[科普中国]-砂矿水力输送

砂矿水力输送是指砂矿混合的浆体在具有一定流速的条件下，流体即荷载固体物料运行的运输作业。它是一种复杂的两相流输送，是砂矿水力机械开采或水力联合开采土艺系统中的基本环节之一。砂矿水力输送分为自流输送和加压水力输送两种方法。水力输送必须保证正常输送的最小流速。

简介砂矿水力输送是指砂矿混合的浆体在具有一定流速的条件下，流体即荷载固体物料运行的运输作业。它是一种复杂的两相流输送，是砂矿水力机械开采或水力联合开采土艺系统中的基本环节之一。砂矿水力输送分为自流输送和加压水力输送两种方法。水力输送必须保证正常输送的最小流速1。

自流水力输送借助沟槽的坡度形成流体的重力分力，使浆体流运。这是最经济的方法。采用自流水力输送时，浆体是在敞露的沟槽内流动；有时也采用管道代替沟槽，但浆体并不充满管道的全断面。为了保证自流水力输送的可靠性。沟槽的实际坡度应该比临界坡度增大10%-15%。

自流水力输送广泛采用梯形断面的沟、只有当采用木板槽或浆体流量小时。才采用矩形断面的沟槽。浆体流深度应大于最大固体物料块度的1.5~2倍，沟槽的高度应为浆休流深度的1.5-2倍。运矿沟改变方向时，应采取130°-150°的折线变向，变向处的坡度也应适气增大。为了增大运输沟的寿命和减小维修工程量，通常在沟内衬耐磨材料，常用的衬砌材料有石灰岩、花岗岩，铸铁板和辉绿岩铸石板。中国云锡公司使用自流水力输送矿砂。

在其有自流水力输送的自然高差条件下，若要通过宽阔并较深的洼地或溪谷，当建设自流渡槽造价过高时。可用倒虹管水力输送。其管路系统由倾斜向下、平缓、倾斜向上三部分组成。基本特点是：因各部分管路所处的条件不同，要分别确定各部分的管道直径。首先根据土岩的粒级组成、浆体浓度及流量等条件。确定水平管路的水力输送临界流速，然后分别确定各部分管道所需要的实际流速。最后根据流量确定相应各部分的管径2。

加压水力输送用机械把浆休送入管道并形成压力而输送，广泛采用砂泵加压输送、根据输送跟离、运输景和扬程。可用单台砂泵加压或者多台砂泵串联加压输送。

水力开采砂矿形成的浆体属于非均质浆体，固体颗粒容易沉降。为要达到水力输送的目的，唯有依靠于瞥内浆沐紊流的脉动速度。特别是横向脉动速度，及环绕固体颗粒的环流等作用，使固体物料处于悬浮状态而移动。因此，合理进行加压水力输送的关键。在于确定管内浆体的平均流速。根据加压水力输送管道阻力损失与平均流速的关系可知，流速过高时，固体物料处于近似均匀浮流输送，生产上很可靠，但因管内阻力描失急增。经济上不合理。低流速时，大颗粒或块状物沉于管底甲形成固定的半固定的淤积层，管内阻力损失虽会降低，但当浆体浓度等因素稍有变化，导致管道堵塞事故的机率高，生产不可靠，理论与实践证明，当流速等于或稍高于临界流速时。固体物料处于非均匀悬浮流状态，即固体物料主要集中在管道的下半部，粗颗粒或块状物接近管底跳跃式运行，但不会沉降淤积，故生产可靠，管内阻力损失也最小，经济上合理。因此，当前加压水力输送中，浆休流速均采用等于或稍大于10%-15%的临界流速值。

水力输送临界流速实质上是保证水力输送，而管内阻力损失最小的最小平均流速；也可理解为管道(或沟槽)无淤积堵塞危险。保证正常输送的最小平均流速。由于非均匀悬浮流机理的复杂性，尚无完善的理论计算公式用于确定水力输送临界流速。而只能根据具休条件借用有关的实践经验公式确定。计算水力输送管道内阻力损失的基本原则，是在等速条件下清水流运阻力的基础上，加上固体物料慧浮和移动所损失能量3。

砂矿水力输送的优缺点水力输送具有连续运输和无设备回程运行的基本特点。与机械运输的方式比较，其主要优点是：基建上程量少，设备简单且维修工程量少。劳动生产率高(特别是自流水力输送)，水力输送过程对矿砂起到碎散和脱泥的作用。为选矿创造了有利条件。管道(沟槽)占用土地少，无噪音，无尘土污染，除严寒季节(-10℃以下)外生产均衡性好。

缺点是：单位水耗量大。加压输送时的能耗量大，砂泵和管道的磨损大。经济效果受到输送距离的限制。为了提高砂矿水力输送的经济效果和扩大其应用范围，主要应研制高效率的砂泵结构及耐磨材质，使用耐磨性好管道或辉绿岩衬里的钢管，预先剔除浆体中的粗颗粒及砾卵石以及适当提高浆体的浓度等2。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学