·1070· 工程科学学报，第38卷，第8期 法，该装置可以在保证料浆连续输送的基础上起到 增阻降压的目的，且该方案具有结构简单、操作简 便、经济合理等优点. 1一分流闸阀 本文应用数值模拟的方法对料浆在螺旋管中的阻 2一螺旋管道 力特性进行研究6.首先根据矿山情况确定便于井 3一增设螺旋管压力分布 4一L型管路压力分布 下安装的螺旋管尺寸，通过室内试验确定充填料浆的 黏度、密度、骨料体积分数等数据，然后采用流体力学 数值模拟软件对不同尺寸螺旋管沿程阻力损失进行 计算 图1螺旋管增阻减压原理图 由于充填管路的设计中要考虑到充填倍线，所以 Fig.1 Principle diagram of spiral tube resistance increasing and 在增加螺旋管后要计算有效的充填倍线，经查阅国内 pressure reducing 外相关研究，鲜见关于有效充填倍线公式的研究.笔 者经过对充填倍线计算公式的修正，提出添加增阻调 当管路竖直高度过大且充填倍线过小时需启用螺 压设施后的有效充填倍线的计算方法，填补了相关研 旋管路部分，通过螺旋管路来降低料浆到达竖直管路 究的空白 底端时过大的压力，减少弯管处的冲击磨损，并减小出 口处的剩余压头；当因水平管路过长导致充填倍线过 1 螺旋管增阻减压与现有措施对比 大时则不需启用螺旋管路，以避免产生堵管现象 1.1螺旋管增阻减压原理 1.2增阻措施研究现状 如图1所示，螺旋管增阻减压管路安装在竖直管 在国内外深井充填增阻减压技术的应用中，一般 道部分，具体安装的位置根据矿山中管路布置以及压 将增阻减压措施分为管路型、设备型和构筑物型三类. 力分布情况进行调整，螺旋管与主管路之间通过分流 这三类措施在解决局部压力过大、减少剩余压头及在 闸阀连接，将管路分为螺旋管管路和非螺旋管管路。 工程应用中的优缺点见表1 表1部分增阻措施及应用情况 Table 1 Partial resistance increasing measures and application 增阻类型 增阻措施 实施方案 优点 缺点 将高差大的管路改为折返、有利于降低管道的局部最大增加开拓工程量，布置空间条件难以 折返/阶梯布置 阶梯式的布置 压力 实现 不同管径管道接口处磨损严重，在压力 料浆通过变径管处阻力增大，降 管路型 变径管 变换竖直、水平管道管径 过大的系统增阻效果有限，压力变化易 低最大压力，利于实现满管流 出现爆管问题 水平管道高流速部位增设可控制水平管处料浆流速，减轻会有堵管爆管事故，不能解决局部压力 90°弯头 90°弯头 管道磨损 大问题 将阻尼节流孔板装于管道 阻尼孔受到材料耐磨性限制，使用寿 阻尼节流孔板 可降低管道局部压力过大问题 内部 命短 料浆对设备磨损严重，易产生堵管，不易 设备型 减压阀 滚动球阀、比例流控制阀等 可降低管道局部压力过大问题 管理 将缓冲盒装在竖直管与水平可解决弯管处因压力过大所带来缓冲盒磨损严重，只能在弯管处起到缓 缓冲盒 管接头处 的问题 冲作用，达不到降压效果 减压池 竖直管中部建减压池 可降低输送压力 砂浆在减压池沉降、结块问题突出 构筑物型 在减压站内布置搅拌桶、事可有效解决料浆对管壁产出的高 减压站 开拓量大，设备管理复杂，国内尚无应用 故池等设施 压问题 通过对现有增阻减压措施的分类研究发现，它们 备直接受到料浆的冲刷，所以设备磨损严重的问题限 在应用中均存在一定的缺陷，现有的管路型增阻减压 制了其推广与应用：构筑物型增阻减压措施受限于他 易出现堵管爆管现象，且折返/阶梯布置对开拓及布置 的管理复杂，料浆沉降结块问题突出 空间要求较高：设备型增阻减压措施由于阻尼减压设 对照以上三类增阻减压措施，螺旋管增阻减压措工程科学学报，第 38 卷，第 8 期 法，该装置可以在保证料浆连续输送的基础上起到 增阻降压 的 目 的，且 该 方 案 具 有 结 构 简 单、操 作 简 便、经济合理等优点． 本文应用数值模拟的方法对料浆在螺旋管中的阻 力特性进行研究［6--8］． 首先根据矿山情况确定便于井 下安装的螺旋管尺寸，通过室内试验确定充填料浆的 黏度、密度、骨料体积分数等数据，然后采用流体力学 数值模拟软件对不同尺寸螺旋管沿程阻力损失进行 计算． 由于充填管路的设计中要考虑到充填倍线，所以 在增加螺旋管后要计算有效的充填倍线，经查阅国内 外相关研究，鲜见关于有效充填倍线公式的研究． 笔 者经过对充填倍线计算公式的修正，提出添加增阻调 压设施后的有效充填倍线的计算方法，填补了相关研 究的空白． 1 螺旋管增阻减压与现有措施对比 1. 1 螺旋管增阻减压原理 如图 1 所示，螺旋管增阻减压管路安装在竖直管 道部分，具体安装的位置根据矿山中管路布置以及压 力分布情况进行调整，螺旋管与主管路之间通过分流 闸阀连接，将管路分为螺旋管管路和非螺旋管管路． 图 1 螺旋管增阻减压原理图 Fig． 1 Principle diagram of spiral tube resistance increasing and pressure reducing 当管路竖直高度过大且充填倍线过小时需启用螺 旋管路部分，通过螺旋管路来降低料浆到达竖直管路 底端时过大的压力，减少弯管处的冲击磨损，并减小出 口处的剩余压头; 当因水平管路过长导致充填倍线过 大时则不需启用螺旋管路，以避免产生堵管现象． 1. 2 增阻措施研究现状 在国内外深井充填增阻减压技术的应用中，一般 将增阻减压措施分为管路型、设备型和构筑物型三类． 这三类措施在解决局部压力过大、减少剩余压头及在 工程应用中的优缺点见表 1． 表 1 部分增阻措施及应用情况 Table 1 Partial resistance increasing measures and application 增阻类型 增阻措施 实施方案 优点 缺点 管路型 折返/阶梯布置 将高差大的管路改为折返、 阶梯式的布置 有利 于 降 低 管 道 的 局 部 最 大 压力 增加开 拓 工 程 量，布置空间条件难以 实现 变径管 变换竖直、水平管道管径 料浆通过变径管处阻力增大，降 低最大压力，利于实现满管流 不同管径管道接口处磨损严重，在压力 过大的系统增阻效果有限，压力变化易 出现爆管问题 90°弯头 水平管道高流速部位 增 设 90°弯头 可控制水平管处料浆流速，减轻 管道磨损 会有堵管爆管事故，不能解决局部压力 大问题 设备型 阻尼节流孔板 将阻尼节流孔板装于 管 道 内部 可降低管道局部压力过大问题 阻尼孔受 到 材 料 耐 磨 性 限 制，使 用 寿 命短 减压阀 滚动球阀、比例流控制阀等 可降低管道局部压力过大问题 料浆对设备磨损严重，易产生堵管，不易 管理 缓冲盒 将缓冲盒装在竖直管与水平 管接头处 可解决弯管处因压力过大所带来 的问题 缓冲盒磨损严重，只能在弯管处起到缓 冲作用，达不到降压效果 构筑物型 减压池 竖直管中部建减压池 可降低输送压力 砂浆在减压池沉降、结块问题突出 减压站 在减压站内布置搅拌桶、事 故池等设施 可有效解决料浆对管壁产出的高 压问题 开拓量大，设备管理复杂，国内尚无应用 通过对现有增阻减压措施的分类研究发现，它们 在应用中均存在一定的缺陷，现有的管路型增阻减压 易出现堵管爆管现象，且折返/阶梯布置对开拓及布置 空间要求较高; 设备型增阻减压措施由于阻尼减压设 备直接受到料浆的冲刷，所以设备磨损严重的问题限 制了其推广与应用; 构筑物型增阻减压措施受限于他 的管理复杂，料浆沉降结块问题突出． 对照以上三类增阻减压措施，螺旋管增阻减压措 · 0701 ·