东乡铜矿膏体充填管道输送自流初探

黄苏锦

(江西铜业集团公司东乡铜矿，江西东乡 331800)

东乡铜矿膏体充填管道输送自流初探

黄苏锦

(江西铜业集团公司东乡铜矿，江西东乡 331800)

本文通过对影响东乡铜矿水力坡度计算的充填材料物理性质进行测试，并对当前该矿井下管道布置情况展开调研，以确定其最大充填倍线，依据固体颗粒的沉降速度来计算其临界流速，选择金川经验公式对该矿进行水力坡度计算，研究表明该矿膏体充填在当前管道布置下能够实现自流。

膏体充填;管道输送;水力坡度;管网;自流

1 前言

矿山管道充填输送充填料浆主要有自流和泵压两种方式，自流输送时，若遇到充填倍线大的地方，只能采用低浓度输送，给矿山充填工作带来了诸多不便。常伴随水泥流失、料浆离析、排水费用增加、井下环境恶劣［1，3］等问题的出现。而高浓度膏体泵压充填不受充填倍线的限制，但常出现料浆堵管、密封装置坏损严重、系统故障多等现象［4，5］。东乡铜矿为扩大产量，对深部V矿体进行开采并出于提高充填体强度，增强充填体稳定性及减少地下废水排放量的考虑，拟采用膏体充填，而浓度的提高必然引起管道摩擦阻力的增大，极大地考验了砂浆在当前管道系统下自流的成败，为此对该矿进行自流验算显得尤为必要。

2 充填材料物理性质测试

充填材料的物理性质是管道输送水力坡度计算及砂浆排水性的重要因素，这包括尾砂颗粒的比重、密度、容重、颗粒粒径大小及组成等。

表1 充填材料物理性质

3 东乡铜矿管道布置情况及充填倍线计算

东乡铜矿井下充填管道布置以－75m中段为例，其输送路径为从西部充填站→西风井→－75m中段83线穿脉口→81线回风道→81线穿脉→81线顶板上山→－73.8m分层充填平巷→－73.8m分层充填穿脉→各单元采空区。充填管线布置详见图2.1。

77线以东充填管最大长度:西部充填站搅拌桶出口→西风井井口44m，西风井斜长277.86m，西风井落平点→81线穿脉交叉口115.23m，81线穿脉87.48m，81线顶板上山→－73.8m分层充填平巷口约20m(含2个6.9m拐弯)，－73.8m分层充填平巷132.68m(含3个6.9m拐弯)，77线以东，充填穿脉长度66.11m，故L=743.36m。

图1 东乡铜矿管道布置情况

81线以西充填管最大长度:西部充填站搅拌桶出口→－73.8m分层充填平巷口共544.57m，－73.8m分层充填平巷20.41m(含1个6.9m拐弯)，81线以西充填穿脉49.76m，故L=614.74m。

西部充填站搅拌桶出口标高+70.33m，－75m中段矿房充填时充填料出口标高－73.8m，故H= 144.13m。

4 管道自流计算

4.1 临界流速的计算

临界流速可以根据输送骨料的沉降速度来求得，其中输送细颗粒时UL=(5～10)W0，m/s，而输送粗颗粒的临界流速为=UL=(3～4)W0，m/s。［6］尾砂颗20μm。由于东乡铜矿高浓度全尾砂水泥胶结充填料浆是一种颗粒很细(dj=0.08165mm＜0.12mm)的微粒悬浮液，故可将其按球体层流(均质流)或介于层流与过渡流之间的输送状态计算。

若按层流(斯托克斯公式)计算:

式中:dj为固体颗粒的直径，取0.008165cm;ρk为固体颗粒的密度，取3.56 g/cm3;ρ0为清水的密度，取1.0 g/cm3;μ为清水的粘性系数，取10-3Pa.s。

取临界流速=8×=0.147 m/s。应该指出:在自流管道输送系统中，砂浆流速主要由砂浆柱形成的自然压头(ρjH)和管道直径(D)等因素决定，目前尚无可靠的办法进行调控，因此，实际流速往往大大超过临界流速。

4.2 充填量的计算

①按东乡铜矿年充填量计算

按西部出矿能力500t/d(即矿山生产能力1000t/d，东、西部各占50%)

式中:Qn为矿山年平均充填能力，m3/a;Qk为矿山年产量，t/a;γk为矿石比重，t/m3;Z为采充比，无因次，一般取0.8～1，考虑到充填体难于完全结顶和采出部分附产矿石等因素使充采比＜1，据矿山实际调查统计约为0.85

4.3 计算临界管径DL

按照选取的标准管径D略小于计算临界管径DL的原则，选用钢编管型材标准型号为GP180钢塑复合管或GF150钢骨架塑料复合管或PF180钢丝编织钢塑复合管，且水力输送管径按D=150 mm计算。

GP180钢塑复合管:钢管型号Ø180×6、公称内径150 mm、衬层厚度7 mm、工作压力为4 MPa、工作压力2为2.5 MPa。

GF150钢骨架塑料复合管:内径150 mm、壁厚14 mm、工作压力3 MPa。

PF180钢丝编织钢塑复合管:公称内径148 mm、总壁厚16 mm、耐磨层厚12 mm、工作压力1为1.6 MPa、工作压力2为2.0 MPa。

4.4 计算实际流速V

4.5 充填能力验算

正好满足设计充填能力的要求。

4.6 选择管道摩擦阻力系数λ

根据管道的绝对粗糙度ε值和管径D，可查得管道摩擦阻力系数λ值。本研究取ε=0.5，并据D =150mm，相应取λ=0.0270。

4.7 计算水力坡度

若按金川公式计算水力坡度:

4.8 计算局部阻力hj

局部阻力主要是弯头、三通管、分叉管、吸入管、法兰盘、排气孔、检查孔、测量仪表、管道变径/膨缩等引起两相流特性改变产生的，总局部阻力等于各种(个)管件的局部阻力之和，即

式中:ξ为局部阻力系数;或者:hj=0.1ijL，即按管道沿程阻力损失的10%计算。

4.9 剩余压头hx

4.10 计算总水压头H

H=-210.7815＜0，可实现自流输送，不需要加泵。

式中:Z1为充填站搅拌桶出口标高，Z1=70.33m; Z2为井下充填料浆出口标高，Z2=-73.8m;L为充填管全长，L=743.36m(77线以东)。

5 结论与建议

(1)东乡铜矿全尾砂料浆在重量浓度70%时能够实现自流，不需要加泵输送。

(2)该矿管道布置复杂，管道较长，弯管众多，建立在局部开辟充填管道，以减少弯管，增强自流输送稳定性。

(3)由于膏体充填管道输送水力坡度计算，目前尚没有统一通用的公式，因此本文计算结果可能与实际情况有一定误差，还需做相关管道输送试验。

［1］Newman P D，Pine R J，Kevin R.The optimization of high density backfill at the stratoni operations，Greece［C］//David S P E.Proceedings of the 7th international Symposium on Mining with Backfill.Colorado:Society for Mining，Metallurgy and Exploration Inc(SME)，2001:273－283.

［2］何哲祥，徐从武.武山铜矿北矿带充填存在的问题与对策［J］.铜业工程，2003(3):1－3.

［3］张安康，张国良，冯俊刚.金城金矿东季矿充填系统改造［J］.有色金属，2004，56(2):90－92.

［4］陈长杰，蔡嗣经.金川二矿区膏体充填系统试运行有关问题的探讨［J］.矿业研究与开发，2001，21(3):21－23.

［5］韩斌，吴爱祥，陶向辉，等.金川二矿区分段道布置的优化［J］.中南大学学报:(自然科学版)2005，36(1):138－143.

［6］《采矿手册》编辑委员会.采矿手册［K］.冶金工业出版社，1988.

Exploring on Paste Filling Gravity Pipeline Transport in Dongxiang Copper Mine

HUANG Su－jin

(Dong xiang Copper Mine of JCC，Dongxiang，Jiangxi，China 331800)

Through test the physical filling material which can influence hydraulic slope calculation of Dongxiang Copper Mine，and research on the current situation of underground piping layout to determine maximum filling－line.According to solid particle sedimentation rate to calculate critical flow speed.Use Jinchuan＇s experience to caculate hydraulic slope of Dongxiang copper mine，research result improve that mining paste can gravity flowing under the current piping layout.

Paste filling;Pipeline transportation;Hydraulic gradient;Pipe network;Gravity

TF853.34

A

1009－3842(2011)03－0010－03

2011－05－16

黄苏锦(1968－)，男，汉族，浙江淳安人，高级工程师，硕士，主要从事矿山生产管理工作，E－mail:sjhuang2006@126.com