專利名稱：膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)，尤其是涉及一種膏體充填環(huán) 管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)，該膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)能夠模擬進(jìn)行膏體充填環(huán) 管試驗(yàn)并且低成本、快速高效、適用范圍廣，從而可以替代在礦山實(shí)地的 工業(yè)充填環(huán)管試驗(yàn)。
背景技術(shù)：
在礦山開采中，在開采過程中會留下許多采空區(qū)，這些采空區(qū)會導(dǎo)致 周圍巖體崩落，從而危及正常的開采。另外，大量的采出廢石，特別是選 礦尾砂，堆積在地面會對環(huán)境造成污染。充填采礦法是將開礦采出的廢石，特別是選礦尾砂，形成充填料漿利 用管道充填到采空區(qū)的礦山開采方法，該方法能夠提高礦物回采率，減少 貧化率，充分利用現(xiàn)有資源，有效地控制地壓和地表塌陷，優(yōu)化礦區(qū)周圍 環(huán)境等特點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。在利用尾砂等形成的充填料漿充填采空區(qū)的礦山充填工藝中，充填環(huán) 管試驗(yàn)是一個(gè)重要的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)。由于礦山受開采工藝、充填料來源、成本、 環(huán)境保護(hù)等眾多因素的影響，充填的礦山，礦山尾礦的組分和粒級組成千 差萬別，因此必須在礦山實(shí)地進(jìn)行環(huán)管輸送試驗(yàn)，以便測定充填料漿的流 體指標(biāo)和流變指標(biāo)、例如環(huán)管(管道)對充填料漿的阻力系數(shù)和充填料漿 的臨界流速，作為設(shè)計(jì)充填環(huán)管的依據(jù)，也就是說，在礦山上進(jìn)行充填環(huán) 管試驗(yàn)的目的是為了獲得充填管道對料漿的阻力系數(shù)和充填料漿在管道 內(nèi)的臨界流速。根據(jù)料漿質(zhì)量濃度的高低，料槳充填可以分為水力充填、高濃度料槳 充填和膏體充填，其中從水力充填到膏體充填，充填料漿的質(zhì)量濃度依次增高。目前，為了設(shè)計(jì)用于特定礦山的膏體充填環(huán)管，必須在該特定礦山上 實(shí)地進(jìn)行全尺寸的膏體充填環(huán)管試驗(yàn)，即，在礦山上設(shè)置管路和設(shè)備進(jìn)行 膏體充填環(huán)管試驗(yàn)。另外，在一個(gè)特定礦山進(jìn)行的工業(yè)膏體環(huán)管試驗(yàn)，得 到流體指標(biāo)和流變指標(biāo)也僅僅適用于該特定礦山。因此，對于每個(gè)特定的 礦山， 一般都要進(jìn)行針對該礦山的工業(yè)膏體環(huán)管試驗(yàn)。但是，要實(shí)地進(jìn)行一個(gè)全尺寸的工業(yè)環(huán)管試驗(yàn)，不但需要耗費(fèi)大量的 人力、物力和財(cái)力，而且要經(jīng)歷漫長的時(shí)間，延長了礦山的建設(shè)周期。以某礦業(yè)股份有限公司的充填環(huán)管實(shí)驗(yàn)為例，從制定方案、籌備、實(shí) 驗(yàn)、數(shù)據(jù)匯總與分析、得出有關(guān)數(shù)據(jù)等一系列的環(huán)節(jié)，花費(fèi)時(shí)間超過一年， 投入的實(shí)驗(yàn)資金超過百萬元，還耗費(fèi)了大量的人力，并且該環(huán)管試驗(yàn)得到 的數(shù)據(jù)無法直接應(yīng)用于其他礦山。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)，利用該膏體充 填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)能夠針對各種條件的礦山，得到一系列膏體充填料漿 的流體參數(shù)和流變參數(shù)，例如管道對充填料漿的阻力系數(shù)，作為礦山充填 工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)或參考，由此替代真正的工業(yè)膏體充填環(huán)管試驗(yàn)，從 而節(jié)省人力、物力和財(cái)力。本發(fā)明的另一目的是提出一種膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)，該膏體充 填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)的精度比實(shí)際的工業(yè)膏體充填環(huán)管試驗(yàn)的精度更高， 而且速度快，系統(tǒng)構(gòu)造簡單。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，提出一種膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)，包 括參數(shù)輸入單元，用于輸入多個(gè)參數(shù)，所述多個(gè)參數(shù)包括充填料漿的流 速、充填料漿中的初始屈服應(yīng)力、充填料漿的塑性粘度、和管道的管徑， 用以計(jì)算管道對充填料漿的阻力系數(shù)；參數(shù)選擇和設(shè)定單元，用于從輸入 的充填料漿的流速和管道的管徑中選擇一個(gè)設(shè)定為變量，同時(shí)將另一個(gè)設(shè) 定為常量；計(jì)算單，用于以預(yù)定的關(guān)系式利用所述多個(gè)參數(shù)計(jì)算出所述料漿的阻力系數(shù)，以便得到所述料漿的阻力系數(shù)與所選擇的一個(gè)參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，所述預(yù)定的關(guān)系式為 . 16 32v。 一單位長度的水平管道對充填料漿的阻力系數(shù)(或稱為料漿的阻力 系數(shù)或管道的阻力系數(shù))； "一管道的管徑； v —充填料漿的流速； r。 -充填料漿中的初始屈服應(yīng)力； "-充填料漿的塑性粘度，存儲單元，用于存儲所述計(jì)算單元計(jì)算出的料漿的阻力系數(shù)；和 輸出單元，用于輸出存儲在存儲單元內(nèi)的料漿的阻力系數(shù)。 根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)還包括步長設(shè)定單元，用于設(shè)定所選擇的一個(gè)參數(shù)變化的步長。具體地，所述料漿的阻力系數(shù)與所選擇的一個(gè)參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系為曲線圖或表格的形式。可選地，所選擇的一個(gè)參數(shù)為流速。所選擇的一個(gè)參數(shù)為管徑。 根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例，所述輸出單元為顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、和磁盤其中之一。根據(jù)本發(fā)明的膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)，能夠模擬地進(jìn)行膏體充填環(huán)管試驗(yàn)，從而替代在采礦中必須實(shí)地進(jìn)行的膏體充填環(huán)管試驗(yàn)，并且速度快，精度比實(shí)際的膏體充填試驗(yàn)更高，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，同時(shí)能夠針對各種條件的礦山獲得設(shè)計(jì)充填系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)，因此適用范圍廣泛。 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)構(gòu)成的框圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)的示意圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)的操作流程圖。
具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其 中自始至終相同的標(biāo)號表示相同的元件。下面通過參考附圖描述實(shí)施例以 便解釋本發(fā)明，所述實(shí)施例是示例性的，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。下面參考附圖對根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)進(jìn) 行描述。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)包 括參數(shù)輸入單元l、參數(shù)選擇和設(shè)定單元2、計(jì)算單元4、存儲單元5和輸 出單元6。參數(shù)輸入單元1用于輸入與充填料漿和管道相關(guān)的參數(shù)，所述多個(gè)參 數(shù)包括充填料漿的流速、充填料漿中的初始屈服應(yīng)力、充填料漿的塑性粘 度、和管道的管徑。需要說明的是，充填料漿中的初始屈服應(yīng)力、充填料漿的塑性粘度可 以是通過試驗(yàn)獲得，由此以常數(shù)通過輸入單元1輸入。參數(shù)選擇和設(shè)定單元2用于從流速和管徑中選擇一個(gè)并設(shè)定為變量， 同時(shí)將另一個(gè)參數(shù)設(shè)定為常量，從而計(jì)算單元4能夠依據(jù)下面將要描述的 關(guān)系式利用輸入的參數(shù)計(jì)算充填料漿的阻力系數(shù)。例如，參數(shù)選擇和設(shè)定單元2將流速作為變量，計(jì)算單元4計(jì)算出作 為變量的流速v與料漿的阻力系數(shù)/7之間的對應(yīng)關(guān)系，例如曲線圖或表格 形式的對應(yīng)關(guān)系，如圖4所示。然后料漿的阻力系數(shù)/,與流速v的對應(yīng)關(guān)系被存儲到存儲單元5內(nèi)。 存儲在存儲單元5內(nèi)的料漿的阻力系數(shù)^能夠通過輸出單元6輸出，所述 輸出單元6包括但不限于顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、和磁盤。例如，存儲單元5內(nèi)的料漿的阻力系數(shù)/,與流速v的對應(yīng)關(guān)系能夠顯示在顯示器上， 同時(shí)能夠通過打印機(jī)打印出，或通過繪圖儀繪出相應(yīng)的曲線圖，或直接下 載到磁盤內(nèi)，供設(shè)計(jì)礦山的充填系統(tǒng)時(shí)使用。根據(jù)本發(fā)明的膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)包括步長設(shè)定單元3，該步 長設(shè)定單元3用于設(shè)定作為變量的流速v的變化的步長，例如，流速v每 次變化一個(gè)單位。需要說明的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解，作為變量的參 數(shù)也可以是個(gè)常量，即步長變化為0，從而計(jì)算單元4利用輸入的、都為 常量的參數(shù)計(jì)算出一個(gè)具體的料漿的阻力系數(shù)。另外，各個(gè)參數(shù)可以以一個(gè)范圍輸入，而參數(shù)選擇和設(shè)定單元2從這 些參數(shù)的范圍內(nèi)選擇一個(gè)值作為參數(shù)的常值。當(dāng)然，每個(gè)參數(shù)也都可以以 一個(gè)常量輸入，這時(shí)，如上所述，被選擇為變量的參數(shù)的步長為零，從而 計(jì)算單元4僅計(jì)算出一個(gè)管道對料漿的阻力系數(shù)。更具體而言，計(jì)算單元4利用輸入的參數(shù)以下面的關(guān)系式計(jì)算料槳的 阻力系數(shù)。參考圖2，通過輸入單元1輸入充填料漿的體積濃度mt、流速v、充填料漿中的固體物料密度^、和管道的管徑D，計(jì)算單元4利用下面的關(guān)系式(1)計(jì)算料漿的阻力系數(shù)-16 32v ,"其中 其中~ 一單位長度的水平管道對充填料漿的阻力系數(shù)；"一管道的管徑；v—充填料漿的流速； r。 -充填料漿中的初始屈服應(yīng)力； ; -充填料漿的塑性粘度。從上述公式可以看出，在其中一個(gè)參數(shù)為變量而其他參數(shù)為常量的情況下，計(jì)算單元4能夠得到料漿的阻力系數(shù)。與變量參數(shù)的對應(yīng)變化關(guān)系。 計(jì)算得到的管道對料漿的阻力系數(shù)從計(jì)算單元4傳送到存儲單元5，然后通過輸出單元6輸出，如圖2所示。另外，如上面的描述和下面將要進(jìn)行的描述，在通過參數(shù)輸入單元1輸入的部分參數(shù)不是關(guān)系式(1)所用的參數(shù)時(shí)，計(jì)算單元4可以根據(jù)相應(yīng)的關(guān)系式利用從輸入單元1輸入的其他參數(shù)計(jì)算得到。例如，當(dāng)通過參數(shù)輸入單元1輸入的是料漿的流量而不是流速時(shí)，計(jì)算單元4可以依據(jù)下面的關(guān)系式(2)利用流量計(jì)算出流速其中e為充填料漿的流量。需要說明的是，本發(fā)明中的上述關(guān)系式(1) - (2)為礦山充填領(lǐng)域內(nèi) 的經(jīng)驗(yàn)公式，因此，各個(gè)參數(shù)的單位(量綱)不能嚴(yán)格按照關(guān)系式推導(dǎo)， 除非特別指出，各個(gè)參數(shù)在關(guān)系式中的單位都使用各自的單位，也就是說， 關(guān)系式僅僅表示各個(gè)參數(shù)的數(shù)值關(guān)系，而不表示他們單位之間的關(guān)系。因 此，各個(gè)參數(shù)的單位之間的關(guān)系在本發(fā)明中不適用上述關(guān)系式。下面參考圖3描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)的 操作流程。首先，通過參數(shù)輸入單元1輸入?yún)?shù)(步驟l)，接著，參數(shù)輸入單元 1判斷輸入的料漿的質(zhì)量濃度是否在膏休充填的濃度范圍內(nèi)，如果濃度不 在膏體充填的濃度范圍內(nèi)，在參數(shù)輸入單元1判定該濃度為無效參數(shù)，則 流程返回到開始狀態(tài)。如果濃度位于膏體充填的濃度范圍，則參數(shù)選擇和設(shè)定單元2選擇一 個(gè)參數(shù)，例如流速，作為變量并將管道的管徑設(shè)置為常量(步驟2)。接下 來，步長設(shè)定單元3設(shè)定流速的變化的步長(步驟3)。計(jì)算單元4利用輸 入的相應(yīng)的參數(shù)和關(guān)系式計(jì)算料槳的阻力系數(shù)并進(jìn)行描點(diǎn)(即在曲線圖上 描述流速與料漿的阻力系數(shù)的對應(yīng)點(diǎn))(步驟4)。接著，計(jì)算單元4在流速每增加一個(gè)步長的情況下重復(fù)進(jìn)行步驟4， 直到流速到達(dá)上限，那么計(jì)算單元4就計(jì)算得到料漿的阻力系數(shù)與流速變化的曲線圖或表格，參考圖4，其中，從圖4所示的曲線圖能夠?qū)С鰧?yīng) 的表格。并且存儲到存儲單元5 (步驟5)。存儲到存儲單元5內(nèi)的曲線圖 或表格例如可以顯示在顯示器上，或者通過打印機(jī)輸出。上述描述是以流速作為變量描述的膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)的操 作流程。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，管徑也可以作為變量，操 作流程與上述過程類似，這里不再贅述。由此，利用本發(fā)明，能夠容易地針對各種條件的礦山得到所需的管道 對料漿的阻力系數(shù)，由此進(jìn)行礦山膏體充填系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，替代了在礦山上 進(jìn)行的實(shí)際的環(huán)管試驗(yàn)，節(jié)省了成本，而且速度快、適用范圍廣泛。所以，利用根據(jù)本發(fā)明的膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)，操作簡單，并 且能夠得到用于各種條件的礦山的充填料漿的阻力系數(shù)，從而為設(shè)計(jì)充填 系統(tǒng)提供設(shè)計(jì)依據(jù)，而不必在礦山上實(shí)際地進(jìn)行環(huán)管試驗(yàn)，節(jié)省了成本， 減少了礦山的建設(shè)周期。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實(shí)施例 進(jìn)行變化，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1、一種膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)，包括參數(shù)輸入單元，用于輸入多個(gè)參數(shù)，所述多個(gè)參數(shù)包括充填料漿的流速、充填料漿中的初始屈服應(yīng)力、充填料漿的塑性粘度、和管道的管徑，用以計(jì)算管道對充填料漿的阻力系數(shù)；參數(shù)選擇和設(shè)定單元，用于從輸入的充填料漿的流速和管道的管徑中選擇一個(gè)設(shè)定為變量，同時(shí)將另一個(gè)設(shè)定為常量；計(jì)算單元，用于以預(yù)定的關(guān)系式利用所述多個(gè)參數(shù)計(jì)算出所述料漿的阻力系數(shù)，以便得到所述料漿的阻力系數(shù)與所選擇的一個(gè)參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，所述預(yù)定的關(guān)系式為<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>i</mi> <mi>j</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mn>16</mn> <mrow><mn>3</mn><mi>D</mi> </mrow></mfrac><msub> <mi>τ</mi> <mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mi>η</mi><mfrac> <mrow><mn>32</mn><mi>v</mi> </mrow> <msup><mi>D</mi><mn>2</mn> </msup></mfrac> </mrow>]]></math></maths>其中ij-單位長度的水平管道對充填料漿的阻力系數(shù)；D-管道的管徑；v-充填料漿的流速；τ0-充填料漿中的初始屈服應(yīng)力；η-充填料漿的塑性粘度存儲單元，用于存儲所述計(jì)算單元計(jì)算出的料漿的阻力系數(shù)；和輸出單元，用于輸出存儲在存儲單元內(nèi)的料漿的阻力系數(shù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)，進(jìn)一步包括 步長設(shè)定單元，用于設(shè)定所選擇的一個(gè)參數(shù)變化的步長。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)，其中所述料 漿的阻力系數(shù)與所選擇的一個(gè)參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系為曲線圖或表格的形式。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)，其中所選擇的一個(gè)參數(shù)為流速。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)，其中所選擇 的一個(gè)參數(shù)為管徑。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)，其中所述輸 出單元為顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、和磁盤其中之一。
全文摘要
一種膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)，包括參數(shù)輸入單元，用于輸入多個(gè)參數(shù)，用以計(jì)算管道對充填料漿的阻力系數(shù)；參數(shù)選擇和設(shè)定單元，用于從輸入的多個(gè)參數(shù)中選擇一個(gè)參數(shù)并設(shè)定為變量，同時(shí)將其余參數(shù)設(shè)定為常量；計(jì)算單元，用于以預(yù)定的關(guān)系式利用所述多個(gè)參數(shù)計(jì)算出所述阻力系數(shù)，以便得到所述料漿的阻力系數(shù)與所選擇的一個(gè)參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系；存儲單元，用于存儲所述計(jì)算單元計(jì)算出的料漿的阻力系數(shù)；和輸出單元，用于輸出存儲在存儲單元內(nèi)的料漿的阻力系數(shù)。利用根據(jù)本發(fā)明的膏體充填環(huán)管試驗(yàn)仿真系統(tǒng)，操作簡單，適用范圍廣，無需在礦山上實(shí)際地進(jìn)行環(huán)管試驗(yàn)，節(jié)省了成本，減少了礦山的建設(shè)周期。
文檔編號G01N33/00GK101329317SQ200710111408
公開日2008年12月24日 申請日期2007年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月18日
發(fā)明者于潤倉, 何煦春, 李國政 申請人:中國恩菲工程技術(shù)有限公司