張樹茂，崔 旋

(1.北京礦冶科技集團有限公司，北京 100160； 2.金屬礦山智能開采技術(shù)北京市重點實驗室，北京 102628)

金屬和非金屬礦山開采出的礦石，經(jīng)選礦廠破碎和選別，選出有價值的精礦以后，大量的尾礦需要排放到尾礦庫，以免污染環(huán)境[1]。目前尾礦排放主要有濕排和干排兩種方式，濕排由于工藝成熟、工程實例多、輸送量大、長期運行費用低等特點被許多礦山采用[2]，因此選用合理的輸送設(shè)備和管道對選礦廠的正常生產(chǎn)起到非常關(guān)鍵的作用，而選型的前提是要有完善的尾礦漿體水力計算體系。對此國內(nèi)外學(xué)者做了大量的試驗工作，得出了不同形式的經(jīng)驗公式[3-4]。本文從節(jié)約計算時間、減輕工作量，方便、準確、快捷解決問題的角度出發(fā)，采用Visual Basic語言，將尾礦輸送理論在計算機上得到了程序化實現(xiàn)，同時為后續(xù)尾礦輸送的研究和設(shè)計提供了一種簡便實用的計算工具。

1 尾礦輸送理論介紹

尾礦輸送水力計算，首先確定尾礦漿體的正常流量，然后對其流態(tài)特性進行判別，進而計算其臨界流速以及對應(yīng)的臨界管徑，最后確定輸送管路的摩阻損失，以便根據(jù)流量和揚程對輸送設(shè)備進行選型和設(shè)計。本文編程用到的輸送計算理論及公式全部參考《尾礦設(shè)施設(shè)計規(guī)范》(GB50863-2013)[5]和《漿體與粒狀物料輸送水力學(xué)》[6]。

1.1 流量計算

(1)

(2)

式中：Qk—尾礦漿體正常流量，m3/s；W—尾礦固體質(zhì)量，t/d；m—水固比；ρg—尾礦顆粒密度，t/m3；ρs—水密度，t/m3；CW—尾礦漿體質(zhì)量濃度，以小數(shù)計。

1.2 流態(tài)判別

(3)

1.3 臨界流速

目前尾礦漿體輸送臨界流速計算主要有以下幾個經(jīng)驗公式：

1)劉德忠公式

(4)

式中：D—管徑，m；ρg—尾礦顆粒密度，t/m3；ρ1—似均質(zhì)漿體密度，t/m3；ω—尾礦沉速，m/s；ωs—尾礦顆粒在水中加權(quán)平均沉速，m/s；CV—體積濃度，以小數(shù)計。

2)E.J.瓦斯普公式

(5)

式中：CV—體積濃度，以小數(shù)計；D—管徑，m；ρg—尾礦顆粒密度，t/m3；ρk—礦漿漿體密度，t/m3；d85—尾礦顆粒累積含量85%時對應(yīng)的粒徑。

3)B.C.克諾羅茲公式：

當d≤0.07 mm時：

(6)

當0.07 mm≤d≤0.4 mm時：

(7)

當0.4 mm

(8)

(9)

(10)

式中：D—管徑，m；ρg—尾礦顆粒密度，t/m3；CW—尾礦漿體質(zhì)量濃度，以小數(shù)計。

由于影響尾礦漿體臨界流速的因素錯綜復(fù)雜，目前尚無公認的公式。本程序運行時，按照以上三種公式分別計算，輸出計算結(jié)果，按照最保守的原則進行設(shè)計和選型。

1.4 摩阻損失

1)管道摩阻損失按照以下公式計算：

ik=i1+Δi2

(11)

其中，i1采用達西—韋斯巴赫公式計算：

(12)

式中：λ—達西摩阻系數(shù)；V—流速，m/s；D—管徑，m；s—相對密度s=ρ1/ρs。

Δi2采用E.J.瓦斯普—R.杜蘭德公式計算：

(13)

(14)

2)我國傳統(tǒng)習(xí)用的尾礦漿體輸送摩阻損失是把全部尾礦漿體都按照似均質(zhì)流態(tài)考慮，按照達西—韋斯巴赫公式計算，達西摩阻系數(shù)λ按舍維列夫公式計算：

(15)

2 程序及界面設(shè)計

通過以上分析可知，尾礦輸送水力計算參數(shù)較多、過程繁瑣，傳統(tǒng)手工計算耗時長、易出錯。為了方便計算，本文輸送程序采用計算機Visual Basic語言[7]進行編程，計算流程如圖1所示。程序計算需要的數(shù)據(jù)除了尾礦顆粒粒徑成分以數(shù)據(jù)文件給定外，其余計算參數(shù)均通過界面輸入，在Windows環(huán)境下，輸入界面如圖2所示。由于部分工程尾礦顆粒粒徑組成數(shù)據(jù)較少，為了得到更加合理的計算結(jié)果，程序除了根據(jù)原始粒徑組成計算以外，還提供了粒徑插值計算(按照5%含量插值)，用戶只需在參數(shù)輸入框中輸入相應(yīng)參數(shù)即可，程序自動計算并生成TXT計算書。

圖1 計算流程圖Fig.1 Calculation flow chart

圖2 程序輸入界面Fig.2 The interface of program input

3 在實際工程中的應(yīng)用

位于云南的某礦山尾礦庫，選廠產(chǎn)量為15 000 t/d，尾礦產(chǎn)率為96.5%，尾礦顆粒密度2.803 t/m3，尾礦漿體重量濃度為55%，輸送管路設(shè)計采用DN350無縫鋼管，尾礦顆粒粒度組成表，見表1。

表1 尾礦顆粒粒度組成表

通過程序?qū)Ρ竟こ虒嵗M行計算，計算結(jié)果見表2。

表2 程序計算結(jié)果

通過該程序?qū)δ彻こ虒嵗瓿闪擞嬎惴治?，驗證了程序的適用性，同時和工程現(xiàn)場運行實測數(shù)據(jù)差別較小，說明計算結(jié)果合理，且速度較快，達到了預(yù)期效果。

4 結(jié)語

本文通過Visual Basic語言對尾礦輸送水力計算進行了計算機編程實現(xiàn)，程序界面友好、易用，使用方便快捷，改變其中某個計算參數(shù)，可立刻得到計算結(jié)果。與傳統(tǒng)手動計算相比，提高了計算精度，簡化了工作量，能滿足用戶對設(shè)計快速、準確的要求。同時在實際工程中得到了應(yīng)用并且取得了令人滿意的結(jié)果，具有較高的指導(dǎo)價值和實用價值。