桃山矿粗粉煤灰基胶结充填料浆管输系统的研究

摘要

随着浅部矿产资源的逐年消耗，其开采深度逐年加深，充填倍线逐渐减小，给矿山充填系统的稳定性带来了巨大的挑战。而管道输送系统在充填系统中是连接地面充填站和地下充填采场的咽喉工程，也是充填系统中的薄弱环节。管道输送过程中经常会遇到管道磨损严重、堵塞和爆裂等问题，其中管道堵塞和磨损最为常见。　　本文基于七台河矿业精煤集团桃山煤矿的充填合作项目，根据桃山矿三井的现场实际情况和固液两相流理论，结合实际积累的经验，利用计算机模拟软件ANSYS中的FLOTRAN流体模块，对其系统中的参数进行模拟优化，总结管输特性的规律，然后对充填料浆管路输送系统展开设计，最后在桃山矿三井进行工业试验，验证其合理性、正确性，进而能达到快而有效地解决实际项目中管输问题的目的。本论文主要研究内容如下：　　（1）总结国内外管道输送技术理论及其在矿山充填系统中应用的现状，分析探讨了管道输送中固液两相流的流变特性和充填料浆水力坡度计算公式，为管道输送系统相关参数的确定和桃山矿水力坡度计算公式的选择做好准备。　　（2）研究了充填输送管路的磨损机理、因素，总结了几种常用的降低管道磨损的技术方法，分析了管道堵塞的原因，提出了预防管道堵塞的措施，为矿山充填系统中输送管道的设计做好铺垫。　　（3）利用计算机模拟软件ANSYS中的FLOTRAN流体模块，对其系统中的参数进行模拟优化。主要是从料浆浓度、输送流速、管径、管道布置及弯道半径五个方面来建模，利用管道压力来评判它们对管输系统的优化效果，并提出优化这些管道输送系统参数的措施。　　（4）利用理论分析和数值模拟对管道输送系统进行设计。主要从充填材料特性、管道输送的速度、管道材料、管道铺设、管道尺寸及阀门等因素对桃山矿三井充填料浆管输系统进行设计。　　（5）工业试验。为了对实验室实验结果和计算机数值模拟结果进行验证，在桃山矿充填料浆管道输送系统的基础上进行了工业试验。工业试验的目的是验证模拟优化结果的正确性和合理性，以便能保证料浆在管道中良好的输送，进而解决实际问题。

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1 概述

1.1 研究背景、目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容

1.4 研究方法

2 充填料浆管道输送相关理论及系统的研究

2.1管道自流输送系统

2.2 管输悬液的流型及其流变特性

2.3 固液两相流的基本理论

2.4 管道输送料浆的水力计算

2.5 管道磨损

2.6 管道的堵塞及预防

2.7 桃山矿充填料浆管道输送系统

2.8 小结

3 充填料浆管输系统的数值模拟及结果分析

3.1 充填浆体相关参数的计算

3.2 ANSYS FLOTRAN数值模拟

3.3 小结

4 桃山矿粗粉煤灰料浆管输系统设计

4.1 管道输送的流速

4.2 管路尺寸

4.3 管道的铺设

4.4 管道材料

4.5 阀门

4.6 小结

5 工业试验

5.1 桃山矿的概况

5.2 桃山矿充填参数的计算

5.3 工业试验及结果分析

5.4 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

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