充填鉆孔內(nèi)管道磨損機(jī)理及易破損位置的確定doc

1、 張欽禮1,崔繼強(qiáng)1,2鄭晶晶1,王新民1,王賢來1, 2 1 中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院，長沙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 估算方法具有足

2、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【I】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)合方法 是揭示破碎

3、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，總長度比垂直高度管道12-13 ，但CVBH勺磨損機(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 CVBH0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)制是討論基

4、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，水平管道的長度，漿液的密度，交通系統(tǒng)的水力梯度 分別是H , L , li ,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，

5、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)。 入口 側(cè)回填傳輸系藪一般結(jié)構(gòu) 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)CVBF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。 表亠 Hole No. Dcpth/m Inner diamcter/mm Serious wear depih/m W1 84.55 152 24-30 W2

6、84.55 152 27-31 W3 132 152 60-65 W4 84 152 18-25 El 274 159 10120 E2 120 100 60-65 E3 120 100 63-65 E4 120 100 61-65 E5 60 100 10-15 E6 60 100 18-25 3. CVBH的磨損機(jī)理 上述分析表明，CVBH勺回填漿在逃離下落的一部分的影響是 CVBH損害的主 要原因。該磨損機(jī)理CVBH勺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。 空氣和回墳彖的交接面 回埴裝的磨損模型 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

7、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： =叩+亍劃（1） v2（2） 1 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： v3 = cJhgM、十旳壬O） 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0.7? 0.8。從等式（3）可以看出：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

8、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?交界面?？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t，回填漿的總質(zhì)量（ m）,影響它的改變面可以表示為： A/n =（4） 回填漿的動(dòng)量改變量為： AP = Am - v2 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: AP F - AZ M 結(jié)合式（4）和（5），F(xiàn)能被表示為： F =（6） 其中a是一個(gè)校正系數(shù),這a=0.7 0.8。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) C

9、VBH勺磨損程度，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： (7) 將廠 z 代入等式 （7） 整理得： E - -Z?vt2 *AZ+-/t Ar（S） 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勺嚴(yán)重磨損。其中能量能從等式（8

10、）中算出: E. = p- Q- A/ p*Q-1 - A/）/S（） 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CVBH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， CVBH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)CVBH嚴(yán)重的磨損位置 回填漿的流動(dòng)區(qū)域和CVBH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， CVBH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1圖中，交接面

11、 深度 H 2， 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度，調(diào)用估計(jì)公式（10 ）,如下所示： =石 一 Hp = H心、-A) 其中H表示高度的垂直漿回填，回填鉆 hole.The的水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： 1 + 1 oc 1.121 L /辰 1 12) 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

12、 和管的內(nèi)徑（D ），如下計(jì)算： 可以用下面的公式來近似i0 : (15) 是摩擦阻力系數(shù)估計(jì)為： f 21g+ 1.741 I 0.00024） 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 0 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： A = #0 0001心)* When (17) A? = 123.04 Oj 1)7 (18) when (1) and when 3 = 5口5 一 1) (20) (16) 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

13、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?。―CP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)： o 1-、 因此 能被計(jì)算通過式（16）o代以上述具有不同管道直徑參數(shù)的水力梯 度可以由方程（1 2 ）得出。表格（1）中被提到的受損的CVBH勺嚴(yán)重受損

14、部 位高度（H1）能通過在表格2中等式（11）簡單測(cè)出。因?yàn)樗焦艿赖拈L度，回 填孔的的高度，泥漿的密度，水平管道和垂直管道的液位梯度都是已知的。 可以 發(fā)現(xiàn)，與鉆孔由數(shù)字視頻攝像機(jī)，是根據(jù)統(tǒng)計(jì)調(diào)查結(jié)果，比較表 1和2的估計(jì) 嚴(yán)重的磨損深度損壞與CVBH勺類似。 Hole No. Em Um 仍/mm Vi/(m s ) ih Wl SS 425 152 100 1.685 3.892 0.1105 02683 27.01 W2 冏 425 152 100 1685 3.W 0.1105 0.2683 27,01 W3 132 469 152 100 1碣 3.R92 0.1 E0$ 0.26

15、83 64.S5 W4 S4 4U 152 I0Q L685 3.892 0.1血 02683 24.60 El 274 1092 159 100 1.540 1892 0.1U74 0.2683 11732 E2 120 366 JOO 100 3.892 3翊 0.2683 0-2翎 62.24 E3 120 366 JOO 100 3.892 3.892 0.2683 0.2683 62.24 E4 120 366 100 LOO 3,m 0,283 0.2683 42.24 E5 60 2朋 100 JOO * V892 3M2 O.26B3 O.26K3 1139 E6 60 252

16、 100 100 3.892 3.892 02683 0,2683 2046 沁園春雪 北國風(fēng)光， 千里冰封， 萬里雪飄。 望長城內(nèi)外，惟余莽莽；大河上 下，頓失滔滔。 山舞銀蛇，原馳蠟象，欲與天公試 比高。 須晴日，看紅裝素裹，分外妖嬈。 江山如此多嬌，引無數(shù)英雄競折腰。 惜秦皇漢武，略輸文采；唐宗宋 祖，稍遜風(fēng)騷。 一代天驕，成吉思汗，只識(shí)彎弓射 大雕。 俱往矣，數(shù)風(fēng)流人物，還看今朝。 丿克 出師表 兩漢：諸葛亮 先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂， 今天下三分，益州疲弊，此誠危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之臣 不懈于內(nèi)，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報(bào)之于陛下也。誠宜開張圣聽，以光 先帝遺德，恢弘志

17、士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。 宮中府中，俱為一體；陟罰臧否，不宜異同。若有作奸犯科及為忠善者，宜付有司論其 刑賞，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使內(nèi)外異法也。 侍中、侍郎郭攸之、費(fèi)祎、董允等，此皆良實(shí)，志慮忠純，是以先帝簡拔以遺陛下：愚 以為宮中之事，事無大小，悉以咨之，然后施行，必能裨補(bǔ)闕漏，有所廣益。 將軍向?qū)?，性行淑均，曉暢軍事，試用于昔日，先帝稱之曰能”，是以眾議舉寵為督： 愚以為營中之事，悉以咨之，必能使行陣和睦，優(yōu)劣得所。 親賢臣，遠(yuǎn)小人，此先漢所以興隆也； 親小人，遠(yuǎn)賢臣，此后漢所以傾頹也。 先帝在時(shí), 每與臣論此事，未嘗不嘆息痛恨于桓、 靈也。侍中、尚書、長史、參軍，此悉貞良死節(jié)之臣， 愿陛下親之、信之，則漢室之隆，可計(jì)日而待也。 臣本布衣，躬耕于南陽，茍全性命于亂世，不求聞達(dá)于諸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉 屈，三顧臣于草廬之中，咨臣以當(dāng)世之事，由是感激，遂許先帝以驅(qū)