煤矿巷道矸石胶结充填工艺及装备研究.pdf

分类号分类号TD402TD402密密级级 公公 开开 U D CU D C 单位代码单位代码 1042410424 学学 位位 论论 文文 煤矿巷道矸石胶结充填工艺及装备研究煤矿巷道矸石胶结充填工艺及装备研究煤矿巷道矸石胶结充填工艺及装备研究煤矿巷道矸石胶结充填工艺及装备研究 肖肖 洪洪 彬彬 申请学位级别申请学位级别硕士学位硕士学位专业专业名名称称机械制造及其自动化机械制造及其自动化 指导教师姓名指导教师姓名肖肖 林林 京京职职称称教教授授 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二二○○○○八年五月八年五月 论文题目论文题目论文题目论文题目 煤矿巷道矸石胶结充填工艺及装备研究煤矿巷道矸石胶结充填工艺及装备研究煤矿巷道矸石胶结充填工艺及装备研究煤矿巷道矸石胶结充填工艺及装备研究 作者姓名作者姓名作者姓名作者姓名 肖洪彬肖洪彬入学时间入学时间入学时间入学时间 2005200520052005 年年 9 9 9 9 月月 专业名称专业名称专业名称专业名称 机械制造及机械制造及研究方向研究方向研究方向研究方向计算机辅助设计计算机辅助设计 其自动化其自动化与辅助制造与辅助制造 指导教师指导教师指导教师指导教师 肖林京肖林京职职职职称称称称 教教授授 论文提交论文提交论文提交论文提交日期日期日期日期2008200820082008 年年 5 5 5 5 月月 论文答辩论文答辩论文答辩论文答辩日期日期日期日期2008200820082008 年年 6 6 6 6 月月 授予学位授予学位授予学位授予学位日期日期日期日期 RESEARCHRESEARCHRESEARCHRESEARCH O O O ON N N N PROCESSPROCESSPROCESSPROCESSANDANDANDANDEQUIPMENTEQUIPMENTEQUIPMENTEQUIPMENT OFOFOFOF GANGUEGANGUEGANGUEGANGUE CEMENTEDCEMENTEDCEMENTEDCEMENTEDBACKFILLINGBACKFILLINGBACKFILLINGBACKFILLING ININININ COALCOALCOALCOAL TUNNELTUNNELTUNNELTUNNEL A A A ADissertationDissertationDissertationDissertation tedtedtedted inininin fulfillmentfulfillmentfulfillmentfulfillment ofofofof thethethethe requirementsrequirementsrequirementsrequirements ofofofof thethethethe degreedegreedegreedegree ofofofof MASTERMASTERMASTERMASTER OFOFOFOF PHILOSOPHYPHILOSOPHYPHILOSOPHYPHILOSOPHY fromfromfromfrom ShandongShandongShandongShandong UniversityUniversityUniversityUniversity ofofofof ScienceScienceScienceScience andandandand TechnologyTechnologyTechnologyTechnology b b b by y y y XiaoXiaoXiaoXiao HongbinHongbinHongbinHongbin SupervisorSupervisorSupervisorSupervisor ProfessorProfessorProfessorProfessorXiaoXiaoXiaoXiao LinjingLinjingLinjingLinjing CollegeCollegeCollegeCollege ofofofof MechanicalMechanicalMechanicalMechanical andandandand ElectronicElectronicElectronicElectronic EngineeringEngineeringEngineeringEngineering MayMayMayMay 2008200820082008 声声明明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所 公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交交 于其它任何学术机关作鉴定。于其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名硕士生签名 日日期期 AFFIRMATIONAFFIRMATIONAFFIRMATIONAFFIRMATION I I I I declaredeclaredeclaredeclare thatthatthatthat thisthisthisthis dissertation,dissertation,dissertation,dissertation, tedtedtedted inininin fulfillmentfulfillmentfulfillmentfulfillment ofofofof thethethethe requirementsrequirementsrequirementsrequirements forforforfor thethethethe awardawardawardaward ofofofof MasterMasterMasterMaster ofofofof PhilosophyPhilosophyPhilosophyPhilosophy inininin ShandongShandongShandongShandong UniversityUniversityUniversityUniversity ofofofof ScienceScienceScienceScience andandandand Technology,Technology,Technology,Technology, is is is is whollywhollywhollywholly mymymymy ownownownown workworkworkwork unlessunlessunlessunless referencedreferencedreferencedreferenced ofofofof acknowledge.acknowledge.acknowledge.acknowledge. TheTheTheThe documentdocumentdocumentdocument hashashashas notnotnotnot beenbeenbeenbeen tedtedtedted forforforfor qualificationqualificationqualificationqualification atatatat anyanyanyany otherotherotherother academicacademicacademicacademic institute.institute.institute.institute. SignatureSignatureSignatureSignature DateDateDateDate 山东科技大学硕士学位论文摘要 摘摘要要 煤矿开采过程中，排放的矸石不仅污染生态环境，并且会引起采空区岩层的移动和 破坏，导致地表塌陷。随着煤炭需求量的增加，由资源开发利用引发的环境破坏和煤矸 石排放已成为我国的严峻问题。因此，尽量使煤矸石不向地面排放和防止地表塌陷，已 是亟待研究解决的重大课题。 煤矸石胶结充填技术实现地面矸石零排放，充填巷道后进行“三下”采煤，并可以 防止地表塌陷。自然级配的矸石胶结充填技术充分利用煤矸石作为充填集料，采用充填 料分流输送和喷洒混合新工艺，获得令人满意的充填效果，并且充分利用了矸石废料、 实现大规模连续充填和井下掘进矸石不出井。 为适应巷道高度变化，且可在巷道的宽度范围内充满矸石，设计的矸石充填部由抛 矸皮带、举升机构和回转工作台组成。为提高水平抛射和向上抛射的距离，抛矸皮带机 采用深槽花纹带式输送机。抛矸皮带机的举升机构采用前推连杆组合式，而回转驱动机 构采用液压缸驱动的四连杆机构，回转工作台采用三排滚柱的滚动轴承式。利用作图法 得到前推连杆组合式举升机构和四连杆机构的基本尺寸参数，并用解析法求得液压缸的 作用力。并对举升机构和回转驱动机构的液压系统进行设计。 建立举升机构和回转驱动机构的仿真模型，对其进行动力学仿真分析，检验机构的 干涉情况，并分析了关键部件的运动及受力。对举升机构和回转驱动机构的液压系统进 行仿真分析，为液压系统的设计提供了理论依据。通过动力学仿真与有限元技术的联合 应用，完成了对三角连杆的静力学分析。 研究了水泥浆输送过程中的流变特性和伯努利方程，分析了影响流动阻力的主要因 素。确定了水泥浆输送过程中的主要参数和充填泵的流量和压力。分析了输送过程中存 在的主要问题，并给出解决方案。 关键词关键词矸石胶结充填，矸石充填部，仿真，料浆输送 山东科技大学硕士学位论文摘要 A A A ABSTRACTBSTRACTBSTRACTBSTRACT Atthe time when coal mining industry not only offers us gangues which inevitably deteriorates the natural environment, but also moves and destroys the gob rock stratums which lead to ground fall. As the demand for coal grows, environment deterioration and gangue discharge which induced by resource exploitation have become serious issues in our country. Therefore, disposing of gangues and preventing ground fall are two research subjects of pressing importance. Gangue cemented backfilling technology can dispose of gangue waste, exploit coal under building, river and railway after filling the tunnel, and prevent ground fall. In unclassified gangue cemented backfilling, gangueisusedasfilling aggregate. The filling ingredients are transported separately and then mixed through a new spraying technique, which can result in desirable filling perance. This technology not only makes full use of the gangue, but also enableslarge scale continuousfilling and disposesall the development gangue underground. The gangue backfilling device which designed to suit heightvariable of tunnel and full fill the tunnelata range of widthiscomposed of belt flinger, lifting mechanism and swiveling table. Belt flinger adopts quirk figured belt for improving the level and upward slinging distance. The lifting mechanismispushing-lever combined, while the slewing mechanismis four-bar which drived by fluid cylinder and the swiveling tableissimilar to rolling bearing. The lifting mechanism and slewing mechanism are designed by graphing , and we can obtain some importantdimensionswhich used to solve force of fluid cylinder.Atthe same time, we design the hydraulic system of lifting and slewing mechanism. The dynamical simulation modelsare builded and analysed which used to check the interfere and analyse the movement and force of the key componets. Then the simulation of hydraulic systemisfulfilled which supply theory for designing hydraulic system. According to unite finite element , triangle-lever mechanism in liftingmechanism hasanalysed. Research the rheological character and analyse factor which affect flow resistances in the transporting of cemented paste. And calculate main parameters in the transporting and backfilling.Atlast, analyse some difficult problems and solve them in cementedpaste transporting. KeywordsKeywordsKeywordsKeywords gangue cemented backfilling, gangue backfilling device, simulation, cement paste transporting 山东科技大学硕士学位论文目录 目目录录 1 1 1 1 绪绪绪绪 论论论论. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .1 1 1 1 1.1 课题的来源和意义....................................................................................................... 1 1.2 国内外研究现状........................................................................................................... 4 1.3 主要研究内容............................................................................................................... 6 1.4 小结............................................................................................................................... 7 2 2 2 2 矸石胶结充填系统设计矸石胶结充填系统设计矸石胶结充填系统设计矸石胶结充填系统设计. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .8 8 8 8 2.1 矸石胶结充填技术的工艺........................................................................................... 8 2.2 矸石胶结充填系统的组成......................................................................................... 10 2.3 充填料的输送与喷洒混合......................................................................................... 12 2.4 小结............................................................................................................................. 15 3 3 3 3 矸石充填部的研究与设计矸石充填部的研究与设计矸石充填部的研究与设计矸石充填部的研究与设计. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . 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. . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .54545454 5.1 水泥浆的流体特性和输送理论................................................................................. 54 5.2 水泥浆输送和充填系统的设计................................................................................. 59 5.3 小结............................................................................................................................. 66 6 6 6 6 结论及展望结论及展望结论及展望结论及展望. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . 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.70707070 山东科技大学硕士学位论文目录 ContentsContentsContentsContents 1 1 1 1 IntroductionIntroductionIntroductionIntroduction. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .