矿用湿喷混凝土稠密流长距离输送机理及流动特性研究

It is a serious problem in mine support project of wet shotcrete about how to ensure the safe and efficient long-distance pipeline transport of mine wet shotcrete. The study on flow law of the concrete within the small diameter recently is not systematic and the the reliable research data is lacked. The test platform of 100 meters long distances pipeline was builded with equal ratio to develop flowing test including different diameter, different proportion and different types of concrete mixes in long-distance pipeline.The project researchs on the flow state and flow characteristics of material group under different conditions such as the the early pumping, normal mobility, stopping transportation and restart state, and investigates the mechanism of the pipeline effective cross-section from narrowing to blocking. Then work performance evaluation system of mine-used concrete is improved, and the flow stability evaluation methods of wet shotcrete and restarting movement mechanism of test transient perturbation method on stationary concrete materials group are raised. Meanwhile, the labor load is reduced, and the transportation is improved with testing the wind supplement position and angle of the tail pipe. The mine wet shotcrete theory is further improved through systematic research ,which provides scientific reference and solutions for safe transport of wet shotcrete.

如何保证煤矿湿喷混凝土长距离管道安全高效输送是目前煤矿湿喷支护工程中亟待解决的难题，目前对中小管径内混凝土流动规律的研究尚不系统，缺乏可靠的有针对性的研究数据。本项目通过等比例建造100米长距离管道输送试验平台，开展不同粒径、不同配合比、不同性质的混凝土拌合料在长输管道中的流动试验，研究料群在初期泵送、正常流动、停输及停输再启动等不同工况下的流动状态和流变特性；探讨管道有效截面缩小直至堵塞的机理；完善矿用混凝土工作性能评价指标体系，提出湿喷混凝土流动稳定性评价方法；试验瞬态扰动方法对停输静止混凝土料群的运动重启作用机制；同时为减轻作业人员抱喷工作劳动负荷，试验测试管道尾部补风位置、角度对输送改善作用。通过系统研究，进一步完善煤矿湿喷理论，为湿喷混凝土安全输送提供科学参考和解决方案。

矿用湿喷混凝土可以有效解决干（潮）喷混凝土带来的高浓度粉尘、低喷射质量问题，但是由于湿喷混凝土管道输送和管道堵塞问题阻碍了湿喷技术在煤矿井下巷道支护中的应用，而且目前对中小管径内混凝土流动规律的研究尚不系统，缺乏可靠的有针对性的研究数据。本项目通过等比例100米长距离管道输送试验平台升级改造及建设测速平台，开展了湿喷混凝土长距离管道输送试验研究，通过混凝土测试实验，揭示了润滑层的形成机理及混凝土各组分物料在输送管道中的分布规律；研究了湿喷混凝土长距离管道压力分布特征；建立了湿喷混凝土工作性能评价方法，并通过正交试验分析，优化了湿喷混凝土的配合比；揭示了湿喷混凝土泵送初期管道堵管机理，提出了预先泵送水泥浆体量的计算方法，结合长距离管道输送实验，通过压力变送器检测得到了堵管前后压力分布特征；通过切割管道堵塞及非堵管位置的混凝土柱塞，从切割剖面分析得到内部骨料的分布形态；试验得到瞬态扰动方法对停输静止混凝土料群的运动重启作用机制；研发绿色开关引气剂的研发实现了湿喷混凝土可泵性与可喷性的矛盾分离，在不添加速凝剂及减水剂的情况下，有效实现了长距离管道输送及良好的喷射效果；研究了输送管道润滑层预创技术，通过配制新型润管剂，实现泵送初期润滑层的预创，减少初期泵送管道堵塞概率，提高各种配比湿喷混凝土的泵送范围，相比常用润管剂，可减少压力损失30%以上，有效的提高了湿喷混凝土的泵送效率。同时为减轻作业人员抱喷工作劳动负荷，利用FLUENT软件模拟了不同形式的管尾补风方式，并通过试验验证，优化后的管尾补风方式在减尘降弹方面效果优异。通过系统研究，进一步完善了煤矿湿喷理论，为湿喷混凝土安全输送提供科学参考和解决方案。