基于环管输送试验的全尾砂膏体充填料流变特性研究.pdf.doc

《基于环管输送试验的全尾砂膏体充填料流变特性研究.pdf.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

分类号密级编号UDC硕士学位论文基于环管输送试验的全尾砂膏体充填料流变特性研究研究生姓名：指导教师姓名、职称：学科、专业名称：刘超杨仕教教授采矿工程研究方向：岩土工程2014年9月 南华大学学位论文原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南华大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：年月日南华大学学位论文版权使用授权书本学位论文是本人在南华大学攻读（博/硕）士学位期间在导师指导下完成的学位论文。本论文的研究成果归南华大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人同意南华大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保留学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》，并按《中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权益。同意授权中国科学信息技术研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。对于涉密的学位论文，解密后适用该授权。作者签名：导师签名：年月日年月日 目录摘要...........................................................................................................IABSTRACT..............................................................................................III第一章绪论.............................................................................................11.1项目来源...........................................................................................11.2国内外研究现状...............................................................................21.2.1国内外膏体充填技术的发展........................................................21.2.2膏体充填料流变学特性的研究现状............................................41.3本文研究内容...................................................................................71.4技术路线...........................................................................................7第二章膏体充填料环管输送试验设计................................................92.1前言.................................................................................................92.2环管输送试验系统设计.................................................................92.2.1设计原则......................................................................................92.2.2设备及管路系统............................................................................92.2.3仪表及数据采集........................................................................162.3环管输送试验膏体组方、工况设计...........................................202.3.1膏体充填的定义与判别..............................................................202.3.2设计原则....................................................................................212.3.3材料性能....................................................................................212.3.4输送沿程阻力测试的膏体组方、工况设计............................28 2.4试验方法.......................................................................................312.5实验结果与分析...........................................................................332.6小结...............................................................................................42第三章实验数据处理与分析................................................................433.1数据的可靠性.................................................................................433.2管流沿程阻力计算.........................................................................443.3管流沿程阻力分析.........................................................................513.4小结..................................................................................................53第四章膏体充填料的流变参数............................................................544.1前言..................................................................................................544.2流变参数的计算.............................................................................544.3昭通铅锌矿膏体充填料管道输送沿程阻力公式-昭通公式的推导................................................................................................................574.4昭通公式的验证.............................................................................594.5小结..................................................................................................61第五章结论.............................................................................................625.1结论..................................................................................................625.2项目需要开展的进一步研究工作.................................................63参考文献...................................................................................................64附件（环管输送试验部分压力数据）..............................................67 攻读硕士学位期间发表的学术论文与成果..........................................751公开发表的学术论文........................................................................752参与的项目及课题............................................................................75致谢.......................................................................................................76 摘要膏体充填技术与传统的两相流充填相比，具有稳定性好、不离析、进入采场后无脱水、充填体完整性好、充填总体成本低等显著优点，并能充分利用矿山的尾砂，解决矿业生产中的废料排放问题。昭通铅锌矿出于安全生产、提高资源回收率和尽可能实现无废开采的生产理念，提出以全尾砂为主要材料，实现膏体充填。膏体的长距离输送是膏体充填的关键技术之一，目前对于膏体输送阻力、流变参数的研究虽有大量成果值得借鉴，但由于具体矿山的材料差异，直接使用这些成果可能会造成较大的误差，因此，本文通过全尺寸环管输送试验，开展昭通铅锌矿全尾砂膏体充填料管道输送特性研究，以期为充填系统的设计提供依据。本文主要研究内容和成果如下：(1)在前期室内材料试验的成果之上，分析了云南昭通铅锌矿全尾砂胶结充填料的基本物理特性，初步设计了云南昭通铅锌矿全尾砂膏体充填料的组方，材料试验的结果表明：云南昭通铅锌矿的全尾砂充填料，当质量浓度在76%~80%时，其坍落度、析水率等符合膏体的标准。(2)设计开发了适合于全尾砂膏体充填料输送参数测试的环管泵送试验系统，输送管道选用内径为DN150mm、管壁厚度为δ8mm的普通无缝钢管，配内径DN150mm、曲率半径R1500mm、壁厚δ8mm的90°弯管，管道总长138.85m(包括倾斜管、水平管、垂直管和弯头)，布置成1个环路。管路布置符合云南昭通铅锌矿全尾砂膏体充填的工程特点。(3)开展了全尾砂膏体环管泵送试验，采集大量数据，统计计算了不同配比、不同浓度、不同输送流量的全尾砂膏体充填料在水平输送、倾斜下行输送、倾斜上行输送、垂直上行输送和垂直下行输送、D150mm90°弯头等各种管道布置形式下的输送阻力。(4)分析了全尾砂膏体充填料输送阻力与膏体浓度、膏体流量、膏体配比之间的关系。分析结果表明：同一配比的膏体充填料，其输送阻力与膏体浓度、输送流量正相关；同一浓度的膏体充填料，其输送阻力与流量正相关，随灰砂比的变化而变化。(5)分析了全尾砂膏体环管泵送试验的压力数据异常现象及自动采集数据I 和手动采集数据的差异。(6)在阻力计算的基础上，结合流变学理论，用回归分析的方法得出了云南昭通铅锌矿全尾砂膏体各个组方、浓度的初始切应力和黏度系数，建立了初始切应力、黏度系数与全尾砂膏体配比、浓度的关系，分析总结和推导了膏体充填料管道输送沿程阻力计算的昭通公式关键词全尾砂膏体充填输送阻力流变参数环管试验II ABSTRACTComparedwiththetraditionaltwophaseflowfilling,thetechniqueofpastefillinghasmanyadvantagessuchasgoodstability,nosegregation,withoutdehydration,goodintegrality,lowcost,anditcouldmakefulluseofminetailings,solvetheproblemofdischargewastesontheminingproduction.Inordertoreachtheobjectiveofsafetyproduction,increasingtheresourcesrecoversrateandcomenowasteminingtrueassoonaspossible,usingthewholetailingstopastefillingwasputforward.Oneofthekeytechnologiesisthelongdistancetransportationofpaste.Atpresent,althoughmanyachievementsaboutconveyorresistance,rheologicalparameterscouldbegoodforreference,buttherecouldbeabigerroriftheyaredirectused,becausematerialsamongspecificminearedifferent.Therefore,throughatestoffullsizetubularloopconveying,thisarticleresearchedcharacteristicsofpastefillingpipelineconveyingofthewholetailingsinordertoprovidebasisforthedesignofthesystemoffilling.Thispaper‟smaininvestigationcontentandtheresultsareasfollows：(1)Putforwardtouse”watersegregationrate+collapsedslump”tocheckingupandjudgingbackfillpaste.Watersegregationratecanreflecttheanti-segregatingaboutthebackfillpaste,collapsedslumpcanreflectthefluidityaboutthebackfillpaste.Bothofthetwoindexweredetectedsimplyandquickly.Inpreviousindoormaterialtestresults,analyzesthebasicphysicalpropertiesofwholetailingsandcementfilleroflead-zincmine,preliminarydesignthecomposingprescriptions.Theresultofmaterialtestshowthatwhentheconcentrationofthefillingmaterialis76%-80%.Thewatersegregationrateandcollapsedslumpmeetthestandard.(2)Accordingtothecharacteristicsoffillingmaterialofthelead-zincmine,Idevelopalooptestsystemofpastingfillingparameterstest.Looptestasasemi-industrialtest,itsproductivitycanmeetthedemandoftransferringofactualfillingmine.Pipinglayouthavetheengineeringfuturesofthetailingspastefillingoflead-zincmine.Full-sizepumpingtestplatformuseloopwithDN150mmdiameter,III δ8mmwallthicknessgeneralseamlesssteeltubes,DN150mminner-diameter,R1500mmradiusofcurvature,δ8mmthicknesselbowof90°.Theyareallformedaloop.Thetotalpipelengthisl38.85m,includingthetilttube,horizontaltube,verticaltubeandelbow.(3)Itcarriedoutaall-pastetailingspumpingtest,collectedlargeamountsofdata,calculatedandcollatedpipingresistanceofall-pastetailingspumpingtransferringofdifferentratio,differentconcentrationsanddifferentflowofconveyingtailingsinhorizontaltransmission,tiltdownwardtransport,tiltuplinktransmission,uplinktransmissionandverticalupwardverticaltransport,D150mm90°elbow,andotherformoftransmissionrespectively.(4)Itanalyzedtherelationbetweenpastingfillingresistanceandpasteflux,PasteflowandPasteratio.Theresultsshowedthatthesamepasteration,itsConveyorresistanceandpasteconcentration,conveyingflowhavepositivecorrelation;thesameconcentrationofpastefilling,itsconveyorresistanceandflowarerelatedwithcement-sandratiochanges.(5)HuanGuanpastetothetailingsofpumpingtestabnormalpressuredataisanalyzedandsummarized,HuanGuantrialsanalyzeddataandmanualacquisitionautomaticdatacollectionofdata,andanalyzesthedifferenceoftemperaturetransportprocess.(6)infrictioncalculationbasis,combiningtherheologicaltheorywithregressionanalysis,themethodhavetheyunnanzhaotongcitypastetailingsalllead-zincdeposit,theconcentrationofeachprescriptioninitialshearstressandviscositycoefficient,establishedtheinitialshearstress,viscositycoefficientandtheratioofpastetailings,theconcentrationofrelationshipisdeduced,analyzingandsummarizingandpastefillingpipelinefrictionalresistancecalculationformulaofzhaotongcityKEYWORDtestoftubularloop;thewholetailings;pastefilling.IV 第一章绪论1.1项目来源昭通铅锌矿是云南省重要的铅锌资源基地，隶属云南冶金集团总公司，铅锌资源丰富，品位高，且富含银、镉、锗、锑、镓、砷、硫等。矿山地质条件较差，充填采矿法是其安全生产、提高高品位矿石回收率的必然选择，但是，从矿山生产的实际特点来看，传统的充填工艺并不能满足生产要求：其一，矿区地处云南省昭通市彝良县，属滇东北高原长期抬升、河溪强烈切割破坏的高原峡谷地带，沟谷深切，地形陡峻，自然坡度达到55°～65°，不宜找到适合矿山生产的尾矿库选址建厂，且当地生态环境较脆弱，为了保护生态环境，不宜建立规模大的尾矿库，因此，必须最大限度的利用尾砂，而传统的胶结充填发尾砂利用率低；其二，昭通铅锌矿建于1956年，但当地的采矿活动可追溯至明末清初，长期以来，留下了大量的古采遗留空区和民采空区，这些采空区的治理工程使用的骨料也是选厂的尾砂；矿山尾砂产率相对较低，充填料来源不足，如不充分利用，很难满足空区治理和充填采矿的需求，且引入其他充填料必将大大提高充填的成本。基于上述原因，昭通铅锌矿的充填工程，应以开采安全、提高资源回收率和尽可能实现无废开采为基本的生产理念，全尾砂膏体充填技术是其必然选择。膏体充填技术是一种新型充填技术，最早应用于上世纪80年代初德国的格隆德矿，膏体是水和细粒固体物料的一种高浓度混合物，其水含量低(10%~25%)，用泵输送井下进行充填，属于一种新型充填技术[1]。目前在世界范围内已逐步得到推广和应用，并成为充填技术的一个重要发展方向。国内外研究者认为[2]，全尾砂膏体充填的关键技术可归结为三点：全尾砂浓密脱水技术及膏体充填料的配合比、膏体充填料的长距离泵压输送技术、充填系统的监测与控制（主要是浓度）。目前，关于膏体充填料的配比、膏体充填料的输送性能的研究已有大量的试验和成果，但实际生产中，矿山充填都是就地取材，并优先利用矿山生产的废料（主要是尾砂），以降低充填工程的生产成本。由于不同矿山的充填料在物理、化学性质等方面的巨大差异，这些成果并不具有普适性，不能直接应用。因此，1 本文以昭通铅锌矿全尾砂膏体充填料为研究对象，在充填材料性能试验已取得初步成果的基础之上，着重研究和优化膏体充填料输送参数，建立膏体充填料管道输送的管流沿程阻力公式和流变力学模型，为昭通铅锌矿充填系统设计提供依据。1.2国内外研究现状1.2.1国内外膏体充填技术的发展材料[3]对膏体充填的定义是：将一种或多种充填材料与水进行优化组合，配制成具有良好稳定性、流动性、可塑性的牙膏装胶结体，在重力或泵压等外加力作用下以柱塞流的形式输送到采空区的生产过程。最早应用膏体充填技术的是德国[4]，1978年西德Preussage金属公司首先在格隆德铅锌矿进行全尾砂膏体泵送充填试验，并在此基础上建设了世界上第一个膏体充填系统。1991年德国矿冶技术公司与鲁尔煤炭公司合作，首次把膏体充填技术引入煤矿生产，并在沃尔萨姆煤矿应用，其膏体充填材料无胶结料，仅由粉煤灰、浮选矸石、破碎岩粉制成[5]。膏体充填技术在德国成功应用后，随后首先在南非四大金矿[6][7]（兰德方丹(Randfontein、CIDrefonteinWelcom．Fredbies和Westernhoeding)）得到推广，膏体充填技术迅速走向成熟，并以其卓越的技术优势在全世界范围内获得采矿界的关注，在加拿大、澳大利亚、德国、美国等矿业发达国家得到应用。如美国的幸运星期五[8](LuckyFriday)银铅锌矿，加拿大的多姆[9](Duomu)金矿，澳大利亚的坎宁顿矿[10]，奥地利的布莱堡[11](Bleiberg)铅锌矿等。澳大利亚与1997年8月在大型矿山卡宁顿（Cannington）矿建立了本国第一个膏体充填系统，随后芒特艾萨铜矿为开采深部矿体1998年建立了膏体充填系统[12]，使用全尾砂为单一骨料，膏体充填站设计生产能力158t/h，。加拿大1992年在克莱顿（Creighton）矿首次使用膏体充填技术，并随后在国内多家金属矿山建立膏体充填系统。膏体充填技术可以使用全尾砂,具有料浆不脱水离析、充填体强度高、水泥耗量小等优点[13],是充填技术的发展方向。国外膏体充填技术在国内首先引起有色金属矿山的重视，甘肃金川有色金属公司在二矿区建成了我国第一条膏体充填工艺系统[14]，采了德国施维英公司生2 产的KSP-140HDR矿用充填泵、自制双轴连续搅拌机、以及美国霍尼韦尔公司生产的TDC-3000型工业集散控制系统，整个系统实现了计算机控制，充填泵的泵送压力13MPa，充填能力100m1994年湖北大冶铜绿山铜矿应用膏体充填技术[15]水泥，充填浓度84%~87%，采用德国施维英公司生产的KSP80充填泵，泵送压力6MPa，充填能力50m/h。３/h。，充填料为尾砂、炉渣、３云南会泽铅锌矿的膏体充填[16]，以全尾砂—水淬渣为骨料，充填浓度76%~78%，系统设计生产能力为60m3/h。膏体充填料采用接力输送的方式，地面泵站和坑内接力泵站均选用DHC21180-8E型全液压双缸活塞泵站，排出压力12MPa。南京栖霞山铅锌银矿的全尾砂膏体充填系统[17]，充填浓度72%~73%，膏体制备采用压气造浆，制备好的膏体充填料以自流的方式输送至井下进行充填，大大简化了充填工艺流程，降低了充填系统投资及维护的费用。山东济宁太平煤矿[18]2006年建成了国内煤炭行业第一个膏体充填系统，使用河沙、粉煤灰、胶结料做充填材料，充填浓度80%~81%，使用KSP220V型充填泵泵送膏体充填料，泵压控制在0~20bar，充填流量60~75m3/h。国内外大量的应用实践表明，与传统的两相流输送等充填工艺相比，具有以下优势：表1-1膏体充填与两相流充填性能对比对比膏体充填两相流充填项目输送浓度输送浓度低且浓度上调的余地非常有限，否则有可能发生堵管事故输送浓度高，不易发生沉降堵管事故充填体强度的提高往往以加大水泥用量为代价，提高了材料成本；需排泥排水，污染井下环境，增加成本充填成本浓度高，材料成本较低；不需要脱水故不会增加井下排泥排水的费用充填效果尾砂利用率料浆进入采场后发生离析，使得充填体整体的配比不均衡，降低了充填体的质量充填体质量高，完整性好不需脱水，因此充填料中细颗粒含量可相对较高，大大提高了尾砂的利用率，甚至可用全尾砂进行充填充填料进入采场需脱水，因此细粒级无聊含量不能太高，往往只能使用分级尾砂3 膏体充填的诸多优势并不能并不能掩饰其目前的缺点：首先是基建投资大、工艺环节复杂、管理维护难度大，其次是生产能力有限，目前从大量的应用实际来看，膏体充填系统的生产能力大约为60~80m3/h。故此，膏体充填在技术力量相对薄弱的地区目前还没有大范围普及，世界上有多个国家的科研机构、矿业集团等仍在不断研究和优化膏体充填技术，以期简化其工艺流程、提高膏体充填生产能力、减少投资、方便维护管理。加拿大矿物能源中心（CANMET）提出一种流态化技术[23]，实现了在一个尾砂仓内通过浓缩和流态过程制成膏体，大大简化了膏体充填系统，降低了成本。会泽铅锌矿在借鉴美国Eimco公司和Alcan公司深浓缩机的基础上，研制成全尾砂膏体连续制备及贮存机构(PasteContinuousPreparationandStorageMechanism)，能够制备出性能良好的全尾砂膏体，且能够在深锥立式砂仓中长期贮存而不影响其性能，该机构工艺简单，占地面积小，且大大降低了投资。澳大利亚在芒特艾萨建成了世界上最大的膏体充填料制备场[25]，其小时生产能力可达到500干t。伴随着膏体技术的革新，膏体充填在矿山充填中的使用比例必将进一步扩大。1.2.2膏体充填料流变学特性的研究现状目前国内部分应用膏体充填技术的矿山，实际充填生产并没有达到设计的要求，有些矿山的膏体充填系统在运行一段时间之后被证明，其充填料浆并未达到“膏体”的要求，仅仅是高浓度的结构流，也有些充填倍线小的矿山出现输送困难等问题。出现上述问题的原因，主要是对于膏体充填料的性质尤其是流变特性缺乏深入的研究。国内外目前已有近十种有关固料水力管道输送管流沿程阻力计算的经验公式，如金川公式、新汶公式、纽纬特公式、杜兰德公式等。但是。对于膏体充填料，目前国内外还没有相应的管流沿程阻力计算经验公式可完全借鉴选用，而且由于充填料的复杂性，仅仅依靠理论计算会产生较大的误差。近十几年来，国内外许多研究机构研究膏体充填料，最主要的重点就是流变参数的测量和流变模型的建立。目前，对于膏体充填料的流变模型研究已有定论：膏体充填料的流变模型为非牛顿流体的宾汉体模型，流变特性应视为黏塑性体的流变特性，其流变方程为：4 t=t0+h´(du/dy)(1-1)式(1-1)表明：具有塑性粘度系数h的膏体，开始流动的条件是在克服屈服应力t0，膏体流动后，其剪应力t的大小与塑性黏度系数h和流速v的导数(dudy)的大小成正比。由此可知，对膏体流变特性的研究，主要是要掌握屈服应力t0和黏度h这两个参数。屈服应力t0和黏度h的的获得有多种方法[26]：(1)桨叶测量法桨叶测量法可测量膏体的静态屈服应力，其剪切速率直接对应量测的屈服应力。(2)平行板黏度测量法平行板黏度测量法分为两类：a、挤压平行板，通过测量两平行板之间的距离变化和时间变化的关系来求黏度；b、旋转两平行板，测量平行板上的黏结力来求黏度。(3)旋转圆筒式黏度测量法通过使圆筒与物料做相对运动，测定以一定角度旋转时所产生的粘性力矩即可求出黏度。(4)环管试验测算[3]环管试验并不是直接测量膏体充填料的流变参数，而是通过采集压力参数，通过回归分析的方式求出流变参数。其原理将在第四章节详细论述。在上述的许多方法中，从泵压输送工艺适用的角度来看，利用环管试验测算流变参数的方法是最符合工程实际的[3]，环管试验分为开路管实验和闭路管试验两类，一般来说，闭路管试验适用于泵压输送，开路管实验适用于重力输送。大多数研究膏体料输送技术的国家和机构都建有环管输送试验平台。德国埃森(Essen)矿业研究与发展公司有2套环管输送试验系统，1套小实验系统，安装D25mm和D40mm管道，能完成管道粘度试验；1大实验系统，安装D80~200mm的管道，能完成生产规模的半工业试验[3]；南非约翰内斯堡威特沃特斯兰德(Witwaterstand)大学，建有两个独立的闭路环管试验系统，供料泵选用一台普茨迈斯特公司带S阀的双缸活塞泵，一台选用Schwing公司带提升阀的双缸活塞泵，两套系统安装D120mm的管道，一套可进5 行简化整个系统压力损失的模拟试验，另一套能进行准确测量管道沿程阻力的试验；这两套试验系统可连续监测系统中的压力、流速变化[3]；美国矿业局的全尺寸泵送环管试验系统采用一台正排量泵输送物料，安装D114mm、D127mm和D152mm三种规格的管道，管道总长度149.4m，并利用充填料泵送实验获得的压力梯度和经验，成功的研制了一台膏体物料泵送模拟器，该模拟器可大大减小试验的工作量[3]；澳大利亚芒特艾萨(MountIsa)矿业公司的环管试验平台[27]，使用1台输送能力为100m3/h的双活塞混凝土泵，一台Warman6/4型离心泵，管径有D150mm、D200mm、D250mm三种规格，管道长度180m，管道材质有橡胶衬里钢管、聚氨酯衬里钢管和普通钢管，管道上安装有压力表、温度探测器、流量计、磨损探测器和数据采集记录系统。我国金川有色金属公司1972年以来先后建过4套环管试验系统。1989年在该公司二矿区东部搅拌站建成了地面膏体环管试验平台。环形管路总长200m，布设有三种管径、三种变径管、二种管道间连接方式、三种管道材质，并可按需要布置成1～3圈环路。制备膏体的设备有两台可移动式上料皮带和两台双轴连续搅拌机；泵压设备为德国普茨迈斯特(Putzmeister)公司生产的KOS-2170型全液压双缸活塞泵，泵最大出口压力6MPa，额定流量为50m3/h；监测仪表有同位素流量计，电磁流量计，压力传感器等。另外，1997年工业化试验阶段，在膏体泵送充填工艺系统厂房外敷设了地表环形管路，可按需要进行闭环管路试验(长60m)或开路试验(长250m)，管径150mm。管路上安装有什维英(Schwing)公司的远传压力传感器。其它主要设备、仪表均使用泵送车间的生产装置。葡萄牙索米柯(Somincor)公司内维什科尔沃(NevesCorvo)铜矿在1997年初建成了环管试验平台，该系统与我国金川公司1989年建造的环管试验平台在规模、装备和测试内容上非常相似，可按需要长短和不同管径选用环管配置，管道规格有D154mm、102mm两种，管道总长250m；云南驰宏锌锗股份有限公司会泽采选厂全尾砂－水淬渣膏体充填的全尺寸环管泵送试验平台[28]，选用φ178mm、φ150mm和φ125mm等三种钢管，配R600mm、R1500mm和R275mm的90°弯头，包含水平管道和上行垂直管道、下行垂直管道三种管道布置形式，并试验了不同材质管道(普通钢管和陶瓷衬里钢6 管)的阻力差异；试验平台管路总长度为220m，布置成2环路；充填材料组方考虑了胶结充填、非胶结充填及添加石灰浆胶结充填三个系列，每个系列设计了3种灰砂比、3种骨料配比、4个浓度、4个流量的工况试验；试验和分析计算了不同管径、不同材质、不同弯头、不同料浆流向、不同浓度、不同流量、不同骨料配比、不同水泥含量的管道阻力和坍落度、抗压强度、浆体温度等料浆性能指标以及屈服应力、塑性粘度等流变参数，得到了不同配比膏体料的输送参数，提出了膏体充填中潜在的堵管影响因素。1.3本文研究内容本文以昭通铅锌矿全尾砂膏体充填为背景，开展如下内容的研究：(1)在前期材料试验的基础之上，针对昭通铅锌矿充填料基本物理、化学性质特征，确定膏体充填料的浓度范围，并考虑矿山提出的具体要求，设计环管试验的膏体充填料组方、工况。(2)针对昭通铅锌矿实际生产特征，开发适合于昭通铅锌矿全尾砂膏体充填料输送参数测试的试验平台，保证实验平台的管路系统符合实际生产中膏体充填料输送线路的特征、生产能力满足矿山实际充填生产能力的要求。(3)设计合理可行的试验方案，开展全尾砂膏体环管泵送试验，获得充填料管道输送的压力参数，应用MATLAB编程进行数据有效性的筛选。(4)根据全尺寸环管泵送试验结果，研究全尾砂膏体充填料管道输送的流变参数，计算全尾砂膏体充填料管道输送的管流沿程阻力，推导管流沿程阻力计算的经验公式，为充填系统的设计提供依据。1.4技术路线本课题采取现场调研、室内实验、现场半工业试验、理论研究等相结合的研究方法，通过现场调研、勘察，充分掌握矿山地质条件、生产状况、采空区及围岩状况，并进行尾砂的取样进行室内实验研究，对不同配比的尾砂充填料进行流动性、强度等试验，掌握全尾砂充填料转变为膏体的浓度、坍落度等条件，掌握膏体充填料的基本物理、化学特性，在此基础上设计全尾砂膏体环管输送试验平台，设计可行的环管试验方案，进行现场的全尺寸环管输送试验，采集充填料输送的压力参数，结合流变学理论研究云南昭通铅锌矿全尾砂充填料的流变特性。技术路线如图1.17 现场调研，掌握矿山具体生产现状；尾砂取样室内试验与测试尾砂物理化学性能测试膏体充填料配合比研究膏体充填料基本性能测试环管试验平台、方案设计现场环管试验，采集数据试验结果分析数据可靠性检验流变特性研究、输送阻力公式图1.1技术路线图8 第二章膏体充填料环管输送试验设计2.1前言对于水力充填而言，充填料的输送性能是工业生产上比较重要的参数，管道输送沿程阻力的大小直接关系到充填料能否顺利到达采场和空区。大量的研究机构都曾重点论述过充填工艺中管道输送阻力的基本理论与计算方法，目前国内外对于水力充填管道输送管流沿程阻力的计算有十余种经验公式，如杜兰德公式、纽纬特公式、金川公式、抚顺公式、新汶公式[3]等。由于具体矿山膏体充填使用的材料千差万别，其流变特性也差别较大，既有的充填料输送参数及输送阻力计算公式虽然有参照的价值，但直接引用往往会造成较大的误差。国内外矿山膏体充填技术研究和生产实践经验表明[29~34]，对于特定矿山的充填（尤其是膏体充填）而言，通常必须通过半工业或工业试验来系统膏体充填的流变学性能。如前（第一章）所述，国内外大量的研究单位及使用膏体充填技术的矿山都建有生产规模环管试验系统，以便了解和掌握膏体料管道输送的工艺参数，获得必要的的设计依据。为了使实验研究的成果更好地切合矿山的工业生产，环管试验必须在管路布置、生产能力等方面符合矿山的生产实际，这是环管试验作为半工业试验的最基本出发点。因此，本章根据昭通铅锌矿生产实际并结合其充填系统基本方案，开发适合于测试全尾砂膏体输送参数的试验平台，并设计相应的试验方案，以期通过试验得出全尾砂膏体管道输送的流变学参数和规律。2.2环管输送试验系统设计2.2.1设计原则(1)环管试验作为半工业试验，其生产能力应满足矿山实际充填生产的膏体输送要求。(2)环管试验的管路布置应符合云南昭通铅锌矿全尾砂膏体充填的工程特点，即至少包含水平输送管道、倾斜下行输送管道、倾斜上行输送管道、垂直上行输送管道和垂直下行输送管道等5种管道布置形式。2.2.2设备及管路系统(1)搅拌机9 昭通铅锌矿地处云南昭通彝良县，当地工业生产较落后，且运输条件不便，因此，全尾砂膏体环管泵送试验应优先考虑使用矿山现有设备。根据矿山设备现状，全尾砂膏体料制备选用1台JS500滚筒反转式混凝土搅拌机进行搅拌。为了制备均匀、合格的膏体料，适当延长搅拌时间，设计要求制备膏体料的搅拌时间为8min~10min。图2-1JS500混凝土搅拌机图2-2JS500混凝土搅拌机技术参数(2)输送泵环管试验作为半工业试验，其输送泵生产能力应满足昭通铅锌矿充填采矿、空区治理的膏体输送要求。昭通铅锌矿全尾砂膏体环管试验输送泵选用1台HBT50.13.90S型混凝土泵，最大理论输送量为66m3/h，最大泵送压力为13MPa。图2-1为HBT50.13.90S型混凝土泵工作原理图，图2-2其换向机构图，HBT50.13.90S型混凝土泵技术参数如表2-1。表2-1HBT50.13.90S混凝土泵技术参数表理论输送量泵送油缸(缸径/行程)泵送压力(低/高压)MPa液压系统主油泵工作流量L/min转速功率液压系统压力(低/高压)r/minkwMPa32m3/hmm双泵双回路66/4013/7148090277Ф125/1600开式系统输送距离(垂直/水平)砼输送缸(缸径/行程)液压油箱混凝土坍落度mm高/低压料斗容积上料高度外形尺寸容积切换m3mmmmLmmm有5000.81400270/1200120～230Ф200/16006000×2100×225010 (3)管路根据国内外矿山膏体充填的经验[35~38]和昭通铅锌矿全尾砂膏体充填系统的初步方案，全尺寸环管泵送试验平台选用内径为DN150mm、管壁厚度为δ8mm的普通无缝钢管，配内径DN150mm、曲率半径R1500mm、壁厚δ8mm的90°弯管。根据昭通铅锌矿的工程特征（昭通铅锌矿坑口标高高于拟建充填站底边标高，周边邻近范围内无高于坑口的较平坦地面可做充填站，矿山采用斜井+斜坡道开拓，充填料要经过斜井进入空区），全尺寸环管泵送试验管路系统设置水平输送管道、倾斜下行输送管道、倾斜上行输送管道、垂直上行输送管道和垂直下行输送管道等5种管道布置形式，总长度为138.85m(包括倾斜管、水平管、垂图2-3HBT50.13.90S混凝土泵工作原理图11 图2-4HBT50.13.90S混凝土泵换向机构图2-5HBT50.13.90S混凝土泵直管和弯头)，布置成1个环路。图2-6为图管路布置图12 图2-7R1500弯管图2-830°倾斜管图2-9水平管13 图2-10排料口管道采用法兰联接。选用法兰为凸面(RF)带颈平焊钢制管法兰(HG20606-97)，PN15.0MPa、DN150mm、外径380mm、联接件12×M30；配凸面型钢制管法兰用石棉橡胶垫片，DN150mm，外径317.5mm、内径159mm、厚度δ3mm；法兰用紧固件为M30×120mm。管路系统装备2个三通管和4个阀门。选用三通管为DN150mm、δ8mm(高压)，选用阀门为Z43/643H/X铸钢平板闸阀，DN150mm、PN10.0MPa。昭通铅锌矿环管泵送试验系统管路布置见图2-2。环管泵送试验管路系统主要材料消耗及备用如表2-2。表2-2管路系统主要材料消耗及备用表序号材料名称普通无缝钢管90°弯管规格、型号单位m数量15210备注12内径D150、壁厚δ8备用12m备用2个内径D150、曲径R1500、壁厚δ8凸面带颈，PN15.0、DN150、D380、12×M30个3联接法兰(1)片70含备用456法兰垫圈法兰用紧固件三通管外径216、内径170.5M30×120个个个504503含备用含备用高压DN150、δ8备用1个Z43/643H/X铸钢平板闸阀，DN150、PN10.07阀门个66备用2个89普通无缝钢管内径D100、壁厚δ5(仪表厂商提供图纸加工)m仪表短管仪表连接联接法兰(2)个14 图2-6环管泵送试验管路系统图15 2.2.3仪表及数据采集(1)测试仪表料浆密度测量采用核子密度计(型号规格：AMKM525/40Φ150)；料浆流量测量采用电磁流量计(型号规格：AE215MG-AS2-TSJ-A10H/ELC)；管道测点压力测量采用远传压力变送器(型号规格：KY1151YF-1810RFW120～13MPa)；图2-11远传压力变送器图2-12核子密度计图2-13流量计与远传压力变送器料浆温度测量采用温度传感器(型号规格：KZWB/4x)。16 选用的测试仪表如表2-3。环管试验系统仪表安装图见图2-14表2-3测试仪表(软件)一览表序号1单位套套套套数仪表名称规格、型号备注量131远传压力变送器电磁流量计KY1151YF-1810RFW12；0～13MPaAE215MG-AS2-TSJ-A10H/ELCAMKM525/40DN150×δ8KZWB/4x备用1套23核子密度计14远传温度变送器1备注：每套远传压力变送器和温度变送器均配有1片法兰17 图2-14环管泵送试验仪表位置图18 (2)测量数据采集选用工控系统。设计选择工控系统型号规格：工业组态软件(组态王)；数据采集器(PLC柜)。数据采集有两种方式：图2-15PLC柜图2-16工业组态软件工作界面19 a自动采集试验平台管道测点的压力数据的采集记录由远传压力变送器通过工控系统自动完成，每一浓度的每一流量(流速)条件下的压力传感器在10min内读数不少于10次，自动采集形成的记录报表(Excel表格和曲线图)不少于10个。温度传感器、核子密度计、电磁流量计同时测定的充填料温度、浓度、泵送流量数据也由工控系统自动采集记录。b手动采集试验平台管道测点的压力数据的采集记录同时由远传压力变送器通过工控系统手动完成，每一浓度的每一流量(流速)条件下的压力传感器在10min内读数不少于10次，手动采集形成的记录报表(Excel表格和曲线图)不少于10个。温度传感器、核子密度计、电磁流量计同时测定的充填料温度、浓度、泵送流量数据也由工控系统自动采集记录。2.3环管输送试验膏体组方、工况设计2.3.1膏体充填的定义与判别“膏体”的定义目前并没有达成统一的共识，膏体充填料的基本特性有三项：稳定性、流动性和可塑性，这些基本特性在生产中体现为膏体的可输送性，可用坍落度、分层度、黏度等指标反应[3]。不同的研究者提出的膏体评判标准，大都是从反应上述膏体特性的指标。材料[39]认为，膏体是含水率很低（10%~25%）的细固体粒料混合物，其稠度按坍落度（美国材料试验标准）来衡量，应在0~350mm之间；文献[40]]认为，全尾砂膏体充填料应满足质量浓度达到75%~82%，加粗颗粒时应达到81%~88%；、大体来说，判定或检验膏体的方法大致有一下几种：（1）浓度浓度检测法的依据在于，对各个矿山的具体充填材料而言，浆体从两相流状态转变成结构流状态的必要条件首先是浓度达到一定的范围。浓度过低，必然会出现分层离析现象。浓度检测法的缺点在于，不同的充填料，材料性质、粒度组成差别较大，充填料浆由两相流转变为结构流的临界浓度也千差万别。因此，浓度检测法有很大20 的局限性，不能作为判别料将是否转变为膏体的定量指标。（2）坍落度坍落度是料将流动性能的最直观表现，切坍落度与料将的浓度、配比有直接的关系，因此可以通过坍落度指标来判别充填料浆是否转变为膏体。但坍落度指标并不能全面反映膏体的特性。（3）黏度通常认为，黏度越大，膏体充填料的分层离析越不容易发生，因次，黏度可以反应膏体的抗离析性。但黏度可能因为泵送、搅拌等机械力作用而改变。（4）分层度我国的金川公司1999年建筑学中的“分层度”指标表引入到膏体充填领域，提出以“分层度”检验和判别膏体[41]。用分层度检验膏体，其依据在于膏体充填料的作为柱塞流最重要特性——抗离析性和抗分层性。理论上讲，膏体充填料的分层度应为0，但在实际工程中，只要分层度小于一定值，充填料就不容易发生离析，保证可长距离输送的可能。笔者认为，在工程上可以通过“析水率+坍落度”指标来检验和判别膏体，析水率可反映膏体的抗离析性，坍落度可反映膏体流动性，这两个指标都可以简单快捷的测出，在工程上是可行的。2.3.2设计原则环管泵送试验的全尾砂膏体组方及输送工况设计应在材料性能试验研究的基础之上进行，以保证以下两点为原则：1、材料应有合适的灰砂比，以保证其强度满足矿山采矿生产的要求；2、材料的各物理参数（主要是浓度、分层度、坍落度等）满足“膏体”的要求。2.3.3材料性能根据前期的材料试验，充填料浆的基本性能如下：21 表2-4灰砂比1︰4全尾砂膏体性能试验表(一)试验浓度膏体配料(材料消耗)/g坍落度测量/cm析水率测量平均值=（①+②+③+④）÷4析水率=（B―C）÷（B―A）×100%全尾砂1200012000120001200012000水泥30003000300030003000水①27②27③④平均值26.9522.1815.288.60皮重A167初重B1333.51298.51382终重C1311析水率1.930401040204030404040576787980824737423139883750329326.922.115.38.526.922.115.48.622.315.28.7422.215.28.641791286.513691.07176.5176.51751.08125712490.743.93.93.9512921283.50.76表2-5灰砂比1︰4全尾砂膏体性能试验表(二)膏体试块强度=（①+②+③）÷3×1000÷70.7÷70.7(MPa)试验浓度容重测量3d7d14d28d容重=（F―D）÷（E―D）×100%①②③无强①②③强①②③强①②③强皮重D269.5269.5269.5269.5269.5杯水重16451645164516451645杯浆重2994.53064容重040104020403040404057678798082无0.670.1340.1230.1240.1680.2280.780.931.980.560.570.750.930.670.610.610.851.192.032.032.052.090.683063.53085养护养裂0.91581.30313922 表2-6灰砂比1︰8全尾砂膏体性能试验表(一)试验号浓度%膏体配料(材料消耗)/g坍落度测量/cm析水率测量平均值=（①+②+③+④）÷4析水率=（B―C）÷（B―A）×100%全尾砂1200012000120001200012000水泥15001500150015001500水①②③④平均值26.8523.5517.308.45皮重A167初重B1255.51250.51351终重C1232.51237析水率2.110801080208030804080576787980824264380835893375296426.923.717.38.426.623.517.38.726.823.517.48.427.123.517.28.31791.26176.5176.51751339.512450.9812510.565.25.35.25.35.251348.513440.38表2-7灰砂比1︰8全尾砂膏体性能试验表(二)膏体试块强度=（①+②+③）÷3×1000÷70.7÷70.7(MPa)试验浓度容重测量3d7d14d28d容重=（F―D）÷（E―D）×100%①②③强①②③强①②③强①②③强皮重D269.5269.5269.5269.5269.5杯水重16451645164516451645杯浆重2986.53043容重0801080208030804080576787980820.490.58损0.490.550.790.940.950.530.630.731.031.130.1010.1170.1520.1810.2061.982.022.052.062.0830900.741.013097312523 表2-8灰砂比1︰12全尾砂膏体性能试验表(一)坍落度测量/cm析水率测量试验号浓度%膏体配料(材料消耗)/g平均值=（①+②+③+④）÷4析水率=（B―C）÷（B―A）×100%全尾砂1200012000120001200012000水泥10001000100010001000水①②27.123.217③27.323.317④27.223.217平均值27.2023.2317.0310.354.40皮重A167初重B1257终重C12431226132813351343析水率1.281201120212031204120576787980824106366734563250285427.223.217.110.44.417912381.13176.5176.517513411.1210.34.410.34.410.44.413460.941350.50.64表2-9灰砂比1︰12全尾砂膏体性能试验表(二)膏体试块强度=（①+②+③）÷3×1000÷70.7÷70.7(MPa)试验浓度容重测量3d7d14d28d容重=（F―D）÷（E―D）×100%①②③强①②③强①②③强①②③强皮重D269.5269.5269.5269.5269.5杯水重1645杯浆重29873047308130913156容重1.982.022.042.052.10120112021203120412057678798082无压力0.530.630.750..800.560.500.680.720.830.1060.1280.1450.1630.520.890.981.050.490.700.760.870.530.831.241.160.1030.1610.1990.20516450.610.700.8116451645164524 表2-10灰砂比1︰16全尾砂膏体性能试验表(一)试验浓度坍落度测量/cm析水率测量膏体配料(材料消耗)/g平均值=（①+②+③+④）÷4析水率=（B―C）÷（B―A）×100%全尾砂1200012000120001200012000水泥750750750750750水①②③④27.624.717平均值27.4524.6817.1310.853.30皮重A167初重B1181终重C11581296138513161223析水率2.271601160216031604160576787980824027359733903188279927.424.817.210.93.327.224.617.210.83.427.624.617.110.83.317913232.36176.5176.517514041.5510.93.21330.512331.260.95表2-11灰砂比1︰116全尾砂膏体性能试验表(二)膏体试块强度=（①+②+③）÷3×1000÷70.7÷70.7(MPa)试验浓度容重测量3d7d14d28d容重=（F―D）÷（E―D）×100%①②③强①②③强①②③强①②③强皮重D269.5269.5269.5269.5269.5杯水重16451645164516451645杯浆重29713055307631073167容重1601160216031604160576787980821.962.032.042.062.1125 表2-12灰砂比1︰20全尾砂膏体性能试验表(一)试验浓度坍落度测量/cm析水率测量膏体配料(材料消耗)/g平均值=（①+②+③+④）÷4析水率=（B―C）÷（B―A）×100%全尾砂1200012000120001200012000水泥600600600600600水①②③④平均值27.3023.5816.7311.255.18皮重A167初重B1297.51266.51222终重C1282.51258析水率1.332001200220032004200576787980823979355433503150276627.323.618.611.35.227.223.618.511.25.227.323.518.611.35.227.423.611.211.25.11790.78176.5176.517512150.67130813040.35132913260.26表2-13灰砂比1︰20全尾砂膏体性能试验表(二)膏体试块强度=（①+②+③）÷3×1000÷70.7÷70.7(MPa)试验浓度容重测量3d7d14d28d容重=（F―D）÷（E―D）×100%①②③强①②③强①②③强①②③强皮重D269.5269.5269.5269.5269.5杯水重16451645164516451645杯浆重29883060307630893131容重2001200220032004200576787980821.982.032.042.052.0826 表2-14100%全尾砂膏体性能试验表(一)试验浓度坍落度测量/cm析水率测量膏体配料(材料消耗)/g平均值=（①+②+③+④）÷4析水率=（B―C）÷（B―A）×100%全尾砂1200012000120001200012000水泥水①②③28④28.126.826平均值28.2326.7525.9022.309.65皮重A167初重B1150.51296.51259.51380终重C1120.51276析水率3.050001000200030004000576787980823790338531903000263528.426.825.922.39.728.426.825.922.39.726.625.822.39.51791.83无176.5176.517512391.8922.39.71365.514051.201412.50.61表2-15100%全尾砂膏体性能试验表(二)膏体试块强度=（①+②+③）÷3×1000÷70.7÷70.7(MPa)试验浓度容重测量3d7d14d28d容重=（F―D）÷（E―D）×100%①②③强①②③强①②③强①②③强皮重D269.5269.5269.5269.5269.5杯水重16451645164516451645杯浆重29793050309531233187容重0001000200030004000576787980821.972.022.052.072.1227 2.3.4输送沿程阻力测试的膏体组方、工况设计全尾砂膏体充填的组方，主要是指材料及其配比，对于具体矿山的充填料输送而言，当充填固料确定时，充填料配比、浓度、和流量的组合称为一个工况，昭通铅锌矿的组方、工况设计如下(1)膏体充填料浓度范围的确定从材料试验的数据可以看出，云南昭通铅锌矿的全尾砂充填料，当质量浓度在76%以上时，其坍落度、析水率等符合膏体的标准，但浓度超过80%以后，料浆的坍落度损失过大，可泵行较差，因此，设计环管试验浓度范围为76%~80%，开展76%、77%、78%、79%、80%共计5个浓度的实验(2)膏体充填料配比设计昭通铅锌矿所用骨料为单一全尾砂，其“配比”主要是指灰砂比。因此，对于该矿山充填工程而言，配比的设计，就是选择合理的灰砂比，使胶结充填体强度满足《有色金属矿山生产技术规程》中“胶结充填体的强度应满足充填体保持自立和在承受爆破震动时不塌落的要求，通常不应小于1MPa，人工底柱胶结充填体的强度应大于4Mpa”的规定。灰砂比的设计方法，通常以经验类比法为主。从目前国内外矿山的生产情况来看，充填体底部结构采用的灰砂比一般为1∶3~1∶4，其他部位为1∶8~1∶20，因此，本次环管试验设计进行1∶4、1∶8、1∶12、1∶16四个等间距灰砂比的试验，考虑到实际生产中灰砂比1∶8~1∶12范围内的使用较广泛，在此区间内进行加密，增加一组灰砂比1∶10的实验。(3)环管试验流速设计膏体充填的生产能力[42]，一般为60~80m3/h，昭通铅锌矿生产能力较小，60m3/h的生产能力可满足充填要求。试验设计55m3/h、60m3/h、65m3/h三个流量，根据选定的管径，以设计的的输送流量计算流速，结果列入表2-17。表2-16泵送流量(流速)设计表序号123流量(m3/h)流速(m/s)6560551.0220.9430.864综上，昭通铅锌矿全尾砂膏体充填料环管输送试验设计进行1∶4、1∶8、1∶10、1∶12、1∶16共计5组灰砂比的完全试验，每组灰砂比设计进行76%、77%、78%、79%、80%共计5个浓度、每个浓度对应3个输送流量(流速)的试验。28 试验采用完全试验方法，全尾砂膏体全尺寸环管泵送试验计75次试验。全尺寸环管泵送试验的全尾砂膏体组方及输送工况设计如表2-18。表2-17环管试验组方、工况设计表配比组方工况灰砂比1:4,浓度80%，流量65m3/h灰砂比1:4,浓度80%，流量60m3/h灰砂比1:4,浓度80%，流量55m3/h灰砂比1:4,浓度79%，流量65m3/h灰砂比1:4,浓度79%，流量60m3/h灰砂比1:4,浓度79%，流量55m3/h灰砂比1:4,浓度78%，流量65m3/h灰砂比1:4,浓度78%，流量60m3/h灰砂比1:4,浓度78%，流量55m3/h灰砂比1:4,浓度77%，流量65m3/h灰砂比1:4,浓度77%，流量60m3/h灰砂比1:4,浓度77%，流量55m3/h灰砂比1:4,浓度76%，流量65m3/h灰砂比1:4,浓度76%，流量60m3/h灰砂比1:4,浓度76%，流量55m3/h灰砂比1:8,浓度80%，流量65m3/h灰砂比1:8,浓度80%，流量60m3/h灰砂比1:8,浓度80%，流量55m3/h灰砂比1:8,浓度79%，流量65m3/h灰砂比1:8,浓度79%，流量60m3/h灰砂比1:8,浓度79%，流量55m3/h灰砂比1:8,浓度78%，流量65m3/h灰砂比1:8,浓度78%，流量60m3/h灰砂比1:8,浓度78%，流量55m3/hA00浓度80%A01浓度79%A02灰砂比1:4浓度78%A03浓度77%A04浓度76%B00浓度80%B01灰砂比1:8浓度79%B02浓度78%29 灰砂比1:8,浓度77%，流量65m3/h灰砂比1:8,浓度77%，流量60m3/h灰砂比1:8,浓度77%，流量55m3/h灰砂比1:8,浓度76%，流量65m3/h灰砂比1:8,浓度76%，流量60m3/h灰砂比1:8,浓度76%，流量55m3/h灰砂比1:10,浓度80%，流量65m3/h灰砂比1:10,浓度80%，流量60m3/h灰砂比1:10,浓度80%，流量55m3/h灰砂比1:10,浓度79%，流量65m3/h灰砂比1:10,浓度79%，流量60m3/h灰砂比1:10,浓度79%，流量55m3/h灰砂比1:10,浓度78%，流量65m3/h灰砂比1:10,浓度78%，流量60m3/h灰砂比1:10,浓度78%，流量55m3/h灰砂比1:10,浓度77%，流量65m3/h灰砂比1:10,浓度77%，流量60m3/h灰砂比1:10,浓度77%，流量55m3/h灰砂比1:10,浓度76%，流量65m3/h灰砂比1:10,浓度76%，流量60m3/h灰砂比1:10,浓度76%，流量55m3/h灰砂比1:12,浓度80%，流量65m3/h灰砂比1:12,浓度80%，流量60m3/h灰砂比1:12,浓度80%，流量55m3/h灰砂比1:12,浓度79%，流量65m3/h灰砂比1:12,浓度79%，流量60m3/h灰砂比1:12,浓度79%，流量55m3/h灰砂比1:12,浓度78%，流量65m3/h灰砂比1:12,浓度78%，流量60m3/hB03浓度77%B04浓度76%C00浓度80%C01浓度79%C02灰砂比1:10浓度78%C03浓度77%C04浓度76%D00浓度80%灰砂比1:12D01浓度79%D02浓度78%30 灰砂比1:12,浓度78%，流量55m3/h灰砂比1:12,浓度77%，流量65m3/h灰砂比1:12,浓度77%，流量60m3/h灰砂比1:12,浓度77%，流量55m3/h灰砂比1:12,浓度76%，流量65m3/h灰砂比1:12,浓度76%，流量60m3/h灰砂比1:12,浓度76%，流量55m3/h灰砂比1:16,浓度80%，流量65m3/h灰砂比1:16,浓度80%，流量60m3/h灰砂比1:16,浓度80%，流量55m3/h灰砂比1:16,浓度79%，流量65m3/h灰砂比1:16,浓度79%，流量60m3/h灰砂比1:4,浓度79%，流量55m3/h灰砂比1:16,浓度78%，流量65m3/h灰砂比1:16,浓度78%，流量60m3/h灰砂比1:16,浓度78%，流量55m3/h灰砂比1:16,浓度77%，流量65m3/h灰砂比1:16,浓度77%，流量60m3/h灰砂比1:4,浓度77%，流量55m3/h灰砂比1:4,浓度76%，流量65m3/h灰砂比1:4,浓度76%，流量60m3/h灰砂比1:4,浓度76%，流量55m3/hD03浓度77%D04浓度76%E00浓度80%E01浓度79%E02灰砂比1:16浓度78%E03浓度77%E04浓度76%2.4试验方法充填料浆的配置采用人工计量的方式，每一个组方只进行一次配料。同一个组方的不同工况，依照浓度的高低依次进行，即首先开展浓度为80%的泵送实验，数据采集工作结束后，按照计算的加水量均匀地向膏体充填料中加水，调节浓度至下一工况水平，直至试验完成；同一个组方的试验在一天内不间断地完成，以保证试验的有效性。31 调节浓度所需的加水量计算以配料时称量的尾砂、水泥、水为基本依据，由于实验中要对膏体充填料进行取样，完成坍落度、容重、强度等试验，加水量的计算要考虑取样的质量损失。同一个工况的实验中流量通过调节柱塞泵的活塞冲程周期来实现的，输送流量(流速)的改变从大到小依次进行。试验操作按如下步骤进行：(1)试验前12小时，从选矿厂尾矿库取样全尾砂3个样品，每个样品重量500g，采用烘干法测定全尾砂含水率；(2)根据当日试验计划和前日取样测定全尾砂含水率，计算膏体配料；(3)检查和清除搅拌机和混凝土泵料斗中的杂物；(4)采集记录压力传感器、温度传感器、流量计、浓度计的零点数据(Excel表及曲线)(5)用清水泵入管道以润滑管道，并注意该部份清水不允许返回混凝土泵；(6)按一次搅拌量(约0.3m3)称量备料全尾砂、水泥，人工向搅拌机上料；(7)在搅拌机干料入口处按设计浓度加水，搅拌时间要求8~10min；(8)搅拌制备好的充填料直接倾入混凝土泵的料斗；(9)在混凝土泵料斗装满(0.8m3)后，即开泵输送充填料；(10)当充填料充满整个环管管道返回到混凝土泵料斗形成了循环，且保持混凝土泵料斗内膏体装满度在70%以上(约0.6m3)，即停止制备充填料(总计需制备的充填料3.1m3)；(11)膏体料在环管泵送系统中连续运转5min~7min(2个以上循环)后，进行试验数据测试(此时充填料浓度基本稳定)；(12)标定混凝土泵活塞冲程周期，确定输送流量(流速)；(13)从混凝土泵料斗内人工取样膏体料测定坍落度、容重，并浇注膏体料强度试验试块(每组号取样1次，7.07cm3试块，5条模计15个试块)；(14)在10min内完成一个流量(流速)条件下的压力传感器、温度传感器、浓度计和流量计读数，自动形成记录报表(Excel表格和曲线图)，且手动记录报表不少于10个，要求每组报表与组号对应编号打包成文件夹；(15)改变混凝土泵活塞冲程周期进行流量(流速)的改变，每组进行3个流量32 (流速)条件下的压力传感器、温度传感器、浓度计和流量计读数，流量(流速)的改变设计从大至小(从高至低)依次进行，改变输送流量(流速)后经5min~7min(2个以上循环)的循环泵送后才能进行试验数据采集记录；(16)每一浓度3个流量(流速)条件下的试验数据测试完成，进行浓度的改变，浓度的改变，从高浓度至低浓度通过对膏体加水来实现，调整流量(流速)至最大(最高)值，在3min~4min内(膏体输送的1个循环周期)按设计加水量连续、均匀向混凝土泵料斗内加水；(17)加水完毕，依次进行第(h)~第(m)步骤操作的重复，直到完成1个试验单元、5个浓度、3个工况的试验；(18)膏体料用排料管排到堆料场(或测堆积角)，并对试验平台进行清洗，重点清洗混凝土泵活塞缸和料斗、管道、搅拌机，确保其内不残留膏体料；(19)试验平台清洗干净后，进行清水循环泵送，采集记录和形成记录报表(Excel表格和曲线图)，报表内容、形式和数量要求与膏体泵送要求一致；(20)清水循环泵送结束后，排空管道内的水，静态条件下采集记录压力传感器、温度传感器、流量计、浓度计的零点数据(Excel表及曲线)；(21)每天完成1个试验单元的试验；(22)取料全尾砂，烘干，测定含水率，为第2天(下一个试验单元)配料计算浓度做准备。2.5实验结果与分析昭通铅锌矿全尾砂膏体充填料环管输送试验设进行了1∶4、1∶8、1∶10、1∶12、1∶16共计5组灰砂比的完全试验，每组灰砂比设计进行76%、77%、78%、79%、80%共计5个浓度、每个浓度对应3个输送流量(流速)，共计75组试验，采集压力数据18000组(见附表1)。33 表2-18压力传感器报表(组方号：清水)系列P1(MPa）0.0340.0380.0380.0380.0450.0490.0490.0560.0750.0530.09P2(MPa）0.0150.0190.0190.0190.0230.0260.0340.0340.0340.0410.0530.0410.0260.0260.0410.0380.0380.0450.0410.041流量P3P4P5P6P7P8P9P10(MPa）0P11(MPa）0.0260.0260.0260.0260.0260.0260.0260.0340.0340.0340.0340.0380.0410.0410.0340.0410.0380.0340.0380.034P12流量(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）（m3/h）120.0230.0230.0230.0260.0260.0260.0380.0380.0410.0450.0450.0410.0410.0410.0450.0380.0450.0450.0450.0536500000.0080.0150.0150.0150.0230.0230.0260.0150.0190.0150.0230.0340.0340.0340.0260.0340.0340.0340.0450.034000000000000000000000066.23367.32666.96268.17768.54269.14971.21570.36571.09469.75771.09471.58000000300000400000050000.0040.0040006000007000008000000.0040.00409000001011121314151617181920组方号0.00400000000.0080.0150.0150.0150.0150.0230.0190.0080.0150.01500.00400.0040.0080.0150.0150.0080.0150.0080.0040.0040.0080.0450.0490.0490.0830.0720.0720.0490.0490.053清水0.0040.0040.004000000.0040.0040.0040.0040.0080.0040.0080.00871.82371.70171.70172.79571.09472.55272.55272.43100000000.0080.0080.0080.015温度（℃）0000000018.14浓度（%）2010-12-7（m3/h）34 表2-19压力传感器手动报表(组方号：A00)系列P1(MPa）2.4112.5772.4412.6522.3742.6562.5622.4532.5652.5392.2532.2162.3102.2342.4562.3212.1712.2572.0842.479A00P2(MPa）2.6292.5732.5922.4832.3282.5012.5582.6182.6032.5772.1782.1442.3592.1702.0952.1822.2272.2012.0462.246流量P3(MPa）1.9182.0091.9942.0351.9602.0202.0501.9942.0652.0691.7721.6331.7831.8021.6631.7531.8021.9181.9261.90065P4(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）（m3/h）P5P6P7P8P9P10P11P12流量121.9001.8391.8811.8061.9221.9031.8471.9521.9331.8961.6811.4561.6891.6631.8431.7121.5691.6171.7531.633温度1.7911.7451.7301.7571.5761.7121.7341.8661.8851.8021.5201.5461.5461.5081.6021.6171.4481.4901.4821.50818.401.5651.6171.5651.6441.5801.6061.5991.6701.6741.6061.4071.2641.3501.3321.4371.3501.2751.4561.3501.392浓度1.6061.6441.5761.6811.6141.6441.6211.6741.6511.6441.4441.3241.3541.3881.4561.2451.2191.3621.2561.369801.5691.5651.6591.5651.5011.6251.5611.4181.3771.4711.3921.2941.4261.4291.3351.2861.4751.5121.1811.5611.2981.2381.3391.3771.2001.2791.3801.3431.1101.4181.1701.1361.1441.1701.2231.2941.2831.2751.0191.2260.3800.4210.4550.3990.2970.4510.3840.4510.3610.4210.3230.2860.3610.4480.4700.4100.3910.4290.3200.4480.1880.3610.3800.3010.2290.3200.1840.2480.4100.3950.2600.2110.3800.2220.2290.1690.2290.1840.2330.2110.0410.0410.0450.0410.0490.0790.0300.0570.0380.1810.0600.0450.0940.0410.0340.0260.0530.0530.0530.00450.55633.05653.71537.18733.54229.65353.71543.87250.55641.19840.95531.8434567891011121314151617181920组方号46.42434.63528.55939.98343.26448.12554.93148.8542010-12-6（m3/h）（℃）（%）35 表2-20压力传感器手动报表(组方号：B00)系列P1(MPa）2.4902.0462.4222.0652.1822.1401.8662.2572.2342.1672.2612.1482.4412.2082.0691.9032.1332.4491.8582.167B00P2(MPa）2.2461.9182.4262.3132.2982.2382.1102.2642.1782.2342.3922.3322.1592.1482.1672.2272.1292.1482.3132.144流量P3(MPa）2.0351.9371.7121.7681.8472.0091.5201.8961.8661.8281.6551.6931.9151.9031.8851.8241.8661.8621.6441.89665P4(MPa）1.7491.8211.7491.6511.6251.6891.4181.8851.8431.7751.6781.6401.6401.6441.4331.4261.7721.7871.5991.783温度P5(MPa）1.5651.6931.5461.5201.2681.2231.3391.4561.4111.6551.5051.5051.4181.3921.2301.2861.6511.6331.4671.64420.95P6(MPa）1.3691.3731.4371.4821.0981.3171.1511.4141.2601.4751.4711.4111.2941.3051.3051.4291.4371.4291.4141.275浓度P7(MPa）1.4901.2941.6021.4901.3201.4631.3501.4371.4751.3581.6021.5311.3921.3801.3541.4261.3021.3881.5571.41180P8(MPa）1.5121.2261.6401.6631.1321.4931.1281.5871.3881.2791.5201.6171.4371.4291.4331.5691.2791.3321.5311.467P9(MPa）1.3541.0871.3131.1101.1851.0800.9551.1511.0381.1061.3200.9371.2301.3051.0531.1811.2041.2751.0801.170P10(MPa）0.4740.3350.4740.3760.3650.4660.3840.3390.2480.3840.4020.3910.3080.3650.2600.2600.3200.3390.3390.305P11(MPa）0.1880.1880.1770.1880.3010.2860.2110.3610.3760.2780.1840.2670.1770.1770.1690.1580.2970.2860.3050.173P12流量(MPa）（m3/h）120.0720.0640.0530.0490.0490.0640.1130.0900.1620.0830.1580.0450.0560.0640.0640.0640.0490.0450.0530.05342.04956.14651.77150.92038.28143.14259.79248.73348.00348.24752.50044.47949.21951.77141.44148.73346.05951.52856.38954.08034567891011121314151617181920组方号2010-12-5（m3/h）（℃）（%）36 表2-21压力传感器自动报表(组方号：A00)系列P1(MPa）0.220.211.811.570.440.181.9P2(MPa）0.260.241.751.510.450.231.831.641.851.9P3P4P5P6P7P8P9P10(MPa）0.080.080.3P11(MPa）0.060.060.170.110.040.110.130.120.130.130.280.020.130.140.110.130.130.120.020.130.120.15P12流量（m3/h）0(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）120.520.50.490.471.341.040.290.411.261.081.20.440.431.210.910.181.211.120.931.061.251.670.511.181.210.090.121.151.050.621.211.041.230.450.451.150.80.510.511.170.840.290.3810.510.50.340.340.990.670.210.810.800031.411.110.380.511.321.191.461.491.931.261.461.480.210.251.391.260.631.461.251.481.160.840.30.02016.2814.140.250.20.050.210.230.170.210.250.50061.040.970.810.90.361.010.790.9025.5251.2823.3335.7341.9332.8158.2141.3240.17081.781.90.850.90.640.7090101112131415161718192021221.962.421.711.981.930.090.021.881.711.051.881.682.071.41.091.370.431.081.020.130.171.010.880.471.040.91.111.210.480.991.020.320.261.030.890.411.050.931.151.041.320.460.961.020.290.271.020.870.521.040.871.150.891.240.450.790.850.310.170.830.720.110.840.701.861.651.881.870.0201.751.091.361.380.170.200.020.190.240.150.080.230.210.020.230.2000043.0240.9542.414801.831.640.91.311.190.681.381.181.4300030.3836.0956.0231.111.861.611.98001.110.830.25037 表2-21压力传感器自动报表(组方号：A00)，续1系列P1(MPa）1.73P2(MPa）1.62P3P4P5P6P7P8P9P10(MPa）0.19P11(MPa）0.110.120P12流量（m3/h）38.52(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）23241.171.120.91.370.790.191.130.490.840.420.150.890.920.24800.790.910.240.701.561.110.720.130.20055.9251.331.060.110.0139.74组方号A00流量65温度18.50浓度2010-12-6组方号（m3/h）（℃）（%）表2-22压力传感器自动报表(组方号：B00)系列P1(MPa）1.861.391.711.051.731.451.692.261.691.751.9P2(MPa）1.831.351.711.411.691.491.662.221.671.731.911.68P3P4P5P6P7P8P9P10P11P12(MPa）0.030.020.030.010.030.020.010.030.030.030.030.03流量（m3/h）49.9539.3765.2652.3862.4743.8738.4(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）121.410.581.330.341.31.350.781.230.381.211.071.351.681.211.271.411.321.21.040.770.91.050.230.930.860.91.030.230.930.180.960.840.740.880.920.981.071.020.850.140.740.090.730.650.650.730.750.760.960.770.230.040.210.030.20.130.020.120.020.130.070.170.110.120.120.190.160.751.060.281.050.921.131.491.081.111.141.15340.110.880.790.861.310.930.961.030.99561.20.850.790.920.930.991.0610.120.150.271.541.961.291.341.511.37854.8147.0340.5946.390.210.210.31011121.740.2356.0238 表2-22压力传感器自动报表(组方号：B00)，续113141.730.351.581.761.911.561.731.591.38B001.750.061.340.291.211.41.250.131.151.311.251.171.231.11.070.050.941.151.091.021.090.970.9720.900.920.080.7910.940.190.830.990.970.851.060.80.930.180.840.970.950.851.110.790.940.740.060.70.230.020.190.230.220.180.230.180.190.130.110.110.130.120.130.130.110.150.030.0343.3948.7345.0937.8151.530.03161.740.820.790.680.650.620.640.03171.811.341.231.281.171.17650.990.870.980.840.77浓度（%）0.0444.9736.3440.1181.550.03191.670.03201.540.0345.6934.15211.511.11温度（℃）0.91800.03组方号流量（m3/h）2010-12-539 32.521.510.501234567891011111112系列1系列8系列2系列3系列4系列5系列6系列7系列9系列10系列17系列11系列18系列12系列19系列13系列20系列14系列15系列16图2-17环管泵送试验压力传感器手动数据曲线(组方号：A00)32.521.510.501234567891012系列1系列2系列3系列4系列5系列6系列7系列8系列9系列10系列17系列24系列11系列18系列25系列12系列19系列13系列20系列14系列21系列15系列22系列16系列23图2-18环管泵送试验压力传感器自动数据曲线(组方号：A00)32.521.510.501234567891012系列1系列8系列2系列3系列4系列5系列6系列7系列9系列10系列17系列11系列18系列12系列19系列13系列20系列14系列15系列16图2-19环管泵送试验压力传感器数据曲线(组方号：b00)40 2.521.510.50123456789101112系列1系列2系列3系列4系列5系列6系列7系列8系列9系列10系列17系列11系列18系列12系列19系列13系列20系列14系列21系列15系列16图2-20环管泵送试验压力传感器自动数据曲线(组方号：b00)0.10.080.060.040.020123456789101112系列1系列8系列2系列9系列16系列3系列4系列5系列6系列7系列10系列17系列11系列18系列12系列19系列13系列20系列14系列15图2-21环管泵送试验压力传感器数据曲线(组方号：清水)从实验结果可以看出，手动采集的数据离散度较小，在管道输送过程中随着距离的增加，压力逐渐损失，变化规律基本与流体力学理论符合。自动采集的数据离散度较大，部分测点的压力变化无规律性。这是由于数据采集的方式不同造成的，双缸活塞泵的冲程是周期式的，所以管路系统中压力的变化与传递也是周期式的，手动采集数据时，人工选择各测点压力的最大值；自动采集数据是在一个周期内严格按照固定的时间间隔来选择数据，而由于流量的波动，压力的波动并没有严格的时间周期，所以自动采集的部分数据出现异常，但从整体来看，自动采集的数据同样可以反应系统中压力的变化。测点6的压力值普遍低于测点7，这事由于实验过程中实际流量低，造成下行输送未满管造成的；下行输送未满管，充填料将会“跌落”式流动，造成冲击式41 的压力，导致局部压力异常（过大），从实验结果来看，测点8的部分压力数值过高（高于测点7），这种现象是充填生产中应注意规避的。2.6小结(1)在前期室内材料试验的的成果之上，分析了云南昭通铅锌矿全尾砂+水泥填料的基本物理特性，初步设计了云南昭通铅锌矿全尾砂膏体充填的组方，材料试验的结果表明，云南昭通铅锌矿的全尾砂充填料，当质量浓度在76%~80%时，其坍落度、析水率等符合膏体的标准。(2)针对昭通铅锌矿充填材料的特征，设计开发了适合于全尾砂膏体充填料输送参数测试的环管泵送试验系统，其生产能力满足矿山实际充填生产的膏体输送要求，管路布置符合云南昭通铅锌矿全尾砂膏体充填的工程特点。全尺寸环管泵送试验平台选用内径为DN150mm、管壁厚度为δ8mm的普通无缝钢管，配内径DN150mm、曲率半径R1500mm、壁厚δ8mm的90°弯管，管道总长138.85m(包括倾斜管、水平管、垂直管和弯头)，布置成1个环路。(3)全面开展了全尾砂膏体环管泵送试验，试验采用完全实验法，累计进行5个配比、每个配比5个浓度、每个浓度对应3个流量共计75组试验，采集压力数据18000组，并对比分析了手动采集和自动采集数据的不同，对异常数据进行了分析。全尾砂膏体环管输送试验数据结果列入附表1。42 第三章实验数据处理与分析3.1数据的可靠性在工业生产中经常要对各种对象进行测量。由于参与测量的五个要素(测量装置、测量环境、测量方法、测量人员以及被测量本身)都不可能做到完美无缺，这就使得测量结果中不可避免存在着误差。因此，对测量数据进行处理，得出最佳结果也就成了研究人员必做的一件工作。当实验数据量较大时，数据处理过程复杂、计算量大用人工处理可靠性不高。本文使用Malfab语言进行编程来处理测量数据，Matlab语言具有强大的数值运算能力…，包含多种功能函数，对于科学计算来说，编程极为简单，用几行命令即可快速地得到结果，降低了人为因素引起的误差，且编程简单。对环管泵送实验采集的数据，首先根据清水泵送的数据进行零点漂移处理，去除仪表本身的误差，然后进行开方检验，剔除误差过大的数据。整个过程由MATLAB编程实现。开始输入数据计算算数平均值剔除异常数计算单次测量标准差Y判别是否有异常数据N计算样本方差输出结果43 异常数据的剔除以单次测量的标准差为依据，P1~P9组压力数据的离散度较小，剔除时设置的单次测量标准差小，执行数据剔除后样板方差<0.1，P10~P11组压力数据的离散度较大，剔除时设置的单次测量标准稍大，执行数据剔除后样板方差<0.5。剔除异常数据后剩余的数据大于数据总量的60%。3.2管流沿程阻力计算对数据进行处理后，对不同的膏体充填料流向，根据全尺寸环管泵送试验工控系统采集记录的测点压力数据，分别计算管流沿程阻力，计算过程中剔除料柱静压对实验数据的影响。根据试验设计和实测的测点压力值，共计算了9种流向的管流沿程阻力：记P1-P2为△P1,压力传感器之间距离为L1，P2-P3为△P2，压力传感器之间距离为L2，P3-P4为△P3，压力传感器之间距离为L3……P11-P12为△P11，压力传感器之间距离为L11，各流向的管流输送阻力可如下计算：(1)水平直管阻力J1J1=△P9/L9(2)30°下行管阻力J2J2=(△P1+0.0243*g)/L1(3-1)(3-2)(3)30°R1500下行弯头阻力J3J3=△P2+0.0075*g-J2*1.05-J1*27.25(3-3)(3-4)(3-5)(3-6)(3-7)(4)上行管阻力J4J4=(△P4-L4*g)/L4(5)R1500上行弯头阻力J5J5=△P3-0.015*g-J1*0.3-J4*0.29(6)下行管阻力J6J6=(△P6+L6*g)/L6(7)R1500下行弯头阻力J7J7=△P7+0.015*g-J1*0.27-J6*0.22(8)R1500水平弯头阻力J844 J8=(△P8-J1*5.80)/2(9)30°上行管阻力J9J9=(△P11-0.0243*g)/L11(3-8)(3-9)式中：J1，J2，……，J9－管流沿程阻力，MPa；△P1,△P2,……，△P10－相邻传感器的压力差，MPa，g－膏体充填料容重，t/m3。不同泵送工况(充填料浓度、输送流量)条件下各组方的管流沿程阻力计算结果见表3-1。45 表3-1全尺寸环管泵送试验，管流沿程阻力计算结果表（灰砂比1：4）30°R1500下行30°下行R1500上行(Mpa/个)上行下行R1500下行(Mpa/个)R1500水平(Mpa/个)水平直管30°上行浓度流量(Mpa/m)(Mpa/m)(Mpa/m)(Mpa/m)(Mpa/m)(Mpa/个)0.00680.0092-0.08330.08830.02490.05670.06260.00180.03070.00280.01820.01150.02280.03310.04000.01180.01540.03410.01830.02180.02280.02600.02450.01250.00780.00740.00980.01460.01120.01050.03730.02210.0125--0.00610.00950.00920.01050.02240.02570.03340.02030.04380.01380.05930.04130.03910.05470.03060.0046-0.00200.00240.00260.00300.00380.00620.00800.00830.00990.01080.01190.01320.01960.01890.01970.00250.00560.00530.00600.00830.01640.01370.01830.01730.01780.02670.02750.03160.02900.02395560655560655560655560655560650.1826760.1995-0.00360.00660.0160-0.0026-0.0447-0.1927-77787980-0.0543-0.00170.00600.00850.00280.0057--0.00410.00560.0119-0.0084--0.0073-------0.0250-0.00430.00390.00680.00840.00920.01270.05100.03520.0251-0.01110.0031注：部分阻力因原始数据的可靠性不足未进行计算。46 表3-2全尺寸环管泵送试验，管流沿程阻力计算结果表（灰砂比1：8）30°R1500下行30°下行R1500上行(Mpa/个)上行下行R1500下行(Mpa/个)R1500水平(Mpa/个)水平直管30°上行浓度流量(Mpa/m)(Mpa/m)(Mpa/m)(Mpa/m)(Mpa/m)(Mpa/个)-0.11350.03340.04810.07530.14050.00900.00700.03500.01270.04720.02270.01650.03250.03340.02260.03830.02480.01360.03520.01810.01280.01220.00420.01380.00960.01240.01090.01250.01670.01840.0118-0.01050.00820.0097-0.00660.00830.0018-0.00140.00160.00200.00370.00530.00570.00860.00880.00910.00930.00940.01030.01270.01490.01770.00370.00840.00900.01020.01150.02240.01050.01700.02270.01720.01930.02210.02290.02630.0364556065556065556065556065556065-0.2505--760.0017-0.0537--0.0068-0.0575-0.00090.02290.02530.02950.07680.01610.02220.01260.02400.04250.04020.01240.01050.0156-777879800.1012-0.00400.00460.00240.00500.0075----0.0026----0.00380.00360.00220.00770.00600.00340.01920.02180.00760.05440.03630.0098-0.02210.00670.00610.0181---注：部分阻力因原始数据的可靠性不足未进行计算。47 表3-3全尺寸环管泵送试验，管流沿程阻力计算结果表（灰砂比1：10）30°R1500下行30°下行R1500上行(Mpa/个)上行下行R1500下行(Mpa/个)R1500水平(Mpa/个)水平直管30°上行浓度流量(Mpa/m)(Mpa/m)(Mpa/m)(Mpa/m)(Mpa/m)(Mpa/个)-0.03960.03340.0842-0.0402-0.00880.01040.01010.00900.00990.00530.00940.00510.01350.01550.01720.00780.01880.02160.0165-0.01970.01060.00580.01720.06380.03910.0318-0.00420.01170.00600.02230.03950.01790.01810.06040.01640.01180.01920.01550.04320.00550.02730.00540.00570.00650.00620.00700.00740.00950.00980.01050.01210.01230.01320.01940.02080.02030.01390.00710.01600.01070.00960.00950.01770.01430.02630.01530.01660.02110.02190.01860.0183556065556065556065556065556065--76--------0.09000.05650.10070.14670.01910.0046---77787980---0.02360.03740.0133-0.00230.00650.00430.00600.00150.01170.01140.01000.0063--0.00910.01870.02610.01490.02340.04990.0485-0.00310.00120.01040.01130.00480.00780.00890.05300.00890.0054----注：部分阻力因原始数据的可靠性不足未进行计算。48 表3-4全尺寸环管泵送试验，管流沿程阻力计算结果表（灰砂比1：12）30°R1500下行30°下行R1500上行(Mpa/个)上行下行R1500下行(Mpa/个)R1500水平(Mpa/个)水平直管30°上行浓度流量(Mpa/m)(Mpa/m)(Mpa/m)(Mpa/m)(Mpa/m)(Mpa/个)-0.07220.08130.0109-0.00800.0033-0.00860.00820.01000.00820.00810.01100.01350.01030.01210.01830.01180.01940.01750.02110.0322--0.02820.01240.02880.0297-0.01320.02910.02460.01720.03040.0187-0.00490.00550.00590.00530.00680.00790.00870.01000.01050.01210.01280.01360.01830.02040.02010.00450.00490.01410.00820.00880.01110.01530.01180.02210.01070.01780.02510.01900.02540.0209556065556065556065556065556065-76------0.04990.0935-0.00110.04140.03540.00030.0177--77787980--0.11440.03660.01550.01040.03510.04510.01110.04960.1024-0.01310.0046--0.0315-0.04160.02010.00650.02400.02160.0358--0.00440.00520.00110.00390.00500.00810.0057-0.05500.0838--0.0271---0.0042-0.0468-0.02820.01080.0596-0.0694注：部分阻力因原始数据的可靠性不足未进行计算。49 表3-5全尺寸环管泵送试验，管流沿程阻力计算结果表（灰砂比1：16）30°R1500下行30°下行R1500上行(Mpa/个)上行下行R1500下行(Mpa/个)R1500水平(Mpa/个)水平直管30°上行浓度流量(Mpa/m)(Mpa/m)(Mpa/m)(Mpa/m)(Mpa/m)(Mpa/个)0.00420.00860.00530.00690.00810.01140.00930.00570.00500.00390.01580.01130.01720.01340.0163---------------0.00090.02110.02450.0174-0.00880.00750.00710.00660.00770.00330.01030.00760.00470.01140.01670.01690.01470.01390.0041-0.04380.02700.03580.02440.01020.04340.02310.02040.01320.01490.05110.04350.02330.01170.02290.00840.02910.02900.01810.02230.01570.02860.01790.03090.03160.0083-0.00440.00550.00670.00640.00690.00760.00850.00990.01010.01230.01410.01520.01810.02090.01860.01600.02050.02160.01580.01860.02400.01680.01790.01780.01780.02360.02650.02820.02870.0321556065556065556065556065556065-76-0.00160.00300.00270.0032-777879800.01920.00380.00720.03320.02520.01300.02640.00610.02220.03620.00460.00400.0007-0.01280.01280.01970.03090.02640.0189注：部分阻力因原始数据的可靠性不足未进行计算。50 3.3管流沿程阻力分析3.3.1压力参数异常的分析环管试验所采集的压力参数，在下行直管段波动较大，该段管流沿程阻力的计算值明显较理论值偏小，其后的R1500mm90°弯头段则明显偏大，这是因为，在下行直管输送段，膏体充填料为实现满管输送，负压的存在干扰了实验结果，且下行的流向会因为充填料的“跌落”式流动造成冲击式的压力，导致局部压力异常（过大），上述情况是充填系统中常见的问题。3.3.2管流沿程阻力与流量的关系全尺寸环管泵送试验数据计算结果显示，膏体充填料输送的管流沿程阻力随输送流量(或流速)的增加而增大。图3-1是水平管膏体充填料管流沿程阻力与输送流量关系曲线。图3-2是30°上行输送管流沿程阻力与输送流量关系曲线。0.01800.01600.01400.01200.01000.00800.00600.00400.00200.0000灰沙比1:4灰沙比1:8灰沙比1:12灰沙比1:16556065流量(m³/h)图3-1水平管输送沿程阻力与输送流量关系曲线0.03000.02500.02000.01500.01000.00500.0000556065输送流量(m³/h)灰沙比1：16灰沙比1：8灰沙比1：12灰沙比1：4灰沙比1：10图3-130°上行输送流沿程阻力与输送流量关系曲线51 3.3.3管流沿程阻力与浓度的关系充填料的浓度对管流沿程阻力的影响十分显著，特别是当充填料浓度达到某一较高值的时候，管流阻力随着浓度的提高急剧增大，成近似的正比例幂指数关系。图3-2是不同输送浓度条件下水平管全尾砂膏体充填料浓度与管流沿程阻力之间的关系。0.02500.0200灰沙比1:160.01500.01000.00500.0000灰沙比1:12灰沙比1:10灰沙比1:8灰沙比1:47677787980全尾砂膏体浓度（%）图3-3浓度与水平直管管流沿程阻力之间的关系曲线3.3.4管流沿程阻力与灰砂比的关系全尾砂膏体充填料的管流沿程阻力与灰砂比相关，随着膏体充填料灰砂比的增加，管流沿程阻力先逐渐减小，灰砂比增大到一定范围时，管流沿程阻力又随其增大而增大。图3-3为不同灰砂比条件下水平管管流沿程阻力的变化曲线。0.01600.01400.01200.01000.00800.00600.00400.00200.00001:161:41:121:101:8图3-3全尾砂膏体充填料灰砂比与管流沿程阻力之间的关系曲线52 3.3.5全尾砂膏体充填料温度变化分析在环管泵送过程中，全尾砂膏体充填料的温度不断升高。全尾砂膏体充填料在泵送过程中的温度变化，可归结为多个原因。首先是输送过程中的机械力做功，使膏体充填料内能增加，其次是长时间的输送过程中，水泥逐渐发生水化反应，放出热量。3.4小结1、对全尾砂膏体环管泵送试验采集的压力数据进行了整理分析，并计算了不同配比、浓度、输送流量的全尾砂膏体在各种流向（30°上下行输送、90°R1500弯头上下行输送、水平直管输送）状态下泵送的沿程阻力。2、环管试验数据表明，全尾砂膏体充填料的管流沿程阻力于输送流量正相关，在膏体配料灰砂比、输送浓度相同的情况下，输送流量越大，膏体充填料的管流沿程阻力越大；全尾砂膏体充填料的管流沿程阻力与浓度正相关，浓度越大，管流沿程阻力越大；全尾砂膏体充填料的管流沿程阻力与灰砂比相关，灰砂比越大，管流沿程阻力越小。3、分析了全尾砂膏体环管输送试验数据采集结果中数据的异常。在下行直管输送段，负压的存在干扰了实验结果，且下行的流向会造成冲击式的压力，导致局部压力异常（过大）。4、分析了全尾砂膏体环管输送试验中膏体充填料的温度变化，认为输送过程中的机械力做功，是膏体充填料温度上升的主要原因，其次是长时间的输送过程中，水泥逐渐发生水化反应，放出热量53 第四章膏体充填料的流变参数4.1前言充填工程中要实现膏体的长距离输送，研究其管流沿程阻力和流变参数是必要的，对于深入了解膏体在管道中的运动状态和变化特点，确定膏体管道输送参数，指导充填工程系统设计和工业生产等都具有重要意义。大量的研究机构都曾重点论述过充填工艺中管道输送阻力的基本理论与计算方法，目前国内外对于水力充填管道输送管流沿程阻力的计算有十余种经验公式，如杜兰德公式、纽纬特公式、金川公式、抚顺公式、新汶公式等。影响管流输送沿程阻力的因素有很多，对于全尾砂膏体充填而言，主要是充填料固料的物理化学性质、浆体黏度、屈服应力等，不同的矿山之间充填料的性质千差万别导致其经验公式的局限性，直接引用目前已有的经验公式，必然会造成过大的误差，给生产带来损失。因此，对于特定矿山的膏体充填而言，必须借助试验的方法，进行流体力学、流变力学研究，掌握其膏体充填料的管道输送特性，总结推导管流沿程阻力计算的经验公式。为此，本章在第三章建立全尺寸环管泵送试验平台和管道输送试验的基础上，研究全尾砂膏体料输送的管流沿程阻力和流变参数，为膏体充填的管道输送设计提供数据支持。4.2流变参数的计算4.2.1环管试验测算膏体流变参数的理论基础膏体充填料浆属于非牛顿流体，根据固料粒级和膏体充填料配比，昭通铅锌矿膏体充填料应属于塑性结构体类型。宾汉塑性体的(Bingham)流变关系为为[3]：t=t0+h´(du/dy)(4-1)式(4-1)表明：宾汉体具有一定的抗剪能力，即屈服应力也叫初始切应力，宾汉体产生流动的条件是施加不小于初始切应力t0的外力作用，具有塑性粘度系数h的膏体，在开始流动后，剪应力t的大小与塑性黏度系数h和流速v的梯度(dudy)的大小成正比。膏体充填料在管道输送过程中，固体颗粒不发生沉降，膏体充填料内层与层间也不出现交流，整体上是一种柱塞状的结构流，柱塞流横断面上的速度变化为54 常数，只有在近管壁处润滑层的速度有一定的变化。这种流态称为层流。宾汉体适用于管流的流变方程可由白金汉(Buckingham)方程描述：4æ8vöç÷tw=t0+h´(4-2)3èDø从式4-2可以看出：在管径D确定的条件下，tw是流速的一次函数，其图h像为一条直线，该直线的斜率与管径之积除以8就是膏体塑性黏度系数的值，直线在tw轴上的截距的3/4则为屈服剪切应力t0的值。在膏体充填聊环管输送实验中，根据环管试验采集的的压力数据可计算管壁切应力tw的数据：用压力传感器测量出的压力值计算出一定管道长度l两端的压差DP，即可算出管流沿程阻力j=(Dpl)(4-3)根据管流静力学平衡理论，管流沿程阻力数值等于管壁上的流体摩擦阻力，可得出如下公式：pD2´DP=pD´tw´l(4-4)4式(4-4)整理可得：D´Dptw=(4-5)4l环管试验测算膏体充填料的流变参数，就是基于此。只要采集足够多组压力数据并按照式4-5计算出管壁切应力tw，以相应的流速数据对应管壁切应力tw的数据，按式4-2进行直线回归，就可获得管壁切应力tw与v之间的直线关系函数式tw=a+bv，从而3a/4就是这种膏体充填料的屈服剪切应力t0的数值，b(´)与管径之积除以8也就等于这种膏体充填料的塑性黏度系数h。4.2.2膏体流变参数的测算结果根据4.2.1所述的计算方法，结合3.2中计算的管流沿程阻力，使用1st0pt软件进行膏体流变参数初始切应力t0和粘度系数h的回归分析，计算结果列入表4-255 表4-2全尺寸环管泵送试验测定流变参数屈服应力t0塑性黏度h相关系数组方号固料配比充填料浓/%/Pa/(Pa·s)767778798076777879807677787980767778798076777879800.0000980.0038810.0057890.0065750.0126300.0030290.0003170.0053110.0084820.0126280.0032250.0036820.0072510.0101240.0171250.0000900.0001190.0076060.0070200.0003800.000865—0.0060960.0036220.0045450.0098100.0110850.0027610.0076160.0055950.0058020.0100750.0030290.0038810.0033310.0032130.0048510.0017450.0052530.0013940.0031460.0191420.001561—0.99960.98740.91230.99660.80650.99970.99950.96950.92340.95220.97230.97010.95120.83190.78350.99510.92700.99180.89430.94310.9741—1灰砂比1∶16灰砂比1：12灰砂比1∶10灰砂比1∶8灰砂比1∶423450.0045550.0062920.0083970.0047820.0071690.0148350.91590.99110.817156 4.3昭通铅锌矿膏体充填料管道输送沿程阻力公式-昭通公式的推导对于膏体充填聊而言，连立式4-4、4-5可得出在层流状态下，水平直管的管流沿程阻力计算公式：jm=163D´t0+h´32v(4-6)D2在得出膏体充填料的初始切应力t0和粘度系数h后，带入式4-6即可得出膏体充填料管流沿程阻力的理论计算公式。由初始切应力t0和粘度系数h的计算过程可知，该公式只能针对具体配比、具体浓度的膏体充填料进行计算，在工业生产中难以方便的应用。我们希望寻找一个对任意浓度的膏体充填料都使用的公式，以方便应用。4.3.1不同配比的昭通公式的推导环管试验中各组方的充填料粒级级配是确定的，对其流变参数影响最大的是充填料的浓度，如果能过得出流变参数随充填料浓度变化的规律τ0=Ｆ1(CW)，η＝Ｆ２(CW)，带入式4-6，即可得出管流沿程阻力jm关于充填料重量浓度Cw和膏体平均流速v的经验计算公式。以表4-2计算结果为基础，以充填料浓度为变量对充填料流变参数与其浓度的关系进行回归分析，回归方程设置乘幂曲线、正比例直线、指数曲线三种线型，选取相关性最优的结果描述流变参数与浓度的关系。计算结果列入表4-3、4-4.将表4-3对应的膏体充填料切应力、黏度系数与浓度变化的关系带入式4-6，即可得出具体灰砂比的昭通铅锌矿膏体充填料管流沿程阻力计算的经验公式。表4-3膏体充填料初始切应力与浓度的关系屈服应力t0组方号配比备注/Pat0=0.28x-6.70-0.27*x-6.8112345灰砂比1∶4灰砂比1∶8灰砂比1∶10灰砂比1∶12灰砂比1∶16t0=-1700.47+1652.66CW-462.23CW+491.99/CW3t0=1.07-1.90CW-0.10/LnCWt0=-255.16+601.52/CW-472.42/CW+123.61/CW32t0=150.01-112.32C-1.25/LnC+52.59/CWWW57 表4-4膏体充填料黏度与浓度的关系塑性黏度h组方号配比备注/(Pa·s)h=0.0011Tan(8.60CW-5.44)12345灰砂比1∶4灰砂比1∶8h=2495.42-2427.19CW+680.13CW+721.48/CW3h=52.41-38.74CW-0.39/LnCW-18.55/CW灰砂比1∶10灰砂比1∶12h=437.19-1022.24/CW+796.66/CW+-206.93/CW32灰砂比1∶16h=49.75-100.76*CW+76.48*CW+1.85/LnCW3昭通铅锌矿膏体充填料在管径为D150mm的水平管流沿程阻力经验公式为：jm=35.56t0+1422.2hv(4-7)h式中：t0－初始切应力，Pa，参见表4-3；－塑性黏度，Pa·s，参见表4-4；v－膏体充填料流速，m/s。4.3.2昭通公式通式的推导表4-4中的公式虽然可以用于具体配比的膏体充填料管流输送阻力的理论计算，但是，对于矿山的充填而言，其灰砂比可能在合适的范围内任意选取，因此，寻求一个对于任意配比、浓度都适用的经验公式是必要的。影响充填料流变参数的主要因素是充填料本身的性质，如粒级（配比）、浓度等，如果把膏体充填料的流变参数作为配比、浓度的函数，通过回归分析拟合出其关系式，带入式4-6，即可得出对于任意配比、浓度都适用的管流沿程阻力jm经验计算公式。以表4-2流变参数计算结果为基础，以膏体配比、充填料浓度为变量对充填料流变参数进行回归分析，获得的函数关系式4-7、4-8。h=p1+p2lng+p3ln2g+p4ln3g+p5lncw+p6lncw+p11ln23cwcw(4-8)1+plng+plng+p9lncw+p10ln2278表4-5塑性黏度拟合公式常数表p1p2p3p4p5-0.80081-0.61646-0.37624-0.07261-3.5910858 p6-6.3132435.978119.15441p7P8P9-133.3334257.44522-18.653720.943P10P11拟合相关系数t0=p1+p3lng+p5cw+p7ln2g+p9cw2+pcwlng11(4-7)1+p2lng+p4cw+p6ln2g+p8cw2+p10cwlnggc以上两式中：pi－常数，列入表4-5、4-6；－膏体充填料灰砂比；w－膏h体充填料浓度；t0－初始切应力，－塑性黏度。表4-6初始切应力拟合公式常数表p1-6.20253p2-42.464432.31420p3p4p5-32.1031822.12711-4.46029-0.00006-43.37563-18.4367210.66192p6p7P8P9P10P11-3.069880.959拟合相关系数将式4-7、4-8带入式4-6，即可得管流沿程阻力jm经验计算公式。4.4昭通公式的验证为了验证昭通公式的适用程度，采用表4-4的公式对各组方膏体充填料在管径为D150mm的水平管流沿程阻力进行计算，并将计算结果与试验测量数据进行对比。表4-7、4-8列出了灰砂比1∶4、1∶8水平管管流沿程阻力公式计算值、试验测量数据及其两者误差的比较。计算结果表明，昭通公式的计算精度为：对于分段公式而言，理论计算值和试验测量数据的误差一般在20%以内；对于通用公式而言，理论计算值和试验测量数据的误差个别值可达35%，一般在20%以内。59 表4-7管流沿程阻力昭通公式计算值和试验测量数据误差的比较（灰砂比1:4）试验实际值理论计算值/MPa误差率/%浓度流量/(m3/h)分段公式通用分段公式通用公式/%/MPa公式0.00200.00240.00260.00300.00380.00620.00800.00830.00990.01080.01190.01320.01960.01890.01970.002380.002670.00309-0.00204319.3047311.4586518.84605-2.51-4.50-0.28-5560655560655560655560655560650.002320.002636-7677787980--------0.0064450.0071610.0077880.0118220.013290.0143740.0187680.0185440.0192420.0069510.0079010.0087330.0112670.0125440.0134870.0194780.0192490.019962-19.34-13.26-21.589.08-13.01-4.30-12.063.965.592.33-0.502.011.3111.889.06-4.13-1.72-2.33表4-8管流沿程阻力昭通公式计算值和试验测量数据误差的比较（灰砂比1:8）理论计算值误差率试验实际值浓度流量/MPa/%/%/(m3/h)分段通用公式分段公式通用公式/MPa公式0.00140.00160.00200.00370.00530.00570.00860.00880.00910.00930.00940.0013040.0018610.0021760.0026080.0045340.0050160.0055920.0071190.0077470.0083510.0102730.010912-6.27-3.27-6.5618.071.1633.7235.6728.9422.36-4.70-1.68-17.46-11.71-8.2810.6315.7555606555606555606555600.0015510.0018976770.0043750.0053250.0064590.0075320.0076320.0077280.0101520.01080213.55-12.67-13.02-15.129.32787914.5960 表4-8(续)管流沿程阻力昭通公式计算值和试验测量数据误差的比较（灰砂比1:8）理论计算值误差率试验实际值浓度流量/MPa/%/%/(m3/h)分段公式通用分段公式通用公式/MPa公式0.01270.01490.01770.0121810.01550.011809-3.964.32-6.891.935560650.0151450.016333800.016682-5.93-7.90从理论计算值和试验测量数据的对比可以发现，在低浓度（76%~77%）区，理论计算值和试验测量值的误差率较大，这说明，充填料浓度较低的情况下，充填料在管道输送过程中可能出现了一定的分层现象，导致测量的压力数据出现偏差。应进一步确定充填料在浓度76%~77%是是否严格符合膏体的标准。4.5小结(1)在环管试验采集的大量数据的基础上，结合流变学理论，通过回归分析的方法，获得了昭通铅锌矿全尾砂膏体的初始切应力t0和粘度系数h(2)通过研究全尾砂膏体料输送的管流沿程阻力和流变参数，得出了方便工程上应用的昭通铅锌矿全尾砂膏体管流沿程阻力计算公式。61 第五章结论5.1结论本文立足于现场半工业试验与室内材料试验，通过现场调研、理论分析等手段，结合工程流体力学等相关理论，全面系统地研究了云南昭通铅锌矿全尾砂膏体充填材料的流变特性。主要结论与成果如下：膏体充填技术与传统的两相流充填相比，具有稳定性好、不离析、进入采场后无脱水、充填体完整性好、充填总体成本低等显著优点，并能充分利用矿山的尾砂，解决矿业生产中的废料排放问题。昭通铅锌矿出于安全生产、提高资源回收率和尽可能实现无废开采的生产理念，提出以全尾砂为主要材料，实现膏体充填。膏体的长距离输送是膏体充填的关键技术之一，目前对于膏体输送阻力、流变参数的研究虽有大量成果值得借鉴，但由于具体矿山的材料差异，直接使用这些成果可能会造成较大的误差，因此，本文通过全尺寸环管输送试验，开展昭通铅锌矿全尾砂膏体充填料管道输送特性研究，以期为充填系统的设计提供依据。本文主要研究内容和成果如下：(1)在前期室内材料试验的成果之上，分析了云南昭通铅锌矿全尾砂胶结充填料的基本物理特性，初步设计了云南昭通铅锌矿全尾砂膏体充填料的组方，材料试验的结果表明：云南昭通铅锌矿的全尾砂充填料，当质量浓度在76%~80%时，其坍落度、析水率等符合膏体的标准。(2)设计开发了适合于全尾砂膏体充填料输送参数测试的环管泵送试验系统，输送管道选用内径为DN150mm、管壁厚度为δ8mm的普通无缝钢管，配内径DN150mm、曲率半径R1500mm、壁厚δ8mm的90°弯管，管道总长138.85m(包括倾斜管、水平管、垂直管和弯头)，布置成1个环路。管路布置符合云南昭通铅锌矿全尾砂膏体充填的工程特点。(3)开展了全尾砂膏体环管泵送试验，采集大量数据，统计计算了不同配比、不同浓度、不同输送流量的全尾砂膏体充填料在水平输送、倾斜下行输送、倾斜上行输送、垂直上行输送和垂直下行输送、D150mm90°弯头等各种管道布置形式下的输送阻力。(4)分析了全尾砂膏体充填料输送阻力与膏体浓度、膏体流量、膏体配比之62 间的关系。分析结果表明：同一配比的膏体充填料，其输送阻力与膏体浓度、输送流量正相关；同一浓度的膏体充填料，其输送阻力与流量正相关，随灰砂比的变化而变化。(5)分析了全尾砂膏体环管泵送试验的压力数据异常现象及自动采集数据和手动采集数据的差异。(6)在阻力计算的基础上，结合流变学理论，用回归分析的方法得出了云南昭通铅锌矿全尾砂膏体各个组方、浓度的初始切应力和黏度系数，建立了初始切应力、黏度系数与全尾砂膏体配比、浓度的关系，分析总结和推导了膏体充填料管道输送沿程阻力计算的昭通公式5.2项目需要开展的进一步研究工作随着膏体充填技术的推广应用，膏体充填的理论也必然将逐步完善和深化。展望膏体充填理论与技术的发展，结合既有的研究工作和成果，笔者认为：(1)膏体充填料管道输送的最主要参数有三个：最佳输送浓度、最佳流速、最佳输送阻力。这三者之间的协调优化，是昭通铅锌矿充填工程下一步研究的目标。(2)膏体管道沿程阻力的大小，直接关系到膏体充填长距离输送的实现，关系到充填设备的成本，在保证膏体浓度、坍落度等指标的情况下，如何以低廉的降低膏体充填料的管流输送沿程阻力，应该是下一步研究的目标。(3)膏体充填工艺设备复杂，是制约其推广的主要因素，如何简化膏体充填系统、降低其成本、增加起稳定性，将是膏体充填的发展方向。63 参考文献[1]BiswasK,JungSJ.Reviewofcurrenthighdensitypastefillanditstechnology.MineralResourcesEngineering,2002,11(2):165-182[2]陈顺良，等．全尾砂胶结充填技术的现状与发展对策.铁尾矿综合利用现状与对策．冶金部科技司、冶金部科技信息研究所编，1991[3]刘同友.充填采矿技术与应用.北京:冶金工业出版社,2001[4]金川工程考察组.全尾砂膏体泵送充填及其在格隆德矿的应用与发展.有色矿山，1990.1-12[5]解飞翔,徐志远,等.膏体充填特点及现状分析.科学实践.296[6]GURTUNCA,R.G，LEACH,A.R，YORK,G，andTRELOAE，M．L．InsituperformanceOfbackfillinadeep-levelsouthAfricangoldmine．MINEFILL93，Johannesburg,SAIMM，1993．121-128[7]STILWELL,A．W.Theextractionofasteeplydipping,widegoldreefusingcementedbackfill．MINEFILL93．Johannesburg．SAIMM，1993．147-155[8]BOLDT,C．M．K．，ATKINS，L.A,andJONES，F．M．ThebackfillingresearchbeingconductedbytheU．S．BureauofMines．MINEFJLL93．Johannesberg,SAIMM,1993．389-395[9]UDD,J.E,andANNOR,A.BackfillresearchinCanada.MINEILL93.Johan-nersburg,SAIMM,1993.361-368[10]GolderAssouates.LaboratoryEvMuafionandFlowLoopTeotingofC-anningtorprojeetTailingsforSuitabilityasaPasteBackfill.1996[11]H.Hribemigg.布莱堡矿分段法中的混凝土充填,国外金属矿山充填采技术的研究与应用.长沙:中国有色金属学会采矿学术委员会,长沙矿山研究院,1997[12]刘同友,蔡嗣经.国内外膏体充填技术的应用与研究现状.中国矿业.1998,7(5):1-4[13]王洪江,吴爱祥,肖卫国,等.粗粒级膏体充填的技术进展及存在的问题.金属矿山.2009,11:1-5[14]李云武.膏体泵送充填技术在金川二矿区的试验研究与应用.有色金属.2004.9,56(5):9-1164 [15]何哲祥,鲍侠杰,等.铜绿山铜矿不脱泥尾矿充填试验研究.金属矿山.2005(1):15-17[16]张奎,王春来,等.膏体泵送充填技术在会泽铅锌矿的应用.采矿技术.2008,8(2):19-20[17]王方汉,姚中亮，等.全尾砂膏体充填技术及工艺流程的实验研究.第八届国际采矿会议论文集.2004.9:51-55[18]张希成,张学生,等.厚煤层高采出率膏体充填工艺试验研究.山东科技大学学报(自然科学版).2010.8,9(4):96-100[23]LongJinChen,RavindraM,等.一种新型的膏体充填工艺技术.第八届国际采矿会议论文集.2004.9:80-83[25]彭显宏,王维德.芒特艾萨矿业公司建成了世界上最大的膏体充填料制备场.国外金属矿山.2002(6):38-39[26]赵国华.水煤浆管内流动阻力特性的数值模拟及实验研究[D].南京：东南大学，2007[27]BlossML,GreenwoodAG.CementedrockfillresearchatMountIsaMinesLimited1992-1997.In:BlossDM,eds.MINEFILL„98.Brisbane.Australia:AustralasianInstituteofMiningandMetallurgyPublication,1998.207-215[28]王洪武.多相复合膏体充填料配比与输送参数优化.长沙：中南大学，2010[29]BlossML,RevellM.Canningtonpastefillsystem-Achievingdemandcapacity.In:Sandvik,Tamrock,DynoN.eds.MassMin2000.Australia:AustralasianInstituteofMiningandMetallurgypublisher,2000.713-720[30]BlossML,GreenwoodAG.CementedrockfillresearchatMountIsaMinesLimited1992-1997.In:BlossDM,eds.MINEFILL„98.Brisbane.Australia:AustralasianInstituteofMiningandMetallurgyPublication,1998.207-215[31]IlgnerHJ,KramersCP.DevelopmentsinbackfilltechnologyinSouthAfrica.AustralasianInstituteofMiningandMetallurgyPublicationSeries,1998,n1:129-135[32]GilliesRG,SunR,SandersRS.Loweredexpectations:Theimpactofyieldstressonsandtransportinlaminar,non-Newtonianslurryflows.JournalofTheSouthAfricanInstituteofMiningandMetallurgy,2007,107(6):351-35765 [33]OuelletJ,BidwellTJ,ServantS.Physicalandmechanicalcharacterisationofpastebackfillbylaboratoryandin-situtesting.In:BlossDM,eds.MINEFILL„98.Brisbane.Australia:AustralasianInstituteofMiningandMetallurgyPublication,1998.249-253[34]VilesRF,BoilyMS,DavisRTH.Newmaterialstechnologyappliedinminingwithbackfill.In:HassaniFP,ScobleMJ,YuTR,eds.Innovationsinminingbackfilltechnology.Brookfield(USA):A.A.Balkemapublishers,1989.95-101[35]IlgnerHJ,KramersCP.DevelopmentsinbackfilltechnologyinSouthAfrica.AustralasianInstituteofMiningandMetallurgyPublication,1998,n1:129-135[36]PalarskiJ.Theexperimentalandpracticalresultsofapplyingbackfill.In:HassaniFP,ScobleMJ,YuTR,eds.Innovationsinminingbackfilltechnology.Brookfield(USA):A.A.Balkemapublishers,1989.33-38[37]BeenK,BrownET,HepworthN.LiquefactionpotentialofpastefillatNevesCorvomine,Portugal.TransactionsoftheInstitutionofMiningandMetallurgy,SectionA:MiningIndustry,2001,111(1):47-58[38]OuelletJ,HassaniF,ServantS.PracticalAspectsofInSituPressuremeterTestinginaCementedMineBackfill:LogisticandImplementation.In:StoneD,eds.MINEFILL2001.Australia:SocietyforMiningandExploration,2001.91-104[39]布拉克布希.膏体充填系统的基础知识.国外金属矿山,1995,4:18-21[40]孙恒虎,黄玉诚,杨宝贵.当代胶结充填技术.北京:冶金工业出版社,2002[41]王正辉.膏体充填料的工程检验与判别.有色矿山.2000.5,29(5):11-14[42]古德生,李夕兵.现代金属矿床开采科学技术.北京:冶金工业出版社,200666 附件（环管输送试验部分压力数据）附表1压力传感器自动报表(组方号：A00，流量65m3/h)P1(MPa）2.4112.5772.4412.6522.3742.6562.5622.4532.5652.5392.2532.2162.31P2(MPa）2.6292.5732.5922.4832.3282.5012.5582.6182.6032.5772.1782.1442.3592.17P3(MPa）1.9182.0091.9942.0351.96P4(MPa）1.9P5P6P7P8P9P10P11P12(流量时间(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）MPa）（m3/h）11:09:5911:10:3511:11:1011:11:4811:12:2111:13:2911:15:5711:16:3211:17:5411:19:0115:14:5015:16:1515:16:4115:17:0815:17:3515:18:0115:18:2715:18:5415:19:2115:19:491.7911.7451.731.5651.6171.5651.6441.581.6061.6441.5761.6811.6141.6441.6211.6741.6511.6441.4441.3241.3541.3881.4561.2451.2191.3621.2561.3691.5691.5651.6591.5651.5011.6251.5611.4181.3771.4711.3921.2941.4261.4291.3351.2861.4751.5121.1811.5611.2981.2381.3391.3771.20.380.4210.4550.3990.2970.4510.3840.4510.3610.4210.3230.2860.3610.4480.470.1880.3610.380.0410.0410.0450.0410.0490.0790.0350.55633.05653.71537.18733.54229.65353.71543.87250.55641.19840.95531.841.8391.8811.8061.9221.9031.8471.9521.9331.8961.6811.4561.6891.6631.8431.7121.5691.6171.7531.633温度1.7571.5761.7121.7341.8661.8851.8021.520.3010.2290.322.021.6061.5991.671.2791.382.050.1840.2480.411.9942.0652.0691.7721.6331.7831.8021.6631.7531.8021.9181.9261.91.3431.110.0570.0380.1810.061.6741.6061.4071.2641.351.4181.170.3950.261.5461.5461.5081.6021.6171.4481.491.1361.1441.170.2110.380.0450.0940.0410.0340.0260.0530.0530.0530.00446.42434.63528.55939.98343.26448.12554.93148.8542.2342.4562.3212.1712.2572.0842.4791.3321.4371.350.2220.2290.1690.2290.1840.2330.2112.0952.1822.2272.2012.0462.246流量1.2231.2941.2831.2751.0191.2260.411.2751.4561.350.3910.4290.321.4821.5081.392浓度（%）0.448组方号A006518.40802010-12-6（m3/h）（℃）67 附表2压力传感器自动报表(组方号：A00，流量60m3/h)P1(MPa）2.3132.3662.3962.3442.0392.4P2(MPa）2.3852.3282.3552.2831.9822.5162.2042.2641.9972.4112.4112.3172.3132.46P3P4P5P6P7P8P9P10P11P12流量时间(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）（m3/h）15:27:5015:28:1715:29:1015:29:4215:30:1315:32:3115:33:1615:33:4115:35:0515:35:3115:36:0615:36:3215:36:5815:37:2415:37:5215:38:1815:38:4315:39:1015:39:3615:40:271.7911.8581.9261.6551.871.731.8131.8241.6021.7941.8621.7381.9151.7641.8061.8021.6741.8881.8281.6171.5611.8391.731.6781.7081.7341.4861.7271.6331.4521.6631.671.4521.2641.4481.2751.4371.2941.4261.2491.2861.2681.3051.4481.3131.5051.4631.2111.2641.4521.4071.264浓度1.3021.3961.351.4291.3621.4331.3541.3391.4931.4371.4141.261.0911.3731.170.3390.470.1660.3160.2290.2450.2110.2140.1580.2330.1730.3080.1690.3080.1730.4020.1660.2110.1840.2140.3840.2220.0040.0150.0340.0560.0230.0260.0040.038042.77843.99350.43448.00337.06646.910.4590.4480.4180.4510.441.3171.261.1471.3321.0161.3391.171.8021.9641.9821.8061.8851.9521.8061.871.5951.3621.4291.3391.4071.3731.4931.3051.5421.4261.4481.3991.232.2762.1442.0652.5392.0432.3132.3852.5352.2682.2912.4072.4192.3892.50939.61843.14236.580.4480.3420.4360.3050.4510.3420.4180.320.9591.1361.1171.261.5871.4141.6251.5651.6631.3171.321.3241.2681.6331.4141.3321.5871.4111.3351.3051.3621.3350.0190.0080.1090.0080.154035.85145.81638.76747.88253.35138.52444.23658.21239.13241.19835.2431.2831.2110.9631.0161.261.92.2082.281.9152.020.2860.3050.4360.4140.4290.0340.0340.0260.1470.0152.3362.2382.3022.445流量1.6741.8661.8851.9031.6511.641.081.7681.821温度1.6781.4671.261.231.5870.959组方号A006018.40802010-12-7（m3/h）（℃）（%）68 附表3压力传感器自动报表(组方号：A00，流量55m3/h)P1(MPa）2.2872.3472.2272.3132.1182.4382.4152.4382.2832.5132.4712.4532.2682.2492.1742.2382.3402.3022.0952.302P2(MPa）2.3472.4262.2802.1222.1442.3172.2912.3402.3172.3702.3552.3172.3322.3212.0762.2802.1522.2532.0542.374流量P3(MPa）1.7451.8131.7941.7121.8471.7751.8511.8661.7571.9261.9601.8771.7301.7271.7081.7721.8241.6961.7941.734P4P5P6P7P8P9P10P11P12流量（m3/h）38.76737.55232.20544.60139.37533.29923.57622.72633.42023.94140.71221.26729.77423.33328.55920.78116.40624.79236.09429.410时间(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）(MPa）15:41:4815:42:1515:42:4215:43:0715:43:3415:44:0015:44:2615:44:5215:45:1815:45:4515:46:1015:46:3715:47:0315:47:3015:47:5615:48:2315:48:4815:49:1415:51:3615:52:031.7151.8321.7341.6441.7751.8061.6811.6811.7531.7151.7751.7641.7451.7491.7271.7271.7001.6551.7681.764温度1.5691.6061.6551.4331.4671.6021.5051.5761.3991.5381.5271.4821.5991.5991.6021.6211.4481.4821.6331.5871.3241.3691.4111.1701.3051.3621.4071.4141.2561.4561.4071.3731.2451.3171.3201.2791.3621.3021.3051.332浓度1.4141.4821.3541.2261.2261.4261.4071.3801.3581.4261.4631.4181.3391.3771.3771.3431.3431.2941.4181.4291.3991.3991.3731.2791.2641.3351.2941.2561.3621.3801.3881.4071.3321.3731.4141.4291.2831.2791.3431.3731.1511.0191.1891.1250.9181.2071.0801.0421.1811.1281.2000.9931.0011.1661.0571.0911.1660.9631.1171.0980.3460.4290.3460.3270.2820.3610.3420.4330.3540.3230.3760.4210.3230.3460.3610.3270.3610.4140.3270.3610.1770.2260.3270.1690.1660.3270.1660.2290.2070.2820.1880.2110.2600.1580.1840.1770.1660.1960.3200.1470.0150.0040.0830.0040.0080.0980.0040.0040.0080.0340.0080.0080.0230.0080.0040.0080.0080.0150.0600.004组方号A005520.69802010-12-7（m3/h）（℃）（%）69 附表4压力传感器自动报表(组方号：A01，流量65m3/h)P1(MPa）1.6361.5611.5611.6361.4071.6361.7451.8061.7571.7231.4601.8771.4971.5691.9151.6481.8021.8021.6481.851P2(MPa）1.5801.6511.6021.5691.5081.6251.5081.7681.7751.7751.3771.8021.4111.5841.3961.7191.5991.5991.7151.708流量P3(MPa）1.4441.4931.4181.4181.3351.2861.3541.2071.3171.3731.4261.3051.4291.3691.3241.4631.3731.3731.4331.350P4(MPa）1.3321.4291.3991.2191.3241.3921.3351.2791.1511.1811.2231.3391.2411.3621.3051.2451.2751.2751.3021.302温度P5(MPa）1.0421.1701.2001.0341.2261.1921.2381.2301.1811.1811.0421.1361.0381.0341.2000.9741.1701.1700.9931.166P6(MPa）1.0680.9860.9290.9630.9780.9551.0341.0870.9631.0761.0911.1441.1250.8431.1551.0121.0381.0381.0981.147浓度P7(MPa）1.1131.1621.0761.0980.9181.1280.9371.1551.1281.1851.1321.0911.1171.1101.1551.1360.9740.9741.1100.997P8(MPa）1.0951.0761.1101.0801.1171.0721.1661.0041.1251.0871.2261.0531.2041.0761.1061.2490.9400.9401.1851.117P9(MPa）1.0611.0311.0531.0120.9630.9860.7900.9441.0190.8090.9861.0191.0011.0231.0191.0120.9480.9481.0681.087P10(MPa）0.4700.4850.5300.2970.3230.2900.3230.2970.5300.3270.4100.5270.1960.4930.5270.5980.3010.3010.4890.395P11(MPa）0.2140.2260.2630.4510.1840.1660.2220.2070.2520.5120.2260.2450.4480.2260.3200.1770.1470.1470.4100.508P12流量时间(MPa）（m3/h）16:24:3116:24:5916:25:2616:25:5416:26:2116:26:4616:27:1816:27:4516:28:1116:28:4216:29:0916:30:2816:30:5416:31:2016:31:4616:32:1416:32:4016:32:4116:33:0716:33:360.0150.0150.0230.1390.0980.0040.0080.0080.0080.2140.0150.0080.1540.1090.0940.0080.0000.0000.0980.22653.47252.50057.60456.38956.02457.60455.41759.42754.68855.78156.02459.06353.35158.45554.93160.15657.84761.00762.58748.611组方号A016523.90792010-12-7（m3/h）（℃）（%）70 附表5压力传感器自动报表(组方号：A01，流量60m3/h)P1(MPa）1.5571.8061.5421.4861.7421.4291.5201.7831.5801.4481.7601.7601.7491.8361.7191.4481.7191.8701.5951.644P2(MPa）1.5761.4821.6511.4821.5421.3921.5121.6741.6251.4481.5611.5611.7751.7381.7571.5051.5121.7381.5761.719流量P3(MPa）1.3021.3391.3131.1621.3731.3051.3171.2861.2861.2411.4071.4071.3021.2561.3431.3351.3241.3731.3771.313P4(MPa）1.2831.2831.2451.0871.2411.2981.2001.2641.0681.2641.2561.2561.2451.2751.2111.2601.2941.3131.2261.151温度P5(MPa）1.0491.1101.0980.9631.1131.1131.0681.0801.0311.1741.0911.0911.1811.1131.0421.1441.1661.0800.9221.113P6(MPa）0.8130.9821.0160.9031.0681.0720.9070.9821.0681.1171.0161.0160.9931.0041.0310.8910.9551.0801.0610.986浓度P7(MPa）0.8911.1741.0490.9030.9821.0910.9371.1511.0611.1701.0981.0981.0121.1741.0910.8650.9291.1281.0421.136P8(MPa）0.9290.9860.9861.0681.0950.8691.1250.9221.1171.1621.0381.0381.2070.9401.1700.9821.1281.0530.9371.151P9(MPa）0.9970.8350.7900.7221.0160.8090.8910.9821.0490.9550.9180.9180.8430.8990.9070.8910.9371.0160.9860.888P10(MPa）0.3950.4020.3050.3200.3720.2220.4210.3840.4210.2710.3460.3460.3080.2710.4480.2780.4970.4330.3760.305P11(MPa）0.3420.2260.1500.2290.3010.2220.2140.1840.1690.2030.1500.1500.4330.1730.4140.2030.2330.3050.2070.211P12(MPa）0.0380.0450.1390.0530.0150.0150.0190.0190.0190.0530.0980.0980.1540.0190.1540.0530.0530.0080.0260.008流量（m3/h）51.04248.61156.99739.49757.72650.55648.00349.70552.50041.56247.27440.22652.98643.87240.83349.46247.03149.09746.05946.910时间16:11:3816:12:0416:12:3416:13:0216:13:3116:14:0316:14:4016:15:1016:16:2516:17:1916:17:4816:17:5816:18:2516:19:1616:19:4616:20:1316:20:3916:21:0816:21:3516:22:56组方号A016023.35792010-12-7(m3/h)（℃）（%）71 附表6压力传感器自动报表(组方号：A01，流量55m3/h)P1(MPa）1.4451.4781.4371.4631.6811.7081.7191.4781.4631.4071.7081.7001.3131.2941.3811.5351.6481.5011.4631.670P2(MPa）1.4291.5461.4181.4441.6511.5381.6361.4931.4441.3921.6441.6251.2751.5461.3921.6171.4521.4331.4821.644流量P3(MPa）1.2041.0981.2041.2071.1701.2751.2231.1851.2111.1471.2111.1921.1701.2071.1851.1441.2451.2411.2111.128P4(MPa）1.0340.9821.0381.0191.1511.1851.1891.0531.1101.0681.1701.1661.1471.1621.0981.0491.1701.0871.0381.117温度P5(MPa）0.8690.9740.9590.9481.0011.0231.0230.9670.9590.9291.0311.0231.0341.0041.0011.0010.9930.9740.9441.004P6(MPa）0.8990.9100.7560.8910.9250.8840.8240.8610.8690.8500.9670.8280.9180.8540.9030.9290.8500.8460.9100.918浓度P7(MPa）0.9290.9590.9400.9100.9440.9930.9590.9590.9290.8540.9290.8990.9180.9780.8840.8730.7860.9370.9180.925P8(MPa）1.0040.9440.8991.0041.0120.9400.9100.9290.8730.8690.8690.7861.0230.9670.9400.9630.8990.9070.9671.019P9(MPa）0.7370.7750.6810.6390.7110.6430.7600.7300.7860.7790.7560.7750.9440.7900.7750.9290.8800.8310.8880.891P10(MPa）0.2030.3050.2820.2970.3200.2860.3010.3050.2630.2220.3350.2520.3080.2780.2480.3270.2900.2330.2670.260P11(MPa）0.1470.2520.1770.1350.1920.1540.2670.1920.1350.1320.2480.2900.1390.1390.1280.1690.1390.2330.2290.245P12(MPa）0.0410.0710.0150.0150.0080.0000.0790.0150.0830.0040.0340.0940.0150.0150.0000.0080.0040.0260.0260.023流量（m3/h）35.85134.75734.27145.08738.76743.62835.12238.28141.44143.75037.18735.36545.08742.41337.18737.06635.48634.75740.22616.528时间16:00:2616:00:5416:01:4816:02:1416:02:4116:03:1016:03:3816:04:0316:04:3016:04:5616:05:2316:05:4916:06:1516:06:4116:07:3316:08:0016:08:5116:09:1716:09:4316:10:11组方号A015522.25792010-12-7(m3/h)（℃）（%）72 附表7压力传感器自动报表(组方号：A02，流量65m3/h)P1(MPa）1.3811.1851.2191.2871.2981.2871.2231.2041.2531.2941.2001.1551.2411.2111.1811.2231.2791.1771.2001.287P2(MPa）1.3201.2981.2641.2451.2601.2191.2231.1511.2231.2641.1321.1361.2191.1511.1441.2231.1921.1661.1361.162流量P3(MPa）1.1621.0341.0231.0010.9821.0531.0611.0800.9441.0231.0761.0341.0160.9671.0231.0871.0010.9861.0191.072P4(MPa）1.0530.9970.9550.9180.9480.9550.9550.9480.8800.8730.9220.8990.9370.8910.9440.9031.0010.9290.9550.937温度P5(MPa）0.9630.8990.8500.7940.8500.8540.8430.8910.9030.7790.8840.8690.8650.7490.8130.8280.8500.8650.8800.831P6(MPa）0.9250.9030.8460.8050.8050.8800.8240.7560.7490.8350.7900.7860.8460.6660.8240.7860.7940.7490.8050.854浓度P7(MPa）0.8800.9590.7970.9030.8610.8350.7410.8090.8840.7560.7710.8280.8690.8800.7180.8840.9100.8800.8090.741P8(MPa）0.8610.9180.9100.8880.9400.9070.7900.8130.9220.8990.8280.9290.8690.8280.7710.7790.8430.9250.7940.786P9(MPa）0.9030.6090.8130.6850.7410.7750.6430.6920.6020.6470.7560.6580.7940.8730.7670.6620.7110.7600.8650.685P10(MPa）0.4510.1770.3080.3720.2110.2290.3160.1960.3270.2070.4550.3910.3570.3720.3610.3230.2970.3350.4400.308P11(MPa）0.1170.1840.1200.1280.1690.4510.1880.1920.1500.2860.1770.1470.1730.2900.2070.2520.1470.2860.1500.196P12(MPa）0.0340.0380.0150.0150.0150.1880.1880.1200.0000.0450.0190.0260.0000.0380.0340.0380.0230.0260.0260.034流量（m3/h）65.62558.57662.46561.85864.53162.22262.58763.68165.86861.61566.96264.89659.42765.74762.83058.57663.68163.31665.01766.233时间16:40:5716:41:2916:41:5716:42:2316:42:5216:43:2516:43:5716:44:2216:44:4816:45:1516:45:4216:46:1916:46:4616:47:1216:47:3916:48:0616:48:3316:49:0016:49:2716:49:53组方号A026525.06782010-12-7（m3/h）（℃）（%）73