漿體穩定性測試中推拉力計的應用研究

［摘 要］漿體穩定性是確保漿體管道安全輸送的決定性因素。傳統漿體穩定性測試方法僅適用于漿料分散穩定性的初步觀察階段，但受主觀因素干擾，難以進行定量評估。文章介紹了漿體穩定性的評價方法，引入了全新測試工具—— 推拉力計，模擬插棒法對漿體穩定性作出定量評估，并通過測試不同漿體，對漿體穩定性提供直觀性認識和量化指標，為相關人員提供參考。

［關鍵詞］漿體穩定性；推拉力計；堵塞

［中圖分類號］TQ533 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）07–0154–03

1 概述

漿體管道輸送技術是基于固、液兩相流管道輸送理論的創新應用，是能源運輸的第4 種方式，適應了國家“雙碳”背景下的綠色產業發展。在漿體管道運行過程中，堵塞是管道運行主要風險之一，由于堵塞位置隱蔽、不易排查，導致維修難度加大，并且堵塞部位中漿體累積會增加管網負荷，嚴重時會出現爆管風險，危及現場作業人員安全。漿體穩定性是導致管道沉降堵塞的關鍵因素，穩定性較差時易產生沉積，增加堵塞風險。因此，評價漿體穩定性是預測和評估管道輸送安全性的重要依據。

2 漿體穩定性的評價方法

我國漿體穩定性常用評判方法有靜置觀察法、棒插法、冰凍分析法、殘留物百分比法等。棒插法、觀察法由于操作簡單、無需專門的儀器設備而成為現今應用較主流的評判方法。目前國內外對于漿體穩定性的評價并無統一標準，尚處于初步探索階段。以上方法雖所需設備少和操作簡單，但僅適用于對漿料分散穩定性的初步觀察階段，測定的人為主觀因素較多，無法定量判斷。由于漿體穩定性是影響管道堵塞的直接因素，因此其評判指標及處理技術不完善將嚴重影響到工程實踐。

3 推拉力計

推拉力計作為一種先進的材料力學測試設備，廣泛應用于測量材料在受到拉伸或壓縮狀態下的力學性能測試中。由于其本身測試原理與棒插法相似，可將其作為一種新型的測試工具引入漿體穩定性測試中，其利用拉伸和壓縮的力學原理，通過測量漿體在外力作用下的形變和應力來評估其穩定性，以彌補傳統測試方法無法定量的難題。

4 試驗研究

選用不同地域來源、不同粒度的礦樣作為試驗物料，設計不同漿體穩定性測試，利用推拉力計模擬棒插法，以負荷作為數值參考，通過試驗測試結果來定量分析漿體穩定性范圍，對儀器適用能力作出判斷。

4.1 推拉力計在煤漿穩定性測試中的應用

4.1.1 煤漿穩定性定量范圍分析

為了對煤漿穩定性等級范圍做出定量評判，試驗選用河南平頂山某礦廠精煤（0～8 mm）作為試驗物料，選用艾德堡數顯式推拉力計作為試驗儀器（型號為HP–200）。在該粒度范圍下，制備多組煤漿，利用推拉力計模擬棒插法，對靜置后的煤漿進行負荷測量，然后通過棒插法驗證分析不同負荷范圍值內煤漿穩定性情況，尋找煤漿穩定性A、B、C、D 等級負荷范圍值（A 級：礦漿無析水，無沉淀，攪拌后流動狀態如初；B 級：少量析水，略有分層，流動性良好；C 級：析水量大，底部有軟沉淀，攪拌后流動性良好；D 級：無法攪拌的硬沉淀）。

細顆粒級配和煤漿濃度是影響煤漿流動性、穩定性的決定性因素。根據試驗要求，通過合理調配細顆粒級配、煤漿濃度參數，將混合均勻后的精煤與不同比例細顆粒煤樣（–325 目）進行不同濃度比兌，配制多組煤漿組合，進行24 h 煤漿穩定性試驗。

煤漿組合與推拉力計負荷值范圍對照見表1。

由表1 可知，試驗過程中隨著推拉力計負荷的增加，煤漿穩定性逐漸變差，同時通過棒插法進行驗證，證明了穩定性較好的煤漿（A 級），其負荷基本在0～60 N ；煤漿穩定性B 級，其負荷在60～120 N ；煤漿穩定性C 級，其負荷在120～180 N ；煤漿穩定性D 級，其負荷數值范圍gt;180 N。

4.1.2 其他煤漿物料穩定性定量分析

為了驗證所標定的負荷范圍準確性及該儀器的適用范圍，分別選用陜西渭南某礦原煤（0～2 mm）與內蒙古鄂爾多斯某礦細粒級煤泥（0～1.4 mm）作為試驗物料，進行煤漿穩定性定量分析。經過計算將試驗樣品和水分別按照不同比例制備40%、50%、60%重量濃度的煤漿，然后進行12 h、24 h、48 h、72 h、96 h 的靜置。利用推拉力計做棒插法的模擬試驗進行負荷數值的評判，同時使用棒插法驗證，通過再次對比，證明推拉力計的適用性。陜西渭南煤漿穩定性評判見表2，內蒙古鄂爾多斯煤泥漿穩定性評判見表3。

由表2、表3 可知，重量濃度不變，隨著煤漿靜置時間延長，推拉力計所測得的負荷數逐漸增大，即漿體穩定性變差；靜置時間不變，隨著煤漿濃度增大，推拉力計所測負荷數反而逐漸減小，漿體穩定性提高。

以上所制備漿體均通過玻璃棒進行棒插法驗證，經分析對比，所測負荷結果也在相應煤漿穩定性A、B、C、D 級數值范圍內。由于煤泥整體粒度偏細，煤漿穩定性較好，多次重復試驗推拉力計所測負荷值變化不大，數值上下浮動5%。多次試驗結果表明，推拉力計可有效評估煤漿穩定性，結果穩定且重復性高，對煤漿生產具有一定指導意義。

4.2 推拉力計在粉煤灰漿體中的應用

粉煤灰是燃煤電廠排放的固廢之一，具有資源化利用潛力。為了避免粉煤灰運輸中的粉塵污染，目前科學設計管道系統以確保粉煤灰順利輸送成為主流。然而由于粉煤灰顆粒細、密度小，管道輸送中易出現沉降、結塊等現象，導致漿體不穩定，甚至堵塞管道。因此監測和調節粉煤灰漿體的穩定性狀態，同樣面臨著挑戰。推拉力計在煤漿穩定性試驗中發揮了重要的定量分析作用。因此決定將其應用到其他細顆粒礦漿中，提供更多研究可能性和實踐價值。

由于粉煤灰整體粒度較細，與內蒙古鄂爾多斯煤泥的粒級相似。因此本次試驗選用內蒙古某電廠所產生的粉煤灰物料（粒度為0～0.83 mm）作為試驗物料，選用艾德堡數顯式推拉力計作為試驗儀器（型號為HP–200）。將試驗物料和水分別按照不同比例制備30%、40%、50% 重量濃度的煤漿，然后進行48 h、96 h、120 h、144 h 靜置。同樣利用推拉力計做棒插法的模擬試驗，對粉煤灰穩定性作出定量評判。最后再次通過實際棒插法試驗結果的對比，證明推拉力計在粉煤灰礦漿中的適用性。粉煤灰粒度測試結果見表4，粉煤灰漿體穩定性評判見表5。

由表4，表5 可知，隨著粉煤灰漿體靜置時間的增加，在相同重量濃度下，所測負荷數值也逐漸增大；在相同的靜置時間下，粉煤灰漿體重量濃度越大，所測負荷數值越小。這說明粉煤灰漿體穩定性會隨著濃度的增加而提高，與之前進行的煤漿試驗結果相似。并且通過負荷數值推導的漿體穩定性等級評判與棒插法所評估的結果一致，這表明推拉力計同樣適用于細粒級粉煤灰漿體穩定性測試，其模擬棒插法對漿體穩定性的定量評估具有較高的準確性和可信度。

5 結束語

推拉力計作為一種新型測試工具，與傳統測試方法相比，操作簡便、適用范圍廣泛，最重要的是可以有效地對漿體穩定性作出數據定量分析，為進一步研究漿體特性和優化工藝提供了重要的試驗數據支撐。這些數據為進一步研究影響因素、制訂改進和優化方案提供了更多可能性。未來，可以進一步完善推拉力計的測試方法和技術，探索更多的應用領域，并不斷優化測試結果的準確性和可靠性，以滿足不同領域對于漿體穩定性的需求。

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