CN114017107A - 充填料浆管道输送的增阻卸压系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充填料浆管道输送的增阻卸压系统，包括充填竖管、位于井下充填巷道内的水平管、连接充填竖管和水平管的转接管以及与水平管的末端连接的增阻卸压装置，增阻卸压装置与充填竖管的水平距离为2～3m；增阻卸压装置包括与水平管末端连接的消能变径管、至少一个增阻陶瓷复合管以及连接消能变径管和增阻陶瓷复合管的第一连接管道。通过上述方式，提供了一种可减小料浆在管道中的流速，并能减少对输送管道的破坏的充填料浆管道输送的增阻卸压系统。该系统只需在现有的矿山管网系统基础上增设增阻卸压装置即可，便于安装、且安装之后结构可调，适应性强；以耐磨性好的陶瓷材料为增阻卸压装置的主体材料，成本低、使用寿命长、安全系数高。

Description

充填料浆管道输送的增阻卸压系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及小充填倍线的矿山填充及管道输送技术领域，尤其涉及一种充填料浆管道输送的增阻卸压系统及其使用方法。

背景技术

矿山填充是以填充介质为载体，通过密闭管道或明槽将充填材料和液体混合物从地表输送至地下空区，使地下空区封闭的工艺环节，是采矿过程中一个极其重要的步骤。矿山填充通常是从地表钻垂直和/或倾斜孔至井下某一水平，再通过水平管道和井下小井或钻孔至各个采空区，在充填钻孔内设置充填套管，这样就在井下形成一个充填管网。矿山填充过程中，充填料浆依靠自身重力，从地表流入采空区，由于垂直管道与水平管道的高度差较大，垂直管道内填充料浆形成的势能，一部分用于克服充填管道阻力将充填料浆送入采空区，剩余部分的能量会导致填充料浆在管道内高速流动，从而造成输送管道磨损过快而发生漏浆或爆管事故，威胁工作人员的安全，制约矿山的运行效率。而对于小充填倍线矿山的填充，上述问题更为严重。

现有技术中，主要通过如下三种方法解决上述问题：第一种方法，在充填竖管内增加消能装置，减少料浆自由落体对管壁产生的冲击破坏。该方法中，由于矿山地表至井下的充填竖管一般为一次成孔，在孔内管道固井后形成，其造价高，为咽喉部位，全部竖管均在岩层中，破坏后修复难度极大，一般磨损穿透后即废弃。在竖管中增加消能器会面临无法安装，或安装后无法调整的难题，矿山井下不同中段采场的充填倍线有所变化，竖管消能器的安装位置需设置在充填料浆自由落体与满管流交界处附近，否则无法实现应有的目标。第二种方法，在充填井下管道系统内通过阀门组的切换，设置专用的卸压支路，利用增加管道的形式，增加沿程阻耗，以达到消能的作用，降低料浆的流速。阀门组的切换在带砂料浆输送管道的实际使用过程中效果不佳，频繁开闭之后易磨损漏浆，部分区域长期不开闭时，可能会日积月累而堵塞，造成事故。通过增加管道长度来加大料浆输送阻力可以达到卸压的目的，但过长的管道需要增加大量的巷道、硐室等工程，管道及其附件的增加将耗资巨大。第三种方法，在水平管道适当的位置增加敞空的卸压装置，一般为缓冲池或搅拌槽，使得料浆卸压后，再进入管道进行输送，达到卸压的目的。中间增设敞空的卸压装置将第一段管道内的压力全部卸掉，但存在两个问题，一是卸压装置前面一段抵抗料浆重力势能的管道阻力更小，料浆在竖管内自由落体的破坏作用更强；二是卸压装置后的料浆势能相对不足，难以支持后面一段的管道输送。但是，上述方法存在施工难、成本高、效果不显著的缺陷，因此需要提出一种新的技术方案来解决上述问题。

现有技术中，申请号为CN 106523027 A的发明专利中公开了一种深井管道输送卸压充填装置及其使用方法，该装置由充填管道、卸压箱、单向阀门、压力测量仪、线管、充填站、软木垫板和角钢组成。充填管道为耐磨材质管道且通过卡箍分节连接，填充管道分为垂直段和水平段，卸压箱设置在分节断口处，卸压箱与充填管道焊接连接且在卸压箱和充填管道之间用角钢支护固定，分节断口上部的管道上设置压力测量仪，单向阀门设置在充填管道的入口处，充填站位于充填管道外部，并且通过管道连接单向阀门，管道充填外部设有软木垫板，线管紧贴充填管道外壁，线管内通有线路且与压力测量仪连接。上述技术方案中，通过在管道输送系统内设置单向阀门，降低管道内的压力，提高管道输送的稳定性。然而，在输送系统内设置单向阀门，对密封性的要求高、且阀门在使用过程中易磨损，安全系数低。

有鉴于此，有必要设计一种改进的充填料浆管道输送的增阻卸压系统及其使用方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可减小料浆在管道中的流速，并能减少对输送管道的破坏的充填料浆管道输送的增阻卸压系统，以及该充填料浆管道输送的增阻卸压系统的使用方法。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种充填料浆管道输送的增阻卸压系统，包括充填竖管、位于井下充填巷道内的水平管、连接所述充填竖管和所述水平管的转接管以及与所述水平管的末端连接的增阻卸压装置，所述增阻卸压装置与所述充填竖管的水平距离为2～3m；

所述增阻卸压装置包括与所述水平管末端连接的消能变径管、至少一个增阻陶瓷复合管以及连接所述消能变径管和所述增阻陶瓷复合管的第一连接管道。

进一步地，所述消能变径管包括沿充填料浆的流动方向设置的变径管前端和变径管末端，从所述变径管前端到所述变径管末端，所述消能变径管的公称直径逐渐减小。

进一步地，所述消能变径管的内壁设有沿轴向凸起且均匀分布的若干钢条，所述钢条的长为150～250mm、宽为11～13mm、高为5～7mm。

进一步地，所述增阻陶瓷复合管包括陶瓷内壁、设置于所述陶瓷内壁的外侧的无缝钢管以及设置于所述陶瓷内壁的内壁上的螺旋状凸起。

进一步地，所述陶瓷内壁与所述螺旋状凸起经高温烧制一体成型，所述螺旋状凸起为光滑陶瓷。

进一步地，所述螺旋状凸起的凸起截面为弧形，沿所述陶瓷内壁的内壁以10～20°的倾角延伸，所述螺旋状凸起的高为6～10mm，宽为20～30mm。

进一步地，所述增阻陶瓷复合管的公称直径为100～150mm，长度为350～450mm，所述无缝钢管的厚度为10～14mm，所述陶瓷内壁(232)的厚度为6～10mm。

进一步地，所述增阻卸压装置沿水平方向延伸设置。

进一步地，所述增阻卸压装置还包括连接相邻设置的所述增阻陶瓷复合管的第二连接管道，所述第二连接管道的两端均与所述增阻陶瓷复合管连接。

本发明还提供了利用上述充填料浆管道输送的增阻卸压系统进行矿山填充的方法，包括如下步骤：

在距离充填竖管的水平距离为2～3m的水平管上连接增阻卸压装置；接着，将料浆从充填竖管注入，料浆在自身重力势能的作用下，沿管道运动，将料浆输送到需要填充的地下采空区。

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种充填料浆管道输送的增阻卸压系统，只需在现有的矿山管网系统基础上，在靠近充填竖管的水平管上设置增阻卸压装置，即可减小管道内的料浆的流速、对输送管道的冲击能以及充填竖管中料浆自由落体运动段的高度，并减少料浆对竖管的冲击破坏、对水平管道的冲刷磨损，解决了小倍线充填矿山管道磨损过快的问题，提升了管道输送的稳定性；该系统便于安装，且安装之后结构可调；增阻陶瓷复合管的数量可根据不同场景的需要进行调节，适应性强；以耐磨性好的陶瓷材料为增阻卸压装置的主体材料，成本低、使用寿命长、安全系数高。

附图说明

图1为本发明的充填料浆管道输送的增阻卸压系统的结构示意图；

图2为图1的充填料浆管道输送的增阻卸压系统中的消能变径管的内部展开示意图；

图3为图2中的消能变径管的公称直径为150mm的一端的端视图；

图4为图2中的消能变径管的公称直径为125mm的一端的端视图；

图5为图1的充填料浆管道输送的增阻卸压系统中的增阻陶瓷复合管的内壁展开图；

图6为图1的充填料浆管道输送的增阻卸压系统中的增阻陶瓷复合管的侧视图；

图7为图1的充填料浆管道输送的增阻卸压系统中的增阻陶瓷复合管的局部剖视图；

附图标记如下：

100、充填料浆管道输送的增阻卸压系统；10、充填竖管；11、转接管；12、水平管；20、增阻卸压装置；21、消能变径管；211、变径管前端；212、钢条；213、变径管末端；22、第一连接管道；23、增阻陶瓷复合管；231、无缝钢管；232、陶瓷内壁；233、螺旋状凸起；24、第二连接管道；30、充填巷道。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

请参阅图1至图4所示，本发明提供了一种充填料浆管道输送的增阻卸压系统100，包括充填竖管10、位于井下充填巷道30内的水平管12、连接充填竖管10和水平管12的转接管11以及与水平管12连接的增阻卸压装置20。充填竖管10的公称直径为150mm，水平管12的公称直径为150mm、长度L1为2～3m，转接管11的公称直径为150mm，充填竖管10、转接管11以及水平管12三者以法兰连接的方式连接。消能变径管21位于离充填竖管10水平距离为2～3m的位置，消能变径管21的长度L2为200mm，消能变径管21的内壁有沿轴向凸起且均匀分布的长L2为200mm、宽d2为12mm、高d3为6mm的钢条212，钢条212的数量为4根，常用消能变径管21的壁厚为11mm，钢条212与消能变径管21一体铸造而成，可增大对料浆的阻力，并增加紊流混乱程度，减小料浆的流速；水平管12的末端与消能变径管21的公称直径为150mm的变径管前端211通过法兰连接的方式连接，变径管前端211的管道外径D5为174mm，内径D4为150mm。当料浆自水平管12的末端进入消能变径管21，从变径管末端213流出后，造成料浆的压力损失，同时，变径管前端211和变径管末端213较大的内径差，可迅速提升对料浆的输送阻力。本领域技术人员应当理解，钢条的数量也可以设置为其它数量，此处并不以此为限，只需对应设置即可。

请参阅图5至图7并结合图1所示，增阻陶瓷复合管23的前端通过第一连接管道22与消能变径管的公称直径为125mm的变径管末端213连接，变径管末端213的管道外径D7为149mm、内径D6为125mm，第一连接管道22的公称直径为125mm、长度L3为200mm，端口连接处的连接方式为法兰连接。增阻陶瓷复合管23包括陶瓷内壁232、分别设置于陶瓷内壁232的外侧的可承压的无缝钢管231和陶瓷内壁232的内壁的螺旋状凸起233，增阻陶瓷复合管23的公称直径为125mm、长度L4为400mm，无缝钢管231的管道外径D10为161mm、厚度d7为12mm，陶瓷内壁232的管道外径D9为141mm、厚度d6为8mm。螺旋状凸起233为光滑陶瓷，螺旋状凸起233的侧视图为外径D8为125mm的圆，其截面为弧形，沿陶瓷内壁232的内壁以θ＝15°的倾角延伸，高d5为8mm，宽d4为25mm，螺旋状凸起233的凸起部分的最高点距内壁6mm；根据流体在管径突然变大或突然变小的情况下会损耗能量的原理，充填料浆在增阻陶瓷复合管内会因管道内径频繁变小、变大而损失较多的动能，且螺旋状凸起部分表面圆滑，可以避免应力集中；螺旋状凸起233与陶瓷内壁232一起在高温条件下烧制，一体成型，陶瓷材质耐磨、可长期使用，螺旋状凸起233和陶瓷内壁232可抵抗尾砂的长期冲刷；特性陶瓷内壁232与无缝钢管231的外壁通过强力金属胶水或其他的适当措施形成整体，无缝钢管231可对其内部的陶瓷内壁232和螺旋状凸起233具有保护作用。实际施工现场中，当充填倍线过小，充填料浆具有很大的重力势能时，需要多次对料浆进行增阻卸压，可根据需要在增阻陶瓷复合管23后通过公称直径为125mm、长度L5为50～60m的第二连接管道24增设一个或多个增阻陶瓷复合管23。

本发明还提供了应用上述充填料浆管道输送的增阻卸压系统100进行矿山充填的方法，包括如下步骤：

在距离充填竖管10的水平距离为2～3m的水平管12上连接增阻卸压装置；接着，将料浆从充填竖管10注入，料浆在自身重力势能的作用下，沿管道运动，将料浆输送到需要填充的地下采空区。当施工现场中的充填料浆具有很大的重力势能时，可在水平管12上通过长为50～60m的第二连接管道24增设一个或多个增阻陶瓷复合管23。

实施例1

应用上述充填料浆管道输送的增阻卸压系统100对内蒙某矿山进行充填，该矿山地表充填站至井下采场垂直高度大、水平距离小，矿充填倍线约为1.5～3.0。矿山充填过程中因料浆势能大，充填料浆在管道内流速快，竖管内自由落体距离大，对管道内壁形成了巨大的冲击作用，水平管道经常因压力大、磨损快而发生漏浆或爆管事故，制约矿山的运行效率。通过在靠近充填竖管10的水平管12处增加增阻卸压装置20，并在水平管12上间隔60m处增设一个增阻陶瓷复合管23，充填料浆经过增阻卸压装置20后，料浆在管道内的流速由6m/s降低至2.5m/s，该流速在经济流速的范围内。通过前后两次对充填竖管的探伤检测，分析竖管磨损破坏区域，发现增加增阻卸压系统后，料浆自由落体冲击段离地面的距离从120m减少至40m，自由落体高度也明显减小，形成的对管壁的冲击能也明显减小，管道损耗得到有效控制。水平管的磨损程度因充填料浆流速的降低也得到明显的减缓。

综上所述，本发明通过在现有的矿山管网系统基础上，在靠近充填竖管10的水平管12上连接增阻卸压装置20，即可减小管道中的料浆的流速，减小对输送管道的冲击能，提升了管道输送的稳定性；通过第二连接管道24调节增阻陶瓷复合管的数量，满足不同实际场景的需求，适应性强；上述增阻卸压装置只需直接与水平管连接即可，便于安装，且安装之后结构可调；采用耐磨性好的陶瓷材料作为增阻卸压装置的主体材料，成本低、使用寿命长、安全系数高。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种充填料浆管道输送的增阻卸压系统，其特征在于，包括充填竖管(10)、位于井下充填巷道(30)内的水平管(12)、连接所述充填竖管(10)和所述水平管(12)的转接管(11)以及与所述水平管(12)的末端连接的增阻卸压装置(20)，所述增阻卸压装置(20)与所述充填竖管(10)的水平距离为2～3m；

所述增阻卸压装置(20)包括与所述水平管(12)末端连接的消能变径管(21)、至少一个增阻陶瓷复合管(23)以及连接所述消能变径管(21)和所述增阻陶瓷复合管(23)的第一连接管道(22)。

2.根据权利要求1所述的充填料浆管道输送的增阻卸压系统，其特征在于，所述消能变径管(21)包括沿充填料浆的流动方向设置的变径管前端(211)和变径管末端(213)，从所述变径管前端(211)到所述变径管末端(213)，所述消能变径管(21)的公称直径逐渐减小。

3.根据权利要求2所述的充填料浆管道输送的增阻卸压系统，其特征在于，所述消能变径管(21)的内壁设有沿轴向凸起且均匀分布的若干钢条(212)，所述钢条(212)的长为150～250mm、宽为11～13mm、高为5～7mm。

4.根据权利要求1所述的充填料浆管道输送的增阻卸压系统，其特征在于，所述增阻陶瓷复合管(23)包括陶瓷内壁(232)、设置于所述陶瓷内壁(232)的外侧的无缝钢管(231)以及设置于所述陶瓷内壁(232)的内壁上的螺旋状凸起(233)。

5.根据权利要求4所述的充填料浆管道输送的增阻卸压系统，其特征在于，所述陶瓷内壁(232)与所述螺旋状凸起(233)经高温烧制一体成型，所述螺旋状凸起(233)为光滑陶瓷。

6.根据权利要求4所述的充填料浆管道输送的增阻卸压系统，其特征在于，所述螺旋状凸起(233)的凸起截面为弧形，沿所述陶瓷内壁(232)的内壁以10～20°的倾角延伸，所述螺旋状凸起(233)的高为6～10mm，宽为20～30mm。

7.根据权利要求4所述的充填料浆管道输送的增阻卸压系统，其特征在于，所述增阻陶瓷复合管(23)的公称直径为100～150mm，长度为350～450mm，所述无缝钢管(231)的厚度为10～14mm，所述陶瓷内壁(232)的厚度为6～10mm。

8.根据权利要求1所述的充填料浆管道输送的增阻卸压系统，其特征在于，所述增阻卸压装置(20)沿水平方向延伸设置。

9.根据权利要求1所述的充填料浆管道输送的增阻卸压系统，其特征在于，所述增阻卸压装置(20)还包括连接相邻设置的所述增阻陶瓷复合管(23)的第二连接管道(24)，所述第二连接管道(24)的两端均与所述增阻陶瓷复合管(23)连接。

10.一种利用权利要求1-9中任一权利要求所述的充填料浆管道输送的增阻卸压系统进行矿山填充的方法，其特征在于，包括如下步骤：在距离充填竖管(10)的水平距离为2～3m的水平管(12)上连接增阻卸压装置；接着，将料浆从充填竖管(10)注入，料浆在自身重力势能的作用下，沿管道运动，将料浆输送到需要填充的地下采空区。

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