充填鉆孔內(nèi)管道磨損機理及易破損位置的確定

1、充填鉆孔內(nèi)管道磨損機理及易破損位置的確定張欽禮1，崔繼強1,2鄭晶晶1，王新民1，王賢來1，21中南大學資源與安全工程學院，長沙410083；2金川集團有限公司，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)字化鉆孔電視觀測結(jié)果表明，充填鉆孔存在一個嚴重破損區(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行估算。實例研究結(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。關(guān)鍵詞：充填鉆孔 充填管道 沖擊 磨損機理 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重心流。壓力從CVBH泥漿重量泥漿運動的原因是在這個四通八達的交通系統(tǒng)【 2-4】 。垂直鉆孔回填很明顯，起著最重要的作用，從地表到地下采場運輸回填漿【 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，然后進行檢查和修復過程 7 。修復技術(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 。檢查和維護受損CVBH然而，更困難的，因為損害條件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的磨損機理目前還不清楚，因為影響因素很多呼叫類型的定量決定。拜爾類型CVBH澄清在這項工作中，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制是討論

4、基于泥漿回填的勢頭和能源的變化，此外，一個的最嚴重的磨損位置回填孔的估計方法是提出了建議。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重力運輸系統(tǒng)的動力。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 ，Ii，則回填淤漿運輸以下三種類型之一：1） 當rj H < i(H+L時，靜壓頭小于回填漿料和漿料流電阻不能傳輸；2） 當rj H = i(H+L時，靜壓頭等于淤泥流動阻力和淤泥填充阻力之和；3） 當rj H > i(H+L時, 靜壓頭大于流動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區(qū)域，自由的上下運動和流動。2.2 CVBH的磨損類型回填鉆通孔在礦區(qū)通過使用數(shù)字鉆孔攝像機檢測到，并且被發(fā)現(xiàn)，通常存在一個特殊的范圍內(nèi)CVBH嚴重損壞，如表1中所示。例如，嚴重的磨損深度，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，因為泥漿流在一個穩(wěn)定的速度在這方面大大減輕。3.CVBH的磨損機理上述分析表明，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。該磨損機理CVBH的可以被說明通過回填水泥漿流在CVBH （圖2 ）時的動量和能量的變化。3.1 因回填漿動量引起的磨損回填漿運動在自由落體的一部分CVBH可以近似認為作為勻加速直線運動.按照的運動的特點，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，當它進入到流水線的初始速度;V2和t回填淤漿，當它到達在空氣和回填漿料之間的接口的速度和時間;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)，它通常是由實驗確定的，范圍為0.70.8 。從等式（3）可

7、以看出：V2隨著H1增加而增加?；靥钣贊{速度快，回填泥漿的勢頭是的動量越大時達到最大值，當它下降到空氣之間的界面和回填淤漿，然后在很短的時間內(nèi)降低幾乎為零，因為在碰撞的交界面?？焖傧陆档膭蓊^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：回填漿的動量改變量為：泥漿對交界面的影響定義為單位時間動量的改變量，可以這樣計算：結(jié)合式（4）和（5），F(xiàn)能被表示為：其中a是一個校正系數(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，對管子的磨損的影響將越嚴重。因此，為了減輕對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 由回填漿的流動能量引起的磨損當回填漿從管道的入口流動到空氣和回填漿的交接面所需的總共的能量是回填漿動力學能量和由重力引起的勢能的總和。假定單位時間(t進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管道壁。也就是說，在對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、損將越嚴重，因為在單位區(qū)域的能量消耗會真加。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，的能量消耗越嚴重，因為當井口大大減小時較低效的磨損區(qū)域。4.預測嚴重的磨損位置回填漿的流動區(qū)域和的磨損機理暗示：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，的嚴重磨損位置能通過交界面的深度的測定來預測。例圖中，交接面深度，能通過如下的公式計算：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 ，通過計算式 17 可以計算：其中， Cv是回填淤漿的體積分數(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 ） ，如下計算：可以用下面的公式來近似i0：是摩擦阻力系數(shù)估計為：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?？梢杂嬎愕墓腆w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)臨時參數(shù)可以計算出來：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?；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)計流量容量1 00 m3/h.The的體積分數(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。因為 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：。因此能被計算通過式（16）。代以上述具有不同管道直