.1116 北京科技大学学报 第35卷 而言，高压满管流系统的充填效率高，且垂直钻孔 速下的水力梯度.根据式(9)对数据进行拟合，得 磨损率较低，是较为合理的输送模式 到水力梯度关于速度的表达式，如式(16)，即参数 Pmax=B.iL·L, (13) a=1.49,b=0.144.由表1可知，管道流量为4060 m3.h-1,水力梯度均值为1.09MPa-km-1,平均流 Pmax F(mg-Biv) (14) 速0.8ms-1,则根据式(6)计算充填井内管道的 满管率，均值为9.43%，即管道内料浆高度为29.23 m.在管径及输送参数不变的情况下，根据式(7)计 3工程应用 算可知，要实现满管输送，需将原水平管道延长至 某铅锌矿地面标高2538m,井下已开拓至1200 4600m以上，由于井下空间限制，这在实际应用过 m,采用音体充填技术处理空区，输送料浆中固相 程中显然是难以实现的. 质量分数为76%~80%，系统流量为4060m3.h-1, 额定流量80m3.h-1,充填管径为150mm,料浆密 P1-P2 (15) 度2.08tm-3.由于采用自流充填模式，且系统充 L 填倍线较小，局部地段仅为2.9，在充填过程中垂直 i=1.49u2+0.144w. (16) 管道内产生真空不满流，高速流动的砂浆对管壁的 迁移冲刷导致管路磨损加剧，据统计，局部地段每 充填1万m3料浆，管道即磨损1mm,漏浆，爆管 等事故频发，严重影响充填工作的正常进行，如图 3和图4所示. 2007/01/25 图4管壁磨穿 Fig.4 Wearing through at the pipe wall 3.2高压满管流输送方案 采用高压满管流模式对系统进行优化是提高 满管率的最佳途径，即垂直管道不变，水平管段替 图3充填管局部磨损严重 换为小管径管道.根据式(8)~(12)建立不同标准 Fig.3 Severely wearing at local pipelines 管道条件下，垂直管道流速w与满管率F,之间的 3.1试验地点 数学模型，并绘制其关系曲线，如图6所示.在垂直 根据前述研究，考虑对充填系统局部地段进行 管道流速一定的情况下，即流量恒定，水平管径越 优化，提高满管率，减轻管道磨损.系统1571~1261 小，满管率F。越高.若系统满管输送，即F=100%, m管道段垂高310m,水平管道长度589m,经计 求得系统垂直及水平管道对应的料浆流速及对应的 算充填倍线仅为2.9，如图5所示，充填料浆经3 系统流量，如表2所示.根据南非矿山充填系统的 号充填井进入1261m水平，沿水平巷道进入采场.经验，水平管段工作流速不宜超过4m·s-1,否则 为监测管道内流速、压力等输送参数，在水平管段管道磨损率会大大提高，且管径过小将增加堵管的 安装流量计及压力传感器，料浆水力梯度红可由 危险.同时考虑系统额定流量80m3.h-1,综合 式(15)求得，其中P、P分别为压力传感器1、2 分析后表明：采用管径为85mm的水平充填管道， 监测数据，L为其间管道长度，即589m,当管径 同时系统流量增大至80m3.h-1，可有效提高系统 不变时红等于v.表1为系统正常充填时相应流满管率。· 1116 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 而言，高压满管流系统的充填效率高，且垂直钻孔 磨损率较低，是较为合理的输送模式. Pmax = β · iL · L, (13) Fφ = Pmax (γm · g − β · iV) · H . (14) 3 工程应用 某铅锌矿地面标高 2538 m，井下已开拓至 1200 m，采用膏体充填技术处理空区，输送料浆中固相 质量分数为 76%∼80%，系统流量为 40∼60 m3 ·h −1， 额定流量 80 m3 ·h −1，充填管径为 150 mm，料浆密 度 2.08 t·m−3 . 由于采用自流充填模式，且系统充 填倍线较小，局部地段仅为 2.9，在充填过程中垂直 管道内产生真空不满流，高速流动的砂浆对管壁的 迁移冲刷导致管路磨损加剧，据统计，局部地段每 充填 1 万 m3 料浆，管道即磨损 1 mm，漏浆，爆管 等事故频发，严重影响充填工作的正常进行，如图 3 和图 4 所示. 图 3 充填管局部磨损严重 Fig.3 Severely wearing at local pipelines 3.1 试验地点 根据前述研究，考虑对充填系统局部地段进行 优化，提高满管率，减轻管道磨损. 系统 1571∼1261 m 管道段垂高 310 m，水平管道长度 589 m，经计 算充填倍线仅为 2.9，如图 5 所示，充填料浆经 3 号充填井进入 1261 m 水平，沿水平巷道进入采场. 为监测管道内流速、压力等输送参数，在水平管段 安装流量计及压力传感器，料浆水力梯度 iL 可由 式 (15) 求得，其中 P1、P2 分别为压力传感器 1、2 监测数据，L 为其间管道长度，即 589 m，当管径 不变时 iL 等于 iV. 表 1 为系统正常充填时相应流 速下的水力梯度. 根据式 (9) 对数据进行拟合，得 到水力梯度关于速度的表达式，如式 (16)，即参数 a=1.49，b=0.144. 由表 1 可知，管道流量为 40∼60 m3 ·h −1，水力梯度均值为 1.09 MPa·km−1，平均流 速 0.8 m·s −1，则根据式 (6) 计算充填井内管道的 满管率，均值为 9.43%，即管道内料浆高度为 29.23 m. 在管径及输送参数不变的情况下，根据式 (7) 计 算可知，要实现满管输送，需将原水平管道延长至 4600 m 以上，由于井下空间限制，这在实际应用过 程中显然是难以实现的. iL = P1 − P2 L , (15) i = 1.49v 2 + 0.144v. (16) 图 4 管壁磨穿 Fig.4 Wearing through at the pipe wall 3.2 高压满管流输送方案 采用高压满管流模式对系统进行优化是提高 满管率的最佳途径，即垂直管道不变，水平管段替 换为小管径管道.根据式(8)∼(12) 建立不同标准 管道条件下，垂直管道流速 vV 与满管率 Fφ 之间的 数学模型，并绘制其关系曲线，如图 6 所示. 在垂直 管道流速一定的情况下，即流量恒定，水平管径越 小，满管率 Fφ 越高. 若系统满管输送，即 Fφ=100%， 求得系统垂直及水平管道对应的料浆流速及对应的 系统流量，如表 2 所示. 根据南非矿山充填系统的 经验，水平管段工作流速不宜超过 4 m·s −1 ，否则 管道磨损率会大大提高，且管径过小将增加堵管的 危险 [13] . 同时考虑系统额定流量 80 m3 ·h −1，综合 分析后表明：采用管径为 85 mm 的水平充填管道， 同时系统流量增大至 80 m3 ·h −1，可有效提高系统 满管率