CN108643963A - 用于井下充填堵管的泄压装置、方法及井下充填系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于井下充填堵管的泄压装置、方法及井下充填系统。用于井下充填堵管的泄压装置，包括用于井下充填的充填管路，充填管路包括布设于竖向地层钻孔内用于注入充填料浆的竖向钻孔管以及沿水平向布设在巷道内用于连通至充填区内进行充填的充填水平主管道，竖向钻孔管与充填水平主管道之间通过弯头连通，泄压装置还包括从充填水平主管道上方连接在充填水平主管道上用于充填管路堵管时进行管内泄压的泄压机构。本发明的用于井下充填堵管的泄压装置，将泄压机构设于充填水平主管道上方，避免充填料浆在泄压机构位置堆积的同时避免正常充填时竖向钻孔管中高压的充填料浆对泄压机构造成冲击影响而导致的泄压机构的使用寿命短的问题。

Description

用于井下充填堵管的泄压装置、方法及井下充填系统

技术领域

本发明涉及矿山充填及管道输送技术领域，特别地，涉及一种用于井下充填堵管的泄压装置及方法。此外，本发明还涉及一种包括上述用于井下充填堵管的泄压装置的井下充填系统。

背景技术

目前，矿山充填大多采用管道自流输送，由于充填料浆中的大块物料造成充填管路堵塞、充填料浆中的气泡进入充填管路中导致充填料浆无法流动、充填料浆的浓度过高浓度、充填料浆离析等原因造成堵管故障在所难免。由于堵管造成管道压力相对输送顺畅时偏大，容易造成爆管事故，影响安全生产。其次，在处理堵管故障时，如果不进行管道泄压，直接进行充填管的疏通，充填用的数百米高差的自流输送管道在疏通瞬间，充填管内的流速会急速增大，容易导致人员伤亡。因此井下充填发生堵管事故时，需要把充填钻孔内的竖向钻孔管里面的料浆泄压排出。

现有技术中，通过将竖向钻孔管连接的巷道内的充填水平主管道拆卸下来后疏通管道泄压，排出的料浆直接排至巷道中给巷道造成污染且清理比较困难，拆卸后大量料浆排出对操作人员造成安全隐患，并且由于目前充填管路采用钢管或双金属磨管，管道十分重，拆卸起来十分困难。还有一部分通过在竖向钻孔管上安装泄压机构实现充填管路堵管事故的快速泄压处理，但由于充填管路的堵管充填管路发生堵管的主要原因是由于充填料浆在竖向钻孔管内离析造成，而且堵管的位置集中在竖向钻孔管底部与水平主管道的连接处，若将泄压机构安装于竖向钻孔管上会出现泄压后，对于沉积于竖向钻孔管底部与水平主管道的连接处的充填料浆仍然难以清理，造成充填管路无法完全疏通。并且在正常充填时竖向钻孔管内的充填料浆会对泄压机构造成冲击，影响泄压装置的使用寿命。

发明内容

本发明提供了一种用于井下充填堵管的泄压装置、方法及井下充填系统，以解决现有的泄压装置，在正常充填输送状态下也会持续受到充填料浆的流动冲击，导致使用寿命短的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种用于井下充填堵管的泄压装置，包括用于井下充填的充填管路，充填管路包括布设于竖向地层钻孔内用于注入充填料浆的竖向钻孔管以及沿水平向布设在巷道内用于连通至充填区内进行充填的充填水平主管道，竖向钻孔管与充填水平主管道之间通过弯头连通，泄压装置还包括从充填水平主管道上方连接在充填水平主管道上用于充填管路堵管时进行管内泄压的泄压机构。

进一步地，泄压机构包括从充填水平主管道上方连通至充填水平主管道上的泄压引流管、处于泄压引流管上用于控制泄压引流管通断的泄压阀门以及处于泄压引流管输出端用于承接泄压输出的充填料浆的事故池。

进一步地，事故池的内腔容积大于泄压机构布设位置至充填管路进料口之间的充填管路的管内容积。

进一步地，泄压阀门的规格和耐压等级大于或等于充填水平主管道的规格和耐压等级；泄压引流管的管径和耐压等级大于或等于充填水平主管道的管径和耐压等级。

进一步地，事故池的底部设有用于缓冲泄压的充填料浆冲击力并防止泄压排出的充填料浆飞溅的缓冲层；缓冲层采用注入事故池内的水、铺设于事故池底部的缓冲网格、铺设于事故池底部的纤维层或铺设于事故池底部的凹凸板层中的至少一种。

进一步地，泄压机构的布设位置距离充填水平主管道的进料口2m～10m。

进一步地，竖向钻孔管上端设有用于充填料浆进料并对充填料浆进行过滤以消减进入到竖向钻孔管内的块状物料降低堵管风险的进料装置；进料装置包括安装于充填管路进料端的进料斗以及固接于进料斗内的过滤网；过滤网的上方设有用于收集块状物料并将收集的块状物料及时清理出进料斗的过滤篮。

进一步地，竖向钻孔管上连通有用于充填管路内进料时充填管路内的气体排放以降低堵管风险的排气装置；排气装置采用与竖向钻孔管连通的排气管，排气管包括与充填管路连通并向上延伸的连接段以及处于进料装置上方且出气口朝向进料装置布设的出气段充填管路通过连接段与出气段连通。

根据本发明的另一方面，还提供了一种用于井下充填堵管的泄压方法，采用上述用于井下充填堵管的泄压装置，其特征在于，包括以下步骤：充填管路发生压力异常，停止充填料浆注入；打开泄压机构，将充填管路内的充填料浆排出；对充填水平主管道进行清理；关闭并清理泄压机构。

根据本发明的另一方面，还提供了一种井下充填系统，包括上述用于井下充填堵管的泄压装置。

本发明具有以下有益效果：

本发明的用于井下充填堵管的泄压装置，将泄压机构设于充填水平主管道上方，充填管路在进行正常充填时，充填料浆在充填管路内自动输送并沿充填水平主管道水平输送至待充填区域，对充填水平主管道的上部壁体冲击小，相应地对布设于充填水平主管道上的泄压装置的冲击力作用小，既能够避免充填料浆在泄压机构位置堆积，又能够避免正常充填时竖向钻孔管中高压的充填料浆对泄压机构造成冲击影响而导致的泄压机构的使用寿命短的问题；当充填管路堵塞时，通过开启泄压机构，利用竖向钻孔管与泄压机构的高度差，使滞留在竖向钻孔管内的充填料浆的在自重作用下通过泄压机构进行自流输送排空，及时进行充填管路的泄压，从而避免充填管路堵塞导致的各种问题，泄压后再进行充填水平主管道内的清理，即可轻易解决充填管路堵管的问题，整个泄压清理过程简单且安全。在对充填管路进行清洗时，泄压机构与充填水平主管道连接处的充填料浆由于自身重力作用以及清洗液的冲洗作用而被及时清理，避免充填料浆在泄压装置与水平主管道的连接处堆积结块而造成的泄压装置堵塞。泄压装置利用原有的充填管路的特点进行改进，结构简单，泄压及时且速度快，操作风险小。

本发明的用于井下充填堵管的泄压方法，通过打开泄压机构将发生堵管的充填管路内的充填料浆排出，再对充填水平主管道进行清理，实现整个充填管路的完全疏通。整个泄压处理过程操作简单。

本发明的井下充填系统，通过泄压装置使滞留在竖向钻孔管内的充填料浆的在自重作用下通过泄压机构进行自流输送排空，及时进行充填管路的泄压后疏通，使整个井下充填系统重新正常运行。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的井下充填系统的结构示意图。

图例说明：

1、竖向钻孔管；2、充填水平主管道；3、泄压机构；4、进料装置；5、排气装置；31、泄压阀门；32、泄压引流管；33、事故池；34、缓冲层；41、进料斗；42、过滤网。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的井下充填系统的结构示意图。

如图1所示，本实施例的用于井下充填堵管的泄压装置，包括用于井下充填的充填管路，充填管路包括布设于竖向地层钻孔内用于注入充填料浆的竖向钻孔管1以及沿水平向布设在巷道内用于连通至充填区内进行充填的充填水平主管道2。竖向钻孔管1与充填水平主管道2之间通过弯头连通。泄压装置还包括从充填水平主管道2上方连接在充填水平主管道2上用于充填管路堵管时进行管内泄压的泄压机构3。本发明的用于井下充填堵管的泄压装置，将泄压机构3设于充填水平主管道2上方，充填管路在进行正常充填时，充填料浆在充填管路内自动输送并沿充填水平主管道2水平输送至待充填区域，对充填水平主管道2的上部壁体冲击小，相应地对布设于充填水平主管道2上的泄压装置的冲击力作用小，既能够避免充填料浆在泄压机构3位置堆积，又能够避免正常充填时竖向钻孔管1中高压的充填料浆对泄压机构3造成冲击影响而导致的泄压机构3的使用寿命短的问题。当充填管路堵塞时，通过开启泄压机构3，利用竖向钻孔管1与泄压机构3的高度差，使滞留在竖向钻孔管1内的充填料浆的在自重作用下通过泄压机构3进行自流输送排空，及时进行充填管路的泄压，从而避免充填管路堵塞导致的各种问题。泄压后再进行充填水平主管道2内的清理，即可轻易解决充填管路堵管的问题，整个泄压清理过程简单且安全。在对充填管路进行清洗时，泄压机构3与充填水平主管道2连接处的充填料浆由于自身重力作用以及清洗液的冲洗作用而被及时清理，避免充填料浆在泄压装置与水平主管道的连接处堆积结块而造成的泄压装置堵塞。泄压装置利用原有的充填管路的特点进行改进，结构简单，泄压及时且速度快，操作风险小。不仅适用于竖向直通的充填管路的泄压清理，同时也能够适用于其他蜿蜒复杂的充填管路的泄压清理。

泄压机构3包括从充填水平主管道2上方连通至充填水平主管道2的泄压引流管32、处于泄压引流管32上用于控制泄压引流管32通断的泄压阀门31以及处于泄压引流管32输出端上用于承接泄压输出的充填料浆的事故池33。泄压引流管32包括竖向连通至充填水平主管道2上的竖管段、沿水平向连通在竖管段上端的水平管段以及连通在水平管段输出端并折弯朝向事故池33内腔布设的折弯段；竖管端与水平管段之间和/或水平管段与折弯段之间采用弯管段连接过渡。当充填管路堵管时，竖向钻孔管1中料浆液位逐渐升高，充填管路中的压力逐渐增大，当超过最大允许压力时通过开启泄压阀门31将料浆排出降低料浆液位达到泄压的目的。

在另一实施例中，泄压引流管32的输出端连通至充填区；充填水平主管道2下游靠近泄压引流管32的部位设有常开阀。当充填管路堵管时则打开泄压引流管32上的泄压阀并关闭常开阀，利用高度差自流输送或通过动力装置将充填料浆输送至充填区进行充填，同时对充填水平主管道2的下游段进行清理。泄压机构3作为一种辅助充填支路，即不会影响充填施工进度，又能够有效解决充填管路堵管的问题。

事故池33的内腔容积大于泄压机构3布设位置至充填管路进料口之间的充填管路的管内容积。当充填管路堵管后管道内滞留的料浆较多时，泄压后排出的料浆流入事故池33内，事故池33具有足够的容积收集泄压排出的料浆。可选地，事故池33设有输出管路，输出管路连通至充填区域。可选地，输出管路上设有用于依据充填料浆的水灰比以及事故池33内的含水量补入尾砂和胶凝材料制备混合料浆以进行充填的料浆补入装置。

泄压阀门31的规格和耐压等级大于或等于充填水平主管道2的规格和耐压等级。泄压阀门31的材料、容量、性能、抗冲击力、抗压能力等均与充填水平主管道2相同或者优于充填水平主管道2，以确保泄压阀门31的使用寿命，确保泄压阀门31的正常使用。通过采用规格和耐压等级大于或等于水平主管道的规格和耐压等级的泄压阀门31，当充填系统正常充填时，充填管路的压力大于或等于水平主管道的耐压等于而小于泄压阀门31的耐压等级，泄压阀门31不会损坏，而充填料浆流入充填水平主管道2输送至充填区，从而避免正常充填时充填料浆流入泄压引流管32中。

泄压引流管32的管径和耐压等级大于或等于充填水平主管道2的管径和耐压等级。泄压引流管32的材料、容量、性能、抗冲击力、抗压能力等均与充填水平主管道2相同或者优于充填水平主管道2，以确保泄压引流管32的使用寿命，确保泄压引流管32的结构安全并确保能够正常使用。由于泄压时，泄压输出的充填料浆会对泄压引流管32造成很大的冲击，通过采用管径和耐压等级大于或等于充填水平主管道2的管径和耐压等级的泄压引流管32，从而避免在泄压引流管32在在泄压过程中发生爆管。

事故池33的底部设有用于缓冲泄压的充填料浆冲击力并防止泄压排出的充填料浆飞溅的缓冲层34，缓冲层34采用注入事故池33内的水、铺设于事故池33底部的缓冲网格、铺设于事故池33底部的纤维层或铺设于事故池33底部的凹凸板层中的至少一种。本实施例中，缓冲层34为预留于事故池33内的具有一定液位高度的水。通过在事故池33内设置缓冲层34，当充填管路堵管后进行泄压处理时，减少了泄压时强大压力的料浆会对事故池33造成冲击损坏，同时也避免了料浆冲击事故池33后反弹飞溅至工作人员身上所造成的安全隐患。采用缓冲网格或凹凸板层，泄压的充填料浆在与缓冲网格或凹凸板层接触时，形成不同角度的反弹作用力，形成作用力彼此抵消的效果，能够消减泄压冲击力，以避免充填料浆飞溅。

泄压机构3的布设位置距离充填水平主管道2的进料口2m～10m。泄压机构3的安装位置可根据竖向钻孔管1的高度而定，竖向钻孔管1的高度越高则相应的泄压机构3的安装位置距离水平主管道的进料口的位置越远。确保泄压机构3泄压时泄压机构3与竖向钻孔管1的高度差能使滞留在竖向钻孔管1内的充填料浆的在自重作用下通过泄压机构3进行自流输送排空，而减少竖向钻孔管1中高压的充填料浆对泄压机构3的冲击。若泄压阀门31安装于竖向钻孔管1的下半段，由于正常充填时充填料浆流入竖向钻孔管1的下半段时压力很大对泄压阀门31造成冲击磨损。若泄压阀门31安装于竖向钻孔管1底部与水平主管道的连接处，由于充填料浆在竖向钻孔管1与充填水平主管道2的连接处因速度变化形成负压对泄压阀门31造成气蚀和冲蚀。通过将泄压阀门31安装于距离水平主管道进料口2m～10m处，充填料浆对泄压阀门31造成的磨损大大减少，提高了泄压阀门31的使用寿命。

竖向钻孔管1上端设有用于充填料浆进料并对充填料浆进行过滤以消减进入到竖向钻孔管1内的块状物料降低堵管风险的进料装置4；进料装置4包括安装于充填管路进料端的进料斗41以及固接于进料斗41内的过滤网42；过滤网42的上方设有用于收集块状物料并及时清理出进料斗41的过滤篮。本实施例中，过滤网42为边缘与进料斗41内壁面焊接的格栅网片。通过过滤网42将充填料浆中体积较大的块状物料滤掉，避免体积较大的块状物料进入充填管路中造成管道堵塞；通过在过滤网42上设置过滤篮，当过滤的块状物料较多在过滤篮中堆积造成进料速度比较慢的时候将过滤篮提起倾出篮内的块状物料。可选地，过滤网42倾斜布置，过滤网42的下倾部位开设有块状物料排放口，可以利用块状物料的自重在过滤网42上滚落排出，同时避免块状物料在过滤网42网面上堆积造成的网孔堵塞。可选地，块状物料排放口上设有用于开闭块状物料排放口的阀门。

竖向钻孔管1上连通有用于充填管路内进料时充填管路内的气体排放以降低堵管风险的排气装置5；排气装置5采用与竖向钻孔管1连通的排气管，排气管包括与充填管路连通并向上延伸的连接段以及处于进料装置4上方且出气口朝向进料装置4布设的出气段。充填时，充填料浆会带入空气进入充填管路中聚集成气泡导致料浆滞留于气泡上方无法下落，通过在靠近进料口的充气管道上设置排气装置5及时将充填管路中的气体排出。通过排气管向上倾斜，便于气体上升排出，同时也可使充填料浆难以进入排气管中或者进入后下滑至充填管路中。通过将出气口设于进料装置4上方并朝向进料装置4，若由于充填料浆压力比较大而冲击至排气管中后重新掉落至进料装置4中。

本实施例的用于井下充填堵管的泄压方法，采用上述用于井下充填堵管的泄压装置，其特征在于，包括以下步骤：充填管路发生压力异常，停止充填料浆注入；打开泄压机构3，将充填管路内的充填料浆排出；对充填水平主管道2进行清理；关闭并清理泄压机构3。通过打开泄压机构3将发生堵管的充填管路内的充填料浆排出，再对充填水平主管道2进行清理，实现整个充填管路的完全疏通。

本实施例的井下充填系统，包括上述用于井下充填堵管的泄压装置。当充填管路发生堵管造成井下充填系统无法正常运行时，通过泄压装置使滞留在竖向钻孔管1内的充填料浆的在自重作用下通过泄压机构3进行自流输送排空，及时进行充填管路的泄压后疏通，使整个井下充填系统快速回复并重新正常运行。

从以上的描述中，可以看出，本发明的上述实施例实现了如下技术效果：

本发明的用于井下充填堵管的泄压装置，将泄压机构设于充填水平主管道上方，充填管路在进行正常充填时，避免充填料浆在泄压机构位置堆积的同时避免正常充填时竖向钻孔管中高压的充填料浆对泄压机构造成冲击影响而导致的泄压机构的使用寿命短的问题；当充填管路堵塞时，通过开启泄压机构，利用竖向钻孔管与泄压机构的高度差，使滞留在竖向钻孔管内的充填料浆的在自重作用下通过泄压机构进行自流输送排空，及时进行充填管路的泄压，从而避免充填管路堵塞导致的各种问题，泄压后再进行充填水平主管道内的清理，即可轻易解决充填管路堵管的问题，整个情况过程简单且安全。在对充填管路进行清洗时，泄压机构与充填水平主管道连接处的充填料浆由于自身重力作用以及清洗液的冲洗作用而被及时清理，避免充填料浆在泄压装置与水平主管道的连接处堆积结块而造成的泄压装置堵塞。泄压装置利用原有的充填管路的特点进行改进，结构简单，泄压及时且速度快，操作风险小。

本发明的用于井下充填堵管的泄压方法，通过打开泄压机构将发生堵管的充填管路内的充填料浆排出，再对充填水平主管道进行清理，实现整个充填管路的完全疏通。

本发明的井下充填系统，通过泄压装置使滞留在竖向钻孔管内的充填料浆的在自重作用下通过泄压机构进行自流输送排空，及时进行充填管路的泄压后疏通，使整个井下充填系统重新正常运行。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于井下充填堵管的泄压装置，包括用于井下充填的充填管路，

所述充填管路包括布设于竖向地层钻孔内用于注入充填料浆的竖向钻孔管(1)以及沿水平向布设在巷道内用于连通至充填区内进行充填的充填水平主管道(2)，所述竖向钻孔管(1)与所述充填水平主管道(2)之间通过弯头连通，

其特征在于，

泄压装置还包括从所述充填水平主管道(2)上方连接在所述充填水平主管道(2)上用于所述充填管路堵管时进行管内泄压的泄压机构(3)。

2.根据权利要求1所述的用于井下充填堵管的泄压装置，其特征在于，

所述泄压机构(3)包括从所述充填水平主管道(2)上方连通至所述充填水平主管道(2)的泄压引流管(32)、处于所述泄压引流管(32)上用于控制所述泄压引流管(32)通断的泄压阀门(31)以及处于所述泄压引流管(32)输出端用于承接泄压输出的充填料浆的事故池(33)。

3.根据权利要求2所述的用于井下充填堵管的泄压装置，其特征在于，

所述事故池(33)的内腔容积大于所述泄压机构(3)布设位置至所述充填管路进料口之间的充填管路的管内容积。

4.根据权利要求2所述的用于井下充填堵管的泄压装置，其特征在于，

所述泄压阀门(31)的规格和耐压等级大于或等于所述充填水平主管道(2)的规格和耐压等级；

所述泄压引流管(32)的管径和耐压等级大于或等于所述充填水平主管道(2)的管径和耐压等级。

5.根据权利要求2所述的用于井下充填堵管的泄压装置，其特征在于，

所述事故池(33)的底部设有用于缓冲泄压的充填料浆冲击力并防止泄压排出的充填料浆飞溅的缓冲层(34)；

所述缓冲层(34)采用注入所述事故池(33)内的水、铺设于所述事故池(33)底部的缓冲网格、铺设于所述事故池(33)底部的纤维层或铺设于所述事故池(33)底部的凹凸板层中的至少一种。

6.根据权利要求1至5任一项所述的用于井下充填堵管的泄压装置，其特征在于，

所述泄压机构(3)的布设位置距离所述充填水平主管道(2)的进料口2m～10m。

7.根据权利要求1至5任一项所述的用于井下充填堵管的泄压装置，其特征在于，

所述竖向钻孔管(1)上端设有用于充填料浆进料并对充填料浆进行过滤以消减进入到所述竖向钻孔管(1)内的块状物料降低堵管风险的进料装置(4)；

所述进料装置(4)包括安装于充填管路进料端的进料斗(41)以及固接于所述进料斗(41)内的过滤网(42)；

所述过滤网(42)的上方设有用于收集块状物料并将收集的块状物料及时清理出进料斗(41)的过滤篮。

8.根据权利要求1至5任一项所述的用于井下充填堵管的泄压装置，其特征在于，

所述竖向钻孔管(1)上连通有用于充填管路内进料时充填管路内的气体排放以降低堵管风险的排气装置(5)；

所述排气装置(5)采用与所述竖向钻孔管(1)连通的排气管，所述排气管包括与所述充填管路连通并向上延伸的连接段以及处于所述进料装置(4)上方且出气口朝向所述进料装置(4)布设的出气段，充填管路通过连接段与出气段连通。

9.一种用于井下充填堵管的泄压方法，采用权利要求1至8中任一项所述的用于井下充填堵管的泄压装置，其特征在于，包括以下步骤：

充填管路发生压力异常，停止充填料浆注入；

打开泄压机构(3)，将充填管路内的充填料浆排出；

对充填水平主管道(2)进行清理；

关闭并清理泄压机构(3)。

10.一种井下充填系统，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的用于井下充填堵管的泄压装置。