煤粉在锥类煤仓中的静储与流动接触状态及其力学行为

堵仓现象和溃煤事故的经常发生迫切需要对煤粉在锥类煤仓中的静储与流动接触状态及其力学行为进行深入研究。基于粉体力学和粉体流动理论，建立煤粉在锥类煤仓中静储状态的压力分布、摩擦力分布与煤粉流动理论模型与解析方法；使用有限元和离散元方法，结合试验研究，研究煤粉与煤粉、煤粉与煤仓内壁的接触状态及相应的力学行为，分析煤料属性和煤仓结构等因素对接触状态、接触压力与接触摩擦力的影响关系，通过关系式或关联特性表等形式揭示接触行为影响煤粉力学行为和流动状态的途径和机理；在深化认识煤粉对锥仓力学行为和流动机理基础上，研究煤粉静储和流动状态下力学因素引起锥形煤仓结构强度和刚度问题，以及结构参数和煤仓支撑布置等对仓体工作的稳定性影响，为煤仓结构设计、防堵疏堵、运行维护等提供理论指导，最终为机械、矿山、冶金等应用领域提供科学支持。

卡塞、结拱、粘壁、棚盖等煤散料流动问题在煤仓实际使用中时常发生，严重影响生产率提高，而堵仓之后的突然冒落，则会造成严重的溃煤事故，问题根源在于煤散料在煤仓（特别是锥形卸料斗）中的静储与流动力学行为难以掌握。项目基于散体力学、散体流动理论和Janssen公式的基本假设，建立了煤散料在锥类煤仓中的静压力分布与摩擦力分布理论模型与解析方法；在描述松散粉体力学屈服准则、接触状态等基本问题基础上，建立了自由开接触、滑移闭接触、粘着闭接触等状态的接触条件与数学求解模型；以葵花籽、玉米、煤粉、圆砾石、小麦为实例，进行了散料在多种筒仓（包括卸料斗）中的静压接触状态分析，给出了散料筒仓中的接触状态。通过分析煤散料整体流、漏斗流和和中心流等流态，使用有限元和离散元方法，结合PFC、EDEM、Gambit、UG、ANSYS等工具模拟了煤散料卸料流态，总结了颗粒密度、散料含水率、粒径分布等煤散料参数和壁摩擦系数、卸料斗倾角、卸料斗口径等煤仓材料和结构参数影响煤散料力学行为和卸料流态的途径和方式；设计制作了散料流动实验装置，对以上压力分布和流动特征等解析与模拟结果进行了试验验证。项目成果可对煤仓结构设计、防堵疏堵、运行维护等提供理论依据，最终为机械、矿山、冶炼、发电等应用领域提供科学支持。