深井开采膏体充填管线磨损机理研究.doc

深井开采膏体充填管线磨损机理研究2012年2月第4l卷第1期(总第232期)云南冶金YUNNANMEIIALLURGYFeb.2Ol2Vo1.41.No.1(Sum232)深井开采膏体充填管线磨损机理研究吴顺江,容宇(云南驰宏锌锗股份有限公司,云南曲靖654100)摘要:会泽铅锌矿开采深度超过1000m,属深井开采.主要采用膏体充填处理采空区,由于长时间膏体料浆摩擦管壁,管线磨损严重甚至磨穿管壁,导致部分浆液外淤,管道卸压会导致堵管事故的发生,堵管次数随着管线的磨蚀呈上升趋势.通过研究发现,影响管线磨损的因素包括固体颗粒粒级组成,形状,浆体的性质,粘度,流速及管材质量等.在充填过程中,通过对提高膏体浓度,增加管线输送阻力和改变尾砂粒级组成等进行分析,结合现场实验,提出了合理解决管线磨损和延长管线寿命的一系列措施,取得了较好的效果.关键词:管道磨损;膏体充填;磨损机理;小管径;增阻措施中图分类号:TD853.34文献标识码:A文章编号:1006-0308(2012)0l-0011-03StudyonWearMechanismofPasteBackfillingPipelineinDeepMiningWUShun-jiang,RUNGYu(YunnanChihongZn&GeCo.,LTD.,Qujing,Yunnan654100,China)ABSTRACT:TheminingdepthofHuizelead&zincoredepositismorethan1000m,itbelongstodeepmining.Thegoalismain-lytreatedbypastebackfilling;thetubewallhasbeensevereWOH1,evenwogeout,duetothefrictionofpipewallbypasteslurryforalongtime,whichgiverisetoexternalsiltingofpaialslurry,SOthatpressurereliefofpipelinecangeneratepipeblockage,thetimesofpipeblockageshowedanincreasingtendencyfollowingwiththeabrasionofpipeline.Theresearchresultsshowedthattheinfluencingfactorofpipelineabrasionincludes:theparticlesizecompositionsofsolidparticle,shape,theproperty,viscosity,flowvelocityofslurryandtubequality,etc.Accordingtotheanalysisofpasteconcentrationincreasing,pipelinetransportresistanceincreasingandchangingoftailingssizefractioncomposition,etc.andcombiningwiththefieldexperiment,aseriesmeasuresisproposedtorationallysolvetheproblemsofpipelineabrasionandlengthentheservicelifeofpipeline,andgoodeffectisobtained.KEYWORDS:pipelineabrasion;pastebackfilling;wearmechanism;smalltube;resistanceincreasingmeasure1引言云南驰宏锌锗股份有限公司会泽铅锌矿采用美国DORROLIVEREIMECO公司制造的深锥浓密机对尾砂进行脱水,并把尾砂用于井下采场回填.公司所用的深锥浓密机能很好的将重量浓度约15%30%的尾砂浆浓密成浓度约74%76%的合格尾砂浆,通过技术配比后配制成高浓度(重量浓度为80%)合格膏体,通过长达4000余米的充填管线输送到井下采空区回填.充填管线是保证膏体能否正常充填的关键因素之一,自2006年9月膏体充填正式投产至今充填量约为21万m,通过对管线不同段测厚,管线磨损为:钻孔段壁厚22mm,平均磨损约为11mm;平巷段壁厚15mm,平均磨损约为4mm,可见钻孔段磨损非常严重.若钻孔管壁磨通,将无法将膏体输送到井下进行充填,将导致整个采选生产系统停产.为此对充填管线磨损的研究迫在眉睫.zJ.收稿日期:201ll2_29作者简介:吴顺江(1968一),男,云南曲靖人,工程师,主要从事矿山采选技术管理工作.基金项目:国家十一五科技支撑计划(No.2006BAB02A01)2012年2月第4l卷第1期(总第232期)云南冶金YUNNANMETAILURGYFeb.2012Vo1.41.No.1(Sum232)2管线磨损的主要原因通过几年来对充填管线的跟踪监测,对管线的磨损原因总结积累了丰富的经验和更深的认识.结合生产中的实际问题对磨损原因进行具体分析如下.2.1钻孔呈现非满管流状态在钻孑L脚和平巷段分别安装压力表,充填过程中,压力数据传输到充填制备站DCS(DistributeControlSystem)控制室.通过对数据的收集整理,计算出目前水平管道的沿程阻力系数,如表1所示.表1各中段沿程阻力表Tab.1On-wayresistanceineachmiddlepiece数据表明:平巷段管道沿程阻力平均为1.014MPa/km.而原地表环管试验结果沿程阻力在8MPa左右.目前在充填过程中,管道沿程阻力小,自流所需要压力小,造成充填时钻孔内部料浆柱高度低,无法实现满管.不满管时垂直管段上部为空气柱,膏体在该段自由下落,自由落体区域的高度越大,料浆对管道的冲击力越大,磨损越严重(见图1);同时料浆在管道中流速增大,导致磨损率增加.12的外表面后的内表面的内表面图1管道内壁磨损Fig.1Abrasionofpipelineinnerwall2.2膏体浓度低混料后配置的膏体浓度过低,质量不合格,在输送过程中运动状态并非柱塞流,而是呈两相流的形式,易分层,磨损严重.低浓度料浆在垂直管道内运动模式如同水力旋流器,中间为空气柱,四周为料浆,成螺旋状向下冲刷,且运动速度快.因此在输送过程中对于管壁的磨损尤为严重.平巷管道内的料浆由于浓度过低导致粗细骨料分层离析,细颗粒和水上升,粗颗粒下沉至管道底部,呈跳跃状前进,对管道底冲刷剧烈,造成局部磨损严重.2.3充填倍线小充填倍线是指充填管线总长与水平段管线的比值,如式1.其物理意义是指垂直高度形成的水力坡度克服水平管线对料浆形成的阻力,使膏体能够自流输送.=半(1)式中:z一垂直段管线长度,m;一平巷管线长度,m;一充填倍线.对于相同管径的充填系统,在垂直高度不变的情况下,充填倍线决定于水平管线的长度.充填倍线越大,说明水平管线长度越大,水平管对料浆产生的阻力越大,则料浆的流动速度越小.对于相同料浆和相同管道,沿程阻力是恒定的,充填倍线越小,则管道对料浆产生的阻力就越小,料浆在水平管道内的运动速度就会越大,快速的冲刷导致磨损率的提高;此外由于水平管道长度小,其消耗的水力坡度少,因此在管道出口处剩余压力就大,同时料浆运动速度大,两者共同造成管道震动激烈,加剧管道磨损.3解决管线磨损的措施结合生产工艺的特点和充填过程中的实际情况,针对管道磨损严重的问题,提出以下解决措施.3.1管线布置优化浆体在进行输送时,依靠自重在垂直管段内形成一定的水力坡度,提供动力推动水平管道内料浆向前流动.料浆向前流动过程中,磨擦管壁形成阻力.管道沿程阻力与管径,管长,流量,浓度等因素有关.为了增大膏体流动阻力,在系统流量,浓吴顺江,等深井开采膏体充填管线磨损机理研究度难以大幅度提高的前提下,只有通过加长管道长度和缩小管径来实现.结合系统情况,通过具体的方案比较,决定采用小直径管道方案.对于一般意义的水力坡度而言,与管道直径的关系如下:器(2)A(2)等=().(3)式中:,.,:对应于管道直径D,D,的沿程阻力,Pa;料浆工作流速,m/s;Q料浆流量,m./s;D,D.,D管道直径,m.上式表明,水力坡度与管道直径的5次方成反比.在相同的条件下,减小管径可使阻力成倍增加,以达到预期增阻效果.3.2膏体浓度控制膏体的在输送过程中具有以下特点:浓度高,粗细骨料不分层,不离析,细颗粒附着在管壁上形成一层润滑层,膏体在管道内呈柱塞状前行.因此在膏体的制备过程中,浓度成为衡量膏体是否合格的重要指标.浓度的增加使充填料浆在输送时更加稳定,其内部的粗骨料不会分层离析(见图1),使低浓度时对管道的局部磨损变为整体磨损,增长管道的使用寿命.因此在充填膏体制备的过程中对工艺配比及膏体浓度的监控是减少膏体管线磨损的有效措施.图2合格膏体Fig.2Qualifiedpastes3.3全尾砂粒级配比优化国内外对于膏体的定义中重要的一条是:充填物料中一25m的尾砂含量所占比例为15%20%.细骨料含量的增加不仅起到润滑管道,降低阻力的作用,更在很大程度上降低了粗骨料的含量.由于选矿尾砂粗颗粒粒级偏多,充填中粗颗粒在管道内由于流速等原因会沉于管道底部,对管道造成更为严重的磨损,特别是膏体浓度不高时,会沉将于管道底部造成管道的堵塞.在配料时,要降低粗颗粒的含量J.图3堵管时管道内的尾砂Fig.3Thetailingsinpluggingpipeline表24月份选矿尾砂粒度分析Tab.2TheparticlesizeanalysisofdressingtailingsinApril注:样品编号l81O一2,取样日期4月16日,筛分日期4月17日,总重O.86kg.表3加大球磨力度后的尾砂粒度Tab.3Thetailingsparticlesizeafterincreasingofballmillstrength注:样品编号18103,取样日期5月16日,筛分日期5月21日,总重0.78kg.3.4平巷充填管线的翻边使用平巷段的充填管底部磨损较严重,在使用一段时间后,把上下进行翻面,使原本处于上部磨损较轻的管道处于底部,达到延长全管使用寿命的目的,同时也减少更换新充填管的成本消耗.3.5对管道易磨损处加厚充填过程中钻孔底部和管道转弯的部位磨损比(下转第17页)13乔吉波,等大红山某铁矿提铁降硅选矿工艺的优化试验结果表明:采用改进的流程(磁选粗选+再磨+磁选精选+精选尾矿重选)比原流程(磁选粗选+再磨+磁选重选精选+精选尾矿重选)选别指标更好:所得合并铁精矿品位虽然稍微偏低(低1.7%),含硅稍高(高1%2%),但铁回收率亦高2%,且强磁选精选直接可得到合格的铁精矿而不需要再进行重选,简化了工艺流程,节约了生产成本,提高了生产效益.3结论与讨论1)用改进的流程在保证铁精矿质量的前提下,铁的回收率更高.2)改进流程中将弱磁选,强磁选粗精矿再磨流程较之原流程只磨强磁选粗精矿的流程,可以使磨机工作更稳定,更利于后续选别工作的进行.3)粗精矿再磨细度提高后,矿石中铁矿物的解离更充分些,再磨后强磁精选直接可以得到合格的铁精矿,而不需像原流程中再磨磁选精选后还需要利用重选进一步精选,同时最终铁精矿不需再磨就可以通过管道顺畅运输,使工艺流程大大简化,降低生产成本,提高生产效益.参考文献:1陈占金,李维兵,孙胜义,等.鞍山地区难选铁矿石选矿技术研究J.金属矿山,2007(1):30.34.2刘发镇,邹明元,范永江.冀东地区中小型赤铁矿实用选矿流程探索J.有色金属:选矿部分,2008(2):28-29.3佚名.对离心选矿机处理鞍山式假象贫赤铁矿石的探讨J.金属矿山,1973(2):45_51.4许新邦.调整程序控制器(电脑)提高离心选矿机精矿质量J.有色金属:选矿部分,1996(4):33-36.(上接第13页)较严重,长时间的摸索后在磨损较严重的部位进行加厚的方法来延长充填管的使用寿命,并取得了很好的效果.J.3.6增大管道的转弯半径膏体在管线内输送转弯处,弯管内膏体流速外侧流速明显高于内侧,外侧磨损比内侧严重,特别是管道转弯半径过小的情况下磨损更为严重,所以充填管线的安装要尽量加大管道的转弯半径.3.7选用耐磨管材通过环管实验对不同材质的管道筛选,选出比较合适的管材,管材选型的好坏决定了膏体充填管线的服务年限的长短.公司正在施工中的3#充填钻孔充填管线的选择,就是通过大量的管材筛分最终选择了双金属复合管.3.8不同地段采用不同壁厚,压力的充填管根据经验在管道比较容易磨损的地段使用较厚的管道,在平巷段磨损较小的地段使用壁厚小,压力小的管道.目前公司使用的充填管参数见表4;表4膏体充填管参数Tab.4Pastebackfillingpipelineparameters4结语通过上述技术措施的实施,取得了良好的效果:充填钻孑L管道磨损大大降低,水平管线磨损率由原来的每10000m磨损1mm降低为0.264mm;2009年至今未出现磨通漏浆现象,堵管次数全年仅为2次,充填质量明显提高.因此,各项措施均取得了良好的效果,可以在类似矿山进行推广.参考文献:1刘晓辉,吴爱祥,王洪江,等.膏体充填尾矿浓密规律初探J.金属矿山,2009(9):38.2张逵,王春来,黄学贵.膏体泵送充填采矿技术在会泽铅锌矿的应用J.采矿技术,2008,8(3):19-20.3吉学文,曾普海.全尾砂一水淬