基于VB語(yǔ)言的尾礦輸送水力計(jì)算程序的研究與開(kāi)發(fā)

張樹(shù)茂，崔 旋

(1.北京礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160； 2.金屬礦山智能開(kāi)采技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102628)

金屬和非金屬礦山開(kāi)采出的礦石，經(jīng)選礦廠破碎和選別，選出有價(jià)值的精礦以后，大量的尾礦需要排放到尾礦庫(kù)，以免污染環(huán)境[1]。目前尾礦排放主要有濕排和干排兩種方式，濕排由于工藝成熟、工程實(shí)例多、輸送量大、長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)被許多礦山采用[2]，因此選用合理的輸送設(shè)備和管道對(duì)選礦廠的正常生產(chǎn)起到非常關(guān)鍵的作用，而選型的前提是要有完善的尾礦漿體水力計(jì)算體系。對(duì)此國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量的試驗(yàn)工作，得出了不同形式的經(jīng)驗(yàn)公式[3-4]。本文從節(jié)約計(jì)算時(shí)間、減輕工作量，方便、準(zhǔn)確、快捷解決問(wèn)題的角度出發(fā)，采用Visual Basic語(yǔ)言，將尾礦輸送理論在計(jì)算機(jī)上得到了程序化實(shí)現(xiàn)，同時(shí)為后續(xù)尾礦輸送的研究和設(shè)計(jì)提供了一種簡(jiǎn)便實(shí)用的計(jì)算工具。

1 尾礦輸送理論介紹

尾礦輸送水力計(jì)算，首先確定尾礦漿體的正常流量，然后對(duì)其流態(tài)特性進(jìn)行判別，進(jìn)而計(jì)算其臨界流速以及對(duì)應(yīng)的臨界管徑，最后確定輸送管路的摩阻損失，以便根據(jù)流量和揚(yáng)程對(duì)輸送設(shè)備進(jìn)行選型和設(shè)計(jì)。本文編程用到的輸送計(jì)算理論及公式全部參考《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50863-2013)[5]和《漿體與粒狀物料輸送水力學(xué)》[6]。

1.1 流量計(jì)算

(1)

(2)

式中：Qk—尾礦漿體正常流量，m3/s；W—尾礦固體質(zhì)量，t/d；m—水固比；ρg—尾礦顆粒密度，t/m3；ρs—水密度，t/m3；CW—尾礦漿體質(zhì)量濃度，以小數(shù)計(jì)。

1.2 流態(tài)判別

(3)

1.3 臨界流速

目前尾礦漿體輸送臨界流速計(jì)算主要有以下幾個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式：

1)劉德忠公式

(4)

式中：D—管徑，m；ρg—尾礦顆粒密度，t/m3；ρ1—似均質(zhì)漿體密度，t/m3；ω—尾礦沉速，m/s；ωs—尾礦顆粒在水中加權(quán)平均沉速，m/s；CV—體積濃度，以小數(shù)計(jì)。

2)E.J.瓦斯普公式

(5)

式中：CV—體積濃度，以小數(shù)計(jì)；D—管徑，m；ρg—尾礦顆粒密度，t/m3；ρk—礦漿漿體密度，t/m3；d85—尾礦顆粒累積含量85%時(shí)對(duì)應(yīng)的粒徑。

3)B.C.克諾羅茲公式：

當(dāng)d≤0.07 mm時(shí)：

(6)

當(dāng)0.07 mm≤d≤0.4 mm時(shí)：

(7)

當(dāng)0.4 mm

(8)

(9)

(10)

式中：D—管徑，m；ρg—尾礦顆粒密度，t/m3；CW—尾礦漿體質(zhì)量濃度，以小數(shù)計(jì)。

由于影響尾礦漿體臨界流速的因素錯(cuò)綜復(fù)雜，目前尚無(wú)公認(rèn)的公式。本程序運(yùn)行時(shí)，按照以上三種公式分別計(jì)算，輸出計(jì)算結(jié)果，按照最保守的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)和選型。

1.4 摩阻損失

1)管道摩阻損失按照以下公式計(jì)算：

ik=i1+Δi2

(11)

其中，i1采用達(dá)西—韋斯巴赫公式計(jì)算：

(12)

式中：λ—達(dá)西摩阻系數(shù)；V—流速，m/s；D—管徑，m；s—相對(duì)密度s=ρ1/ρs。

Δi2采用E.J.瓦斯普—R.杜蘭德公式計(jì)算：

(13)

(14)

2)我國(guó)傳統(tǒng)習(xí)用的尾礦漿體輸送摩阻損失是把全部尾礦漿體都按照似均質(zhì)流態(tài)考慮，按照達(dá)西—韋斯巴赫公式計(jì)算，達(dá)西摩阻系數(shù)λ按舍維列夫公式計(jì)算：

(15)

2 程序及界面設(shè)計(jì)

通過(guò)以上分析可知，尾礦輸送水力計(jì)算參數(shù)較多、過(guò)程繁瑣，傳統(tǒng)手工計(jì)算耗時(shí)長(zhǎng)、易出錯(cuò)。為了方便計(jì)算，本文輸送程序采用計(jì)算機(jī)Visual Basic語(yǔ)言[7]進(jìn)行編程，計(jì)算流程如圖1所示。程序計(jì)算需要的數(shù)據(jù)除了尾礦顆粒粒徑成分以數(shù)據(jù)文件給定外，其余計(jì)算參數(shù)均通過(guò)界面輸入，在Windows環(huán)境下，輸入界面如圖2所示。由于部分工程尾礦顆粒粒徑組成數(shù)據(jù)較少，為了得到更加合理的計(jì)算結(jié)果，程序除了根據(jù)原始粒徑組成計(jì)算以外，還提供了粒徑插值計(jì)算(按照5%含量插值)，用戶只需在參數(shù)輸入框中輸入相應(yīng)參數(shù)即可，程序自動(dòng)計(jì)算并生成TXT計(jì)算書(shū)。

圖1 計(jì)算流程圖Fig.1 Calculation flow chart

圖2 程序輸入界面Fig.2 The interface of program input

3 在實(shí)際工程中的應(yīng)用

位于云南的某礦山尾礦庫(kù)，選廠產(chǎn)量為15 000 t/d，尾礦產(chǎn)率為96.5%，尾礦顆粒密度2.803 t/m3，尾礦漿體重量濃度為55%，輸送管路設(shè)計(jì)采用DN350無(wú)縫鋼管，尾礦顆粒粒度組成表，見(jiàn)表1。

表1 尾礦顆粒粒度組成表

通過(guò)程序?qū)Ρ竟こ虒?shí)例進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 程序計(jì)算結(jié)果

通過(guò)該程序?qū)δ彻こ虒?shí)例完成了計(jì)算分析，驗(yàn)證了程序的適用性，同時(shí)和工程現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)差別較小，說(shuō)明計(jì)算結(jié)果合理，且速度較快，達(dá)到了預(yù)期效果。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)Visual Basic語(yǔ)言對(duì)尾礦輸送水力計(jì)算進(jìn)行了計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)，程序界面友好、易用，使用方便快捷，改變其中某個(gè)計(jì)算參數(shù)，可立刻得到計(jì)算結(jié)果。與傳統(tǒng)手動(dòng)計(jì)算相比，提高了計(jì)算精度，簡(jiǎn)化了工作量，能滿足用戶對(duì)設(shè)計(jì)快速、準(zhǔn)確的要求。同時(shí)在實(shí)際工程中得到了應(yīng)用并且取得了令人滿意的結(jié)果，具有較高的指導(dǎo)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。