柔模风积砂流体充填材料及输送研究

摘要

由于我国煤炭有30％以上的煤炭埋藏在“三下一上”等开采后不允许产生沉降的地区，同时近年来我国煤炭的开采也带来了许多环境问题，因此如何高效、合理、经济地开采煤炭资源成为社会各界共同关注的焦点。柔模风积砂流体充填开采技术是煤炭开采的一大创新，既能够提高煤炭的采出率又能够保护地下水免受污染，该项技术的应用对煤炭开采具有重大意义。
　　充填采煤具有煤炭资源回收率高，地表沉降率低等优点，该技术在煤炭开采中逐步得到推广应用。本文结合榆阳煤矿的实际情况，以榆阳地区广泛存在的风积砂为主要充填材料，通过对充填材料的各种配合比进行研究，并结合柔模技术，将风积砂变废为宝，实现绿色充填开采。本文系统研究了如下内容：
　　（1）通过对充填骨料风积砂的化学成分、密度、含水率进行试验分析，对风积砂进行筛分试验，对充填用水进行化学成分分析，对3种粉煤灰材料进行化学成分分析、电镜分析，最终选择符合要求的材料作为充填材料。
　　（2）研究分析了灰砂比、粉煤灰含量、质量浓度对充填料浆的强度及流动性的影响，对试验结果进行对比分析，并选择了符合要求的料浆配合比作为充填配合比。
　　（3）将柔模充填技术应用于充填开采，对柔模的强度和泌水率进行了试验研究；详细介绍了柔模充填开采的施工工艺，并分析了其工艺优势。
　　（4）通过对充填管道的输送系统进行分析研究，选择了符合要求的输送方式。分析了流体输送的流变模型，计算了充填料浆的临界流速，通过对管壁厚度、管道压力、管路直径的计算，选择了合适的充填管道规格，设计了一套自动化的料浆充填系统。

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1 绪论

1.1 研究背景及研究意义

1.2 充填开采技术在国内外的研究现状

1.3 本课题采取的研究内容、研究方案及技术路线

2 柔模风积砂流体充填开采理论研究

2.1 充填体作用机理

2.2 流体输送的流变模型

2.3 管道输送理论研究

2.4 本章小结

3 风积砂充填材料特性研究

3.1 充填料浆原材料调研和选择

3.2 充填料浆原材料基本参数测定

3.3 柔模的性能研究

3.4 柔模风积砂流体充填材料优势

3.5 本章小结

4 柔模风积砂流体充填试验设计

4.1 试验设计

4.2 风积砂流体充填材料要求

4.3 本章小结

5 工业应用研究

5.1 工程地质特性研究

5.2 柔模充填开采工艺技术原理

5.3 充填系统设计

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要研究结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录