4-氨基吡啶树脂吸附铬(VI)的研究.pdf

第5 2 卷第3 期 2000 年8 月 有色金属 、～l5 2 。N o ．3 A u g u s t2000 膏体充填自流输送系统特征参数分析 孙恒虎，段鸿杰，刘文永，黄玉城，杨宝贵 中国矿业大学北京校区，北京1 0 0 0 8 3 摘 要本文提出了膏体充填系统特征参数的概念．明确了其数学描述．在此基础上。深入分析了膏体充填系统特征参 数的变化特点及其台理取值．指出了在克填系统设计时和对充填系统参数进行调节时，考虑系统工作特征参数的重要性．特征 参数是综合反映膏体克填系统运行状态的一个参数，是管径、流量、摩擦阻力系数 由反映膏体特性的参披塌落度．粒级分 布、膏体浓度等决定 的函敷．文中还分析了在摩擦阻力系数一定的情况下，流量与管径的制约关系． 美蹙词膏体充填；自流输送特征参数 中图分类号T D 8 5 33 4 札文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 女0 0 0 0 3 一O 0 0 7 0 4 随着采矿技术的发展，开采深度越来越大，而 运用充填采矿技术作为主要开采方法的矿山面临越 来越严重的问题，即随着采深的不断加大。充填系 统工作的稳定性和安全性减小，尤其是在运用高浓 度水力充填或膏体充填时堵管、破管的几率明显加 大．人们在研究如何提高充填材料稳定性的同时， 也已注意到充填系统本身研究的重要性。许多学者 对膏体充填系统堵管、破管提出了许多有效的模 型，但如何有效地描述充填系统的工作特性，目前 还没有一个统一的理论。研究膏体特征参数具有很 重要的意义。因为它不仅要反映膏体充填系统工作 的状态，而且还能描述出膏体充填系统工作的稳定 性．本文根据实际定义了膏体充填输送系统特征参 数的数学描述并对其特性作了分析。得出了很有实 际意义的结论。 1 膏体充填系统特征参数的定义 假定膏体充填系统管线管径为D ，垂直膏体柱 长度为H ，管线水平长度为厶系统稳定运行时膏 体在管线中的速度为K 如图l 膏体充填系统示意 图所示。影响膏体充填系统稳定工作的主要参数 有充填流量Q ，充填管线管径D ，充填管线的长 度L 及系统平均摩擦阻力系数‘由于摩擦阻力系 数，是膏体浓度、膏体塌落度、膏体的粒级分配、 充填流量及充填管线管径等参数的函数，其影响因 素较多。因此。在讨论中，假定材料的特性稳定， 即膏体的塌落度、膏体骨料的粒级分配、膏体浓度 来稿日期1 9 9 9 1 0 2 5 ，修回日期2 0 0 0 一0 4 2 2 作者简介孙恒虎，男，4 4 岁．国家教委特聘教授，博导，中 国矿业大学高水材料研究所所长 为定值．摩擦阻力系数，只与充填流量Q ，充填管 线管径D 有关． 图1膏体充填系统模型示意图 F i g ．1 T h es k e t c hm a po ft h ep a s t e f i l ls y s t e m 根据某矿实验结果，如图2 所示，在膏体流动 速度小于2 m ] s 时，摩擦阻力系数，与膏体在管线 中流动的速度y 呈线形关系。所以可以假设 f a b V 1 y 罟 2 式中口膏体静剪切力，P a l m ； b 速度系数，P a s ／m 2 ； y 膏体在管线中流动的速度。m 舟； Q 膏体在管线中的流量，m 3 声； D 充填管线管径，m 。 在系统稳定工作时，系统垂直方向上膏体柱高 度H 提供的势能应完全用于系统克服摩擦阻力消 耗的能量h 。。由图1 ，根据伯努利方程可以推得 P g 圩 。 3 万方数据 8 有色金属第s 2 赫 叁 i 鬓 器 矗 囊转莲蓬≤∞彝 ◆澈废8 5 ．5 ％。- 2 5 p m 古量1 3 ．疗％ 目浓度8 5 ％，一2 ．5 ／4 m 古量1 5 ．4 ％ △浓废懿％一2 5 f w n 古量z 5 ％ x 最囊鳝‰一勰黼壹量1 7 ．1 5 ％ } 维鹿8 5 ．Y ％．- 2 5 j m l 古量1 6 ．3 ％ 田2 不同浓魔相似材料的廉壕匪力 系数与囊镩漉速耱美系 F i g ．2F r i c t i o nf a c t o r sf o rs i m i l a rm a t e r i a l t e s t e da td i f f e r e n td e n s i t i e s 其中 。一Z ， H D 4 所以 H L 斌中k ～由于痒擦辍力造藏鹣貔量羲失，P a ； 摩擦阻力恭教因子，一般取A 1 ．0 5 ～ 1 ．1 5 ，摩擦阻力篆数，P a ／m ； P 膏体密度，k g ／m 3 ； 目一熏力加速度，m ／s 2 ； 嚣～垂壹警虑帮露拄懿嵩发。m L 水平管线的长度，m ． 蒋令 。生 釜j 鲻 5 式霹菇变秀H 音五 由上式可以看出．垂直管内膏体柱的高度日 液征着充填系统工作的稳定性。麒主要是由参数x 决定。虫子x 静变纯砖蕞凌工终稳定性蠡誊影确至关 藏臻，我们定义x 为袭征膏体充填系统正常置作的 将征参数，疆为x 孛死警趣含了群裔表薤系统工作 状态的参数。它反应了系统正常工作时所处的特定 状态。对研究系统工作的稳定性有擞要意义． 2 膏体管路输送系统籍征参数范萄确定 1 ， 曲2 了专函数的特性分析 因为，t 的2 可芒矛 o ，所以- ， 。函数是 单调递增函数。且函数粒灏近线必x 一1 。这辘是 说，其要x 增加，掰器瓣的膏俸撞高度必然增加． 瓶且x O ．9 对，，国 将随x 的增加而迅速增加，变化率照著提高．我们 楚义当x 0 ．9 时系统处母高敏感状态。在这种条 僚下，特薤参羧x 翡散，j 、变佬将导教系凌获态发生 必的转移．因为反映系统状态的参数为在竖直管中 脊体柱的高度日，若曰等于膏体充域系统的垂赢高 纛，说餮系绽为潢警藏量终。若辩夺子系筑耱垂 麟，则系统为不满管流。不满管流将导致系统在垂 戡管段存在由于射流作用引起的汽蚀、高速膊损、 冀空子毽彝簿糖荨造痰蜷营、破骛辨藏舔枣鬟．露 的取值反映了系统的稳定性和安垒能，而x 义萃H 日 存在紧密联系．这就是说，在设计系统时，要帮虑 篆境的特诬务数的大小，困鸯特征参数鳇太小将影 响到系统王棒的稳定性和安垒性。鲤果系统特征参 数姓在高敏感区，则系娩就不可能稳定地工作，就 会造成系统颓繁堵管、皱管等重大事故。 2 特键参数x 会耀范磊雏确定 根据实际要求，日瓞垂直管内膏体柱的商度， 所以露大于簿于零。即 o L ／0 l x 0 8 6 4 2 O S 6 4 2 万方数据 第3 期 孙恒虎等膏体竟填自流输避系统特征参散分析 9 磊置赉 。蝴。 得1 一x 0 。即x 0 L 丙 髌穷撵褥0 。5 ≤x 1 由上述综舍分析可知，x 的取值范围最好在 0 ．5 ～0 ．9 之间。即 ∞≤一- a b4 Q 立姻 翰 P g 根据纂矿实际情况，假定充填系统工作的特征 参数为巍壤藐耋为2 0 0 t ／h 穗囊于e ．0 2 5 m ／s ，充 填管线管径为6 ” 0 ．1 5 2 m ，嵬填膏体密度为 2 1 9 9 k g ／r a j 膏体浓度为8 5 ％， 取1 ．1 ，充填管线水 挚长度取2 0 0 0 f t 6 1 0 m 。 由图2 可知．浓艘为8 5 ％时，摩擦阻力蘸数， 与速度y 的关系的拟食方程为 y - - 1 0 0 0 1 2 0 0 0 Vr a ／m 郅d 一1 0 0 0 ，b 1 2 0 0 0 。所醣，根据上述讨论 可得 。一l , 1 ] } 0 j 1 2 砑0 0 0 。，．4 i X 0 “ 0 2 5 一 0 ．8 9 5 。2 一 j 砑9 ．i 一 从计算结果可以静出，表征系统稳定运籽的特 薤参数x 0 ．8 9 5 ，菲常接遥0 ．9 ，滋骧系凌静特程参 数已落人商敏感区。系统参数的徽小变化都将影响 系统工作的稳定性．遗也可以由该矿膏体充填系统 菝繁发生壤营、玻譬簿事{ 孛翅接媲程疆。 3 宽填流量Q 与管线管径D 的关系确定 解不等式 6 得 堕警望粥Q ≤丛訾望静2 从结粜可以看出，在摩擦阻力系数一定时，Q 纛D 存在麓一定的制约关系，不能任意选取。 夸 K t ” o ．5 百p g - ～a a ，K 一型等_ 盟 弱Q ，蚤嚣选择应该在麴缓叠 炎，D 3 秘 Q K p 2 之褥鳃区域。穰据菜矿静实际攘穗，选 取K ，、K 中参数同土节讨论相同，则可得到图 4 。 鲁翟 鹃 哿 管径{ m 图4 1 流量Q 与充填管线管径D 关系示意凰 F i g ，4 T h ef l o wr a t eQV Sp i p ed i a m e t e rD 从讨论的结果可以肴出。在进行系统设计时， 流量Q 和管径D 的选取不是任意的，二者稃在一 定静裁终关蓉。群遥壤瓣蓬盛囊落入夔线x ；秘x 之间的区域．只有在邈一区域系统正常工作时的特 征参数才不溅落人高敏感区，是确保系统的稳定运 抒懿羲攫条耱。 3 结论 虫上述讨论可以缮爨以下几点结论 1 提出了系统稳定工作时特征参数触概 念。特征参数是综合反映膏体充填系统工作状态的 一个参数，它是蠢体竟填系统参数管径、流爨及 撵擦阻力系数的函数。特征参数静定义有蘑予盔观 研究膏体充填系统的流动状态，为作好膏体宽填系 统设计提供理论基础。 鸯确定了特鬣参数x 熬致蓬蔻潜藏为 0 ．5 ～0 ．9 。对膏体充填系统，特械参数的选取对 充填系统的稳定性起鼙冀重要的作用．因为由特征 参数的变纯持鳇霹知，糍超过一定蓬霾惹，系壤特 征参数的敏感度迅速囊大，不利于系统的稳定运 行；而若特征参数小予0 ．5 ，实际中就不存在这种 憾提，因为壤捶实际霹翔。垂直蠢搏拄毒度最，l 、僮 为零． 3 根据系统参数_ | 2 与D 的相互制约关系． 说鼹在设计对或实际生产中Q 和静的选取磺满足 一定的条谇。不是往意逡取麴，这燕因为系筑特征 参数存在～定的范围。所以参数间存在一定的相互 制约关系，在摩擦阻力系数一定的情况下．流量和 管径蓑存在一定鹩终柬条箨。 万方数据 有色金属第5 2 卷 参考文麸 罨市龙．吕文生，剃华生，黄金，1 9 9 7 , 1 2 8 3 I 懈帮祥．谢开维，周爱民，中瀚有色金属学报，1 9 9 8 ，4 8 7 3 9 黄蔗诚，孙恒虎．刘文永，黄盎，1 9 9 8 ，3 1 9 2 5 许新启，杨焕文，杨小聪。矿冶工程，1 9 9 8 ，2 8 1 杨焕文，黄金，1 9 9 7 , 珂1 8 2 l L l 脒雹AML A N D R l A U L T ．I n M I N E F I L L ’蜮J o h a n n e s b u r g 。S I M M ，1 9 9 3 ，3 3 7 P a l a r s k i 王A m t r a l a s L a nI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g yP u b l i c a t i o uS e r i e sl 。1 9 9 1 3 9 B r a c k e b u s c hFW ，M i n i n gE n g i n e e r i n g L i t f l e t o nC o l o r a d o 1 9 9 4 , 1 0 蛔1 1 7 5 D K E AWL A N D R I A U L T ．I n M I N E F I L L7 9 3 ．如h a n n e s b u r g ，S I M M ．1 9 9 3 3 3 7 A N A L Y S l S0 fC H A R A C T E R 玛7 CP A R 倒硼R So FS E I 量一F 工o W Ⅱ呵G P A s ，I 鬣H L LS Y S T E M S S U N 嚣m 醣 ，D U A N 踟l 鳓L I UW e n y ％H U A N G 蝴d g * f A N G8 M le C h i n aU n l v e r s i P yo f 村* 女Wa n dT e c h n d o g ，．B e i j i n f f1 0 a o e 8 A 麟s ．1 m A C T T h ec o n c e ‘p t i o no fc h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r so ft h es e l f f l o w i n gp a s t e f i l ls y s t e mi s p u tf o r w a r d ．I t s m a t h e m a t i cm e a n i n gi sd e s c r i b e d ．O nt h i sb a s i s ，t h ec h a n g ea n dc h a n g i n gs c a l eo ft h ec h a r a c t e r i s t i c p a r a m e t e ra r ed i s c u s s e d ．t ti si m p o r t a n tt ot a k ea c c o u n to ft h ec h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e rb e f o md e s i g n i n g o ra d j u s t i n go ft h ep a s t e f i l ls y s t e m 。T h ec h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e rr e f l e c t st h ep a s t e f i l ls t a t u sa n d 蟊a f u n c t i o no ft h e p i p ed i a m e t e r ，f l o wr a t ea n df r i c t i o nf a c t o r d e c i d e db yt h ep a s t es l u m p ，t h e d i s t r i b u t i o no ft h ep a s t ep a r t i c l ea n dt h ep a s t ep u l pd e n s i t y ．e t c ． ．T b ec o n d i t i o n a l i t yb e t w e e nt h ef l o w r a t ea n dt h ep i p ed i a m e t e rj sd i s c u s s e dw h e nt h ef r i c t i o nf a c t o ri sf i x e d ． K E YW O R D Sp a s t e f i l l ；s e l f f l o w i n gp a s t e F d l ；c h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r 万方数据