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我国煤矿巷道混凝土喷射支护方式正处于由“干式喷射”全面转向“湿式喷射”的过渡阶段,湿喷作业对于控制粉尘产生、降低回弹损失、提高喷射质量、保护喷射作业安全具有重要的意义。但由于受到煤矿作业狭小空间限制,现有混凝土喷射机具作业能力、作业方式与地面建筑、隧道工程的差距非常大,湿喷物料的制备和长距离输送是当前制约湿喷工艺的重要因素,目前缺少针对性的研究。本文运用理论分析、数值模拟、试验研究和现场应用等多种手段,研究矿用湿喷混凝土长距离管道输送技术,满足煤矿井巷行业标准、规范的要求。 分别从流变学原理、新拌混凝土的流变特性、润滑层的形成机理及湿喷混凝土在输送管中的受力几方面进行分析。并深入分析了湿喷混凝土的流动特性,推导出混凝土在输送直管道、弯管道和喷头内外流场的压力计算公式,并建立了堵管状态下的物理模型和力学模型。基于Fluent模拟软件平台,对矿用湿喷混凝土的管道流动进行模拟。并结合Origin软件,分析了直管段、弯管段物料在径向及横向上,固相、液相的速度、压力的变化。分析了管尾补风后,喷头内流场的速度压力变化,推导速度与压力的关系。 设计并搭建矿用湿喷混凝土长距离管道输送平台,从50m管道输水试验开始,研究润管剂、布管方式和喷射过程对湿喷混凝土管道压力的影响,得出润管剂的使用可以降低管道的沿程阻力,减少堵管次数,宽松的布管方式更有利于湿喷混凝土的管道输送,为矿山湿喷混凝土的管道输送提供一定的试验基础和数据支持。选择配比水泥∶石子∶砂子=1∶1.5∶2.25、1∶1.7∶2和1∶2∶2,并进行组方试验,结合流变学理论,利用Origin软件回归分析,得到矿用湿喷混凝土屈服切应力τ0及塑性黏度系数η的计算公式。通过研究湿喷混凝土输送的管流沿程阻力和流变参数,最后推出了方便矿山生产上应用的沿程阻力计算通式。 在模拟和试验研究的基础上,在章村煤矿进行井下长距离管道输送应用,延长其布管长度,并检验应用效果。结合试验研究形成矿井长距离喷浆管道输送堵管发生的时空规律,找出堵管信号和临时停机混凝土运动重启的最佳操作方式。