随着我国煤矿岩巷工程施工技术的飞速发展,掘进光面爆破技术与锚喷支护相结合使巷道一次成型,斜井井筒施工月进尺可达到百米以上。然而,国内煤矿目前采用的喷浆工艺粉尘大、喷浆输送距离短、工作效率低,巷道支护严重制约煤矿的采掘速度。因此,本文提出喷浆物料长距离气力输送方法,采用理论分析、数值计算与试验结果相结合的研究思维,探究长距离管道气力输送喷浆物料的基础理论,为喷浆物料的自动上料、长距离输送提供理论基础与试验依据,同时为井下喷浆物料的输送方式提供了一种新方法,具有重要的社会价值及经济意义。基于牛顿运动定律和欧拉运动定律,在离散元软球模型基础上,建立物料颗粒-颗粒之间的非连续力-位移模型,获得颗粒碰撞过程中颗粒流之间的法向力、切向力及粘性力,获得球形颗粒及非球形颗粒在三维空间中的运动方程;在非解析面CFD-DEM耦合方法基础上,采用Ergun-Wen&Yu理论建立气流-颗粒之间的曳力模型,将空隙率增加到双流体模型连续性方程中,据此获得颗粒多相流的连续性方程;基于颗粒-壁面的碰撞理论及侵蚀磨损方程,指出颗粒流侵蚀磨损形式为切削磨损;通过对流体力学近壁层数处理方式的研究,提出Fluent近壁处理壁面函数法,并提出适用于非解析面CFD-DEM耦合方法近壁处理的NonEquilibrium Wall Function壁面处理方程。根据本研究的气流压力及物料特性,设计一套气力输送喷浆物料自动上料系统。借助正交试验设计方法,研究气流速度、颗粒粒径及给料量对气力输送喷浆物料自动上料系统物料拾取量的影响规律。结果表明,气流速度对物料拾取量影响最大,颗粒粒径和物料给料量影响较小。对于不同粒径的卵石颗粒,小颗粒所需的拾取速度较低,而大颗粒的拾取速度随着颗粒粒径的增大而减小。堆积在管道底部颗粒表面气流速度随着给料量的增加而增大,据此获得喷浆物料拾取量与给料量的函数关系。通过极差分析与方差分析,获得研究因素各水平对拾取量、水平管道压降及压力变送器压力的影响趋势,通过对压力变送器压力信号与物料拾取量归一化处理,获得流场压力信号与喷浆物料拾取量的函数关系。在文丘里管密相气力输送系统中,研究气流速度和含水量对物料输送特性和流场稳定性的影响,提出临界风速。提出流场压力的差异系数,用差异系数衡量流场稳定性并获得最佳气流速度。通过数值模拟与试验相结合,以气流压降及压降差异系数作为衡量指标,获得喷浆物料最佳输送水分含量。研究文丘里管进料口和管内气流流量对压降的影响,获得文丘里给料器和管道中压降在大于临界风速下周期性波动趋势。引入差异系数来描述流场的稳定性,获得临界风速下颗粒多相流流场的不稳定性,并通过对流场压力信号的功率谱密度分析获得气力输送系统各零部件对流场压力信号的影响规律。通过对颗粒拾取速度进行经验分析,根据多项研究成果对本试验所用卵石颗粒开展拾取速度研究。结果表明,气流速度作为拾取速度的函数能够很好地描述所有结果,并且相关性明显,实验关系式通过考虑颗粒直径和气流速度等多种影响参数来描述固体颗粒的拾取速度。对于管径为50 mm的水平气力输送管道,大颗粒表面的气流速度更大,因此有可能出现大颗粒拾取速度更低的情况。对水平管道颗粒拾取过程进行分析,发现存在最佳旋流数,在此旋流数作用下,物料的拾取率最大。通过视觉观察、质量称重、流场压降差异系数分析及流场压降峰均比四种不同方法衡量喷浆物料拾取速度,试验结果表明,视觉观察所获得颗粒拾取速度结果准确性最低,选取颗粒的质量损失率作为拾取速度的衡量指标准确度最高。通过对竖直管内旋流对颗粒流态的预测,对竖直管内轴流和旋流气流气固两相流的流型、压降和床层高度开展试验研究。结果表明,惯性及二次流对弯管处颗粒具有显著影响,竖直管内的颗粒在轴流场从弯管内壁向外壁移动,旋流数对固体质量流率和入口气流速度固定的竖直管内的颗粒流型影响显著。卵石颗粒存在临界粒径,当粒径大于临界粒径时,压降随粒径的增大而增大,颗粒尺寸对颗粒群的透气性和存气性影响较大,竖直管内气固两相流的流型变化较大。旋流有助于降低压降,但较大的旋流数会由于旋流衰减而导致压降增加。采用CFD-DEM四元耦合方法,研究提升角、气流速度和固体质量流率对提升弯管颗粒流型的影响,并借助正交设计方法对仿真方案进行设计,以减少仿真次数。结果表明,由于流体惯性和二次流作用,气流速度对提升弯管内的压降起着至关重要的作用,提升弯管肘部45°处压降比弯管进出口压降更大。通过对提升弯管流型的研究,发现弯管处形成的二次流对管内空隙率和颗粒浓度分布有较大的影响,颗粒在弯管出口附近向下游管道侧壁移动,颗粒浓度相差较大,但并不会影响弯管肘部的最大侵蚀区域。对于提升弯管,颗粒碰撞在横截面上均匀分布,侵蚀磨损区域呈椭圆形分布,且在出口附近弯管的外弯曲处发生碰撞,对应两个严重侵蚀区域。该论文有图115幅,表20个,参考文献198篇。