CN115614097A - 井下充填料浆流动过程中的加筋装置及其工艺 - Google Patents

井下充填料浆流动过程中的加筋装置及其工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种井下充填料浆流动过程中的加筋装置及其工艺，包括两组具有进料口与出料口的高压加筋料斗、分别向两组所述高压加筋料斗输入高压风的高压风输入组件、以及一端分别与两组所述出料口连接的加筋材料输送管路，所述加筋材料输送管路的另一端与充填管道连接，所述加筋材料输送管路上设置有加筋材料输送控制组件，并在所述加筋材料输送管路与所述充填管道的连接处设置有气液分离气垫。通过上述方式，本发明通过向高压加筋料斗内输入高压风，从而使加筋材料在高压风的驱动下添加到充填管道内并与料浆充分混合，不仅提高了充填体的质量，还降低水泥用量，进而降低充填成本。

Description

井下充填料浆流动过程中的加筋装置及其工艺
技术领域
本发明涉及矿山充填技术领域，特别是涉及一种井下充填料浆流动过程中的加筋装置及其工艺。
背景技术
充填采矿法作为矿山领域重要的采矿方法之一，其充填料浆的制备及输送过程直接影响到充填体的质量，对于矿山充填的安全问题具有极大的影响。随着对充填料浆的制备方法的研究越来越深入，人们发现在充填料浆中加入适量的加筋材料(例如钢纤维、聚乙烯类纤维、秸秆类植物纤维)，不仅能够提高充填体的强度，还能够减少水泥用量，降低充填成本。
目前的充填料浆加筋的方法只有一种，是在充填料浆制备过程中将加筋材料直接加入到料浆中，提前混合好，然后通过充填管道将充填料浆输送至井下空区充填。但是，由于加筋材料与充填料浆中水泥、尾砂等材料物理化学性质相差较大，没有很好的和易性，大多数加筋材料容易浮在充填料浆中上层，即使在地面混合均匀，在通过管道长距离输送后，加筋材料也会在离析作用下分布不均，在管道长距离输送中甚至会出现堵管等现象。
现有的技术提供了一种含稻草纤维的充填材料及其在充填采矿中的应用，通过将稻草纤维、水泥、分级尾矿和棒磨砂加入混料机中混合均匀；然后在混合料中加入水，并在搅拌机中搅拌均匀，从而制备充填料浆。这种技术虽然在充填料浆制备时加入稻草纤维提高后续充填体的强度，但是稻草纤维在经过较长的充填管道输送时，很容易与充填料浆分离，也容易将充填管道堵塞。
因此，设计一种结构简单、能够避免加筋材料与充填料浆在输送时分离的井下充填料浆流动过程中的加筋装置及其工艺就很有必要。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供一种井下充填料浆流动过程中的加筋装置及其工艺，通过向高压加筋料斗内输入高压风，从而使加筋材料在高压风的驱动下添加到充填管道内并与处于流动状态的料浆充分混合，不仅提高了充填体的质量，还降低水泥用量，进而降低充填成本。
为实现上述的目的，本发明采用的技术方案是：
一种井下充填料浆流动过程中的加筋装置，包括两组具有进料口与出料口的高压加筋料斗、分别向两组所述高压加筋料斗输入高压风的高压风输入组件、以及一端分别与两组所述出料口连接的加筋材料输送管路，所述加筋材料输送管路的另一端与充填管道连接，所述加筋材料输送管路上设置有加筋材料输送控制组件，并在所述加筋材料输送管路与所述充填管道的连接处设置有气液分离气垫。
进一步的，所述高压风输入组件包括井下高压风管、一端与所述井下高压风管连接的高压风输入总管、以及一端与所述高压风输入总管的另一端连接的两组高压风输入支管，两组所述高压风输入支管分别对应与设置于两组所述高压加筋料斗上的两组进风口连接。
进一步的，所述高压风输入总管上设置有井下高压风阀门与压力表，两组所述高压风输入支管上分别设置有第一手动阀与第二手动阀。
进一步的，所述出料口设置于所述高压加筋料斗的底端，所述加筋材料输送管路包括一端分别与两组所述出料口连接的两组下料支管、以及一端与两组所述下料支管的另一端连接的下料总管，所述下料总管的另一端与所述充填管道连接，所述下料总管与所述充填管道彼此垂直设置。
进一步的，两组所述下料支管上分别设置有第三手动阀与第四手动阀，所述加筋材料输送控制组件与气液分离气垫设置于所述下料总管上。
进一步的，所述气液分离气垫设置于所述下料总管的底端，所述加筋材料输送控制组件包括设置于所述下料总管的中部的电磁阀、以及与所述电磁阀电连接的控制装置，所述控制装置包括控制开关、控制芯片、以及动力电池。
进一步的，所述下料支管与所述下料总管均为橡胶高压风管，其内径大于加筋材料的最大长度的5～8倍。
进一步的，所述进料口设置于所述高压加筋料斗的顶端，并在所述进料口上设置有高压密封圈。
进一步的，所述高压加筋料斗的顶端设置有安全阀，所述高压加筋料斗的底端设置有支架。
一种井下充填料浆流动过程中的加筋工艺，采用所述的井下充填料浆流动过程中的加筋装置，包括以下步骤：
S1、在距离充填出料口10～15m处安装加筋装置，安装完成后根据加筋材料添加量在控制芯片内设置电磁阀的开关频率与开关时间，随后打开控制开关；
S2、打开一组高压加筋料斗的进料口后加入加筋材料，随后关闭进料口，并压紧高压密封圈，添加完成后打开第一手动阀与第三手动阀，随后打开井下高压风阀门，并保证压力表的读数比充填管道的压力值大0.1MPa；
S3、在当前高压加筋料斗进行输送时，打开另一组高压加筋料斗的进料口后加入加筋材料，随后关闭进料口，并压紧高压密封圈；随后，在当前高压加筋料斗内的加筋材料即将输送完成时，打开第二手动阀与第四手动阀，并关闭第一手动阀与第三手动阀；
S4、重复步骤S1至S3，直至完成充填作业，随后依次关闭控制开关、第四手动阀/第三手动阀、第二手动阀/第一手动阀、以及井下高压风阀门。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的井下充填料浆流动过程中的加筋装置及其工艺，通过在井下距离充填出料口10～15m处设置两组高压加筋料斗，并向高压加筋料斗内输入高压风，从而使加筋材料在高压风的驱动下添加到水平充填管道内并与处于流动状态的料浆充分混合，不仅提高了充填体的质量，还降低水泥用量，进而降低充填成本。
2.本发明的井下充填料浆流动过程中的加筋装置及其工艺，通过采用高压风作为运输加筋材料的动力源，不仅能够将加筋材料运至充填管道内，还能利用高压风的冲击作用使加筋材料与充填料浆混合均匀，在充填料浆搅拌不均匀、产生分层离析的情况下对充填料浆进行辅助搅拌，提高充填料浆的和易性。
附图说明
图1是本发明的井下充填料浆流动过程中的加筋装置的结构示意图；
图2是本发明的井下充填料浆流动过程中的加筋工艺的流程示意图；
附图中各部件的标记如下：10、高压加筋料斗；11、高压密封圈；12、安全阀；13、进料口；14、支架；20、井下高压风管；30、充填管道；40、高压风输入总管；41、井下高压风阀门；42、压力表；43、高压风输入支管；44、第一手动阀；45、第二手动阀；50、下料总管；51、下料支管；52、第三手动阀；53、第四手动阀；60、电磁阀；61、控制开关；62、控制芯片；63、动力电池。
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。
实施例
如图1所示，一种井下充填料浆流动过程中的加筋装置100，包括两组具有进料口13与出料口的高压加筋料斗10、分别向两组高压加筋料斗10输入高压风的高压风输入组件、以及一端分别与两组出料口连接的加筋材料输送管路。加筋材料输送管路的另一端与充填管道30连接，加筋材料输送管路上设置有加筋材料输送控制组件，并在加筋材料输送管路与充填管道30的连接处设置有气液分离气垫，通过加筋材料输送控制组件控制加筋材料的添加量。
高压加筋料斗10设置在井下距离充填出料口10～15m处，确保加筋材料有足够的时间混合均匀，且充填管道30内的料浆具有初始流速，加入加筋材料后虽然粘度系数大幅增加，但距离井下采空区距离短，既能搅拌均匀，又能避免堵管。高压加筋料斗10内存储有待添加的加筋材料(例如钢纤维、聚乙烯类纤维、秸秆类植物纤维)，且高压加筋料斗10所能存储的加筋材料的应满足加筋材料按照预设输送速度输送半个小时以上。高压风输入组件向高压加筋料斗10内输入高压风，不仅能够将加筋材料运至充填管道30内，还能利用高压风的冲击作用使加筋材料与充填料浆混合均匀，在充填料浆搅拌不均匀、产生分层离析的情况下对充填料浆进行辅助搅拌，提高充填料浆的和易性。
如此设置，通过在井下距离充填出料口10～15m处设置两组高压加筋料斗10，并向高压加筋料斗10内输入高压风，从而使加筋材料在高压风的驱动下添加到水平充填管道30内并与处于流动状态的料浆充分混合，不仅提高了充填体的质量，还降低水泥用量，进而降低充填成本。
如图1所示，在一些实施例中，进料口13设置于高压加筋料斗10的顶端的一侧，并在进料口13上设置有高压密封圈11。高压密封圈11能够保证进料口13的密封性，确保输入高压加筋料斗10内的高压风不会发生泄漏。此外，在高压加筋料斗10的顶端的另一侧设置有安全阀12，安全阀12预设有高压阈值，在高压加筋料斗10内部气压过高的时候，安全阀12能够将自动地打开降低高压加筋料斗10内的压力，保证安全。
高压加筋料斗10的上部呈圆柱状结构设置，其下部呈锥状结构设置，便于加筋材料下料。特别的，高压加筋料斗10的底端设置有支架14，以便于高压加筋料斗10平稳放置在水平地面上。
如图1所示，在一些实施例中，高压风输入组件包括井下高压风管20、一端与井下高压风管20连接的高压风输入总管40、以及一端与高压风输入总管40的另一端连接的两组高压风输入支管43，两组高压风输入支管43分别对应与设置于两组高压加筋料斗10上的两组进风口连接。井下高压风管20沿水平方向布置在井下，并通过高压泵与高压风储存罐向井下高压风管20内输入高压风。两组高压风输入支管43与高压风输入总管40通过三通接头连接。两组高压风输入支管43与两组进风口均通过卡箍连接。
高压风输入总管40上设置有井下高压风阀门41与压力表42，通过井下高压风阀门41控制高压风输入总管40与井下高压风管20的气路通断。压力表42能够实时读取当前高压风输入总管40内的压力值，以保证高压风输入总管40内的压力值比充填管道30的压力值大0.1MPa，防止充填料浆倒灌。两组高压风输入支管43上分别设置有第一手动阀44与第二手动阀45，通过第一手动阀44与第二手动阀45控制向两组高压加筋料斗10内输入高压风的气路通断。
如图1所示，在一些实施例中，出料口设置于高压加筋料斗10的底端，并位于其中间位置处。加筋材料输送管路包括一端分别与两组出料口连接的两组下料支管51、以及一端与两组下料支管51的另一端连接的下料总管50。下料支管51与下料总管50通过三通接头连接，下料支管51与出料口通过卡箍连接。下料支管51与下料总管50均为橡胶高压风管，耐高压能力强，且其内径大于加筋材料的最大长度的5～8倍，防止加筋材料堵塞在管内。下料总管50的另一端与充填管道30连接，下料总管50为胶管，下料总管50与充填管道30彼此垂直设置。
两组下料支管51上分别设置有第三手动阀52与第四手动阀53，通过第三手动阀52与第四手动阀53控制输送加筋材料的管路的通断。加筋材料输送控制组件与气液分离气垫设置于下料总管50上。
具体来讲，气液分离气垫设置于下料总管50的底端，能够防止充填料浆反流。气液分离气垫为安装在充填管道30内部的单向高压气垫，并有伸出管道的接口，在高压风给入的时候打开，气垫在压力的作用下打开向充填管道30中输送高压风携带的加筋材料，在停止高压风给入的情况下会在弹性的作用下恢复原状，防止充填料浆反流。
加筋材料输送控制组件包括设置于下料总管50的中部的电磁阀60、以及与电磁阀60电连接的控制装置。控制装置包括控制开关61、控制芯片62、以及动力电池63。动力电池63能够对电磁阀60供电，使用者能够根据加筋材料的添加量及现场实际情况在控制芯片62内提前设置好电磁阀60开关频率与开关时间，从而实现精准下料。
如图2所示，一种井下充填料浆流动过程中的加筋工艺，采用的井下充填料浆流动过程中的加筋装置，包括以下步骤：
S1、在距离充填出料口10～15m处安装加筋装置，安装完成后根据加筋材料添加量在控制芯片62内设置电磁阀60的开关频率与开关时间，随后打开控制开关61。
在本步骤中，高压加筋料斗10设置在井下距离充填出料口10～15m处，确保加筋材料有足够的时间混合均匀，且充填管道30内的料浆具有初始流速，加入加筋材料后虽然粘度系数大幅增加，但距离井下采空区距离短，既能搅拌均匀，又能避免堵管。
S2、打开一组高压加筋料斗10的进料口13后加入加筋材料，随后关闭进料口13，并压紧高压密封圈11，添加完成后打开第一手动阀44与第三手动阀52，随后打开井下高压风阀门41，并保证压力表42的读数比充填管道30的压力值大0.1MPa。
在本步骤中，加入的加筋材料至少保证供应半个小时以上。
S3、在当前高压加筋料斗10进行输送时，打开另一组高压加筋料斗10的进料口13后加入加筋材料，随后关闭进料口13，并压紧高压密封圈11；随后，在当前高压加筋料斗10内的加筋材料输送完成时，打开第二手动阀45与第四手动阀53，并关闭第一手动阀44与第三手动阀52。
在本步骤中，两组高压加筋料斗10交替使用，能够不间断地向充填管道30内添加加筋材料，直至完成整个充填作业。且高压加筋料斗10体积不会过大而不利于在井下安装。
S4、重复步骤S1至S3，直至完成充填作业，随后依次关闭控制开关61、第四手动阀53/第三手动阀52、第二手动阀45/第一手动阀44、以及井下高压风阀门41。
在本步骤中，第一手动阀44与第三手动阀52对应一组高压加筋料斗10，第二手动阀45与第四手动阀53对应另一组高压加筋料斗10。
同时，为了防止气液分离气垫受充填料浆堵塞，可在充填洗管结束后通入高压风进行冲洗。
以上所述仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种井下充填料浆流动过程中的加筋装置，其特征在于，包括两组具有进料口(13)与出料口的高压加筋料斗(10)、分别向两组所述高压加筋料斗(10)输入高压风的高压风输入组件、以及一端分别与两组所述出料口连接的加筋材料输送管路，所述加筋材料输送管路的另一端与充填管道(30)连接，所述加筋材料输送管路上设置有加筋材料输送控制组件，并在所述加筋材料输送管路与所述充填管道(30)的连接处设置有气液分离气垫。
2.根据权利要求1所述的井下充填料浆流动过程中的加筋装置，其特征在于，所述高压风输入组件包括井下高压风管(20)、一端与所述井下高压风管(20)连接的高压风输入总管(40)、以及一端与所述高压风输入总管(40)的另一端连接的两组高压风输入支管(43)，两组所述高压风输入支管(43)分别对应与设置于两组所述高压加筋料斗(10)上的两组进风口连接。
3.根据权利要求2所述的井下充填料浆流动过程中的加筋装置，其特征在于，所述高压风输入总管(40)上设置有井下高压风阀门(41)与压力表(42)，两组所述高压风输入支管(43)上分别设置有第一手动阀(44)与第二手动阀(45)。
4.根据权利要求1所述的井下充填料浆流动过程中的加筋装置，其特征在于，所述出料口设置于所述高压加筋料斗(10)的底端，所述加筋材料输送管路包括一端分别与两组所述出料口连接的两组下料支管(51)、以及一端与两组所述下料支管(51)的另一端连接的下料总管(50)，所述下料总管(50)的另一端与所述充填管道(30)连接，所述下料总管(50)与所述充填管道(30)彼此垂直设置。
5.根据权利要求4所述的井下充填料浆流动过程中的加筋装置，其特征在于，两组所述下料支管(51)上分别设置有第三手动阀(52)与第四手动阀(53)，所述加筋材料输送控制组件与气液分离气垫设置于所述下料总管(50)上。
6.根据权利要求5所述的井下充填料浆流动过程中的加筋装置，其特征在于，所述气液分离气垫设置于所述下料总管(50)的底端，所述加筋材料输送控制组件包括设置于所述下料总管(50)的中部的电磁阀(60)、以及与所述电磁阀(60)电连接的控制装置，所述控制装置包括控制开关(61)、控制芯片(62)、以及动力电池(63)。
7.根据权利要求4所述的井下充填料浆流动过程中的加筋装置，其特征在于，所述下料支管(51)与所述下料总管(50)均为橡胶高压风管，其内径大于加筋材料的最大长度的5～8倍。
8.根据权利要求1所述的井下充填料浆流动过程中的加筋装置，其特征在于，所述进料口(13)设置于所述高压加筋料斗(10)的顶端，并在所述进料口(13)上设置有高压密封圈(11)。
9.根据权利要求1所述的井下充填料浆流动过程中的加筋装置，其特征在于，所述高压加筋料斗(10)的顶端设置有安全阀(12)，所述高压加筋料斗(10)的底端设置有支架(14)。
10.一种井下充填料浆流动过程中的加筋工艺，采用权利要求1至9任意一项所述的井下充填料浆流动过程中的加筋装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在距离充填出料口10～15m处安装加筋装置，安装完成后根据加筋材料添加量在控制芯片(62)内设置电磁阀(60)的开关频率与开关时间，随后打开控制开关(61)；
S2、打开一组高压加筋料斗(10)的进料口(13)后加入加筋材料，随后关闭进料口(13)，并压紧高压密封圈(11)，添加完成后打开第一手动阀(44)与第三手动阀(52)，随后打开井下高压风阀门(41)，并保证压力表(42)的读数比充填管道(30)的压力值大0.1MPa；
S3、在当前高压加筋料斗(10)进行输送时，打开另一组高压加筋料斗(10)的进料口(13)后加入加筋材料，随后关闭进料口(13)，并压紧高压密封圈(11)；随后，在当前高压加筋料斗(10)内的加筋材料即将输送完成时，打开第二手动阀(45)与第四手动阀(53)，并关闭第一手动阀(44)与第三手动阀(52)；
S4、重复步骤S1至S3，直至完成充填作业，随后依次关闭控制开关(61)、第四手动阀(53)/第三手动阀(52)、第二手动阀(45)/第一手动阀(44)、以及井下高压风阀门(41)。
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