1、總第125期西部探礦工程seriesNo.1252006年第9期WEST-CHINAEXPLORATIONENGINEERINGSept.2006文章編號：10045716(2006)09007203中圖分類號:TD8文獻標識碼：B深海采礦水力提升系統經濟流速的研究林愉，唐軍(江西理工大學機電工程學院，江西敦州341000)摘要：通過對深海采甫水力提升系統m沉降速度的討論，可知沉降速度與該系統的經濟流ii有關。當沉降速度大于試算經濟流速時，應將沉降速度作為該系統的經濟流速，反之則取其本身。從經濟因未由發，分析了影響經濟流速的主要因素，建立了總費用敷學模型，指出當總費用取最4、值時，對應的各參敷

2、為深海朱，水力提升系統爰優參數遇過數位模擬表明由此得到的經濟流速與生產實際相符.關詞：沉降速度；經濟流速：經濟管徑；水力提升1概述法國G.Herrouin博士1984年對深海采礦水力提升系統進行經濟研究，認為深海采礦采用水力提升優于其它提升方法.最為經濟.目前國內外深海采礦水力提升系統的投資決策主要采用3種模式，即財務模擬模式、成本模式和資金流動模式.它們僅從經濟因素出發，討論深海采礦水力提升系統的收益和回報率，而對深海采礦水力提升系統的設計幫助很小。當前，就深海采礦水力提升系統的設計而言，不僅要高效、節能，而且還要可靠、投資回報率高、管理運營費用低.因此人們更加關注的是提升系統的性價比和經濟

3、性，其中經濟流速是一個重要的衡量參數。從液固兩相流管道輸送的必要條件和投資運營成本兩個方面探討影響深海采礦水力提升系統經濟流速的因素，從而建立關于深海采礦水力提升系統經濟流速的數學模型，并通過數值模擬來驗證模型的正確性和可行性.2%響深海采礦水力提升系統經濟流速V的因素2.1話結核的沉降速度水力提升系統正常運轉時，提升管道中的物料為固液兩相流(候結核和海水的混合物)，只有當固液兩相流的流速大于候結核在靜水中的沉降速度時，才能實現話結核在垂直管道中的輸送。鏈結核的沉降速度可根據楂結核的粒度及其在管中的流動狀態確定.大址試驗表明Di】，水力提升系統提升鏈結核時，固液兩相流處于素流狀態，雷諾數R般都

4、大于1000。因此，常用牛頓一雷廷格公式來計算鉉結核的沉降速度：U=5.11C,Jd,(1)式中:U,鉉結核在靜水中的沉降速度,m/s；P»鉉結核的密度,kg/nj山-儲結核的粒徑,m,C,形狀影響系數，一般取0.8-0.9;海水的密度，kg/ml由式(1)可知，猛結核的沉降速度主要取決于其粒徑山，采用不同粒徑計算出的沉降速度也不同目前多采用提升管路允許通過的最大粒徑dgx計算沉降速度.試驗表明AD,只要提升管路中流體速度大于按d«5計算的最大沉降速度Ug,的10%,就可以實現候結核的水力提升.同樣也可按候結核的統計平均粒徑d仲計算鉉結核的統計沉降速度U哼,然后在此基礎上增

5、加40%50%。為了更貼近實際，利用數值計算方法對其處理得：U'1、+L5U®(2)2顯然，為了保證系統的正常運作.經濟流速必須大于或等于候結核顆粒的沉降速度U',即'Vt>U(3)可見，話結核的粒徑分布情況及其大小直接影響水力提升系統的經濟流速.2.2經濟因素的影響2.2.1運營費運營費G是動力設備運營過程中消耗和維護費用的總稱，它不僅與功率成正比(功率等于揚程與流量之積)，而且與運營時間成正比,故可表示為：Cy=kyHQt(4)式中:虹比例常數，t設備累計運營時間，H泵組的揚程：Q流量。2.2.2初投資初投資費用主要包括采礦船、集礦機、電纜、動力設備

6、(通常為泵和電機)購置費用和管道鋪設費用(主要是管材費用)等.采礦船、集礦機、電纜等費用與深海采礦水力提升系統微小設計變動無明顯關系，可認為是一常數G。動力設備購置費Cd是設備功率的函數，即：CjnHQ+G(5)式中:匕比例常數IG待定常數，隨泵型的不同而不同.管道的鋪設費以管材費用為主.以施工費用為輔。因此，管材費用是管道幾何尺寸的函數，它與管道的長度以及管徑的平方均成正比。施工資用G-般占管道初裝資的1%3%,為一常數。由此可得管道的鋪設費用G的數學模型為：G=kp出Ip+G(6)2006年第9期林愉，唐軍:深海采礦水力提升系統經濟流速的研究(15)(16)d27.ISngCkyt+kj)

7、土(17)式中:G>比例常數；黑-鋪設管道的管徑；1P一-鋪設管道的長度；G待定常數，不同管材對應不同數值。2.2.3總費用總費用是衡址深海采礦水力提升系統優劣的一個綜合參數,它等于初投資與運營費之和，即：SG+G+G+Cp(7)將式(4),(5),(6)代人式(7)得：燈dpp+G+G+G<8)令G+G+C3=G,則式(8)化簡為：Ct=kdHQ-+-kyHQH-kpdill>4-Co(9)式(9)是深海采礦水力提升系統技術經濟分析最基本的數學模型。深海采礦水力提升系統的摩阻損失為：h(=kQ2=64lpQ2/(K2dic2)(10)式中:k綜合摩阻系數；管道鋪設長度；Q一

8、一流:ft,c謝才系數,由滿寧公式確定，c=(+)Ri/6=(+>(身(11)式中:n管道粗糙系數$R水力半徑。將式(11)代人式(10)得：h(=644n2lpQ2/(n2dp1$/3)(12)設Ho為深海采礦水力提升系統的終端的出口壓力，則泵組提供的揚程為：H=Ho+、=Ho+64西fQVSdp")(13)將式(13)代人式(9)得：C,=kdQCHo+64亦n21pQ2/(/d/s)+iQtH0+64籽nQVSdpS+kp再p+G(14)為了節省投資和能源，應使總費用最小。當總費用值最小時對應的參數為深海采礦水力提升系統的優化參數，此時對應的鋪設管徑就是最優經濟管徑。3經

9、濟流速的求解Q=Av=0.25xdv式中;A管道的過流截面;v過流截面上的平均速度。由式(】5)可知，欲求經濟流速必先求其經濟管徑，欲求經濟管徑必先使總費用值最小。因此由(14)式對山求導，使之為零即可求得經濟管徑的數學模型。沁64為k,子Q3Ipt(爭妃-爭冠=十64刀5Q3Ip*)dpT>卜2kpdplp=0解之得:由式(17)可以方便地求出深海采礦水力提升系統的最佳經濟管徑，將式(17)代入式(15).將過流截面上平均流速v用經濟流速Ve表示可得理論經濟流速的數學模型為：(18)綜上所述在確定經濟流速之前.既要考慮深海采礦水力提升系統顆粒的沉降速度，又要考慮系統的經濟因索。只有將兩

10、者同時考慮.才能合理地確定深海采礦水力提升系統的經濟流速.即：U，_1.lUg+1.5U，e<V.NU(19)V4Q27.45r>g(ky+%_a由式(19)可知，當U'WVe時,取提升系統的顆粒沉降速度U't作為深海采礦水力提升系統的經濟流速；當U'tUV.時，取式(18)結果為深海采礦水力提升系統的經濟流速。4經濟流速的數值模擬已知深海采礦水力提升系統的設計流量為200m3/h,提升高度為6000m,鉉結核最大粒徑為20mm,統計平均粒徑為15mm,鉉結核密度為2XIO,kg/m3，海水密度為1.05XIO,kg/m3，系統設計壽命為15年。試確定該系統

11、的經濟流速。用某高揚程特種泵.其流址為200m3/h.功率為120kW,揚程為250m,利用同類泵回歸線查出虹=8000元s/m4；鋪設鋼管長6000m,其粗糙度系數為0.0012,計劃投資10億元。將上述數值代人有關公式.則可以估算出各個比例常數：kt.=<Cp-C3)/<dilp)=2.5X10Sky=Cy/HQt=2.8X10-5o將1.知分別代人式(17).(18)得：dpRO.3m,V«=0.786m/s0由式(1)得:LJmvu=0.584m/s,Ue=0.506m/s。由式(2)得:U=0.701m/s。由式(19)得:Ve=0.786m/so根據沉降速度與

12、經濟流速之間的關系，確定該系統的經濟流速為:Ve=0.786m/s。5結論(1) 通過對候結核的沉降速度的討論,得出沉降速度直接與深海采礦水力提升系統的經濟流速相關，當話結核顆粒的沉降速度大于試算出的經濟流速時，應將提升系統的顆粒沉降速度作為深海采礦水力提升系統的經濟流速；反之則取其本身作為深海采礦水力提升系統的經濟流速。(2) 從經濟因素的角度考慮，建立投資、管理、運營等總費用數學模型，當總費用取得最小值時,深海采礦水力提升系統對應的各參數最優。(3) 通過數值模擬分別算出顆粒沉降速度、鋪設管道的經濟管徑和理論經濟流速，通過比較確定經濟流速。參考文獻：1 謝龍水.深海多金履結核采集方法的經濟

13、評價J.湖南有色金屬,1995,11(3):7-9.2 謝龍水.深海采礦經濟模式研究口.金國礦巾，1995,6；1819.總第125期西部探礦工程seriesNo.1252006年第9期WESTCHINAEXPLORATIONENGINEERINGSept.2006文章編號：10045716(2006)09007403中圖分類號：P62文獻標識瑪:B運用邏輯信息法估算某礦田的鈾礦資源總量陳德華(廣東省核工業地質局檔案館，廣東廣州510800)摘要：運用遂輯信息法對某，田的鈾資源總量和品位進行了預測評價，以確定該區的鈾資源潛力，為該區進一步找，的科學決策提供依據。關鍵詞：巡輯信息法；鈾資源總量某

14、礦田是一個重要的鈾資源基地，在新一輪的鈾礦找礦工作中，該礦田能否取得重大成果，直接關系到我們此次工作的成敗。因此，在鈾礦地質工作第二個春天到來之際，相對準確地評價該地區鈾資源潛力，對樹立隊伍的找礦信心和為領導提供科學決策的依據都是十分重要的。下面所作的對礦田鈾資源的邏輯信息法預測評價，就是為了這一目的所做的一次努力.現將有關情況陳述如下：1 礦田地質概況某礦田位于國棟花崗巖體的東部,面積數百平方千米.國棟巖體是燕山期巖漿活動的產物，由多期多階段花崗巖漿侵入而成.呈巖基狀.各期次花崗巖中都含有晶質鈾礦。主體W中粗粒斑狀黑云母花崗巖，平均含鈾鼠163.5ppm補體冷3、舄a、*3b細粒花崗巖，平均

15、含鈾地28.533.5ppm.巖體自變質作用較為強烈，活性鈾含最高。巖體內，中基性巖脈發育，走向EW，等間距分布，共有5組.礦田處于兩條NEE向區域性大斷裂之間，以某斷裂為代表的NNE-NE向斷裂和EW向擠壓帶發育.起著導礦和布礦作用。鈾礦化多產于硅化斷裂帶與輝綠巖脈的交接部位.礦田東北部工作程度較高。目前，已查明礦床多個，擁有數最可觀的工業和遠景儲AL在此次新一輪找礦中，大家一致認為礦田的區域地質背景對成礦極為有利，雖已查明了一批礦床，但仍有較大的成礦遠景,已列為“大基地"之一.2 方法的選擇我們選擇邏輯信息法作為本區鈾礦資源總量預測的基本方法.理由是：<1)礦田內產出的礦床

16、、礦點，不僅成因相同，而且產出的地質條件也基本相同，說明這些礦床、礦點有著統一的地質成因模式,能滿足邏輯信息法的要求。同時,從查明儲量看.產于巖體內接觸帶以花崗巖為含礦主巖者，占95%以上。這樣用它建立起C3李煒.大洋采礦氣力提升特性的試驗研究J.有色礦山，1997,3：1112.4鄒偉生.話結核開采的氣力提升參數研究J.礦冶Tfg.1999.19(1),24-25.5余斌,張紹才，李政，等.疝濃度尾砂充填料漿管道輸送性能試驗J1河北冶金,2003,135(3)：79.來的資源定量評價模型和所得到的資源總量預測結果，才不會因其他類型礦化的存在而出現太大的出入；(2) 礦田內積累的定性地質資料多

17、，定鍛、半定最數據少;加之，控制區內能作為標準樣品的單元數太少，不能滿足大數定律的要求，較難采用多元數理統計方法或以多元數理統計為基礎的其他方法。而邏輯信息法在把定量、半定量數據經離散化處理之后，兼有處理定性資料和定量、半定量數據的功能：(3) 邏輯信息法在理論上和方法上比較完善，目前正廣泛地為國內外數學地質工作者在作資源預測和其他研究時應用，并不乏成功的實例。在本區用它作資源預測，從方法上講，可以保證預測的質最；(4) 邏輯信息法建立變異序列的思想源自地質對比法。加之其數學原理簡單，實施中只需詳細研究幾個(68個)標準對象即可解決預測問題。這樣，不僅預測條件容易潢足，而且較易為廣大野外地質工作者所理解和接受。雖然計算過程繁雜，但可借助電腦解決；(5) 用邏輯信息法采用同一標志總體,可以同時建立“儲最”和“品位”兩個變異序列，從而得出兩個相應的評價模型。這是其他方法所難以作到的.3 控制區和預測區的選擇控制區選在測區的東北部.選擇的依據：(1) 這里是礦田的核心.查明的工業儲最占礦田總儲量的95%以上,控制礦