固体充填采煤物料垂直输送的动力特性研究

As a new type of pipe transport technology, the vertical transport system in which solid waste such as gangue, fly ash are transported to the underground from ground directly could supply the solid material continuously and efficiently. However, intensive research proved that some problem such as intense dynamic impact, pipe abrasion, airflow variation could be induced when a mass of solid material fall in the vertical pipe. This proposed research aims to study the solid concentration, wind resistance and gas-solid two phase flow during the feeding process, then, to establish a rational transport model to obtain a motion characteristic of solid material through laboratory test, theoretical analysis, numerical simulation and field test, etc. There are three main themes within the proposed research: the first is to explore the description method and motion model of solid concentration during falling process; the second theme is to explore wind resistance caused by solid material fall in the pipe; the last one is to obtain the interaction between solid and air flow. This proposed research will lead to the exploitation of buffering technology and equipment, air discharge system. Further, this research will provide important theoretical basis.

固体物料垂直输送系统是实现矿山固体物料（如矸石、粉煤灰等）从地面直接运输至井下的一种新型管道输送技术，它较好地解决了固体充填采煤中充填料高效连续化供应的技术难题，但固体散料在大垂深空间内大量输送过程中易引发动力冲击、管道磨损、气流场变化等制约生产安全的问题。基于此，采用理论分析、实验室测试、数值模拟和现场试验等研究手段，通过研究固体物料在大垂深空间内输送过程中的分布状态、风阻特性及气固两相作用特征，建立合理的输送模型，得到固体物料在大垂深空间内的基本运动规律，从而可以解决固体物料垂直投放中的三个关键科学问题：（1）固体物料垂直投放过程中的分布状态描述方法与模型建立；（2）不同投放条件下固体物料垂直下落中的风阻变化规律；（3）不同投放条件下固体物料与气流场的相互作用关系。研究成果将为固体物料垂直投放中的缓冲技术与装备、气流导排技术与系统的开发，以及该技术的工程应用提供重要理论依据。

固体充填采煤技术是针对我国我国大规模煤炭开采造成十分严重的矿区资源浪费和生态环境破坏问题而开发的一种新型充填开采方法，它与综合机械化采煤相匹配，采用机械化的方法把矿区的矸石、粉煤灰等固体废弃物密实充填采空区，安全高效地采出传统技术无法回收的煤炭资源。而固体物料垂直输送系统是实现矿山固体物料（如矸石、粉煤灰等）从地面直接运输至井下的一种新型管道输送技术，它较好地解决了固体充填采煤中充填料高效连续化供应的技术难题，但固体散料在大垂深空间内大量输送过程中易引发动力冲击、管道磨损、气流场变化等制约生产安全的问题。.基于此，本项目通过采用理论分析、实验室测试、数值模拟和现场试验等研究手段，研究了固体充填物料在垂直投料管内的运动特征及其引起的气流场分布特征、固体充填物料冲击特性及其缓冲机理等，取得以下主要研究成果：（1）根据固体充填物料实际投放特征，建立了以透风率为参量的运动模型，并采用风洞试验方法研究了固体充填物料在垂直投放过程中的风阻特性，得到了固体充填物料的运动控制方程及在不同投放量条件下固体充填物料的运动规律。（2）采用ABAQUS数值模拟软件分析了固体充填物料垂直投放通道内气流速度场和压力场的分布规律，揭示了垂直投料管气固两相运动特征与作用原理，研究了卸压作用对气流场的分布影响，得到了气流卸压原理。（3）基于碰撞力学的基本原理，建立了固体充填物料与被动碰撞体的动力冲击模型，分析了固体充填物料垂直投放中的冲击特征，并采用数值模拟软件研究得到了被动碰撞体在不同冲击条件下的动态响应规律。研究成果为固体物料垂直投放中的缓冲技术与装备、气流导排技术与系统的开发，以及该技术的工程应用提供重要理论依据。