充填钻孔内管道磨损机理及易破损位置的确定.doc

1、充填钻孔内管道磨损机理及易破损位置的确定张钦礼1，崔继强1,2郑晶晶1，王新民1，王贤来1，21中南大学资源与安全工程学院，长沙410083；2金川集团有限公司，金昌737100摘要：充填钻孔是充填法矿山的关键丁程之一，容易受到充填料浆的冲击而造成破损。金川公司数字化钻孔电视观测结果表明，充填钻孔存在一个严重破损区域，该区域位于充填钻孔内空气和料浆的接触面上。充填料浆自由降落，具有较高的末期下落速度，而以较高的动量和冲量冲击充填钻孔的内套管管壁。因此，充填钻孔的严重磨损深度，即空气与料浆的接触面高度，可以根据充填钻孔的高度、水平管道的长度、浆体的密度和水力坡度进行估算。实例研究结果表明，该估算

2、方法具有足够的精度，有利于充填钻孔的U常管理和维护。关键词：充填钻孔 充填管道 冲击 磨损机理 易破损位置1. 引言回填方法是在地下挖掘技术的最重要的由于矿产资源回收率高，合格的安全控制地雷【 l】装订材料，骨料和水混合，通常通过垂直回填钻孔套管（不久， CVBH ） ，水平或倾斜的管道输送到采场重心流。压力从CVBH泥浆重量泥浆运动的原因是在这个四通八达的交通系统【 2-4】 。垂直钻孔回填很明显，起着最重要的作用，从地表到地下采场运输回填浆【 5-6 】 ，是容易损坏的浆料的侵蚀和磨损。采矿周期可能被打乱一旦被打破CVBH 。这是很常见的天然气管道在市政交通系统的检查和维修，油和水的联合方

3、法是揭示破碎的管道，然后进行检查和修复过程 7 。修复技术包括焊接，密封，压力降低，局部更换，油漆喷涂管内衬 8-11 。检查和维护受损CVBH然而，更困难的，因为损害条件CVBH受许多因素影响，并不能很容易地观察到。它是已知的影响因素的磨损CVBH包括功能回填泥浆，钻的孔，尺寸，材料和质量管道安装质量的洞，总长度比垂直高度管道12-13 ，但CVBH的磨损机理目前还不清楚，因为影响因素很多呼叫类型的定量决定。拜尔类型CVBH澄清在这项工作中，在调查的基础上，中国甘肃省金川有色金属公司（金川） ，流态分析在CVBH回填浆损坏CVBH 。物理交通模型回填浆被设置起来和钻孔回填管道的磨损机制是讨论

4、基于泥浆回填的势头和能源的变化，此外，一个的最严重的磨损位置回填孔的估计方法是提出了建议。2. CVBH的磨损类型和回填浆的流态2.1回填浆的流态静压头在垂直孔回填浆浆流动重力运输系统的动力。假设，回填孔的内径是固定的，孔的垂直高度，水平管道的长度，浆液的密度，交通系统的水力梯度分别是H ， L ，Ii，则回填淤浆运输以下三种类型之一：1） 当rj H < i(H+L时，静压头小于回填浆料和浆料流电阻不能传输；2） 当rj H = i(H+L时，静压头等于淤泥流动阻力和淤泥填充阻力之和；3） 当rj H > i(H+L时, 静压头大于流动的泥浆和泥浆回填自由落体上部回填孔的阻力;这

5、是一个共同的情况下回填回填淤浆在垂直孔最初下降到空气中上部的孔（H）和固液混合物的孔（ H2 ）的下部之间的接口的系统中，如图114所示,换句话说，在垂直孔回填浆流在两个区域，自由的上下运动和流动。2.2 CVBH的磨损类型回填钻通孔在矿区通过使用数字钻孔摄像机检测到，并且被发现，通常存在一个特殊的范围内CVBH严重损坏，如表1中所示。例如，严重的磨损深度，在金川的孔W2和.E5分别是27-31米，地表以下10-15米。部分严重影响回填浆在自由下落的一部分CVBH部分管壁高速管壁磨损光滑，因为泥浆流在一个稳定的速度在这方面大大减轻。3.CVBH的磨损机理上述分析表明，CVBH的回填浆在逃离下落

6、的一部分的影响是CVBH损害的主要原因。该磨损机理CVBH的可以被说明通过回填水泥浆流在CVBH （图2 ）时的动量和能量的变化。3.1 因回填浆动量引起的磨损回填浆运动在自由落体的一部分CVBH可以近似认为作为匀加速直线运动.按照的运动的特点，可以得出下面的公式：式中， H1是自由下落部分的垂直高度， V1是单位质量回填淤浆，当它进入到流水线的初始速度;V2和t回填淤浆，当它到达在空气和回填浆料之间的接口的速度和时间;g是重力加速度。这样，V2可以通过等式（1）和（2）算出，如下：其中c是一个受管直径和其他一些因素影响的速度校正系数，它通常是由实验确定的，范围为0.70.8 。从等式（3）可

7、以看出：V2随着H1增加而增加。回填淤浆速度快，回填泥浆的势头是的动量越大时达到最大值，当它下降到空气之间的界面和回填淤浆，然后在很短的时间内降低几乎为零，因为在碰撞的交界面。快速下降的势头产生了巨大影响。假设回填浆密度答管道的截面积和影响时间为t，回填浆的总质量（m，影响它的改变面可以表示为：回填浆的动量改变量为：泥浆对交界面的影响定义为单位时间动量的改变量，可以这样计算：结合式（4）和（5），F能被表示为：其中a是一个校正系数,这a=0.70.8。从等式（6）可以看出影响系数F对V2的平方有直接的相关关系。可以看出的是，泥浆的末速度越大，对管子的磨损的影响将越严重。因此，为了减轻对CVBH

8、的磨损程度，减少自由下滑部分（H1）的高度是很有必要的。3.2 由回填浆的流动能量引起的磨损当回填浆从管道的入口流动到空气和回填浆的交接面所需的总共的能量是回填浆动力学能量和由重力引起的势能的总和。假定单位时间(t进入管道的回填浆的单位质量是m,总共的能量E能被表示为：将代入等式（7），整理得：a 是回填浆的变量，回填浆的能量最主要充当管道壁。也就是说，在对管道壁的磨擦过程中回填浆消耗能量，因此作用在单位管道壁表面的能量能反映管道的磨损程度。很大的能量消耗意味CVBH的严重磨损。其中能量能从等式（8）中算出：S 表示有效磨损区域（泥浆和管道壁的接触区）。单位水泥浆接触的有效磨损区域越小，管道磨

9、损将越严重，因为在单位区域的能量消耗会真加。钻井口的偏钻率和的磨损的关系能很好的通过能量消耗解释。例如，能量消耗越大，的能量消耗越严重，因为当井口大大减小时较低效的磨损区域。4.预测严重的磨损位置回填浆的流动区域和的磨损机理暗示：在垂直的回填钻井洞的空气和回填浆的交界面是最薄弱的区域，在那管道壁被高速的回填浆影响。因此，的严重磨损位置能通过交界面的深度的测定来预测。例图中，交接面深度，能通过如下的公式计算：回填淤浆的密度和i2是在垂直和水平管道回填淤浆的水力梯度; L是容易损坏的位置的水平管道深度的长度，调用估计公式（ 10 ），如下所示：其中H表示高度的垂直浆回填，回填钻hole.The的水

10、力梯度在纵向和横向的管道，通常只有未知变量的方程（11） 。回填浆的水力梯度涉及到许多因素 15-16 ，通过计算式 17 可以计算：其中， Cv是回填淤浆的体积分数， D是管子的内径，i0是肉体水的水力梯度; Cx是结算的固体颗粒的阻力系数，回填浆的速度V根据回填淤浆（ Q ）的磁通和管的内径（ D ） ，如下计算：可以用下面的公式来近似i0：是摩擦阻力系数估计为：K1和K2分别是安装和管道的接头质量的因素，在这各定为1.1。可以计算的固体颗粒沉降阻力系数（CX）：dcp输出是该混合物的平均粒径; 固体颗粒的平均沉降速率由共同根据临时参数可以计算出来：5.案例分析JNMC，是中国的一家世界有名的镍 铜生产者，使用向下剪和充填的的方法发现最弱点。回填淤浆形成由水和波特兰水泥的混合物，和研磨戈壁砂通过重力被输送到地下采矿场的质量比为1:4 ，通过回填孔的垂直和水平管道的组合。设计流量容量1 00 m3/h.The的体积分数（ Cv值）和密度（RJ）回填浆分别是56.6和1.98吨/立方米。该混合物的平均大小（DCP）的水泥和沙戈壁是0.079厘米的。因为 Dcp = 0.079 大于 A但是小于4.5A。固体颗粒的平均固定速率能通过等式（19）估测：。因此能被计算通过式（16）。代以上述具有不同管道直