CN114484283A - 一种膏体输送管道外置式微波加热堵管处置装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种膏体输送管道外置式微波加热堵管处置装置及方法，装置包括微波加热机构、升降式调节支架及移动式微波控制柜；微波加热机构同轴套装在膏体输送管道外侧且支撑固定在升降式调节支架顶部；移动式微波控制柜通过同轴传输线与微波加热机构相连，通过微波加热机构对膏体输送管道内部的充填浆料进行加热。方法为：确定膏体输送管道堵管位置，在堵管位置处同轴安装微波加热机构，通过同轴传输线连接微波加热机构与移动式微波控制柜；通过移动式微波控制柜设定微波输出功率、加热温度和加热时间，接通电源，微波能量穿过膏体输送管道后直接由管道内部充填浆料吸收，对充填浆料加热；充填浆料升温使屈服应力降低，充填浆料变为易流动状态，堵管被疏通。

Description

一种膏体输送管道外置式微波加热堵管处置装置及方法

技术领域

本发明属于金属矿地下采矿技术领域，特别是涉及一种膏体输送管道外置式微波加热堵管处置装置及方法。

背景技术

随着金属矿资源的持续开发，大量的尾矿库随之产生，同时也遗留了大量的采空区。为了治理采空区和尾矿库，膏体充填技术应运而生，通过膏体充填技术的应用，不但有效利用了尾矿库中的选矿尾砂，而且采空区在完成膏体充填后可有效提高采矿安全性。

目前，膏体充填技术的应用流程，通常需要先行在地面完成充填浆料的制备，然后通过膏体输送管道将制备好的充填浆料输送至地下采空区。但是，由于充填浆料具有高浓度属性，其在膏体输送管道中流动过程中，会受到高剪切应力和高输送阻力的影响，因此难以完全凭借自流作用实现膏体输送，而需要辅以泵压才能完成输送。即使膏体输送过程中辅以泵压，还会经常出现堵管事故，轻则停产维修或换管，重则爆管造成人员伤亡。此外，在高寒地区或冬季低温时，因低温导致充填浆料在膏体输送管道中的流动性进一步变差，堵管事故的发生几率更高。

现阶段，一旦发生堵管事故，处置方式通常采用在堵管上游位置进行加压或注水。但是，采用加压的危险系数较大，采用注水法存在水资源浪费严重的问题，而且注水法解决不了大颗粒物堵管事故。如果加压法或注水法都无法解决堵管时，最后只能采用人工破拆方式对堵管进行疏通。但是，人工破拆管道进行疏通的方式会导致膏体充填系统中断，造成采矿工作的暂停，而且耗时长，经济损失也更大，而且管道完成破拆疏通后再次修复，会导致膏体输送管道的密封性变差，并且在修复后的膏体输送管道处更容发生再次堵管事故。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种膏体输送管道外置式微波加热堵管处置装置及方法，通过降低膏体输送管道内的充填浆料屈服应力来解决堵管问题，能够快速在堵管部位进行布设，无需破损原有膏体输送管道即可解决堵管问题，减小经济损失的同时能够大幅度降低堵管处置时长；在高寒地区或冬季低温时，可通过微波加热方式提高充填浆料在膏体输送管道中的流动性，降低堵管发生几率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种膏体输送管道外置式微波加热堵管处置装置，包括微波加热机构、升降式调节支架及移动式微波控制柜；所述微波加热机构同轴套装在膏体输送管道的外侧，且微波加热机构支撑固定在升降式调节支架的顶部；所述移动式微波控制柜通过同轴传输线与微波加热机构相连，通过微波加热机构对膏体输送管道内部的充填浆料进行加热。

所述微波加热机构采用多瓣式分体组合结构。

所述微波加热机构包括微波短路壳体、外导体、透波支撑体及内导体；所述内导体同轴套装在膏体输送管道外侧，在内导体上开设有若干微波辐射口；所述透波支撑体同轴套装在内导体外侧，所述外导体同轴套装在透波支撑体外侧，所述壳体同轴套装在外导体外侧；在所述外导体上开设有微波输入口，在微波输入口内安装有微波输入接头，微波输入接头外接有波导，波导通过同轴传输线与移动式微波控制柜相连。

所述微波加热机构的相邻瓣体的微波短路壳体之间通过卡扣进行固定连接。

在所述微波辐射口内安装有防击穿介质堵头。

在同轴套装的所述外导体、透波支撑体及内导体的轴向端部设置有微波短路盖板，微波短路盖板与微波短路壳体固定连接。

在所述微波短路壳体的外部设置有分体连接式把手，分体连接式把手与微波短路壳体采用螺接方式连接。

所述升降式调节支架的顶部支撑块上表面与微波短路壳体的外表面具有相同的轮廓度。

所述移动式微波控制柜采用内置式供电电源，移动式微波控制柜的柜体内部安装有微波发生器，微波发生器依次通过同轴传输线、波导与微波加热机构的微波输入接头相连；在所述移动式微波控制柜的柜体上设置有微波功率表和温度表，通过微波功率表实时显示微波输出功率，通过温度表实时实现微波加热温度。

一种膏体输送管道堵管处置方法，采用了所述的膏体输送管道外置式微波加热堵管处置装置，包括如下步骤：

步骤一：先确定膏体输送管道发生堵管的位置，再将升降式调节支架置于堵管下游侧端头的膏体输送管道下方或侧方，然后将微波加热机构中的一个瓣体固定安装到升降式调节支架的顶部支撑块上，之后控制升降式调节支架整体伸长，直到顶部支撑块上的微波加热机构瓣体与膏体输送管道之间保持同轴；

步骤二：将微波加热机构中的其他瓣体与第一个瓣体进行组合安装，直到微波加热机构中所有瓣体连接在一起并形成封闭的圆环形，相邻瓣体之间均通过卡扣进行固定连接；

步骤三：连接微波加热机构与移动式微波控制柜，将同轴传输线的一端接入移动式微波控制柜的微波发生器，将同轴传输线的另一端通过波导接入微波加热机构上的微波输入接头；

步骤四：先通过移动式微波控制柜设定微波输出功率、加热温度和加热时间，然后接通电源，微波发生器输出的微波能量会依次通过同轴传输线和波导进入微波输入接头，之后进入外导体和内导体之间由透波支撑体所形成的环向空间，最终通过微波辐射口向着膏体输送管道辐射微波能量，辐射出的微波能量穿过膏体输送管道后直接由管道内部的充填浆料吸收，从而实现对充填浆料的加热；

步骤五：当设定的加热时间结束后，充填浆料因升温而使屈服应力降低，进而使充填浆料从堵料状态变为易流动状态，之后重新启动膏体输送过程，若膏体输送过程恢复正常，则说明堵管问题得以解决，若仍处于堵管状态，则重启微波加热并延长加热时间，直到堵管问题得到解决。

本发明的有益效果：

本发明的膏体输送管道外置式微波加热堵管处置装置及方法，通过降低膏体输送管道内的充填浆料屈服应力来解决堵管问题，能够快速在堵管部位进行布设，无需破损原有膏体输送管道即可解决堵管问题，减小经济损失的同时能够大幅度降低堵管处置时长；在高寒地区或冬季低温时，可通过微波加热方式提高充填浆料在膏体输送管道中的流动性，降低堵管发生几率。

附图说明

图1为本发明的一种膏体输送管道外置式微波加热堵管处置装置的结构示意图；

图2为图1中A-A剖视图；

图3为充填浆料的屈服应力与加热温度的关系曲线图；

图中，1—膏体输送管道，2—同轴传输线，3—充填浆料，4—微波短路壳体，5—外导体，6—透波支撑体，7—内导体，8—微波辐射口，9—微波输入口，10—微波输入接头，11—波导，12—卡扣，13—防击穿介质堵头，14—微波短路盖板，15—分体连接式把手，16—顶部支撑块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1、2所示，一种膏体输送管道外置式微波加热堵管处置装置，包括微波加热机构、升降式调节支架及移动式微波控制柜；所述微波加热机构同轴套装在膏体输送管道1的外侧，且微波加热机构支撑固定在升降式调节支架的顶部；所述移动式微波控制柜通过同轴传输线2与微波加热机构相连，通过微波加热机构对膏体输送管道1内部的充填浆料3进行加热。

所述微波加热机构采用多瓣式分体组合结构。

所述微波加热机构包括微波短路壳体4、外导体5、透波支撑体6及内导体7；所述内导体7同轴套装在膏体输送管道1外侧，在内导体7上开设有若干微波辐射口8；所述透波支撑体6同轴套装在内导体7外侧，所述外导体5同轴套装在透波支撑体6外侧，所述壳体4同轴套装在外导体5外侧；在所述外导体5上开设有微波输入口9，在微波输入口9内安装有微波输入接头10，微波输入接头10外接有波导11，波导11通过同轴传输线2与移动式微波控制柜相连。

所述微波加热机构的相邻瓣体的微波短路壳体4之间通过卡扣12进行固定连接。

在所述微波辐射口8内安装有防击穿介质堵头13。

在同轴套装的所述外导体5、透波支撑体6及内导体7的轴向端部设置有微波短路盖板14，微波短路盖板14与微波短路壳体4固定连接。

在所述微波短路壳体4的外部设置有分体连接式把手15，分体连接式把手15与微波短路壳体4采用螺接方式连接。

所述升降式调节支架的顶部支撑块16上表面与微波短路壳体4的外表面具有相同的轮廓度。

所述移动式微波控制柜采用内置式供电电源，移动式微波控制柜的柜体内部安装有微波发生器，微波发生器依次通过同轴传输线2、波导11与微波加热机构的微波输入接头10相连；在所述移动式微波控制柜的柜体上设置有微波功率表和温度表，通过微波功率表实时显示微波输出功率，通过温度表实时实现微波加热温度。

一种膏体输送管道堵管处置方法，采用了所述的膏体输送管道外置式微波加热堵管处置装置，包括如下步骤：

步骤一：先确定膏体输送管道1发生堵管的位置，再将升降式调节支架置于堵管下游侧端头的膏体输送管道1下方或侧方，然后将微波加热机构中的一个瓣体固定安装到升降式调节支架的顶部支撑块上，之后控制升降式调节支架整体伸长，直到顶部支撑块上的微波加热机构瓣体与膏体输送管道1之间保持同轴；

步骤二：将微波加热机构中的其他瓣体与第一个瓣体进行组合安装，直到微波加热机构中所有瓣体连接在一起并形成封闭的圆环形，相邻瓣体之间均通过卡扣12进行固定连接；

步骤三：连接微波加热机构与移动式微波控制柜，将同轴传输线2的一端接入移动式微波控制柜的微波发生器，将同轴传输线2的另一端通过波导11接入微波加热机构上的微波输入接头10；

步骤四：先通过移动式微波控制柜设定微波输出功率、加热温度和加热时间，然后接通电源，微波发生器输出的微波能量会依次通过同轴传输线2和波导11进入微波输入接头10，之后进入外导体5和内导体7之间由透波支撑体6所形成的环向空间，最终通过微波辐射口8向着膏体输送管道1辐射微波能量，辐射出的微波能量穿过膏体输送管道1后直接由管道内部的充填浆料3吸收，从而实现对充填浆料3的加热；

步骤五：当设定的加热时间结束后，充填浆料3因升温而使屈服应力降低，进而使充填浆料3从堵料状态变为易流动状态，之后重新启动膏体输送过程，若膏体输送过程恢复正常，则说明堵管问题得以解决，若仍处于堵管状态，则重启微波加热并延长加热时间，直到堵管问题得到解决。

本实施例中，微波加热机构采用三瓣式分体组合结构，微波输出功率设定为2kW，加热温度设定为70℃，加热时间设定为10min。具体的，加热时间可根据设定的微波输出功率计算得到，计算公式为P＝6000×M×△T×t，式中，P为微波输出功率，M为充填浆料质量，△T为充填浆料目标温度与初始温度的温差，t为加热时间。

此外，在实际应用时，为了避免塑胶材质的膏体输送管道1因温度过高而热熔，建议加热温度的最大设定值不超过100℃。

再有，本实施例中之所以将加热温度设定为70℃，如图3所示，是因为充填浆料3在70℃时的屈服应力与充填浆料3在常温25℃时的屈服应力相比，充填浆料3的屈服应力等效浓度降低了5％左右，而5％的屈服应力等效浓度降低幅度，已经可以大幅度降低充填浆料3在膏体输送管道1中的阻力，因此可以使堵管处恢复疏通。

当需要调整本发明的微波加热机构使用位置时，可以先将分体连接式把手15安装到微波短路壳体4上，之后断开微波加热机构与升降式调节支架的连接，然后握住分体连接式把手15对微波加热机构施加外力，就可以控制微波加热机构沿着膏体输送管道1轴向方向变换位置，当微波加热机构的位置调整好后，重新将升降式调节支架与微波加热机构连接在一起即可。

本实施例中，微波短路壳体4、外导体5、内导体7、微波输入接头10及微波短路盖板14均采用铜制材料制作，透波支撑体6、防击穿介质堵头13均采用聚四氟乙烯材料制作。

在高寒地区或冬季低温时，还可以将本发明的装置进行扩展性使用，即在易堵管的位置进行定时连续式的主动微波加热，保证充填浆料3始终保持在易流动性状态，从而在源头避免了堵管事故的发生。此外，还可以将本发明的装置扩展应到浆料搅拌阶段，提高搅拌阶段的充填浆料3流动性，从而可以适当降低搅拌功率和泵送功率，进而在一定程度上实现节能的目的。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (10)

1.一种膏体输送管道外置式微波加热堵管处置装置，其特征在于：包括微波加热机构、升降式调节支架及移动式微波控制柜；所述微波加热机构同轴套装在膏体输送管道的外侧，且微波加热机构支撑固定在升降式调节支架的顶部；所述移动式微波控制柜通过同轴传输线与微波加热机构相连，通过微波加热机构对膏体输送管道内部的充填浆料进行加热。

2.根据权利要求1所述的一种膏体输送管道外置式微波加热堵管处置装置，其特征在于：所述微波加热机构采用多瓣式分体组合结构。

3.根据权利要求2所述的一种膏体输送管道外置式微波加热堵管处置装置，其特征在于：所述微波加热机构包括微波短路壳体、外导体、透波支撑体及内导体；所述内导体同轴套装在膏体输送管道外侧，在内导体上开设有若干微波辐射口；所述透波支撑体同轴套装在内导体外侧，所述外导体同轴套装在透波支撑体外侧，所述壳体同轴套装在外导体外侧；在所述外导体上开设有微波输入口，在微波输入口内安装有微波输入接头，微波输入接头外接有波导，波导通过同轴传输线与移动式微波控制柜相连。

4.根据权利要求3所述的一种膏体输送管道外置式微波加热堵管处置装置，其特征在于：所述微波加热机构的相邻瓣体的微波短路壳体之间通过卡扣进行固定连接。

5.根据权利要求3所述的一种膏体输送管道外置式微波加热堵管处置装置，其特征在于：在所述微波辐射口内安装有防击穿介质堵头。

6.根据权利要求3所述的一种膏体输送管道外置式微波加热堵管处置装置，其特征在于：在同轴套装的所述外导体、透波支撑体及内导体的轴向端部设置有微波短路盖板，微波短路盖板与微波短路壳体固定连接。

7.根据权利要求3所述的一种膏体输送管道外置式微波加热堵管处置装置，其特征在于：在所述微波短路壳体的外部设置有分体连接式把手，分体连接式把手与微波短路壳体采用螺接方式连接。

8.根据权利要求3所述的一种膏体输送管道外置式微波加热堵管处置装置，其特征在于：所述升降式调节支架的顶部支撑块上表面与微波短路壳体的外表面具有相同的轮廓度。

9.根据权利要求3所述的一种膏体输送管道外置式微波加热堵管处置装置，其特征在于：所述移动式微波控制柜采用内置式供电电源，移动式微波控制柜的柜体内部安装有微波发生器，微波发生器依次通过同轴传输线、波导与微波加热机构的微波输入接头相连；在所述移动式微波控制柜的柜体上设置有微波功率表和温度表，通过微波功率表实时显示微波输出功率，通过温度表实时实现微波加热温度。

10.一种膏体输送管道堵管处置方法，采用了权利要求1所述的膏体输送管道外置式微波加热堵管处置装置，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：先确定膏体输送管道发生堵管的位置，再将升降式调节支架置于堵管下游侧端头的膏体输送管道下方或侧方，然后将微波加热机构中的一个瓣体固定安装到升降式调节支架的顶部支撑块上，之后控制升降式调节支架整体伸长，直到顶部支撑块上的微波加热机构瓣体与膏体输送管道之间保持同轴；

步骤二：将微波加热机构中的其他瓣体与第一个瓣体进行组合安装，直到微波加热机构中所有瓣体连接在一起并形成封闭的圆环形，相邻瓣体之间均通过卡扣进行固定连接；

步骤三：连接微波加热机构与移动式微波控制柜，将同轴传输线的一端接入移动式微波控制柜的微波发生器，将同轴传输线的另一端通过波导接入微波加热机构上的微波输入接头；

步骤四：先通过移动式微波控制柜设定微波输出功率、加热温度和加热时间，然后接通电源，微波发生器输出的微波能量会依次通过同轴传输线和波导进入微波输入接头，之后进入外导体和内导体之间由透波支撑体所形成的环向空间，最终通过微波辐射口向着膏体输送管道辐射微波能量，辐射出的微波能量穿过膏体输送管道后直接由管道内部的充填浆料吸收，从而实现对充填浆料的加热；

步骤五：当设定的加热时间结束后，充填浆料因升温而使屈服应力降低，进而使充填浆料从堵料状态变为易流动状态，之后重新启动膏体输送过程，若膏体输送过程恢复正常，则说明堵管问题得以解决，若仍处于堵管状态，则重启微波加热并延长加热时间，直到堵管问题得到解决。

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