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水力充填负压强制脱水研究

韦华南

  针对当前矿山充填脱水构筑物脱水效果差,电动脱水产生有毒有害气体、漏电,场外浓缩脱水成本高、效率低等难题,本文以开发负压强制脱水新工艺技术为目标,研究了负压强制脱水机理,开发了负压脱水相似模拟试验平台,研制了FEPG负压强制脱水有限元数值模拟程序,建立了负压强制脱水数值分析模型,用神经网络与混沌优化相结合的方法获得了负压强制脱水的最佳工艺参数,并将研究成果应用于五龙金矿四道沟分矿,实现了采场连续充填,取得了较好的效果。主要研究内容如下: 从渗流理论出发,揭示负压脱水对提高充填体渗流速度的机理。研究得出负压强制脱水渗流速度的增大程度与负压和渗透系数呈线性正比关系,与脱水流经充填体的长度呈线性反比关系,用负压提高充填渗流速度是可行的。 通过开发负压强制脱水模拟试验平台、设计负压脱水试验装置和模拟试验,确定了最佳的负压器设置方案。试验研究显示,负压脱水效果与负压器的连接方式有关,一负压器连接一脱水管且与水源并联的连接方式,脱水效果最佳;增加渗滤管的铺设网度,可以提高脱水速度;缩短负压源与脱水地点的距离,可以提高脱水效率;负压脱水渗滤管与其它滤水构筑物应保持适当距离,以免造成负压损失。 开发基于FEPG的水力充填负压强制脱水数值模拟的有限元程序,建立了负压强制脱水渗流速度与其影响因素(负压大小、负压管横向间距、负压管纵向间距和充填高度)的有限元数值分析模型,并采用正交试验原理,计算得出了不同脱水参数的负压强制脱水渗流速度。计算结果显示,随着脱水管中负压压差的增大,充填体内平均渗流速度增大,但负压增大至一定程度,对平均渗流速度的影响趋向于平稳,且随着充填高度的增大,平均渗流速度降低,随着负压管横向和纵向间距增大,平均渗流速度单调递减;脱水管中负压压差是影响负压脱水效果最直接、最敏感的因素,充填高度是影响负压脱水效果的重要因素。 采用神经网络建立了负压脱水平均渗流速度与负压压差、充填高度、负压脱水管横向间距和纵向间距的预测模型,并用混沌优化与神经网络相结合方法得出了一定条件下,负压强制脱水最佳参数。 通过发明负压强制脱水的渗滤管过滤材料清理系统、研制负压强制脱水装置和设计最佳脱水工艺参数,将负压强制脱水工艺技术应用于五龙金矿四道沟分矿。负压强制脱水工业试验得出,负压强制脱水能力是自然脱水能力的3.7~7.6倍,脱水效果显著;负压强制脱水系统工作后,充填体内垂直和水平压力大大降低,减小了充填对密闭墙的压力,保证了充填系统连续充填,达到了预期的效果。……   
[关键词]:水力充填;负压强制脱水;渗流理论;神经网络;混沌优化
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中南大学2010年