深井膏体自流充填压力与满管率优化研究

以谦比西铜矿东南矿体深井充填为工程案例,通过室内实验、理论分析、现场验证相结合的方式,研究了自流充填管网系统的压力分布及提高深井垂直钻孔满管率的措施。首先分析当前管网压力分布及满管率,随后开展管道压力和满管率优化,最后结合现场研究了部分使用小管径、提高膏体浓度等方法对压力和满管率的影响。研究表明,南采区2条管路当前满管率仅在17%~41%之间,水平管阻力损失约1.4 MPa/km,自流对垂直管的冲刷极大;采用150 mm内径管部分替代175 mm内径管,每替换100 m可提高0.63%和0.71%满管率;膏体浓度若由69%提高到71%,最大倍线下满管率分别从原来的37%和41%增加到70%和82%,然而垂直管底部压力分别由3.72 MPa和1.75 MPa大幅增加到6.7 MPa和3.06 MPa,增加了堵管爆管风险。工程中,可通过适当增加浓度、部分减少管径、提高倍线等多种方法相结合的方式获得较高满管率。本研究可为深井自流充填提供良好工程借鉴。

自流充填管道局部变径满管输送的环管试验

为研究变径管管径、长度和安装位置对料浆自流输送满管率的影响规律,自主设计研发了一套小型变径环管试验装置,测试不同变径管条件下料浆自流输送的水力坡度及满管率,并利用皮尔森相关分析法探究各因素对满管率的影响程度。结果表明,满管率与变径管管径存在极显著负相关关系,随着管径减小呈指数型增长,管径小于50 mm时满管率急剧增长;满管率与变径管长度存在显著正相关关系,随着长度增加呈线性增长;变径管在水平管段安装位置的变化对满管率影响很小,可忽略。

深井矿山膏体充填系统增阻减磨试验研究

针对深井矿山自流充填过程中的管道磨损问题,通过对浆体管输流动模式的分析,明确不满流是引起管道磨损的主要原因。从动量角度出发,研究了管道磨损机理及其影响规律。基于水力学理论推导,提出采用小管径增加系统阻力损失,减轻管道磨损的措施。会泽铅锌矿增阻减磨工业试验,将原150 mm管道部分更换为85 mm管道,管内压力值增加了6倍,满管率由7.4%提高至47%。研究结果表明,采用小管径管道是一种有效的减小磨损的措施,对于类似矿山具有借鉴意义。

高井深膏体充填管道调压满管稳定输送技术研究

针对高井深充填系统垂直管道落差大,充填输送管道非满管状态会造成管道内壁的加速磨损与破坏问题,计算分析了垂直管道非满管高度的影响因素,研究了高井深充填垂直管道非满管的形成机理。以安徽某铁矿为研究对象,开展了全尾砂充填料浆配比优化、井下充填输送管道压力监测,并在此基础上提出了充填料浆的流速与压力调控技术。结果表明:(1)垂直高差提供的静压头大于系统输送所需的沿程阻力时,膏体料浆加速导致管内出现负压,从而在管内产生空气柱,流速进一步增快加剧了管道内部的磨损与破坏;(2)已投产管道系统可以通过料浆改性、增加料浆阻力及改变垂直管道直径来提高满管率;(3)沿程阻力随着输送流量呈先减小后增大的趋势,且随着流量的增大,其最低点出现在250~260 m~3/h范围内,建议该矿料浆输送流量范围为250~260 m~3/h;(4)变径管路直径越细则充填竖管的满管率越高,变径管路长度与满管率成正比,直径为30 mm、长度为2 m时,充填竖管的满管率达到87.66%。变径管路在水平管道安装的位置变化对竖管的整体满管率影响较小。