防灭火胶体的管道流动特性实验研究

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煤层火灾是矿山重大自然灾害之一,煤层火灾不同于其他类型的火灾,有其自身固有的特点,如火源点隐蔽、蓄热性好,松散煤体内部自燃氧化放热,故煤层火灾防治难度较大。一般的防灭火技术如注氮、注水、灌浆等,均难以达到快速防灭火的效果,复合胶体防灭火技术是近年来发展起来的一种适合煤层火灾特点的高效防灭火技术,该技术需要高浓度泥浆自地面输送到几十公里外的井下发火部位附近,加入胶凝剂后注入火区,混合物在火区胶凝实现灭火效果。但是高浓度泥浆容易在管路中沉淀造成管路堵塞。因此研究高浓度浆液的管道输送特性及沉淀堵管的条件,开发防止浆液沉降的悬浮材料对复合胶体防灭火技术的进一步推广应用非常重要。本文研究了各种悬浮材料的悬浮性能,通过一系列的对比实验,最终确定了稠化胶体添加剂的最佳配比。由它配成的泥浆悬浮性好、不易沉淀,不容易产生堵管现象。胶体材料的流动特性对注胶灭火工艺影响很大,管道流动的阻力越小,则越有利于管道输送,堵塞管路的危险性越小;而在煤层发火区附近,胶体流动阻力越大,则越容易隔绝火源、堵塞漏风,灭火效果就越好。为了研究新型稠化胶体的管道流动阻力特性,利用相似模拟的方法设计建立了管道输送实验装置系统,并在此基础上进行了管道阻力特性以及速度分布的实验研究,得出了胶体泥浆在不同流速下的阻力系数和阻力的变化规律。研究结果表明稠化胶体添加剂使泥浆的粘度得到了提高,在管道流动的阻力方面,此稠化胶体泥浆在一定的流速下单位长度的压降和纯泥浆相比有了显著的下降,由此而得到的阻力系数也相应下降,说明此稠化胶体添加剂起到了一定的减阻效果。这对于完善胶体防灭火技术的管道输送理论基础,提高管道胶体输送工程的设计与运用水平,有一定的应用价值。
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