【摘要】：隨著國民經(jīng)濟發(fā)展,資源開采的深度越來越大,立井開拓是深部固體礦產(chǎn)資源開采的最主要開拓方式,而深立井建設(shè)成為是其首要環(huán)節(jié)。鉆井法作為一種高度機械化的建井方法,隨著井深增大面臨越來越多的難以克服的技術(shù)難題,在此背景下,國內(nèi)外高度重視豎井掘進機技術(shù),并開展了相關(guān)研究。豎井掘進機施工過程中,洗井排渣一直是難以解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。為此,本論文研究提出了適用于豎井掘進機的液體洗井排渣系統(tǒng),并通過數(shù)值模擬與模型實驗的方法,先后開展了洗井系統(tǒng)硬件參數(shù)優(yōu)化、洗井流場變化規(guī)律等問題的研究。首先針對豎井掘進機洗井排渣面臨的關(guān)鍵技術(shù)難點,研究提出了更具針對性、適用性的豎井掘進機液體洗井排渣方案:通過在掘進機迎頭增設(shè)密封盤形成能容納具有一定壓力洗井液體的密封艙;通過在刀盤上增設(shè)徑向射流,提高鉆井液的徑向流速;通過在排渣管內(nèi)設(shè)置引射流,提高鉆井液上返流速�；诖朔桨�,建立了洗井系統(tǒng)的簡化模型,并對影響洗井流場的參數(shù)進行了初步分析。其次,采用純流場數(shù)值模型,以漫流層分布形態(tài)、系統(tǒng)能量損耗等為主要評價指標(biāo),對刀盤形狀、井底凈空高度、射流口參數(shù)及引射流口參數(shù)等,開展了優(yōu)化研究,得到了洗井排渣系統(tǒng)較優(yōu)的參數(shù)組合,為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。而后,基于流固耦合模型,以攜巖率及清巖率為洗井效果的主要評價標(biāo)準(zhǔn),對鉆井液的密度、粘度以及流量對洗井效果的影響展開了研究。研究表明:鉆井液密度與清巖率呈線性正相關(guān),攜巖率與鉆井液密度大小亦為正相關(guān)但增幅漸緩;鉆井液流量與清巖率為正相關(guān)但增幅逐漸增大,攜巖率規(guī)律相同;鉆井液粘度對清巖率及攜巖率,則呈現(xiàn)隨粘度增大,清巖率與攜巖率均先減小后增大的規(guī)律。最后,設(shè)計了豎井掘進機洗井系統(tǒng)模擬實驗臺,并通過模型實驗臺對鉆頭轉(zhuǎn)速及流量對洗井效果的影響進行研究。同時,將物理模擬實驗結(jié)果與數(shù)值模擬計算結(jié)果對比,檢驗數(shù)值模擬及物理實驗結(jié)果的可靠性。研究表明:清巖率與攜巖率隨著轉(zhuǎn)速增加逐漸提高,但增幅逐漸降低;清巖率與攜巖率隨流量變化規(guī)律相同。在物理模擬轉(zhuǎn)速為4r/min,排渣管內(nèi)流速為1.4m/s時,可以將井底巖屑完全帶出。此外,物理模擬中流量對攜巖率及清巖率的影響規(guī)律與數(shù)值模擬所得規(guī)律一致;在相近工況下,攜巖率以及清巖率誤差在30%左右,認為結(jié)果可靠。
【圖文】：

（a）實物照片 （b）結(jié)構(gòu)圖圖 1-1 241SB-184 型豎井掘進機 圖 1-2 20-24FT 型豎井掘進機結(jié)構(gòu)Figure 1-1 241SB-184 shaft boring machine Figure 1-2 Schematic diagram of 224FT shaft boring machine另外，德國海瑞克公司與澳大利亞力拓集團合作研發(fā)了可供 2000m 深施工的撐靴式立井掘進機（SBM）。另外，該公司研發(fā)的截削式立井掘進機(S在加拿大 1000m深的凍結(jié)立井施工中得到了成功應(yīng)用 。值得指出的是這兩機在排渣系統(tǒng)上與以往的鉆機不同，對刀頭進行了改進，使得刀頭破巖后產(chǎn)巖屑直接被收集起來，隨后通過類似履帶的傳送裝置運到吊桶中，隨后排出（如圖 1-3 所示）。

（a）實物照片 （b）結(jié)構(gòu)圖圖 1-1 241SB-184 型豎井掘進機 圖 1-2 20-24FT 型豎井掘進機結(jié)構(gòu)Figure 1-1 241SB-184 shaft boring machine Figure 1-2 Schematic diagram of 224FT shaft boring machine另外，德國海瑞克公司與澳大利亞力拓集團合作研發(fā)了可供 2000m 深施工的撐靴式立井掘進機（SBM）。另外，該公司研發(fā)的截削式立井掘進機(S在加拿大 1000m深的凍結(jié)立井施工中得到了成功應(yīng)用 。值得指出的是這兩機在排渣系統(tǒng)上與以往的鉆機不同，對刀頭進行了改進，使得刀頭破巖后產(chǎn)巖屑直接被收集起來，隨后通過類似履帶的傳送裝置運到吊桶中，，隨后排出（如圖 1-3 所示）。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TD26

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本文編號：2627731