一种高浓度充填料浆自流输送最优料浆的确定方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种高浓度充填料浆自流输送最优料浆的确定方法，属充填工艺及应用的技术领域。本发明专利技术可以准确判断适合自流输送的高浓度料浆及速度,并具有较好的使用效果。依据矿山实际充填管路进行建模，以废石，尾砂为原料配置高浓度充填料浆，研究浆体在管道中输送特性，分析输送过程中压力损失随浓度和流速的变化情况，以及弯管处压力损失的情况，确定适合管路输送的料浆流量与速度，为高浓度自流充填技术的应用提供理论参考。

A Method for Determining the Optimum Slurry for Self-conveying High-concentration Filling Slurry and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种高浓度充填料浆自流输送最优料浆的确定方法及应用
本专利技术涉及一种高浓度充填料浆自流输送最优料浆的确定方法，属充填工艺及应用的

技术介绍
高浓度充填因具备不离析不沉淀，充填质量好等优点，已成为国内外优选的充填采矿方法。管道输送是整个充填采矿技术中至关重要的一环，决定充填系统的成败。实现高浓度自流管道输送是高浓度充填的核心技术之一。相比于泵送，自流输送依靠浆体自重克服管道阻力进行输送，其工艺简单(没有复杂的泵送系统)，设备故障率低，经济性好，特别是针对当前深井开采，自流输送的研究显得尤为重要。但高浓度自流输送技术更加需要准确的选择料浆与流速，否则在管道输送过程中易出现堵管，破管等问题，导致充填工序无法正常进行。料浆自流输送受到诸多因素的影响,例如流速和断面大小等因素,对管道输送最优料浆以及流速的估计和确定存在一定的难度。因此,如何准确地确定判断适合管道输送的料浆具有一定的实际意义。现有技术在确定管道输送时,主要有两种方式，一种是采用L型管道模型进行实验或数值模拟分析；另一种是应用环管等工业实验进行测试选定从而确定管道输量。但现有技术至少存在以下问题：使用现有L管进行实验或模拟，L管过于简单不能全面反映矿山实际情况；工程上为了指导生产实践，通常采用环管实验，但充填料浆环管实验要耗费较长的时间、大量的资金、以及人力、物力，因此并非所有矿山都具有进行环管实验的条件。目前国内外对于高浓度料浆研究较少，对其在矿山的应用缺乏理论依据。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术确定适合管道输送的料浆时,其准确性受到限制的问题,基于计算流体力学分析软件，提出一种高浓度充填料浆自流输送最优料浆的确定方法。本专利技术可以准确判断适合自流输送的高浓度料浆及速度,并具有较好的使用效果。依据矿山实际充填管路进行建模，以废石，尾砂为原料配置高浓度充填料浆，研究浆体在管道中输送特性，分析输送过程中压力损失随浓度和流速的变化情况，以及弯管处压力损失的情况，确定适合管路输送的料浆流量与速度，为高浓度自流充填技术的应用提供理论参考。为实现上述目的,本专利技术采用的技术方案如下：一种高浓度充填料浆自流输送最优料浆的确定方法，该方法包括如下步骤：A、选取原料：用于充填的骨料分为粗骨料和细骨料；B、确定实验材料的基本参数包括密度、堆积密实度、碱性率、活性率和质量系数；C、确定符合高浓度条件的料浆：高浓度为在静置后还能保持不分层的料浆浓度；在静置过程中，料浆中颗粒只压缩不存在自由沉降，特点为在体积收缩时不存在粗颗粒分选沉降，仅有少量水析出，在管道输送工程中不存在速度梯度；D、基于充填管路图纸，应用前处理软件，建立充填管道的三维几何模型,生成三维的网格结构，输出文件并保存；E、启动并选择3D求解器将几何模型导入；检查并显示网格.F、将流体的物理实体加以模型化，引入流体质点和连续介质的概念方法；结合充填浆体的特点，对充填浆体做出以下设定：认为充填浆体不论是静置还是在管道中流动时都是连续的，无间隙；各个方向的力学性质是一致的；浆体在流动中是不可压缩的；满足定常稳定流动假设；浆体是无热交换的；G、选用欧拉法来描述流体运动进行计算；欧拉法是基于流体经过空间各个固定点的运动情况，把这些固定点的运动流当成流体不同质点在不同时间经过不同位置的流动来分析；H、浆体在输送模拟中要求满足浆体的连续性方程：式中，u，v，w为速度矢量沿x,y,z轴的三个速度分量；上式表明，浆体作为不可压缩流体流动时，流速的空间变化是彼此关联，相互制约的，必须受到连续性方程的约束，否则流动的连续性将被破坏；I、同时满足动量方程其形式为：式中，X,Y,Z分别表示流体微元在x，y，z方向的面力，p表示流体微元受到的面力的合力，ρ表示流体的密度，μ表示流体的粘度，u，v，w为速度矢量沿x,y,z轴的三个速度分量；J、还需满足伯努利方程：取竖直向上为z轴；式中，z1，z2表示单位流体的位置，p1，p2表示流体在位置z1，z2处的压力，γ为料浆的容重，v1，v2表示流体在z1，z2处的速度，h1'表示流体从z1位置运动到z2位置过程中内摩擦力做的功；K、定义各部位的边界名称,包括入口，出口，管道壁；L、选择流动状态为层流状态，定义流体的物理属性，选用模型，将步骤C中的充填材料物理力学参数代入模型中；M、进行设置边界条件，管道入口设置为速度入口，管道出口设置为自由流，操作条件为标准大气压，在竖直方向存在重力加速度-9.8m/s2；N、设置流场中的流速并初始化，设置残差监视器中的存储迭代次数，最后输入所设置的迭代次数为，开始迭代计算；直至迭代收敛；O、迭代完成后查看最终的速度和压力云图；P、通过创建监测面计算管道阻力损失；Q、根据步骤C设置的实验方案，进行模拟研究，分析研究浆体在管道中输送特性，分析输送过程中压力损失随浓度和流速的变化情况，以及弯管处压力损失的情况，确定适合管路输送的料浆流量与速度。进一步的，步骤A中：粗骨料选用废石等，最大粒径小于20mm；细骨料为尾砂、分级尾砂或酸浸尾砂。进一步的，步骤C中：对料浆进行坍落度，倒坍落度实验，要求满足坍落度在220～260mm,倒坍落度小于1s，选出符合高浓度范围的料浆浓度和水泥添加量并从而确定实验方案及相对应的参数。进一步的，步骤D中：由CFDGambit建立充填管道的三维几何模型,生成三维的网格结构，输出“mesh”文件并保存。进一步的，步骤E中：启动FLUENT软件,选择3D求解器，在FLUENT软件中将几何模型：Mesh文件导入；进一步的，步骤L中：选择流动状态为层流状态，定义流体的物理属性，选用FLUENT中H-B模型，将步骤C中的充填材料物理力学参数代入H-B模型中。进一步的，步骤M中：在FLUENT软件中进行设置边界条件；步骤N中：设置残差监视器中的存储迭代次数为1000，最后输入迭代次数为1000。进一步的，步骤P中:通过在管道的各弯管部分的上面和下部各创建一个监测面，通过计算各监测面的加权平均压力值，将各段管道的阻力损失值计算出来，最终计算出整个管道阻力损。进一步的，步骤Q中:根据步骤C设置的实验方案，进行模拟研究；通过观测Z＝0监测面上料浆流速以及压力变化情况，分析出研究浆体在管道中输送特性；通过在在管道弯管直径方向取一些监测线，即在管道弯管处中心位置取监测线，可以分析出料浆在弯管部位的变化情况以及对管道冲击力的大小；根据不同方案的阻力损失随料浆浓度以及流速的变化，分析输送过程中压力损失受浓度和流速的影响规律，最终确定适合管路输送的料浆流量与速度。应用领域：高浓度充填料浆自流输送最优料浆的确定方法适用于采用自流输送的充填矿山。本专利技术以矿山实际充填管路建立管道模型，应用FLUENT模型进行模拟分析，建立约束条件，获得每种料浆组合及流速下的管道阻力损失，对每组状态下的管输料浆分析输送过程中压力损失随浓度和流速的变化情况，以及弯管处压力损失的情况，最后,结合矿山输送条件,确定适合管路输送的料浆流量与速度，为高浓度自流充填技术的应用提供理论参考。本专利技术与现有技术相比,具有以下优点(1)本专利技术提供的设计方法易操作,节约成本,避免了环管以及工业试验确定适合输送的高浓度料浆的繁琐,合理地确定料浆的用量,保证了充填料浆的各项性能,降低料浆设计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高浓度充填料浆自流输送最优料浆的确定方法，其特征在于该方法包括如下步骤：A、选取原料：用于充填的骨料分为粗骨料和细骨料；B、确定实验材料的基本参数包括密度、堆积密实度、碱性率、活性率和质量系数；C、确定符合高浓度条件的料浆：高浓度为在静置后还能保持不分层的料浆浓度；在静置过程中，料浆中颗粒只压缩不存在自由沉降，特点为在体积收缩时不存在粗颗粒分选沉降，仅有少量水析出，在管道输送工程中不存在速度梯度；D、基于充填管路图纸，应用前处理软件，建立充填管道的三维几何模型,生成三维的网格结构，输出文件并保存；E、启动并选择3D求解器将几何模型导入；检查并显示网格.F、将流体的物理实体加以模型化，引入流体质点和连续介质的概念方法；结合充填浆体的特点，对充填浆体做出以下设定：认为充填浆体不论是静置还是在管道中流动时都是连续的，无间隙；各个方向的力学性质是一致的；浆体在流动中是不可压缩的；满足定常稳定流动假设；浆体是无热交换的；G、选用欧拉法来描述流体运动进行计算；欧拉法是基于流体经过空间各个固定点的运动情况，把这些固定点的运动流当成流体不同质点在不同时间经过不同位置的流动来分析；H、浆体在输送模拟中要求满足浆体的连续性方程：...

【技术特征摘要】
1.一种高浓度充填料浆自流输送最优料浆的确定方法，其特征在于该方法包括如下步骤：A、选取原料：用于充填的骨料分为粗骨料和细骨料；B、确定实验材料的基本参数包括密度、堆积密实度、碱性率、活性率和质量系数；C、确定符合高浓度条件的料浆：高浓度为在静置后还能保持不分层的料浆浓度；在静置过程中，料浆中颗粒只压缩不存在自由沉降，特点为在体积收缩时不存在粗颗粒分选沉降，仅有少量水析出，在管道输送工程中不存在速度梯度；D、基于充填管路图纸，应用前处理软件，建立充填管道的三维几何模型,生成三维的网格结构，输出文件并保存；E、启动并选择3D求解器将几何模型导入；检查并显示网格.F、将流体的物理实体加以模型化，引入流体质点和连续介质的概念方法；结合充填浆体的特点，对充填浆体做出以下设定：认为充填浆体不论是静置还是在管道中流动时都是连续的，无间隙；各个方向的力学性质是一致的；浆体在流动中是不可压缩的；满足定常稳定流动假设；浆体是无热交换的；G、选用欧拉法来描述流体运动进行计算；欧拉法是基于流体经过空间各个固定点的运动情况，把这些固定点的运动流当成流体不同质点在不同时间经过不同位置的流动来分析；H、浆体在输送模拟中要求满足浆体的连续性方程：式中，u，v，w为速度矢量沿x,y,z轴的三个速度分量；上式表明，浆体作为不可压缩流体流动时，流速的空间变化是彼此关联，相互制约的，必须受到连续性方程的约束，否则流动的连续性将被破坏；I、同时满足动量方程其形式为：式中，X,Y,Z分别表示流体微元在x，y，z方向的面力，p表示流体微元受到的面力的合力，ρ表示流体的密度，μ表示流体的粘度，u，v，w为速度矢量沿x,y,z轴的三个速度分量；J、还需满足伯努利方程：取竖直向上为z轴；式中，z1，z2表示单位流体的位置，p1，p2表示流体在位置z1，z2处的压力，γ为料浆的容重，v1，v2表示流体在z1，z2处的速度，h1'表示流体从z1位置运动到z2位置过程中内摩擦力做的功；K、定义各部位的边界名称,包括入口，出口，管道壁；L、选择流动状态为层流状态，定义流体的物理属性，选用模型，将步骤C中的充填材料物理力学参数代入模型中；M、进行设置边界条件，管道入口设置为速度入口，管道出口设置为自由流，操作条件为标准大气压，在竖直方向存在重力加速度-9.8m/s2；N、设置流场中的流速并初始化，设置残差监视器中的存储迭代次数，最后输入所设置的迭代次数为，开始迭代计算；直至迭代收敛；O、迭代完成后查看最终的速度和压力云图；P、通过创建监测面计算管道阻力损失；Q、根据步骤C设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：张修香，乔登攀，宋增凯，黄温钢，
申请(专利权)人：东华理工大学，
类型：发明
国别省市：江西,36