周源山煤礦“三下開采”充填材料及其輸送特性研究.pdf

1、煤礦充填采煤技術(shù)是當(dāng)前采煤方法中對采空區(qū)上覆巖層移動和地表下沉控制最有效的開采方法。本文根據(jù)周源山煤礦現(xiàn)場實際，選用當(dāng)?shù)亍皬U棄”物（粘土）為主要成分，制備符合煤礦“三下”充填開采要求的充填材料。針對充填材料的配比及其力學(xué)性能、充填料漿的輸送特性進(jìn)行深入研究，利用高等流體力學(xué)、計算流體力學(xué)等學(xué)科知識，分析粘土料漿(流體)在管道輸送中的基本特牲。從流體力學(xué)平衡方程出發(fā)，結(jié)合漿體在管道中的輸送特性，分析其料漿輸送影響因素，確定充填料漿在輸送過

2、程中主導(dǎo)其暢通輸送的各種影響參數(shù)值，研究內(nèi)容具有較大現(xiàn)實意義。得到的主要結(jié)論包括：
　?。?）根據(jù)煤礦充填開采的要求，選取當(dāng)?shù)馗淮娴恼惩磷鳛橹饕某涮畈牧?。由于粘土制備的料漿流動性好，料漿不沉淀、不泌水、不離析，充填體強(qiáng)度較高，壓縮率低，并且來源豐富等原因，確定選用周源山煤礦及其周邊分布廣泛的粘土制備成膠結(jié)充填材料作為周源山煤礦24采區(qū)主要充填材料；
　?。?）選取了來自礦區(qū)內(nèi)作為填充材料的粘土樣品進(jìn)行了化學(xué)分析，得出其化學(xué)

3、組成；并根據(jù)粘土的物理、化學(xué)性質(zhì)特征，進(jìn)行粘土膠結(jié)充填材料配比實驗和力學(xué)性能研究，得到粘土膠結(jié)充填材料的最佳生產(chǎn)工藝參數(shù)；
　?。?）對土樣制備的粘土膠結(jié)體進(jìn)行電鏡掃描，得出粘土固化劑摻入粘土漿中制得的固化體在不同的配比下有不同的結(jié)構(gòu)，其主要表現(xiàn)為由無定形凝膠和針柱狀晶體交織成結(jié)構(gòu)骨架粘結(jié)片狀粘土來強(qiáng)化粘土的特征；
　?。?）運(yùn)用 Fluent流體模擬軟件對粘土充填料漿進(jìn)行了管道輸送特性的數(shù)值模擬研究，得出了粘土料漿管道流速

4、分布、固體顆粒在管道中的運(yùn)動狀態(tài)、臨界流速和管道阻力主要影響因素及相互影響關(guān)系；
　?。?）利用簡易自流型料漿管道輸送試驗系統(tǒng)，對配比（水泥:水:粘土=1:3.2:4.8）的漿體進(jìn)行了多次自流物理模擬試驗，總結(jié)和驗證了該配比情況下的漿體在充填倍線為5的管道中靠自然壓頭(依靠重力)輸送是可行的；
　　（6）通過以粘土為主要充填材料的料漿進(jìn)行配比實驗、力學(xué)性能實驗、管路輸送特性試驗和流體學(xué)理論分析，確定了科學(xué)合理的周源山煤礦以粘