金屬礦山充填料的管道輸送技術(shù)及充填材料的力學(xué)性質(zhì)具有復(fù)雜性，目前國外暫無針對充填料的管道輸送技術(shù)的準(zhǔn)確理論研究。目前常用的方法是采用相似的情況下的輸送阻力計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式來對固液兩相流管道輸送進(jìn)行水力計(jì)算。近年來，隨著流體動力學(xué)軟件的逐漸成熟，為兩相流參數(shù)的計(jì)算提供了一種新的有限元數(shù)值模擬手段，即通過對充填管道兩相流的有限元模擬來解算。本研究通過采用ANSYS有限元數(shù)值計(jì)算湖南某鐵礦的超高分子量聚乙烯管輸參數(shù)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，分別從料漿濃度、輸送流速、管徑及其組合3個(gè)方面建立不同有限元模型，對管道輸送的參數(shù)進(jìn)行對比分析，最終選出最佳的管道輸送參數(shù)。

1管道輸送模型的建立
湖南某鐵礦采用超高分子量聚乙烯管作為最初的井下充填管路，管道內(nèi)徑為100m，管道壁厚為10mm，工作壓力為4Mpa；隨著逐漸進(jìn)入深部礦體開采，改用鋼襯超高分子量聚乙烯復(fù)合管，管道內(nèi)徑為100mm，管道壁厚為10+6mm，工作壓力為6MPa。從充填站開始布置充填管道，經(jīng)過12個(gè)拐點(diǎn)，到達(dá)充填作業(yè)工作面后的充填管道總長為1237.6m，總高程為350m，因此我們設(shè)計(jì)了充填管路有限元數(shù)值計(jì)算模型。

2管道輸送參數(shù)計(jì)算
2.1料漿濃度對管道輸送的影響
模擬影響料漿質(zhì)量濃度分別為65%、68%、70%、76%和80%時(shí)的流動狀態(tài)，將料漿的進(jìn)口速度v設(shè)定為3.2m/s，管道直徑為100mm。
不同漿體濃度的流型計(jì)算：
（1） 質(zhì)量濃度65%時(shí)，雷諾數(shù)Re=4399＞2300，屬于紊流。
（2） 質(zhì)量濃度68%時(shí)，雷諾數(shù)Re=4566＞2300，屬于紊流。
（3） 質(zhì)量濃度70%時(shí)，雷諾數(shù)Re=4667＞2300，屬于紊流。
（4） 質(zhì)量濃度76%時(shí)，雷諾數(shù)Re=4792＞2300，屬于紊流。
（5） 質(zhì)量濃度80%時(shí)，雷諾數(shù)Re=5268＞2300，屬于紊流。
從不同質(zhì)量濃度的數(shù)值計(jì)算結(jié)果可知：
（1） 隨著質(zhì)量濃度從62%增加至80%，最大應(yīng)力僅增大0.32MPa，管道壓力的增幅并不明顯。質(zhì)量濃度和管道最大壓力之間基本成線性關(guān)系。
（2） 全程最大速度全部在充填管道的轉(zhuǎn)彎處，同時(shí)更偏近管道轉(zhuǎn)彎內(nèi)壁一端，其原因是由于料漿突然轉(zhuǎn)彎，導(dǎo)致此處出現(xiàn)汽蝕，漿體顆粒加速向氣泡中心運(yùn)動，加重對充填管道的磨損。
（3） 料漿質(zhì)量濃度增大到80%時(shí)，充填管道外端部分出現(xiàn)流速較低的區(qū)域，充填料漿有可能淤積此處從而造成堵管，表明80%的料漿濃度為充填管道輸送的最大濃度。
2.2料漿流速對管道輸送的影響
超高分子量聚乙烯充填管輸流速是系統(tǒng)的一個(gè)重要參數(shù)，分別取2.0、2.5、3.0和3.5m/s4種流速，將料漿濃度固定為76%計(jì)算得出
（1） 管道料漿流速從2.0m/s逐漸增加到3.5m/s的過程中，充填管道受到的最大壓力從1.43MPa增長到了3.42MPa，增幅超過2倍。
（2） 充填流速與充填管道壓力之間不表現(xiàn)為線性關(guān)系，隨著速度的增大，壓力增長的速度也越來越快，當(dāng)充填系統(tǒng)往深部延伸后，應(yīng)該盡可能地降低料漿輸送速度。
（3） 最大流速在靠近管道轉(zhuǎn)彎內(nèi)壁處，建議彎管處加厚內(nèi)壁。
2.3管道直徑對管道輸送的影響
（1）充填管道的直徑越小，管道壓力值越大，當(dāng)充填管道直徑從150mm降低到80mm時(shí)，最大壓力從1.580MPa增加到3.590MPa，增大了2.3倍，因此管徑的影響必須予以重視。
（2）組合管的最大壓力值接近直徑為80mm的管道輸送模擬結(jié)果，但全程阻力損失卻顯著大于充填料漿滿管輸送。

3結(jié)語
通過采用ANSYS有限元數(shù)值計(jì)算，對湖南某礦的超高分子量聚乙烯管輸參數(shù)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，分別從料漿濃度、輸送流速、充填管道直徑三個(gè)方面對管道輸送的參數(shù)進(jìn)行對比分析，最終選出最佳的管道輸送參數(shù)，為深部充填打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。