全尾砂膏体胶结充填料泵送环管试验小结课案.docx
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全尾砂膏体胶结充填料泵送环管试验小结课案
试验小结
全尾砂膏体（胶结）充填料泵送环管试验小结
长沙矿山研究院
南京锌阳矿业有限公司
二○○三年四月
2003年4月16日至4月18日，在南京锌阳矿业有限公司机修厂进行了全尾砂膏体（胶结）充填料泵送环管试验，通过对不同配比、不同浓度的全尾砂膏体进行泵送循环，测定了膏体环管泵压输送性能与管道输送阻力，试验情：
况小结如下
1、膏体充填料及配比
试验过程中进行了两次配料，第一次配料为单一的全尾砂膏体。
全尾砂经选矿厂排尾口经管道排入污水处理站附近的沉降池自然沉降脱水，脱水后全尾砂含水率约为18~19%。
试验时在该沉淀池中沿全断面取料后，运送至试验地点。
第二次试验为水泥——全尾砂膏体，水泥为袋装325#硅酸盐水泥，设计灰砂比为1∶8。
2、试验用环管
试验用管道分别采用内径为Φ125mm与Φ150mm的两种管径。
沿机修厂装配厂房布置两圈环管，内圈为Φ150mm钢管，外圈为Φ125mm钢管。
钢管均用法兰联接，弯管曲率半径为管径的1.5倍，钢管壁厚均为4.5mm。
实际配管总长度为194.63m，其中Φ150mm管道96.09m，Φ125mm管道98.54m。
折算管道总长度295.1m，其中Φ150mm管道折算长度138.35m，Φ125mm管道折算长度156.75m。
3、试验用混凝土输送泵
首先租用了一台HBT60混凝土泵，该泵换向阀采用斜置式插板阀，经试验后发现该类阀密封性能不好，输送缸内膏体在活塞推送过程中向混凝土泵喂料斗返料严重，泵送流量无法控制和计算。
随后换用了HBT70混凝土拖泵，该泵换向阀采用S型阀，泵的铭牌技术参数为：
输送量67m3/h；最大出口压力4.7MPa；空运转时最大换向频率27次/分；空载时主油路油压2MPa。
4、膏体制备及输送
全尾砂经称量后，加入到锥形反转出料式混凝土搅拌机中进行搅拌，同时按设计配比加入适量水或水泥，并使膏体坍落度控制在12~15cm之间。
全尾砂或水泥——全尾砂膏体搅拌均匀卸入料斗后，经行车吊起并卸入混凝土泵喂料斗中。
为了润滑管道，首先在混凝土泵喂料斗中加入少量水及部分细粒级尾砂，随后即可进入泵送程序。
待膏体充满管道后，即可开始泵送循环试验。
膏体在管道内泵送一段时间（15~20分钟），使管内膏体趋于均匀后，则可开始测定及读取以下技术数据：
膏体浓度、膏体坍落度、混凝土泵主油路油压、S阀换向周期以及管道上各压力表读数。
以上数据测定完毕即完成一个工况点的试验。
随后即可向混凝土泵喂料斗均匀地按比例加水，使膏体浓度适当降低，然后进行下一个工况点的泵送循环试验，亦即待整条管道内的膏体均化后，同时测取上述试验数据，直至将膏体坍落度提高至23~25cm。
5、试验数据分析计算
5.1流量的计算
HBT70混凝土拖泵的输送缸直径为200mm，活塞行程1400mm，则其输送缸容积（即一个推送行程的膏体输送体积）为：
π÷4×（0.2）2×1.4=0.04396m3
已知空载条件下泵的最大换向频率为27次/分，则理论最大输送量为：
0.04396×27×60=71.2m3/h
考虑到阀在换向时将产生一定的流量损失，可将上述理论计算值乘上系数0.95，则最大输送量与铭牌输送量相一致。
即当换向频率为27次/分时，泵的输送量为67m3/h。
在泵送循环试验过程中，输送量与阀的换向频率的关系式如下：
Q＝67÷27×F＝2.48F（m3/h）
或
Q=（67÷27）×（60÷T）=148.9／T（m3/h）
式中：
F——阀的换向频率；
T——阀的换向周期。
5.2管内流速计算
V=Q／（900πD2）（m/s）
式中：
Q——输送量（m3/h）;
D——管道内径（mm）。
5.3管道阻力计算
根据压力表测定值及相关资料介绍，Φ125mm管道内膏体或混凝土输送阻力为Φ150mm管径的1.2倍。
根据所用的配管，即可将Φ125mm管道折算为Φ150mm管道，Φ150mm管道输送阻力可用下式计算：
P150≈P1／（L150+1.2L125）（KPa/m）
P125≈1.2P150（KPa/m）
式中：
P150——Φ150mm管道阻力；
P125——Φ125mm管道阻力；
P1——1#压力表读数；
L150——Φ150mm配管折算长度；
L125——Φ125mm配管折算长度。
根据试验实测数据并按上述方法计算，得出泵送环管试验各参数如表1。
泵送循环试验过程中，对水泥——全尾砂膏体进行了取样，并分组灌制了7.07×7.07×7.07cm3的试模，分别测定试块3d、7d、28d强度，试块实测强度如表2所示。
6、试验小结
通过泵送环管试验，对全尾砂膏体制备、管道输送等重要工艺环节均进行了试验，并获取了输送流量、管道阻力、充填料带料停泵性能、管道清洗等重要试验参数及特性，为下一步充填系统建设方案设计提供了可靠的依据，试验达到了预期的目的，现可总结如下：
6.1全尾砂膏体及水泥——全尾砂膏体均具有良好的管道输送性能。
试验历时3天，膏体浓度自73.31%至79.66%均顺利实现了泵送循环，在整个试验过程中未出现堵管等不良现象。
6.2在试验的工况范围内，膏体浓度是影响输送流量与管道阻力的首要因素。
当膏体浓度达到78%以上时，管道阻力很大，5英寸管道阻力达到9.0~12.5KPa/m。
而当浓度为75%左右时，5英寸管道阻力则降低至3.68~5.15KPa/m。
浓度为73.31%时，5英寸管道阻力进一步降低至2.21KPa/m。
根据目前所采用的采矿方法，充填料浆浓度过高并不利于充填料在采场内的流平，因此，实际生产中将膏体充填料浆浓度确定为74~76%较为合适。
此时，5英寸管道的流动阻力为3~6KPa/m，膏体坍落度为22~25cm。
在此情况下，当充填倍线为3~6时，可以实现膏体的自流输送，其输送量可达40~60m3/h。
6.3膏体充填料具有良好的稳定性。
管道流速为0.5~1.52m/s之间，直到带料停泵14小时（不添加水泥的情况下），管内料浆并未出现离析现象，这与粗粒级尾砂的两相流特征具有根本上的区别，也给将来管道清理与生产管理带来了便利。
试验制作的试块3天强度分别达到0.59MPa、0.52MPa、0.44MPa，是低浓度条件下制作试块强度的两倍以上。
在同一灰砂比条件下，膏体强度的相对提高可大幅度减少水泥消耗量、降低充填成本。
同时，由于浓度提高后水泥耗量相应降低，从而有利于提高单位体积全尾砂耗量，进而减少甚至避免全尾砂的处理与外卖。
水泥—全尾砂膏体泵送试验试块强度（表2）
试块编号
膏体浓度（%）
坍落度
（cm）
灰砂比
试块容重
（g/cm3）
试块抗压强度（MPa）
3d
7d
28d
1
78.28
15.5
1:
8
2.03
0.58
0.60
0.59
0.59
1.02
1.14
1.16
1.11
4.02
4.06
3.60
3.89
2
77.20
20.5
1:
8
1.99
0.61
0.46
0.48
0.52
1.20
1.16
1.18
1.18
3.40
3.90
4.00
3.77
3
75.56
22.8
1:
8
1.97
0.44
0.44
0.44
0.44
0.82
0.82
0.84
0.83
2.90
2.56
3.08
2.85
4
75.91
21
1:
12
2.05
0.20
0.20
0.20
0.20
0.46
0.42
0.46
0.45
1.80
1.60
1.60
1.67
5
73.6
23
1:
12
1.97
0.19
0.19
0.18
0.19
0.38
0.38
0.42
0.39
1.28
0.92
1.48
1.23
6
71.49
24.5
1:
12
1.93
0.18
0.19
0.19
0.19
0.38
0.30
0.36
0.35
0.92
0.70
0.72
0.78
7
74.62
21
1:
12
2.01
0.18
0.18
0.18
0.18
0.36
0.36
0.39
0.37
0.96
1.06
0.96
0.99
8*
74.62
23.5
1:
12
2.02
0.18
0.18
0.18
0.18
0.39
0.46
0.38
0.41
1.00
0.96
1.00
0.99
*注:
8号配方添加木钙减水剂
全尾砂膏体（胶结）充填料环管试验参数汇总
（表1）
参数名称与
单位
第一次配料（全尾砂膏体）
第二次配料（水泥全尾砂膏体，灰砂比1∶8）
工况1
工况2
工况3
工况4
工况1
工况2
工况3
工况4
工况5
膏体重量浓度
（%）
79.66
77.56
76.86
/
78.28
77.20
75.56
74.90
73.31
膏体坍落度
（cm）
12.0
18.5
22.5
23.5
15.5
20.5
22.8
23.5
摊开
泵主油路油压
（MPa）
22.0
17.0
13.5
12.0
18.0
15.0
12.0
9.0
8.0
换向阀周期
（S）
4.6
4.2
2.7
2.2
4.5
2.9
2.7
2.7
2.7
换向阀频率
（次/分）
13.04
14.3
22.2
27.3
13.33
20.7
22.2
22.2
22.2
膏体输送量
（m3/h）
32.4
35.5
55.2
67.0
33.1
51.37
55.2
55.2
55.2
6英寸管流速
（m/s）
0.510
0.558
0.868
1.050
0.521
0.808
0.868
0.868
0.868
5英寸管流速
（m/s）
0.734
0.804
1.250
1.520
0.750
1.163
1.250
1.250
1.250
各
压
力
表
读
数
（Mpa）
1#
3.4
2.4
1.8
1.35
2.6
1.9
1.4
1.0
0.6
2#
2.3
1.78
3#
2.6
2.2
1.69
4#
2.18
1.95
1.41
5#
2.13
1.69
0.54
6#
/
/
/
7#
0.98
0.66
8#
1.4
1.15
0.80
9#
0.72
0.63
0.35
10#
0.35
0.26
0.20
6英寸管阻力
（KPa/m）
10.42
7.35
5.51
4.14
7.96
5.82
4.29
3.06
1.84
5英寸管阻力
（KPa/m）
12.50
8.82
6.62
4.95
9.56
6.98
5.15
3.68
2.21
南京铅锌银矿全尾砂试块强度试验结果表
试块
编号
灰砂比
添加剂（%）
浓度（%）
湿容重（g/cm3））
试块抗压强度（MPa）
R3
R7
R28
0410-01
1:
4
0
62
1.97
0.39
0.61
1.29
0410-02
0
66
1.98
0.28
0.42
1.17
0410-03
0
70
2.00
0.42
0.60
1.40
1011-01
0
68
2.10
0.61
0.91
1011-02
0
70
2.13
0.72
1.13
1011-03
0
72
2.13
0.74
1.19
1011-04
0
74
2.20
1.01
1.32
0417-01
1
62
1.96
0.27
0.40
1.17
0417-02
1
66
1.97
0.36
0.46
1.11
0417-03
1
70
2.01
0.50
0.66
1.40
0417-10
1:
6
1
62
1.99
0.22
0.28
0.57
0417-11
1
66
2.01
0.25
0.30
0.71
0417-12
1
70
2.02
0.24
0.38
0.66
1011-05
0
68
2.17
0.40
0.58
1011-06
0
70
2.17
0.42
0.67
1013-07
0
72
2.23
0.49
0.68
1013-08
0
74
2.26
0.50
0.70
0410-04
1:
8
0
62
1.96
0.09
0.16
0.31
0410-05
0
66
2.04
0.17
0.26
0.50
0410-06
0
70
2.06
0.21
0.31
0.74
1013-10
0
68
2.07
0.17
0.19
1013-11
0
70
2.11
0.26
0.31
1013-12
0
72
2.14
0.28
0.35
1013-13
0
74
2.16
0.30
0.44
0417-04
1
62
1.99
0.12
0.15
0.35
0417-05
1
66
2.00
0.13
0.18
0.38
0417-06
1
70
2.02
0.14
0.20
0.44
0410-07
1:
12
0
62
2.02
——
0.15
0.19
0410-08
0
66
2.06
——
0.13
0.21
0410-09
0
70
2.06
——
0.16
0.29
0417-07
1
62
——
——
0.11
0.19
0417-08
1
66
——
——
0.15
0.20
0417-09
1
70
——
——
0.20
0.23
0410-10
1:
15
0
62
2.04
——
0.14
0.20
0410-11
0
66
2.06
——
0.12
0.13
0410-12
0
70
2.08
——
0.15
0.16
全尾砂胶结充填试块基本物理参数表
试块
编号
灰
砂
比
重量浓度
（%）
料浆
容重
（g/cm3）
脱水
率（%）
试块
容重
（g/cm3）
试块含水率（%）
每m3充填体
各材料消耗（kg）
全尾砂
水泥
水
0410-01
1:
4
62
1.67
25.0
1.97
24.56
1189
297
484
-02
1:
4
66
1.73
17.9
1.98
24.32
1198
300
482
-03
1:
4
68
1.88
8.3
2.00
22.73
1236
309
455
-04
1:
8
62
1.69
25.0
1.96
25.24
1300
162
498
-05
1:
8
66
1.75
18.8
2.04
24.24
1374
172
494
-06
1:
8
70
1.88
12.5
2.06
22.73
1415
177
468
-07
1:
12
62
1.69
26.7
2.02
25.96
1381
115
524
-08
1:
12
66
1.75
18.8
2.06
24.07
1444
120
496
-09
1:
12
70
1.83
15.0
2.06
24.07
1444
120
496
-10
1:
15
62
——
——
2.04
24.55
1443
96
501
-11
1:
15
66
——
——
2.06
25.00
1448
97
515
-12
1:
15
70
——
——
2.08
24.55
1471
98
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