岩溶管道充填物结构特征及成因分析

研究岩溶管道充填物的物质组成及其沉积规律是恢复岩溶管道沉积环境的重要手段。通过对某水电站右岸灰岩地层中不同高程岩溶管道充填物试样进行颗粒分析与试验,得到不均匀系数及曲率系数变化曲线、颗粒粒径变化曲线等,从而分析了管道中粗细颗粒沉积物的粒度特征,探讨了管道充填物的地质联系、沉积物的来源、沉积环境及流体性质。

谱激电法判别岩溶管道充填物性质实验研究

频谱激电法中的谱激电参数含有岩层内部孔隙结构的信息,不同的充填物往往具有不同的频谱特性,本文利用频谱特性差异来研究岩溶管道充填物的性质。通过大量的物理模型实验,研究了溶洞充水、充土、充泥、充盐水、无洞和空洞时的谱激电响应,得出:模拟溶洞充填物性质不同时相位谱有或大或小的差异;充水、充泥时和空洞、无洞时相比电阻率振幅谱、相位谱和虚电阻率谱有明显差异;充水、充盐水、充泥和充土时的时间常数比无洞和空洞时明显要大;充泥时的时间常数τ最大,充土其次,充自来水再次,充盐水最小。仔细分析原始数据图件和反演获得的频谱激电参数的大小变化及其分布情况,同时结合其他资料,定性地对岩溶充填物属性的判断是可行的。

低压风力管道充填在薄及中厚煤层的应用

为提高顶板支撑效果和充填效率,在31113W工作面采用低压风力管道充填工艺,对原机械充填和现低压风力充填的充填设备、充填能力和充填效果等进行对比分析。研究结果表明:相对于机械充填,低压风力管道充填的充填密实度高,支撑顶板的效果好,工人的劳动强度小,安全系数高,综合经济效益好。

二维管道充填过程的修正SPH模拟

通过施加一种密度初始化方法对传统光滑粒子动力学(SPH)方法进行修正,提出一种修正SPH方法.同时,为了提高边界上数值计算的准确性,提出一种新的固壁边界处理方法.通过修正SPH方法模拟液滴拉伸问题和溃坝问题,验证修正SPH方法的准确性和可靠性.随后,对研究很少的管道充填过程进行修正SPH模拟,并讨论Re对流场及涡的影响.数值结果表明,修正SPH方法能够准确模拟牛顿流体管道充填过程,且流动受Re的影响较大.

基于ERT技术的矿山充填管道堵塞三维可视化检测方法

全尾砂胶结充填法,在金属矿山的开采中被广泛应用。充填料浆在管输过程中的堵管、爆管现象,给充填管道带来很大的安全隐患,是制约充填技术发展和应用的瓶颈。为了探索矿山充填管道堵塞的可视化检测方法,获取矿山充填管道内壁结块的几何形状与相对位置的三维信息,利用COMSOL软件建立多层ERT传感阵列的三维模型,采用有限元方法求解ERT正问题,阐明了ERT三维敏感场内电势与电流密度的变化趋势。在此基础上,以灵敏度为媒介分析ERT的“软场”特性,揭示了三维敏感场内检测灵敏度的分布规律。采用Gauss-Newton算法求解ERT的逆问题,对5种堵塞仿真模型进行三维图像重建,仿真结果表明正则化Gauss-Newton一步算法在重建图像质量上与正则化Gauss-Newton迭代算法差别极小,但在重建时间上优于正则化Gauss-Newton迭代算法,更适合三维图像重建。Gauss-Newton一步算法中选择Laplace先验知识优于Noser先验知识。最后,根据仿真模型,采用某金属矿尾砂制作尺寸不同的4种结块试件,养护14 h后放入充满质量分数为74%全尾砂充填料浆的竖直管道中的5个不同位置,模拟充填管道内壁5种不同的结块位置及堵塞程度。利用自主研发的48电极3D-ERT成像系统,采用Gauss-Newton一步算法,对以上5种堵塞情况进行三维成像实验。实验结果表明:实测结果与仿真结果一致,重建图像可以准确反映出管道内壁结块的几何形状和所处位置等三维信息。

深井充填管道失效概率准则的模糊综合评判

以深井管道自流输送工艺为研究对象, 通过层次分析并利用二级模糊综合评判方法, 确定系统失效的可接受概率. 将深井充填工艺可能发生的输送失效划分为6个因素和5个等级. 在此基础上, 以层次分析法确定因素权重, 以等比值递增法或递减法确定5个因素等级隶属度, 应用经验和参照类似工艺系统将系统允许概率范围确定为[10-4 ,10-2], 并将其离散为9个区间. 最后, 采用三角函数和插值模糊推理及二级模糊综合评判方法, 得到了系统的模糊综合评判集和可接受的失效概率. 以管道设计水平较高、材料和施工质量一般、维护管理水平一般、运行环境较差、事故后果严重为例对系统进行评判, 得到其事故的可接受概率为7.743×10-4～12.915×10-4, 即介于适度发生概率到不易发生概率之间, 与现有系统实际发生的事故概率基本吻合.

自流充填管道局部变径满管输送的环管试验

为研究变径管管径、长度和安装位置对料浆自流输送满管率的影响规律,自主设计研发了一套小型变径环管试验装置,测试不同变径管条件下料浆自流输送的水力坡度及满管率,并利用皮尔森相关分析法探究各因素对满管率的影响程度。结果表明,满管率与变径管管径存在极显著负相关关系,随着管径减小呈指数型增长,管径小于50 mm时满管率急剧增长;满管率与变径管长度存在显著正相关关系,随着长度增加呈线性增长;变径管在水平管段安装位置的变化对满管率影响很小,可忽略。

充填浆体管道输送故障机理分析及其防范实践

以目前国内金属矿山采用的较为典型的两相流管道重力自流输送工艺为基础 ,应用水力学方法并结合生产实际 ,分析了充填浆体管道输送中发生故障的主要原因 ,指出水击是造成输送管道爆裂、跑浆等事故的主要原因 ,进而有针对性地提出了安全经济的输送措施 ,建立了充填工艺改造时的管径和管路长度计算公式 。

基于属性识别的充填管道磨损风险评价模型研究

为有效量化分析与评估充填管道磨损风险等级,引入了属性识别理论,建立了基于改进CRITIC法属性识别的充填管道磨损风险综合评价模型。首先,从料浆特性、管道特性、施工工艺和充填技术4个角度选取了包括充填骨料加权平均粒径等12个具有代表性的影响因素,构建了多层次综合评价指标体系;其次,采用改进CRITIC法确定指标客观权重,根据指标属性特征和分级判据,建立测度函数,分别计算单指标属性测度和综合属性测度值,并在属性识别原则下,综合评估风险等级;最后,以金川龙首矿、宝山铅锌矿、新城金矿3座矿山为例,进行相关计算,判断各矿山管道磨损风险状况,通过与未确知测度理论、可变模糊集理论评价结果进行对比,验证所建立的基于改进CRITIC法属性识别模型在磨损风险分析与评估方面的准确性。结果显示:3座矿山充填管道磨损风险等级分别为Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅲ级,该结果符合工程实际,且3种综合评价模型评估结果相同,为充填管道磨损风险评估工作提供了新方法。

低压风力管道矸石充填技术研究

使用风力管道矸石充填技术保证了承压水工作面的安全开采,既可以减少煤矿固体废弃物排放,又提高矿井资源回收率,达到清洁生产的目的。

基于未确知测度理论的充填管道堵塞风险性评价

为预测深井矿山充填管道堵塞的难易程度,运用未确知测度理论,建立充填管道堵塞风险性评价模型。选取10项评价指标作为未确知测度模型的判别指标,根据实测数据建立各项指标的未确知测度函数,并利用信息熵理论获得各判别指标的权重,依照置信度识别准则进行等级判定,最后得到充填管道堵塞风险性预测值。研究结果表明:金川龙首矿、大红山铜矿、河东金矿和新城金矿等4个评价对象的风险性等级分别为:Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅲ级。未确知测度理论能综合考虑各项评价指标对评价体系的影响,并进行相应的定量计算。

充填管道系统失效模式与影响分析(FMEA)及失效影响模糊评估

根据金川矿区充填管道系统的运行情况,结合充填实践经验,建立了充填管道系统的失效模式与影响分析法(FMEA)分析表,得出系统存在10种失效模式。针对FMEA分析表中失效影响存在较大模糊性而难以有效估计的特点,引入模糊评估方法来进行分析。通过该矿区充填管道系统各失效模式产生失效影响的模糊评估,得到不同失效模式对系统可靠性影响的排序结果。结果表明:该方法的评估结果与实际情况比较吻合;可以使分析定量化,有助于工程人员充分利用系统模糊信息;该方法也能用于其他系统失效模式影响的模糊评估。

充填管道堵塞风险预测模型

建立充填管道堵塞风险预测模型,运用层次分析法和未确知测度理论的基本原理对管道堵塞风险进行综合评判。在预测过程中,综合考虑影响管道堵塞的动态、静态、定量和非定量指标,如料浆流速与临界流速之比、料浆体积分数、管道粗糙度等。其步骤为:首先,利用实测数据建立单指标未确知测度矩阵;然后,通过层次分析法(AHP)计算各指标因素的权重,依照置信度识别准则进行等级判定;最后得到充填管道堵塞风险性预测结果。实例验证结果表明:预测结果与实际结果相符。

充填管道磨损形式及机理分析研究

针对充填管道易磨损的问题,对金川矿区的充填钻孔进行调查,分析发现料浆在自由下落段的冲击磨损是充填管道的主要磨损形式。建立料浆流动的物理力学模型,从动量和能量的角度探讨充填管道的磨损机理。研究表明,自由下落段的高度越大,料浆到达空气砂浆交界面的速度越大,对局部管壁的冲击磨损就越严重。提出管壁单位面积耗能量的概念,得出管壁单位面积耗能量越大,管壁磨损速率越快的结论。

充填钻孔内管道磨损机理及易破损位置的确定(英文)

充填钻孔是充填法矿山的关键工程之一,容易受到充填料浆的冲击而造成破损。金川公司数字化钻孔电视观测结果表明,充填钻孔存在一个严重破损区域,该区域位于充填钻孔内空气和料浆的接触面上。充填料浆自由降落,具有较高的末期下落速度,而以较高的动量和冲量冲击充填钻孔的内套管管壁。因此,充填钻孔的严重磨损深度,即空气与料浆的接触面高度,可以根据充填钻孔的高度、水平管道的长度、浆体的密度和水力坡度进行估算。实例研究结果表明,该估算方法具有足够的精度,有利于充填钻孔的日常管理和维护。

充填管道磨损风险评估的组合权重与可变模糊耦合模型

针对充填管道磨损风险各影响因素之间的复杂性和不相容性,引入主客观组合权重与可变模糊集相结合的充填管道磨损风险评估方法。选取充填骨料加权平均粒径、骨料颗粒形状、浆体密度、浆体腐蚀性、管道耐磨性、钻孔内管道内径、管道壁厚、钻孔偏斜率、充填倍线、管道安装质量、流速与临界流速比值和管线变化程度共12项主要影响因子,建立充填管道磨损风险评估的主客观组合权重与可变模糊耦合模型。以国内5座矿山充填系统的输送管道实测数据为例,根据AHP法和熵权法确定评估指标的最优组合权重,然后利用可变模糊模型计算评估对象的综合风险特征值,进而确定充填管道的磨损风险等级,最终通过与其他模型得到的结果进行对比来验证其准确性。研究结果表明:该模型评估结果与其他风险评估模型评估结果相一致,也与现场实际结果相吻合,为充填管道磨损风险评估提供了新的参考方法。

充填管道失效风险性预测精度研究

为更准确预测矿山充填管道失效风险性,建立主成分分析与改进BP神经网络相结合的评价模型。选取10项评价指标作为充填管道失效风险性的评判指标,统计10个矿山的样本数据,并运用主成分分析法对这10个样本数据进行预处理,得出主要成分,再利用改进的BP神经网络模型进行预测,最终得到更准确的管道失效风险预测结果。研究结果表明,所得到实际预测结果与期望值之间的相对误差分别为2.31%,1.68%,3.02%。预测相对误差控制在4%以内,较未经主成分分析处理的标准BP神经网络预测精度更为准确。利用主成分分析法与改进的BP神经网络相结合建立的充填管道失效评价模型具有分析速度快、预测精度高的特点,为矿山充填管道失效风险预测提供了一种更为完善的方法。

基于熵权和综合指数模型的充填管道堵塞风险性评价

为预测深井矿山充填管道输送系统堵塞的难易程度,基于熵权理论建立充填管道堵塞风险综合指数模型。以金川龙首矿、大红山铜矿、河东金矿和新城金矿作为充填管道堵塞风险评价模型的对象,选取10项评价指标作为综合指数模型的判别指标,根据矿山实测数据和管道堵塞风险三级评价标准建立对应矩阵,并利用熵权理论获得各判别指标的权重,依照综合指数模型计算得到充填管道堵塞风险性预测值并进行排序。研究结果表明:金川龙首矿堵塞风险仅次于Ⅱ级,河东金矿、新城金矿和大红山铜矿均小于Ⅲ级。由此可见,金川龙首矿管道堵塞风险明显大于其他3个矿山,而大红山铜矿、河东金矿和新城金矿管道堵塞风险差距不大。基于熵权的综合指数模型能反映出样本与评价标准之间的远近程度,评价结果客观、合理,具有良好的实用性。

充填管道堵塞的事故树分析

充填管道的稳定性是充填系统安全运行的关键,而充填管道堵塞是料浆输送过程中发生最为频繁的事故。为合理分析充填管道堵塞的直接原因和间接原因,在综合分析充填管道堵塞事故的基础上,运用安全系统工程中的事故树分析法,建立了充填管道堵塞事故树模型。通过分析和计算事故树的最小割集、最小径集和基本事件的结构重要度,找出了导致充填管道堵塞的主要因素。结果表明:导致充填管道堵塞的路径共有落入异物、格筛破损、管道内径不当等22条,预防充填管道堵塞的途径共有合理控制料浆配比、规范相关设计、消除管理缺陷等4种;水泥用量不合理、料浆配比不合理、弯管较多等16个因素是导致充填管道堵塞的最重要因素。事故树分析法能对导致充填管道堵塞的各种因素及逻辑关系做出全面的阐述,并根据结构重要度提出针对性的防治措施,为充填管道的安全管理提供了可靠的参考依据。

地下工程流–固耦合试验新技术及其在充填型岩溶管道突水模型试验中的应用

在地质力学模型试验技术的基础上,根据大型交通、水利水电及矿山工程的需要,开展大比尺流–固耦合模型试验技术研究,包括新型流–固耦合相似材料、三维可视化固液耦合试验系统以及多物理场信息监测分析技术。提出了流–固耦合相似材料的配制原则,选择了多种性能耦合较小的调节剂,实现了强度、渗透性、重度等指标的独立调节,大大提高了材料的相似度,保证材料能够在水长期作用下保持稳定的性质,很好地模拟中、低强度的岩体、破碎带及充填物。三维可视化固液耦合试验系统具备了自动化静力加载和数字化水压加载功能,实现了复杂地质条件下有压水体与相似材料的大面积直接作用,为流—固耦合条件下渗流和突涌水过程的模拟提供了可视化的试验场所。光纤技术、电阻元件柔性防水技术和自动化数据采集分析系统,实现了水环境下模型体内部渗压、应变和位移的精确采集和分析。最后,依托湖北省保康至宜昌高速公路尚家湾隧道,开展了充填型岩溶管道失稳突水的大比尺三维模型试验研究,真实再现了工程中的突涌水过程,揭示了充填型岩溶管道突水的灾变特征。流–固耦合试验新技术得到成功应用,为试验的顺利进行提供了技术保证。