论文摘要
针对传统的自流输送充填料浆浓度低和膏体泵送充填存在的对充填料的级配严格、泵送设备的磨损部件寿命低、充填系统复杂、可靠性差等缺陷,提出了一种利用机械力和浆体重力的挤压输送充填料的新方法,其思路是将井下充填管路分为入口管道和出口管道两部分,在入口管道与出口管道的相交处,安装不同于传统正排量泵的挤压输送设备,使高浓度/膏体充填料浆在挤压输送设备的机械力和重力作用下,沿充填输送管路流至采空区。此方法的关键是利用了矿山充填特有的垂直管路和其内的充填料浆自重以及浆体的屈服应力,使得挤压输送设备无分配阀,因而输送设备结构简单,易磨损件少。从理论上研究了挤压输送方法原理。研究结果表明,对于某一具体充填系统,当充填管道长度、管径和充填料浆流变力学参数是已知时,存在一个合适的挤压输送设备安装位置,将挤压输送设备安装管路中的此位置上,可以保证入口管道内料浆向三通管方向运动,而出口管道内料浆向出口方向运动,从而实现浆体管道挤压输送。开发了一套室内挤压输送试验装置并进行了挤压输送试验,试验结果也证明了在充填料浆不能自流输送时,挤压输送方法能够实现高浓度充填料浆的输送,挤压输送原理可行。在相同条件下,挤压输送时的料浆流速随水平管道延长而降低。推导出了在挤压输送设备活塞位移呈三角函数形式的料浆运动相关方程,以及在挤压输送设备作用下,入口管道和出口管道内料浆的8种运动状态的速度和加速度计算公式。用Visual Basic语言编写了计算机程序,模拟了在不同的管道长度、管道垂高、充填料浆浓度及料浆流变力学参数、活塞运动周期与曲柄半径等条件下,管道内料浆的流动规律。计算机模拟研究表明,调整上述任何一个参数,对管道内料浆的流动状态均会产生影响,但对于给定的充填管路和给定的充填料浆,能够找到使入口管路和出口管路内料浆的流动速度大于零的相关参数,实现充填料浆管道挤压输送。研究了挤压输送设备在充填管路中安装位置的确定方法。挤压输送设备安装位置的理想状态是:(1).在活塞回拉过程中,入口管道内料浆在垂直管道内料浆自重作用下达到足够大的流动速度,以填满输送缸的有效空腔。(2).在活塞推压过程中,输送缸内的料浆只流向出口管道,使出口管道内的料浆加速向充填采场流动,而不出现反向流动。自行研制了首台挤压输送设备工业样机。该机采用液压驱动形式,由主动力系统、主油缸、液控中心、辅动力系统、润滑系统和电控系统等6大系统组成。结合铜绿山矿充填系统存在充填料浆浓度低、充填倍线大等问题,利用研制的挤压输送设备,进行了充填料挤压输送工业试验。工业试验完成了两个采场的充填,充填料浆浓度72～74%。工业试验证明,充填料挤压输送方法能够解决了铜绿山矿远距离输送充填料的难题,此方法的应用可节省该矿新建一个充填站的投资。此外,针对环管模拟试验的缺陷,结合高浓度浆体的特性,研制了一套高浓度浆体流变参数倾斜管道测试装置与方法。