近年来，充填技术作为矿山实现节约水资源、减少污染、保护环境的主要技术途径之一，在矿山中得到越来越广泛的应用。深井充填过程中，管道磨损情况十分突出，不仅影响到充填网管的使用寿命及充填作业的安全性，也降低了充填开采的经济效益。充填料浆管道磨损机理及管道磨损定量化研究，是充填管道系统需要解决的问题。已有的研究多停留在宏观分析管道破损机理，而对磨损的研究也多停留在定性方面；因此，开展管道磨损的定量化研究，对管道使用寿命的预测及充填管道系统安全性评估具有重要意义。理论上，环管法用来作为料浆对管道的磨损研究最为理想，但其试验装置复杂、测试周期长、费用高，在实际操作中存在诸多不便。设计合适尺寸的滚筒研究充填料浆对管道的磨损特性，因其装置简单、操作方便、费用低，具有其他测定方法不具有的优势。

1 磨损影响因素分析

充填料浆对管道的磨损与多种因素相关，且各因素间还有内在的联系，整体而言可从料浆相关因素、管道相关因素和运行因素几个方面进行分析：

1)固相颗粒形状、大小及粒径分布[1]：尖角粒子对管壁的磨损主要表现为水平管内的切削磨损和弯管处的冲蚀磨损，球形粒子的切削磨损相对较小，其对管壁的磨损主要表现为弯管处的冲蚀磨损。一般说来，冲蚀磨损率会随着固相颗粒所占百分比和粒径的增加而增加。在料浆输送过程中，由于距离远，颗粒形状、大小及粒径均会发生一定程度的变化。

预习答疑主要针对学生自学的问题集体释疑．课堂讲解过程中会随机提出问题，掌握学生的听课效果，培养学生的参与意识、责任意识和团队意识，为团队争取好成绩．分组讨论考察组长的担当意识，组员的参与意识，整个小组的团队意识与创新意识，培养团队遵守规则的意识．课堂面授应展示“点”的要素，提炼3~5个重点和难点问题，理清重点与难点之间的逻辑关系，便于学生理解．课堂教学气氛和良好的师生关系有利于提高学生的学习主动性与创新意识．轻松自由的学术气氛，平等尊重的师生关系，对提高参与意识和学习效果有利．

2)固相颗粒硬度[2]：管道磨损随骨料颗粒与管道内表面的硬度比(Hp/Ht)增大而变大。当Hp/Ht>1.2时，颗粒对管壁的冲蚀磨损率大，且趋于饱和；当Hp/Ht<1.2时，冲蚀磨损率随Hp/Ht的减小而下降。

二是创新载体与时俱进。积极适应现代社会发展，充分运用新媒体（互联网、微博、微信）。在充分利用传统媒体广泛进行普法宣传的同时，不断拓展新平台新媒体开展普法宣传。与中国自然资源报社开展舆情监测分析应对合作，委托中国自然资源报社对全省自然资源舆情进行24小时监测，每天向省厅提供舆情，厅办公室每天编发一期《浙江自然资源每日舆情》。全省自然资源系统同步开通政务微博，省厅在新浪网上开通“浙江自然资源”官方政务微博，纳入省委省政府“浙江发布”微矩阵，全省各级自然资源部门均在新浪网或腾讯网上开通官方政务微博，倾听群众呼声，回应社会关切。

4)料浆浓度：料浆浓度较小时，固相颗粒可以相对自由运动，与管壁的碰撞更为频繁；随浓度增加，粒子与管壁的碰撞受到限制，它们的能量通过撞击其他粒子而不是管壁消散。

2.3.1 颗粒粒径

6)管道材质与参数[5]：在输送相同的料浆时，管道材质越好，使用寿命就越长。管壁越厚，使用寿命越长；管道的磨损率随管道直径增大而减小。

由于用环管试验分别测试以上因素对管道磨损的影响工程浩大，不易实现，本文结合实际情况，设计了更小尺寸、方便试验的装置对料浆和管道间的磨损规律进行定量研究。

2 充填料浆滚筒磨损试验

2.1 实验装置及步骤

料浆对筒壁的磨损率有不同的表述方式，Ⅰ类磨损率表示每100kt料浆流过管道所导致的管道厚度损失量；Ⅱ类磨损率表示料浆流过管道每1000h所导致的管道厚度损失量。共设计4种试验方案(①50%沙+50%尾矿，矿用水；②100%尾矿；③100%沙；④50%沙+50%尾矿，自来水)，每种方案进行4组试验，通过计算可得每种方案磨损率的均值见表2。

3)料浆流动速度[3]：冲蚀磨损率与料浆流动速度呈指数增长关系；研究表明，速度是管道输送过程中最为主要的影响因素；低速时，颗粒易在重力作用下呈非均匀分布，此时主要表现为对底部管壁产生滑移磨损；随着速度的增加，颗粒在连续相中的紊动更为频繁，管道顶部和底部的磨损变得越来越均匀。

2.2 实验材料及方案

统计两组患者在护理期间出现的并发症，共有髋关节外旋、肩痛、足下垂和肌痉挛；选择SF-36生活质量评价量表来评估两组患者的生活质量，量表共分为生理职能、生理功能、社会功能和精神健康四项内容，每项为25分，量表总分为100分，统计分值越高判定患者生活质量越好。

由表2可知，对于Ⅰ类磨损率，采用方案②所得的磨损率最高为0.330mm，而方案①所得的磨损率最低为0.282mm，这说明，在料浆质量分数为80%时，两者都具有50%尾矿的情况下，再增加50%的尾矿造成的磨损比再增加50%沙造成的磨损要高17%；对于Ⅱ类磨损率，采用方案②所得的磨损率最高为0.228mm，而方案①所得的磨损率最低为0.197mm，这说明，在料浆质量分数为80%时，

 

表1 尾矿的矿物成分

  

矿物名分子式重量百分比摩氏硬度石英SiO233817钠长石NaAlSi3O827106-65白云石Ca(Mg，Fe)(CO3)2208035～4绿泥石(MgAl)6(Si，Al)4O10(OH)89822～25方解石CaCO32863石膏CaSO427115～2白云母(K，Na)(Al，Mg，Fe)2(Si31Al09)O10(OH)1812～25黄铁矿FeS21096～65

  

图1 试验前粒径分布曲线

前期测试表明，当初次放入料浆后，试验进行到第2天时，粒径为15μm的颗粒百分数产生量为1%左右，且料浆易在滚筒的圆周运动中逐渐团聚形成球体，此时对管壁的磨损也会明显减小，严重影响了测量质量；因实际生产中，料浆通过管道某一位置时，固相颗粒总是保持着原来的非球状，只有当输送距离十分远时，颗粒才因与管壁的相互摩擦作用逐渐磨损为球型。为了使滚筒实验效果更加接近真实磨损环境，每隔2天，即重新更换新的料浆，以减小因为颗粒形状变化对磨损实验的干扰。为对比研究尾矿和沙的磨损效果及矿用水对磨损有无明显影响，总共设计了4种方案，材料选择分别为①50%沙+50%尾矿，矿用水；②100%尾矿；③100%沙；④50%沙+50%尾矿，自来水。每种方案均采用4组质量分数为80%的料浆进行实验，并保证滚筒均在1.5m/s的速度下进行试验。

a.根据一致性公式计算最大Eigen值，λmax =（1.53×0.606）+（9×0.103）+（4.33×0.291）=3.114 b.根据一致性比率公式：可算出，表明该判断矩阵的计算结果通过一致性检验。

2.3 试验结果及分析

为了评估滚筒试验中尾矿颗粒粒径变化规律，分别测定了方案②样品料浆在1、2、3和7天粒径分布情况。每隔一段时间，对尾矿样品进行颗粒粒径测量与分析。在按方案①-④分别进行完试验后，通过统计料浆总用量及滚筒实际运行时长等，可计算出充填料浆对滚筒的磨损率。具体如下：

5)料浆的酸碱度[4]：通常情况下，充填料浆溶液呈碱性，因此氧化腐蚀破坏是管道腐蚀的主要形式。料浆输送过程中，由于充填料浆的不断冲刷磨损导致管壁表面不断与溶解氧充分接触，从而加速管道的氧化腐蚀速率。实践表明，pH值小于4时，管道腐蚀急剧增加。

采用Malvern粒径分析仪进行颗粒粒度分析，粒径变化如图2所示。粒径超过10μm的颗粒所占百分比随着实验时间的增加而增加；至第7天，粒径小于15μm的细颗粒含量增加了4%。从第1天至第3天，颗粒粒径变化历程如下：第1天，主要表现为粒径大于100μm的颗粒磨损变小，同时粒径为15μm左右的颗粒含量有所增加；第2天，粒径超过100μm的颗粒大部分减小到100μm以下；第3天，粒径100μm以下的颗粒将继续在磨损作用下变小，此时可观察到，1～70μm颗粒所占百分比明显增加。

考虑到加入胶结剂会导致料浆在滚筒内凝结成硬块，本实验只选用包括沙、尾矿、矿用水和自来水在内的4种材料。其中尾矿的矿物成份见表1，可知，尾矿中含量最高的为石英，且石英的莫氏硬度也是相对最高的。实验前，沙和尾矿的粒径分布及两者混合后所得料浆的粒径分布如图1所示，由图1可知，沙的粒径分布大于100μm的百分比明显较尾矿的高。

  

图2 粒径变化曲线图

2.3.2 磨损率

料浆的旋转磨损试验采用自制的圆柱体滚筒，其材质为API 5L X52型钢。滚筒周长为12.7cm，为方便观察筒内料浆运动状态，其一侧设计为透明的PVC盖子。将制作好的相同质量分数的充填料浆放入滚筒，体积约占滚筒容积的一半左右；将筒盖盖好并称重后，将滚筒放置在设计的履带上；开动电机，滚筒将在履带的传动下开始旋转；记录并测量不同时间段里料浆内颗粒变化情况及最终管壁的磨损情况。

 

表2 料浆对滚筒的磨损率

  

试验方案Ⅰ类磨损率/mmⅡ类磨损率/mm①50%沙+50%尾矿；矿用水02820197②100%尾矿0330228③100%沙02970213④50%沙+50%尾矿；自来水02890206

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两者都具有50%尾矿的情况下，再增加50%的尾矿造成的磨损比再增加50%沙造成的磨损要高15.7%。当采用方案③和方案④分别实验时，前者比后者对管道的Ⅰ类磨损率会增加11.1%，Ⅱ类磨损率会增加7%。

在其他因素相同的情况下，采用自来水比采用矿用水对筒壁的磨损均有小幅度增加，若采用Ⅰ类磨损率进行评估，则增幅为2.4%，若采用Ⅱ类磨损率进行评估，则增幅为4.5%；这说明，两者的区别较小，采用矿用水并不会对滚筒造成明显的腐蚀磨损。

式中SOC储为某一深度下的土壤有机碳储量，t/hm2；Ti为第i层的土壤有机碳含量，g/kg；ri为第i层的土壤容重，g/cm3；Hi为第i层的土壤厚度，cm；n为土壤层次。

3 结 论

1)设计了合适尺寸的滚筒及配套的试验装置，用该装置可定量研究充填料浆与管壁的磨损效应。通过设计四种方案，定量研究了不同材料配比的料浆中固相颗粒对管壁的磨损效应，同时研究了分别使用矿用水和普通水时，料浆对管壁的磨损效应。

2)试验表明，在料浆浓度80%、滚筒转速保持在1.5m/s时，尾矿比沙对筒壁的磨损相对严重；当固相的50%由沙更换为尾砂后，Ⅰ类磨损率将在原来的基础上增加17%，Ⅱ类磨损率增加15.7%；当采用100%的尾矿和100%的沙分别实验时，前者比后者对筒壁的Ⅰ类磨损率会增加11.1%，Ⅱ类磨损率会增加7%。

3)分别使用自来水和矿用水进行实验对比，可知前者比后者对筒壁的Ⅰ类磨损率增大2.4%，对筒壁的Ⅱ类磨损率增大4.5%；这表明，其他条件相同时，使用两种类型的水配成的料浆对筒壁的磨损无明显差别。

4)滚筒实验中，料浆运动形态和其在实际充填管道中的运动形态有一定差异，有待进一步改进装置，为研究充填料浆质量分数、速度、温度、PH值等因素对管道磨损的定量化影响 。

信息技术已深入各行各业，提高效率的同时，也带来了新的要求，对土地整治从业人员有了新的考验，土地整治更加区别于传统的土地平整，有了更多的技术含量。当前的信息技术还在继续发展中，在土地整治过程中必然将全覆盖。

参考文献：

[1] 梅 晓，李兴华，孔 贺，等.膏体充填管道磨损机理分析[J].煤炭技术，2016，35(7)：274-276.

[2] 孔 贺，张新国，王昌祥，等.矸石充填开采管道磨损影响因素分析[J].煤矿安全，2016，47(3)：215-217，221.

[3] 刘原勇，陈云华，朱翠雯.充填输送管道冲蚀磨损分析[J].润滑与密封，2015，40(7)：106-109.

[4] 张德明.深井充填管道磨损机理及可靠性评价体系研究[D].长沙：中南大学，2012.

[5] 张钦礼，崔继强，郑晶晶，等.充填钻孔内管道磨损机理及易破损位置的确定(英文)[J].中国有色金属学报，2011，21(11)：2503-2507.