PDF《中图分》

1

9 9 9年 5月 第22卷 弟 3巅 重庆 大 学学报 ( 自然 科学 版) J ㈨

0 f

0 I U m v e m i t y ( Na t u r a l S c i e n c e E d ∞)

2 2 M a y

1 9

9 9 文章编 号:1000―5

8 '

2 x i

1 9

9 9 )

0 3 ―

0 0

7 9

4 }

6 滨海砂矿开采新 方法的研 究唐川林,廖 振方,1D摘要:提 出了一种塌 气举乖 自激振荡脉冲射流相结台的方 式开采 潜水层 滨海砂矿 的新方法 .

研究了气举 的数 学和 物理模型, 探讨 了 自激 振荡脉 坤 射流作 为 气举 装置破碎嚣 的可行 性.理论和实验 表明:自激振荡 脉冲 射流不倪 能破 碎水 下 土岩 层, 而豆 能松散砂矿颗 粒, 使 砂矿颗 粒易于进入 气举 吸头. 关键 词:气举 ;

滨海砂矿 ;

自激振荡 ;

射流;

喷嘴 中图分;

_―― 文献标识码:A罗虿采在我国沿海地区如海南 岛、 辽东半岛、 山东半岛、 广东 等地具有 丰富 的海滨砂 矿资源, 其 砂矿床的矿物组成 主要 为锆英石 、 金红石 、 独居 石、 钛 铁矿 和 自然 金等.通过 近几 十年的 开采, 目前水面 以上的砂矿资源 已消耗殆尽.故水面以下 的砂矿 开采就 显得 非 常重 要.水下浅层的砂 矿可 用链 斗式采砂船或砂泵抽取的方式进行开采.但 对深层( 水下7m以下) 砂矿 而言,用这些方法开采 就存在以下问 题:i)从 理论上讲 只能开采水下

7 m 以上 的疏松矿 物, 而大 量位于 水下

7 r n的 高品位砂矿 得不到有 效开采, 资源浪 费严重 ;

)对滨 海砂 矿 中存在的硬 土层 、 粘土 层无 能为力 , 需借 助 爆破才能抽取 ;

i i i )砂 泵叶轮 的磨损严重, 短 则几 天多则两周就要 更换 叶轮 ;

i v )设 备操作 不便. 为此, 作者提 出用气举 ( A i r l i f ~ , 也可称 为气力提 升泵) 和 自激 振荡 脉 冲射流 相结 台的 方 法来 开采滨 海砂 矿.与砂 泵相 比, 这种方 法具有 ① 利 用振荡 脉 冲射 漉能破 碎ⅣⅥ级土 岩, 能使开 采与抽取 同时 进行 ;

② 能开采水下几米至数百 米处 的矿 层;

③工作部 件无旋转 零件, 磨损小 ;

④ 设备 简单、 工 作可靠 、 能连续工作的优点.

1 气举的组成与工作原理

1 .

1 气举 的组成 现场气举 实验( 工作 ) 装 置如 图1所示 .它 由提升机构 、 垂 直输送 管、 空气 喷射器 、 射流 破碎装置 , 送水管和输气管组成.提升机构的功用在 于将 气举 机构按 一定速 度逐 步放入 水 中或提出水面.送 水管将离 心泵输 出的压力水送入射流破碎器.空压机输 出的压缩 空气 经・收稿 日期 :

1 9

9 8

4 )

6 ―

1 6 基金 项目:西南石 油学 院油 气藏 重点 实验 室基 金资 助项 目 作者 简介 : 唐川林 (

1 9

6 3 - ) , 男,湖南部 东人 , 重 庆大学 副教 授.博士. f 、 、 , 重废^ 学学 报(自然舛 学版 )

1 9

9 9韭气包进人空气喷射器 . 图l现场 试验用 气举 装置 简圈 l 一 提升 机构 ;

2 一垂直输 送管;

卜气体喷射 嚣;

4一射 流破碎 器;

5一暇头1.2气举矿砂 的工 作原理 当压缩空 气经 气包、 送 气管 进入空 气喷射 器时 , 它就从 与 轴线 成 一定 角度 对称布置的数个喷 嘴 中高 速流 出;

高速 气漉一方面与输送管中液体产 生强烈 的 动量交 换. 在空气喷射器的下端( 气举 吸头)形 成局部 真空;

另一 方面 则 在管 内 生成 了 比水 的密 度轻 的气 . 水一砂混合 体. 这样就将 水底 下疏 松 的砂 矿 源源 不断地抽取 出来 . 如图2所 示,砂矿的抽 取 量基本上决定于通过吸管 口与土岩表 面之间环形 间隙中水 流的平均速度当图2气举 的 简化模 型 吸管与工作面之闻的距 离 一定时, 环形空 间水流 的平均速 度可按下式确定 : v ^= √2 玮/ 【