基于正交试验法的强化疏水工艺参数优化-论文.pdf

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1、ISSN1671—2900采矿技术第15卷第1期2015年1月CN43-1347／TDMiningTechnology，Vo1．15，No．1Jan．2015基于正交试验法的强化疏水工艺参数优化周为民，王开华，刘君杰，谌勇，薛顺(1．南华大学机械工程学院，湖南衡阳市421001；2．中国核工业建设集团公司，北京100037)摘要：以我国某地煤型铀矿的沉积砂岩顶板静水疏水工艺参数为研究对象，以负压固结理论为依据。通过负压抽气吸水式强化疏干试验装置在实验室对砂岩模型进行强化疏水试验。并以砂岩含水率作为强化疏水试验的定量评价指标，以砂岩固结不塌落

2、作为定性观察评价指标．通过正交试验．结果表明：影响砂岩疏水的因素依次为疏水花管的直径及长度、负压以及疏水花管上小孔的分布形式，并得到各因素的疏水工艺优化参数。基于强化疏干试验装置的疏水工艺参数可作为我国某地蕴藏丰富的煤型铀矿及其类似条件矿藏的工程疏水提供设计依据。关键词：煤型铀矿；顶板疏水；疏水花管；砂岩模型；正交试验疏干试验装置．由真空机组、负压表、疏水花管、砂0引言箱、进气阀及管路系统等组成。真空机组需具有防煤型铀矿的沉积砂岩顶板因含水量大，支护困爆功能，有较高的负压，能连续工作，既能抽气也能难，经常发生安全事故，影响开采进度，对泥质砂

3、岩抽水．并且能通过细粒径泥砂而不损坏：砂箱为可拆顶板进行疏水可以解决富含静水的泥质砂岩顶板难卸的全封闭式钢制结构，砂箱上盖板安装有调节负以支护的问题。砂岩顶板疏水．若是地下动水，可采压的进气阀．砂箱底部出水口与真空机组进气吸水用上游截流的办法。对于地下静水．则采用钻孑L泄水口连接。砂箱内泥质砂岩模型高为1000mm，中间和坑内外引排水等办法，但疏水效率太低，延误工期_1]。插有一根疏水花管与砂箱底部出水口相联。我国某地煤型铀矿的顶板多为含水率在8％～根据煤型铀矿顶板砂岩成分与比例在实验室制16％的泥质胶结细粒砂岩。这种泥质砂岩的含水率作砂岩

4、模型。在8％左右时，砂岩固结坚硬，顶板支撑十分方便；1．2疏水工艺参数及试验评价指标砂岩含水率在12％左右时。砂岩固结较坚硬，顶板前期疏水试验得知：真空机组的负压值．疏水花支撑较为方便；当砂岩的含水率大到一定程度后，砂管长度、通径、小孔直径及其分布形式(小孔垂直间岩便会变成豆腐渣状．若砂岩的含水率达到临界饱距)以及疏水时间等参数均影响疏水效果。为了简和状态，便会形成流砂。砂岩顶板根本无法支护[1]。化正交试验数量，略去小孔直径这一因素，并选定适据此问题，由负压固结理论而研制的负压抽气吸水当的疏水时间，将负压、疏水花管长度、通径及疏水式强化疏

5、于试验装置(以下简称：强化疏干试验小孔垂直间距作为疏水工艺的主要参数。以砂岩的装置)可在实验室对湿软泥质砂岩模型进行高效疏平均含水率∞=8％作为疏水试验效果的定量评价水。通过疏水试验发现．影响疏水效果及效率的因指标，以砂岩固结不塌落作为定性观察评价指标。素(疏水工艺参数)较多，若采用传统的试验方法，1．3正交试验表的选用需要做大量的试验，而采用正交试验法可以节省大根据疏水试验中的负压、疏水花管长度、通径及量试验时间和试验经费。并且容易找到最佳疏水工疏水小孔垂直间距等4个疏水工艺参数，选择4因艺参数组合。素正交表，同时为了更准确的找到相应的水

6、平点，为每1个因素设定3个水平，分别为1，2，3，正交试验1正交试验方案设计因素水平表见表1，表格中的因素A为花管通径、B1．1试验条件为花管长度、C为小孔垂直间距和D为负压(下砂岩模型疏水试验的设备选用专门研制的强化同)。58采矿技朱表1正交试验因素水平水平的1，2，3号试验作为第一组，把包含A因素2水平的4，5，6号试验作为第二组，把包含A因素3水平的7，8，9号试验作为第三组。表1所确定的各因素值是由前期疏水试验得到的，所选取的4个因素之间并无交互作用，所以正交表选用L9(3)表较为合适。结合因素水平表1可以得到正交试验方案，如表2所

7、示。表2正交试验方案图1三段等比式疏水花管1．4正交试验疏水花管设计在前期疏水试验中。发现疏水花管上的疏水小孑L垂直间距为三段等比式【3(见图1)比均匀分布式(见图2)的疏水效果好。所以，正交试验疏水花管小孔垂直间距设计为三段等比式，花管小孔间距呈上疏下密等比式分布规律。从表2知，整个正交试图2均匀分布式疏水花管验需要设计9根不同尺寸和结构的疏水花管．可根据表2中的三段特征尺寸值并参考图1进行设计。2正交试验及数据分析2．1正交试验利用强化疏干试验装置并按图3所示的疏水工艺流程对砂岩模型进行疏水试验。调节进气阀可以调节负压大小。每次正交试验

8、结束后，拆除砂箱底板观察砂岩是否固结，有元塌落；然后拆开砂箱侧板，在砂岩中图3强化疏干试验装置疏水工艺流程心处自上而下等距选取11个砂岩样品进行含水率检测。并计算砂岩的平均含水率