低密改性剂在充填料浆环管中的应用

低密改性剂在充填料浆环管中的应用

0充填料浆的输送特性填充应对各种问题，如填充颗粒小、料浆速高、管道压大、管道磨损快等。外加剂用于矿山充填领域的研究已有很多，一些学者也采用了多种方法研究充填料浆的输送特性。如李茂辉本次研究针对三山岛金矿全尾砂充填料浆特性，利用环管试验系统，开展室内半工业环管试验，测试不同浓度、灰砂比、流速和是否加入低密改性剂情况下的充填料浆在输送过程中的管道压力损失情况，计算得到不同工况条件下的管道压力损失值，验证改性剂的调压效果，并为三山岛金矿全尾砂充填系统建设提供设计依据。1环管试验设计及试验过程(1）半工业环管试验系统。试验设备主要由制浆系统、加压输送系统、测量系统、控制系统4部分组成，半工业加压环管输送试验装置如图1所示。半工业环管试验中需要检测的目标参数有：料浆的流量、设计点位的压力（沿途管路输送的阻力损失检测）、料浆的密度、料浆的流变性，试验方案围绕目标参数进行。(2）试验材料。此次环管试验所用材料主要有尾砂、胶凝材料、水、改性剂。尾砂为三山岛金矿新立选厂全尾砂，胶凝材料为三山岛金矿充填用C料，水为三山岛金矿充填用卤水，低密改性剂为经室内试验配得的型号为CKY-01型外加剂。(3）试验方案。结合三山岛金矿充填现状及前期室内试验成果，本次环管试验计划进行3组试验，每组试验的具体参数设置如下：第1组，对照组，灰砂比1∶5，浓度72%、70%、68%，不添加低密改性剂，泵送流量设定为最大排量的7%、13%、18%、25%；第2组，试验组，灰砂比1∶5，浓度72%、70%、68%，添加低密改性剂，泵送流量设定为最大排量的7%、13%、18%、25%；第3组，试验组，灰砂比1∶10，浓度72%、70%、68%，添加低密改性剂，泵送流量设定为最大排量的7%、13%、18%、25%。(4）试验步骤。针对每组试验，均需测取不同浓度和流速下的管道压力损失。为节省试验材料用量，在试验运行中采用循环方式，将管路中已完成一次试验的料浆再次返回到管路内。每组试验步骤如下：试验准备阶段，按照设计配比，分别量取试验所需的尾砂、C料、水、低密改性剂，运送至环管试验系统的搅拌机加料口附近，准备添加；试验开始前，先用水清洗管路，有条件可以再用压缩气体吹管，检查搅拌桶、泵的喂料斗内有无杂物；结合试验方案设计的浓度值，通过调节泵压来改变每种浓度条件下的料浆流量，进行多次试验并读取仪器仪表所采集的数据；试验中，料浆采用由浓到稀的浓度调整方法，即试验浓度由72%、70%、68%依次降低，后者在前者试验过的料浆中掺加一定量的水，以降低浓度，每改变一次浓度，需要经过10min～20min的连续泵送循环和搅拌，所有循环的料浆基本均匀后，才能进行数据读取操作。在闭路试验期间，每隔5min，调整一次泵的频率，同时需要记录料浆浓度、流量、各个监测点的压力和泵的工作压力等参数；每组试验结束后，及时清洗试验设备，确保试验设备内不残留粗颗粒和胶结料浆。2局部压力损失本次室内环管试验重点研究低密改性剂对充填料浆管道阻力变化的影响规律，因此，将重点对管道上各测试点的压力数据进行分析。泵送过程中，泵的出口压力、泵送流量及泵送频次等相关数据可从柱塞泵的控制柜上直观读取，管道上各测试点的压力数据采集后需通过专用数据处理软件读取和处理。限于篇幅，这里仅给出浓度为72%，灰砂比分别为1∶5和1∶10，以及有无低密改性剂情况下的各个压力测量点位的压力变化情况，分别如图2～图4所示。由图2～图4可看出，排量越大，各测点的压力值越高，管道压力损失也就越大，说明低流速能够减小管道压力，减缓充填管道的磨损。由于柱塞泵在连续泵送过程中，其出口压力呈现规律地周期性变化，管道上各压力测点的压力也呈现相应的规律变化，相邻监测点位的压力差也不是稳定的。图5给出了相邻压力测量点B、C间（直管段）的压力变化情况。根据图5可知，充填料浆在环管中稳定运行10min，直管段压力差（B、C点位之间）集中在0.006MPa～0.010MPa周期变化，多次计算其均值为8.15kPa,BC直管段长度6.92m，得到其压力损失为1.178kPa/m。利用此种数据处理办法，得到不同工况条件下直管段和90°弯管段的压力损失值结果（以浓度72%为例），分别如图6和图7所示。由图6和图7可知，灰砂比1∶5、浓度72%，在不加入低密改性剂时，不同的泵出口排量的直管段压力损失分别为4.115,4.213,4.504,4.641kPa/m；而加入添加剂后，直管段压力损失变为3.608,3.689,4.035,4.213kPa/m，降幅约10%，且排量（流速）越高，管道阻力损失增加越多。弯管段在不加入低密改性剂时不同泵排量条件下的管道压力损失分别为12.850,12.883,12.947,13.496kPa；而加入添加剂后，弯管段压力损失也对应分别降低11.775,11.7,11.341,11.903kPa，降幅也约为10%。对于弯管段管阻而言，90°弯管的弧长为0.785m，其局部压力损失值则达到10.921kPa（均值），管阻约为13.912kPa/m，是直管段管阻的3～4倍。因此，就实际生产而言，在条件允许的情况下应该少用弯管，或选择曲率半径较大的弯管，以减小料浆的局部阻力损失，减轻弯管处磨损。灰砂比越高，充填料浆不论是在直管段还是在弯管处，其局部阻力均越大。其原因是，胶凝材料含量的增加，将增大充填料浆黏性，对管道壁的磨损也更频繁。低密改性剂的使用能够降低直管段及弯管处的管道阻力，其原因是，低密改性剂加入至充填料浆中后，会在料浆中产生致密稳定的微小气泡，而这些气泡能够降低料浆的比重，进而减小管道输送阻力，表现出润滑管道的效果。3管阻和弯管段的压力损失(1）试验结果表明，低密改性剂的使用能够降低直管段和弯管段的管道压力损失，压力损失降幅可达10%。浓度72%，灰砂比1∶5的充填料浆使用低密改性剂后的直管道的管阻约为3kPa/m～4kPa/m，而弯管处的管阻约为13kPa/m～14kPa/m。(2）弯管段的压力