牟宏伟等：螺旋管在小倍线充填中的应用及充填倍线公式修正 ·1073· 0.100 L+(b。-1)m N"= (4) 0.075 H 0.050 0.025 式中，N表示充填倍线，W表示有效充填倍线，H表示 0 充填管道起点和终点的高差，L表示包括弯头、接头等 -0.025 管件的换算长度在内的管路总长度，m表示螺旋管总 -0.075 高度，b表示各种型号螺旋管与同等高度直管阻力损 0.100 0.125 失之比 -0.1582500250.500751001251501.7520225 3.3.2求解比例系数b。 位置m 由于式(4)是基于阻力损失的计算结果提出的， 图8D型螺旋管Y轴方向压力分布 因此该公式仅适用于比例系数b可求的情况.在添加 Fig.8 Pressure distribution of the D-ype spiral pipe in the Y axis 螺旋管增阻时b,表示各种型号螺旋管与同等高度直 40 管阻力损失之比，在其他情况下b表示添加的增阻设 35 施所产生的阻力与1m直管阻力的比值.相关管路和 30 增阻设施的阻力损失大小在条件允许的情况下可以通 30 过工业试验求得，条件不允许的情况下可通过数值模 15 拟的方式求得. 10 4 结论与展望 0 0 46 8 10 (1)提出利用螺旋管进行增阻调压的方案，并通 位置/m 过数值模拟计算求得所设计螺旋管与同等高度直管 图9L型管路沿Y轴方向压力分布 的阻力损失之比.计算结果表明：设计的螺旋管增阻 Fig.9 Pressure distribution of the Lttype pipe in the y axis 调压结构所产生的阻力是同等高度直管的10.1~ 大于内侧导致充填料浆外侧的动压大于内侧.由此可 16.8倍 以得出：充填料浆对螺旋管外侧的冲击磨损较内侧严 (2)基于数值模拟计算结果，提出增设增阻减压 重，在进行螺旋管设计和生产中需要对外侧进行适当 的强化处理.从图7中可以看出螺旋管中的充填料浆 设施后的有效充填倍线计算公式N=+(6。-)·m H 在竖直方向上压力得到了连续稳定的释放 该公式能较准确地计算出增设增阻减压设施后的有效 图8、图9和表2中可以看出：同等高度的螺旋管 充填倍线. 所产生的阻力损失较直管大，用b表示各种型号螺旋 (3)通过与其他增阻调压方案的对比及数值模拟 管与同等高度直管沿程阻力损失之比，在2m·s的料 结果可知：螺旋管增阻调压方案可以在保证料浆连续 浆速度下，则b值在10.1~16.8之间，当料浆流速提 输送的情况下达到增阻调压的目的，料浆的剩余压头 高时b.值会更高.由此可见应用螺旋管可以产生较好 可以在螺旋管中得到连续稳定的释放，说明该方案用 的增阻效果，且能保证螺旋管能够连续稳定地消耗充 于充填管路输送是合理且可行的. 填料浆的剩余压头 参考文献 3.3基于螺旋管模拟的充填倍线修正公式 3.3.1计算充填倍线的修正公式 [Liu X H,Wu A X,Wang H J,et al.Full-flow transport theory and its application in deep mine backfilling.J Unir Sci Technol 充填料浆的输送多采用自流输送，常用充填倍线 Beng,2013,35(9):1113 来表示自流输送所能达到的充填范围，见式(3).由于 (刘晓辉，吴爱祥，王洪江，等。深井矿山充填满管输送理论 充填管路增设螺旋管后管路的沿程阻力损失发生改 及应用.北京科技大学学报，2013,35(9)：1113) 变，充填倍线计算公式无法对增加螺旋管后的充填倍 2] David A M,Alastair D S.The effects of a highly viscous liquid 线进行准确的计算，因此提出增设增阻减压设施后的 phase on vertically upward two-phase flow in a pipe.Int 有效充填倍线的计算方法具有重要意义，相关的计算 Multiphase Flow,2003,29 (9):1523 [B] 分析也将成为管道输送设计和安装的依据.本文基于 Dan Y F.On application of filling pressure relief system in the nonferrous deep shaft mine in China.Nonferrous Met Des,2003. 阻力损失的计算结果提出计算充填倍线的修正公式， 30(1):5 见式(4). (淡永富.充填减压系统在有色深井矿山中的应用探讨.有色 N= (3) 金属设计，2003,30(1)：5) H [4]Wang X M,Pan C J,Xu D S.Determine the maximum safe牟宏伟等: 螺旋管在小倍线充填中的应用及充填倍线公式修正 图 8 D 型螺旋管 Y 轴方向压力分布 Fig． 8 Pressure distribution of the D-type spiral pipe in the Y axis 图 9 L 型管路沿 Y 轴方向压力分布 Fig． 9 Pressure distribution of the L-type pipe in the Y axis 大于内侧导致充填料浆外侧的动压大于内侧． 由此可 以得出: 充填料浆对螺旋管外侧的冲击磨损较内侧严 重，在进行螺旋管设计和生产中需要对外侧进行适当 的强化处理． 从图 7 中可以看出螺旋管中的充填料浆 在竖直方向上压力得到了连续稳定的释放． 图 8、图 9 和表 2 中可以看出: 同等高度的螺旋管 所产生的阻力损失较直管大，用 bn表示各种型号螺旋 管与同等高度直管沿程阻力损失之比，在 2 m·s － 1的料 浆速度下，则 bn值在 10. 1 ～ 16. 8 之间，当料浆流速提 高时 bn值会更高． 由此可见应用螺旋管可以产生较好 的增阻效果，且能保证螺旋管能够连续稳定地消耗充 填料浆的剩余压头． 3. 3 基于螺旋管模拟的充填倍线修正公式 3. 3. 1 计算充填倍线的修正公式 充填料浆的输送多采用自流输送，常用充填倍线 来表示自流输送所能达到的充填范围，见式( 3) ． 由于 充填管路增设螺旋管后管路的沿程阻力损失发生改 变，充填倍线计算公式无法对增加螺旋管后的充填倍 线进行准确的计算，因此提出增设增阻减压设施后的 有效充填倍线的计算方法具有重要意义，相关的计算 分析也将成为管道输送设计和安装的依据． 本文基于 阻力损失的计算结果提出计算充填倍线的修正公式， 见式( 4) ． N = L H ． ( 3) N' = L + ( bn － 1)·m H ． ( 4) 式中，N 表示充填倍线，N'表示有效充填倍线，H 表示 充填管道起点和终点的高差，L 表示包括弯头、接头等 管件的换算长度在内的管路总长度，m 表示螺旋管总 高度，bn表示各种型号螺旋管与同等高度直管阻力损 失之比． 3. 3. 2 求解比例系数 bn 由于式( 4) 是基于阻力损失的计算结果提出的， 因此该公式仅适用于比例系数 bn可求的情况． 在添加 螺旋管增阻时 bn表示各种型号螺旋管与同等高度直 管阻力损失之比，在其他情况下 bn表示添加的增阻设 施所产生的阻力与 1 m 直管阻力的比值． 相关管路和 增阻设施的阻力损失大小在条件允许的情况下可以通 过工业试验求得，条件不允许的情况下可通过数值模 拟的方式求得． 4 结论与展望 ( 1) 提出利用螺旋管进行增阻调压的方案，并通 过数值模拟计算求得所设计螺旋管与同等高度直管 的阻力损失之比． 计算结果表明: 设计的螺旋管增阻 调压结构 所 产 生 的 阻 力 是 同 等 高 度 直 管 的 10. 1 ～ 16. 8 倍． ( 2) 基于数值模拟计算结果，提出增设增阻减压 设施后的有效充填倍线计算公式 N' = L + ( bn － 1)·m H ， 该公式能较准确地计算出增设增阻减压设施后的有效 充填倍线． ( 3) 通过与其他增阻调压方案的对比及数值模拟 结果可知: 螺旋管增阻调压方案可以在保证料浆连续 输送的情况下达到增阻调压的目的，料浆的剩余压头 可以在螺旋管中得到连续稳定的释放，说明该方案用 于充填管路输送是合理且可行的． 参 考 文 献 ［1］ Liu X H，Wu A X，Wang H J，et al． Full-flow transport theory and its application in deep mine backfilling． J Univ Sci Technol Beijing，2013，35( 9) : 1113 ( 刘晓辉，吴爱祥，王洪江，等． 深井矿山充填满管输送理论 及应用． 北京科技大学学报，2013，35( 9) : 1113) ［2］ David A M，Alastair D S． The effects of a highly viscous liquid phase on vertically upward two-phase flow in a pipe． Int J Multiphase Flow，2003，29( 9) : 1523 ［3］ Dan Y F． On application of filling pressure relief system in the nonferrous deep shaft mine in China． Nonferrous Met Des，2003， 30( 1) : 5 ( 淡永富． 充填减压系统在有色深井矿山中的应用探讨． 有色 金属设计，2003，30( 1) : 5) ［4］ Wang X M，Pan C J，Xu D S． Determine the maximum safe · 3701 ·