浆体膨胀复合材料自助化制备装置关键技术研究

摘要

我国煤矿存有巨量的“三下”（铁路、水体和建筑物下）压煤，据不完全统计，仅生产矿井“三下”压煤就高达数百亿吨，为满足工业对煤炭需求，同时尽量避免开采沉陷，充填采煤应运而生。浆体膨胀复合材料充填采煤法是实现充填采煤的有效方法，与其他充填采煤法相比具有充填浆体含水量高、充填效果好、成本低等优点。
　　充填浆体制备是实现采空区回填的关键技术，其过程主要包括浆体膨胀复合材料混合、浆体制备及浆体输运。本课题以淄博王煤矿业有限公司的浆体膨胀复合材料自助化制备装置为研究对象，针对现有充填浆体制备与输送装备落后、工艺复杂、充填成本较高、材料短缺等阻碍充填采煤技术发展与推广的问题，开发新的充填浆体自助化制备装置，并对浆体制备的工艺流程及粉料混合、卸料特性、离心制浆等关键技术展开深入研究。本文的研究内容主要包括以下几个方面：
　　（1）开发了适用于高产矿井充填采煤需要的浆体膨胀复合材料自助化制备装置。本课题针对高产矿井的充填采煤需求，对粉料混合、卸料特性、离心制浆等关键技术进行了理论分析、实验研究和数值模拟，提出了全新的充填浆体制备工艺；开发了制浆与输送一体化的浆体膨胀复合材料自助化制备装置。
　　（2）发明了微细粉料弥漫式混合方法，并完成了混料器的结构设计与优化。通过现场试验与Fluent分析完成了混料器结构设计，根据入料口与出料口面积比、圆柱与圆台高度比等影响混料器混料性能的因素完成了混料器结构优化。
　　（3）发明了浆体膨胀复合材料的涡旋式制浆方法，并完成了离心制浆器的结构设计与优化。通过现场试验与Fluent分析完成了离心制浆器结构设计，根据离心制浆器总高度及圆柱与锥体高度比等影响离心制浆器制浆性能的因素完成了离心制浆器结构优化。
　　（4）完成了卸料特性研究，探索发现了制浆工序的自适应给料规律。储料仓卸料采用的是“负压+重力”吸入法，在给料管径不变的情况下，涡旋负压决定了给料流量。经实验研究与CFD软件数值模拟发现了制浆工序的自适应给料规律。

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第一章 绪论

1. 1 课题来源及研究意义

1. 2 国内外研究现状

1. 3 本课题的主要研究内容

第二章 浆体自助化制备装置的主要技术特征

2. 1 产品结构

2. 2 产品技术特征与性能指标

2. 3 与国内外产品对比分析

2. 4 本章小结

第三章 粉料混合原理研究与混料器结构优化

3. 1 引言

3. 2 混料原理研究及混料器结构设计

3. 3 基于F luent的混料器结构优化

3. 4 本章小结

第四章 离心制浆原理研究与离心制浆器结构优化

4. 1 引言

4. 2 制浆原理研究及离心制浆器结构设计

4. 3 离心制浆器结构优化

4. 4 本章小结

第五章 卸料性能研究及储料仓结构优化

5. 1 储料仓卸料原理研究

5. 2 制浆工艺流程设计

5. 3 关键零部件强度计算

5. 4 本章小结

第六章 总结与展望

6. 1 总结

6. 2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文