Remote pipeline pumping transportation of cemented tailings backfill slurry

• Autorzy: Xiao S. , Liu Z. , Jiang Y. , Li C. , Sun C. , Su L.

Identyfikatory

DOI

10.24425/123689

Warianty tytułu

PL

Przetłaczanie na znaczne odległości zawiesiny zawierającej odpady poflotacyjne oraz cement rurociągami z wykorzystaniem pomp

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

For most precious metal mines, cemented tailings backfill slurry (CTBS) with different cement-sand ratio and solid concentration are transported into the gobs to keep the stability of the stope and mitigate environmental pollution by mine tailing. However, transporting several kinds of CTBS through the same pipeline will increase the risk of pipe plugging. Therefore, the joint impacts of cement-sand ratio and solid concentration on the rheological characteristics of CTBS need a more in-depth study. Based on the experiments of physical and mechanical parameters of fresh slurry, the loss of pumping pressure while transporting CTBS with different cement-sand ratio, flux and solid mass concentration were measured using pumping looping pipe experiments to investigate the joint impacts of cement-sand ratio and solid concentration on the rheological characteristics of CTBS. Meanwhile, the effect of different stopped pumping time on blockage accident was revealed and discussed by the restarting pumping experiments. Furthermore, Fluent software was applied to calculate the pressure loss and velocity distribution in the pipeline to further analysis experimental results. The overall trends of the simulation results were good agreement with the experiment results. Then, the numerical model of the pipeline in the Sanshandao gold mine was conducted to simulate the characteristics of CTBS pipeline transportation. The results show that the pumping pressure of the delivery pump can meet the transportation requirements when there is no blockage accident. This can provide a theoretical method for the parameters optimizing in the pipeline transportation system.

PL

W większości kopalń metali szlachetnych zawiesina zawierająca odpady poflotacyjne wraz z cementem w różnych proporcjach cementu i piasku oraz o różnym stężeniu części stałych transportowana jest do wyrobisk i zrobów, gdzie wykorzystywana jest następnie do stabilizacji w rejonie przodka, ponadto w ten sposób ogranicza się zanieczyszczenie środowiska odpadami poflotacyjnymi. Jednakże przetłaczanie różnych rodzajów zawiesin w tym samym układzie rurociągu zwiększa ryzyko zaczopowania rur. Zbadanie wpływu proporcji cementu do piasku w zawiesinie oraz stężenia części stałych na charakterystykę reologiczną zawiesiny wydaje się kwestią kluczową. W oparciu o badania eksperymentalne fizycznych i mechanicznych parametrów świeżej zawiesiny, dokonano pomiarów spadku ciśnienia pompowania w trakcie przetłaczania zawiesin o zawartości cementu i pisaku w różnych proporcjach, dla różnych natężeń przepływu i stężeń części stałych w eksperymentach z wykorzystaniem linii obiegowej rurociągu. Celem eksperymentu było określenie łącznego wpływu proporcji cementu do piasku oraz stężenia części stałych na właściwości reologiczne zawiesiny. Ponadto, przeanalizowano w jaki sposób długość przerw w procesie przetłaczania wpływa na zwiększenie ryzyka zatkania rur i przeprowadzono eksperymenty polegające na wznowieniu pracy pomp. Analizę wyników eksperymentów uzupełniono poprzez zastosowanie oprogramowania Fluent do obliczenia spadku ciśnienia w rurociągu oraz rozkładu prędkości. Wykazano, że wyniki symulacji pozostawały w dużej zgodności z wynikami eksperymentów. W kolejnym kroku opracowano model numeryczny rurociągu eksploatowanego w kopalni złota Sanshandao dla potrzeb symulacji procesu przetłaczania zawiesiny. Uzyskane wyniki wskazują, że ciśnienie tłoczenia w pompie jest na wymaganym poziomie gdy nie występuje zablokowanie przepływu w rurze, i wykorzystane być mogą jako uzupełnienie teoretycznych metod optymalizacji parametrów układu transportowania i przetłaczania zawiesiny.

Słowa kluczowe

EN

strong resistance; pipe pumping; pumping looping pipe experiment; rheological characteristic; CFD

PL

opory przepływu; przetłaczanie; eksperyment z wykorzystaniem linii obiegowej rurociągu; właściwości reologiczne; CFD; obliczeniowa dynamika płynów

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 63, no. 3
• Strony: 647--663
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., fot., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Xiao S.

• The Institute of Mountain Hazards and Environment , Chinese Academy of Sciences

autor

Liu Z.

• Central South University

autor

Jiang Y.

• Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences

autor

Li C.

• The Institute of Mountain Hazards and Environment , Chinese Academy of Sciences
• Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences

autor

Sun C.

• The Institute of Mountain Hazards and Environment , Chinese Academy of Sciences
• Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences

autor

Su L.

• Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences
• Cas Center for Excellence in Tibetan Plateau Earth Sciences

Bibliografia

• [1] Aminossadati S.M., Hooman K., 2008. Numerical simulation of ventilation air flow in underground mine workings. 12th North American Mine Ventilation Symposium – Wallace (ed): 253-259.
• [2] ANSYS Inc., 2011. ANSYS FLUENT Release 14.0 User Manual. ANSYS Consulting Group Inc.
• [3] Assefa K.M., Kaushal D.R., 2015. Experimental study on the rheological behaviour of coal ash slurries. Journal of Hydrology & Hydromechanicsm 63 (4), 303-310.
• [4] Behera N., Agarwal V.K., Jones M.G., Williamsl K.C., 2013. CFD modeling and analysis of dense phase pneumatic conveying of fine particles including particle size distribution [J]. Powder Technology 244 (4), 30-37.
• [5] Belem T, Benzaazoua M., 2008. Design and application of underground mine paste backfill technology. Geotechnical & Geological Engineering 26 (2), 175-175.
• [6] Creber K.J., Mcguinness M., Kermani M.F., Hassani F.P., 2017. Investigation into changes in pastefill properties during pipeline transport. International Journal of Mineral Processing 163, 35-44.
• [7] Cooke R., Lazarous J.H., 1993. Hydraulic transport systems for the backfilling of deep mines [J]. Journal-South African Institute of Mining and Metallurgy 93 (2), 25-30.
• [8] Deng X., Klein B., Tong L., Wit B.D., Deng X., Klein B. et al., 2017. Experimental study on the rheological behavior of ultra-fine cemented backfill. Construction & Building Materials. (https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.05.085)
• [9] Fall M., Benzaazoua M., Ouellet S., 2005. Experimental characterization of the influence of tailing fineness and density on the quality of cemented paste backfill. Minerals Engineering 18, 41-44.
• [10] Frank M.W., 2006. Fluid Mechanics. New York: McGraw Hill Higher Education.
• [11] Gopaliya M.K., Kaushal D.R., 2014. Analysis of Effect of Grain Size on Various Parameters of Slurry Flow through Pipeline Using CFD. Particulate Science & Technology 33, 369-384.
• [12] Helms W., 1988. Preparation and transportation systems for cemented backfill [J]. International Journal of Rock Mechanics & Mining Science & Geomechanics Abstracts 7 (2),183-193.
• [13] Kaushal D.R., Thinglas T., Tomita Y., Kuchii S., Tsukamoto H., 2012. CFD modeling for pipeline flow of fine particles at high concentration [J]. International Journal of Multiphase Flow 43, 85-100.
• [14] Kharoua N., Alshehhi M., Khezzar L., Filali A., (2017). CFD prediction of black powder particles’ deposition in vertical and horizontal gas pipelines. Journal of Petroleum Science & Engineering 149, 822-833.
• [15] Messa G.V., Malavasi S., 2015. Improvements in the numerical prediction of fully-suspended slurry flow in horizontal pipes. Powder Technology 270, 358-367.
• [16] Shaheen E.I., 1972. Rheological study of viscosities and pipeline flow of concentrated slurries. Powder Technology 5 (4), 245-256.
• [17] Singh J., Kumar S., Singh J.P., Kumar P., Mohapatra S.K., 2018. CFD modeling of erosion wear in pipe bend for the flow of bottom ash suspension. Particulate Science & Technology. Doi:https://doi.org/10.1080/02726351.2017.1364816.
• [18] Supa Amornkul S., Steward F.R., Lister D.H., 2005. Modeling two-phase flow in pipe bends. Journal of Pressure Vessel Technology 127 (2), 204-209.
• [19] Turian R.M., Hsu F.L., Ma T.W., 1987. Estimation of the critical velocity in pipeline flow of slurries. Powder Technology 51 (1), 35-47.
• [20] Vassilios C., Kelessidis, Panagiotis Dalamarinis, 2011. Experimental study and predictions of pressure losses of fluids modeled as Herschel-Bulkley in concentric and eccentric annuli in laminar, transitional and turbulent flows. Journal of Petroleum Science and Engineering (77), 305-312.
• [21] Wang X.M., Zhao J.W., Xue J.H., Yu G.F., 2011. Features of pipe transportation of paste-like backfilling in deep mine. Journal of Central South University of Technology 18, 1413-1417.
• [22] Wang K., Li X.F., Wang Y.F., He R.Y., 2017. Numerical investigation of the erosion behavior in elbows of petroleum pipelines. Powder Technology 314, 490-499.
• [23] Wu A.X., Ruan Z.E., Wang Y.M., Yin S.H., Wang S.Y., Wang Y., W J.Z., 2018. Simulation of long-distance pipeline transportation properties of whole-tailings paste with high sliming. Journal of Central South University 25 (1), 141-150.
• [24] Wu D., Yang B., Liu Y., 2015. Transport ability and pressure drop of fresh cemented coal gangue-fly ash backfill (CGFB) slurry in pipe loop. Powder Technology 284, 218-224.
• [25] Wu D., Yang B., Liu Y., 2015. Pressure drop in loop pipe flow of fresh cemented coal gangue-fly ash slurry: experiment and simulation. Advanced Powder Technology 26 (3), 920-927.
• [26] Yang D., Xia Y., Wu D., Chen P., Zeng G., Zhao X., 2018. Numerical investigation of pipeline transport characteristics of slurry shield under gravel stratum. Tunnelling & Underground Space Technology 71, 223-230.
• [27] Yilmaz E., Benzaazour M., Belem T., Bussiere B., 2009. Effect of curing under pressure on compressive strength development of cemented paste backfill. Miner Eng. 22 (9), 772-785.
• [28] Zhai Y.G., Wu A.X., Wang H.J., Chen Q.R., Xiao Y.T., Shou Z.Y. 2011. Threshold mass fraction of unclassified-tailing paste for backfill mining [J]. Journal of University of Science and Technology Beijing 33 (7), 795-799 (In Chinese).

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019)