本發(fā)明涉及礦山充填工程，具體涉及一種礦山充填管道輸送系統(tǒng)的快速設計方法及系統(tǒng)。
背景技術：
1、充填管道輸送系統(tǒng)是保障膏體安全、穩(wěn)定、經濟輸送至井下采場的核心環(huán)節(jié)，其設計的合理性與風險評估的準確性直接關系到礦山的生產安全與運營成本；目前，該領域的設計與評估主要依賴于三類技術手段。
2、第一類為物理試驗方法，以環(huán)管試驗為代表。該方法通過構建與實際管道相似的試驗回路，直接測量特定漿體的流動阻力與臨界流速，所獲數據工程置信度高；然而，該方法存在顯著局限性：試驗裝置建設與運行成本高昂，單次試驗周期漫長，且難以復現礦山全系統(tǒng)長達數公里、高程變化復雜的真實管路布置，無法對大量潛在工況進行快速篩查與比對。
3、第二類為高保真數值仿真方法，主要采用三維計算流體動力學(cfd)技術；該方法能精細模擬管道內流場的剪切分布、顆粒運動等局部機理，適用于對特定復雜管件的深入分析。但其應用瓶頸在于，對使用者的專業(yè)能力要求高，且單次仿真計算資源消耗大、耗時長；面對礦山設計階段需對比的數十乃至上百種管路布置、管徑組合與漿體配比方案，三維仿真難以支撐高效的迭代設計與全局優(yōu)化，通常僅作為局部驗證工具。
4、第三類為基于經典公式的手工估算方法。工程師依賴經驗公式進行粗略的水力計算；這種方法效率低下，計算過程易出錯，且無法系統(tǒng)性地、量化地評估全線各管段的沉積風險與輸送能力；更突出的問題在于設計與生產脫節(jié)：設計階段基于理想參數得出的結論，往往在礦山實際生產后因管路磨損、漿體配比波動或采場位置變化而失效；現場缺乏一種能夠快速整合當前實際參數，對輸送系統(tǒng)進行即時體檢、風險定位與調整建議的輕量化工具。
5、綜上所述，現有技術存在試驗成本高、仿真迭代慢、手工評估片面且滯后的共性矛盾，難以滿足現代礦山在充填系統(tǒng)設計、改造與生產運維中對于快速、量化、全系統(tǒng)分析與決策的迫切需求。
6、因此，本領域亟需一種能夠兼顧工程可靠性與應用敏捷性的新型設計方法與工具。
技術實現思路
1、本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種礦山充填管道輸送系統(tǒng)的快速設計方法及系統(tǒng)。
2、為實現上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
3、本申請?zhí)峁┮环N礦山充填管道輸送系統(tǒng)的快速設計方法，包括以下步驟：
4、s1.根據管道系統(tǒng)的幾何布置參數與漿體流變參數，建立管道輸送的一維水力計算模型；
5、s2.基于所述模型進行全線壓降計算，并結合臨界沉積速度模型與充填倍線模型進行輸送安全風險評估；
6、s3.對影響輸送安全性的輸入參數進行敏感性分析，識別關鍵風險因素；
7、s4.在滿足流速、倍線及強度中至少一項工程約束的條件下，對管徑、固含、級配參數中的至少一種進行自動優(yōu)化，輸出推薦方案。
8、進一步的，步驟s1中，通過將管道系統(tǒng)離散為包括水平段、斜坡段、豎井段及彎頭的多個管段進行建模，建模參數至少包括各管段的長度、管徑、類型及俯仰角。
9、進一步的，步驟s2中，所述漿體流變行為采用bingham模型或herschel-bulkley模型描述，壓降計算包括基于表觀黏度法的沿程損失、基于經驗系數的局部損失及靜壓差計算。
10、進一步的，步驟s2中，所述臨界沉積速度模型采用durand公式和/或wilson公式，其表達式分別為：
11、
12、
13、，為可標定的經驗系數；為漿體固相顆粒的中值粒徑，單位為米；為管道內徑，單位為米；為漿體的固相體積分數；為重力加速度，單位為米每二次方秒；為固液密度比，，和分別為固相和液相的密度。
14、進一步的，步驟s2中，所述充填倍線風險通過比較管道總長與垂直落差的比值是否超過預設閾值進行判定。
15、進一步的，步驟s3中，所述敏感性分析包括：
16、在輸入參數的合理擾動范圍內進行隨機抽樣，生成多個樣本工況；
17、計算各樣本的風險指標；
18、通過相關性分析、標準化回歸分析以及主成分分析中的至少一種方法，量化各參數對風險的影響并識別其協(xié)同變化模式。
19、進一步的，步驟s4中，所述自動優(yōu)化采用基于隨機抽樣的搜索策略，所述策略為蒙特卡洛法或拉丁超立方抽樣法，以在參數空間中尋找滿足所有約束的可行最優(yōu)解。
20、第二方面，本申請?zhí)峁┝艘环N實現上述方法的礦山充填管道輸送快速設計系統(tǒng)，包括：
21、建模模塊，用于構建一維水力計算模型；
22、計算與評估模塊，用于執(zhí)行壓降計算、風險評估；
23、敏感性分析模塊，用于執(zhí)行參數敏感性分析與主成分分析；
24、優(yōu)化模塊，用于執(zhí)行約束條件下的參數自動尋優(yōu)；
25、可視化模塊，用于三維展示管道系統(tǒng)并對風險管段進行視覺警示。
26、第三方面，本申請?zhí)峁┝艘环N電子設備，包括處理器和存儲器，所述存儲器上存儲有計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現如上述的方法。
27、第四方面，本申請?zhí)峁┝艘环N計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述程序被處理器執(zhí)行時實現如上述的方法。
28、與現有技術相比，本申請具有以下有益效果：
29、本申請?zhí)峁┝艘环N礦山充填管道輸送系統(tǒng)的快速設計方法及系統(tǒng)，通過建立一維水力計算模型并集成高效的壓降與風險評估算法，實現了堪比三維仿真可靠性的工程分析，且計算效率大幅提升，能夠在幾分鐘內完成數公里管路的全工況評估，從而克服了環(huán)管試驗成本高、覆蓋不全以及三維仿真計算量大、難以用于快速方案迭代的瓶頸；通過內置臨界沉積速度模型、充填倍線模型并進行全線自動化風險掃描，提供了量化、系統(tǒng)性的安全評估，徹底改變了傳統(tǒng)手工計算片面、滯后且無法定位風險的狀況；通過融入敏感性分析與參數自動優(yōu)化模塊，使設計過程從靜態(tài)評估轉變?yōu)閯討B(tài)尋優(yōu)，能夠基于當前實際參數快速給出調整建議，有效彌合了設計與生產脫節(jié)的鴻溝，為礦山充填管道的全生命周期提供了高效、可靠且一致的決策支持工具。
1.一種礦山充填管道輸送系統(tǒng)的快速設計方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟s1中，通過將管道系統(tǒng)離散為包括水平段、斜坡段、豎井段及彎頭的多個管段進行建模，建模參數至少包括各管段的長度、管徑、類型及俯仰角。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟s2中，所述漿體流變行為采用bingham模型或herschel-bulkley模型描述，壓降計算包括基于表觀黏度法的沿程損失、基于經驗系數的局部損失及靜壓差計算。
4.根據權利要求1或3所述的方法，其特征在于，步驟s2中，所述臨界沉積速度模型采用durand公式和/或wilson公式，其表達式分別為：
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟s2中，所述充填倍線風險通過比較管道總長與垂直落差的比值是否超過預設閾值進行判定。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟s3中，所述敏感性分析包括：
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟s4中，所述自動優(yōu)化采用基于隨機抽樣的搜索策略，所述策略為蒙特卡洛法或拉丁超立方抽樣法，以在參數空間中尋找滿足所有約束的可行最優(yōu)解。
8.一種實現如權利要求1-7任一項所述方法的礦山充填管道輸送快速設計系統(tǒng)，其特征在于，包括：
9.一種電子設備，包括處理器和存儲器，所述存儲器上存儲有計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現如權利要求1-7中任一項所述的方法。
10.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述程序被處理器執(zhí)行時實現如權利要求1-7中任一項所述的方法。