近松散层采掘抗渗透破坏评价方法Ⅰ:临界水力坡度

抗渗透破坏评价是近松散含水层煤层开采溃水溃砂防控的重要基础工作,但至今尚未形成规范性方法和标准。松散层和风化带抗渗透破坏评价的关键是确定水力坡度和临界水力坡度。首先综述了流土和内部侵蚀发生的临界水力坡度确定方法,指出近松散层煤层采掘诱发溃水溃砂临界水力坡度与传统的临界水力坡度的不同特点。针对集中通道获得考虑临空面出口尺寸和岩土层物理力学性质的松散砂层、黏土层和基岩风化带的抗渗透破坏临界水力坡度的计算公式,采用试验结果验证,溃水溃砂临界水力坡度公式的适用性。通过单因素和多因素参数对临界水力坡度的敏感性分析结果表明,裂隙宽度是影响临界水力坡度大小的最重要因素,也表明在实际工程中通过控制采掘诱发的覆岩破坏是减少溃水溃砂灾害的关键措施。煤系风化带的临界水力坡度与其中黏土成分的含量、施加荷载大小有密切的关系,当黏土在风化岩石中占比(质量分数)为5%~40%时,其变化范围为2.9~67.2,给出了用高斯函数的拟合估算关系式和考虑上覆荷载的估算公式。研究结果将为近松散层开采溃水溃砂评价临界水力坡度计算提供参考。

近松散层采掘抗渗透破坏评价方法Ⅱ:水力坡度解析法

采掘诱发裂隙导通顶板上覆含水砂层中产生的水力坡度是渗透型溃砂的关键判断依据之一,但是,到目前为止主要是采用定流量下的稳定流水力坡度表达式计算,而实际上,上覆含水层中水动力条件和涌水量在溃水溃砂过程中都是非稳定的。本文依据非稳定流理论,给出了二维潜水、承压水单井定降深模型下的水力坡度J的解析公式,并分析了J随时间和距离的演变特征。结果表明,对于潜水,J随与井的距离r的增加而下降,下降速度随r的增加而减小;存在拐点r′,当r<r′时,J随时间延长而下降,在r>r′时,J随时间延长而增加;随着地下水头H 0的增加,J是增加的;本文获得的潜水的非稳定流条件下的J大于潜水稳定流的J。对于承压水,J随r的增加而下降,下降速度随r的增加而减小;与潜水不同的是,在不同r处,J随时间延长而下降,不存在拐点;随着H 0的增加,J是增加的;本文获得的承压水的非稳定流条件下的J不总大于承压水稳定流的J。最后,在伊犁河谷某矿对本文方法进行了初步应用。

蝶式水泵控制阀的水锤防护功能及卡洛湖泵站的水力坡度计算

本文介绍了蝶式水泵控制阀的水锤防护功能、阀门结构、工作原理、主要技术参数和技术特点,对应用了蝶式水泵控制阀的卡洛湖泵站输水管网的水力坡度进行了详细的计算分析,提出了增设防水锤空气阀的优化方案,并现场检测和验证了蝶式水泵控制阀的实际应用效果。

膏体充填料浆水力坡度研究进展

膏体充填技术近年来在矿山得到了较多的应用,但是关于膏体充填料浆水力坡度的计算却成为越来越突出的问题。介绍了目前通用的几种计算膏体料浆水力坡度的公式,并对各个公式的优缺点及适用范围做了评价。最后指出了膏体充填料浆水力坡度计算的研究方向。

粗骨料高质量分数充填料浆管输水力坡度模型及其应用

基于宾汉姆流变模型和非牛顿流体力学理论,采用L管试验装置,利用3因素3水平正交设计方案,通过回归分析得到各因素对粗骨料充填料浆流变特性的影响规律,进而构建粗骨料充填料浆管道输送水力坡度数学模型,根据极差分析结果优化方案。研究结果表明:水力坡度与料浆质量分数呈正相关,与水泥添加量、粉煤灰掺量呈负相关,与流速呈线性关系;采用优化方案进行工业试验,结果显示料浆流速范围为1.91~2.13 m/s,对模型修正后水力梯度相对误差不超过4.00%。

水力坡度对淹没单丁坝近区水流结构的影响

采用超声波水位和PIV流速测量技术,在U形水槽中试验研究了不同水力坡度下淹没单丁坝对水流的影响。同一水力坡度,丁坝上游横比降沿程逐渐增大,丁坝下游横比降沿程逐渐减小。不同水力坡度,随着水力坡度的增大:1丁坝附近的水位、横比降、淹没程度和丁坝迎水面与背水面的水位差逐渐减小;2丁坝上游最高水位位置向下移动,丁坝下游水位恢复点位置向上移动;3断面平均流速及最大流速逐渐增大,但最大流速出现的位置基本不变;4漩涡流速分布较相似,但漩涡强度增加,坝后漩涡中心逐渐向下游对岸移动。当水槽坡度为-1‰~1‰时,淹没丁坝对丁坝上方5 cm处的剖面水流影响较小;当水槽坡度为2‰时,淹没丁坝对丁坝上方5 cm处的剖面水流影响较大;当水槽坡度为1‰~2‰时,淹没丁坝对水流结构的影响可能存在1个临界变化点。研究结果有助于对河床演变及海岸工程等复杂水环境问题的深入探索。

粗砂浆体水平管道流动水力坡度预测研究

为了研究粗砂浆体水平管道流动水力坡度预测问题,通过分析和计算颗粒运动受力平衡关系,提出添加修正系数来修正干涉力的研究方法,并采用若干专家学者的试验数据,拟合出了修正系数的表达式.在此基础上,利用等效阻力模型,给出了粗砂水平管道流动水力坡度的计算模型,并借助相关学者的试验数据对该模型进行了检验.结果表明,模型计算值与实测值的偏差均小于10%,且考虑修正系数后,水力坡度的计算值相对增大,更加接近实测值.说明粗砂颗粒浆体管道中颗粒干涉力需要修正,且由此提出的粗砂颗粒水力坡度模型对于研究粗砂浆体管道输送技术具有一定参考价值.

倾斜管道水力坡度的研究

针对国内倾斜管道水力坡度的研究较少,在工程中,管道输送不可避免地要穿过地势起伏较大的地区的情况,研究了倾斜向下管路中的水力坡度损失。在前人的研究基础上,推导出了向下倾斜管道沉降性浆体的水力坡度计算公式。其次,还利用相关数据对推导出的公式进行了检验,比较了计算值与实测值的差异,结果两者误差很小。最后分析了推导出的公式存在的不足,提出了下一步要做的工作。

管道内非均质流速度分布与水力坡度的研究

从非均质流中固体粒子与清水之间动量传递这一基本问题的分析入手，提出了水平管道内非均质流中固体粒子处于悬浮流动状态下的速度分布与水力坡度求解的理论分析新方法和模型．利用该模型不但能精确地预计沉降性浆体的速度断面。

基于MMAS-BP神经网络的粉煤灰膏体管道输送水力坡度预测

水力坡度是粉煤灰膏体井下处理系统设计的重要参数,决定着能耗大小和运行成本。为掌握水力坡度的精确结果,将最大最小蚁群算法(MMAS)和BP神经网络结合应用于水力坡度的预测中,建立了水力坡度预测模型。经实践应用表明,该预测模型具有最大最小蚁群算法的快速收敛和全局性,又具有BP神经网络强大的映照效果,预测结果完全满足实际应用需要。

膏体倾斜管道自流输送水力坡度研究

通过倾角为40°、50°和60°的膏体管道输送试验结果,分析了膏体管道输送水力坡度的影响因素,研究了膏体屈服应力和刚度系数与膏体浓度的关系。在水平管道水力坡度计算公式的基础上,通过分析发现,倾斜管道中的水力坡度相对于水平管道水力坡度减少值与福氏数、浆体浓度和管道倾角有关。通过绘图分析以上参数对水力坡度减少值函数的影响规律,给出了水力坡度减小值函数的表达式,进而给出了膏体倾斜管道自流输送水力坡度的计算模型。采用70°倾角膏体输送试验结果对作者所提出的模型进行了检验,发现最大偏差在12%以内。

非均质流速度分布与水力坡度的研究

进行了非均质流固体粒子加速过程中的清水与固体粒子的速度变化、动量传递、相关质量计算等基本分析。提出了水平管道内固体粒子处于悬移运动状态下预计非均质流速度断面与水力坡度的新方法和模型。

一个非均质流水力坡度解析的新模型

提出了预计水平管道内固体颗粒处于多种移动状态下非均质流速度断面与水力坡度的模型，为非均质流管道运输的参数设计提供了一个新方法。

沉降性浆体在水平管道内输送时的水力坡度

从固体颗粒加速期间清水与固体颗粒的速度变化、动量传递、相关质量等基本问题分析入手，研究了沉降性浆体在水平管道内流动时其固体颗粒在３种流动状态下的水力坡度，提出了沉降性浆体在水平管道内流动的机理模型，进而用该模型对一些输送条件下的沉降性浆体的水力坡度进行了计算。对实际问题的理论计算结果与实测结果的对比分析表明，该模型能比较精确地预计上述几种流动状态下水平管道内沉降性浆体的水力坡度。

水煤浆的流变参数及水力坡度研究

以月桂醇聚氧乙烯醚为分散剂,海泡石为稳定剂,进行了水煤浆流变参数和管道输送实验研究。分析了分散剂质量分数、水煤浆质量分数及稳定剂质量分数变化对极限沉降浓度等的影响,并从理论上给出了假塑性及胀塑性流体水力坡度计算方法。颗粒级配实验和流变参数数据分析结果表明:分散剂质量分数为1.000%时,最高制浆质量分数达到72%,小于极限沉降浓度;质量分数66%的水煤浆中,分散剂质量分数为1.000%时,极限沉降浓度和表观黏度分别取得最大值(78.03%)和最小值(442.31×10^-3 Pa·s);表观黏度随水煤浆质量分数的增加而增加;随着稳定剂质量分数由0%增加到0.7%,质量分数66%浆体的析水率先降低,后维持0.2%不变;稳定剂的加入在很大程度上可增加水煤浆的表观黏度;煤浆管道输送数据的分析及理论计算结果表明,分散剂质量分数越大,则质量分数66%水煤浆的水力坡度值越小;水煤浆质量分数越大,水力坡度值就越大;质量分数66%水煤浆的水力坡度值随稳定剂质量分数的增大而增加,且增量有降低趋势。水煤浆输送水力坡度可用基于流变参数的均质浆体水力坡度公式计算,计算值与实测值偏差不大于18%。

抽灌井布局及天然水力坡度对热贯通的影响

通过建立地下含水层水-热耦合数学模型,对不同抽灌井间距、回灌井间距以及天然水力坡度条件下的抽水井温度变化进行模拟和分析。结果表明,抽灌井间距小于120 m时,抽灌井间距对热贯通的影响程度相差很大;回灌井间距对热贯通的影响相对较弱;存在天然水力坡度时,正确的布井方式更加有利于抽水井水温的稳定。

用解析法确定天然状态下地下水流向与水力坡度

本文应用空间解析几何原理 。

粘性土初始水力坡度试验研究

粘性土中可能存在的初始水力坡度现象会影响其固结特性。通过GDS高级固结仪系统开展了不同塑性指数的粘性土和粉土在不同总固结压力和孔压条件时的孔压消散试验,研究结果表明:粘性土中存在初始水力坡度现象,土的塑性指数越高初始水力坡度也越大;孔压对初始水力坡度值有显著影响,孔压越小初始水力坡度越大;孔压相同时初始水力坡度随有效应力的增大无明显变化。

水平浆体管道堆积层厚度与水力坡度的关系

从清水与固体颗粒之间的动量传递入手,分析了水平管道内沉降性浆体流动时清水与固体颗粒之间的相互作用机理,分别得到了输送流体、固体颗粒和浆体的速度分布。同时,根据固体颗粒的起动条件,研究在不同水力坡度下的堆积层厚度的变化规律。用此方法所得计算结果与试验数据吻合较好。

不同水力坡度对丁坝近区水流的影响

采用超声水位和PIV 流速测量技术,对不同水力坡度下非淹没丁坝近区的水流结构进行了试验研究。结果表明,随着水力坡度的降低,在坝头处,紊动强度较大的区域逐渐向主流区及上游扩散;在坝后,跌水最低点逐渐下移,漩涡中心向丁坝侧边壁靠近。回流区长度与宽度的变化和水力坡度的变化无明显对应关系,但坝头近壁区的流速与坝后回流区的长度及宽度存在高度响应的线性关系。研究成果揭示了丁坝在不同水力坡度下调整水流结构的机理,同时对各家测量得到的回流区长度不等有了较明确的答案,为工程中丁坝的设计及河道岸线的规划提供了科学依据。