０．４８ＭＰａ； 體重１６８０
Ｋｇ／ｍ３：

質(zhì)量泌水率４．１２％。
３８

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第三章黃沙坪礦充填系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

或者直接干式尾砂充填或廢石充填，保證不發(fā)生大規(guī)模的巖層移動(dòng)，能過(guò)安 全回采即可。 ３）黃沙坪多金屬礦床開(kāi)采中需要在充填體上作業(yè)，要求強(qiáng)度較高，其２８ｄ 強(qiáng)度應(yīng)該達(dá)到３．５ Ｍｐａ以上，用水泥做充填體膠凝劑，需要高配比，勢(shì)必會(huì)造成 大成本。因此考慮用充填細(xì)料作為膠凝劑進(jìn)行充填，結(jié)果滿足要求，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如
下： 表３－９尾砂膠結(jié)充填強(qiáng)度試驗(yàn)表

３．４本章小結(jié)
本章主要深入分析了黃沙坪礦充填系統(tǒng)的現(xiàn)狀，包括正在使用的干式充填系 統(tǒng)和已閑置不用的尾砂膠結(jié)充填系統(tǒng)，并對(duì)充填材料的基本理化性質(zhì)、配比及力 學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了研究。 （１）黃沙坪礦在使用干式充填時(shí)，多數(shù)是礦井上部就近設(shè)備采石場(chǎng)，采下 的巖石用留井下進(jìn)行充填，在可能的條件下，盡量利用自重運(yùn)輸。但因生產(chǎn)能力 提高，廢石量不足以回填至空區(qū)，提出重新啟用尾砂充填系統(tǒng)。 （２）黃沙坪鉛鋅礦尾砂膠結(jié)充填系統(tǒng)始建于上世紀(jì)七十年代，為我國(guó)使用 立式充填系統(tǒng)的先驅(qū)。地面充填站主要由砂倉(cāng)、水泥倉(cāng)、攪拌站等設(shè)施組成。 （３）黃沙坪多金屬礦床開(kāi)采中需要在充填體上作業(yè)，要求強(qiáng)度較高，其２８ｄ 的強(qiáng)度應(yīng)該達(dá)到３．５ Ｍｐａ以上，用水泥做充填體膠凝劑，需要高配比，勢(shì)必會(huì)造 成大成本。因此考慮用充填細(xì)料作為膠凝劑進(jìn)行充填，結(jié)果滿足要求。

３９

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第四章黃沙坪礦充填自流輸送系統(tǒng)存在問(wèn)題及改造優(yōu)化

第四章

黃沙坪礦充填自流輸送系統(tǒng)存在問(wèn)題及改造優(yōu)化

黃沙坪鉛鋅礦是湖南省著名的采選綜合企業(yè)，也是我國(guó)使用尾砂膠結(jié)充填最 早的地下礦山之一。上世紀(jì)七十年代，礦山建設(shè)了我國(guó)較現(xiàn)代的立式充填系統(tǒng)， 為黃沙坪鉛鋅資源的開(kāi)采和我國(guó)采礦事業(yè)的發(fā)展作出了很大的貢獻(xiàn)【蚓。 受礦山采礦方法變更的影響以及充填系統(tǒng)中存在問(wèn)題的制約，礦山采用了廢 石充填，因而尾膠充填系統(tǒng)閑置不用，造成原尾膠系統(tǒng)充填管路與系統(tǒng)報(bào)廢，充 填儀表與設(shè)備損壞，技術(shù)與操作人員流失，國(guó)有資產(chǎn)嚴(yán)重貶值等諸多問(wèn)題。

４．１充填系統(tǒng)存在的問(wèn)題

４．１．１地表充填站設(shè)施存在的問(wèn)題

黃沙坪鉛鋅礦立式砂倉(cāng)充填系統(tǒng)建立較早，但因采礦方法的變更以及當(dāng)時(shí)系 統(tǒng)存在的技術(shù)不成熟因素，已經(jīng)閑置不用近二十余年。年久失修，再加上一些人 為破壞，其設(shè)施受損嚴(yán)重。 （１）人工操作系統(tǒng)復(fù)雜 黃沙坪鉛鋅礦立式砂倉(cāng)充填系統(tǒng)始建于上世紀(jì)七十年代，在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件 下，這種充填系統(tǒng)是較為先進(jìn)的。但其操作系統(tǒng)也比較復(fù)雜，放砂、放水、輸送 水泥以及相互之間的協(xié)調(diào)均有人手工操作完成。因此，稍有時(shí)間上的耽誤，砂漿 的質(zhì)量就難以保障，其充填效果也會(huì)大受影響。 （２）系統(tǒng)造漿方式不合理 傳統(tǒng)的立式砂倉(cāng)造漿方式為風(fēng)水混合造漿，其造漿環(huán)管為三層，只能在環(huán)向 造漿，且造漿流體選用高壓水，存在放砂濃度低的問(wèn)題。黃沙坪鉛鋅礦尾砂本身 粒級(jí)細(xì)、含泥多，需要較高濃度才能保證充填效果。 （３）充填站設(shè)備損壞嚴(yán)重 充填站設(shè)備因老化、年久失修等原因，破損非常嚴(yán)重。如圖４．１至４．４。

圖４－３嚴(yán)重腐蝕的倉(cāng)底

圖４＿４垃圾堵塞的攪拌井

４．１．２井下充填管路存在的問(wèn)題

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)歷史資料記錄和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，井下充填管路在＋２００中段時(shí)就會(huì)出現(xiàn) 破管現(xiàn)象，分析主要存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題： （１）充填倍線太小：充填系統(tǒng)管路在設(shè)計(jì)使用初期，基本能滿足礦山生產(chǎn) 建設(shè)需要。但隨著礦山向深部發(fā)展，管路的高程在不斷增加，然而管路的水平距 離增加幅度卻小于高程的增加值，導(dǎo)致充填倍線變小，影響了輸送能力； （２）砂漿濃度低：受充填倍線變小的影響，砂漿在長(zhǎng)距離輸送過(guò)程中，會(huì) 有不同程度的沉降，導(dǎo)致濃度變化。且原充填系統(tǒng)制漿濃度也偏低； （３）充填體強(qiáng)度低：低濃度漿體在進(jìn)入采場(chǎng)后，形成的充填體強(qiáng)度較低， 膠結(jié)性能也差，不利于下一步工作面的回采工作； （４）脫水工作量大：充填料漿濃度低、膠結(jié)性能差，使得料漿中的大部分 水需要排放，工作量大而且對(duì)巷道人行、設(shè)備使用造成很大的麻煩。

４１

中南大學(xué)碩七論文

第四章黃沙坪礦充填自流輸送系統(tǒng)存在問(wèn)題及改造優(yōu)化

４．２地表充填站改造方案

４．２．１充填站改造方案

為了提高砂漿濃度，同時(shí)保證良好的造漿效果，提出如下改造方案： （１）對(duì)砂倉(cāng)內(nèi)外活化造漿環(huán)節(jié)進(jìn)行全面改造，調(diào)整造漿環(huán)管位置，更換新 式造漿噴嘴等； （２）對(duì)砂倉(cāng)放砂管及放砂形式進(jìn)行改造； （３）全尾砂充填倉(cāng)內(nèi)增設(shè)破泥架： （４）為方便控制，便于操作將攪拌桶基礎(chǔ)標(biāo)高提到．２．００米（即攪拌桶上邊 比充填站地板高０．４米）： （５）集中各控制環(huán)節(jié)的位置，如：充填流量攪拌桶放砂、砂倉(cāng)放砂、砂倉(cāng) 造漿控制閥門都集中在攪拌桶及砂倉(cāng)底部外； （６）兩個(gè)充填鉆孔、套管、充填管按原設(shè)計(jì)要求焊接至標(biāo)高３．５米以上； （７）在副桶與攪拌井壁之間，標(biāo)高．３．５米至．２．０米設(shè)一個(gè)①２．２米的污水井 （備用水池，充填管在池中）； （８）原充填鉆孔處：即標(biāo)高．１２米～３．５米回填，．３．５米至．２．０米部分回填： （９）攪拌桶基礎(chǔ)按原基礎(chǔ)尺寸打至．１．７米； （１０）增設(shè)副桶，以便排除氣泡、觀察液位及濃度； （１１）配２塊儀表，濃度計(jì)１臺(tái)，流量計(jì)１臺(tái)（２次儀表分體）二次儀表安 裝在攪拌桶周圍便于操作工觀察控制流量、濃度、下灰量等： （１２）攪拌桶與鉆孔實(shí)行全封閉式放砂。

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第四章黃沙坪礦充填自流輸送系統(tǒng)存在問(wèn)題及改造優(yōu)垡

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主墮人學(xué)碩＋論文

第四章黃沙坪礦充填自流輸送系統(tǒng)存在問(wèn)題及改造優(yōu)化

圖４．７黃沙坪鉛鋅礦尾砂充填系統(tǒng)改造立面示意圖

圖４－８黃沙坪鉛鋅礦尾砂充填系統(tǒng)改造倉(cāng)內(nèi)環(huán)管及支架加工圖

圖４．１０黃沙坪鉛鋅礦尾砂充填系統(tǒng)改造倉(cāng)內(nèi)破泥架圖

４５

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第四章黃沙坪礦充填自流輸送系統(tǒng)存在問(wèn)題及改造優(yōu)化

４．２．２充填站設(shè)備更新

為了滿足設(shè)備上述技術(shù)改造，設(shè)備更新如下： （１）更換２０００ｘ２１００雙葉輪高濃度攪拌桶１臺(tái)，電機(jī)３５ＫＷ； （２）更換３５００ｘ（ＤＮ２５０或ＤＮ２００）雙管螺旋喂料機(jī)一臺(tái)，（１１－３４ｍ３／ｈ或 ８砣５ｍ３／ｔ１）流量，電機(jī)（１ｌＫＷ或７．５ＫＷ）帶變頻調(diào)速。根據(jù)膠結(jié)料類型選定喂 料機(jī)型號(hào)； （３）砂倉(cāng)配ＤＮｌ５０鑄石耐磨電動(dòng)球閥２臺(tái)（每個(gè)倉(cāng)１臺(tái)）； （４）配流量４０以上、揚(yáng)程１００米以上請(qǐng)水泵２臺(tái)； （５）配２ Ｐ泥漿泵１臺(tái)； （６）配１０ ｒｎ３空壓機(jī)ｌ臺(tái)； （７）水泥倉(cāng)除塵器建議自行修復(fù)（改為手動(dòng)振打）； （８）攪拌桶除塵自制； （９）副桶、液位計(jì)自制。

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第四章黃沙坪礦充填自流輸送系統(tǒng)存在問(wèn)題及改造優(yōu)化

４．３充填管路的改造及優(yōu)化計(jì)算
４．３．１管路改造的優(yōu)化目標(biāo)和原則

充填管路的布置首先要滿足生產(chǎn)的需要。充填管輸送系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)就 是要合理地設(shè)計(jì)充填倍線和管輸參數(shù)，達(dá)到滿足生產(chǎn)需要的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)充填工作 的高質(zhì)、高效、安全、經(jīng)濟(jì)【４
７１。

要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，充填管路優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則： （１）技術(shù)可行，主要指管路的輸送能力滿足生產(chǎn)需要； （２）經(jīng)濟(jì)合理，就是要綜合考慮各因素，使管輸系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)； （３）安全可靠，主要指管路的破管、堵管幾率降到最小。 ４．３．２管路優(yōu)化的主要步驟

根據(jù)以上的目標(biāo)和原則，管路優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟主要是： （１）選擇合適的全尾砂料漿濃度Ｃｗ，確定充填流量Ｑ 在滿足全尾砂料漿安全輸送的條件下，濃度應(yīng)盡可能地提高，以達(dá)到充填的 高質(zhì)、高效。充填流量應(yīng)保證滿足生產(chǎn)需要。 （２）確定充填管路的直徑Ｄ 選取管徑的大小不僅影響充填能力而且還關(guān)系到充填系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和 安全性。管徑太小，充填能力受限，不能滿足礦山生產(chǎn)的實(shí)際要求；管徑太大， 不僅是大材小用，而且會(huì)導(dǎo)致不滿管流現(xiàn)象，使管路中產(chǎn)生射流沖擊、汽蝕等破 壞作用，減少管道的使用壽命。因此需要選用合理的管徑，達(dá)到經(jīng)濟(jì)適用的目的。 （３）保證滿管流的措施 在設(shè)計(jì)管道系統(tǒng)時(shí)，首先要考慮確定的是管徑Ｄ和全尾砂漿的濃度Ｃｗ。為 保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和正常運(yùn)行，在日常生產(chǎn)中，這兩個(gè)參數(shù)盡量保持不變，可通過(guò) 增加或減小盤管長(zhǎng)度方法來(lái)達(dá)到改變充填管路的長(zhǎng)度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)滿管流的目的。 （４）管路布置的優(yōu)化（即充填倍線的調(diào)整） 礦山建設(shè)生產(chǎn)中，階段高度是確定的，那么到達(dá)某一個(gè)中段的高程是一定的， 只有通過(guò)改變充填管線的水平長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整充填倍線，使充填倍線值在一定的合理 的范圍內(nèi)。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一般認(rèn)為自流輸送充填倍線大于７時(shí)，漿體基本不能 流動(dòng)；充填倍線太小，又容易破管。故取值在３—６之間。

４７

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第四章黃沙坪礦充填自流輸送系統(tǒng)存在問(wèn)題及改造優(yōu)化

４．４充填管路改造基本參數(shù)計(jì)算

４．４．１充填能力計(jì)算

（１）礦山年平均充填量

Ｑ：Ｑｋ
以

ｚ

（４．１）

式中：Ｑｎ——礦山年平均充填能力，ｍ３／ａ； Ｑｋ——礦山充填法年產(chǎn)量，ｔ／ａ； 以——礦石體重，ｔ／ｍ３； Ｚ——采充比，ｒｎ３／ｍ３一般�。希浮臁�
代入數(shù)據(jù)：

Ｑ＝籌�。玻铩粒保埃�
（２）礦山日平均充填量 《采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)》（ｇ－床開(kāi)采卷），有公式：

ｍ３屈 （４＿２）

礦山日平均充填量是指礦山在年充填時(shí)間內(nèi)，平均每同應(yīng)充填的體積。根據(jù)

繞２警×；舭
式中：

件３，

Ｑ年——充填法年采出礦石量，以；

６Ｔ＿——礦石容重，ｔ／ｍ３；蹄３．５ｔ／ｍ３：
Ｔ．——礦山年工作Ｒ數(shù)，叭；Ｔ＝３３０天；

卜采充比，ｍ３／ｍ３（即每生產(chǎn)ｌｍ３礦石應(yīng)回填入采空區(qū)的充填料

體積之比），一般情況下，Ｚ＝０．８５＂－０．９８ｍ３／ｍ３，為使充填設(shè)施留有余地， 設(shè)計(jì)中一般�。冢剑桑埃恚常恚� 代入數(shù)據(jù)得：

ｏＱｄ／３ｍ１．６０：×Ｌ— ７： １丁×麗×２’
２

（４．４）

（３）充填材料日平均供應(yīng)量 充填材料日平均供應(yīng)量指充填材料來(lái)源地（采石場(chǎng)、采砂場(chǎng)、破碎篩分站或 尾砂分級(jí)站）供應(yīng)給充填設(shè)施的每同平均量。根據(jù)《采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)》（礦床開(kāi)采 卷），有公式：

輸過(guò)程中的損失，Ｋ２＝１．００，－一１．０２； 故全尾砂的日平均供應(yīng)量： Ｑｌ＝Ｋ，Ｋ２Ｑｏ ２ １．０５ｘ （４）礦山日充填能力 由于黃沙坪鉛鋅礦所采用的采礦方法系中深孔爆破充填采礦法，故其充填方 式為分段嗣后充填，根據(jù)《采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)》（礦床開(kāi)采卷），有公式：
１?０５ｘ ６０６?１＝６６８?２

ｍ３／ｄ：

（４．６）

Ｑｃ＝覡

（４．７）

式中：ＱＣ＿Ｊ山日充填能力，ｒｎ３／ｄ；
Ｋ——充填作業(yè)的不均勻系數(shù)，一般�。耍剑玻ⅲ常�
取不均勻系數(shù)Ｋ＝２，得尾砂的日充填能力為：
”

Ｑ＝磁＝２ｘ６０６?１＝１２１２?ｌｍ３／ｄ
（５）輸送能力的驗(yàn)證

（４．８）

漿體輸送能力應(yīng)滿足兩個(gè)要求：綜合考慮開(kāi)拓、采礦方法、充填系統(tǒng)的特點(diǎn)

及充填工作組織等諸因素的影響；按最大充填倍線（Ｎ一）校核輸送能力，保證
輸送能力等于最大充填量的１．０５到１．１倍；漿體濃度應(yīng)使水砂比值最佳。 漿體輸送能力（Ｑｊ）按下式計(jì)算：

島＝３６００（吆）’，＝９００ｚｒＤ２ｖ，ｍ３／ｈ
式中：Ｄ一充填管路內(nèi)徑；
ｖ——最終確定的管流工作流速，一般為管道出口流速，ｍ／ｓ

（４．９）

９＝３６００（吆）Ｖ＝９００×３．１４×０．１０４２×３＝９１．６９ｍ３／ｈ
４９

（４－１０）

充填工作制度按照每天兩班輪流，每天工作１４小時(shí)，那么輸送能力Ｑｊ＞充

中南火學(xué)碩＋論文

第四章黃沙坪礦充填自流輸送系統(tǒng)存在問(wèn)題及改造優(yōu)化

填量Ｑｃ，符合設(shè)計(jì)要求。 ４．４．２充填管網(wǎng)參數(shù)計(jì)算

充填料漿由固體顆粒與水構(gòu)成，是一種兩相流。其在管道中的運(yùn)動(dòng)形式主要 由水的紊流特性決定，同時(shí)也受到顆粒間的相互干涉與擾動(dòng)影響。 紊流的主要特性是脈動(dòng)現(xiàn)象，固體顆粒受脈動(dòng)影響可能向上運(yùn)動(dòng)，在管道中 呈現(xiàn)三種運(yùn)動(dòng)形式，分別是：１）不連續(xù)跳躍狀；２）間歇性懸浮狀；３）完全懸 浮狀態(tài)。不連續(xù)跳躍是水流速度很小時(shí)固體顆粒不動(dòng)，當(dāng)水流速度達(dá)到某一臨界 值時(shí)，固體顆粒沿管道底部作滑動(dòng)并不連續(xù)跳躍運(yùn)動(dòng)的一種形式。間歇式懸浮狀 是當(dāng)流速進(jìn)一步增大時(shí)，固體顆粒處于間歇式懸浮狀態(tài)，即在管底與水流中作不 規(guī)則運(yùn)動(dòng)。完全懸浮態(tài)是介質(zhì)流速達(dá)到某一高速后固體顆粒不再沉入管底的現(xiàn)象
【４８】
Ｏ

決定固體顆粒處于何種狀態(tài)，主要取決于固體顆粒的大小與介質(zhì)的流速。理 論上說(shuō)，介質(zhì)流速越高，產(chǎn)生垂直脈動(dòng)速度也越大，從而懸浮的力量也就越大； 另外，在相同速度下，固體顆粒物質(zhì)直徑越大，越難以懸浮；相反，顆粒越細(xì)， 則懸浮越容易。 實(shí)際料漿輸送過(guò)程中，顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不可能相同，固體顆粒相互干擾，相 互碰撞，導(dǎo)致顆粒呈不規(guī)則上下運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，管道內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)固體顆粒的多種運(yùn)動(dòng) 形態(tài)。實(shí)踐證明，顆粒群的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與顆粒濃度大小、粒徑及速度有關(guān)。因此在 管道壓力作用下，管道中的顆粒分布主要呈四種流動(dòng)狀態(tài)，１）均勻懸浮流動(dòng)；２） 非均勻懸浮流動(dòng)；３）有滑動(dòng)場(chǎng)非均勻流動(dòng)；４）管底有沉淀層的流動(dòng)。在水平管 道水力輸送時(shí)，固體顆粒開(kāi)始沉淀時(shí)相應(yīng)的流速則稱為臨界流速。理論證明，只 有當(dāng)固體顆粒的移動(dòng)速度大于臨界流速時(shí)，才不會(huì)使某些顆粒沉淀在管底，使管 道的有效斷面積減少，導(dǎo)致管道的輸送阻力加大。臨界流速對(duì)漿體管道穩(wěn)定輸送 十分重要，它象征著安全運(yùn)行的下限。比臨界流速更低的流速將導(dǎo)致管底形成固 體顆粒沉積床，造成管道堵塞。 （１）Ｂ．Ｃ．克諾羅茲公式 因混合充填料加權(quán)平均粒徑以。＜０．０７ｒａｍ，在已知漿體流量Ｑ和要求的漿 體質(zhì)量濃度ｅ，的條件下，采用Ｂ．Ｃ．克諾羅茲公式（選礦設(shè)計(jì)手冊(cè)Ｅ４０６）聯(lián)立以 下兩式聯(lián)解，可以求出充填所需臨界管徑Ｄ，和臨界流速Ⅵ：
Ｄｔ＝ （４．１１）

Ｑ—ｏ．１

５７Ｄｔ２∥（－ｎ４３厄形）
５０

（４．１２）

ｖｔ＝０．７８ｍ／ｓ

（２）杜拉德公式 當(dāng)管徑Ｄ小于２００ｍｍ時(shí)，可利用杜拉德公式，求出臨界流速Ｍ：

州再

（４．１３）

式中：互一與粒徑、濃度等有苯的速度系數(shù)，巧＝ｏ．７２： ｇ一重力加速度，ｇ＝９．８１ｍ／ｓ２； 乃一載體密度，在本計(jì)算中，以取為水的密度。
代入按照Ｂ．Ｃ．克諾羅茲公式計(jì)算所得臨界管徑Ｄ，，可得，
Ｍ＝１．７４ｍ／ｓ。

（３）經(jīng)驗(yàn)臨界流速Ｍ 根據(jù)混合料密度及漿體濃度，經(jīng)驗(yàn)臨界流速Ⅵ＝１．６，８＝２．１８ｒｎ／ｓ。 （４）臨界流速Ⅵ和管徑Ｄ的最終確定

黜喊ｒ靛ｖｔ＝１．７齜ｑ＝贗圳…
根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選擇Ｄ＝１０４ｒｎｍ的復(fù)合陶瓷管。 （５）實(shí)際工作流速１， 合理的工作流速，應(yīng)是輸送能力大、灰砂Ｌｌ二ｄ，、２１２作穩(wěn)定的流速，按

５ｌ

中南大學(xué)碩士論文

第四章黃沙坪礦充填自流輸送系統(tǒng)存在問(wèn)題及改造優(yōu)化

下式計(jì)算（金屬礦山充填采礦法設(shè)計(jì)參考資料）：

Ｖ＝３．３歷．，Ｖ匝Ｘ．Ｎ：
４．５本章小結(jié)

（４．１４）

代入管徑Ｄ、灰砂比Ｘ、充填倍線Ｎ等參數(shù)，可得實(shí)際工作流速 ｖ＝３．０４ｍ／ｓ，實(shí)際工作流速是臨界流速的１．４倍，因而，工作是可靠的。

本章依據(jù)上一章節(jié)對(duì)尾砂充填系統(tǒng)的全面分析，找出了影響系統(tǒng)管路輸送存 在的兩個(gè)問(wèn)題：地表充填站的制漿和井下管線布置方式。并改變了充填站的制漿 方式，更換了相關(guān)設(shè)備。闡述了井下管路的改造優(yōu)化目標(biāo)和原則，計(jì)算出用于改 造的管網(wǎng)基本參數(shù)。 （１）黃沙坪鉛鋅礦立式砂倉(cāng)充填系統(tǒng)建立較早，但因采礦方法的變更以及 當(dāng)時(shí)系統(tǒng)存在的技術(shù)不成熟因素，已經(jīng)閑置不用近二十余年。年久失修，再加上 一些人為破壞，其設(shè)施受損嚴(yán)重。出現(xiàn)了諸多問(wèn)題：人工操作系統(tǒng)復(fù)雜：系統(tǒng)造 漿方式不合理；充填站設(shè)備損壞嚴(yán)重；充填倍線太小；砂漿濃度低：充填體強(qiáng)度 低；脫水工作量大等。 （２）改變?cè)鞚{方式，作出改造設(shè)計(jì)圖紙，并更換相關(guān)設(shè)備。 （３）充填管路的布置首先要滿足生產(chǎn)的需要。充填管輸送系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的 目標(biāo)就是要合理地設(shè)計(jì)充填倍線和管輸參數(shù)，達(dá)到滿足生產(chǎn)需要的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)充 填工作的高質(zhì)、高效、安全、經(jīng)濟(jì)。針對(duì)于此，提出了主要目標(biāo)和重要原則，并 計(jì)算出用于改造的管網(wǎng)基本參數(shù)。

５２

方案ＡＮＳＹＳ模擬及優(yōu)化

模擬及優(yōu)化

由于礦山管道輸送工藝及其力學(xué)結(jié)構(gòu)存在的復(fù)雜性，因此目前尚無(wú)對(duì)管道輸 送工程實(shí)際問(wèn)題的精確解。目前通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)兩相流輸送進(jìn)行的有關(guān)參數(shù)的計(jì) 算已成為實(shí)際工程采取的最常用的方法。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)工程的發(fā)展，通過(guò) 對(duì)管道兩相流的仿真分析和數(shù)值模擬，對(duì)兩相流參數(shù)的確定后提供了有效的方 法。本文采用大型有限元ＡＮＳＹＳ軟件對(duì)充填管道進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的數(shù)值仿真模擬， 進(jìn)一步得出流速、粘度及阻力損失等相關(guān)參數(shù)，為全尾砂滿管流輸送理論與技術(shù) 提供一種新的研究方法。

５．１

ＡＮＳＹＳ有限元分析簡(jiǎn)介
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，自２０世紀(jì)５０年代以來(lái)，有限單元法逐漸成為力學(xué)

領(lǐng)域的一種有效的數(shù)值分析方法。例如在飛行器制造方面的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)計(jì)算、地 震等動(dòng)力學(xué)方面的分析研究均起著重要的作用。 大型通用有限元軟件具有功能強(qiáng)大，計(jì)算結(jié)果可靠性大，工作效率高等特點(diǎn) 逐漸成為結(jié)構(gòu)仿真數(shù)值模擬分析中主要的工具。近些年來(lái)，大型通用有限元程序 從單一的結(jié)構(gòu)分析逐漸擴(kuò)展到物理各場(chǎng)分析方面中來(lái)；從最初簡(jiǎn)單的線性分析發(fā) 展到較為復(fù)雜的非線性分析；從單一的個(gè)場(chǎng)分析到若干多場(chǎng)耦合綜合分析；有限 元分析逐漸成為最有效的分析方式之一。大型有限元ＡＮＳＹＳ分析軟件是目前應(yīng) 用較為廣泛的通用有限元程序之一，是在１９７０年由Ｊｏｈｎ Ｓｗａｎｓｏｎ博士研制開(kāi)發(fā) 出來(lái)的，集結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁場(chǎng)、聲場(chǎng)和耦合場(chǎng)分析于～體的大型通用有限 元分析軟件，廣泛應(yīng)用于土木建筑、水利、航空航天、能源、交通運(yùn)輸、、電子、 生物醫(yī)學(xué)、機(jī)械、和教學(xué)科研等眾多領(lǐng)域【４９】；它能夠很好的適用于微機(jī)平臺(tái)系 統(tǒng)的分析。

５．２ ＦＬＯＴＲＡＮ ＣＦＤ簡(jiǎn)介

（１）ＡＮＳＹＳ分析中ＦＬＯＴＲＡＮ特點(diǎn) ＦＬＯＴＲＡＮ分析是ＡＮＳＹＳ分析中的一種模塊，包括ＦＬＵＩＤｌ４１、ＦＬＵＩＤｌ４２

５３

中南大學(xué)碩士論文

第五章自流輸送管路改造方案ＡＮＳＹＳ模擬及優(yōu)化

兩種單元形式，這兩種單元形式可以計(jì)算粘性流體的各種參數(shù)分布情況，包括二 維和三維流動(dòng)、壓力和溫度分布等參數(shù)。 ＦＬＵＩＤｌ４１、ＦＬＵＩＤｌ４２兩種單元形式在計(jì)算粘性流體的各種參數(shù)分布情況 是有不同的形式和使用情況。兩種單元形式的特征分別如下：

口

●＿－ｌ＿ｌ＿。啼

（ａ）ＦＬＵＩＤｌ４１單元

（ｂ）ＦＬＵＩＤｌ４２單元

圖５．１ ＦＬＯＴＲＡＮ單元結(jié)構(gòu)示意圖

１）ＡＮＳＹＳ中ＦＬＵＩＤｌ４１單元特征如下 該單元為二維平面單元模型；呈四節(jié)點(diǎn)四邊形或三節(jié)點(diǎn)三角形兩種分布特 征；包括速度、溫度、壓力、紊流動(dòng)能、紊流能量耗散等六種流體不同自由度在 綜合質(zhì)量中各自不同質(zhì)量所占的不同份額。 ２）ＦＬＵＩＤｌ４２單元特征如下 該單元為三維立體空間單元模型；呈四節(jié)點(diǎn)四面體或八節(jié)點(diǎn)六面體兩種分布 特征；包括速度、溫度、壓力、紊流動(dòng)能、紊流能量耗散等六種流體不同自由度 在綜合質(zhì)量中各自質(zhì)量所占的不同份額。 （２）ＡＮＳＹＳ中ＦＬＯＴＲＡＮ分析主要步驟如下：

圖５－２

ＦＬＯＴＲＡＮ分析７個(gè)主要步驟之間的相互關(guān)系

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第五章自流輸送管路改造方案ＡＮＳＹＳ模擬及優(yōu)化

大型通用有限元軟件ＡＮＳＹＳ中ＦＬＯＴＲＡＮ分析中主要有以下步驟組成： 所分析問(wèn)題區(qū)域的確定、確定所分析問(wèn)題的流體狀態(tài)、針對(duì)所分析問(wèn)題的有限元 網(wǎng)格的劃分、該有限元分析問(wèn)題中邊界條件的施加，最后通過(guò)分析參數(shù)的設(shè)置進(jìn) 行該分析問(wèn)題的求解并進(jìn)一步進(jìn)行分析結(jié)果的檢驗(yàn)，確定該仿真數(shù)值模擬分析與 實(shí)際結(jié)果的一致性。具體分析步驟如圖（５．２）所示。 （３）實(shí)際流體分析中各相關(guān)因子在ＦＬＯＴＲＡＮ分析中收斂的監(jiān)測(cè) 在ＦＬＯＴＲＡＮ分析中，務(wù)必使各主要求解因子達(dá)到均收斂的最佳效果。因 此，使模型網(wǎng)格的劃分達(dá)到分析所需的要求，所施加的邊界條件滿足實(shí)際工程分 析的需要時(shí)有限元分析中的必要條件。具體說(shuō)明如下： １）求解過(guò)程中迭代數(shù)目的確定 在有限元分析過(guò)程中，計(jì)算所需的迭代是對(duì)相關(guān)控制方程的求解是按一定序 列進(jìn)行的，且在求解過(guò)程中流體的性質(zhì)歲空間和時(shí)間的變化而作相應(yīng)的變化，以 滿足實(shí)際問(wèn)題求解的需要。 ２）求解過(guò)程中所需的收斂監(jiān)測(cè)量的確定 求解過(guò)程中收斂監(jiān)測(cè)量是相鄰兩次迭代過(guò)程之間的結(jié)果增量的歸一化值；它 可以用①來(lái)進(jìn)行表示。①可用來(lái)表示任一自由度，且其收斂監(jiān)測(cè)量可由下式表示：
．Ⅳ

ｙｌ①ｆ一①■ｌ

收斂監(jiān)測(cè)量＝型—礦—一 ｙＩ①ｆＩ
智‘…
對(duì)值進(jìn)行求和而得到的。

（５．１）

其中，收斂監(jiān)測(cè)量通過(guò)變量在相鄰兩次迭代結(jié)果ｐ和（ｋ．１）也的結(jié)果之間差 值的總和與當(dāng)前值的總和的比值來(lái)進(jìn)行表示的，是通過(guò)對(duì)所有節(jié)點(diǎn)上的差值的絕

５．３管路的ＦＬＯＴＲＡＮ ＣＦＤ模擬與分析

（１）模擬流體的條件假設(shè) 原有管路的模擬和改造后管路的模擬優(yōu)化時(shí)，對(duì)流體以下幾個(gè)方面賦予較為 理想化的處理（對(duì)模擬結(jié)果影響不大）：粘性漿體具有恒粘性，不隨溫度、時(shí)間 的變化而變化；漿體為賓漢體；不考慮熱交換；不考慮振動(dòng)、地壓波等對(duì)管道輸 送的影響。 （２）載荷的施加 管道自流輸送充填料漿的載荷施加及分析，主要考慮以下四個(gè)方面：給定漿 體在管道中的進(jìn)口速度；對(duì)管道壁施加無(wú)滑動(dòng)位移邊界條件；管道出口氣壓與井
５Ｓ

中南人學(xué)碩十論文

第五章自流輸送管路改造方案ＡＮＳＹＳ模擬及優(yōu)化

上管道進(jìn)口的大氣壓相等，即相對(duì)氣壓為零；重力載荷，即在垂直負(fù)方向上的重 力加速度。在計(jì)算中施加的載荷將不隨單元方向變化而改變，始終保持它們最初 的方向，表面載荷作用在單元表面的法向。 （３）建模及分析的主要操作步驟 １）設(shè)置分析選擇，進(jìn)入Ｍａｉｎ Ｍｅｎｕ＞Ｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅ，點(diǎn)取ＦＬＯＴＲＡＮ ＣＦＤ項(xiàng)。
２）

定義單元類型，

進(jìn)入Ｍａｉｎ

ＭｅＩｌｕ＞Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ＞Ｅｌｅｍｅｎｔ

Ｔｙｐｅ＞Ａｄｄ／Ｅｄｉｔ／Ｄｅｌｅｔｅ，選�。玻�

ＦＬＯＴＲＡＮ １４１。

３）創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)，連接關(guān)鍵點(diǎn)生成線。 ４）線倒角操作。 ５）連接線生成。 ６）定義單元形狀并劃分有限元網(wǎng)格。 ７）生成并應(yīng)用新的工具欄按鈕。 ８）施加邊界條件：在模型的進(jìn)口處加Ｙ方向速度（為負(fù)值）、其它方向速 度為零的進(jìn)口速度條件；在所有壁面處加兩個(gè)方向速度都為零的速度條件，出口 處加零壓力邊界條件。
９）

設(shè)置

ＦＬＯＴＲＡＮ

分析選項(xiàng)和流體性質(zhì)進(jìn)入Ｍａｉｎ
ｏｒ

Ｍｅｎｕ＞Ｓｏｌｕｔｉｏｎ＞ＦＬＯＴＲＡＮ Ｓｅｔｕｐ＞Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｏｎｓ，將彈出菜單的“Ｌａｍｉｎａｒ

ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ”域設(shè)為“Ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ”，進(jìn)入Ｍａｉｎ Ｍｅｎｕ＞Ｓｏｌｕｔｉｏｎ＞ＦＬＯＴＲＡＮ

Ｓｅｔｕｐ＞Ｆｌｕｉｄ

Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，將彈出菜單的“Ｄｅｎｓｉｔｙ＇’域設(shè)為“Ｃｏｎｓｔａｎｔ”，將恒值密度設(shè)為１５７０，恒 值粘性設(shè)為０．１ １ ８。進(jìn)入Ｍａｉｎ
Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ＞Ｇｒａｖｉｔｙ，

Ｍｅｎｕ＞Ｓｏｌｕｔｉｏｎ＞ＦＬＯＴＲＡＮ

Ｓｅｔｕｐ＞Ｆｌｏｗ

選擇Ｙ方向一欄填入．９．８。進(jìn)入Ｍａｉｎ
Ｓｅｔｕｐ＞Ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ

Ｍｅｎｕ＞Ｓｏｌｕｔｉｏｎ＞ＦＬＯＴＲＡＮ

Ｃｏｎｔｒｏｌ，在彈出菜單的“Ｇｌｏｂａｌ

ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ”域輸入ｌＯ，點(diǎn)�。希�。
１

０）進(jìn)入Ｍａｉｎ Ｍｅｎｕ＞Ｓｏｌｕｔｉｏｎ＞Ｒｕｎ ＦＬＯＴＲＡＮ，開(kāi)始進(jìn)行求解。

１１）觀察湍流分析的結(jié)果。

５．３．１原有管路的模擬與分析

鑒于現(xiàn)場(chǎng)勘察得知，在＋２００中段管路就會(huì)出現(xiàn)破管現(xiàn)象，對(duì)原有管路的模 擬與分析主要考慮充填下料Ｄ＋３６０至＋２００中段之間的管路。 （１）建立幾何模型 模型按照原有管路系統(tǒng)實(shí)際長(zhǎng)度建立，幾何模型參數(shù)如下： 線路長(zhǎng)度：＋３６０至＋３３７垂直高度為２３ｍ，＋３３７至＋３０９斜長(zhǎng)為５５ｍ，＋３０９ 中段內(nèi)水平長(zhǎng)度為４０ｍ，＋３０９至＋２００垂直高度為１０９ｍ。
５６

圖５．３原管路模型圖

圖５－４

網(wǎng)格劃分圖

圖５．５

沿程流速變化圖

圖５－６垂直彎管處流速變化圖

圖５．７水平彎管處流逮變化圖

圖５－８

出口處流速變化圖

５７

中南大學(xué)碩士論文

第五章自流輸送管路改造方案ＡＮＳＹＳ模擬及優(yōu)化

圖５－９進(jìn)口處流速分布圖

圖５．１０出口處流速分布圖

對(duì)原有管路的沿程速度、彎管處速度及出口處速度的分布圖和變化圖分析， 可以得出以下結(jié)論： （１）沿程速度變化大。初始速度為３ｒｒｄｓ，最大速度為６．３３８ｍ／ｓ，變化量超 過(guò)一倍多，故系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。速度值最大的點(diǎn)磨損嚴(yán)重。 （２）出口處速度大。出口處最大速度接近５ｍ／ｓ，這會(huì)使管道出口處振蕩厲 害，料漿輸送效果不好，引起充填質(zhì)量降低。 從管道輸送料漿的運(yùn)行速度分析，原有管路的輸送系統(tǒng)穩(wěn)定性差、安全性能 低，在局部阻力損失大，極易造成破管。故有必要進(jìn)行改造。 ５．３．２管路改造方案的數(shù)值模擬

為了保證充填體的質(zhì)量，料漿的濃度Ｃｗ＝７５％不能改變，則密度ｐ＝１５７０Ｋｇ／ｍ３ 不變，粘度系數(shù)ｖ＝０．１１８Ｐａ?ｓ也不會(huì)變。礦山使用的管材為固定的，故其直徑 Ｄ＝１０４ｍｍ。由于管徑和充填能力的確定，料漿的流速Ｖ＝３ｍ／ｓ可以保持不變。根 據(jù)第四章中的優(yōu)化目標(biāo)和原則，只有充填倍線Ｎ是變量，可以做出相應(yīng)的調(diào)整。 Ｎ取值范圍在３．０～６．０之間。 （１）模型簡(jiǎn)化處理 本次優(yōu)化模擬為黃沙坪礦＋３６０至＋２００充填管道的簡(jiǎn)化模型（只有一個(gè)彎角 連接互成９００的豎直管道和水平管道）。垂直管道長(zhǎng)為１６０ｍ，且始終保持不變， 充填倍線是３．０，－－，６．０，管路總長(zhǎng)見(jiàn)表５．１。
表５．１充填倍線與管長(zhǎng)對(duì)應(yīng)關(guān)系

（２）模型相似處理
５８

擬及優(yōu)化

考慮到按照實(shí)際管長(zhǎng)來(lái)模擬網(wǎng)格劃分難度大，計(jì)算容易不穩(wěn)定，結(jié)果說(shuō)服力

差的原因。文章擬采用ｍ數(shù)（雷諾數(shù)）相似準(zhǔn)則公式（５．２）對(duì)模型相似處理，
對(duì)于本文分析的管路系統(tǒng)，Ｐ、，、∥幾個(gè)參數(shù)是不變的，給定特征初速度相同。 對(duì)于管路垂直高度和水平距離均縮�。保氨�，模擬效果不變。

Ｒ。：絲
。

（５．２）

／ａ

式中：ｐ一為流體密度； ，一物體特征長(zhǎng)度，如對(duì)圓管流動(dòng)取管直徑；
ｙ—特征速度，如對(duì)圓管流動(dòng)取管內(nèi)平均速度；

／ａ—運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)。
模型相似簡(jiǎn)化處理后，其管路長(zhǎng)度見(jiàn)表５．２。管徑不變Ｄ＝１０４ｍｍ，垂直管 道長(zhǎng)度為１６ｍ。
表５．２充填倍線與管長(zhǎng)對(duì)應(yīng)關(guān)系

（３）模型分析結(jié)果圖 建立管路自流輸送模型，并施加載荷運(yùn)算，各自由度收斂監(jiān)測(cè)值如圖５．１１。
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圖５．１１各自由度收斂監(jiān)測(cè)值

最終各充填倍線滿管流狀態(tài)下的流速變化圖、壓力變化圖，如圖５．１２至５ —１８所示。
５９

中南大學(xué)碩士論文
（ａ）

第五章自流輸送管路改造方案ＡＮＳＹＳ模擬及優(yōu)化
（ｂ）

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（ａ）管道沿程流速變化圖；（ｂ）彎管處流速變化圖；（ｃ）出口處流速變化圖； （ｄ）出口處流速分布圖；（ｅ）管道沿程壓力變化圖；（ｆ）進(jìn)口處壓力變化圖

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（ａ）管道沿程流速變化圖；（ｂ）彎管處流速變化圖；（ｃ）出口處流速變化圖； （ｄ）出口處流速分布圖；（ｅ）管道沿程壓力變化圖；（ｆ）進(jìn)口處壓力變化圖

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（ａ）管道沿程流速變化圖；（ｂ）彎管處流速變化圖；（ｃ）出口處流速變化圖； （ｄ）出口處流速分布圖；（ｅ）管道沿程壓力變化圖；（ｆ）進(jìn)口處壓力變化圖

６２

中南大學(xué)碩士論文

第五章自流輸送管路改造方案ＡＮＳＹＳ模擬及優(yōu)制

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（ａ）管道沿程流速變化圖：（ｂ）彎管處流速變化圖；（Ｃ）出口處流速變化圖； （ｄ）出口處流速分布圖；（ｅ）管道沿程壓力變化圖；（ｆ）進(jìn)口處壓力變化圖

中南大學(xué)碩士論文

第五章自流輸送管路改造方案ＡＮＳＹＳ模擬及優(yōu)化

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（ａ）管道沿程流速變化圖；（ｂ）彎管處流速變化圖；（ｃ）出口處流速變化圖； （ｄ）出口處流速分布圖；（ｅ）管道沿程壓力變化圖；（ｆ）進(jìn)口處壓力變化圖

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中南大學(xué)碩士論文

第五章自流輸送管路改造方案ＡＮＳＹＳ模擬及優(yōu)化

（ａ）

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圖５．１８

Ｎ＝６．０

（ａ）管道沿程流速變化圖；（ｂ）彎管處流速變化圖；（ｃ）出口處流速變化圖； （ｄ）出口處流速分布圖；（ｅ）管道沿程壓力變化圖；（ｆ）進(jìn)口處壓力變化圖

中南大學(xué)碩士論文

第五章自流輸送管路改造方案ＡＮＳＹＳ模擬及優(yōu)化

５．３．３管路改造方案的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

（１）數(shù)據(jù)的離散性 由于網(wǎng)格劃分的尺度有細(xì)微偏差，尤其在彎管處的劃分會(huì)有不同，故軟件計(jì) 算的精確度會(huì)有細(xì)小變化，但結(jié)果的整體性和趨勢(shì)還是比較明顯的，對(duì)分析不會(huì) 造成很大的影響。 （２）阻力與倍線的關(guān)系 由于出口壓力值為０，故進(jìn)口的壓力即為整個(gè)管道輸送的阻力損失值。隨著 充填倍線的增加，進(jìn)口壓力增大，說(shuō)明管路阻力增大。壓力損失的增加，意味著 流體受到管壁的摩阻加大，即管壁的磨損增加，減低了充填系統(tǒng)的使用壽命，增 加了充填系統(tǒng)的使用成本，且豎直管道與水平管道連接處是整個(gè)充填管道系統(tǒng)最 脆弱的地方。但當(dāng)倍線太小時(shí)，依據(jù)前文分析漿體對(duì)管道沖擊壓力增大，使得彎 管出局部壓力增大，也即增加了管道的磨損。選擇充填倍線時(shí)，必須把彎管處的 壓力損失作為重要的因素加以考慮。由圖５．１９中可以看出，當(dāng)充填倍線Ｎ＝３．５ 時(shí)，進(jìn)口壓力最小，也即阻力最小，作為優(yōu)化值考慮可行。
表５－３充填倍線與進(jìn)口壓力對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖５．１９充填倍線與壓力

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第五章自流輸送管路改造方案ＡＮＳＹＳ模擬及優(yōu)化

（３）流速與倍線的關(guān)系 根據(jù)模擬所得數(shù)據(jù)，在初始速度相同的條件下，不同充填倍線下出口速度、 沿程速度最大值及速度變化量如表５－４和圖５．２０。 １）倍線與出口速度。隨著倍線的增加，出口處速度的最大值，呈現(xiàn)出增大 的趨勢(shì)。而出口最大速度增大，會(huì)明顯引起管Ｅ１的振蕩，使料漿輸送不穩(wěn)定，直 接影響充填體的質(zhì)量。 ２）倍線與沿程最大速度。隨著倍線的增加，沿程最大速度也呈現(xiàn)增大的趨 勢(shì)。而且變化量較大，這樣使得系統(tǒng)在局部的損失增大，磨損相應(yīng)加強(qiáng)，容易破 管，從各種充填倍線下的速度變化圖可以明顯看出，在彎管處的變化最大，也最 容易破壞。沿程速度變化大，同時(shí)給系統(tǒng)運(yùn)行造成不穩(wěn)定因素。在充填倍線Ｎ＝３、 ３．５時(shí)，變化量較小，可以作為優(yōu)化值考慮。
表５－４充填倍線與出口速度、最大速度及速度變化量對(duì)應(yīng)關(guān)系

充填倍線與速度
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圖５．２０充填倍線與速度

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第五章自流輸送管路改造方案ＡＮＳＹＳ模擬及優(yōu)化

５．４管路改造方案的評(píng)價(jià)
通過(guò)模擬和分析原有管路，找出了管路運(yùn)行不穩(wěn)定、易破管的重要因素，為 改造指明了方向和目標(biāo)。改造方案依據(jù)黃沙坪礦的特殊情況，鎖定充填倍線Ｎ 為優(yōu)化目標(biāo)。一般工程經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，充填倍線Ｎ在３．Ｏ￣６．Ｏ之間，管道能夠進(jìn)行自 流輸送。因此，對(duì)Ｎ連續(xù)取值，并建立模型模擬和分析。根據(jù)Ｎ對(duì)壓力的影響， 取得優(yōu)化值Ｎ＝３．５。根據(jù)Ｎ對(duì)速度的影響，取得優(yōu)化值Ｎ＝３和Ｎ＝３．５。綜合考慮， 黃沙坪礦充填自流輸送管路系統(tǒng)改造理想充填倍線為Ｎ＝３．５。

５．５本章小結(jié)
本章對(duì)ＡＮＳＹＳ軟件中的ＦＬＯＴＲＡＮ ＣＦＤ分析功能進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，利用 該分析模塊對(duì)原有管路分析，得出管路不穩(wěn)定、安全運(yùn)行的依據(jù)。并對(duì)改造方案 進(jìn)行數(shù)值模擬，以及數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析。 （１）ＡＮＳＹＳ軟件中的ＦＬＯＴＲＡＮ ＣＦＤ分析功能是一個(gè)用于分析二維及三 維流體流動(dòng)場(chǎng)的先進(jìn)的工具，使用ＡＮＳＹＳ中用于ＦＬＯＴＲＡＮ ＣＦＤ分析的
ＦＬＵＩＤ １４１和ＦＬＵＩＤ

１４２單元，可解決如下問(wèn)題：１）彎管中流體的復(fù)雜的三維

流動(dòng)；２）作用于氣動(dòng)翼（葉）型上的升力和阻力；３）超音速噴管中的流場(chǎng)。 （２）從管道輸送料漿的運(yùn)行速度分析，原有管路的輸送系統(tǒng)沿程速度變化 大、出口處速度大，造成系統(tǒng)穩(wěn)定性差、安全性能低，在局部阻力損失大，極易 造成破管。故有必要進(jìn)行改造。 （３）隨著充填倍線的增加，進(jìn)口壓力增大，說(shuō)明管路阻力增大。壓力損失 的增加，意味著流體受到管壁的摩阻加大，即管壁的磨損增加，減低了充填系統(tǒng) 的使用壽命，增加了充填系統(tǒng)的使用成本，且豎直管道與水平管道連接處是整個(gè) 充填管道系統(tǒng)最脆弱的地方。 （４）隨著倍線的增加，出口處速度的最大值，呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)。而出口 最大速度增大，會(huì)明顯引起管口的振蕩，使料漿輸送不穩(wěn)定，直接影響充填體的 質(zhì)量。 （５）隨著倍線的增加，沿程最大速度也呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。而且變化量較大， 這樣使得系統(tǒng)在局部的損失增大，磨損相應(yīng)加強(qiáng)，容易破管，從各種充填倍線下 的速度變化圖可以明顯看出，在彎管處的變化最大，也最容易破壞。沿程速度變 化大，同時(shí)給系統(tǒng)運(yùn)行造成不穩(wěn)定因素。

中南人學(xué)碩十論文

第六章結(jié)論與展望

第六章結(jié)論與展望

６．１結(jié)論

傳統(tǒng)的尾砂膠結(jié)充填技術(shù)在礦山的應(yīng)用，促進(jìn)了充填采礦技術(shù)的發(fā)展。但隨 著這項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，也暴露出一系列的突出問(wèn)題：充填體強(qiáng)度低、養(yǎng)護(hù)周期 長(zhǎng)、尾砂利用率低、管道輸送容易堵管和破管等。本文基于工程流體力學(xué)、兩相 流體動(dòng)力學(xué)、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)、管道自流輸送等相關(guān)理論，結(jié)合湖南省黃沙坪鉛 鋅礦業(yè)股份有限公司原有立式砂倉(cāng)充填系統(tǒng)的實(shí)際情況，運(yùn)用ＡＮＳＹＳ軟件中的
ＦＬＯＴＲＡＮ

ＣＦＤ分析模塊，建立二維實(shí)體模型對(duì)其進(jìn)行管路改造，并系統(tǒng)地研究

了管路自流輸送特性，主要研究成果如下： （１）從流變模型、固液兩相流的管流特性等方面進(jìn)行分析研究，揭示了全 尾砂漿的管流特性。在正常工作階段，可以近似地認(rèn)為全尾砂漿的運(yùn)動(dòng)屬于穩(wěn)定 流（即速度、壓力及濃度等運(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)間變化），其流變模型屬于賓漢體； （２）深入分析自流輸送破管機(jī)理，對(duì)自流輸送不滿管流的產(chǎn)生和料漿相變 過(guò)程中的破壞作用進(jìn)行了詳細(xì)的闡述： （３）闡述了黃沙坪礦充填系統(tǒng)的歷史沿革，全面分析了充填站、井下管路 的設(shè)置情況，并對(duì)充填材料基本性質(zhì)、配比以及力學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了深入研究，認(rèn)為 目前的干式（廢石）充填已經(jīng)不能滿足礦山的生產(chǎn)要求，從經(jīng)濟(jì)、安全的角度出 發(fā)，需采用全尾砂膠結(jié)充填。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)尾砂粒級(jí)較細(xì)，原有充填系統(tǒng) 不能滿足輸送要求。 （４）建立黃沙坪礦原有立式砂倉(cāng)充填系統(tǒng)管路的二維實(shí)體模型，對(duì)管路的 輸送特性進(jìn)行模擬分析，得出了管路磨損和破壞的直觀依據(jù)。根據(jù)管路改造及優(yōu) 化模式，給出了管路改造的方向和目標(biāo)：對(duì)充填管路系統(tǒng)的倍線進(jìn)行調(diào)整。 （５）為了滿足回采要求，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出了充填料漿的最優(yōu)配比和充填體的 強(qiáng)度。在不同充填倍線下，充填料漿的性質(zhì)是確定的，但流量是可控的。為了滿 足生產(chǎn)要求，同時(shí)能安全運(yùn)行，對(duì)相同管徑、料漿性質(zhì)和流速下，不同的倍線進(jìn) 行模擬對(duì)比，優(yōu)化管路布置。 （６）運(yùn)用ＡＮＳＹＳ軟件中的ＦＬＯＴＲＡＮ ＣＦＤ分析模塊模擬充填自流輸送系 統(tǒng)管道線路運(yùn)行特征參數(shù)，有效地彌補(bǔ)了充填系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)實(shí)驗(yàn)到最終 穩(wěn)定運(yùn)行需耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力和時(shí)間的缺點(diǎn)。直觀而全面地反映了系

７０

第六章結(jié)論與展望

充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行向

６．２展望
文章在系統(tǒng)全面闡述管道自流輸送理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合黃沙坪礦充填系統(tǒng)的 相關(guān)參數(shù)，利用ＡＮＳＹＳ軟件中的ＦＬＯＴＲＡＮ ＣＦＤ分析模塊進(jìn)行數(shù)值模擬分析。分 析結(jié)果證明了，全尾砂自流輸送管道充填系統(tǒng)具有技術(shù)已經(jīng)較為完善，應(yīng)用前景 廣泛。礦山可以根據(jù)自身實(shí)際來(lái)模擬研究充填系統(tǒng)運(yùn)行特征參數(shù)的設(shè)置。本文作 為探索性應(yīng)用研究，取得了一定的成果。但也存在諸多不足的方面，今后可以從 以下幾個(gè)方面來(lái)探討、研究、完善和發(fā)展： （１）本文由于各種因素的限制，只模擬了原有管路一千米以內(nèi)的管道輸送。 但隨著礦山開(kāi)采向深部發(fā)展的速度越來(lái)越快，更長(zhǎng)距離的管道模擬有待繼續(xù)研 究，為深井充填設(shè)計(jì)提供強(qiáng)大的支持。作為集結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁場(chǎng)、聲場(chǎng)和 耦合場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件，ＡＮＳＹＳ可以進(jìn)行深入的探索性 模擬研究。 （２）充填管道自流輸送系統(tǒng)紛繁復(fù)雜，不同充填料組合的料漿，其兩相流 的基本理化性質(zhì)和流體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)也不盡相同。本文只對(duì)全尾砂膠結(jié)充填料漿， 做了一定的研究。要對(duì)自流輸送系統(tǒng)有系統(tǒng)、全面、深刻的認(rèn)識(shí)和分析，需要對(duì) 各種情況詳細(xì)模擬，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，才能得出具有廣泛應(yīng)用的結(jié)果。 （３）論文中模型的建立需要依托充填料漿的基本性質(zhì)，流體的兩相流流動(dòng) 模態(tài)和流體的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，這些參數(shù)的取得很大程度上是依靠室內(nèi)試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)公 式計(jì)算，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精確度有待提高。 （４）論文中模型是單一化的流體模型，對(duì)其施加邊界條件，但邊界條件是 不能完全代替管道約束的。因此，同時(shí)建立管道的固體模型和流體模型，并對(duì)輸 流管道進(jìn)行流固耦合特性分析，意義重大，有待進(jìn)一步深入的研究。 （５）ＡＮＳＹＳ軟件中的ＦＬＯＴＲＡＮ ＣＦＤ分析模塊本身雖然很強(qiáng)大計(jì)算功能， 但對(duì)于很多影響流體性質(zhì)和流動(dòng)狀態(tài)因素的考慮是忽略或者理想化處理，如溫 度、磨損等因素，這有待對(duì)軟件的二次開(kāi)發(fā)和研究。

７ｌ

中南大學(xué)碩士論文

參考文獻(xiàn)

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ｕｓｅ

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ｂａｃｋｆｉｌｌ
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ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｆｒｅｅｚｉｎｇ ｏｆ

ｗａｌｌｓ

ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ

ｃｒｏｓｓｉｎｇ．Ｓｏｉｌ

Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ

Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖ ２４，ｎ ６，Ｐ ２５８－２６ １，Ｍａｙ １ ９８８

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ａｎｄ

ｃｏｎｔｒｏｌ

ｏｆｌａｒｇｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｂａｃｋｆｉｌｌ

ｐｏｕｒｓ．Ｃａｎａｄｉａｎ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ，ｖ ７５，ｎ ８３８，１０２?１１， Ｆｅｂ．１９８２

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ｆｏｒ
ｕｓｅ

ｔｏ

ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａ ｇｅｏｔｅｘｔｉｌｅ

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ｏｎ

Ｗａｓｔｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ

Ｐｒｏｇｒａｍ Ｓｕｍｍａｒｙ

Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｎｅｅｄｓ ｉｎ Ｂａｃｋｆｉｌｌ ｆｏｒ Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｓｔｏｒａｇｅ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｗａｓｔｅ ｉｎ
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９８３

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ｏｆ

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ｃｅｍｅｎｔｅｄ

ｐａｓｔｅ ｂａｃｋｆｉｌｌ ａｔ ｔｈｅ Ｇｏｌｄｅｎ Ｇｉａｎｔ ｍｉｎｅ．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ

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ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ

２００９ Ａｓｉａ－Ｐａｃｉｆｉｃ Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ

Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＡＰＰＥＥＣ Ａｓｉａ－Ｐａｃｉｆｉｃ Ｐｏｗｅｒ
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ

２００９－Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，２００９，２００９

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ＶＥＲＳＴＥＥＧ

ａｎｄ Ｗ．ＭＡＬＡＬＡＳＥＫＥＲＡ．

Ａｎ

ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ

ｔｏ

ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ－Ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｖｏｌｕｍｅ ｍｅｔｈｏｄ．Ｌｏｎｇｍａｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ＆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ

７５

中南大學(xué)碩＋論文

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７６

中南人學(xué)碩士論文

致謝

致

謝

本文是在導(dǎo)師李夕兵教授、博導(dǎo)的悉心指導(dǎo)下得以完成的，從論文的選題到 最后定稿，李老師傾注了大量的心血，并在百忙之中多次指導(dǎo)。李老師在工作上 兢兢業(yè)業(yè)，在治學(xué)上嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)，在生活上平易近人，對(duì)學(xué)生關(guān)懷無(wú)微不至，不僅 為我提供了良好的工作和學(xué)習(xí)環(huán)境，而且引領(lǐng)我走上科研之路。在師從李老師的 三年時(shí)間里，我不僅學(xué)到了專業(yè)知識(shí)，還在科研意識(shí)、做人處事等許多方面受到 他良好的熏陶。導(dǎo)師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和對(duì)科學(xué)研究的無(wú)私奉獻(xiàn)精神，深 深地感染和影響著我。所有這一切，都使我永記不忘，終身受益。天涯海角有窮 時(shí)，只有師恩無(wú)盡處，完稿之際，謹(jǐn)向李老師表達(dá)我最誠(chéng)摯的謝意！ 感謝趙國(guó)彥教授、劉愛(ài)華教授、劉志祥教授、李啟月教授、鄧義芳老師、周 子龍老師、王衛(wèi)華老師、劉希靈老師、彭述權(quán)老師對(duì)論文與學(xué)習(xí)的無(wú)私指導(dǎo)和生 活上的照顧。 感謝師母王老師在學(xué)習(xí)和生活上的關(guān)心與照顧。 感謝我的父母為我付出的辛勤勞動(dòng)，弟弟王曉瑞對(duì)我學(xué)業(yè)至始至終的支持。 感謝師兄宮鳳強(qiáng)、李地元、陳紅江、李志國(guó)、王晉、殷志強(qiáng)、陶明幾位博士 在學(xué)習(xí)、生活中，給我提供的支持與幫助。 感謝師弟杜坤、姚銀佩、彭康、林業(yè)、劉高、劉立順、黃治成、鄒洋、秦二 濤、吳幫標(biāo)、賀顯群，師妹董蕾、杜晶、趙曉聽(tīng)、栗紅玉、劉海燕、程巖、劉欣 宇在我論文的完成過(guò)程中提供的幫助。 感謝中南大學(xué)地學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院馬慧碩士、政治學(xué)與行政管理學(xué)院劉訓(xùn)碩 士、信息科學(xué)與工程學(xué)院羅浩銘碩士在工作、生活上給予的關(guān)心。 感謝山西大學(xué)牛大為碩士、牛小青碩士、清華大學(xué)丁瑞生碩士、北京師范大 學(xué)范麗宏碩士、丁建蘭碩士在學(xué)習(xí)、生活中給予的幫助。 感謝我們班的全體同學(xué)，向他們致以衷心的感謝和誠(chéng)摯的祝福。 感謝資源與安全工程學(xué)院的全體老師，感謝他們?yōu)槲腋冻龅男燎趧趧?dòng)。 感謝各位專家在百忙之中評(píng)閱本文。 感謝作者攻讀學(xué)位期間所有給予過(guò)支持、關(guān)心和幫助的人們。僅以此文獻(xiàn)給 他們！

作者：王海瑞 ２０１０年５月于中南大學(xué)

中南火學(xué)碩士論文

攻讀學(xué)位期間主要研究成果

攻讀學(xué)位期間主要研究成果

一、參與科研項(xiàng)目
（１）中南大學(xué)與貴州開(kāi)磷集團(tuán)低高程長(zhǎng)距離管道阻力與輸送技術(shù)研究； （２）中南大學(xué)與河南靈寶金源礦業(yè)公司多金屬礦采礦方法優(yōu)化設(shè)計(jì)研究； （３）中南大學(xué)與山東黃金三山島金礦新立礦區(qū)高效采礦方法選擇論證； （４）國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（９７３）煤礦突水機(jī)理與防治基礎(chǔ)理論研究； （５）中南大學(xué)資安院與湖南省黃沙坪鉛鋅礦原尾砂充填站的改造技術(shù)研究。

二、發(fā)表學(xué)術(shù)論文 一、僅衣子小Ｔ匕義
王海瑞，李夕兵，趙國(guó)彥．低高程長(zhǎng)距離充填輸送管網(wǎng)參數(shù)及阻力研究．金 屬礦山，２００９，１０（總第４００期），７７＂－＇８０

二、宋獄關(guān)聊 三、榮獲獎(jiǎng)勵(lì)
２００９年５月，湖南省高校優(yōu)秀研究生干部 ２００９年５月，中南大學(xué)十佳青年 ２００８年５月，中南大學(xué)優(yōu)秀研究生會(huì)干部 ２００８年７月，資源與安全工程學(xué)院優(yōu)秀班導(dǎo)師 ２００８年１２月，中南大學(xué)優(yōu)秀碩士研究生干部 ２００８年１２月，金誠(chéng)信助學(xué)獎(jiǎng)學(xué)金 ２００８年１２月，中南大學(xué)暑期社會(huì)實(shí)踐先進(jìn)個(gè)人 ２００９年５月，中南大學(xué)優(yōu)秀研究生會(huì)干部 ２００９年７月，中南大學(xué)優(yōu)秀班導(dǎo)師 ２００９年１２月，湖南省中南大學(xué)開(kāi)拓獎(jiǎng)學(xué)金

７８

全尾砂膠結(jié)充填自流輸送管路改造及優(yōu)化
作者： 學(xué)位授予單位： 被引用次數(shù)： 王海瑞 中南大學(xué) 1次

本文讀者也讀過(guò)(3條) 1. 廖國(guó)燕 全磷渣自膠凝充填的膠凝機(jī)理及配比優(yōu)化研究[學(xué)位論文]2009 2. 龔正國(guó) 充填料管道水力輸送特性的數(shù)值分析與研究[學(xué)位論文]2008 3. 何哲祥 高濃度充填料漿管道擠壓輸送理論與應(yīng)用研究[學(xué)位論文]2008

引證文獻(xiàn)(1條) 1.陶平凱 基于ANSYS FLOTRAN的管道輸送參數(shù)優(yōu)化[期刊論文]-金屬礦山 2012(11)

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  本文關(guān)鍵詞：全尾砂膠結(jié)充填自流輸送管路改造及優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。