基于正交試驗(yàn)法的強(qiáng)化疏水工藝參數(shù)優(yōu)化-論文.pdf

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1、ISSN1671—2900采礦技術(shù)第15卷第1期2015年1月CN43-1347/TDMiningTechnology,Vo1.15,No.1Jan.2015基于正交試驗(yàn)法的強(qiáng)化疏水工藝參數(shù)優(yōu)化周為民,王開華,劉君杰,諶勇,薛順(1.南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,湖南衡陽(yáng)市421001;2.中國(guó)核工業(yè)建設(shè)集團(tuán)公司,北京100037)摘要:以我國(guó)某地煤型鈾礦的沉積砂巖頂板靜水疏水工藝參數(shù)為研究對(duì)象,以負(fù)壓固結(jié)理論為依據(jù)。通過負(fù)壓抽氣吸水式強(qiáng)化疏干試驗(yàn)裝置在實(shí)驗(yàn)室對(duì)砂巖模型進(jìn)行強(qiáng)化疏水試驗(yàn)。并以砂巖含水率作為強(qiáng)化疏水試驗(yàn)的定量評(píng)價(jià)指標(biāo),以砂巖固結(jié)不塌落

2、作為定性觀察評(píng)價(jià)指標(biāo).通過正交試驗(yàn).結(jié)果表明:影響砂巖疏水的因素依次為疏水花管的直徑及長(zhǎng)度、負(fù)壓以及疏水花管上小孔的分布形式,并得到各因素的疏水工藝優(yōu)化參數(shù)。基于強(qiáng)化疏干試驗(yàn)裝置的疏水工藝參數(shù)可作為我國(guó)某地蘊(yùn)藏豐富的煤型鈾礦及其類似條件礦藏的工程疏水提供設(shè)計(jì)依據(jù)。關(guān)鍵詞:煤型鈾礦;頂板疏水;疏水花管;砂巖模型;正交試驗(yàn)疏干試驗(yàn)裝置.由真空機(jī)組、負(fù)壓表、疏水花管、砂0引言箱、進(jìn)氣閥及管路系統(tǒng)等組成。真空機(jī)組需具有防煤型鈾礦的沉積砂巖頂板因含水量大,支護(hù)困爆功能,有較高的負(fù)壓,能連續(xù)工作,既能抽氣也能難,經(jīng)常發(fā)生安全事故,影響開采進(jìn)度,對(duì)泥質(zhì)砂

3、巖抽水.并且能通過細(xì)粒徑泥砂而不損壞:砂箱為可拆頂板進(jìn)行疏水可以解決富含靜水的泥質(zhì)砂巖頂板難卸的全封閉式鋼制結(jié)構(gòu),砂箱上蓋板安裝有調(diào)節(jié)負(fù)以支護(hù)的問題。砂巖頂板疏水.若是地下動(dòng)水,可采壓的進(jìn)氣閥.砂箱底部出水口與真空機(jī)組進(jìn)氣吸水用上游截流的辦法。對(duì)于地下靜水.則采用鉆孑L泄水口連接。砂箱內(nèi)泥質(zhì)砂巖模型高為1000mm,中間和坑內(nèi)外引排水等辦法,但疏水效率太低,延誤工期_1]。插有一根疏水花管與砂箱底部出水口相聯(lián)。我國(guó)某地煤型鈾礦的頂板多為含水率在8%~根據(jù)煤型鈾礦頂板砂巖成分與比例在實(shí)驗(yàn)室制16%的泥質(zhì)膠結(jié)細(xì)粒砂巖。這種泥質(zhì)砂巖的含水率作砂巖

4、模型。在8%左右時(shí),砂巖固結(jié)堅(jiān)硬,頂板支撐十分方便;1.2疏水工藝參數(shù)及試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)砂巖含水率在12%左右時(shí)。砂巖固結(jié)較堅(jiān)硬,頂板前期疏水試驗(yàn)得知:真空機(jī)組的負(fù)壓值.疏水花支撐較為方便;當(dāng)砂巖的含水率大到一定程度后,砂管長(zhǎng)度、通徑、小孔直徑及其分布形式(小孔垂直間巖便會(huì)變成豆腐渣狀.若砂巖的含水率達(dá)到臨界飽距)以及疏水時(shí)間等參數(shù)均影響疏水效果。為了簡(jiǎn)和狀態(tài),便會(huì)形成流砂。砂巖頂板根本無(wú)法支護(hù)[1]?;辉囼?yàn)數(shù)量,略去小孔直徑這一因素,并選定適據(jù)此問題,由負(fù)壓固結(jié)理論而研制的負(fù)壓抽氣吸水當(dāng)?shù)氖杷畷r(shí)間,將負(fù)壓、疏水花管長(zhǎng)度、通徑及疏水式強(qiáng)化疏

5、于試驗(yàn)裝置(以下簡(jiǎn)稱:強(qiáng)化疏干試驗(yàn)小孔垂直間距作為疏水工藝的主要參數(shù)。以砂巖的裝置)可在實(shí)驗(yàn)室對(duì)濕軟泥質(zhì)砂巖模型進(jìn)行高效疏平均含水率∞=8%作為疏水試驗(yàn)效果的定量評(píng)價(jià)水。通過疏水試驗(yàn)發(fā)現(xiàn).影響疏水效果及效率的因指標(biāo),以砂巖固結(jié)不塌落作為定性觀察評(píng)價(jià)指標(biāo)。素(疏水工藝參數(shù))較多,若采用傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法,1.3正交試驗(yàn)表的選用需要做大量的試驗(yàn),而采用正交試驗(yàn)法可以節(jié)省大根據(jù)疏水試驗(yàn)中的負(fù)壓、疏水花管長(zhǎng)度、通徑及量試驗(yàn)時(shí)間和試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。并且容易找到最佳疏水工疏水小孔垂直間距等4個(gè)疏水工藝參數(shù),選擇4因藝參數(shù)組合。素正交表,同時(shí)為了更準(zhǔn)確的找到相應(yīng)的水

6、平點(diǎn),為每1個(gè)因素設(shè)定3個(gè)水平,分別為1,2,3,正交試驗(yàn)1正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)因素水平表見表1,表格中的因素A為花管通徑、B1.1試驗(yàn)條件為花管長(zhǎng)度、C為小孔垂直間距和D為負(fù)壓(下砂巖模型疏水試驗(yàn)的設(shè)備選用專門研制的強(qiáng)化同)。58采礦技朱表1正交試驗(yàn)因素水平水平的1,2,3號(hào)試驗(yàn)作為第一組,把包含A因素2水平的4,5,6號(hào)試驗(yàn)作為第二組,把包含A因素3水平的7,8,9號(hào)試驗(yàn)作為第三組。表1所確定的各因素值是由前期疏水試驗(yàn)得到的,所選取的4個(gè)因素之間并無(wú)交互作用,所以正交表選用L9(3)表較為合適。結(jié)合因素水平表1可以得到正交試驗(yàn)方案,如表2所

7、示。表2正交試驗(yàn)方案圖1三段等比式疏水花管1.4正交試驗(yàn)疏水花管設(shè)計(jì)在前期疏水試驗(yàn)中。發(fā)現(xiàn)疏水花管上的疏水小孑L垂直間距為三段等比式【3(見圖1)比均勻分布式(見圖2)的疏水效果好。所以,正交試驗(yàn)疏水花管小孔垂直間距設(shè)計(jì)為三段等比式,花管小孔間距呈上疏下密等比式分布規(guī)律。從表2知,整個(gè)正交試圖2均勻分布式疏水花管驗(yàn)需要設(shè)計(jì)9根不同尺寸和結(jié)構(gòu)的疏水花管.可根據(jù)表2中的三段特征尺寸值并參考圖1進(jìn)行設(shè)計(jì)。2正交試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析2.1正交試驗(yàn)利用強(qiáng)化疏干試驗(yàn)裝置并按圖3所示的疏水工藝流程對(duì)砂巖模型進(jìn)行疏水試驗(yàn)。調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥可以調(diào)節(jié)負(fù)壓大小。每次正交試驗(yàn)

8、結(jié)束后,拆除砂箱底板觀察砂巖是否固結(jié),有元塌落;然后拆開砂箱側(cè)板,在砂巖中圖3強(qiáng)化疏干試驗(yàn)裝置疏水工藝流程心處自上而下等距選取11個(gè)砂巖樣品進(jìn)行含水率檢測(cè)。并計(jì)算砂巖的平均含水率

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