深井矿山充填钻孔失效分析及预防措施

作为深井矿山充填系统的咽喉工程,充填钻孔失效将严重影响矿山的正常生产。通过分析充填钻孔不同结构形式,提出了钻孔堵塞和磨损失效模式及其原因;分析深井充填系统管道内料浆在不同状态下运动特征,明确了非满管流输送是引起钻孔和管道磨损的主要原因;提出闭路满管输送、管路布置优化、小管径增阻减磨以及破损钻孔修复等预防钻孔失效的技术措施,保证矿山安全高效生产。     

充填料浆自流输送管道磨损机理研究

为解决矿山充填管道磨损严重而影响充填系统的稳定性的技术难题,采用现场调研、理论分析和数字模拟等方法对深井充填管道磨损机理进行了深入研究。研究确定了钻孔管道的主要磨损形式,利用控制变量法定量分析了不同影响因素对管道磨损的影响程度。提出了计算垂直钻孔管道中自由下落段高度的方法,建立了料浆对钻孔入口以及底部直角弯管的冲击力与磨损量的物理力学模型,确定了相关磨损位置的磨损区域大小。从动量、能量以及料浆相变理论等多角度探讨了充填管道的磨损机理,优化了管壁单位面积耗能量的计算式,提出了垂直钻孔自由下落段空气区内气体循环流动概念,并建立气体流动物理模型。     

变径满管流系统垂直管道最大安全高度的确定

深井充填管道充填料浆自由下落会对管道产生严重的破坏,而满管流输送可以大大降低料浆对管道的冲击磨损和管道所受的压力.理论分析与研究表明,管径的变化对充填料浆的水力坡度具有很大影响,因此采用变径管有助于深井充填实现满管流输送.在深入分析变径满管流输送系统水平管部分料浆压头损失的系统曲线和垂直管能量的"泵"曲线的基础上,从理论角度得出了满管流系统垂直管道最大安全高度,进一步从管道额定压力角度综合分析得出了垂直管道极限高度的计算公式,为深井矿山充填系统的设计提供了理论依据.     

充填钻孔内管道磨损的影响因素及保护措施

针对充填钻孔内管道磨损导致钻孔报废的问题, 调查了金川矿区充填钻孔的使用情况, 根据破损报废充填钻孔的统计参数, 发现充填钻孔内管道磨损的影响因素有: 充填料浆特性、管道直径、钻孔偏斜率、管道材质、管道安装质量、充填倍线及钻孔级数等。探讨了充填钻孔内管道局部严重磨损的原因, 提出了钻孔内管道严重磨损深度位置的确定方法以及延长充填钻孔使用寿命的措施, 为深井矿山充填钻孔设计维护提供了理论依据。     

深井矿山高浓度充填料浆自流输送管道磨损研究

为研究深井矿山高浓度充填料浆自流输送管道磨损情况,从速度、动量和能量守恒角度分析了深井矿山自流输送充填料浆运动机理、管道破坏机理和管道磨损机理,得出了充填料浆特性、充填钻孔、管道材质、充填倍线与自流充填管道磨损影响因素之间的关系。通过ANSYS FLUENT三维数值模拟结果和矿山实际管壁监测结果,研究了水平管和弯管的管道易磨损位置,提出了深井矿山自流充填管道降低磨损的技术方法,为矿山深井高浓度自流充填系统的持续、安全、稳定和高效运行提供了重要的技术支持。     

低倍线高浓度充填料浆增阻圈增阻减压研究

深井开采矿山,由于充填倍线较小,垂直管段产生的势能大于沿程阻力损失,将产生剩余压头问题。剩余压头导致系统无法满管输送,加剧充填管壁磨损,导致管道输送处于极不稳定的状态,使充填系统无法正常运行。因此,开展低倍线高浓度充填料浆增阻圈增阻减压研究,实现深井充填系统的满管流输送,对于降低管道冲击磨损、保障矿山正常生产,具有非常重要的工程意义。     

深井充填低压满管流输送技术研究

针对多数充填矿山管道输送系统存在的问题,提出了深井充填管道输送系统的理想模式--闭路式低压满管流模式,以及应用这一模式的难点所在.通过理论分析和现场实测,揭示了深井充填管路沿程阻力分布规律.根据压力分布规律,阐述了深井充填实施理想模式的具体措施,并结合某金属矿山充填系统优化计算说明这一充填模式的实用价值.     

深井充填管道输送系统减压技术探讨

随着开采深度的增加，深井矿山越来越多，充填采矿法已显得越来越重要。深井充填管道输送由于充填倍线小，料浆流速大对管道形成了很大的冲击磨损。文中从研究影响充填管道磨损的因素出发，总结归纳出了国内外7种深井充填系统减压技术，并分别阐述了其工作原理和实现途径，为深井矿山充填系统的设计提供了重要的理论依据。     

会泽铅锌矿膏体充填钻孔优化研究

为了解决膏体充填钻孔与管道的磨损等问题,分析了自由下落段料浆在由空气区空区柱过渡到满管区的交界面处产生的冲击力是引起充填管道或钻孔磨损的主要形式。结合矿山实际情况,根据输送管道水力坡度与满管流关系,提出了采用将+1 844 m水平管道φ150 mm部分改装为φ85 mm和垂直钻孔使用双层结构新型钻孔模型的2种变径增阻方案,并对水平管道改装进行了工业试验,结果显示满管率从3.6%提高到39.42%。     

深井煤矿长距离输送沿空留巷充填技术探讨

在总结沿空留巷充填技术的基础上,针对深井煤矿长距离输送的沿空留巷充填的特点与难点,通过材料选择、配比优化试验、料浆输送流动特性试验和充填系统设计等研究,提出了运用管道输送的胶结充填技术,解决了深井煤矿长距离输送的沿空留巷充填的问题,大幅度降低了充填料成本。     

模型试验在钻杆柱研究中的应用

在忽略钻头、钻铤和主动钻杆几何尺寸,且不考虑接头影响条件下,以相似理论为基础,运用模型试验,对钻杆柱的扭应变进行了分析研究。通过对φ50、φ89钻杆在相同边界条件下的实验分析,得到2种钻杆之间扭应变差异的规律,可为认识钻杆的全面性提供有力的保障,为钻杆的优化设计提供重要的参考依据,对工程钻进具有一定的指导意义。     

高浓度全尾砂充填料浆临界输送流速研究

以某地下矿山超大规模充填开采发展趋势为背景,结合矿山环境保护的迫切需要,充分考虑粒级组成、料浆黏度、料浆与载体密度、物料密度、管径、管壁粗糙度、管道安装质量、物料加权平均沉降速率等复杂因素,以管道输送阻力损失最小为原则研究高浓度全尾砂充填料浆在不同直径管道内的临界流速,构建高浓度全尾砂充填料浆临界输送流速模型,分析管径和浓度对临界输送流速的影响规律。经验证,高浓度全尾砂充填料浆临界输送流速模型的计算结果可靠,模型计算得出的临界输送流速随管径、浓度等因素的变化表现出明显的规律性。研究结果表明：随着管径的增大,高浓度全尾砂充填料浆临界输送流速呈按幂函数增大的变化特征;随着浓度的增大,高浓度全尾砂充填料浆临界输送流速呈按三次多项式减小的变化特征。     

螺旋钻杆的有限元分析及运动仿真

以某矿现有旋转钻机为研究对象,运用有限元分析软件ANSYS WorkBench对钻杆进行了受力分析及参数优化,获得了钻杆质量最小时钻杆轴内径和螺旋叶片厚度值。运用ADAMS软件建立了钻杆钻进系统刚-柔体模型,通过对钻进过程的运动仿真,得到了钻杆在钻进工作中的接触及变形情况,并分析了钻杆完全钻进过程中的屈曲行为。研究结果为钻机的改进及钻进效率的提高提供了理论参考。     

工程钻机钻杆库系统的研究

目前国内各种工程钻机在施工过程中,大多由人工操作完成钻杆装卸,不仅效率低,而且对操作工的安全存在隐患。针对这种现状,提出了一种自动换杆的钻杆库设计方案,对其机械结构和液压系统进行了设计,并详细介绍了其工序过程。它可同时携带6根钻杆,由液压系统控制机械手装卸钻杆并自动换杆,效率高,安全性好。     

煤矿坑道用钻杆使用寿命影响因素分析

随着煤矿瓦斯抽采难度的提高,煤矿坑道用钻杆的使用寿命得到广泛的关注。结合当前煤矿瓦斯抽采钻孔所使用的钻具情况,分析在瓦斯抽采钻孔施工过程中影响钻杆使用的主要影响因素,针对这些损伤钻杆的各因素提出切实可行的措施,为煤矿坑道用钻杆的合理使用提供参考。     

基于热管输热的矿井地热危害控制试验研究

我国矿山资源需求增大,矿井开采深度不断加深,井下地热危害日趋严重,影响了矿井安全生产。针对现有热害控制技术存在深层矿井工作面降温效果不明显,无法有效控制井下热害的问题,利用热管的高效传热特性,建立了采用动力型热管的热害控制系统并搭建了试验平台,用以模拟井下热源环境以及系统热量、冷量传递输运过程。结合矿井实际环境,测试分析了动力型分离式热管降温系统换热的影响因素。结果表明:在蒸发器和冷凝器迎风风温36.5℃和18℃、冷凝器风速3 m/s、溶液泵频率20 Hz、充液率51%的条件下,蒸发器的吸热量随着风量的增加而升高;在蒸发器迎风风温42.8℃、风速2 m/s、冷凝器风温18.8℃、风速3 m/s、溶液泵频率20 Hz的条件下,最佳充液率取值区间为51%~60%;蒸发器各参数不变,当冷凝器迎风温度为16.5℃、风速为2.5 m/s、充液率为67%时,换热量随着溶液泵频率的增加先升高后稳定不变;两换热器距离为4~10 m时,温度和风速变化对系统换热效率影响很小。研究结果反映出动力型分离式热管降温系统可有效改善深井工作环境,使井下高温热害得到有效控制。     

基于路径规划的大容量钻杆自动输送系统研究

针对现有煤矿钻机钻杆自动输送系统容量小,需要人工频繁补充钻杆的问题,开发了大容量钻杆自动输送系统。以钻杆一般输送路径规划和多列多层钻杆起点归一化方法为基础,结合ZYWL全方位自动钻机总体结构方案,利用钻杆箱侧下方的空间,设计了升降输送路径方案,降低了钻机整体高度。基于路径方案设计了钻杆箱、转运器、主机械手和副机械手等执行机构,并根据具体结构对输送路径进行了适应性调整,避免了输送装置与钻机主机结构发生运动干涉。理论验算与样机试验表明,大容量钻杆自动输送系统路径设置合理,可准确实现钻杆的自动输送。     

国内某铁矿充填工艺技术优化研究

为解决国内某矿山充填工艺系统堵管事故频发和充填体质量差等问题,提出优化充填骨料级配和管线敷设的技术思路,并开展试验研究和现场应用验证。结果表明：分级粗尾砂和细尾砂的最佳混合比例为5:5~6:4,质量浓度74%~78%的充填料浆可实现自流输送,分级细尾砂浓缩最佳进料浓度为8%~10%,絮凝剂添加量为10~15 g/t,底流高度可达到56% ~ 60%。通过优化充填管线敷设,充填管线减少485 m,平均充填倍线由6.4降至4.5,矿山应用验证优化后的充填骨料和充填管线,保障了充填工艺参数的稳定性,提高了充填体质量,实现了矿山高效稳定充填。