CN114818329A - 一种充填管道仿真模型的流变参数修正系数的获得方法 - Google Patents

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CN114818329A CN202210452014.1A CN202210452014A CN114818329A CN 114818329 A CN114818329 A CN 114818329A CN 202210452014 A CN202210452014 A CN 202210452014A CN 114818329 A CN114818329 A CN 114818329A
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Abstract

本发明公开了一种充填管道仿真模型的流变参数修正系数的获得方法，记录测点坐标、充填管道压力、充填料浆质量浓度、密度和流量，计算充填管道阻力损失；开展充填料浆流变试验，获得充填料浆密度、屈服应力和粘度，建立屈服应力和粘度的回归模型，建立充填料浆流变参数约束模型，计算现场工况充填料浆流变系数，确定现场工况充填料浆流变模型；建立充填管道输送仿真，定义充填料浆屈服应力和粘度修正系数，开展充填料浆管道输送仿真，建立充填料浆阻力损失模型；建立充填料浆管道输送阻力损失误差模型，建立流变参数修正系数约束模型，定义误差判定条件，获得充填管道仿真流变参数修正系数，对仿真模型进行修正和优化，从而提高仿真模型的可靠性。

Description

一种充填管道仿真模型的流变参数修正系数的获得方法
技术领域
本发明涉及矿山充填管道输送技术领域，尤其涉及一种充填管道仿真模型的流变参数修正系数的获得方法。
背景技术
矿山充填以尾矿等固废和胶固剂为原材料制备充填料浆，搅拌均匀后通过充填管道输送至井下采空区，保障井下采矿作业的安全，防止地表塌陷，是充填采矿法的核心工艺。由于开采深度的增加，充填管道随之延伸，充填料浆在输送过程中面临流速快、管压大以及管壁磨损高等诸多问题，致使充填管道堵管爆管事故频发，严重影响充填系统的稳定运行。
为了解决以上问题，矿业科技工作者积极开展针对充填料浆管道输送的研究。目前主流的研究手段以相似物理试验和仿真模拟为主，其中充填环管相似试验模型尺寸小、试验成本高、试验周期长、试验结果不具代表性，研究结果存在很大的局限性和片面性；仿真模拟可建立全尺寸充填管道，开展多因素试验方案，经济高效，是充填料浆管道输送研究的趋势，但目前也存在仿真模拟结果与实际工况偏差大等问题，其主要原因在于现阶段充填料浆流变模型的都属于半经验公式，不能很精准的表征输送过程中的充填料浆流变性，如现有技术中的水力充填环管试验仿真系统(CN101329322)，该试验仿真系统能够模拟地进行水力充填环管试验，从而替代在采矿中必须实地进行的水力充填环管试验，相对于实际的水力充填试验，具有速度更快成本更低的优势，但该系统也属于半经验公式，没有对流变参数进行修正和优化。
另外充填管道仿真所应用模型为bingham流变模型
Figure BDA0003619014970000011
该模型是行业所认可的通用模型，但该模型仍有局限性，将其直接应用于充填管道仿真中会出现仿真结果与实际结果的误差过大这种不利情况。
发明内容
本发明的目的在于提出了充填管道仿真模型的流变参数修正系数的获取方法，以根据获取的流变参数修正系数，对充填管道仿真模型进行修正和优化，从而提高仿真模型的可靠性，增加充填管道仿真模拟的可应用性。
基于上述目的，本发明提供技术方案如下：
一种充填管道仿真模型的流变参数修正系数的获得方法，包括以下步骤：
S1:在充填管道布置若干测点，记录测点坐标，充填管道压力，充填料浆质量浓度、密度和流量；根据测点坐标计算相邻测点充填管道的长度，根据充填管道压力计算出相邻测点充填管道的压差，计算所述压差和所述长度的比值得到充填管道阻力损失；
S2：开展充填料浆流变试验，获得充填料浆质量浓度、密度、屈服应力和粘度，分别建立屈服应力的回归模型、粘度的回归模型、充填料浆流变参数约束模型，根据测点的充填料浆质量浓度、密度及屈服应力和粘度的回归模型计算出现场工况充填料浆流变系数，根据现场工况充填料浆流变系数确定现场工况充填料浆流变模型；
S3：根据测点的充填料浆质量浓度、密度、流量、压力定义出充填料浆屈服应力修正系数和粘度修正系数，根据充填料浆屈服应力修正系数和粘度修正系数建立充填管道输送仿真模型，开展充填料浆管道输送仿真模拟试验，建立充填料浆阻力损失模型；
S4：建立充填料浆管道输送阻力损失误差模型，根据充填料浆流变参数约束模型建立流变参数修正系数约束模型，定义误差判定条件，计算充填管道仿真模型流变参数修正系数。
先采集测点的数据，计算出充填管道阻力损失，分别开展现场流变试验和仿真试验，建立充填料浆管道输送阻力损失误差模型，根据充填料浆流变参数约束模型建立流变参数修正系数约束模型，定义误差判定条件，计算充填管道仿真模型流变参数修正系数，再根据获取的流变参数修正系数，对充填管道仿真模型进行修正和优化，从而提高仿真模型的可靠性，增加充填管道仿真模拟的可应用性。
其中现阶段充填浆体流变特性的测试手段和方法主要有流变仪、L管试验和环管试验三种方法，均为现有技术，考虑试验的可操作性和便利性，本技术方案中采用流变仪。
三种试验的具体方法可参考文献：
[1]陈健中.用旋转叶片式流变仪测定新拌混凝土的流变性能[J].上海建材学院学报,1992(03):164-173；
[2]杜加法,刘晓光,王京生,侯晨,朱兆文.基于L管实验的全尾砂膏体流变特性研究[J].金属矿山,2020(08):20-24.DOI:10.19614/j.cnki.jsks.202008004；
[3]郑伯坤,姚维,黄腾龙,张凌云,尹旭岩.基于环管试验的改性全尾砂充填料浆输送性能[J].中国有色金属学报,2021,31(02):520-529。
其中仿真模型可采用现有的bingham流变模型，bingham流变模型的参考文献如下：
[4]周杨.基于宾汉姆模型用L-箱测试与反演自密实混凝土流变参数.《南华大学》，2014。
作为进一步的方案，所述步骤S1中的充填管道阻力损失的获得具体步骤如下：
S11：在充填管道布置若干测点，记录测点坐标(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),…,(xn,yn,zn)，测算相邻两个测点充填管道长度
Figure BDA0003619014970000031
测算平均管道长度
Figure BDA0003619014970000032
其中测点坐标有n个，相邻两个测点有m个；
S12：记录充填管道若干测点处的管道压力P1,P2,…,Pn，测算平均压力
Figure BDA0003619014970000033
Figure BDA0003619014970000034
测算相邻两个测点充填管道压差ΔPm＝|Pn-Pn-1|；
S13：测算相邻两个测点充填管道阻力损失Im＝ΔPm/ΔLm，测算平均管道阻力损失
Figure BDA0003619014970000035
计算出来的是平均充填管道阻力损失，平均值可以相对减少误差。
作为进一步的方案，所述步骤S2具体包括以下子步骤：
S21：以充填料浆质量浓度和灰砂比为影响因子，设计试验方案，开展流变试验，获得充填料浆密度ρ、屈服应力τB和粘度μ；
S22：建立充填料浆屈服应力回归模型
Figure BDA0003619014970000036
Figure BDA0003619014970000037
其中a0、a1、a2、a3、a4、a5均为常数，其中C为充填料浆质量浓度，ρ为充填料浆的密度；
S23：建立充填料浆粘度回归模型μ＝fμ(ρ,C)＝b0+b1*ρ2+b2*C2+b3*ρ+b4*C+b5*ρ*C，其中b0、b1、b2、b3、b4、b5均为常数；
S24：建立充填料浆流变参数约束模型μ＝g(τB)＝d0+d1*τB，其中d0、d1均为常数；
S25：计算现场工况充填料浆的屈服应力τB0＝fτB(ρ0,C0)和粘度μ0＝fμ(ρ0,C0)；
其中C为充填料浆质量浓度，C0为测点的充填料浆质量浓度，ρ为充填料浆的密度，ρ0为测点的充填料浆的密度。
作为一种优选的方案，步骤S3中还包括根据平均浓度
Figure BDA0003619014970000038
平均密度
Figure BDA0003619014970000039
计算得到平均屈服应力
Figure BDA00036190149700000310
和平均粘度
Figure BDA00036190149700000311
所述平均浓度
Figure BDA00036190149700000312
平均密度
Figure BDA00036190149700000313
计算过程如下：
记录各个测点处的充填料浆质量浓度C1,C2,…,Cn、密度ρc1,ρc2,…,ρcn和流量Q1,Q2,…,Qn，测算充填料浆平均浓度
Figure BDA0003619014970000041
根据平均浓度
Figure BDA0003619014970000042
平均密度
Figure BDA0003619014970000043
计算得到平均屈服应力
Figure BDA0003619014970000044
和平均粘度
Figure BDA0003619014970000045
平均值可以相对减少误差。
作为进一步的方案，所述步骤S3具体包括以下子步骤：
S31：建立充填管道仿真模型，确定充填管道长度LS和直径D，定义充填料浆密度ρS和质量浓度CS，确定充填料浆管道输送入口流量QS、入口压力PS；
S32：根据仿真模型的屈服应力与现场工况充填料浆的屈服应力之比定义充填料浆屈服应力修正系数
Figure BDA0003619014970000046
根据仿真模型的粘度与现场工况充填料浆的粘度之比定义充填料浆的粘度修正系数Kμ＝μ/μ0，确定仿真的流变模型为
Figure BDA0003619014970000047
S33：以屈服应力修正系数
Figure BDA0003619014970000048
和粘度修正系数Kμ为影响因子，设计试验方案，开展仿真模拟试验，获得充填料浆管道输送的阻力损失；
S34：建立阻力损失模型
Figure BDA0003619014970000049
Figure BDA00036190149700000410
现场流变试验和仿真流变试验双方面进行，但现场流变试验是仿真试验的基础。
作为进一步的方案，所述充填管道长度LS、充填料浆密度ρS、质量浓度CS、充填料浆管道输送入口流量QS、及入口压力PS均取平均值，即
Figure BDA00036190149700000411
Figure BDA00036190149700000412
其中所述充填料浆平均流量
Figure BDA00036190149700000413
计算式是
Figure BDA00036190149700000414
作为进一步的方案，所述步骤S4具体包括以下子步骤：
S41：建立充填料浆管道输送阻力损失误差模型
Figure BDA00036190149700000415
S42：基于充填料浆流变参数约束模型μ＝g(τB)、屈服应力修正系数模型
Figure BDA00036190149700000416
和粘度修正系数模型Kμ＝μ/μ0，建立充填料浆流变参数修正系数约束模型
Figure BDA00036190149700000417
S43：建立误差判定条件|E|≤E0∈[∝％,β％]；其中，α<β；
S44：基于阻力损失误差模型和误差判定条件，计算得Kμ∈[e1,e2]，其中，e1<e2；
S45：生成粘度修正系数Kμ在[e1,e2]区间内若干服从均匀分布的随机数:Kμ1,Kμ2,…,Kμn，计算粘度修正系数平均值
Figure BDA0003619014970000051
S46：求解得粘度修正系数
Figure BDA0003619014970000052
及屈服应力修正系数
Figure BDA0003619014970000053
作为一种优选的方案，所述随机数是基于rand函数生成的，所述rand函数为：Kμ＝e1+(e2-e1)*rand(1,n)。
本发明所实现的有益效果：
本发明通过建立流变参数修正系数，提高充填料浆流变模型的可靠性，增加充填管道仿真模拟的可应用性；本发明技术方案中，研究手段以数值模拟结合室内小型试验为主，大幅度降低工业试验开展的需求，降低了充填料浆管道输送研究的成本和时间，并提高了研究效率和质量。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2是本发明的现场数据采集与计算流程图；
图3是本发明的流变试验流程图；
图4是本发明的仿真试验流程图；
图5是本发明的流变参数计算方法流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
在本实施例中，某矿山充填系统能力为80m3/h，充填管道总长4590m,最大充填倍线为8.4，充填管道直径为150mm，壁厚为10mm，充填材料为全尾砂，密度为2.78g/cm3，D50为39.77μm，胶凝材料为水泥，密度为3.08g/cm3，设计充填质量浓度为76％，灰砂比为1:6。
本实施例中，如图1所示的是一种充填管道仿真模型的流变参数修正系数的获得方法流程图，首先在充填管道布置若干测点，记录测点坐标，充填管道压力，充填料浆质量浓度、密度和流量；根据测点坐标计算相邻测点充填管道的长度，根据充填管道压力计算出相邻测点充填管道的压差，计算所述压差和所述长度的比值得到充填管道阻力损失；然后开展充填料浆流变试验，获得充填料浆质量浓度、密度、屈服应力和粘度，分别建立屈服应力的回归模型、粘度的回归模型、充填料浆流变参数约束模型，根据测点的充填料浆质量浓度、密度及屈服应力和粘度的回归模型计算出现场工况充填料浆流变系数，根据现场工况充填料浆流变系数确定现场工况充填料浆流变模型；接着根据测点的充填料浆质量浓度、密度、流量、压力定义出充填料浆屈服应力修正系数和粘度修正系数，根据充填料浆屈服应力修正系数和粘度修正系数建立充填管道输送仿真模型，开展充填料浆管道输送仿真模拟试验，建立充填料浆阻力损失模型；最后建立充填料浆管道输送阻力损失误差模型，根据充填料浆流变参数约束模型建立流变参数修正系数约束模型，定义误差判定条件，计算充填管道仿真模型流变参数修正系数。
如图2所示的是现场数据采集与计算流程图，在充填管道布置若干测点，记录测点坐标，充填管道压力，充填料浆质量浓度、密度和流量，并根据测点坐标计算相邻测点充填管道的长度，根据充填管道压力计算出相邻测点充填管道的压差，计算所述压差和所述长度的比值得到充填管道阻力损失，充填管道阻力损失的获得具体步骤是先在充填管道布置若干测点，记录测点坐标(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),…,(xn,yn,zn)，测算相邻两个测点充填管道长度
Figure BDA0003619014970000061
测算平均管道长度
Figure BDA0003619014970000062
其中测点坐标有n个，相邻两个测点有m个；然后记录充填管道若干测点处的管道压力P1,P2,…,Pn，测算平均压力
Figure BDA0003619014970000063
测算相邻两个测点充填管道压差ΔPm＝|Pn-Pn-1|；最后测算相邻两个测点充填管道阻力损失Im＝ΔPm/ΔLm，测算平均管道阻力损失
Figure BDA0003619014970000064
图3所示的是流变试验流程图，首先以充填料浆质量浓度和灰砂比为影响因子，设计试验方案，开展流变试验，获得充填料浆密度ρ、屈服应力τB和粘度μ；然后建立充填料浆屈服应力回归模型
Figure BDA0003619014970000065
Figure BDA0003619014970000066
其中a0、a1、a2、a3、a4、a5均为常数，其中C为充填料浆质量浓度，ρ为充填料浆的密度；接着再建立充填料浆粘度回归模型μ＝fμ(ρ,C)＝b0+b1*ρ2+b2*C2+b3*ρ+b4*C+b5*ρ*C，其中b0、b1、b2、b3、b4、b5均为常数；然后再建立充填料浆流变参数约束模型μ＝g(τB)＝d0+d1*τB，其中d0、d1均为常数；最后：计算现场工况充填料浆的屈服应力
Figure BDA0003619014970000071
和粘度μ0＝fμ(ρ0,C0)；其中C为充填料浆质量浓度，C0为测点的充填料浆质量浓度，ρ为充填料浆的密度，ρ0为测点的充填料浆的密度。
现阶段充填浆体流变特性的测试手段和方法主要有流变仪、L管试验和环管试验三种方法，均为现有技术，三种试验的具体方法可参考文献：
[1]陈健中.用旋转叶片式流变仪测定新拌混凝土的流变性能[J].上海建材学院学报,1992(03):164-173；
[2]杜加法,刘晓光,王京生,侯晨,朱兆文.基于L管实验的全尾砂膏体流变特性研究[J].金属矿山,2020(08):20-24.DOI:10.19614/j.cnki.jsks.202008004；
[3]郑伯坤,姚维,黄腾龙,张凌云,尹旭岩.基于环管试验的改性全尾砂充填料浆输送性能[J].中国有色金属学报,2021,31(02):520-529。
考虑试验的可操作性和便利性，本实施例采用流变仪。
如图4所示的是仿真试验流程图，包括的具体过程是先建立充填管道仿真模型，确定充填管道长度LS和直径D，定义充填料浆密度ρS和质量浓度CS，确定充填料浆管道输送入口流量QS、入口压力PS；根据仿真模型的屈服应力与现场工况充填料浆的屈服应力之比定义充填料浆屈服应力修正系数
Figure BDA0003619014970000072
根据仿真模型的粘度与现场工况充填料浆的粘度之比定义充填料浆的粘度修正系数Kμ＝μ/μ0，确定仿真的流变模型为
Figure BDA0003619014970000073
以屈服应力修正系数
Figure BDA0003619014970000074
和粘度修正系数Kμ为影响因子，设计试验方案，开展仿真模拟试验，获得充填料浆管道输送的阻力损失；最后建立阻力损失模型
Figure BDA0003619014970000075
图5所示的是流变参数计算方法流程图，流变参数计算方法是基于前面步骤的基础上，先建立充填料浆管道输送阻力损失误差模型
Figure BDA0003619014970000076
基于充填料浆流变参数约束模型μ＝g(τB)、屈服应力修正系数模型
Figure BDA0003619014970000077
和粘度修正系数模型Kμ＝μ/μ0，建立充填料浆流变参数修正系数约束模型
Figure BDA0003619014970000078
建立误差判定条件|E|≤E0∈[∝％,β％]；其中，α<β；基于阻力损失误差模型和误差判定条件，计算得Kμ∈[e1,e2]，其中，e1<e2；生成粘度修正系数Kμ在[e1,e2]区间内若干服从均匀分布的随机数:Kμ1,Kμ2,…,Kμn，计算粘度修正系数平均值
Figure BDA0003619014970000079
最后求解得粘度修正系数
Figure BDA0003619014970000081
及屈服应力修正系数
Figure BDA0003619014970000082
其中随机数是基于rand函数生成的，所述rand函数为：Kμ＝e1+(e2-e1)*rand(1,n)。
下面具体描述本发明的一种充填管道仿真模型的流变参数修正系数的获得方法的具体实施例，如图1～5，包括以下步骤：
1：在充填管道布置6个测点，记录测点坐标，充填管道直径和压力，充填料浆属性浓度、密度和流量，并计算其平均值，测量结果如表1所示。
表1测量结果表
Figure BDA0003619014970000083
平均压力计算：
Figure BDA0003619014970000084
平均质量浓度计算：
Figure BDA0003619014970000085
平均密度计算：
Figure BDA0003619014970000086
平均流量计算：
Figure BDA0003619014970000087
相邻测点充填管道长度计算：
Figure BDA0003619014970000088
Figure BDA0003619014970000091
Figure BDA0003619014970000092
Figure BDA0003619014970000093
Figure BDA0003619014970000094
Figure BDA0003619014970000095
相邻测点充填管道压差计算：
ΔP1-2＝|P1-P2|＝1.03MPa
ΔP2-3＝|P2-P3|＝0.75MPa
ΔP3-4＝|P3-P4|＝0.95MPa
ΔP4-5＝|P4-P5|＝0.83MPa
ΔP5-6＝|P5-P6|＝0.97MPa
Figure BDA0003619014970000096
充填管道阻力损失计算：
I1-2＝ΔP1-2/ΔL1-2＝1297.76Pa/m
I2-3＝ΔP2-3/ΔL2-3＝1103.00Pa/m
I3-4＝ΔP3-4/ΔL3-4＝1293.88Pa/m
I4-5＝ΔP4-5/ΔL4-5＝1287.82Pa/m
I5-6＝ΔP5-6/ΔL5-6＝1108.41Pa/m
Figure BDA0003619014970000097
计算结果统计如表2所示：
表2计算结果表
Figure BDA0003619014970000098
Figure BDA0003619014970000101
2：开展充填料浆流变试验，获得充填料浆密度、屈服应力和粘度，建立屈服应力和粘度的回归模型；
(1)以充填料浆质量浓度和灰砂比为影响因子，开展流变试验，获得充填料浆密度、屈服应力和粘度，试验结果见表3：
表3流变实验结果
浓度/％ 砂灰比 密度/(g/cm<sup>3</sup>) 屈服应力/Pa 粘度/(Pa·s)
74 4 1.919 32.09 0.213
74 6 1.914 32.5 0.198
74 8 1.911 33.64 0.218
74 10 1.909 27.58 0.196
76 4 1.968 57.11 0.321
76 6 1.962 55.33 0.313
76 8 1.959 53.4 0.289
76 10 1.957 50.79 0.297
78 4 2.020 115.04 0.513
78 6 2.013 112.58 0.439
78 8 2.010 96.13 0.464
78 10 2.008 94.31 0.417
80 4 2.074 215.77 0.894
80 6 2.067 195.25 0.806
80 8 2.063 176.72 0.797
80 10 2.061 179.21 0.714
(2)应用matlab数学软件，输入浓度、密度和屈服应力的试验结果，建立充填料浆屈服应力回归模型τB＝2518ρ-37.69C-2010；
具体命令如下：
C＝[74 74 74 74 76 76 76 76 78 78 78 78 80 80 80 80]'；
ρ＝[1.919 1.914 1.911 1.909 1.968 1.962 1.959 1.957 2.02 2.013 2.012.008 2.074 2.067 2.0632.061]'；
τB＝[32.09 32.5 33.64 27.58 57.11 55.33 53.4 50.79 115.04 112.5896.13 94.31 215.77 195.25 176.72179.21]'；
X＝[ones(size(τB)),C.^2,ρ.^2,C,ρ,C.*ρ]；
[b,bint,r,rint,stats]＝regress(τB,X)；
b(1:5)。
(3)应用matlab数学软件，输入浓度、密度和粘度的试验结果，建立充填料浆粘度回归模型μ＝9.763ρ-0.1519C-7.271；
具体命令如下：
C＝[74 74 74 74 76 76 76 76 78 78 78 78 80 80 80 80]'；
ρ＝[1.919 1.914 1.911 1.909 1.968 1.962 1.959 1.957 2.02 2.013 2.012.008 2.074 2.067 2.0632.061]'；
μ＝[0.213 0.198 0.218 0.196 0.321 0.313 0.289 0.297 0.513 0.439 0.4640.417 0.894 0.806 0.7970.714]'；
X＝[ones(size(μ)),C.^2,ρ.^2,C,ρ,C.*ρ]；
[b,bint,r,rint,stats]＝regress(μ,X)；
b(1:5)。
(4)应用matlab数学软件，输入屈服应力和粘度的试验结果，建立充填料浆流变参数约束模型μ＝0.0037τB+0.0936；
具体命令如下：
τB＝[32.09 32.5 33.64 27.58 57.11 55.33 53.4 50.79 115.04 112.5896.13 94.31 215.77 195.25 176.72 179.21]’；
μ＝[0.213 0.198 0.218 0.196 0.321 0.313 0.289 0.297 0.513 0.439 0.4640.417 0.894 0.806 0.797 0.714]’；
p＝polyfit(μ,τb,1)；
poly2str(p,'μ')。
(5)将现场实测获得的充填料浆平均密度
Figure BDA0003619014970000111
和平均浓度
Figure BDA0003619014970000112
代入充填料浆屈服应力回归模型τB＝2518ρ-37.69C-2010，确定现场工况充填料浆的屈服应力τB0＝179.122；
将现场实测获得的充填料浆平均密度
Figure BDA0003619014970000113
和平均浓度
Figure BDA0003619014970000114
代入充填料浆粘度回归模型μ＝9.763ρ-0.1519C-7.271，确定现场工况充填料浆的粘度μ0＝0.783；
进一步确定现场工况充填料浆的流变模型为
Figure BDA0003619014970000115
3：开展充填料浆管道输送仿真，建立充填料浆阻力损失模型：
(1)建立充填管道输送仿真模型，确定充填管道长度为
Figure BDA0003619014970000121
管道直径150mm，密度为
Figure BDA0003619014970000122
质量浓度为
Figure BDA0003619014970000123
入口流量为
Figure BDA0003619014970000124
入口压力
Figure BDA0003619014970000125
(2)定义充填料浆屈服应力修正系数为
Figure BDA0003619014970000126
充填料浆粘度修正系数Kμ＝μ/μ0，将τB0＝179.122和μ0＝0.783分别代入公式，求解得
Figure BDA0003619014970000127
和Kμ＝1.2771μ。
(3)以
Figure BDA0003619014970000128
和Kμ为影响因子，开展仿真试验，获得充填管道输送阻力，试验结果见表4：
表4仿真结果
Figure BDA0003619014970000129
(4)应用matlab数学软件，输入仿真结果，建立阻力损失模型
Figure BDA00036190149700001210
Figure BDA00036190149700001211
具体命令如下：
Figure BDA00036190149700001212
Kμ＝[0.01 0.03 0.5 1 0.01 0.03 0.5 1 0.01 0.03 0.5 1 0.01 0.03 0.51]'；
Is＝[221.8 251.2 920.1 1593 399.1 428 1096 1763.6 1857.1 1997 2546.33259 3679.4 3946 4614 5066]'；
Figure BDA00036190149700001213
[b,bint,r,rint,stats]＝regress(Is,X)；
b(1:5)。
4：确定充填管道仿真模型的流变参数修正系数：
(1)建立充填料浆管道输送阻力损失误差模型
Figure BDA0003619014970000131
将阻力损失模型
Figure BDA0003619014970000132
和
Figure BDA0003619014970000133
代入上式获得
Figure BDA0003619014970000134
Figure BDA0003619014970000135
(2)联立充填料浆流变参数约束模型μ＝0.0037τB+0.0936、
Figure BDA0003619014970000136
和Kμ＝1.2771μ，求解得流变参数修正系数约束模型
Figure BDA0003619014970000137
(3)建立误差判定条件|E|≤10％，并联立
Figure BDA0003619014970000138
和
Figure BDA0003619014970000139
计算得Kμ∈[0.275,0.317]；
(4)基于rand函数生成Kμ在[0.275,0.317]区间内服从均匀分布的10个随机数为0.3092、0.313、0.2803、0.3134、0.3016、0.2791、0.2867、0.298、0.3152、0.3155，计算得
Figure BDA00036190149700001310
具体命令如下：
Kμ＝0.275+(0.317-0.275).*rand(1,10)
Figure BDA00036190149700001311
(5)解得
Figure BDA00036190149700001312
并进一步代入公式
Figure BDA00036190149700001313
求解得
Figure BDA00036190149700001314
本实施例提出屈服应力修正系数
Figure BDA00036190149700001315
和粘度修正系数Kμ，并给出相应的计算方法，使充填管道仿真所应用模型修正为
Figure BDA00036190149700001316
该模型也属于bingham流变模型，但修正了屈服应力和粘度，进一步的将该模型应用与充填管道仿真，获得可靠的试验结果。
最后需要说明的是，上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种充填管道仿真模型的流变参数修正系数的获得方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:在充填管道布置若干测点，记录测点坐标，充填管道压力，充填料浆质量浓度、密度和流量；根据测点坐标计算相邻测点充填管道的长度，根据充填管道压力计算出相邻测点充填管道的压差，计算所述压差和所述长度的比值得到充填管道阻力损失；
S2：开展充填料浆流变试验，获得充填料浆质量浓度、密度、屈服应力和粘度，分别建立屈服应力的回归模型、粘度的回归模型、充填料浆流变参数约束模型，根据测点的充填料浆质量浓度、密度及屈服应力和粘度的回归模型计算出现场工况充填料浆流变系数，根据现场工况充填料浆流变系数确定现场工况充填料浆流变模型；
S3：根据测点的充填料浆质量浓度、密度、流量、压力定义出充填料浆屈服应力修正系数和粘度修正系数，根据充填料浆屈服应力修正系数和粘度修正系数建立充填管道输送仿真模型，开展充填料浆管道输送仿真模拟试验，建立充填料浆阻力损失模型；
S4：建立充填料浆管道输送阻力损失误差模型，根据充填料浆流变参数约束模型建立流变参数修正系数约束模型，定义误差判定条件，计算充填管道仿真模型流变参数修正系数。
2.根据权利要求1所述的充填管道仿真模型的流变参数修正系数的获得方法，其特征在于，所述步骤S1中的充填管道阻力损失的获得具体步骤如下：
S11：在充填管道布置若干测点，记录测点坐标(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),…,(xn,yn,zn)，测算相邻两个测点充填管道长度
Figure FDA0003619014960000011
测算平均管道长度
Figure FDA0003619014960000012
其中测点坐标有n个，相邻两个测点有m个；
S12：记录充填管道若干测点处的管道压力P1,P2,…,Pn，测算平均压力
Figure FDA0003619014960000013
Figure FDA0003619014960000014
测算相邻两个测点充填管道压差ΔPm＝|Pn-Pn-1|；
S13：测算相邻两个测点充填管道阻力损失Im＝ΔPm/ΔLm，测算平均管道阻力损失
Figure FDA0003619014960000015
3.根据权利要求1所述的充填管道仿真模型的流变参数修正系数的获得方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下子步骤：
S21：以充填料浆质量浓度和灰砂比为影响因子，设计试验方案，开展流变试验，获得充填料浆密度ρ、屈服应力τB和粘度μ；
S22：建立充填料浆屈服应力回归模型
Figure FDA0003619014960000021
Figure FDA0003619014960000022
其中a0、a1、a2、a3、a4、a5均为常数，其中C为充填料浆质量浓度，ρ为充填料浆的密度；
S23：建立充填料浆粘度回归模型μ＝fμ(ρ,C)＝b0+b1*ρ2+b2*C2+b3*ρ+b4*C+b5*ρ*C，其中b0、b1、b2、b3、b4、b5均为常数；
S24：建立充填料浆流变参数约束模型μ＝g(τB)＝d0+d1*τB，其中d0、d1均为常数；
S25：计算现场工况充填料浆的屈服应力
Figure FDA0003619014960000023
和粘度μ0＝fμ(ρ0,C0)；
其中C为充填料浆质量浓度，C0为测点的充填料浆质量浓度，ρ为充填料浆的密度，ρ0为测点的充填料浆的密度。
4.根据权利要求3所述的充填管道仿真模型的流变参数修正系数的获得方法，其特征在于，还包括根据平均浓度
Figure FDA0003619014960000024
平均密度
Figure FDA0003619014960000025
计算得到平均屈服应力
Figure FDA0003619014960000026
和平均粘度
Figure FDA0003619014960000027
所述平均浓度
Figure FDA0003619014960000028
平均密度
Figure FDA0003619014960000029
计算过程如下：
记录各个测点处的充填料浆质量浓度C1,C2,…,Cn、密度ρc1,ρc2,…,ρcn,测算充填料浆平均浓度
Figure FDA00036190149600000210
测算充填料浆平均密度
Figure FDA00036190149600000211
5.根据权利要求1所述的充填管道仿真模型的流变参数修正系数的获得方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下子步骤：
S31：建立充填管道仿真模型，确定充填管道长度LS和直径D，定义充填料浆密度ρS和质量浓度CS，确定充填料浆管道输送入口流量QS、入口压力PS；
S32：根据仿真模型的屈服应力与现场工况充填料浆的屈服应力之比定义充填料浆屈服应力修正系数
Figure FDA00036190149600000212
根据仿真模型的粘度与现场工况充填料浆的粘度之比定义充填料浆的粘度修正系数Kμ＝μ/μ0，确定仿真的流变模型为
Figure FDA00036190149600000213
S33：以屈服应力修正系数
Figure FDA00036190149600000214
和粘度修正系数Kμ为影响因子，设计试验方案，开展仿真模拟试验，获得充填料浆管道输送的阻力损失；
S34：建立阻力损失模型
Figure FDA00036190149600000215
Figure FDA00036190149600000216
6.根据权利要求5所述的充填管道仿真模型的流变参数修正系数的获得方法，其特征在于，所述充填管道长度LS、充填料浆密度ρs、质量浓度CS、充填料浆管道输送入口流量QS、及入口压力PS均取平均值，即
Figure FDA0003619014960000031
其中所述充填料浆平均流量
Figure FDA0003619014960000032
计算式是
Figure FDA0003619014960000033
7.根据权利要求1所述的充填管道仿真模型的流变参数修正系数的获得方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下子步骤：
S41：建立充填料浆管道输送阻力损失误差模型
Figure FDA0003619014960000034
S42：基于充填料浆流变参数约束模型μ＝g(τB)、屈服应力修正系数模型
Figure FDA0003619014960000035
和粘度修正系数模型Kμ＝μ/μ0，建立充填料浆流变参数修正系数约束模型
Figure FDA0003619014960000036
S43：建立误差判定条件|E|≤E0∈[∝％,β％]；其中，α<β；
S44：基于阻力损失误差模型和误差判定条件，计算得Kμ∈[e1,e2]，其中，e1<e2；
S45：生成粘度修正系数Kμ在[e1,e2]区间内若干服从均匀分布的随机数:Kμ1,Kμ2,…,Kμn，计算粘度修正系数平均值
Figure FDA0003619014960000037
S46：求解得粘度修正系数
Figure FDA0003619014960000038
及屈服应力修正系数
Figure FDA0003619014960000039
8.根据权利要求7所述的充填管道仿真模型的流变参数修正系数的获得方法，其特征在于，所述随机数是基于rand函数生成的，所述rand函数为：Kμ＝e1+(e2-e1)*rand(1,n)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117217626A (zh) * 2023-11-09 2023-12-12 济宁矿业集团有限公司霄云煤矿 一种基于绿色环保的智能开采方法
CN117637080A (zh) * 2024-01-26 2024-03-01 昆明理工大学 一种基于充填料浆差异性分析的屈服应力预测方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117217626A (zh) * 2023-11-09 2023-12-12 济宁矿业集团有限公司霄云煤矿 一种基于绿色环保的智能开采方法
CN117637080A (zh) * 2024-01-26 2024-03-01 昆明理工大学 一种基于充填料浆差异性分析的屈服应力预测方法
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