低密改性劑在充填料漿環(huán)管中的應(yīng)用

低密改性劑在充填料漿環(huán)管中的應(yīng)用

0充填料漿的輸送特性填充應(yīng)對各種問題，如填充顆粒小、料漿速高、管道壓大、管道磨損快等。外加劑用于礦山充填領(lǐng)域的研究已有很多，一些學(xué)者也采用了多種方法研究充填料漿的輸送特性。如李茂輝本次研究針對三山島金礦全尾砂充填料漿特性，利用環(huán)管試驗系統(tǒng)，開展室內(nèi)半工業(yè)環(huán)管試驗，測試不同濃度、灰砂比、流速和是否加入低密改性劑情況下的充填料漿在輸送過程中的管道壓力損失情況，計算得到不同工況條件下的管道壓力損失值，驗證改性劑的調(diào)壓效果，并為三山島金礦全尾砂充填系統(tǒng)建設(shè)提供設(shè)計依據(jù)。1環(huán)管試驗設(shè)計及試驗過程(1）半工業(yè)環(huán)管試驗系統(tǒng)。試驗設(shè)備主要由制漿系統(tǒng)、加壓輸送系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)4部分組成，半工業(yè)加壓環(huán)管輸送試驗裝置如圖1所示。半工業(yè)環(huán)管試驗中需要檢測的目標參數(shù)有：料漿的流量、設(shè)計點位的壓力（沿途管路輸送的阻力損失檢測）、料漿的密度、料漿的流變性，試驗方案圍繞目標參數(shù)進行。(2）試驗材料。此次環(huán)管試驗所用材料主要有尾砂、膠凝材料、水、改性劑。尾砂為三山島金礦新立選廠全尾砂，膠凝材料為三山島金礦充填用C料，水為三山島金礦充填用鹵水，低密改性劑為經(jīng)室內(nèi)試驗配得的型號為CKY-01型外加劑。(3）試驗方案。結(jié)合三山島金礦充填現(xiàn)狀及前期室內(nèi)試驗成果，本次環(huán)管試驗計劃進行3組試驗，每組試驗的具體參數(shù)設(shè)置如下：第1組，對照組，灰砂比1∶5，濃度72%、70%、68%，不添加低密改性劑，泵送流量設(shè)定為最大排量的7%、13%、18%、25%；第2組，試驗組，灰砂比1∶5，濃度72%、70%、68%，添加低密改性劑，泵送流量設(shè)定為最大排量的7%、13%、18%、25%；第3組，試驗組，灰砂比1∶10，濃度72%、70%、68%，添加低密改性劑，泵送流量設(shè)定為最大排量的7%、13%、18%、25%。(4）試驗步驟。針對每組試驗，均需測取不同濃度和流速下的管道壓力損失。為節(jié)省試驗材料用量，在試驗運行中采用循環(huán)方式，將管路中已完成一次試驗的料漿再次返回到管路內(nèi)。每組試驗步驟如下：試驗準備階段，按照設(shè)計配比，分別量取試驗所需的尾砂、C料、水、低密改性劑，運送至環(huán)管試驗系統(tǒng)的攪拌機加料口附近，準備添加；試驗開始前，先用水清洗管路，有條件可以再用壓縮氣體吹管，檢查攪拌桶、泵的喂料斗內(nèi)有無雜物；結(jié)合試驗方案設(shè)計的濃度值，通過調(diào)節(jié)泵壓來改變每種濃度條件下的料漿流量，進行多次試驗并讀取儀器儀表所采集的數(shù)據(jù)；試驗中，料漿采用由濃到稀的濃度調(diào)整方法，即試驗濃度由72%、70%、68%依次降低，后者在前者試驗過的料漿中摻加一定量的水，以降低濃度，每改變一次濃度，需要經(jīng)過10min～20min的連續(xù)泵送循環(huán)和攪拌，所有循環(huán)的料漿基本均勻后，才能進行數(shù)據(jù)讀取操作。在閉路試驗期間，每隔5min，調(diào)整一次泵的頻率，同時需要記錄料漿濃度、流量、各個監(jiān)測點的壓力和泵的工作壓力等參數(shù)；每組試驗結(jié)束后，及時清洗試驗設(shè)備，確保試驗設(shè)備內(nèi)不殘留粗顆粒和膠結(jié)料漿。2局部壓力損失本次室內(nèi)環(huán)管試驗重點研究低密改性劑對充填料漿管道阻力變化的影響規(guī)律，因此，將重點對管道上各測試點的壓力數(shù)據(jù)進行分析。泵送過程中，泵的出口壓力、泵送流量及泵送頻次等相關(guān)數(shù)據(jù)可從柱塞泵的控制柜上直觀讀取，管道上各測試點的壓力數(shù)據(jù)采集后需通過專用數(shù)據(jù)處理軟件讀取和處理。限于篇幅，這里僅給出濃度為72%，灰砂比分別為1∶5和1∶10，以及有無低密改性劑情況下的各個壓力測量點位的壓力變化情況，分別如圖2～圖4所示。由圖2～圖4可看出，排量越大，各測點的壓力值越高，管道壓力損失也就越大，說明低流速能夠減小管道壓力，減緩充填管道的磨損。由于柱塞泵在連續(xù)泵送過程中，其出口壓力呈現(xiàn)規(guī)律地周期性變化，管道上各壓力測點的壓力也呈現(xiàn)相應(yīng)的規(guī)律變化，相鄰監(jiān)測點位的壓力差也不是穩(wěn)定的。圖5給出了相鄰壓力測量點B、C間（直管段）的壓力變化情況。根據(jù)圖5可知，充填料漿在環(huán)管中穩(wěn)定運行10min，直管段壓力差（B、C點位之間）集中在0.006MPa～0.010MPa周期變化，多次計算其均值為8.15kPa,BC直管段長度6.92m，得到其壓力損失為1.178kPa/m。利用此種數(shù)據(jù)處理辦法，得到不同工況條件下直管段和90°彎管段的壓力損失值結(jié)果（以濃度72%為例），分別如圖6和圖7所示。由圖6和圖7可知，灰砂比1∶5、濃度72%，在不加入低密改性劑時，不同的泵出口排量的直管段壓力損失分別為4.115,4.213,4.504,4.641kPa/m；而加入添加劑后，直管段壓力損失變?yōu)?.608,3.689,4.035,4.213kPa/m，降幅約10%，且排量（流速）越高，管道阻力損失增加越多。彎管段在不加入低密改性劑時不同泵排量條件下的管道壓力損失分別為12.850,12.883,12.947,13.496kPa；而加入添加劑后，彎管段壓力損失也對應(yīng)分別降低11.775,11.7,11.341,11.903kPa，降幅也約為10%。對于彎管段管阻而言，90°彎管的弧長為0.785m，其局部壓力損失值則達到10.921kPa（均值），管阻約為13.912kPa/m，是直管段管阻的3～4倍。因此，就實際生產(chǎn)而言，在條件允許的情況下應(yīng)該少用彎管，或選擇曲率半徑較大的彎管，以減小料漿的局部阻力損失，減輕彎管處磨損。灰砂比越高，充填料漿不論是在直管段還是在彎管處，其局部阻力均越大。其原因是，膠凝材料含量的增加，將增大充填料漿黏性，對管道壁的磨損也更頻繁。低密改性劑的使用能夠降低直管段及彎管處的管道阻力，其原因是，低密改性劑加入至充填料漿中后，會在料漿中產(chǎn)生致密穩(wěn)定的微小氣泡，而這些氣泡能夠降低料漿的比重，進而減小管道輸送阻力，表現(xiàn)出潤滑管道的效果。3管阻和彎管段的壓力損失(1）試驗結(jié)果表明，低密改性劑的使用能夠降低直管段和彎管段的管道壓力損失，壓力損失降幅可達10%。濃度72%，灰砂比1∶5的充填料漿使用低密改性劑后的直管道的管阻約為3kPa/m～4kPa/m，而彎管處的管阻約為13kPa/m～14kPa/m。(2）彎管段的壓力