【摘要】：近年來,膏體充填工藝在地壓控制、運行成本以及環(huán)境保護等方面的優(yōu)勢逐漸凸顯,成為礦山開采的首選方案。管道輸送作為膏體充填的關鍵工藝之一,直接影響充填系統的運行狀態(tài)及工作效率。阻力特性是管道輸送技術研究的核心內容,為系統設計及工藝優(yōu)化提供基本依據。與傳統充填料漿相比,膏體的流動特性更為復雜,在管內呈結構狀整體流動。對于結構流體流動特性的研究,傳統的兩相流理論表現出較差的適用性,相比之下,流變學是更為有效的研究手段,但由于發(fā)展時間較短,目前尚不完善,在實際應用中存在較多問題。綜上所述,雖然膏體充填技術目前得到了一定程度的應用,但對其管內流動規(guī)律仍然缺乏系統、準確的認識,由此限制了技術的進一步發(fā)展。 本文以膏體內部結構為切入點,圍繞物料性質、料漿結構、流變行為以及管流阻力四方面的相互關聯作用展開了試驗研究和理論分析,最終實現了膏體管內流動阻力的精確計算。主要研究內容如下： (1)發(fā)展了膏體料漿微觀結構的量化表征方法,探明了物料性質及外部剪切對結構的影響作用。通過分析結構的物質組成,提出以Cv/Cvm值作為結構強弱的量化指標,在試驗測試的基礎上獲得了Cvm的經驗模型；綜合利用ESEM電鏡掃描、計算機圖像處理以及分形理論等手段,構建了料漿微觀結構形貌的定量表征方法,考察了結構剪切作用下的演化過程。 (2)構建了能夠充分描述膏體粘彈性流動行為的流變模型,探明了物料性質對流變參數的影響機理。發(fā)現了膏體流動過程中的粘彈性行為,引入結構動力學模型,構建了能夠全面描述膏體流動行為的觸變-屈服流變模型；提出了基于“等結構”概念的流變參數測定方法,探明了濃度、物料級配、以及水泥摻量對流變參數的影響機理,獲得了屈服應力及塑性粘度的預測模型。 (3)率先開展了膏體管壁滑移特性的試驗研究,探明了局部滑移行為對管內流動的影響作用。推導了膏體管內滑移流動的基本方程,設計了研究膏體滑移特性的多管徑試驗平臺；考察了膏體濃度、物料級配對滑移速度及滑移層厚度的影響規(guī)律,分析了不同工況條件下的滑移形成機理；提出采用滑移貢獻率DR作為研究指標,探明了滑移現象對膏體管內流動的影響作用。 (4)開展管道輸送模擬試驗,構建了不同工況條件下膏體管流阻力的計算方法�；诎牍I(yè)環(huán)管試驗系統,開展了長距離輸送、停泵重啟等工況條件的模擬試驗。考察了輸送時間、流量對膏體管流阻力的影響作用,建立了管流阻力隨時間變化的數學模型；考察了濃度、水泥摻量對管流阻力的影響規(guī)律,分析了流變性質及管壁滑移特性對膏體管流阻力的綜合作用,構建了管流阻力計算公式；考察了膏體的重啟性能以及重啟過程中的阻力變化,推導了系統啟動阻力的計算方法。 (5)形成了膏體充填管輸系統設計的一般流程,提出基于級配優(yōu)化的減阻構想。以具體膏體充填項目為背景,針對輸送系統的工藝參數、管路布置以及設備選型等問題進行了分析設計,并在此基礎上形成了適用于膏體充填管輸系統設計的一般流程；針對全尾砂細顆粒膏體,提出了粗顆�！盎鞊綔p阻”的基本構想,基于級配密實理論確定了合理的混摻配比,通過流變試驗對減阻效果進行了驗證。
【圖文】：

當絮團個數達到一定數量之后，絮團與絮團之間開始連接，，最終形成一種松散的網狀結構，即絮網結構，如圖2-3所示。相關學者[147，148]通過高倍電子顯微鏡對細顆粒i}體進行了研究，證實了絮團及絮網結構的存在。-36-

稱此時的體積濃度為極限體積分數CVm (Maximum packing fraction)。Cvn,的物理模型如圖2-4所示，不同粒徑的尾礦顆粒相互均勻填充達到緊密排列，顆粒表面有厚度為3的薄膜水，以及填充在結構孔隙之間的封閉水，假設其厚度為P，則極限體積分數Cvm即是指顆粒所占面積與周圍顆粒圓心連線圍成面積之比。圖2-4極限體積分數CV?的物理模型若己知單位體積團體中物料顆粒的表面積為6EpiM，則此時有式（2-9)成立：C? +C^ -6^pJd-rS^C^ -6^Pjd^-P = 1 (2-9)式(2-9)左邊的三項分別為i}體中尾砂顆粒、薄膜水以及封閉水的濃度，-37-
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD853.34

【參考文獻】

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本文編號：2532810