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1、 2 0 1 2 年 2 月 第4 1 卷第 1 期 中国矿山工程 Ch i na Mi n e En g i n e e r i n g Fe b 201 2 Vo I 41 No 1 尾砂料浆环管输送试验研究 Ex p e r i me n t a l r e s e a r c h o n t h e l o o p pi p e s l u r r y t r a n s p o r t a t i o n o f t a i l i n g s 张 敬 李浩宇 韩瑞军 中 国 恩 菲 工 程 技 术 有 限 公 司 北 京1 0 0 0 3 8 摘要 通过对全尾砂料 浆和胶结料浆 环
2、管输送试验研 究 测定 了不 同浓度 不 同灰砂 比 不 同流速 下充填料 浆的可输送性 能 和 管路 阻力损失 为充填 系统的设计提 供可靠的依据 关键 词 全尾砂 环 管输送 阻力损失 Ab s t r a c t Th r o u g h t h e e x p e r i me n t a l s t u d y o n t h e l o o p p i p e t r a n s p o r t a t i o n o f t o t a l t a i l i n g s s l u r r y a n d c e me n t s l u r r y t h e t r a n
3、 s p o r t a t i o n f e a s i b i l i t y a n d p i p e r e s i s t a n c e l o s s u n d e r d i f f e r e n t p u l p t h i c k n e s s d i f f e r e n t c e me n t s a n d r a t i o a n d d i f f e r e n t v e l o c i t y o f p u l p we r e d e t e r mi n e d wh i c h p r o v i d e d r e l i a b
4、 l e b a s i s f o r t h e d e s i g n o f b a c k fi l l s y s t e m Ke y wor ds t o t a l t a i l i n g s t r a n s p o r t a t i o n o f l oo p pi pe r e s i s t a n ce l o s s 1 日 IJ吾 矿山充填 的尾砂料浆管路输送从充填搅拌站至井 下采空 区通常采用 自流输送或是加压泵送 无论 采取 哪种输送方式 全尾砂非胶结料浆或胶结料浆 添加一定 配 比胶结材料 的可输送性 和管路输送阻力损失对充填 系统 的设计有较大
5、影 响 在 国内某大型金属铜矿充填 系统正式投入工业生产之前 在其地表敷设环形管路对 料浆进行泵送试验 以测定尾砂料浆 在不 同浓度 不 同 灰砂 比 不 同流速下充填料浆的管路输送 阻力 同时测 定尾砂料浆不 同浓度 不 同灰砂 比下 的塌落度 为选定 合理 的充填料浆输送浓度 和充填系统 的设计提供可靠 依据 2 试验研究内容 2 1 粒级分布 试验用尾砂 为该矿选 厂产 出的铜矿全尾砂 干尾 砂密度为 3 0 7 t m 尾砂 的主要成分为 S i O A 1 O C a O 等 由于选矿磨矿粒度较细 产出的尾砂 比一般 同类金 属矿粒级细 同时由于工艺流程和矿石性质差异等原 因 尾砂粒
6、级 成分等会发生一定的变化 图 1 为某一次有 代表性尾砂粒级分布 2 2 测定 内容 2 2 1 管路阻力损失 测定 的充填料浆输送 阻力损失 主要 为水平管段 阻 力损失 由测量管路各点压力和管线长度计算得出 2 2 2 塌落度 在试 验 中 对应每一种料浆 的浓度和配 比 取样测 6 中国矿山工程 2 0 1 2 年 第4 1 卷 如 一 一 1 l 0 1 O 0 l 0 0 0 粒级 Ix m 图 1 全尾砂粒级分布 量其塌落度 测试方法参 照建筑行业混凝土塌落度 测量标准 由于现行的塌落度壶是按照混凝 土标准 建立的 不太适合尾砂流动性能的测定 本次试验研 究建立新 的塌落度壶规格
7、 将原塌落度壶尺寸缩小 一 倍 每次测量 中 均采用标准塌落度仪和缩小标 准 的新式塌落度仪分别测量 标准塌落度壶规格 1 0 0 m m 2 0 0 m m 高 3 0 0 mm 缩小塌 落度壶规格 为 q b 5 O m mx l O O mm 高 1 5 0 mm 2 3 充填料配比组方试验 试验采用胶结材料为 P 0 3 2 5 级普通硅酸盐水 泥 在环管试验阶段采用人工称量添加的方式 试 验研究充填料灰砂配 比分别为 0 1 1 4 1 6 1 8 1 1 0 1 2 0 其 中0 1 表示非胶结充填 试验充填料 配比见表 1 所示 表 1 组方配 比表 组方 1 2 3 4 5 6
8、 灰砂 比0 1 1 4 1 6 1 8 1 1 0 1 2 0 混合密度 t m 3 0 7 0 3 0 7 6 3 0 7 4 3 0 7 3 3 0 7 3 3 0 7 1 注 表 1 中尾砂 密度 s 取 3 0 7 t m 水泥密度 c 取 3 1 t m 计算 2 4工况范围 2 4 1 浓度范围 试验充填料质量浓度取值范 围6 7 8 1 包含 了充填料从低浓度到高浓度再到膏体的浓度变化范 围 由于浓度范 围比较广 个别低浓度测量意义不 大 或是个别过高浓度不具有可测量性 根据试验情 况和测定 结果 对 输送浓 度 的范 围可适 当调整选 取 充填料的密度可以根据质量浓度 由下式
9、计算 一 p 一 J D 1 一C w 式中 P 充填料的密度 充填料质量浓度 P 固体混合密度 t m 见表 1 所示 2 4 2速 度 范 围 输送速度根据充填料的浓度 输送阻力以及输 送中料浆的变化情况来确定 在测量阻力 时 流速 按表 2 中的数值来选取 表 2 试验流速及流量 的取值范 围 浓度 流速 m s 0 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 2 2 2 4 N m 3 h 3 1 0 3 8 7 4 6 4 5 4 2 6 1 9 6 9 7 7 7 4 8 5 1 4 9 2 9 6 7 6 8 6 9 V V 1 Q 1 1 2 1 14 1 6 1 1 V
10、毽 1 9 8 O 81 V V V 注 表 2 中 表示计划测定的工况 2 5 管路输送 系统 本次试验环管在地表铺设 从渣浆泵出口处至 搅拌槽 的循环管路 管路总长约 3 2 0 m 管路上安装 压力变送器 通过程序检测管路各测量点压力变化 实现管路各段沿程阻力损失 自动计算 2 6 组方 配料 试验采用人工配料 试验用搅拌槽有效容积约 为 6 m 试验环 管总长度约为 3 2 0 m 试验 一次配料 6 m 配料参考表 3 进行 为了使试验结果更接近正常生产的实 际情况 测量结果更准确 拟每个组方配料一次 试验耗料见 表4 试验对每个组方尾砂料的初始浓度有 比较高的 要求 采用人工添加称
11、量方法调节 c 0 的最小取值范 围可由下式计算 或见表 4 所示 Co m in 式中 C 各组方尾砂料初始配料最低浓度 C W m 各组方充填料最高试验浓度 加 如 加 m 0 第1 期 张 敬等 尾砂料浆环管输送试验研究 7 表 3 试 验配方组成表 鲴 尾砂 浆 水泥 G 水量 总重 G 亏 浆体 重 G 尾砂重 G 水 重 G 3 表 4 各组方初始尾砂料 的最低 浓度 组方 1 2 3 4 5 6 8 1 7 7 3 7 8 5 7 9 1 7 9 5 8 0 2 注 表4的结果在计算水泥的添加时没有考虑水化 作用 表中计算 时c 取值 为 8 1 各组方试验充填料灰砂 比 2 7
12、组方工况调节 试验按组方 的不 同分成 6 组 每组按浓度 和流 速的不 同需要进行多种工况的试验 除第一组外每 组试验 的组方浓度调节按先高浓度 再加水稀释的 方法 待上一次试验读数完成后 再计算加水至下一 个浓度工况 边加水边取样测定 并循环泵送均匀 改变浓度 时加水量 的多少可 以参 考表 3 计算 而得 到 或 由下列公式计算 Q Q W 1 一C W C W 2 式中 p 添加水量 t Q 上一种试验料重量 t 上一种试验料浓度 C w 下一种试验料浓度 3 试验结果分析 本 次环 管试 验 共完 成 灰 砂 比 0 1 1 4 1 6 1 8 1 1 0 和 1 2 0 共 6 个
13、组方试验测试 各个组方 中 各个浓度 的不 同工况条件 在试验过程 中 测定 了 各组方料浆塌落度和管路 的阻力损失 3 1 塌落度数据分析 塌落度的力学含义是料浆 因为 自重而流动 因 内部阻力而停止的最终变形量 它反应的是料浆 的 流动性能 随着料浆塌落度的降低 管道 的阻力会 明显呈 上升趋势 塌落度测量结果见表 5 测 量结 果是在高浓度料浆范 围内塌落度变化 组方 1 为全 表5 塌落度表 尾砂浆 组方2 和组方5 分别为 1 4 和 1 1 0 灰砂比料 浆 随着浓度提高 水泥添加量的增加 料浆的塌落 度变小 间接反映了管道输送 阻力变化情况 3 2 管道阻力损失数据分析 3 2
14、1 输送流量对管道 阻力损失的影响 1 不 同组方相 同浓度 流量变化时阻力损失影 响 图2 是浓度为 7 2 时组方 1 2 5 随流量变化 的 阻力损失 曲线 随着流量的增加 阻力损失渐大 组方 1 全尾砂阻力损失 随流量的变化范 围较大 而 添加水泥的组方 2 和组方 5 相对而言 阻力损失随 流量的变化范围较小 鲁 吕 厶 捌 日 皇 一 一 眈 2 一 纽方5 组 2 O 3 U 4 0 5 0 60 7 0 8 0 9 0 l 0 0 l l U l 2 U 流量 Q m h 图2 不 同组方流量变化 的阻力损 失曲线 7 2 2 同一组方不 同浓度流量变化 时阻力损失影 响 图3
15、 图 4 分别是组方 1 2 不 同浓度流量变化对 阻力损失的影响 随着流量 的增加 不 同组方 的各 个浓度的阻力损失均随之变大 从 图中反应出组方 1 全 尾砂 的阻力损 失随流量的变化范围大 而灰砂 比越大则阻力损失随流量的变化范围越小 同时 灰砂 比越大 阻力损失也越大 灰砂比 1 4 的组方 2 加 H m 8 中国矿山工程 2 0 1 2 年 第4 1 卷 流量 Q m h 图3 组方 1 不同浓度流量变化 阻力损失 曲线 0 一旮 r 一 一 1 辞 够 一 0 7 2 为 一 卜 6 8 2 O 3 0 4O 5 O 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1
16、2 0 流量 q m h 图 4 组方 2 不 同浓度流量变化阻力损失 曲线 当达到 7 6 的浓度 流量 8 0 m h 时阻力损失达到了 0 4 MP a l O O m 环管管路输送 1 4 灰砂 比 7 8 质量 浓度 流量 为9 5 m h 时达到了管路可输送的极限状 态 3 2 2 料浆浓度对管道阻力损失的影响 1 不 同组方相 同流量浓度变化时阻力损失影 响 图 5 是组方 1 2 5 在 7 5 m h 流量时随浓度的变 化阻力损失的影 响 浓度变大时阻力损失也增加 灰砂 比大的组方阻力损失变化范围大 即水泥添加 量越多对阻力损失的影响越大 f 组 直2 L 组方 5 一 一 组方 1 浓度 图5 不 同组方浓度变化 的阻力损 失曲线 7 5 m3 h 2 同一组方不 同流量浓度变化时阻力损失的 影响 图6 图 7 分别是组方 1 2 不同流量浓度变化 时阻力损失 影响 浓 度增加 时 阻力损 失相应 增 大 灰砂 比越大 不同流量 问阻力损失变化范 围越 小 组方 1 的三条曲线 问隔较大 组方 2的三条 曲线 之间的间隔很小 一 一一 0 7 O m 7 I 一 一
