首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 工程综合论文 > 矿业工程论文 > 大尹格庄金矿全尾砂自流输送试验研究

大尹格庄金矿全尾砂自流输送试验研究

2023-11-17 101 上传者：管理员

摘要：大尹格庄金矿为全面推广全尾砂充填工艺，需测定全尾砂充填料浆的自流输送参数，通过流变仪只能测定低浓度料浆，还需进一步测定高浓度料浆的参数。借助环形管道输送系统，共进行全尾砂、灰砂比1∶6和灰砂比1∶10三个高浓度关键组方的12组输送试验，获取了各组方流变参数。综合流变仪和环管测定结果，计算出各类料浆的最大允许充填倍线，分别确定了新增1、2号矿体充填管路各类型充填料浆的最大充填浓度，为现场工业试验提供了依据。

关键词：
充填倍线
全尾砂
压力损失
流变参数
管道输送
加入收藏

目前大尹格庄金矿分级尾砂主要用于采场浇面以及部分二步骤进路采场非胶结充填，每天消耗的分级尾砂量在1 500 t左右，剩余尾砂需排至现有尾矿库，影响了尾矿库的服务年限。目前井下充填尾砂主要为-74 μm(+200目)以上的分级尾砂，充填料浆分为胶结和非胶结两种类型，由于现在使用的充填料浆浓度偏低，充填料在采场内的泌水率较大，离析情况较为严重，导致含有胶凝材料的泌水在水沟中大量堆积，影响了充填效果及井下作业环境。另外分级尾砂胶结充填料浆在长距离管路输送中也存在离析情况，常常导致浇面强度达不到铲运机和卡车等无轨设备通行的要求，采场出矿时容易导致二次贫化。针对上述问题，大尹格庄金矿已经陆续开展了若干全尾砂室内试验，主要包括全尾砂基本物理性质测试、全尾砂胶结充填材料配比试验、泌水率测试、坍落度和扩散度试验、料浆流变特性试验。

根据大尹格庄金矿前期测定的全尾砂基本性质试验结果，全尾砂粒径-74 μm(+200目)占60.22%,-37 μm(+400目)占39.00%,属于中粗尾砂。对浓度在68%～78%的料浆进行泌水率、坍落度和流变特性测试，结果显示其屈服应力随着胶凝材料增多而增大，随浓度增大而增大。全尾砂非胶结充填料浆和灰砂比1∶20全尾砂胶结充填料浆在68%～74%之间流动性较好，76%～78%的料浆流动性变差；灰砂比1∶4、灰砂比1∶6、灰砂比1∶10全尾砂胶结充填料浆浓度在68%～72%之间流动性较好，74%～76%流动性变差。根据流变仪试验可知，流变仪对临界浓度以上测试结果误差较大，其临界浓度为：全尾砂充填料浆76%、胶结充填料浆72%。超过该临界浓度充填料浆的流变参数应采用其他方式进行测试，如段鸿杰等对流变仪进行了改造，提出一种新的流变参数测定方法[1],高通、王洪江等利用环管试验进行高浓度料浆流变性能试验[2,3]。在获取大尹格庄金矿高浓度料浆流变参数时计划采用环形管道输送试验结果进行测定，试验中所用全尾砂均来自大尹格庄金矿选矿厂全尾矿，胶凝材料也来自该矿现有充填搅拌站胶固粉。

1、试验方案

1.1 组方设计

管道输送试验为半工业试验，综合前期料浆流变试验结果和试验室配料情况分析，最终确定了全尾砂非胶结充填料浆和灰砂比1∶6、1∶10的胶结充填料浆进行室内管道输送试验，其组方如表1所示。

表1 室内管道自流输送组方设计表

1.2 试验设计原则

1)室内管道压力损失试验管道布置类型应与矿山实际情况相似，应包含水平输送管道、水平管弯和倾斜管道三种管道布置形式；2)充填料浆的每个组方仅进行单次配料，采用人工计量的方式进行配置；3)为保证试验有效，每一个组方应在当天不间断完成[4,5,6]。

1.3 管路布置及管流沿程阻力计算方法

试验管路规格为直径80 mm的陶瓷复合管，管路总长220 m, 管路包含直管、弯管和斜管，沿途设置了P1、P2、P3、P4、P5五个压力传感器。记 P1-P2为ΔP1,压力传感器之间距离为L1;P2-P4为ΔP2,压力传感器之间距离为L2;P4-P5为ΔP3,压力传感器之间距离为L3;P1-P5为综合阻力损失ΔP,压力传感器之间距离为L1+L2+L3。管流输送阻力按如下方法计算[1,3]:水平直管阻力损失J1=(ΔP1+ΔP3)×1000/(L1+L3),弯管阻力损失J2=ΔP2×1000/L2;综合阻力损失J=ΔP×1000/(L1+L2+L3)。

1.4 具体试验步骤

1)从大尹格庄金矿选取具有代表性的全尾砂，采用烘干法测定试验用全尾砂的含水率；2)取样测定全尾砂含水率，计算充填料浆配料；3)用清水进行一次输送，以核查试验平台完好性并以水润滑管道，最后将水外排，排放标准以试验平台内无积水为标准；4)按一次配料量(约0.3 m3)称量备料全尾砂、胶固粉和水，工人上料；5)上料完毕，进行料浆搅拌，搅拌时间要求为8～10 min; 6)料浆搅拌完毕，开始料浆输送；7)采集各测点压力数据，并实时传送至工控系统；8)调节搅拌和输送装置环境，实现不同流速同一组方二次试验；9)试验完成，清洗试验平台，导出试验数据，进行数据分析。

2、试验结果与分析

试验中每隔2 s进行自动采集并记录数据。以组方1第一次试验为例进行说明。

组方1第一次试验：全尾砂非胶结充填料浆，浓度76%,试验使用料浆0.23 m3,试验时间140 s, 平均流速0.5 m/s, 各测点压力值曲线如图1所示。

由图1可知，各测点压力随着试验的进行，变化趋势相似。28 s时在试验管路系统中临时加压，沿程压力也随之发生变化，其中测点1变化较为明显，测点5变化相对平缓，这是由于施加的压力随着管道摩擦损失逐渐抵消。

图1 组方1-1各测点压力值曲线图

对各组方充填料浆进行全面分析，最终得出每个组方相应沿程阻力损失，将结果列入表2。

表2 关键组方试验结果

3、充填料浆流变参数

膏体充填料浆属非牛顿流体，按照固料粒级与膏体充填料配比情况，大尹格庄金矿膏体充填料应归为塑性结构体类型[7,8]。利用求取充填料的屈服剪切应力τ0 、塑性黏度系数μ的计算公式[8],结合表2的管流沿程阻力，计算出相应的流变参数[9],再结合前期流变试验结果对关键组方的流变参数进行汇总，得到参数汇总表(表3)。

表3 关键组方流变参数汇总表

4、矿山临界输送浓度确定

4.1 关键组方管道输送沿程阻力计算

选取矿山现有管路直径Φ=146 mm、壁厚δ=12 mm, 流量按80、90、100 m3/h进行计算，得到实际管径下充填料浆在不同流量下的沿程阻力[9],见表4。

计算各组方的最大允许充填倍线[10],计算结果见表5。

表4 实际管径下充填料浆在不同流量下的沿程阻力

表5 关键组方最大允许充填倍线

4.2 矿山料浆临界输送浓度的确定

矿山新增2个充填钻孔，对应新建的2套充填系统。充填钻孔均为垂直孔钻孔，从地表(+138 m)到-556 m中段，各中段充填倍线统计情况见表6。

表6 各中段、各区充填倍线

从表6可以看出，1号矿体的充填倍线范围普遍在3.6～5.2之间，个别采场最大能达到5.8,最小为3.4;2号矿体的充填倍线普遍在2.5～4.0之间，个别采场最大达到4.6,最小为 2.1。从表 6可以看出，沿程阻力损失随流量增大而增大，因此这里取100 m3/h的流量为标准确定关键组方的临界浓度。对比表4和表5,得出最大允许输送浓度，将对比结果列入表7所示。

表7 最大允许浓度

由表7可以看出，1号矿体充填管路的最大允许输送浓度低于2号矿体充填管路，全尾砂可输送浓度大于胶结充填料浆浓度。

5、结论

1)通过计算得到了各组充填料的屈服剪切应力τ0 、塑性黏度系数μ和实际管径下充填料浆在不同流量下的沿程阻力，推导出了各组方的最大允许充填倍线。

2)对各区、各中段充填倍线进行统计分析，1号矿体充填倍线范围普遍在3.6～5.2之间，2号矿体的充填倍线普遍在2.5～4.0之间，1号矿体充填管路系统比2号矿体充填管路系统输送难度大。

3)以100 m3/h的流量为标准确定关键组方的临界浓度，1号、2号矿体充填管路全尾砂充填时最大允许浓度分别为74%、76%,灰砂比1∶6胶结充填时最大允许浓度分别为70%、72%,灰砂比1∶10胶结充填时最大允许浓度分别为70%、72%,对于偏远采场，建议适当降低浓度，以达到顺利输送的目的。

参考文献:

[1]段鸿杰,孙恒虎.高浓度浆体流变参数测定的新方法[J].中国矿业大学学报,2001,30(4):371-374..

[2]高通,孙伟,彭朝智,等.云南某锡矿全尾砂充填料浆流变参数研究[J].有色金属工程,2022,12(3):129-137.

[3]王洪江,王小林,寇云鹏,等.全尾砂高浓度胶结充填的环管试验[J].工程科学学报,2021,43(2):215-222.

[4]刘超.基于环管输送试验的全尾砂膏体充填料流变特性研究[D].衡阳:南华大学,2011.

[5]杨波.高浓度全尾砂胶结充填管道输送数值模拟及应用研究[D].衡阳:南华大学,2016.