CN206348128U - 一种多管径复杂走向膏体充填管道输送实验平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多管径复杂走向膏体充填管道输送实验平台，包括配料装置、搅拌装置、泵送装置和试验管道，所述搅拌装置设置于配料装置的下方，所述泵送装置位于搅拌装置的下方，所述搅拌装置的出口与泵送装置的入口连接，所述泵送装置的出口与试验管道的入口连接，所述试验管道的出口与搅拌装置连接，所述搅拌装置、泵送装置、试验管道形成一个循环回路；所述试验管道包括部分主管道及与主管道连接的并联设置的多个环管，所述环管具有不同管径，所述主管道与泵送装置连接，所述环管具有多种不同走向。本实用新型具有试验管径范围广、管道走向多样、数据检测全面、工况参数达到工业规模等特点，能够为膏体充填管道输送的工程设计提供依据。

Description

一种多管径复杂走向膏体充填管道输送实验平台

技术领域

本实用新型属于尾矿充填的技术领域，具体涉及一种多管径复杂走向膏体充填管道输送实验平台。

背景技术

管道输送是矿山充填的关键工艺之一，其具体包括输送参数设计、管网布置优化以及泵送设备选型等内容，而上述问题解决的关键在于对充填料浆管道输送阻力的确定；输送阻力估算过大，则可能导致设计过于保守，增加泵送设备投资；输送阻力估算过小，又可能导致设备选型不合理，造成堵管事故频发、充填效率低下等问题；

对于传统的低浓度充填料浆，如分级尾砂充填、水砂充填等，其管流阻力可通过较为成熟的固-液两相流理论来进行计算；但对于高浓度全尾砂/膏体充填料浆的输送阻力而言，由于其流变性质及管内流动形态的变化，两相流理论具有较差的适用性，目前尚未有准确、可靠的理论计算方法。管道输送实验是获得精确管流阻力较为可靠的手段。

国内外学者围绕充填料管道输送实验装置进行了一系列的研究，如一种管道输送实验平台(专利号：CN 204901347 U)，一种料浆输送倍线环管实验系统(专利号：CN203385569 U)，膏体充填环管模拟试验系统(CN 201588653U)。

纵观上述试验装置，具有以下特点：1)试验管道材质、管径规格过于单一。由于矿山充填能力、尾矿性质等方面的差异，充填管道的适用规格、材质也各不相同，多管径实验平台更利于开展针对性的研究；2)试验管道多采用单一的水平布置。由于井下地质条件及井巷工程等方面的影响，充填管网的布置较为复杂，存在多种走向形式，而事实上管道走向对于充填料，尤其是高浓度充填料的流动阻力具有重要的影响作用；3)试验系统的泵送装置一般选用渣浆泵，其在工作原理上与工业应用的柱塞泵存在较大差别，导致试验测试结果并不能反映现场生产的实际情况，如管内压力脉冲等特点。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种多管径复杂走向膏体充填管道输送试验平台，目的是通过膏体充填管道输送的模拟实验，研究不同管径、走向、工况条件下的管道输送阻力，为充填工艺参数设计、管网布置优化以及泵送设备选型等工程问题提供依据。本实用新型的技术方案如下：

一种多管径复杂走向膏体充填管道输送实验平台，包括配料装置、搅拌装置、泵送装置和试验管道，所述搅拌装置设置于配料装置的下方，配料经配料装置的出口直接进入所述搅拌装置；所述泵送装置位于搅拌装置的下方，所述搅拌装置的出口与泵送装置的入口连接，所述泵送装置的出口与试验管道的入口连接，所述试验管道的出口与搅拌装置连接，由此所述搅拌装置、泵送装置、试验管道形成一个循环回路，充填料浆通过所述泵送装置在试验管道内往复循环，可开展连续多次实验，采集到稳定的压力检测数据；所述试验管道包括主管道及前端与主管道连接且互相并联设置的多个环管，所述主管道与泵送装置连接，所述多个环管的后端与搅拌装置连接，所述多个环管具有不同管径，每个环管都具有多种不同走向。

进一步的，所述环管具有水平、上向倾斜、下向倾斜、垂直上行及垂直下行5种走向，在水平走向段和垂直上行走向段、水平走向段和垂直下行走向段之间的连接处设置有弯头。

进一步的，所述弯头为90℃弯头，所述弯头的管径包括1m和0.5m两种规格。

进一步的，所述试验管道的最低点均设置有排泄口，以便实验过程中堵管事故的处理以及管内存水排出，管道间采用沟槽式快速接头进行连接，便于快速拆装；所述试验管道循环一圈后，在环管的后端汇合入汇合管，所述汇合管分为两路，一路与搅拌装置连接，另一路与排料管路连接。

进一步的，还包括控制装置，所述控制装置包括液压换向阀、电动插板阀和电动球阀，所述液压换向阀设有多个，均安装于主管道上，具有直通和旁通两路，所述直通使充填料沿主管道流动，所述旁通分别与对应的环管连接，通过液压控制阀体伸缩，可实现充填料在多种试验管道间的任意切换；所述电动插板阀位于搅拌装置和泵送装置之间的管道上；所述电动球阀安装于环管的后端以及汇合管与排料管道的连接处，通过相关阀门的启闭，可以控制充填料循环实验或者外排；上述阀门的控制均通过分布式控制系统(DCS)在计算机控制画面上远程操作。

进一步的，还包括检测装置，所述检测装置包括电磁流量计、超声波浓度计以及多个隔膜压力变送器，所述电磁流量计和超声波浓度计设置于所述主管道靠近泵送装置的一端，用以对管道输送的流量、浓度等工况参数进行实时检测，所述隔膜压力变送器设置于所述环管的不同走向段的两端，用以对管内压力进行实时检测，通过计算则可获得充填料在相应条件下的管流阻力损失，上述检测装置的检测数据均通过分布式控制系统在计算机上实时采集、记录。

进一步的，所述主管道靠近泵送装置的一端设置有用以减弱系统运行的脉冲振动的隔膜蓄能器；所述主管道上设置有冲洗水入口，通过电动阀门与外部冲洗水连接，以便实验结束后冲洗管道。

进一步的，所述泵送装置为工业级充填柱塞泵，其通过变频控制能够实现对输送流量的调节。

进一步的，所述搅拌装置为双螺旋卧式搅拌机，不仅具有搅拌功能，同时兼具储料的作用，确保系统持续循环运行，即试验物料在卧式搅拌机内充分拌合后，下放至充填柱塞泵中，并在试验管道内循环流动再返回搅拌机。

本实用新型的有益效果如下：

1、所述搅拌装置、泵送装置均为工业级设备，管道输送模拟实验的工况与实际充填生产高度一致，从而保证了实验数据的准确性及工业意义；

2、所述试验管道具有管径范围广、管道走向多样等特点，能够针对具体矿山的充填规模、尾矿性质、工程空间布置等特点，开展针对性的研究；

3、所述试验管道压力检测点的布置较为全面，通过实验能够获取到不同管径、走向、工况条件下充填料的管流阻力，从而实现充填管道输送系统的精细化设计；

4、所述试验管道上设置有隔膜蓄能器，能够降低试验过程中柱塞泵脉冲对试验数据的影响，同时管道间采用沟槽式快速接头连接，能够快速拆装。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的主管道连接的主视图；

图3是本实用新型的主管道连接的俯视图。

附图标记说明：1—配料装置；2—双螺旋卧式搅拌机；3—充填柱塞泵；4—主管道；5—隔膜式蓄能器；6—电磁流量计；7—超声波浓度计；8—液压换向阀；9—DN 200mm管道；10—DN 150mm管道；11—DN 100mm管道；12—DN50mm管道；13—环管清洗口；14—电动插板阀；15—电动球阀；16—隔膜压力变送器；17—排料管路；18—DN1000mm弯头；19—DN500mm弯头；20—沟槽式快速接头。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

一种多管径复杂走向膏体充填管道输送实验平台，如图1-3所示，其主要包括：配料装置1、双螺旋卧式搅拌机2、充填柱塞泵3、试验管道、控制装置以及检测装置，充填料浆通过充填柱塞泵3泵送经试验管道返回至卧式搅拌机2中，形成循环回路，可开展多次连续试验，直至获得稳定的实验数据。

试验管道可设计为常用的充填工业管道，试验管道由部分主管道4以及4条管径不一的并联环管构成，所述主管道4与充填柱塞泵3连接，所述主管道4靠近充填柱塞泵3一端设置有隔膜蓄能器5用以减弱系统运行的脉冲振动，同时主管路上设置有冲洗水入口13，通过电动阀门15与外部新水连接，以便实验结束后的管道冲洗；在本实施例中，所述4条环管分别为DN50mm管道12，DN100mm管道11，DN150mm管道10及DN200mm管道9，每种管道又分别布置为水平、上向倾斜、下向倾斜、垂直上行、垂直下行5种不同走向形式的测试管段，尽可能模拟实际井下充填管道的不同走向形式；在水平测试管段和垂直上行管段以及水平管段和垂直下行管段的连接处设有两种规格的90℃弯头，分别为DN1000mm弯头18和DN500mm弯头19，在上述管道的最低点均设置有排泄口，以便实验过程中堵管事故的处理以及管内存水排出。管道间采用沟槽式快速接头20进行连接，便于快速拆装。所述试验管道循环一圈后，在环管后端汇合入汇合管，所述汇合管分为两路，一路返回卧式搅拌机2，另一路通过排料管路17外排。

试验管道间的切换通过控制装置实现，控制装置主要包括：液压换向阀8、电动插板阀14、电动球阀15以及DCS控制系统；液压换向阀8安装于主管道4上，旁路与试验管道连接，通过多个液压换向阀8的组合，则可实现多条试验管道的切换；电动球阀15安装于环管的后端以及汇合管与排料管道的连接处，用以控制充填料浆流向返回卧式搅拌机2，亦或通过排料管道17外排；上述动作均通过DCS控制系统由计算机远程操作。

所述检测装置包括电磁流量计6、超声波浓度计7以及多个隔膜压力变送器16，所述电磁流量计6和超声波浓度计7设置于所述充填柱塞泵3的出口端，用以对管道输送的流量、浓度等工况参数进行实时检测，所述隔膜压力变送器16设置于所述环管的不同走向段的两端，用以对管内压力进行实时检测，计算实验管段两端的压力差，其差除以管长，即可获得充填料单位长度的管流阻力损失，上述检测装置的检测数据均通过DCS控制系统在计算机上实时采集、记录。

膏体充填管道输送实验的方法按照如下步骤进行：

(1)计算单次实验所需的物料用量，通过配料装置1将充填物料按照实验设计的配比、浓度输送至双螺旋卧式搅拌机2中；

(2)开启双螺旋卧式搅拌机2，待物料充分拌合后，开启电动插板阀14将物料下放；选择设计的试验管道，控制相关液压换向阀8及电动球阀15的切换到位；

(3)开启充填柱塞泵3，设定输送泵速，运行一段时间，直至充填料通过试验管道内返回至双螺旋卧式搅拌机2，待隔膜压力变送器16的检测数据稳定后，即完成该流量工况下的管输试验；调节充填柱塞泵3泵速改变输送流量，在重复前述流程进行试验，获取不同流量条件下的管流阻力损失；

(4)控制相关液压换向阀8动作，切换试验管道，再依次开展不同流量条件下的管道输送试验；

(5)通过外部配料装置1向搅拌机内掺入设计量的清水或干物料，对充填料浆的浓度进行调节，可实现对不同浓度充填料浆管流阻力损失的试验研究；

(6)试验结束后，通过切换相应的电动球阀15，将试验管道切换至排料模式，一边向双螺旋卧式搅拌机3内物料加水稀释，一边通过充填柱塞泵3将物料外排，待观察到管内料浆浓度较低时，关闭充填柱塞泵3，打开冲洗水入口13阀门，通过外部清水对管道进行反复清洗，直至管内排出清水，结束后，打开试验管道各点泄水阀，将管内存水排尽。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多管径复杂走向膏体充填管道输送实验平台，其特征在于，包括配料装置、搅拌装置、泵送装置和试验管道，所述搅拌装置设置于配料装置的下方，配料经配料装置的出口直接进入所述搅拌装置；所述泵送装置位于搅拌装置的下方，所述搅拌装置的出口与泵送装置的入口连接，所述泵送装置的出口与试验管道的入口连接，所述试验管道的出口与搅拌装置连接，由此所述搅拌装置、泵送装置、试验管道形成一个循环回路；所述试验管道包括主管道及前端与主管道连接且互相并联设置的多个环管，所述主管道与泵送装置连接，所述多个环管的后端与搅拌装置连接，所述多个环管具有不同管径，每个环管都具有多种不同走向。

2.根据权利要求1所述的多管径复杂走向膏体充填管道输送实验平台，其特征在于，所述环管具有水平、上向倾斜、下向倾斜、垂直上行及垂直下行5种走向，在水平走向段和垂直上行走向段、水平走向段和垂直下行走向段之间的连接处设置有弯头。

3.根据权利要求2所述的多管径复杂走向膏体充填管道输送实验平台，其特征在于，所述弯头为90℃弯头，所述弯头的管径包括1m和0.5m两种规格。

4.根据权利要求1-3任一项所述的多管径复杂走向膏体充填管道输送实验平台，其特征在于，所述试验管道的最低点均设置有排泄口；所述多个环管的后端汇合入汇合管，所述汇合管分为两路，一路与搅拌装置连接，另一路与排料管路连接。

5.根据权利要求4所述的多管径复杂走向膏体充填管道输送实验平台，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置包括液压换向阀、电动插板阀和电动球阀，所述液压换向阀设有多个，均安装于主管道上，具有直通和旁通两路，所述直通使充填料沿主管道流动，所述旁通分别与对应的环管连接，可实现多种试验管道间的任意切换；所述电动插板阀位于搅拌装置和泵送装置之间的管道上；所述电动球阀安装于环管的后端以及汇合管与排料管道的连接处。

6.根据权利要求5所述的多管径复杂走向膏体充填管道输送实验平台，其特征在于，还包括检测装置，所述检测装置包括电磁流量计、超声波浓度计以及多个隔膜压力变送器，所述电磁流量计和超声波浓度计设置于所述主管道靠近泵送装置的一端上，所述隔膜压力变送器设置于所述环管的不同走向段的两端。

7.根据权利要求1-3任一项所述的多管径复杂走向膏体充填管道输送实验平台，其特征在于，所述主管道靠近泵送装置的一端上设置有用以减弱系统运行的脉冲振动的隔膜蓄能器；所述主管道上设置有冲洗水入口，通过电动阀门与外部冲洗水连接。

8.根据权利要求1-3任一项所述的多管径复杂走向膏体充填管道输送实验平台，其特征在于，所述泵送装置为工业级充填柱塞泵。

9.根据权利要求1-3任一项所述的多管径复杂走向膏体充填管道输送实验平台，其特征在于，所述搅拌装置为双螺旋卧式搅拌机。