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基于环管试验确定粗骨料膏体充填料浆管道输送参数邵亚平1，郭利杰2，陈寅1，侯国权2(1.新疆喀拉通克矿业有限责任公司，富蕴8361072.北京矿冶科技集团有限公司,北京102628)摘要:本文以粗骨料膏体充填料浆管道输送为研究背景，基于环管试验测试了不同质量浓度、不同灰砂比、不同充填流量、不同管径条件下的粗骨料膏体管道输送阻力；分析了影响粗骨料膏体充填料浆管道输送阻力的影响因素；最终依据矿山实际生产现状，结合环管试验结果，确定最佳的粗骨料膏体充填参数为：输送能力90m3/h、膏体充填料浆质量浓度80%、灰砂比1:10—1:6、输送管径Φ165×12、输送流速1.6m/s。从而为矿山粗骨料膏体充填系统设计及管道输送系统设计提供可靠的数据支撑。关键词:粗骨料膏体充填环管试验管道参数沿程阻力DeterminationofconveyingparametersofcoarseaggregatepastefillingslurrypipelinebasedonannulartubetestShaoyaping,Guolijie,Chenyin,Houguoquan2（1.XinjiangKalatongkeMiningCo.,Ltd,Fuyun8361072.BeijingGeneralResearchInstituteofMiningandMetallurgy,Beijing102628）Abstract:Onthebackgroundofthepipelinetransportationofcoarseaggregatepasteslurry,thepipelinetransportationresistanceunderdifferentmassconcentrations,cement-sandratios,fillingflowrates,andpipediametersweredeterminedbasedontheround-pipetest,Themajorfactorsaffectingthepipelineresistanceofthecoarseaggregatepasteslurrywereanalyzed.Combinedwiththeresultsofannulartubetest,theoptimumfillingparametersofcoarseaggregatepasteweredeterminedasfollows:thepipelinecapacitywas90m3/h,themassconcentrationwas80%,thecement-sandratiowas1:10-1:6,thepipediameterwasΦ165×12,andtheflowratewas1.6m/s.Itprovidedreliabledatasupportforthedesignofthecoarseaggregatepastefillingsystemandthedesignofpipelineconveyingsystem.Keywords:Coarseaggregate,Pastefilling,Round-pipetest,Pipelineparameters,On-wayresistance国家重点研发计划项目（2017YFE0107000）作者简介：邵亚平（1985-），男，工程师。本科，采矿工程专业，主要从事充填采矿管理及科研工作。E-mail:yclql@163.com1引言膏体充填具有不离析、不脱水、充填体质量高等优点，在全世界范围内备受关注。膏体充填技术最早在南非得到应用，随后推广应用至加拿大、澳大利亚、德国、美国等矿业发达国家[1-4]。我国在膏体充填方面的研究虽然起步较晚，但发展迅速。近年来，膏体充填技术在国内也得到了长足的发展，技术水平取得了很大的进步，且应用矿山不断增加。膏体充填料浆制备是保障膏体充填质量的关键，其中对骨料的粒径要求比较严格[3]，骨料中粗、细、极细等骨料需保持合理的配比。根据国内外泵送膏体充填的实践经验，可将输送的固体颗粒以0.25mm为界划分粗细颗粒，直径大于0.25mm的为粗颗粒，小于0.25mm的为细颗粒。其中小于25μm的称极细颗粒。一般要求粗颗粒与细颗粒重量比不能大于1，且极细骨料含量在20%~25%之间[5]。本文以某矿山粗骨料膏体充填为研究背景，针对矿山无细骨料可利用的现实条件，探寻粗骨料膏体充填技术；通过开展环管试验，确定粗骨料膏体充填管道输送最佳参数。2充填骨料基本参数2.1充填骨料矿山周边存在大量戈壁集料，且无可用的细粒级骨料，最终综合考虑选择采用破碎后的戈壁集料作为充填骨料。2.2物理参数 按照GB/T50123-1999《土工试验方法标准》进行了骨料比重、堆积密度、孔隙率的测定，结果见表1。表1粗骨料物理参数Table1Physicalparametersofcoarseaggregates名称比重堆积密度/g/cm3孔隙率/%戈壁集料2.621.3648.12.3粒径组成骨料粒级组成，见表2。表2粗骨料粒径组成表Table2Coarseaggregatesizecomposition粒径/mm0～-0.074+0.074～-0.25+0.25～-1.00+1.00～-4.00+4.00～-8.00分计/%91050292累计/%9196998100颗粒不均匀系数α能够较好的反应颗粒级配均匀程度，其计算公式如下：d10、d60分别是累计含量为10％、60％颗粒能够通过的筛孔直径。通过计算知尾矿不均匀系数为6.8，属于缺失细颗粒物料。3粗骨料膏体料浆流动性试验塌落度是判断膏体充填料浆流动性的一项重要指标，根据国内外对膏体充填料浆管道输送的工程经验，认为泵送膏体坍落度应为15~20cm，自流输送料浆坍落度为23~27cm[6]。针对粗骨料膏体充填料浆开展不同浓度及灰砂比条件下塌落度试验，其试验结果如表3所示。图1及图2为试验过程及料浆流动状态。表3坍落度试验结果Table3Resultsofslumptest浓度78%80%82%84%灰砂比1:61:81:101:61:81:101:61:81:101:61:81:10塌落度cm28.327.526.926.925.223.820.419.517.816.214.413.1图180%质量浓度料浆流动状态图278%质量浓度料浆流动状态Fig.180%massconcentrationslurryflowstateFig.278%massconcentrationslurryflowstate粗骨料膏体充填料浆塌落度试验结果表明：（1） 当充填料浆浓度低于78%时，料浆分层离析现象严重，难以形成稳定的膏体结构流体；（2）当充填料浆浓度高于84%时，料浆几乎失去流动性能；（3）根据试验结果综合分析，在膏体充填料浆质量浓度在78%—82%，灰砂比在大于1:10时，能够形成稳定的膏体结构流体，且料浆具有较好的流动性能。4环管试验膏体充填料浆管道输送阻力是进行充填料浆管道输送系统设计、设备选型及生产应用中最重要的工艺环节[7,8]。合理确定膏体充填料浆管道输送阻力参数，是确保料浆安全、稳定输送的前提。目前，确定膏体充填料浆管道输送阻力的方法主要有经验公式计算法、流变参数测试法及半工业管道输送试验（环管试验）[9,10]。其中环管试验最接近于工业应用，综合考虑了各种影响因素。由于粗骨料膏体充填料浆输送条件更为苛刻，且国内较少有此方面的应用经验，最终选择环管试验进行粗骨料膏体料浆的管道输送阻力测试，为其输送系统设计及应用提供可靠的数据支撑。4.1试验参数设计根据基础实验结果，确定环管试验膏体制备浓度为78%、80%、82%三组；灰砂比为1:6、1:8、1:10；试验管径为Φ165×12、Φ150×12、Φ125×12。4.2环管试验系统环管试验设备主要由料仓、搅拌机、输送泵、管路系统、称重计量及数据采集仪器等组成，整套环管管路布置如图3所示。图3环管试验系统Fig.3LoopTubeTestsystem4.3结果分析环管试验结果如表4所示。表4沿程阻力测试结果Table4Testresultsofon-wayresistance料浆浓度灰砂比沿程阻力kPa/m流量80m³/h流量90m³/h流量100m³/hΦ125×12Φ150×12Φ165×12Φ125×12Φ150×12Φ165×12Φ125×12Φ150×12Φ165×12流速：2.34m/s流速：1.78m/s流速：1.42m/s流速：2.63m/s流速：2.01m/s流速：1.60m/s流速：2.92m/s流速：2.23m/s流速：1.78m/s78%1:64.023.122.444.293.372.694.563.542.921:84.373.392.584.623.693.074.834.033.261:104.703.572.894.913.883.365.044.243.75 80%1:64.383.342.614.673.562.764.933.783.081:84.843.532.724.923.823.045.134.243.821:104.983.873.015.284.273.455.334.524.3382%1:64.793.773.025.024.093.425.324.373.681:85.144.323.835.434.754.135.585.014.411:105.464.674.075.795.014.635.925.345.03试验结果表明，料浆管道输送阻力跟充填料浆浓度、灰砂比、管径及流量4个因素有关。输送阻力在其他各因素保持一致的条件下，随着浓度的增加而增加；随着灰砂比的增加而减小；随着管径的增大而减小；随着流量的增大而增大。5充填料浆输送管道参数选择采用管道进行膏体充填料浆输送时，确定合理的输送阻力是保障管道安全可靠输送的前提。通过环管试验结果可以看出，影响膏体充填料浆管道输送的主要因素包括：充填料浆浓度、灰砂比、管径及流量。其中根据矿山生产能力及工作制定确定矿山充填流量为90m3/h，同时根据试验确定充填料浆达到不泌水且具有较好流动性的最佳输送质量浓度为80%（如图4及图5所示）。根据以上参数，结合环管试验结果，可以得到，充填管径由DN125增加到DN165，对应的料浆输送流速由2.63m/s降低到1.60m/s，同时灰砂比1:6时，管道输送阻力由4.67kPa/m降低到2.76kPa/m；灰砂比1:8时，管道输送阻力由4.92kPa/m降低到3.04kPa/m；灰砂比1:10时，管道输送阻力由5.28kPa/m降低到3.45kPa/m。在工程应用中，在保障管道输送能力的条件下，且满足输送要求的临界流速前提下，应尽可能的减少充填料浆的管道输送阻力，从而保障输送系统的可靠性，减少设备能耗及节约投资。因此，根据以上分析，推荐膏体充填料浆管道输送参数为：输送能力90m3/h、膏体充填料浆质量浓度80%、灰砂比1:10—1:6、输送管径Φ165×12、输送流速1.6m/s。图4质量浓度80%膏体料浆图5质量浓度82%膏体料浆Fig.4Massconcentration80%pasteslurryFig.5Massconcentration82%pasteslurry6结论本文针对粗骨料膏体料浆开展了管道输送试验，测试了不同浓度、灰砂比、管道直径及流量条件下的输送阻力；并结合矿山生产实际，根据试验结果选取了最佳的粗骨料膏体充填参数及管道输送参数，最终确定最佳的充填参数为：推荐膏体充填料浆管道输送参数为：输送能力90m3/h、膏体充填料浆质量浓度80%、灰砂比1:10—1:6、输送管径Φ165×12、输送流速1.6m/s。从而为矿山粗骨料膏体充填系统设计及管道输送系统设计提供可靠的数据支撑。参考文献[1]吴爱祥,王勇,王洪江.膏体充填技术现状及趋势[J].金属矿山,2016(07):1-9.[2]李亮,张希巍,HassaniFerri.国外膏体充填基础理论研究综述[J].中国矿业,2016(11):132-138.[3]刘同有,蔡嗣经.国内外膏体充填技术的应用与研究现状[J].中国矿业,1998(05):1-4. 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