强化疏干试验装置的设计及疏水试验.pdf

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1、第32卷第4期铀矿冶VoI．32NO．42013年11月URANIUMMININGANDMETALLURGYNOV．2013强化疏干试验装置的设计及疏水试验刘君杰，周为民，王开华，雷泽勇(1．南华大学机械工程学院，湖南衡阳421001；2．中国核工业建设集团公司，北京100037)摘要：针对目前煤型铀矿顶板疏水的问题，采用自行设计的强化疏干试验装置，在实验室条件下进行了抽气吸水试验。结果表明，抽气吸水理论是可行的，但吸水效率有待提高。介绍试验装置的设计、疏水原理、试验过程及初步试验结果。关键词：煤型铀矿；顶板疏水；强化疏干试验装置中图分类号：TD442文献标志码：A文

2、章编号：1000—8063(2013)04—0200—04目前，我国煤型铀矿的矿层顶板含水量大，顶板支护困难，常常发生安全事故，影响采掘工程的进行。为解决此问题，常采用矿层顶板疏水的方法，即在坑内外引排水，或利用钻孔泄水。对于地下动水，采用钻孔泄水的方法是可行的，但是对于富含在砂岩内的静水，靠钻孔泄水排水速度太慢，不仅拖延采掘工期，也极大地影响矿山生产E。我国某地含煤系地层煤型铀矿，顶板为含水率较高的泥质胶结细粒砂岩，含水率多在8～16之间。当这种砂岩的含水率降低到一定程度时，砂岩就变得较为坚硬，采掘时支撑顶板方便；当这种砂岩的含水率增大到一定程度后，砂岩就变成豆腐渣

3、状；若水在砂岩内达到临界状态，便会l一微型抽气吸水泵；2一抽气、吸水接口；形成流砂，根本无法支护，极易造成安全事故。3排气、排水接口；4抽气、吸水软管；5水箱；为了开采我国已探明的煤型铀矿及其他地质6过滤器；7砂箱；8一疏水花管；9一电子秤；1O电源开关。条件类似矿藏，拥有高效的顶板静水强化疏干技图1试验装置结构示意图术是前提，也是安全、高效开采的保障。因此，研究顶板静水强化疏于技术，设计一套能够有效疏干由图1看出，用软管将抽气吸水泵、砂箱以及矿层顶板静水的设备(强化疏干机)是非常必要的。水箱连接起来，其中抽气吸水泵与疏水花管连接的软管部分必须要串联过滤器，以防止泥沙

4、进入l试验装置结构及疏水原理泵体而损坏真空泵。试验开始时，打开电源开关，试验装置结构示意图如图1所示。抽气吸水泵开始工作，砂箱中的空气被抽出，从而在实验室条件下，将与我国某地煤型铀矿砂使砂箱中形成负压。当负压达到一定程度时，砂岩层中成分比例相似的砂岩装入设计好的砂箱岩中的自由水将被压入花管中，之后，这些自由水中，经水充分浸泡至饱和后用抽气吸水泵将砂岩再通过抽气吸水泵被压入外部水箱中，从而达到中的自由水吸出，从而降低砂岩的含水率，达到板疏水的目的。结不塌落的效果。收稿日期：2o13—06—26作者简介：刘君杰(1987一)，男，河南新乡人，在读硕士研究生，主要研究方向为

5、核动力装备制造技术及其自动化。第4期刘君杰，等：强化疏干试验装置的设计及疏水试验2O1顶板设计成可密封的形式更能模拟实际情况。砂2疏水试验的准备箱示意图如图2所示。2．1砂岩的配制试验所用的砂岩成分为石英砂、纳长石、云母、铁矿石、黏土，其成分和比例(见表1)均与我国某煤型铀矿砂岩层中砂岩的成分和比例相似，所以其物理和化学性质也基本趋于一致。表1试验砂岩的成分、粒径及质量分数1一立柱；2一箱体；3花管；4一吊耳；5一排气阀；6一视窗；将试验所用砂岩装入砂箱，用水充分浸泡，之7一顶板；8一花管接头；9一软管接头组件；1O一箱体内侧角钢。图2砂箱示意图后通过砂箱底部放水，一

6、直到砂箱中的砂岩不再滴水为止，此时可将该状态的砂岩看作含水处于饱和状态。2．3疏水花管的设计试验使用含水处于饱和状态的砂岩，一是为疏水花管示意图如图3所示。⑦了缩短抽气吸水时间，二是如果含水处于饱和状B向I态的砂岩能吸出水且吸水效果良好，那么此方法A—A对于矿层中那些含水处于过饱和状态的砂岩也将比例为1：3适用。2．2砂箱的设计试验所用砂箱箱体尺寸为长800mm、宽500mm、高800mm，侧板厚度为5mm，顶板和底板Ar厚度均为10mm，底部立柱高为50mm。由于箱体与砂岩的摩擦系数明显小于砂岩与砂岩之间的摩擦系数，因此为了尽量与实际情况接近，在箱体底部的内侧焊一圈

7、50mm×50mm×4mm的角钢，以防止砂岩由于与侧板摩擦系数过小而滑落塌陷，影响试验结果。砂箱顶板采用密封设计，同时顶板上部还开有进气阀和视窗。顶板之所以采用可拆卸的密封设计，是因为在实际矿层中，有的砂岩层厚度超过30m，在实际的疏水过程中一定会产生负压。由1一圆片钢板；2一花管。图3疏水花管示意图于实验室条件下只能使用设计出的微型砂箱，所以在抽气吸水时，为了使花管顶部也产生负压，把202铀矿冶第32卷疏水花管作为整个疏干试验装置的关键部性。在抽气吸水过程中还要检查串联在管路中的件，它连接了抽气吸水泵和砂箱中的砂岩。在吸过滤器是否堵塞，如有堵塞要立