基于VB语言的尾矿输送水力计算程序的研究与开发

张树茂，崔 旋

(1.北京矿冶科技集团有限公司，北京 100160； 2.金属矿山智能开采技术北京市重点实验室，北京 102628)

金属和非金属矿山开采出的矿石，经选矿厂破碎和选别，选出有价值的精矿以后，大量的尾矿需要排放到尾矿库，以免污染环境[1]。目前尾矿排放主要有湿排和干排两种方式，湿排由于工艺成熟、工程实例多、输送量大、长期运行费用低等特点被许多矿山采用[2]，因此选用合理的输送设备和管道对选矿厂的正常生产起到非常关键的作用，而选型的前提是要有完善的尾矿浆体水力计算体系。对此国内外学者做了大量的试验工作，得出了不同形式的经验公式[3-4]。本文从节约计算时间、减轻工作量，方便、准确、快捷解决问题的角度出发，采用Visual Basic语言，将尾矿输送理论在计算机上得到了程序化实现，同时为后续尾矿输送的研究和设计提供了一种简便实用的计算工具。

1 尾矿输送理论介绍

尾矿输送水力计算，首先确定尾矿浆体的正常流量，然后对其流态特性进行判别，进而计算其临界流速以及对应的临界管径，最后确定输送管路的摩阻损失，以便根据流量和扬程对输送设备进行选型和设计。本文编程用到的输送计算理论及公式全部参考《尾矿设施设计规范》(GB50863-2013)[5]和《浆体与粒状物料输送水力学》[6]。

1.1 流量计算

(1)

(2)

式中：Qk—尾矿浆体正常流量，m3/s；W—尾矿固体质量，t/d；m—水固比；ρg—尾矿颗粒密度，t/m3；ρs—水密度，t/m3；CW—尾矿浆体质量浓度，以小数计。

1.2 流态判别

(3)

1.3 临界流速

目前尾矿浆体输送临界流速计算主要有以下几个经验公式：

1)刘德忠公式

(4)

式中：D—管径，m；ρg—尾矿颗粒密度，t/m3；ρ1—似均质浆体密度，t/m3；ω—尾矿沉速，m/s；ωs—尾矿颗粒在水中加权平均沉速，m/s；CV—体积浓度，以小数计。

2)E.J.瓦斯普公式

(5)

式中：CV—体积浓度，以小数计；D—管径，m；ρg—尾矿颗粒密度，t/m3；ρk—矿浆浆体密度，t/m3；d85—尾矿颗粒累积含量85%时对应的粒径。

3)B.C.克诺罗兹公式：

当d≤0.07 mm时：

(6)

当0.07 mm≤d≤0.4 mm时：

(7)

当0.4 mm

(8)

(9)

(10)

式中：D—管径，m；ρg—尾矿颗粒密度，t/m3；CW—尾矿浆体质量浓度，以小数计。

由于影响尾矿浆体临界流速的因素错综复杂，目前尚无公认的公式。本程序运行时，按照以上三种公式分别计算，输出计算结果，按照最保守的原则进行设计和选型。

1.4 摩阻损失

1)管道摩阻损失按照以下公式计算：

ik=i1+Δi2

(11)

其中，i1采用达西—韦斯巴赫公式计算：

(12)

式中：λ—达西摩阻系数；V—流速，m/s；D—管径，m；s—相对密度s=ρ1/ρs。

Δi2采用E.J.瓦斯普—R.杜兰德公式计算：

(13)

(14)

2)我国传统习用的尾矿浆体输送摩阻损失是把全部尾矿浆体都按照似均质流态考虑，按照达西—韦斯巴赫公式计算，达西摩阻系数λ按舍维列夫公式计算：

(15)

2 程序及界面设计

通过以上分析可知，尾矿输送水力计算参数较多、过程繁琐，传统手工计算耗时长、易出错。为了方便计算，本文输送程序采用计算机Visual Basic语言[7]进行编程，计算流程如图1所示。程序计算需要的数据除了尾矿颗粒粒径成分以数据文件给定外，其余计算参数均通过界面输入，在Windows环境下，输入界面如图2所示。由于部分工程尾矿颗粒粒径组成数据较少，为了得到更加合理的计算结果，程序除了根据原始粒径组成计算以外，还提供了粒径插值计算(按照5%含量插值)，用户只需在参数输入框中输入相应参数即可，程序自动计算并生成TXT计算书。

图1 计算流程图Fig.1 Calculation flow chart

图2 程序输入界面Fig.2 The interface of program input

3 在实际工程中的应用

位于云南的某矿山尾矿库，选厂产量为15 000 t/d，尾矿产率为96.5%，尾矿颗粒密度2.803 t/m3，尾矿浆体重量浓度为55%，输送管路设计采用DN350无缝钢管，尾矿颗粒粒度组成表，见表1。

表1 尾矿颗粒粒度组成表

通过程序对本工程实例进行计算，计算结果见表2。

表2 程序计算结果

通过该程序对某工程实例完成了计算分析，验证了程序的适用性，同时和工程现场运行实测数据差别较小，说明计算结果合理，且速度较快，达到了预期效果。

4 结语

本文通过Visual Basic语言对尾矿输送水力计算进行了计算机编程实现，程序界面友好、易用，使用方便快捷，改变其中某个计算参数，可立刻得到计算结果。与传统手动计算相比，提高了计算精度，简化了工作量，能满足用户对设计快速、准确的要求。同时在实际工程中得到了应用并且取得了令人满意的结果，具有较高的指导价值和实用价值。