水力充填环管试验仿真系统技术方案

一种水力充填环管试验仿真系统，包括：参数输入单元，用于输入用以计算管道料浆的阻力系数的多个参数；参数选择和设定单元，用于从多个参数中选择一个并设定为变量，同时将其余参数设定为常量；计算单元，用于以预定的关系式利用多个参数计算出料浆的阻力系数，以便得到料浆的阻力系数与所选择的一个参数的对应关系；存储单元，用于存储计算单元计算出的阻力系数；和输出单元，用于输出存储在存储单元内的阻力系数。利用本发明专利技术的水力充填环管试验仿真系统，操作简单，能够得到用于各种条件的矿山的充填料浆的阻力系数，从而为设计充填系统提供设计依据，无需在矿山上实际地进行环管试验，节省了成本，减少了矿山的建设周期。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种充填环管试验仿真系统，尤其是涉及一种水力充填环 管试验仿真系统，该水力充填环管试验仿真系统能够模拟进行水力充填环 管试验并且低成本、快速高效、适用范围广，从而可以替代在矿山实地的 工业充填环管试验。
技术介绍
在矿山开采中，在开采过程中会留下许多采空区，这些采空区会导致 周围岩体崩落，从而危及正常的开采。另外，大量的采出废石，特别是选 矿尾砂，堆积在地面会对环境造成污染。充填采矿法是将开矿采出的废石，特别是选矿尾砂，形成充填料浆利 用管道充填到采空区的矿山开采方法，该方法能够提高矿物回采率，减少 贫化率，充分利用现有资源，有效地控制地压和地表塌陷，优化矿区周围 环境等特点，因而得到了广泛的应用。在利用尾砂等形成的充填料浆充填采空区的矿山充填工艺中，充填环 管试验是一个重要的准备环节。由于矿山受开采工艺、充填料来源、成本、 环境保护等众多因素的影响，充填的矿山，矿山尾矿的组分和粒级组成千 差万别，因此必须在矿山实地进行环管输送试验，以便测定充填料浆的流 体指标和流变指标、例如环管(管道)对充填料浆的阻力系数和充填料浆 的临界流速，作为设计充填环管的依据，也就是说，在矿山上进行充填环 管试验的目的是为了获得充填管道对料浆的阻力系数和充填料浆在管道 内的临界流速。根据料浆质量浓度的高低，料浆充填可以分为水力充填、高浓度料浆 充填和膏体充填，其中从水力充填到膏体充填，充填料浆的质量浓度依次增高。目前，为了设计用于特定矿山的水力充填环管，必须在该特定矿山上 实地进行全尺寸的水力充填环管试验，g卩，在矿山上设置管路和设备进行 水力充填环管试验。另外，在一个特定矿山进行的工业水力环管试验，得 到流体指标和流变指标也仅仅适用于该特定矿山。因此，对于每个特定的 矿山， 一般都要进行针对该矿山的工业水力环管试验。但是，要实地进行一个全尺寸的工业环管试验，不但需要耗费大量的 人力、物力和财力，而且要经历漫长的时间，延长了矿山的建设周期。以某矿业股份有限公司的充填环管实验为例，从制定方案、筹备、实 验、数据汇总与分析、得出有关数据等一系列的环节，花费时间超过一年， 投入的实验资金超过百万元，还耗费了大量的人力，并且该环管试验得到 的数据无法直接应用于其他矿山。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种水力充填环管试验仿真系统，利用该水力充 填环管试验仿真系统能够针对各种条件的矿山，获得水力充填料浆的流体 参数，如管道对充填料浆的阻力系数，作为矿山充填工艺系统设计的依据 或参考，达到真正工业水力充填环管试验的效果，由此替代真正的工业水 力充填环管试验，从而节省人力、物力和财力。根据本专利技术的一个实施例，提出一种水力充填环管试验仿真系统，包 括参数输入单元，用于输入多个参数，所述多个参数用以计算管道对充 填料浆的阻力系数；参数选择和设定单元，用于从所述多个参数中选择一 个参数并设定为变量，同时将其余参数设定为常量；计算单元，用于以预 定的关系式利用所述多个参数计算出所述料浆的阻力系数，以便得到所述 管道对充填料浆的阻力系数与所选择的一个参数的对应关系；存储单元， 用于存储所述计算单元计算出的料浆的阻力系数；和输出单元，用于输出 存储在存储单元内的料浆的阻力系数。根据本专利技术第二实施例的水力充填环管试验仿真系统进一步包括步 长设定单元，用于设定所选择的一个参数变化的步长。根据本专利技术的第三实施例所述料浆的阻力系数与所选择的一个参数 的对应关系为曲线图或表格的形式。根据本专利技术的第四实施例，所述多个参数包括充填料浆的体积浓度、 流速、充填料浆中的固体物料密度、和管径；及其中所述预定的关系式为<formula>formula see original document page 8</formula>其中^一单位长度的水平管道对充填料浆的阻力系数(或称为料浆的阻力系数或管道的阻力系数)；z。 一单位长度的水平管道对清水的阻力系数；^一充填料浆的体积浓度；g—重力加速度；"一管道的管径；v-充填料浆的流速；&一充填料浆中固定物料颗粒的沉降阻力系数； ^一充填料浆中的固体物料的密度。根据本专利技术的第五实施例，所述管道单位长度对清水的阻力系数/。由计算单元以下面的关系式计算出/。=A^，其中A—清水的阻力系数。妙根据本专利技术的第六实施例，所述清水的摩擦阻力系数由计算单元以下 面的关系式计算出义=—— ((21og~^~ +1.74)2 0.2224其中K。一管道连接质量系数。根据本专利技术的第七实施例，所述固体物料颗粒的沉降阻力系数由计算 单元以下面的关系式计算出Oc = 1308(n_，p其中"由计算单元以下面的关系式计算出且设A-3^o.oo(H + (h—i)，当& < 0.3A时， , = 5450《2 (h - 0 ;当0.3A《< △时，"'=123.0W " — 1)。7;当A < 4.5A时， , =102-7H " - i)0 7;当&24.5A时，A =5LW《(h -1)其中《 一充填料浆中固体物料颗粒的平均粒径； "一充填料浆中固体物料颗粒的平均沉降速度；M—水的密度； ^一第/级固体物料颗粒的沉降速度； 《一/级固体物料颗粒的粒径； ", 一第/级粒径的固体物料颗粒的产出率； A—固体颗粒的形状系数。根据本专利技术的第八实施例，所述流速由计算单元以下面的关系式利用 作为参数通过输入单元输入的充填料浆的流量计算出 v = ~其中2—充填料浆的流量。根据本专利技术的第九实施例，所述充填料浆中的固体物料主要包括尾砂 和各种添加材料，其中所述充填料浆中固体物料的密度由计算单元以下面 的关系式利用作为参数通过输入单元输入的固体物料中的尾砂的密度、充 填料浆中的各种添加材料的密度、及尾砂与各种添加材料的重量比计算 出<formula>formula see original document page 10</formula>其中^ —充填料浆中的固体物料的密度；^一固体物料中的尾砂的密度；7'—充填料桨中的各种添加材料的密度； M' —尾砂与各种添加材料的重量比。根据本专利技术的第十实施例，所述充填料浆的体积浓度由计算单元以下 面的关系式，利用作为参数通过输入单元输入的充填料浆的质量浓度计算 出7W, = 2附.且充填料桨的比重由计算单元以下面的关系式计算出 其中气一充填料浆的质量浓度， 巧一充填料浆的比重。另外，所选择的一个参数为充填料浆的质量浓度、充填料浆的比重、 充填料浆中固体物料的密度、和固体物料的平均粒径之一。或者所选择的 一个参数流速或管径之一。根据本专利技术的实施例，所述输出单元为显示器、打印机、绘图仪、和 磁盘至少其中之一。根据本专利技术的水力充填环管试验仿真系统，能够模拟地进行水力充填 环管试验，从而替代在采矿中必须实地进行的水力充填环管试验，并且结 构简单，成本低，并且能够针对各种条件的矿山获得设计充填系统所需的 数据，因此适用范围广泛。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面 的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解。附图说明图1是根据本专利技术实施例的水力充填环管试验仿真系统构成的框图；图2是根据本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水力充填环管试验仿真系统，包括：　参数输入单元，用于输入多个参数，所述多个参数用以计算管道对充填料浆的阻力系数；　参数选择和设定单元，用于从所述多个参数中选择一个参数并设定为变量，同时将其余参数设定为常量；　计算单元，用于以预定的关系式利用所述多个参数计算出所述阻力系数，以便得到料浆的阻力系数与所选择的一个参数的对应关系；　存储单元，用于存储所述计算单元计算出的料浆的阻力系数；和　输出单元，用于输出存储在存储单元内的料浆的阻力系数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于润仓，李国政，何煦春，
申请(专利权)人：中国恩菲工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]