膏体充填料浆自流输送可行性分析

膏体充填料浆自流输送可行性分析

具有良好的填充性，不脱水、不沉淀、不沉淀、填充强度高、水泥用量少等优点。1填充剂和参数1.1材料输送与搅拌系统矿山采用细尾砂、冶炼渣及少量戈壁料作为充填骨料，胶凝材料采用P.O42.5水泥，充填用水为工业用水。尾砂通过渣浆泵输送至充填站深锥浓密机，溢流清水通过渣浆泵再次输送回选厂浓密池，深锥浓密机底流输送至立式砂仓进行存储，待充填时通过立式砂仓放砂系统输送至搅拌系统；水泥通过水泥仓存储，采用微粉秤计量并输送至搅拌系统；调浓水采用流量计与电动阀门调节，冶炼渣及戈壁料采用皮带电子秤计量，通过皮带输送至搅拌系统。最终尾砂、冶炼渣、戈壁料、水泥和水通过两段卧式搅拌系统共同搅拌制备膏体料浆，制备完成的均质膏体料浆通过溜槽分别进行泵送系统或自留系统用于井下采场充填。具体工艺流程如图1所示。1.2充填流量对充填料浆管道流速的影响充填料浆的质量浓度、充填灰砂比及充填流量是充填过程中最核心的参数充填灰砂比是影响充填体强度的一项重要指标适宜的充填流量是保障充填料浆管道安全输送的重要前提，当充填管径一定时，充填流量越大其管道流速越大，输送阻力也越大。同时充填流量越小，其管道流速越小，易引起堵管等事故的发生2管道流沿程阻力矿山含有粗骨料的膏体充填料浆属于塑性结构体，可应用宾汉（Bingham）流变模型来研究其流变特性宾汉（Bingham）流变模型的流变方程见式（1)由式（1）可知，在外力作用下，具有塑性黏度系数的膏体充填料浆，在克服初始切应力后开始流动，并且流动后剪应力的大小与塑性黏度系数和流速梯度大小成正比。膏体充填料浆属于一种柱塞状的结构流，可由白金汉（Buckingham）方程求出充填料在管道中的平均流速，见式（2）。式中：τ由式（2）可得式（3）。对于充填料，整理（4）可得式（5）。在工业试验或工业应用中，一般采用压力传感器测量一定长度管道两端的压差，即为管流沿程阻力。将管流沿程阻力和管壁单位面积上的流体摩擦阻力联系起来，根据管流静力学平衡理论，可得出式（6）。式中：l为管道长度，m；ΔP为压差，Pa。整理式（6）可得式（7）。如果管流沿程阻力（Δp/l）用j联立式（5）和式（8），可得式（9）。式中：j矿山膏体充填料浆按照屈服应力为90Pa、黏度系数为0.4Pa·S、管径为0.15m、流速为1.7m/s进行计算，依据式（9）计算出矿山膏体充填料浆管道输送沿程阻力损失4167.11Pa/m。3充填管路自流输送充填倍线确定矿山充填时，应该按照最大允许的充填倍线及合理的充填浓度，考虑输送能力，计算在一定条件下可能达到的最大充填倍线，或浆体可能输送的最远距离。在自流输送中充填管路的几何充填倍线必须小于最大允许的充填倍线，这样才可顺利进行自流输送对于矿山充填管网而言，在自流输送的条件下，若垂直管道高度为H，水平管道长度为L，则根据能量守恒原理，可得出式（10）。取局部阻力及出口损失之和为管道沿程阻力的15%，则式（10）变为式（11）。则充填管道的最大允许充填倍线计算公式为式（12）。式中：Nmax为最大允许充填倍线；i为沿程阻力损失，kPa/m；γ为料浆密度，t/m按照充填料浆质量浓度为78%（浆体密度约2.0t/m4填充管道布置方案4.1系统管道的总体布局方案根据确定的自流充填区域充填倍线在3.5内，结合矿山生产实际进行充填管线布置。矿山24.2各中段充填管路布置矿山开采中段主要包括530m中段西段、27线440m中段、405m中段、350m中段。其各中段管线布置见图5～图8，分别计算充填倍线见表1～表4。通过对充填各区域进行管道布置，并计算其充填倍线，结果表明充填倍线均未超过3.5，满足自流输送条件。5膏体充填料浆自流输送最大允许倍线确定1）通过充填试验确定了制备膏体充填料浆的最佳工艺参数，其充填料浆质量浓度应控制在74%～78%之间、进路假底层充填灰砂比为1∶5，接顶层充填灰砂比为1∶10、充填流量控制在90～110m2）根据所确定的充填工艺参数，按照宾汉姆模型计算出矿山膏体充填料浆管道输送沿程阻力损失为4167.11Pa/m，并以此分析出矿山