粉煤灰充填材料管道輸送特性及其應用研究.pdf

1、長壁開采法是我國煤礦現(xiàn)用的主要開采方法，由此造成的地表沉降、地下水枯竭、煤炭資源浪費等現(xiàn)象日益嚴重，尤其是在煤炭資源日趨枯竭的今天，“三下”壓煤問題亟待解決。充填開采可解決上述問題。粉煤灰充填材料是一種以水泥、粉煤灰、煤矸石等為原材料攪拌而成的充填材料，它不僅造價低廉、來源廣泛，且解決了粉煤灰和煤矸石占用土地、污染環(huán)境等問題，但目前粉煤灰充填材料的管道輸送特性尚且缺乏系統(tǒng)研究。
　　在對原材料物化特性測試的基礎上，進行了粉煤灰充填

2、材料的配比試驗，得到了粉煤灰充填材料的優(yōu)勢配比，并對優(yōu)勢配比的粉煤灰充填材料在不同濃度、細矸石率下的初始剪切應力、塑性粘度及密度等流動特性進行了測試，進而對粉煤灰充填材料管道輸送的沿程阻力及彎管局部阻力特性進行數(shù)值模擬研究。根據(jù)鎮(zhèn)城底礦22618工作面的工程地質(zhì)和開采技術條件，以及管道輸送特性的研究結(jié)果，對充填管道系統(tǒng)進行了設計。得出以下主要結(jié)論：
　　1）對原材料的物化特性進行測試，測試結(jié)果表明：粉煤灰為活性較低的低鈣等外灰；煤

3、矸石為粘土巖類矸石。
　　2）對粉煤灰充填材料進行配比試驗，選擇優(yōu)勢配比為：水泥:粉煤灰:煤矸石=1:3:5，濃度為78％~80%。
　　3）對不同濃度、細矸石率下的粉煤灰充填材料初始剪切應力和塑性粘度進行測試，測試結(jié)果表明充填材料濃度、細矸石率越大充填材料的初始剪切應力和塑性粘度越大；對優(yōu)勢配比下不同濃度、細矸石率的粉煤灰充填材料密度進行測試，測試結(jié)果表明充填材料濃度越大密度越大，細矸石率對密度幾乎沒有影響。
　　4

4、）采用采用Fluent（3D）軟件進行數(shù)值模擬，系統(tǒng)的研究了充填材料濃度、細矸石率、流速及管道內(nèi)徑4項因素對粉煤灰充填材料沿程阻力特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明沿程阻力隨充填材料濃度、細矸石率、流速的增加而呈多項式規(guī)律增加，隨管道內(nèi)徑的增加而呈多項式規(guī)律減小。
　　5）采用Fluent（3D）軟件進行數(shù)值模擬，系統(tǒng)的研究了充填材料濃度、細矸石率、流速、管道內(nèi)徑以及彎管曲率半徑等5項因素對粉煤灰充填材料彎管局部阻力特性的影響規(guī)律。研究結(jié)果

5、表明彎管局部阻力隨充填材料濃度、細矸石率、流速的增加而呈多項式規(guī)律增加，隨管道內(nèi)徑、彎管曲率半徑的增加而呈多項式規(guī)律減?。划敵涮畈牧蠞舛?、細矸石率、管道內(nèi)徑、彎管曲率半徑越大時，動壓中心越不易向管道外側(cè)發(fā)生偏移；當流速越大時，動壓中心越易向管道外側(cè)發(fā)生偏移。在滿足對采空區(qū)充填要求的情況下，建議使用濃度為80%、細矸石率為40%的粉煤灰充填材料，管道內(nèi)流速為1.8m·s-1，管道內(nèi)徑為180mm，彎管曲率半徑為1.5m。
　　6）針

6、對鎮(zhèn)城底礦22618工作面的工程地質(zhì)和開采技術條件，以及管道輸送特性的研究結(jié)果，確定粉煤灰充填材料的濃度為80%、細矸石率為40%充填能力為163m3·h-1，管道內(nèi)流速為1.78 m·s-1和管道內(nèi)徑為180mm。根據(jù)充填系統(tǒng)布置，數(shù)值模擬出系統(tǒng)阻力為16.92MPa，并確定最小泵壓為9.26MPa，選用湖南飛翼公司所生產(chǎn)的HGBS200.14.800型專用充填工業(yè)泵，管道選用外層為 Q345號鋼材，φ194mm×8mm的耐磨無縫鋼管