本文關(guān)鍵詞：粉煤灰充填材料管道輸送特性及其應(yīng)用研究

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【摘要】：長壁開采法是我國煤礦現(xiàn)用的主要開采方法,由此造成的地表沉降、地下水枯竭、煤炭資源浪費(fèi)等現(xiàn)象日益嚴(yán)重,尤其是在煤炭資源日趨枯竭的今天,“三下”壓煤問題亟待解決。充填開采可解決上述問題。粉煤灰充填材料是一種以水泥、粉煤灰、煤矸石等為原材料攪拌而成的充填材料,它不僅造價低廉、來源廣泛,且解決了粉煤灰和煤矸石占用土地、污染環(huán)境等問題,但目前粉煤灰充填材料的管道輸送特性尚且缺乏系統(tǒng)研究。在對原材料物化特性測試的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了粉煤灰充填材料的配比試驗(yàn),得到了粉煤灰充填材料的優(yōu)勢配比,并對優(yōu)勢配比的粉煤灰充填材料在不同濃度、細(xì)矸石率下的初始剪切應(yīng)力、塑性粘度及密度等流動特性進(jìn)行了測試,進(jìn)而對粉煤灰充填材料管道輸送的沿程阻力及彎管局部阻力特性進(jìn)行數(shù)值模擬研究。根據(jù)鎮(zhèn)城底礦22618工作面的工程地質(zhì)和開采技術(shù)條件,以及管道輸送特性的研究結(jié)果,對充填管道系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計。得出以下主要結(jié)論:1)對原材料的物化特性進(jìn)行測試,測試結(jié)果表明:粉煤灰為活性較低的低鈣等外灰;煤矸石為粘土巖類矸石。2)對粉煤灰充填材料進(jìn)行配比試驗(yàn),選擇優(yōu)勢配比為:水泥:粉煤灰:煤矸石=1:3:5,濃度為78%~80%。3)對不同濃度、細(xì)矸石率下的粉煤灰充填材料初始剪切應(yīng)力和塑性粘度進(jìn)行測試,測試結(jié)果表明充填材料濃度、細(xì)矸石率越大充填材料的初始剪切應(yīng)力和塑性粘度越大;對優(yōu)勢配比下不同濃度、細(xì)矸石率的粉煤灰充填材料密度進(jìn)行測試,測試結(jié)果表明充填材料濃度越大密度越大,細(xì)矸石率對密度幾乎沒有影響。4)采用采用Fluent(3D)軟件進(jìn)行數(shù)值模擬,系統(tǒng)的研究了充填材料濃度、細(xì)矸石率、流速及管道內(nèi)徑4項(xiàng)因素對粉煤灰充填材料沿程阻力特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明沿程阻力隨充填材料濃度、細(xì)矸石率、流速的增加而呈多項(xiàng)式規(guī)律增加,隨管道內(nèi)徑的增加而呈多項(xiàng)式規(guī)律減小。5)采用Fluent(3D)軟件進(jìn)行數(shù)值模擬,系統(tǒng)的研究了充填材料濃度、細(xì)矸石率、流速、管道內(nèi)徑以及彎管曲率半徑等5項(xiàng)因素對粉煤灰充填材料彎管局部阻力特性的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明彎管局部阻力隨充填材料濃度、細(xì)矸石率、流速的增加而呈多項(xiàng)式規(guī)律增加,隨管道內(nèi)徑、彎管曲率半徑的增加而呈多項(xiàng)式規(guī)律減小;當(dāng)充填材料濃度、細(xì)矸石率、管道內(nèi)徑、彎管曲率半徑越大時,動壓中心越不易向管道外側(cè)發(fā)生偏移;當(dāng)流速越大時,動壓中心越易向管道外側(cè)發(fā)生偏移。在滿足對采空區(qū)充填要求的情況下,建議使用濃度為80%、細(xì)矸石率為40%的粉煤灰充填材料,管道內(nèi)流速為1.8m·s~(-1),管道內(nèi)徑為180mm,彎管曲率半徑為1.5m。6)針對鎮(zhèn)城底礦22618工作面的工程地質(zhì)和開采技術(shù)條件,以及管道輸送特性的研究結(jié)果,確定粉煤灰充填材料的濃度為80%、細(xì)矸石率為40%充填能力為163m3·h~(-1),管道內(nèi)流速為1.78 m·s~(-1)和管道內(nèi)徑為180mm。根據(jù)充填系統(tǒng)布置,數(shù)值模擬出系統(tǒng)阻力為16.92MPa,并確定最小泵壓為9.26MPa,選用湖南飛翼公司所生產(chǎn)的HGBS200.14.800型專用充填工業(yè)泵,管道選用外層為Q345號鋼材,φ194mm×8mm的耐磨無縫鋼管,耐磨層厚度為6mm,內(nèi)徑為186mm的管道。
【關(guān)鍵詞】：粉煤灰充填材料 流變性 沿程阻力 彎管局部阻力 充填管道系統(tǒng)設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD823.7;TD50
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 研究背景與意義11-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-19
• 1.2.1 煤礦充填材料輸送方式研究現(xiàn)狀14
• 1.2.2 水力管道輸送現(xiàn)狀14-17
• 1.2.3 水力管道輸送阻力研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3 存在的主要問題19
• 1.4 研究內(nèi)容與方法19-23
• 1.4.1 研究內(nèi)容19-20
• 1.4.2 研究方法及路線20-23
• 第二章 粉煤灰充填材料及其物理力學(xué)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)室測定23-53
• 2.1 概述23
• 2.2 原材料特性23-33
• 2.2.1 水泥特性23-24
• 2.2.2 粉煤灰特性24-29
• 2.2.3 煤矸石特性29-33
• 2.3 充填材料配比試驗(yàn)33-39
• 2.3.1 充填材料性能要求33-35
• 2.3.2 試驗(yàn)儀器35-36
• 2.3.4 試驗(yàn)方案36
• 2.3.5 試驗(yàn)結(jié)果及分析36-39
• 2.4 流變性測試39-48
• 2.4.1 流體分類39-40
• 2.4.2 測試儀器40-42
• 2.4.3 試驗(yàn)方案42
• 2.4.4 試驗(yàn)步驟42-46
• 2.4.5 試驗(yàn)結(jié)果及分析46-48
• 2.5 密度測定48-52
• 2.5.1 測試儀器48
• 2.5.2 測試方案48-49
• 2.5.3 測試步驟49-50
• 2.5.4 測試結(jié)果及分析50-52
• 2.6 小結(jié)52-53
• 第三章 粉煤灰充填材料管道輸送特性的數(shù)值模擬研究53-77
• 3.1 概述53
• 3.2 沿程阻力特性數(shù)值模擬53-62
• 3.2.1 模擬方案53-55
• 3.2.2 模型建立55-57
• 3.2.3 模擬過程57
• 3.2.4 模擬結(jié)果與分析57-62
• 3.3 局部阻力特性數(shù)值模擬62-74
• 3.3.1 模擬方案62-63
• 3.3.2 模型建立63-65
• 3.3.3 模擬過程65
• 3.3.4 模擬結(jié)果與分析65-74
• 3.4 小結(jié)74-77
• 第四章 工程應(yīng)用與分析77-89
• 4.1 工程背景77
• 4.2 充填能力確定77-79
• 4.3 流速及管道內(nèi)徑暫定79-80
• 4.4 管道線路規(guī)劃80
• 4.5 泵送壓力確定80-83
• 4.6 設(shè)備選型83-86
• 4.6.1 充填泵選型83-85
• 4.6.2 管道選型85-86
• 4.7 管道布置86-87
• 4.7.1 地面輸送管86
• 4.7.2 鉆孔立管86
• 4.7.3 井下順槽輸送管86-87
• 4.7.4 工作面輸送管87
• 4.8 小結(jié)87-89
• 第五章 結(jié)論與展望89-93
• 5.1 主要結(jié)論89-90
• 5.2 不足與展望90-93
• 參考文獻(xiàn)93-97
• 致謝97-99
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)生論文99

【相似文獻(xiàn)】

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