全尾充填高浓度砂浆搅拌槽的设计研究

摘要

高浓度砂浆搅拌槽是矿山尾砂充填工艺中高浓度砂浆搅拌的关键设备，搅拌应达到混合均匀、不分层、效率高的效果。由于充填砂浆是一种高浓度、高粘度和高密度的固-液混合物，能否制出浓度适中，流动性良好的充填砂浆，进入输送管道，直接关系到充填体的质量与强度。
　　 本文以全尾充填中高浓度砂浆搅拌槽为研究对象，研究分析了搅拌槽设计中的主要技术参数，对高浓度搅拌槽样机进行了结构参数设计与三维建模，采用ANSYS有限元分析软件对设计样机的搅拌轴系进行了有限元应力和模态分析，对样机的性能指标进行了现场充填试验研究，为高浓度砂浆搅拌槽的研制提供了可靠的理论与实践指导。
　　 本文首先系统地分析研究了搅拌转速、搅拌功率、轴系轴径等主要技术参数。根据固体颗粒临界悬浮条件和抗振条件，提出了搅拌槽设计中搅拌转速选取时所遵循的一般准则;分析了相关因素对搅拌功率的影响;根据轴系刚度、强度条件和抗振条件，提出了轴系轴径选取时所遵循的一般准则。在此基础上，设计了高浓度砂浆搅拌槽样机。
　　 采用Pro/E与ANSYS等计算机辅助分析设计软件，建立了样机轴系有限元分析模型，进行了有限元应力与模态分析。数值分析表明，轴系所受应力均小于许用值，转速远离任意阶临界转速，模拟值与计算值吻合，同时满足强度条件、刚度条件和抗振条件，轴系能平稳运转，不会出现共振现象。
　　 分析研究了某矿山全尾砂的物理化学性质，尾砂的密实度好渗透性能差，组成矿物物理化学性质稳定，可作为井下高浓度充填骨料。通过配制不同灰砂比和质量浓度的高浓度砂浆，对样机的性能指标进行了现场试验研究。结果表明，砂浆浓度不大于75％时，样机搅拌能力足够，搅拌均匀性较好，最佳搅拌时间为15～20min，底部排浆口较溢流口排浆效果更好，满足矿山高浓度充填中搅拌浓度和充填能力的要求，适合全尾充填过程中高浓度砂浆搅拌制浆工艺。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 尾砂充填高浓度砂浆搅拌设备研究现状

1．2．1 国外高浓度砂浆搅拌设备研究现状

1．2．2 国内高浓度砂浆搅拌设备研究现状

1．3 国内外轴系有限元分析研究现状

1．4 研究目的与研究内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

第二章 高浓度砂浆搅拌槽主要参数分析研究

2．1 搅拌转速的确定

2．1．1 固-液相搅拌固相悬浮临界搅拌转速Nc

2．1．2 搅拌轴系临界转速ncr

2．1．3 设计转速n的确定

2．2 搅拌功率与影响因素的分析

2．2．1 搅拌功率的计算

2．2．2 搅拌功率影响因素分析

2．3 轴系力学分析与轴径的确定

2．3．1 轴系力学简化

2．3．2 轴系力学分析

2．3．3 根据扭转刚度条件确定轴径d1

2．3．4 根据强度条件确定轴径d2

2．3．5 根据抗振条件确定轴径d3

2．3．6 轴系轴径d0的确定

2．4 本章小结

第三章 高浓度砂浆搅拌槽的设计

3．1 搅拌器类型的确定

3．2 搅拌器各参数的确定

3．2．1 搅拌器外形尺寸

3．2．2 叶轮搅拌转速n

3．2．3 叶轮离底安装高度C与层间距L

3．2．4 挡板的尺寸

3．2．5 传动装置的确定

3．2．6 轴系轴径d0

3．3 高浓度搅拌槽结构设计

3．3．1 轴系设计与三维造型

3．3．2 槽体设计与三维造型

3．4 本章小结

第四章 轴系有限元应力与模态分析

4．1 轴系有限元分析

4．1．1 ANSYS Workbench简介

4．1．2 建立轴系有限元模型

4．2 模拟结果与分析

4．2．1 轴系有限元应力计算与分析

4．2．2 轴系有限元模态计算与分析

4．3 本章小结

第五章 高浓度砂浆搅拌槽性能试验研究

5．1 尾砂基本物理化学性质分析

5．1．1 尾砂来源

5．1．2 尾砂物理性质分析

5．1．3 尾砂粒径分布分析

5．1．4 尾砂化学成分组成分析

5．2 现场充填系统

5．3 试验内容与方法

5．4 试验结果与分析

5．4．1 清水试验

5．4．2 不同配比下砂浆搅拌均匀性试验

5．4．3 不同搅拌时间对搅拌均匀性影响试验

5．4．4 不同配比下砂浆搅拌功率试验

5．4．5 不同配比下单槽造浆排浆能力试验

5．4．6 不同配比下连续给料与连续造浆排浆能力试验

5．5 本章小结

第六章 主要结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文