[发明专利]膏体充填管道冲蚀的数值模拟方法

说明书

本发明属于膏体充填技术领域，尤其是涉及一种膏体充填管道冲蚀的数值模拟方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1)对目标膏体充填料浆进行密度试验，根据试验数据得到不同浓度和不同灰砂比条件下的料浆密度；步骤2)对目标膏体充填料浆进行流变试验，拟合得出目标充填料浆的粘度与剪切速率间的关系式；步骤3)根据流体力学运动方程建立目标膏体充填料浆管道流动的数学模型，得到膏体充填料浆在管道流动过程中速度和压力的变化规律；步骤4)根据已有的侵蚀模型建立膏体充填管道侵蚀的数学模型。本发明能够更为准确地预测不同条件下的管道冲蚀情况，为充填管路的维护和冲蚀破坏的监测提供理论基础，磁数值模拟方法定量化、可操作，具有延伸性和拓展性。

技术领域

本发明属于膏体充填技术领域，尤其是涉及一种膏体充填管道冲蚀的数值模拟方法。

背景技术

膏体充填料浆与传统充填料浆相比，具有不离析、不脱水、不分层三大特性；膏体强度均匀、接顶率高，能够有效控制岩层移动，防止地表塌陷；膏体固结时间短，消耗材料少，经济合理；膏体充填尾砂利用率高，减少矿山废物的排放。因此，膏体充填是全球矿业领域的技术热点和发展新动向。

在膏体充填过程中，冲蚀磨损是管路失效的重要原因之一，也是浆体输送过程中常见现象。充填管路的失效会影响生产，降低矿山生产效率，严重时可能造成安全事故。国内外针对石油，化工管道的磨损做了大量的研究，但对于充填管路的冲蚀磨损问题研究较少，针对膏体充填管路的冲蚀磨损更是鲜有报道。

管道冲蚀磨损是由于膏体料浆中包含粒径相对较粗、磨蚀性较强的颗粒，会冲击磨损管道，造成管路的强度和刚度急剧下降，严重影响充填管路的可靠性。因此，计算管道冲蚀磨损关键是要得到料浆中颗粒的速度大小。目前现有的计算或实验方法很难得到料浆中颗粒瞬时速度大小，因此很难计算管道冲蚀磨损率。

针对以上问题，本发明首先建立膏体充填料浆的管道流动数学模型，得到膏体充填料浆在管道流动过程中的瞬时速度大小；以管输数学模型的计算结果为颗粒速度大小的初始值，进而计算管道的侵蚀率。

发明内容

本发明的目的是提供一种膏体充填管道冲蚀的数值模拟方法，能够更为准确地预测不同条件下的管道冲蚀情况，为充填管路的维护和冲蚀破坏的监测提供理论基础。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：

本发明的一种膏体充填管道冲蚀的数值模拟方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1)对目标膏体充填料浆进行密度试验，根据试验数据得到不同浓度和不同灰砂比条件下的料浆密度；

步骤2)对目标膏体充填料浆进行流变试验，根据试验数据计算目标充填料浆的屈服应力和表观粘度，拟合得出目标充填料浆的粘度与剪切速率间的关系式；

步骤3)根据流体力学运动方程建立目标膏体充填料浆管道流动的数学模型，求解膏体充填料浆管道流动的数学模型，得到膏体充填料浆在管道流动过程中速度和压力的变化规律；

步骤4)根据已有的侵蚀模型建立膏体充填管道侵蚀的数学模型，以步骤3)的计算结果为初始值进行计算，得到不同侵蚀模型下的管道侵蚀率，便于对比验证计算的准确性。

所述的步骤1)包括以下步骤：

I)对目标充填尾砂进行粒度分析，采用激光粒度分析仪进行；

II)对目标充填尾砂和胶凝材料进行密度测量，采用密度计进行；

III)对目标膏体充填料浆进行密度计算，采用加权计算的方式进行。

所述的步骤2)包括以下步骤：

I)计算不同浓度和灰砂比的膏体充填料浆的用料量；

II)对目标膏体充填料浆进行流变试验，采用旋转流变仪进行；