鉆孔水力開(kāi)采中氣力提升系統(tǒng)的特性.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,各國(guó)對(duì)能源的需求量日益劇增。然而各種礦源的數(shù)量卻越來(lái)越少,可供開(kāi)采的礦物儲(chǔ)量也日益減少。尋求開(kāi)采新的礦源已成為當(dāng)前國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須解決的問(wèn)題之一。海底蘊(yùn)藏豐富的礦產(chǎn)資源和陸地也還有某些具有復(fù)雜的水文地質(zhì)條件的礦藏,卻由于開(kāi)采難度而遲遲得不到開(kāi)發(fā)。如何在海底和水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦中進(jìn)行開(kāi)采和提升礦石成了一個(gè)需要緊迫解決的問(wèn)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(jiǎn)單、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于深

2、海采礦和鉆孔水力開(kāi)采中,因此對(duì)氣力提升系統(tǒng)特性研究已成為了一個(gè)熱點(diǎn),本文針對(duì)于此進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究。
　　 ①.利用系統(tǒng)模塊化方法,對(duì)氣力提升系統(tǒng)中影響其提升效率的綜合因素進(jìn)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(shí)具有相對(duì)穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)。針對(duì)在此流動(dòng)狀態(tài)下,通過(guò)對(duì)修正后的氣.液和氣.固兩相流壓降數(shù)學(xué)模型的疊加

3、,得到了適合于對(duì)小顆粒、均勻粒徑礦砂開(kāi)采時(shí)工作狀態(tài)下,氣力提升器內(nèi)氣-液-固三相流壓降數(shù)學(xué)模型。
　　 ③.綜合應(yīng)用多相流、剪切層、流體網(wǎng)絡(luò)等理論和多相流建模思想,結(jié)合實(shí)驗(yàn)對(duì)氣力提升系統(tǒng)特性進(jìn)行了較為深入、系統(tǒng)的研究。
　　 ④.通過(guò)對(duì)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(lì)條件,分析了產(chǎn)生調(diào)制射流的機(jī)理。
　　 ⑤.利用流體網(wǎng)絡(luò)理論建立了雙腔室自激振蕩脈沖射流頻域相似網(wǎng)絡(luò)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(jì)算表達(dá)式,確定了破碎器的結(jié)構(gòu)參數(shù)、流體參數(shù)(壓力、流量)及泵源的脈動(dòng)對(duì)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(shè)計(jì)準(zhǔn)則。
　　 通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)研究,得到了以下重要結(jié)果:
　　 ①.氣力提升系統(tǒng)由空壓機(jī)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(yīng)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(zhǎng)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(jié)構(gòu)參數(shù)和流體參數(shù)影響。
　　 ②.通過(guò)對(duì)氣力提升特性影響因素的實(shí)驗(yàn)表明:浸入率的大小對(duì)氣力提升特性有重要影響,浸入率越大氣力提升的揚(yáng)水量、揚(yáng)砂量和提升效率越大；氣力提升過(guò)程中,氣體噴嘴的個(gè)數(shù)存在最佳值,本實(shí)驗(yàn)中氣體噴嘴最優(yōu)個(gè)數(shù)為3；氣體噴嘴的安裝角度對(duì)氣力提升特性影響較大,當(dāng)氣體流量Qg小于30m3/h時(shí),氣體噴

6、嘴安裝角度與管壁相切時(shí),氣力提升的揚(yáng)水量、揚(yáng)砂量最大,氣體流量大于37.5m3/h時(shí),氣體噴嘴不偏轉(zhuǎn)時(shí),氣力提升的揚(yáng)水量、揚(yáng)砂量最大,當(dāng)30m3/h

7、碎器個(gè)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(shí),分別對(duì)應(yīng)了一個(gè)最佳距離。
　　 ③.雙腔室自激振蕩脈沖射流破碎器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮裝置系統(tǒng)、流體參數(shù)的影響,使來(lái)流脈動(dòng)頻率與破碎器固有頻率相近；
　　 ④.大量實(shí)驗(yàn)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(chǎn)生的脈沖射流具有更強(qiáng)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％；