魏曉軍

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西 南昌 330031）

管道運(yùn)輸是用管道作為運(yùn)輸工具的一種長(zhǎng)距離輸送液體和氣體物資的輸方式。管道運(yùn)輸業(yè)是中國(guó)新興運(yùn)輸行業(yè)，是即鐵路、公路、水運(yùn)、航空運(yùn)輸之后的第五大運(yùn)輸業(yè)，它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中起著十分重要的作用，管道運(yùn)輸是利用地下管道將原油、天然氣、成品油、礦漿、煤漿等介質(zhì)送到目的地。長(zhǎng)距離礦漿管道輸送業(yè)務(wù)在國(guó)內(nèi)方興未艾，由于其有節(jié)能環(huán)保、損耗低、均衡穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)受到了越來越多的礦山業(yè)主的歡迎。管道輸送固體物料比公路運(yùn)輸費(fèi)用低，可以滿足現(xiàn)代工廠連續(xù)生產(chǎn)的要求。通常情況下年運(yùn)行費(fèi)用約為管道投資的8%～10%（運(yùn)行費(fèi)用：備品備件費(fèi)、電費(fèi)、人工工資及管理費(fèi)用），年折舊率6%～7%，年收入按大約為總投資的35%。因此基本在3年～4年內(nèi)可以收回全部投資，而管道的運(yùn)行壽命為20年～25年，所以經(jīng)濟(jì)效益比較可觀。

1 應(yīng)用項(xiàng)目概述

武山銅礦是一座地下開采礦山，始建于1966年，幾經(jīng)改造，于2009年擴(kuò)產(chǎn)達(dá)到5000t/d的采選規(guī)模。江西銅業(yè)股份有限公司為了對(duì)武山銅礦深部資源進(jìn)行整合開發(fā)，為“再造一個(gè)武山”打下扎實(shí)的資源基礎(chǔ)。礦山開采幾十年，一些陳舊的設(shè)備所能提供的產(chǎn)能已經(jīng)大福減小，而且單位勞動(dòng)定員的效率及其低下，再加上近兩年和未來幾年有色金屬價(jià)格下行的壓力，礦山盈利能力越來越弱，走出這種困境的有效途徑無非是擴(kuò)產(chǎn)和增效。三期擴(kuò)建工程不僅擴(kuò)大了礦山的生產(chǎn)規(guī)模，建成后年產(chǎn)達(dá)到10000t/d的采選規(guī)模，還提高了礦山的自動(dòng)化程度，使礦山的裝備水平步入國(guó)內(nèi)先進(jìn)礦山之列。另外，還為國(guó)家地方多交利稅、增加了就業(yè)機(jī)會(huì)，創(chuàng)造了極大的社會(huì)效益[1]。

2 尾礦輸送水力模型的應(yīng)用

2.1 臨界流速模型

（1）E.J.瓦斯普模型。

（2）清華大學(xué)礦漿模型（本項(xiàng)目中選用模型）。

上述兩式中：Vcr—臨界流速，m/s；K—修正系數(shù)一，取值9；g—重力加速度，9.8m/s2；D—輸送管道內(nèi)徑，m；γs—干礦密度，t/m3；γm—礦漿密度，t/m3；Cv—復(fù)合流態(tài)全部礦漿體積濃度；A—修正系數(shù)；d95—通過95%重量的篩孔孔徑表示的物料粒徑，m；B—修正系數(shù)。

2.2 礦漿水損模型（非試驗(yàn)條件下，試算模型）

（1）清水計(jì)算模型（舊鋼管）,V≥1.2m/s的條件下。

上式中：V—介質(zhì)管內(nèi)流速，m/s；dj-管道內(nèi)徑，m。

（2）礦漿損失按照清水揚(yáng)程損失與礦漿漿體比重的乘積進(jìn)行二次修正。（近似牛頓流體的粗略修正法）。

式中：pk—礦漿相對(duì)密度，i0—輸送與礦漿流速相等的清水的水力迫降[2]。

3 現(xiàn)有尾礦輸送設(shè)施系統(tǒng)描述和分析

3.1 現(xiàn)有尾礦輸送設(shè)施系統(tǒng)描述

現(xiàn)有選礦工藝尾礦通過高效濃密機(jī)濃縮后，重量濃度約30%～35%。濃縮后的礦漿由底部設(shè)置的渣漿泵加壓輸送至中間接力泵站后，再加壓輸送至云池口尾礦庫進(jìn)行濕排堆存。相關(guān)輸送設(shè)施參數(shù)和管線敷設(shè)情況如下：

（1）高效底流泵出口標(biāo)高39.92m，選用泵100-ZJ-1-A50渣漿泵，流量348m3/h，揚(yáng)程H=90m～92m。

（2）中間加壓泵房標(biāo)高82m，采用水泵性能參數(shù)同原高效濃密機(jī)底流泵一致。

（3）尾礦輸送管路長(zhǎng)度約2000m，管道沿地勢(shì)敷設(shè)，敷設(shè)過程中幾乎無凸出性高點(diǎn)，地形情況呈現(xiàn)一路向上至原中間加壓泵站。尾礦輸送管道為內(nèi)徑0.3m的陶瓷符合復(fù)合管道（管道內(nèi)壁粗造度可按鋼管考慮）。

3.2 現(xiàn)有輸送系統(tǒng)分析

表1 臨界流速?gòu)?fù)核分析（瓦斯普）

表2 清華大學(xué)模型核算臨界流速

表3 水力損失分析與對(duì)比

3.3 結(jié)論

按照上述理論分析，現(xiàn)有的輸送系統(tǒng)，通過理論的分析，漿體揚(yáng)程需約要99m，比實(shí)際運(yùn)行的92m揚(yáng)程要高出約7m，偏差幅度約+10%。因此該模型通過現(xiàn)場(chǎng)反饋的數(shù)據(jù)，是可以適用于工程設(shè)計(jì)并符合于生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的需求。

4 三期擴(kuò)建設(shè)計(jì)尾礦輸送設(shè)施系統(tǒng)描述和分析

4.1 三期擴(kuò)建尾礦輸送設(shè)施系統(tǒng)描述

三期擴(kuò)建工程中選礦工藝尾礦通過新建的Ф60m高效濃密機(jī)（地上式）濃縮后，重量濃度約38%～45%。濃縮后的礦漿由底部設(shè)置的渣漿泵加壓輸送至現(xiàn)有云池口尾礦庫進(jìn)行濕排堆存。相關(guān)輸送設(shè)施參數(shù)和管線敷設(shè)情況如下：

（1）高效底流泵出口標(biāo)高45.15m，選用200NS-NZJA型渣漿泵，流量740m3/h，揚(yáng)程H=52m，共計(jì)6臺(tái)。采用3臺(tái)（3級(jí)）串聯(lián)為一組，一組工作一組備用的形式，一次性將尾礦加壓輸送至尾礦庫，且可根據(jù)放礦點(diǎn)遠(yuǎn)近的要求實(shí)現(xiàn)2級(jí)～3級(jí)串聯(lián)運(yùn)行模式的切換。

（2）云池口尾礦庫最終壩頂放礦點(diǎn)標(biāo)高為36m，中途最高點(diǎn)標(biāo)高88m。

（3）尾礦輸送管路長(zhǎng)度按5000m計(jì)，管道沿地勢(shì)敷設(shè)，從現(xiàn)有濃密機(jī)選址出發(fā)，經(jīng)過1.8公里到最高點(diǎn)，標(biāo)高88m，后經(jīng)過3.2公里至云池口尾礦庫最遠(yuǎn)放礦點(diǎn)。地形情況呈現(xiàn)先上后下的趨勢(shì)。尾礦輸送管道與現(xiàn)有設(shè)施一致。

4.2 設(shè)計(jì)輸送系統(tǒng)分析

臨界流速分析同前文一致。

表4 水力損失的分析

4.3 結(jié)論

在現(xiàn)有實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的指標(biāo)對(duì)比和理論輸送計(jì)算模型的充分理解和掌握的前提下，通過后期對(duì)尾礦流變特性的實(shí)驗(yàn)性分析的對(duì)比，可知在屈服應(yīng)力τ≤10Pa條件下，中、低重量濃度的尾礦礦漿仍復(fù)核牛頓體流體的特性，均可利用上述理論分析模型進(jìn)行有效的實(shí)際應(yīng)用。武山銅礦三期擴(kuò)建工程理論分析采用142m～117m的輸送壓力，設(shè)計(jì)最終選用的200NS-NZJA型渣漿泵6臺(tái)，3臺(tái)（3級(jí)）串聯(lián)為一組，一組工作一組備用的形式，可以完全滿足理論計(jì)算的要求[3-5]。

5 結(jié)語

尾礦會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，特別是在我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展對(duì)礦物資源的需求日益增加的情況下，大量的尾礦不斷產(chǎn)生。但是經(jīng)過多年的研究和實(shí)踐，礦山企業(yè)和有關(guān)研究機(jī)構(gòu)取得了許多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)成果，積累了豐富的工作經(jīng)驗(yàn)。尾礦采用管道輸送的項(xiàng)目建設(shè)，可大量減少運(yùn)輸成本費(fèi)用。項(xiàng)目建設(shè)有著相當(dāng)?shù)谋匾?。同時(shí)管道運(yùn)輸是國(guó)家積極推進(jìn)的節(jié)能減排和環(huán)保項(xiàng)目，符合國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展要求，是國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策支持的項(xiàng)目。

尾礦礦漿管道輸送的分析與計(jì)算模型眾多，例如劉德忠公式、E.J.瓦斯普公式、費(fèi)祥俊公式和清華大學(xué)礦漿公式均有一定的約束性，在整體水力損失計(jì)算分析上偏差不大，均在10%以內(nèi)。說明上述公式模型可以很好地適應(yīng)低屈服應(yīng)力條件的牛頓流體及非牛頓賓漢流體的水力計(jì)算和分析。

通過對(duì)武山銅礦現(xiàn)有設(shè)施運(yùn)行參數(shù)的對(duì)比與分析，在充分掌握現(xiàn)有設(shè)施運(yùn)行條件和參數(shù)的前提下，選用清華大學(xué)礦漿公式和達(dá)西公式，并對(duì)其采用單一的礦漿密度修正法進(jìn)行有效的修正后作為三期擴(kuò)建工程中尾礦長(zhǎng)距離管道輸送的設(shè)計(jì)和設(shè)備選型的依據(jù)，也反向證明了該模型和該修正方法的適應(yīng)性較好，值得在未來其他項(xiàng)目中廣泛推廣。