[科普中國]-充填材料管道輸送

充填材料管道輸送是指將制備好的充填材料沿管道輸送到充填地點(diǎn)。充填材料管道輸送可按輸送動(dòng)力、固體顆粒在流動(dòng)漿體中的分布和流動(dòng)漿體中切應(yīng)力是否符合牛頓切應(yīng)力定律等分類。充填材料是指充填于采空區(qū)中的土壤、砂、石、塊石、工業(yè)廢渣和水泥等膠凝物質(zhì)組成的固體材料，工業(yè)廢渣包括尾砂、爐渣和粉煤灰等。

簡介充填材料管道輸送是指將制備好的充填材料沿管道輸送到充填地點(diǎn)。充填材料管道輸送可按輸送動(dòng)力、固體顆粒在流動(dòng)漿體中的分布和流動(dòng)漿體中切應(yīng)力是否符合牛頓切應(yīng)力定律等分類1。

按輸送動(dòng)力分類按輸送動(dòng)力，將充填材料管道輸送分為自流輸送、泵壓輸送和風(fēng)力輸送。如果條件允許，則應(yīng)優(yōu)先使用自流輸送。使用自流輸送的條件是管道垂直部分的漿體柱的高度。即自然壓頭，能使管道全長中漿體以合適的速度移動(dòng)。泵壓輸送用于自然壓頭不夠或需要向高處輸送漿體時(shí)。風(fēng)力輸送是以壓縮空氣為動(dòng)力將充填材料輸送到充填地點(diǎn)，多用土輸送混凝土膠結(jié)充填材料。輸送方式的選擇主要決定于充填材料粒度組成和漿體濃度等。當(dāng)輸送水砂充填材料或普通濃度即質(zhì)量濃度為65%-70%的膠結(jié)充填材料和接近極限沉淀濃度的高濃度即質(zhì)量濃度為70%-75%的膠結(jié)充填材料時(shí)，采用自流輸送或離心泵輸送，對于大極限沉淀濃度的全尾砂膏體充填材料，采用高揚(yáng)程住塞泵輸送、自流輸送或自流風(fēng)力聯(lián)合輸送2。

按固體顆粒在流動(dòng)漿體中的分布分類按這一分類原則，充填材料管道輸送分成均質(zhì)流充鎮(zhèn)材料管道拚送和非均質(zhì)流充湊材料管道榆送，均質(zhì)流和非均質(zhì)流分別是當(dāng)漿體流動(dòng)時(shí)固體顆粒均勻或不均勻分布于液相載體中，當(dāng)漿體水平流動(dòng)時(shí)，沿管道垂直斷面沒有或有明顯濃度梯度的漿體流態(tài)。固體顆粒含量高和粒徑小的漿體，其流態(tài)常常是均質(zhì)流。在均質(zhì)流槳體中靠固體顆粒間相互支撐來實(shí)現(xiàn)固體顆粒的懸浮，雖然存在固體顆粒慣性力的影響，但是慣性力比粘性力或紊動(dòng)力小，因而在水中不沉降或沉降很慢。若固體顆粒增加，則漿體粘度增大。固體顆粒含量低和粒徑大的漿體，其流態(tài)常常是非均質(zhì)流。在非均質(zhì)流漿體中，固體顆粒慣性力的影響很明顯，粘滯阻力和顆粒間的相互千擾力比慣性力小，液相和固相在很大程度上保持各自特性，而且漿體粘度通常稍大于運(yùn)載流體粘度。在這種漿體中，固體顆粒的懸浮主要靠水的紊動(dòng)力。因此需要以足夠大的紊流速度來輸送。瓦斯普提出了比較可靠的判別均質(zhì)流和非均質(zhì)流的標(biāo)準(zhǔn)，即根據(jù)管道橫斷面上漿體濃度變化的程度來判別3。

充填材料充填材料是指充填于采空區(qū)中的土壤、砂、石、塊石、工業(yè)廢渣和水泥等膠凝物質(zhì)組成的固體材料，工業(yè)廢渣包括尾砂、爐渣和粉煤灰等。充填材料應(yīng)具備的條件是來源廣泛，價(jià)格低廉，便于制備和運(yùn)輸，所形成的充填體具有符合要求的物理力學(xué)性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，充填材料的物理力學(xué)性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)對寸充填材料的制備、輸送和所形成的充填體的物理力學(xué)性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)具有重要影響。

對充填體的物理力學(xué)性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的主要要求是：

(1)能迅速具有一定強(qiáng)度。而且沉縮率小，以便有效地支撐周圍礦巖，當(dāng)側(cè)面出現(xiàn)采空區(qū)時(shí)充填體不向采空區(qū)大量片落，并允許在充填體表面進(jìn)行回采作業(yè)；

(2)不產(chǎn)生污染環(huán)境或引起發(fā)熱甚至發(fā)火的物質(zhì)。

按充填材料有無膠凝成分和是否以水為輸送介質(zhì)等，充填材料可分為下式充填材料、水砂充填材料和膠結(jié)充填材料三種1。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)