论文部分内容阅读
本研究课题应用范围涉及矿山开采、钻井工程等领域,是当前国内外矿业开采技术的新方向,因此这一课题能满足采矿技术的前沿科技性.本文针对这种特殊的工艺,在广泛调研国内外资料的基础上,首先明确了钻孔水力采矿的定义,阐明了它的来源、目的和意义,指出了钻孔水力采矿与传统采矿技术的区别,说明了它特别能适应市场经济的优势.文章的第二部分阐述的是钻孔水力采矿的国内外研究现状及发展趋势,总结了自1932年钻孔水力采矿开采固体有用矿物的基本原理提出以来,前苏联、美国、波兰、匈牙利、印度、澳大利亚、南斯拉夫等国家对此进行的不断探索,以及他们从事半工业试验、工业试验所取得的成绩,分析了我国水力采矿的现状和存在的不足.然后通过探讨水采的总体工艺特点,给出了本文研究的重点和方向.文中主要的研究从第三章开始,旨在论述高压淹没射流技术,为研究钻孔水力采矿碎岩机理提供前提环境和理论依据.它指出了水采的地质特点,将理论研究立足于"液压淹没"环境.交待了高压水射流的技术的发展状况,以射流理论为指导,分析了空气中自由射流与淹没非自由射流的基本结构和特点,对比了淹没与非淹没条件下射流性质,指出淹没冲击射流研究现状以及存在的问题.第四章是本文研究的关键之一,它围绕钻孔水力采矿的碎岩机理,从研究组成高压水枪的重要部件——喷嘴入手,分析喷嘴的水力特性,结构特性,指出理想喷嘴的选用原则和喷嘴的发展方向.其次,为了对喷嘴进行优化选型,我们设计了喷嘴全尺寸模拟试验台,以模拟空气中自由射流环境、无压淹没和液压淹没三种地质环境,同时设计了射流效果测试与评价系统.接下来设计了几种不同结构、不同直径和不同长度的喷嘴,以它们为对象,进行了喷嘴的选型实验,以及喷嘴长径比实验,并分析了实验结果,得出优化的喷嘴结构形式.然后以实践指导理论,提出了喷嘴的水力特性,引出喷嘴流速系数和流量系数,确定喷嘴射流技术参数——喷嘴直径、喷嘴出口射流压力、射流功率、射流反冲力等.最后分析了射流的破坏形式和破坏过程,研究了射流打击力,推导了水力碎岩最优射流压力与岩体碎落量,以水力碎岩最优射流压力理论为指导,确定了射流最优水力参数.第五章目的在于设计优化的水枪结构,为此分析了对称与不对称井底流场的特点,确定了喷嘴布置方式;分析了喷嘴安装数量和优化喷嘴组合,确定了水枪设计方案.此外,本文对水力采矿技术进行了展望,提出了适合于液压环境,并能充分利用这种环境的新型技术——空化射流技术,阐述了空化技术的研究现状,对比了空化射流与普通射流技术打击力,并在一定程度上研究了空化水射流冲蚀性能,为钻孔水力采矿技术提供了更加广阔的发展空间.