上仓金矿新立矿区是露天矿山关闭后的主要接替矿区。计划2006年生产能力达到2500吨/日，采用上向分层充填法开采高浓度全尾砂。充填准备站距离选矿厂6km，尾矿供应系统的确定对矿山生产有重要影响。用于运输分级尾矿的原车存在运输成本高、生产连续性差、充填砂浓度低等诸多问题，该矿决定采用试验管道运输全尾矿。

一、基本设计参数和经验公式

(1)基本设计参数

上仓金矿尾矿的基本性质和管道设计选型所需的基本参数见表1。

表1尾矿输送管道设计基本参数

(二)浆体管道输送计算的经验公式

1.临界流速的计算公式。众所周知的计算临界速度的公式如下:

①杜兰德公式。

类型:

ukp——临界流量，m/s；

FL——淤积开始时的傅科修正系数，对某一系统为常数；

g——重力加速度，9.8m/S2；；

d-管道直径，m；

PS——固体的密度，kg/m3；

ph-水的密度，kg/m3。

(2)黄蜂配方。

类型:

DS——固体颗粒的直径，mm；

其他符号同上。

(3)夏克公式。

类型:

Cx为固体颗粒的沉降阻力系数，其中Cx为固体颗粒的沉降阻力系数，

(4)秦皇岛冶金矿山设计院公式。

(5)长沙矿冶学院公式。

(6)鞍山钢铁冶金矿山设计研究院配方。

当CQM = 0.3 ~ 0.45时，k = 2.167，a = 0.256，b = 0.45。

2.计算管道输送摩擦损失的经验公式。众所周知的计算管道输送中摩擦损失的经验公式如下:

(1)金川镍矿钻探研究所配方。

类型:

10-清水的水力梯度，mh2o/m；

CQv——固液两相流的流动体积浓度，%;

u-泥浆的平均流速，耐5；

反映固体颗粒沉降特性的CX阻力系数，

ds——固体颗粒的粒径，Ilun；

ω——固体颗粒的自由沉降速度，cm/s。

(2)长沙矿冶学院公式。

类型:

p——泥浆的密度，kg/m3；

其他符号同上。

(3)鞍山矿山设计院公式。

类型:

n指数，

——加权平均沉降速度，cm/s；

DS——沉降速率的当量粒径，mm；

μ——两相流的动态排除系数。

(4)北京有色冶金设计研究院配方。

类型:

CQm——固液两相流的质量浓度；

其他象征意义同上。

(5)焦家金矿配方。

象征意义同上。

(6)陕西省水科院公式。

象征意义同上。

二、管道系统的总体设计

(一)以总砂量和100%运输量计算

根据有关资料，q = 0.0709m3/s，UKP = 1.4m/s，则公式为:

不得不:

用标准管径d = 250mm，实际流量u = = 1.45m/s，u > UKP。

总泵升程通过以下公式计算:

类型:

HJ——泵送砂浆(相当于清水)时所需的总扬程，m；

h——要求的几何高差，m；

pw——水的密度，t/m3；

PP-砂浆的密度，t/m3；

l-包括直管弯头、闸门、三通等的阻力损失。换算成直管的总长度，m；

I——管道水阻力损失；

h-剩余压头，m。

dcp = 0.09mm砂浆密度PP = 1.287t/m3；管长l = 6000m米；几何升力h = 27.5m米；

剩余压头h = 2m，参考相关设计数据1 = 0.0228，根据总压头公式计算:

即选择的泵头应高于123.sm(综合压力损失2.69MPa)。

为保证输送安全可靠，安全系数为1.2，工作流量为1.7m/s，根据待输送尾矿总量，计算出所需管径为230lun，实际流量为1.71m/s，高于临界流量。当工作流量为1.7m/s时，由总扬程公式确定泵的总扬程为213.5m。

(2)按输送总砂量的70%计算。

如果输送总砂量的70%，Q = 0.04693 m3/5，工作流速为1.7m/s，可由公式得到:

标准管径109mm，实际流量1.57m/s，高于临界流量。总升力保持不变，仍为213.5米

三。输送浓度的确定

根据每天的矿石处理量和出砂率，计算每天需要运输的尾砂浆总量，确定运输总量不变时管径与流量的关系。不同输送浓度下管径与流量的对应关系见图1和图2。

图1输送浓度为30%时管径与流量的对应关系

图2输送浓度为35%时管径与流量的对应关系

在输送能力一定的情况下，增大管径可以降低流量，但意味着管道投资会增加，而减小管径增大流量则意味着输送功率增大。

选矿厂排出的尾矿浓度确定为35% ~ 38%。一种方案是按照这个浓度直接用泵压输送，即把尾矿浆排入隔油泵的搅拌筒，然后利用矿井现有的两台隔油泵或一台新的大功率隔油泵送至充填砂仓。另一种方案是利用浓缩机或主旋流器将选矿厂的尾矿浓缩到50%左右的高浓度，然后用隔油的方式泵送到砂仓。第一种方案输送压力低，工作环节少，可以尽量利用现有的输送设备；方案二输送浓度高，仓内沉降快，尾矿利用率高。采用45%以上的高浓度输送，可以增加输送能力，减少砂仓内细粒尾矿的溢出，提高充填浓度，但需要大大增加输送功率，尾矿脱水过程也更加复杂。经计算，只需将刀%的尾矿送至砂仓即可满足井下供砂需要，故设计确定输送浓度为35%。

四。临界流速和管道损失的计算

(1)临界流速的计算

用不同的经验公式计算质量浓度为35%时不同管径对应的临界流速，如表2所示。

表2用经验公式计算砂浆浓度为35%时不同管径的临界流速

(2)管道摩擦损失的计算

采用不同的摩阻损失经验公式，分别计算砂浆质量浓度为35%、管径为180mm、20mm和220mm时，不同流量对应的摩阻损失。参见表3、表4和表5。

表3 35%管径的质量浓度D II 180nun流量及相应的摩擦损失

表4质量浓度为35%管径D = 200mm时的流量及相应的摩擦损失

表5质量浓度为35%管径D = 220mm时的流量及相应的摩擦损失

结果表明，随着管径的增大，摩擦损失减小；随着流速的增大，摩擦损失增大。

(3)输送一定时间时摩擦损失的计算

如果总产砂量的70%通过一条管道输送到砂仓进行地下充填，而另30%直接排放到尾矿库，则所需流量为0.04963m3/5，如果工作流量为1.7m/s，则所需管径为193mm。不同公式计算的管道阻力损失见表6。

表6输送70%时的摩擦损失

动词 （verb的缩写）输送系统的确定

(1)输送设备参数的确定

根据设计手册中的设计方法和经验公式，尾矿充填泵宜选用输出压力为4MPa、流量为180m3/h的泵。根据设计手册中的扬程计算公式计算，管道的总摩擦损失为2.69MPa。金川公式、焦家金矿公式、北京有色院公式等接近现场实际情况的经验公式计算的摩阻损失均小于4MPa。因此，选择输出压力为4MPa的泵，完全可以保证运输的安全顺利，同时也为以后运输能力的进一步扩大留有足够的空空间。

(2)管线的确定

在保证尾矿输送能力的前提下，经比较采用两套165m直径管道同时输送的方案，决定采用一套200mm直径钢管输送，管道长度为5985m。采用一套大口径管道输送，投资省，操作简单，管理方便，维护工作量小。

(3)输送设备类型的选择

鉴于油隔离泵具有输出压力高、运行成本低、流量随压力变化小、输送物料粒度对尾矿适应性强等优点，推荐选用油隔离泵作为输送动力设备。

不及物动词结论

上仓金矿一年多的试运行结果表明，采用推荐的输送系统对所有尾矿进行长距离管道输送是成功的。而且系统运行可靠，选矿厂和加气站的浓度和粒度分析表明，没有发生管道堵塞、沉降等事故。

参考

1.E.J .黄蜂。固体物料浆体的管道输送。黄河水利委员会科学研究所，北京:水利出版社，1980

2.费项峻。浆状颗粒物料输送的水力学。北京:清华大学出版社，1994。

3.孙恒虎。膏体充填重力输送系统特征参数分析。有色金属，2000，52 (3): 7 ~ 10。

4.张。管道输送高浓度浆体的流动结构和运动机理研究。水力采煤与管道运输，1997 (4): 20 ~ 28。

作者单位

北京矿冶研究总院(傅毅、张长锁)

金仓矿业有限公司仓上分公司矿(孙)

广东省安全生产监督管理局(刘)