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文檔簡(jiǎn)介

1、充填鉆孔內(nèi)管道磨損機(jī)理及易破損位置的確定張欽禮1,崔繼強(qiáng)1,2鄭晶晶1,王新民1,王賢來1,21中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院,長(zhǎng)沙410083;2金川集團(tuán)有限公司,金昌737100摘要:充填鉆孔是充填法礦山的關(guān)鍵丁程之一,容易受到充填料漿的沖擊而造成破損。金川公司數(shù)字化鉆孔電視觀測(cè)結(jié)果表明,充填鉆孔存在一個(gè)嚴(yán)重破損區(qū)域,該區(qū)域位于充填鉆孔內(nèi)空氣和料漿的接觸面上。充填料漿自由降落,具有較高的末期下落速度,而以較高的動(dòng)量和沖量沖擊充填鉆孔的內(nèi)套管管壁。因此,充填鉆孔的嚴(yán)重磨損深度,即空氣與料漿的接觸面高度,可以根據(jù)充填鉆孔的高度、水平管道的長(zhǎng)度、漿體的密度和水力坡度進(jìn)行估算。實(shí)例研究結(jié)果表明,該估算

2、方法具有足夠的精度,有利于充填鉆孔的U常管理和維護(hù)。關(guān)鍵詞:充填鉆孔 充填管道 沖擊 磨損機(jī)理 易破損位置1. 引言回填方法是在地下挖掘技術(shù)的最重要的由于礦產(chǎn)資源回收率高,合格的安全控制地雷【 l】裝訂材料,骨料和水混合,通常通過垂直回填鉆孔套管(不久, CVBH ) ,水平或傾斜的管道輸送到采場(chǎng)重心流。壓力從CVBH泥漿重量泥漿運(yùn)動(dòng)的原因是在這個(gè)四通八達(dá)的交通系統(tǒng)【 2-4】 。垂直鉆孔回填很明顯,起著最重要的作用,從地表到地下采場(chǎng)運(yùn)輸回填漿【 5-6 】 ,是容易損壞的漿料的侵蝕和磨損。采礦周期可能被打亂一旦被打破CVBH 。這是很常見的天然氣管道在市政交通系統(tǒng)的檢查和維修,油和水的聯(lián)合方

3、法是揭示破碎的管道,然后進(jìn)行檢查和修復(fù)過程 7 。修復(fù)技術(shù)包括焊接,密封,壓力降低,局部更換,油漆噴涂管內(nèi)襯 8-11 。檢查和維護(hù)受損CVBH然而,更困難的,因?yàn)閾p害條件CVBH受許多因素影響,并不能很容易地觀察到。它是已知的影響因素的磨損CVBH包括功能回填泥漿,鉆的孔,尺寸,材料和質(zhì)量管道安裝質(zhì)量的洞,總長(zhǎng)度比垂直高度管道12-13 ,但CVBH的磨損機(jī)理目前還不清楚,因?yàn)橛绊懸蛩睾芏嗪艚蓄愋偷亩繘Q定。拜爾類型CVBH澄清在這項(xiàng)工作中,在調(diào)查的基礎(chǔ)上,中國甘肅省金川有色金屬公司(金川) ,流態(tài)分析在CVBH回填漿損壞CVBH 。物理交通模型回填漿被設(shè)置起來和鉆孔回填管道的磨損機(jī)制是討論

4、基于泥漿回填的勢(shì)頭和能源的變化,此外,一個(gè)的最嚴(yán)重的磨損位置回填孔的估計(jì)方法是提出了建議。2. CVBH的磨損類型和回填漿的流態(tài)2.1回填漿的流態(tài)靜壓頭在垂直孔回填漿漿流動(dòng)重力運(yùn)輸系統(tǒng)的動(dòng)力。假設(shè),回填孔的內(nèi)徑是固定的,孔的垂直高度,水平管道的長(zhǎng)度,漿液的密度,交通系統(tǒng)的水力梯度分別是H , L ,Ii,則回填淤漿運(yùn)輸以下三種類型之一:1) 當(dāng)rj H < i(H+L時(shí),靜壓頭小于回填漿料和漿料流電阻不能傳輸;2) 當(dāng)rj H = i(H+L時(shí),靜壓頭等于淤泥流動(dòng)阻力和淤泥填充阻力之和;3) 當(dāng)rj H > i(H+L時(shí), 靜壓頭大于流動(dòng)的泥漿和泥漿回填自由落體上部回填孔的阻力;這

5、是一個(gè)共同的情況下回填回填淤漿在垂直孔最初下降到空氣中上部的孔(H)和固液混合物的孔( H2 )的下部之間的接口的系統(tǒng)中,如圖114所示,換句話說,在垂直孔回填漿流在兩個(gè)區(qū)域,自由的上下運(yùn)動(dòng)和流動(dòng)。2.2 CVBH的磨損類型回填鉆通孔在礦區(qū)通過使用數(shù)字鉆孔攝像機(jī)檢測(cè)到,并且被發(fā)現(xiàn),通常存在一個(gè)特殊的范圍內(nèi)CVBH嚴(yán)重?fù)p壞,如表1中所示。例如,嚴(yán)重的磨損深度,在金川的孔W2和.E5分別是27-31米,地表以下10-15米。部分嚴(yán)重影響回填漿在自由下落的一部分CVBH部分管壁高速管壁磨損光滑,因?yàn)槟酀{流在一個(gè)穩(wěn)定的速度在這方面大大減輕。3.CVBH的磨損機(jī)理上述分析表明,CVBH的回填漿在逃離下落

6、的一部分的影響是CVBH損害的主要原因。該磨損機(jī)理CVBH的可以被說明通過回填水泥漿流在CVBH (圖2 )時(shí)的動(dòng)量和能量的變化。3.1 因回填漿動(dòng)量引起的磨損回填漿運(yùn)動(dòng)在自由落體的一部分CVBH可以近似認(rèn)為作為勻加速直線運(yùn)動(dòng).按照的運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),可以得出下面的公式:式中, H1是自由下落部分的垂直高度, V1是單位質(zhì)量回填淤漿,當(dāng)它進(jìn)入到流水線的初始速度;V2和t回填淤漿,當(dāng)它到達(dá)在空氣和回填漿料之間的接口的速度和時(shí)間;g是重力加速度。這樣,V2可以通過等式(1)和(2)算出,如下:其中c是一個(gè)受管直徑和其他一些因素影響的速度校正系數(shù),它通常是由實(shí)驗(yàn)確定的,范圍為0.70.8 。從等式(3)可

7、以看出:V2隨著H1增加而增加。回填淤漿速度快,回填泥漿的勢(shì)頭是的動(dòng)量越大時(shí)達(dá)到最大值,當(dāng)它下降到空氣之間的界面和回填淤漿,然后在很短的時(shí)間內(nèi)降低幾乎為零,因?yàn)樵谂鲎驳慕唤缑???焖傧陆档膭?shì)頭產(chǎn)生了巨大影響。假設(shè)回填漿密度答管道的截面積和影響時(shí)間為t,回填漿的總質(zhì)量(m,影響它的改變面可以表示為:回填漿的動(dòng)量改變量為:泥漿對(duì)交界面的影響定義為單位時(shí)間動(dòng)量的改變量,可以這樣計(jì)算:結(jié)合式(4)和(5),F(xiàn)能被表示為:其中a是一個(gè)校正系數(shù),這a=0.70.8。從等式(6)可以看出影響系數(shù)F對(duì)V2的平方有直接的相關(guān)關(guān)系??梢钥闯龅氖?,泥漿的末速度越大,對(duì)管子的磨損的影響將越嚴(yán)重。因此,為了減輕對(duì)CVBH

8、的磨損程度,減少自由下滑部分(H1)的高度是很有必要的。3.2 由回填漿的流動(dòng)能量引起的磨損當(dāng)回填漿從管道的入口流動(dòng)到空氣和回填漿的交接面所需的總共的能量是回填漿動(dòng)力學(xué)能量和由重力引起的勢(shì)能的總和。假定單位時(shí)間(t進(jìn)入管道的回填漿的單位質(zhì)量是m,總共的能量E能被表示為:將代入等式(7),整理得:a 是回填漿的變量,回填漿的能量最主要充當(dāng)管道壁。也就是說,在對(duì)管道壁的磨擦過程中回填漿消耗能量,因此作用在單位管道壁表面的能量能反映管道的磨損程度。很大的能量消耗意味CVBH的嚴(yán)重磨損。其中能量能從等式(8)中算出:S 表示有效磨損區(qū)域(泥漿和管道壁的接觸區(qū))。單位水泥漿接觸的有效磨損區(qū)域越小,管道磨

9、損將越嚴(yán)重,因?yàn)樵趩挝粎^(qū)域的能量消耗會(huì)真加。鉆井口的偏鉆率和的磨損的關(guān)系能很好的通過能量消耗解釋。例如,能量消耗越大,的能量消耗越嚴(yán)重,因?yàn)楫?dāng)井口大大減小時(shí)較低效的磨損區(qū)域。4.預(yù)測(cè)嚴(yán)重的磨損位置回填漿的流動(dòng)區(qū)域和的磨損機(jī)理暗示:在垂直的回填鉆井洞的空氣和回填漿的交界面是最薄弱的區(qū)域,在那管道壁被高速的回填漿影響。因此,的嚴(yán)重磨損位置能通過交界面的深度的測(cè)定來預(yù)測(cè)。例圖中,交接面深度,能通過如下的公式計(jì)算:回填淤漿的密度和i2是在垂直和水平管道回填淤漿的水力梯度; L是容易損壞的位置的水平管道深度的長(zhǎng)度,調(diào)用估計(jì)公式( 10 ),如下所示:其中H表示高度的垂直漿回填,回填鉆hole.The的水

10、力梯度在縱向和橫向的管道,通常只有未知變量的方程(11) ?;靥顫{的水力梯度涉及到許多因素 15-16 ,通過計(jì)算式 17 可以計(jì)算:其中, Cv是回填淤漿的體積分?jǐn)?shù), D是管子的內(nèi)徑,i0是肉體水的水力梯度; Cx是結(jié)算的固體顆粒的阻力系數(shù),回填漿的速度V根據(jù)回填淤漿( Q )的磁通和管的內(nèi)徑( D ) ,如下計(jì)算:可以用下面的公式來近似i0:是摩擦阻力系數(shù)估計(jì)為:K1和K2分別是安裝和管道的接頭質(zhì)量的因素,在這各定為1.1。可以計(jì)算的固體顆粒沉降阻力系數(shù)(CX):dcp輸出是該混合物的平均粒徑; 固體顆粒的平均沉降速率由共同根據(jù)臨時(shí)參數(shù)可以計(jì)算出來:5.案例分析JNMC,是中國的一家世界有名的鎳 銅生產(chǎn)者,使用向下剪和充填的的方法發(fā)現(xiàn)最弱點(diǎn)?;靥钣贊{形成由水和波特蘭水泥的混合物,和研磨戈壁砂通過重力被輸送到地下采礦場(chǎng)的質(zhì)量比為1:4 ,通過回填孔的垂直和水平管道的組合。設(shè)計(jì)流量容量1 00 m3/h.The的體積分?jǐn)?shù)( Cv值)和密度(RJ)回填漿分別是56.6和1.98噸/立方米。該混合物的平均大小(DCP)的水泥和沙戈壁是0.079厘米的。因?yàn)?Dcp = 0.079 大于 A但是小于4.5A。固體顆粒的平均固定速率能通過等式(19)估測(cè):。因此能被計(jì)算通過式(16)。代以上述具有不同管道直

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