[发明专利]膏体充填环管试验仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种充填环管试验仿真系统，尤其是涉及一种膏体充填环管试验仿真系统，该膏体充填环管试验仿真系统能够模拟进行膏体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。

背景技术

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膏体充填环管，必须在该特定矿山上实地进行全尺寸的膏体充填环管试验，即，在矿山上设置管路和设备进行膏体充填环管试验。另外，在一个特定矿山进行的工业膏体环管试验，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膏体环管试验。

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。

发明内容

本发明的目的是提出一种膏体充填环管试验仿真系统，利用该膏体充填环管试验仿真系统能够针对各种条件的矿山，得到一系列膏体充填料浆的流体参数和流变参数，例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，由此替代真正的工业膏体充填环管试验，从而节省人力、物力和财力。

本发明的另一目的是提出一种膏体充填环管试验仿真系统，该膏体充填环管试验仿真系统的精度比实际的工业膏体充填环管试验的精度更高，而且速度快，系统构造简单。

根据本发明的第一实施例，提出一种膏体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，所述多个参数包括充填料浆的流速、充填料浆中的初始屈服应力、充填料浆的塑性粘度、和管道的管径，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，用于从输入的充填料浆的流速和管道的管径中选择一个设定为变量，同时将另一个设定为常量；

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，以便得到所述料浆的阻力系数与所选择的一个参数的对应关系，所述预定的关系式为：

ij=163Dτ0+η32vD2]]>

其中：

i_j-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)；

D-管道的管径；

v-充填料浆的流速；

τ₀-充填料浆中的初始屈服应力；

η-充填料浆的塑性粘度，