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1、膏体胶结充填料浆管道输送技术张钦礼(张钦礼()中南大学中南大学教授教授湖南中大设计院有限公司湖南中大设计院有限公司所长所长2023年年4月月204月月23日日 长沙长沙交 流 提 纲一、膏体充填一、膏体充填二、尾矿输送技术二、尾矿输送技术三、尾矿膏体料浆制备技术三、尾矿膏体料浆制备技术四、膏体料浆输送技术四、膏体料浆输送技术1 膏体充填应用背景膏体充填应用背景分级尾砂充填分级尾砂充填1.1 全尾砂充填应用背景全尾砂充填应用背景传统分级尾砂:充填前需进行分级脱泥工艺除去部分细粒级传统分级尾砂:充填前需进行分级脱泥工艺除去部分细粒级 优点优点渗透系数大,
2、凝固时间短,渗透系数大,凝固时间短,脱滤水速度快,强度高脱滤水速度快,强度高。缺点缺点需脱泥,尾砂利用率低;需脱泥,尾砂利用率低;脱除的细粒尾砂无法堆坝。脱除的细粒尾砂无法堆坝。当前分级尾砂:粗颗粒用于外售、细颗粒用于充填当前分级尾砂:粗颗粒用于外售、细颗粒用于充填1 膏体充填应用背景膏体充填应用背景全尾砂充填全尾砂充填1.1 全尾砂充填应用背景全尾砂充填应用背景 关键关键:全尾砂的浓缩全尾砂的浓缩。优点:尾砂利用率高,减轻尾砂排放压力优点:尾砂利用率高,减轻尾砂排放压力 缺点:渗透系数小,脱滤水速度慢,凝固时间长,强度受影响。缺点:渗透系数小,脱滤水速度慢,凝固时间长,强度受影响。1.2 解
3、决全尾砂充填强度低的途径解决全尾砂充填强度低的途径1 膏体充填应用背景膏体充填应用背景全尾充填改进胶凝材料提高浓度快速沉降浓缩关键点:提高浓度,采用膏体充填技术2 膏体充填误区膏体充填误区质量浓度质量浓度78%83%取决于充填料级配组成和密度,而不是质量浓度取决于充填料级配组成和密度,而不是质量浓度粗骨料质量浓度高,但对细物料,浓度粗骨料质量浓度高,但对细物料,浓度60%60%左右即能达到膏体状态左右即能达到膏体状态3 膏体充填特征膏体充填特征2.2 膏体特征膏体特征 含有含有1520%以上的以上的-20m极细颗粒,极细颗粒,结构流结构流料浆坍落度:料浆坍落度:2325cm,屈服压力屈服压力2
4、0025Pa 不脱水(泌水率不脱水(泌水率5%)3 膏体充填特征膏体充填特征2.3 膏体充填存在的问题膏体充填存在的问题采场充填工艺特点要求膏体充填与混凝土不同,既要高浓度(与混凝土相似),又要有采场充填工艺特点要求膏体充填与混凝土不同,既要高浓度(与混凝土相似),又要有一定的流动性,因此,实际应用中多用“似膏体”充填,似膏体坍落度在一定的流动性,因此,实际应用中多用“似膏体”充填,似膏体坍落度在230mm230mm以上。以上。浓度略低于膏体充填,但远高于普通两相流充填浓度略低于膏体充填,但远高于普通两相流充填流动性优于膏体充填和普通两相流充填流动性优于膏体充填和普通两相流充填3 膏体充填特征
5、膏体充填特征2.4 似膏体特征似膏体特征 含有含有1530%1530%以上的以上的-37m37m极细颗粒极细颗粒结构流结构流料浆坍落度:料浆坍落度:2527cm2527cm 离析脱水少离析脱水少似膏体难以定义,故仍然采用膏体的概念似膏体难以定义,故仍然采用膏体的概念 屈服压力屈服压力:50100Pa:50100Pa交 流 提 纲一、膏体充填一、膏体充填二、尾矿输送技术二、尾矿输送技术三、尾矿膏体料浆制备技术三、尾矿膏体料浆制备技术四、膏体料浆输送技术四、膏体料浆输送技术1 尾矿输送浓度尾矿输送浓度低浓度输送低浓度输送中等浓度输送中等浓度输送1 尾矿输送浓度尾矿输送浓度浓度(%)沉降速度 沉降极
6、限浓度 拐点时间(min)沉降高度(cm)沉降速度(cm/h)终点时间(h)沉降高度(cm)极限浓度(%)10 2 17.7 531.3 0.5 18.1 44.73 15 2 14.8 445.1 0.5 15.4 50.51 20 2 13.0 389.8 0.5 13.8 52.74 30 2 7.1 213.9 0.5 9.3 55.08 40 2 1.0 30.0 1 6.4 56.67 浓度越低、沉降速度越快。综合考虑浓密机浓缩差别、沉降速度和沉降极限浓度,建议如果浓度越低、沉降速度越快。综合考虑浓密机浓缩差别、沉降速度和沉降极限浓度,建议如果选厂距离充填制备站较近,尾砂不经浓密机
7、浓缩,直接进入立式砂仓或深锥浓密机絮凝沉降;选厂距离充填制备站较近,尾砂不经浓密机浓缩,直接进入立式砂仓或深锥浓密机絮凝沉降;如果选厂距离充填制备站较远,为减少回水量,可先浓密至如果选厂距离充填制备站较远,为减少回水量,可先浓密至40%40%左右再输送。左右再输送。2 环管试验环管试验测试尾砂料浆在所设计输送测试尾砂料浆在所设计输送流程中的流动性、流变性等流程中的流动性、流变性等指标,为长距离尾砂输送的指标,为长距离尾砂输送的设计提供依据。相对于其他设计提供依据。相对于其他流变学试验方法,环管试验流变学试验方法,环管试验可更准确地获得的不同输送可更准确地获得的不同输送料浆在不同工况条件下的流料
8、浆在不同工况条件下的流变参数及管道阻力变参数及管道阻力试验目的试验目的试验规模:试验规模:不同材质不同材质、不同管径不同管径、不同流量不同流量,更换设备与管道工程量大更换设备与管道工程量大。试验后料浆处理试验后料浆处理局限性局限性解决方案解决方案环管试验环管试验+回归分析回归分析小型环管小型环管2 环管试验环管试验测量起点测量起点测量终点测量终点试验结果试验结果2 环管试验环管试验交 流 提 纲一、膏体充填一、膏体充填二、尾矿输送技术二、尾矿输送技术三、尾矿膏体料浆制备技术三、尾矿膏体料浆制备技术四、膏体料浆输送技术四、膏体料浆输送技术1 尾矿浓密尾矿浓密压滤压滤1 尾矿浓密尾矿浓密自然沉降自
9、然沉降问题:沉降速度慢、滤水含固量高问题:沉降速度慢、滤水含固量高1 尾矿浓密尾矿浓密立式砂仓絮凝沉降立式砂仓絮凝沉降问题:放砂浓度不稳定、溢流水固含量高问题:放砂浓度不稳定、溢流水固含量高适用尾砂:分级尾砂或粒级相对较粗全尾砂适用尾砂:分级尾砂或粒级相对较粗全尾砂1 尾矿浓密尾矿浓密深锥浓密机絮凝沉降深锥浓密机絮凝沉降关键参数:单位面积尾砂处理量(关键参数:单位面积尾砂处理量(t/h/mt/h/m2 2)适用尾砂:细颗粒尾砂适用尾砂:细颗粒尾砂尾砂颗粒由于自尾砂颗粒由于自重远大于粒间相重远大于粒间相互作用力,所以互作用力,所以颗粒间联结微弱,颗粒间联结微弱,在重力作用下堆在重力作用下堆积形成
10、单粒结构。积形成单粒结构。静态压密时絮凝静态压密时絮凝结构疏松,水分结构疏松,水分难以难以排出排出,浓度,浓度相对较低相对较低动态压密在耙架外动态压密在耙架外力力作用下作用下孔隙间的孔隙间的水分沿着导水装置水分沿着导水装置升至泥层上部,升至泥层上部,周周围微细颗粒落入孔围微细颗粒落入孔隙内,浆体结构产隙内,浆体结构产生不可恢复的变形,生不可恢复的变形,使得料浆得到压实使得料浆得到压实,底流浓度高。底流浓度高。1 尾矿浓密尾矿浓密1 尾矿浓密尾矿浓密2 膏体料浆制备膏体料浆制备卧式砂仓制备系统卧式砂仓制备系统23222116152
11、77312 膏体料浆制备膏体料浆制备立式砂仓或深锥浓密制备系统立式砂仓或深锥浓密制备系统2 膏体料浆制备膏体料浆制备高浓度,如膏体,一般采用双轴搅拌机高浓度,如膏体,一般采用双轴搅拌机普通两相流、似膏体采用搅拌桶普通两相流、似膏体采用搅拌桶似膏体采用双轴搅拌机时,可加高频活化搅拌机进似膏体采用双轴搅拌机时,可加高频活化搅拌机进一步加强搅拌效果一步加强搅拌效果交 流 提 纲一、膏体充填一、膏体充填二、尾矿输送技术二、尾矿输送技术三、尾矿膏体料浆制备技术三、尾矿膏体料浆制备技术四、膏体料浆输送技术四、膏体料浆输送技术1 料浆输送方式料浆输送方式输送方式输送方式自流输送自流输送泵送泵送L充填料浆自由
12、落体区空气砂浆交界面H2满管输送区压力分布图6-15 单段自由下落输送系统Q(m3/h)H1 动力来源:动力来源:垂直段浆体柱压力垂直段浆体柱压力 动力来源:动力来源:泵压泵压2 料浆在管道中的流动状态料浆在管道中的流动状态假设某充填系统管道直径不变,垂直高度为H,水平管长L,料浆体重j,摩擦阻力损失ji,则料浆的输送有下面三种情况:当)(LHiHjj+时,系统中料浆的自然压头过剩,垂直管段上部处于自由下落流动状态。在一个正常工作的自流输送系统中,只包括后两种情况。L充填料浆自由落体区空气砂浆交界面H2满管输送区压力分布图6-15 单段自由下落输送系统Q(m3/h)H12 料浆输送设施料浆输送
13、设施地面至井下:最好用钻孔,不能从主井、副井、风井下放,也尽量不从斜井下放。多中段充填:分级钻孔。地表钻孔房标高:1678m标高:1591m标高:1424m标高:1340m说明:红色表示已经报废或者停用的钻孔;绿色表示备用的钻孔;蓝色表示现在正在使用的钻孔;西部地表钻孔房3 料浆输送速度料浆输送速度浆体临界流速是浆体流动阻力最小时的流速,充填浆体欲实现顺利输送,其实浆体临界流速是浆体流动阻力最小时的流速,充填浆体欲实现顺利输送,其实际工作流速必须大于临界流速,否则,固体颗粒会沉淀于管道底部,造成管路堵塞际工作流速必须大于临界流速,否则,固体颗粒会沉淀于管道底部,造成管路堵塞 自流输送,临界流速
14、自流输送,临界流速1.41.7m/s1.41.7m/s泵送,临界流速不重要泵送,临界流速不重要 自流输送,工作流速自流输送,工作流速2.83.5m/s膏体泵送,工作流速膏体泵送,工作流速0.81.5m/s4 料浆输送阻力损失料浆输送阻力损失影响因素影响因素流速;流速;管径;管径;管壁粗糙度;管壁粗糙度;骨料特性骨料特性(粒级粒级、密度等密度等)A B 流速流速(m/s)水力坡度(水力坡度(Pa/m)vy 图图 9 9-4 4 非均质浆体的水头损失与流速的关系曲线非均质浆体的水头损失与流速的关系曲线 淤积临界流速合理流速范围4 料浆输送阻力损失料浆输送阻力损失环管试验确定环管试验确定开始时进、出
15、口压力图开始时进、出口压力图管道最大压力损失管道最大压力损失:0.33MPa/100m4 料浆输送阻力损失料浆输送阻力损失环管试验确定环管试验确定管道最大压力损失管道最大压力损失:0.35MPa/100m:0.35MPa/100m停运停运5min后进、出口压力图后进、出口压力图管道最大压力损失管道最大压力损失:0.35MPa/100m:0.35MPa/100m停运停运20min后进、出口压力图后进、出口压力图5 管道输送可靠性评价管道输送可靠性评价工作流速工作流速给料一定;给料一定;充填地点充填地点(输送距离输送距离)一定;一定;料浆一定料浆一定。工作流速确定,必须大于临界流速工作流速确定,必须大于临界流速L充填料浆自由落体区空气砂浆交界面H2满管输送区压力分布图6-15 单段自由下落输送系统Q(m3/h)H1谢谢!请提宝贵意见