鉆孔水力開采中氣力提升系統(tǒng)的特性.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟的飛速發(fā)展,各國對能源的需求量日益劇增。然而各種礦源的數(shù)量卻越來越少,可供開采的礦物儲量也日益減少。尋求開采新的礦源已成為當前國民經(jīng)濟發(fā)展必須解決的問題之一。海底蘊藏豐富的礦產資源和陸地也還有某些具有復雜的水文地質條件的礦藏,卻由于開采難度而遲遲得不到開發(fā)。如何在海底和水文地質條件復雜的礦中進行開采和提升礦石成了一個需要緊迫解決的問題和難題。氣力提升以其具有舉升深度深、操作管理方便、加工簡單、維護費用低等優(yōu)點而被廣泛應用于深

2、海采礦和鉆孔水力開采中,因此對氣力提升系統(tǒng)特性研究已成為了一個熱點,本文針對于此進行了以下幾個方面的研究。
　　 ①.利用系統(tǒng)模塊化方法,對氣力提升系統(tǒng)中影響其提升效率的綜合因素進行了深入的研究,確立了系統(tǒng)各子模塊與系統(tǒng)提升效率間的相互聯(lián)系。
　　 ②.基于壓力能量消耗最小原理和多相流流型以及從建模方法出發(fā),得出了在環(huán)狀流態(tài)時具有相對穩(wěn)定的流動狀態(tài)。針對在此流動狀態(tài)下,通過對修正后的氣.液和氣.固兩相流壓降數(shù)學模型的疊加

3、,得到了適合于對小顆粒、均勻粒徑礦砂開采時工作狀態(tài)下,氣力提升器內氣-液-固三相流壓降數(shù)學模型。
　　 ③.綜合應用多相流、剪切層、流體網(wǎng)絡等理論和多相流建模思想,結合實驗對氣力提升系統(tǒng)特性進行了較為深入、系統(tǒng)的研究。
　　 ④.通過對剪切層理論的深入研究,建立了雙腔室自激振蕩脈沖射流的有效激勵條件,分析了產生調制射流的機理。
　　 ⑤.利用流體網(wǎng)絡理論建立了雙腔室自激振蕩脈沖射流頻域相似網(wǎng)絡模型,得到了雙腔室自

4、激振蕩脈沖射流破碎器固有頻率的計算表達式,確定了破碎器的結構參數(shù)、流體參數(shù)(壓力、流量)及泵源的脈動對射流振蕩特性的影響規(guī)律,系統(tǒng)提出了雙腔室自激振蕩脈沖射流破碎器裝置的設計準則。
　　 通過理論和實驗研究,得到了以下重要結果:
　　 ①.氣力提升系統(tǒng)由空壓機組、輸氣管網(wǎng)、集輸管線、氣力提升器裝置和破碎器串聯(lián)而成,故氣力提升效率應為這五大模塊效率乘積。配氣管和集輸管效率,主要由管線長度和局部阻力系數(shù)、沿程阻力系數(shù)決定；氣

5、力提升器效率除受摩擦阻力損失、局部阻力損失外還受固體顆粒的滑移損失、熱量損失及浸入率大小等因素的影響；破碎器效率受其結構參數(shù)和流體參數(shù)影響。
　　 ②.通過對氣力提升特性影響因素的實驗表明:浸入率的大小對氣力提升特性有重要影響,浸入率越大氣力提升的揚水量、揚砂量和提升效率越大；氣力提升過程中,氣體噴嘴的個數(shù)存在最佳值,本實驗中氣體噴嘴最優(yōu)個數(shù)為3；氣體噴嘴的安裝角度對氣力提升特性影響較大,當氣體流量Qg小于30m3/h時,氣體噴

6、嘴安裝角度與管壁相切時,氣力提升的揚水量、揚砂量最大,氣體流量大于37.5m3/h時,氣體噴嘴不偏轉時,氣力提升的揚水量、揚砂量最大,當30m3/h

7、碎器個數(shù)存在最佳數(shù)；吸頭與礦床間距在高于參考面和低于參考面時,分別對應了一個最佳距離。
　　 ③.雙腔室自激振蕩脈沖射流破碎器結構參數(shù)設計中應綜合考慮裝置系統(tǒng)、流體參數(shù)的影響,使來流脈動頻率與破碎器固有頻率相近；
　　 ④.大量實驗證明:在相同工況下,雙腔室白激振蕩脈沖射流破碎器較單腔室自激振蕩脈沖射流破碎器所產生的脈沖射流具有更強的沖蝕效果,最佳沖蝕深度和沖蝕體積前者較后者分別提高了65.43％和47.53％；