CN104500134B - 一种矿山充填膏体改性管路设施和方法 - Google Patents

Abstract

一种矿山充填膏体改性管路设施和方法，属于煤矿膏体改性设施及方法。所述的膏体改性设施包括混料装置、自动集控装置、外加剂给料装置和工作面管路单元；外加剂给料装置通过混料装置与工作面管路单元连接，自动集控装置与混料装置和外加剂给料装置连接；方法是：充填工作面顺槽设置一套外加剂给料装置和外加剂自动集控装置，形成外加剂的循环回流和控制通道，沿充填工作面并视工作面长度布置多个改性管路单元和膏体改性混料装置，每个改性管路单元的布料阀旁通端口与混料器、均化器、布料管顺序连接，布料管出口进入工作面待充区，保证了改性膏体配比的准确性和精确性，消除了管道外膏体改性的不足，解决了人工添加造成的配比失调的问题。

Description

一种矿山充填膏体改性管路设施和方法

技术领域

本发明涉及一种充填采矿膏体改性设施及方法，特别是一种矿山膏体改性的管路设施和方法。

背景技术

当前煤矿膏体充填通常采用自地面向井下进行远距离管道输送、工作面多点管路出料的方式和采煤班—隔离班—充填班—凝固班的循环工艺，其面临的突出问题包括：一是膏体类型多为普通水泥型膏体（以普通水泥作为胶结材料），膏体进入充填工作面后凝固时间长，一般需等待8～12h才能进行下一班采煤工作，导致膏体充填开采长期处于一种低效循环模式；二是地面充填站在膏体进入充填管道前加入速凝剂将普通水泥型膏体改性为速凝型膏体，极易发生凝结型堵管，无法满足膏体长距离管道安全输送的需要；三是膏体料浆质量浓度高，在充填工作面后方直接喷洒速凝剂难以与膏体渗透混合，往往导致膏体和速凝结剂分离，均化混合程度较差，无法保证充填效果。因此膏体的改性方式和效果不仅仅是影响着膏体充填开采的效率，当前已成为膏体充填采矿技术推广应用的瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的在于克服在管道外进行膏体改性的不足，提供一种矿山充填膏体改性管路设施和方法。

本发明的目的是这样实现的：该膏体改性包括膏体改性设施和膏体改性方法；

所述的膏体改性设施包括混料装置、自动集控装置、外加剂给料装置和工作面管路单元；外加剂给料装置通过混料装置与工作面管路单元连接，自动集控装置与混料装置和外加剂给料装置连接。

所述的混料装置包括：混料器、均化器；沿膏体来料方向，混料器在均化器的前方，混料器和均化器相邻直接连接。

所述的混料器为管节式为：环管式混料器、单点式混料器或多点式混料器。

所述的均化器为管节式为：内螺带均化器、一字型均化器或十字型均化器。

所述的自动集控装置包括：配电柜、集控柜、线缆；配电柜由井下电源接入，通过线缆与集控柜、外加剂泵连接；集控柜通过线缆配电柜1、回液电液阀、计量仪、出液电液阀连接；所述的配电柜包括：断路器、接触器和热继电器；断路器、接触器和热继电器顺序连接；所述的集控柜包括：柜内电源、PLC程序模块和中间继电器；柜内电源与PLC程序模块连接，PLC程序模块的输出端与中间继电器连接，PLC程序模块的输入端与上级通讯连接。

所述的外加剂给料装置包括：回液电液阀、外加剂储料箱、外加剂泵、计量仪、供液管和出液电液阀；外加剂泵进料端与外加剂储料箱出料端连接，外加剂泵出料端通过供液管与计量仪、出液电液阀和回液电液阀顺序连接。

所述的计量仪为管式流量计、电磁流量计或压差流量计。

所述的外加剂泵为：柱塞泵或离心泵。

所述的工作面管路单元包括：布料管、工作面管和布料阀；布料阀的两个直通端口分别与工作面管连接，旁通端口与混料器、均化器和布料管顺序连接。

所述的膏体改性方法：在充填工作面顺槽设置一套外加剂给料装置和外加剂自动集控装置，形成外加剂的循环回流和控制通道，沿充填工作面并视工作面长度布置多个改性管路单元和混料装置，每个改性管路单元的布料阀旁通端口与混料器、均化器和布料管顺序连接，布料管出口进入工作面待充区；具体步骤如下：

步骤1：集控柜接受井上控制系统指令，通过线缆控制配电柜，打开回液电液阀、关闭出液电液阀，开启外加剂泵，外加剂自外加剂箱由外加剂泵输出，沿供液管路依次经计量仪、回液电液阀形成外加剂循环回流；

步骤2：集控柜接受井上控制系统指令，通过线缆切换各个工作面管路单元布料阀14的阀位状态，使得各工作面管路单元形成如下通路状态：膏体来料方向的工作面管——布料阀旁通端——混料器——均化器——布料管；

步骤3：改性前膏体由工作面管进入第一个工作面管路单元，依次经布料阀旁通端、混料器、均化器、布料管进入工作面待充区；

步骤4：集控柜接受井上控制系统指令，通过线缆控制打开与本单元对应的出液电液阀并关闭回液电液阀，外加剂经出液电液阀进入混料器；

步骤5：混料器中的外加剂和膏体经均化器的均化混料作用，完成膏体改性，经布料管进入工作面待充区，开始改性膏体充填，充填过程中集控柜实时监测流量仪，并根据上游膏体来料流量和配比自动实时调整外加剂泵的能力；

步骤6：完成本单元设定的改性膏体充填方量后，集控柜接受井上控制系统指令，通过线缆先打开回液电液阀、然后关闭本单元对应的出液电液阀，切换本单元布料阀的阀位状态，使得未改性的膏体通过布料阀的直通端进入下一个单元的工作面管；

步骤7：按照步骤4至步骤6的顺序重复循环，完成所有工作面管路单元的膏体改性充填。

有益效果：由于采用膏体改性管路设施，工作面充填管路实现了模块化组合，改性前膏体和外加剂在充填工作面管路内进行封闭均化混合，保证了膏体的改性效果，可根据要求将膏体的流动时间控制在5min～30min大大缩短了膏体的凝固时间，提高了膏体充填的效率，与管道外膏体改性的方法相比，具有以下优点：

1、膏体改性管路设施自动化控制，能够根据管路内改性前膏体的流量实时自动控制外加剂掺量，保证了改性膏体配比的准确性和精确性，消除了人工添加造成的配比失调问题。

2、混料器和均化器为管状短节，内部结构形式多样化，膏体和外加剂依靠自身流动即可完成均化改性，无需额外配置动力，可根据膏体类型进行多种形式的串联组合，便于在充填工作面液压支架狭小的空间内安装，布置方式灵活。

3、膏体的均化混合效果好，对于质量浓度为80%的高浓度膏体，改性后凝固时间可控制在5min～30min，显著提高了充填效率。

4、外加剂储料箱5、外加剂泵、配电柜、集控柜均布置顺槽内，通过管线与工作面管路单元连接，可与工作面设备列车同步前移，对工作面影响小，布置方式灵活。

5、外加剂采用管路循环给料方式，避免了外加剂的浪费，工作面环境好。

6、改性后的膏体经布料管直接进入工作面待充区，快速凝结堵管的现象只可能在布料管出现，故障处理工作量小，消除了充填工作面全线堵管隐患，提高了改性膏体充填的可靠性。

附图说明

图1是本发明膏体改性管路设施构成示意图。

图2是本发明膏体改性自动集控装置构成示意图。

图3是实施例1膏体改性管路设施构成示意图。

图4为实施例1环管式混料器结构示意图。

图4-1为图4的A-A剖视结构图。

图5为实施例1内螺带均化器结构示意图。

图5-1为图5的B-B剖视结构图。

图6为实施例2单点式混料器结构示意图。

图6-1为图6的A-A剖视结构图。

图7为实施例2一字型均化器结构示意图。

图7-1为图7的B-B剖视结构图。

图8为实施例3多点式混料器结构示意图。

图8-1为图8的A-A剖视结构图。

图9为实施例3十字型均化器结构示意图。

图9-1为图9的B-B剖视结构图。

图中，1、配电柜；2、集控柜；3、线缆；4、回液电液阀；5、外加剂储料箱；6、外加剂泵；7、计量仪；8、供液管；9、出液电液阀；10、混料器；11、均化器；12、布料管；13、工作面管；14、布料阀。

具体实施方式

实施例1：该膏体改性包括膏体改性设施和膏体改性方法；

所述的膏体改性设施包括混料装置、自动集控装置、外加剂给料装置和工作面管路单元；外加剂给料装置通过混料装置与工作面管路单元连接，自动集控装置与混料装置和外加剂给料装置连接。

所述的混料装置包括：混料器10、均化器11；沿膏体来料方向，混料器10在均化器11的前方，混料器10和均化器11相邻直接连接；或者所述的混料装置包括：混料器10和布料阀14；混料器10的膏体进料口与布料阀14的旁通出料口通过管路连接；或者所述的混料装置包括：均化器11和布料管12；均化器11的膏体出料口与布料管12连接。

所述的混料器10为管节式为：环管式混料器。

所述的均化器11为管节式为：内螺带均化器。

所述的自动集控装置包括：配电柜1、集控柜2、线缆3；配电柜1由井下电源接入，通过线缆3与集控柜1、外加剂泵6连接；集控柜1通过线缆3与配电柜1、回液电液阀4、计量仪7、出液电液阀9连接；所述的配电柜1包括：断路器、接触器和热继电器；断路器、接触器和热继电器顺序连接；所述的集控柜包括：柜内电源、PLC程序模块和中间继电器；柜内电源与PLC程序模块连接，PLC程序模块的输出端与中间继电器连接，PLC程序模块的输入端与上级通讯连接。

所述的外加剂给料装置包括：回液电液阀4、外加剂储料箱5、外加剂泵6、计量仪7、供液管8和出液电液阀9；外加剂泵6进料端与外加剂储料箱5出料端连接，外加剂泵6出料端通过供液管8与计量仪7、出液电液阀9和回液电液阀4顺序连接。

所述的计量仪7为：管式流量计。

所述的外加剂泵6为：柱塞泵。

所述的工作面管路单元包括：布料管12、工作面管13和布料阀14；布料阀的两个直通端口分别与工作面管13连接，旁通端口与混料器10、均化器11和布料管12顺序连接。

规格尺寸范围为D=150mm～250mm，d=10mm～35mm， h=100mm，L1=150mm～300mm，优化的规格尺寸为D=200mm，d=20mm ，h=100mm，L1=200mm。

规格尺寸范围为D=150mm～250mm， h=30～100mm，L2=150mm～300mm，优化的规格尺寸为D=200mm,h=50mm，L1=250mm。

所述的膏体改性方法：在充填工作面顺槽设置一套外加剂给料装置和外加剂自动集控装置，形成外加剂的循环回流和控制通道，沿充填工作面并视工作面长度布置多个改性管路单元和混料装置，每个改性管路单元的布料阀14旁通端口与混料器10、均化器11和布料管12顺序连接，布料管12出口进入工作面待充区；

具体步骤如下：

步骤1：集控柜2接受井上控制系统指令，通过线缆3控制配电柜1，打开回液电液阀4、关闭出液电液阀9，开启外加剂泵6，外加剂自外加剂箱4由外加剂泵6输出，沿供液管路8依次经计量仪7、回液电液阀4形成外加剂循环回流。

步骤2：集控柜2接受井上控制系统指令，通过线缆3切换各个工作面管路单元布料阀14的阀位状态，使得各工作面管路单元形成如下通路状态：膏体来料方向的工作面管13——布料阀14旁通端——混料器10——均化器11——布料管12。

步骤3：改性前膏体由工作面管13进入第一个工作面管路单元，依次经布料阀14旁通端、混料器10、均化器11、布料管12进入工作面待充区。

步骤4：集控柜2接受井上控制系统指令，通过线缆3控制打开与本单元对应的出液电液阀9并关闭回液电液阀4，外加剂经出液电液阀9进入混料器10。

步骤5：混料器10中的外加剂和膏体经均化器11的均化混料作用，完成膏体改性，经布料管12进入工作面待充区，开始改性膏体充填，充填过程中集控柜2实时监测流量仪7，并根据上游膏体来料流量和配比自动实时调整外加剂泵6的能力。

步骤6：完成本单元设定的改性膏体充填方量后，集控柜2接受井上控制系统指令，通过线缆3先打开回液电液阀4、然后关闭本单元对应的出液电液阀9，切换本单元布料阀14的阀位状态，使得未改性的膏体通过布料阀14的直通端进入下一个单元的工作面管。

步骤7：按照步骤4至步骤6的顺序重复循环，完成所有工作面管路单元的膏体改性充填。

实施例2：所述的膏体改性设施包括混料装置、自动集控装置、外加剂给料装置和工作面管路单元；外加剂给料装置通过混料装置与工作面管路单元连接，所述的工作面管路单元为多组串联连接在外加剂给料装置管路上；自动集控装置与混料装置和外加剂给料装置连接。

所述的混料器10为管节式为：单点式混料器。

所述的均化器11为管节式为：一字型均化器。

所述的计量仪7为：电磁流量计。

所述的外加剂泵6为：离心泵。

其它与实施例1同。

实施例3：所述的混料器10为管节式为：多点式混料器。

所述的均化器11为管节式为：十字型均化器。

所述的计量仪7为压差流量计。

所述的外加剂泵6为：柱塞泵。

其它与实施例1同。

Claims (8)

1.一种矿山充填膏体改性管路设施，其特征是：所述的膏体改性管路设施包括混料装置、自动集控装置、外加剂给料装置和工作面管路单元；外加剂给料装置通过混料装置与工作面管路单元连接，自动集控装置与混料装置和外加剂给料装置连接；

所述的混料装置包括：混料器、均化器；沿膏体来料方向，混料器在均化器的前方，混料器和均化器相邻直接连接；

所述的工作面管路单元包括：布料管、工作面管和布料阀；布料阀的两个直通端口分别与工作面管连接，布料阀的旁通端口与混料器、均化器、布料管顺序连接。

2.根据权利要求1所述的一种矿山充填膏体改性管路设施，其特征是：所述的混料器为管节式为：环管式混料器、单点式混料器或多点式混料器。

3.根据权利要求1所述的一种矿山充填膏体改性管路设施，其特征是：所述的均化器为管节式为：内螺带均化器、一字型均化器或十字型均化器。

4.根据权利要求1所述的一种矿山充填膏体改性管路设施，其特征是：所述的自动集控装置包括：配电柜、集控柜、线缆；配电柜由井下电源接入，通过线缆与集控柜、外加剂泵连接；集控柜通过线缆与配电柜、回液电液阀、计量仪、出液电液阀连接；所述的配电柜包括：断路器、接触器和热继电器；断路器、接触器和热继电器顺序连接；所述的集控柜包括：柜内电源、PLC程序模块和中间继电器；柜内电源与PLC程序模块连接，PLC程序模块的输出端与中间继电器连接，PLC程序模块的输入端与上级通讯连接。

5.根据权利要求1所述的一种矿山充填膏体改性管路设施，其特征是：所述的外加剂给料装置包括：回液电液阀、外加剂储料箱、外加剂泵、计量仪、供液管和出液电液阀；外加剂泵进料端与外加剂储料箱出料端连接，外加剂泵出料端通过供液管与计量仪、出液电液阀和回液电液阀顺序连接。

6.根据权利要求5所述的一种矿山充填膏体改性管路设施，其特征是：所述的计量仪为管式流量计为：电磁流量计、压差流量计。

7.根据权利要求5所述的一种矿山充填膏体改性管路设施，其特征是：所述的外加剂泵为：柱塞泵、离心泵。

8.采用权利要求1所述的一种矿山充填膏体改性管路设施的方法，其特征是：所述的一种矿山充填膏体改性管路设施的方法：在充填工作面顺槽设置一套外加剂给料装置和外加剂自动集控装置，形成外加剂的循环回流和控制通道，沿充填工作面并视工作面长度布置多个工作面管路单元和混料装置，每个工作面管路单元的布料阀旁通端口与混料器、均化器、布料管顺序连接，布料管出口进入工作面待充区，工作面管路单元之间通过工作面管路直接连接，具体步骤如下：

步骤1：集控柜接受井上控制系统指令，通过线缆控制配电柜，打开回液电液阀、关闭出液电液阀，开启外加剂泵，外加剂自外加剂箱由外加剂泵输出，沿供液管路依次经计量仪、回液电液阀形成外加剂循环回流；

步骤2：集控柜接受井上控制系统指令，通过线缆切换各个工作面管路单元布料阀的阀位状态，使得各工作面管路单元形成如下通路状态：膏体来料方向的工作面管——布料阀旁通端——混料器——均化器——布料管；

步骤3：改性前膏体由工作面管进入第一个工作面管路单元，依次经布料阀旁通端、混料器、均化器、布料管进入工作面待充区；

步骤4：集控柜接受井上控制系统指令，通过线缆控制打开与本单元对应的出液电液阀并关闭回液电液阀，外加剂经出液电液阀进入混料器；

步骤5：混料器中的外加剂和膏体经均化器的均化混料作用，完成膏体改性，经布料管进入工作面待充区，开始改性膏体充填，充填过程中集控柜实时监测流量仪，并根据上游膏体来料流量和配比自动实时调整外加剂泵的能力；

步骤6：完成本单元设定的改性膏体充填方量后，集控柜接受井上控制系统指令，通过线缆先打开回液电液阀、然后关闭本单元对应的出液电液阀，切换本单元布料阀的阀位状态，使得未改性的膏体通过布料阀的直通端进入下一个单元的工作面管；

步骤7：按照步骤4至步骤6的顺序重复循环，完成所有工作面管路单元的膏体改性充填。