CN212407826U - 一种充填料浆低阻力自流管道输送系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种充填料浆低阻力自流管道输送系统，包括受料斗、充填引料管、充填竖管、井下充填管道和自动控制系统，其特征在于：受料斗与搅拌装置出料口对应设置，在受料斗上设有液位监测装置，在充填竖管上端设有水环减阻装置，充填引料管一端与受料斗出料口连通，另一端与水环减阻装置的进料端连通，在充填引料管上设有电动开关阀；井下充填管道设置在主干巷道和支路巷道内，并悬吊在巷道的顶板上，充填竖管的下端与井下充填管道起始端连通；井下充填管道的末端延伸至井下待充填的采空区，在靠近井下充填管道末端处设有电动调节阀。优点是：结构设计简单合理，充分发挥其重力势能，降低管道输送的沿程阻力和局部阻力，延长输送距离。

Description

一种充填料浆低阻力自流管道输送系统

技术领域

本实用新型属于矿山充填系统技术领域，具体涉及一种充填料浆低阻力自流管道输送系统。

背景技术

目前，在矿山充填系统技术领域，矿山充填系统普遍采用高浓度或膏体胶结充填料浆进行充填，为降低生产经营费用，多采用自流输送。矿山充填系统采用自流输送普遍存在一个问题，即当水平管道较长，竖直管道垂高所产生的重力势能，不足以抵消充填料浆管道输送阻力，解决的办法通常是采用充填泵加压输送或者在充填料浆中添加减阻剂等措施，但这种解决措施无形中大幅增加了矿山充填系统的生产经营费用；矿山充填系统存在的另外一个问题是管道输送局部阻力普遍过大，管道输送局部阻力过大问题产生的原因主要有：1）充填钻孔内的竖向充填管道安装的同心度不好；2）矿山井下充填管道多采用沿巷道底板敷设、或沿巷道侧壁架设的方式，但水平主充填管道所经过的脉巷道沿线需要跨越许多硐室联络巷道或支脉巷道，因此充填管道需要经常跨门，当采用上跨门方式时，充填管道成凸状，大幅增加局部阻力，两个凸状跨门之间的管道内的料浆易沉积；反之，采用下跨门时，充填管道成凹状，也同样大幅增加了局部阻力，凹状跨门处管道内的料浆易沉积，且凹状跨门处管道存在被车辆、人员碾压而导致损坏的风险；3）此外，为便于管道生产、运输及安装，充填管道是由多个管段连接组成的，各管段连接处的缝隙既增加了局部阻力，也成为充填管道的薄弱之处，磨损较为严重，监管、更换不及时有可能导致漏浆、爆管等事故。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种充填料浆低阻力自流管道输送系统，使充填料浆呈虹吸满管流状态，既能充分发挥其重力势能，又能降低充填料浆管道输送的沿程阻力和局部阻力，有效延长充填料浆的管道输送距离。

本实用新型的技术方案是：

本实用新型的一种充填料浆低阻力自流管道输送系统，包括受料斗、充填引料管、充填竖管、井下充填管道和自动控制系统，所述的充填竖管竖直贯穿于地表与井下充填水平之间的充填钻孔中，其特征在于：所述的受料斗安装在地表充填站内，受料斗顶部的进料口与搅拌装置的尾砂胶结充填料浆出料口对应设置，在所述的受料斗上设有液位监测装置，在所述的充填竖管的上端设有水环减阻装置，水环减阻装置位于充填钻孔上部的地表基坑内，所述的充填引料管为一个水平管道Ⅰ，一端通过弯管Ⅰ与受料斗底部的出料口连通，另一端通过弯管Ⅱ与水环减阻装置的进料端连通，在水平管道Ⅰ上设有电动开关阀；所述的井下充填管道包括水平管道Ⅱ和水平管道Ⅲ，所述的水平管道Ⅱ设置在井下充填水平的主干巷道内，所述水平管道Ⅲ设置在井下充填水平的支路巷道内，并悬吊在主干巷道和支路巷道的顶板上，根据主干巷道和支路巷道的走向实现自然弯曲转向，所述的充填竖管的下端通过弯管Ⅲ与水平管道Ⅱ起始端连通；水平管道Ⅱ末端与水平管道Ⅲ起始端连通；水平管道Ⅲ的末端延伸至井下待充填的采空区，所述的水平管道Ⅰ、充填竖管、水平管道Ⅱ和水平管道Ⅲ连接组合形成“Z”字型管路，在靠近所述的水平管道Ⅲ末端处设有电动调节阀，所述的液位监测装置、电动开关阀和电动调节阀均与自动控制系统电性连接。

优选地，所述的水环减阻装置包括进料管道、出料管道、环形封闭外壳、注水管、缓冲储水腔和环形注水通道，所述的进料管道由大径直管段、变径锥管段和小径直管段依次同心匹配连接构成，大径直管段内径与充填竖管内径相同，在靠近其受料端部管口位置的外壁上设有用于与充填竖管卡箍连接的环形沟槽Ⅰ，小径直管段外径小于充填竖管的内径且同心插入出料管道；所述的出料管道为内径与充填竖管内径相同的直管道，在靠近其出料端部管口位置的外壁上设有用于与充填竖管卡箍连接的环形沟槽Ⅱ，所述的环形封闭外壳包括环形顶板、环形底板和外壳管，环形顶板内环同心套装且固定在进料管道上的小径直管段与变径锥管段的结合部，环形底板内环同心套装且固定在出料管道上，所述的外壳管一端与环形顶板外环边沿同心固接，另一端与环形底板外环边沿同心固接，在外壳管上靠近环形底板处开有注水口，所述的注水管一端与注水口相连，在注水管的另一端管口位置的外壁上开有环形沟槽Ⅲ，且通过环形沟槽Ⅲ与外部供水系统管道卡箍连接；所述的缓冲储水腔由外壳管内壁与出料管道外壁之间的空间构成；所述的环形注水通道由小径直管段管外壁与出料管道内壁之间的空间构成；在环形顶板与出料管道进料端管口之间留有间隙使得缓冲储水腔与环形注水通道连通。

优选地，所述的环形沟槽Ⅰ和环形沟槽Ⅱ，其槽宽W1、槽深H1和槽缘距离管口端部的距离L1分别根据其所在充填竖管的压力等级确定；所述的环形沟槽Ⅲ，其槽宽W2、槽深H2和槽缘距离管口端部的距离L2，根据外部供水系统管道的压力等级确定。

优选地，所述的充填竖管为刚性管道，采用16Mn厚壁钢管或双金属耐磨钢管，布置在充填站外的充填钻孔内，由多段钢管组成，每段钢管的长度为3~6m，各段钢管之间设置耐磨密封橡胶垫圈，采用内螺纹管连接或套管焊接。

优选地，所述的水平管道Ⅱ为内壁光滑的柔性管道，由多段共挤耐磨层钢丝缠绕增强塑料复合管及接头组成，每段复合管的长度为6~12m，各段复合管之间均采用卡箍式管接头连接。

优选地，所述的水平管道Ⅲ为内壁光滑的亦柔性管道，由多段PF钢丝编织耐磨复合管组成，每段复合管的长度为6~12m，各段复合管之间均采用卡式法兰连接。

优选地，所述弯管Ⅲ为带直管段、大弯曲半径的16Mn厚壁钢弯管或双金属耐磨钢弯管，充填竖管与弯管Ⅲ之间、弯管Ⅲ与水平管道Ⅱ之间均采用刚性卡箍式管接头连接，并设置耐磨密封橡胶垫圈。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型将受料斗内充填料浆的液位与水平管道Ⅰ上的电动开关阀和靠近水平管道Ⅲ末端处的电动调节阀连锁，使得充填料浆呈虹吸满管流状态，充分发挥了充填料浆的重力势能；

2、本实用新型在竖向管道上端安设水环减阻装置，降低了充填料浆输送的沿程阻力；同时，竖向管道采用刚性管道，各管段之间设置耐磨密封橡胶垫圈，并采用内螺纹管连接或套管焊接，使竖向管道保持了良好的同心度，降低了管段连接处充填料浆输送的局部阻力；

3、本实用新型在井下充填水平的主干巷道内的水平管道Ⅱ和支路巷道内的水平管道Ⅲ均采用内壁光滑的柔性管道，大幅降低了充填料浆输送的沿程阻力，重量轻，仅为同等承压条件下钢管重量的1/6~1/8，接头少，安装、拆卸方便，同时可根据巷道的走向实现自然弯曲转向，降低巷道转弯处的局部阻力；

4、井下充填水平的主干巷道内的水平管道Ⅱ和支路巷道内的水平管道Ⅲ均沿巷道顶板悬吊、无负坡敷设，避免管道凹凸起伏，大幅降低了充填料浆输送的局部阻力；

5、充填料浆管道输送距离大幅提高，同时也减轻了管道的磨损量，延长了管道的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的水环减阻装置结构示意图。

图3为图2中A-A向剖面图。

图4为水环减阻装置的环形沟槽Ⅰ的放大图和环形沟槽Ⅱ的放大图。

图5为环形沟槽Ⅲ的放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型的一种充填料浆低阻力自流管道输送系统，包括受料斗1、充填引料管、充填竖管6、井下充填管道和自动控制系统，所述的充填竖管6竖直贯穿于地表与井下充填水平之间的充填钻孔13中，其特征在于：所述的受料斗1安装在地表充填站内，受料斗顶部的进料口与搅拌装置的尾砂胶结充填料浆出料口对应设置，在所述的受料斗1上设有液位监测装置10，在所述的充填竖管6的上端设有水环减阻装置5，水环减阻装置5位于充填钻孔13上部的地表基坑12内，所述的充填引料管为一个水平管道Ⅰ3，一端通过弯管Ⅰ2与受料斗1底部的出料口连通，另一端通过弯管Ⅱ4与水环减阻装置5的进料端连通，在水平管道Ⅰ3上设有电动开关阀11；所述的井下充填管道包括水平管道Ⅱ8和水平管道Ⅲ9，所述的水平管道Ⅱ8设置在井下充填水平的主干巷道内，所述水平管道Ⅲ9设置在井下充填水平的支路巷道内，并悬吊在主干巷道和支路巷道的顶板上，根据主干巷道和支路巷道的走向实现自然弯曲转向，所述的充填竖管6的下端通过弯管Ⅲ7与水平管道Ⅱ8起始端连通；水平管道Ⅱ8末端与水平管道Ⅲ9起始端连通；水平管道Ⅲ9的末端延伸至井下待充填的采空区，所述的水平管道Ⅰ3、充填竖管6、水平管道Ⅱ8和水平管道Ⅲ9连接组合形成“Z”字型管路，在靠近所述的水平管道Ⅲ9末端处设有电动调节阀14；所述的液位监测装置10、电动开关阀11和电动调节阀14均与自动控制系统电性连接，自动控制系统为现有技术，在此不作赘述。

如图2、图3和图4所示，所述的水环减阻装置5串联在充填竖管6上，包括进料管道51、出料管道52、环形封闭外壳53、注水管54、缓冲储水腔55和环形注水通道56，所述的进料管道51由大径直管段511、变径锥管段512和小径直管段513依次同心匹配连接构成，大径直管段511内径与充填竖管6内径相同，在靠近其受料端部管口位置的外壁上设有用于与充填竖管卡箍连接的环形沟槽Ⅰ514，小径直管段513外径小于充填竖管的内径且同心插入出料管道52；所述的出料管道52为内径与充填竖管内径相同的直管道，在靠近其出料端部管口位置的外壁上设有用于与充填竖管卡箍连接的环形沟槽Ⅱ521，所述的环形封闭外壳53包括环形顶板531、环形底板533和外壳管532，环形顶板531内环同心套装且固定在进料管道51上的小径直管段513与变径锥管段512的结合部，环形底板533内环同心套装且固定在出料管道52上，所述的外壳管532一端与环形顶板531外环边沿同心固接，另一端与环形底板533外环边沿同心固接，在外壳管532上靠近环形底板533处开有注水口，所述的注水管54一端与注水口相连，在注水管54的另一端管口位置的外壁上开有环形沟槽Ⅲ541，且通过环形沟槽Ⅲ541与外部供水系统管道卡箍连接；

所述的缓冲储水腔55由外壳管532内壁与出料管道52外壁之间的空间构成；

所述的环形注水通道56由小径直管段513管外壁与出料管道52内壁之间的空间构成；在环形顶板531与出料管道52进料端管口之间留有间隙，使得缓冲储水腔55与环形注水通道56连通。

本实用新型所述的环形沟槽Ⅰ514和环形沟槽Ⅱ521，其槽宽W1、槽深H1和槽缘距离管口端部的距离L1分别根据其所在充填竖管的压力等级确定；所述的环形沟槽Ⅲ541，其槽宽W2、槽深H2和槽缘距离管口端部的距离L2根据外部供水系统管道的压力等级确定。

实施例1

开始充填时，当受料斗1内充填料浆的液位达到排料液位后开启电动开关阀11；由于在靠近所述的水平管道Ⅲ9末端处设有与受料斗1内充填料浆的液位连锁的电动调节阀14，通过调节电动调节阀14的开度控制受料斗1内充填料浆液位处于设定的最高液位至最低液位之间，使受料斗1内充填料浆进出流量平衡，液位维持在排料液位附近，保证充填料浆呈虹吸满管流状态。

所述的充填竖管6为刚性管道，采用16Mn厚壁钢管或双金属耐磨钢管，布置在充填站外的充填钻孔13内，由多段钢管组成，每段钢管的长度为3~6m，各段钢管之间设置耐磨密封橡胶垫圈，采用内螺纹管连接或套管焊接；所述水环减阻装置5设置在位于充填钻孔13上部的地表基坑12内。

水平管道Ⅰ3为Φ180×11的16Mn厚壁钢管，内径158mm，水平管道Ⅰ3上安装电动开关阀11；充填竖管6布置在充填站外的充填钻孔13内，为Φ203×22的双金属耐磨钢管，内径159mm，管道长度342m，由多段钢管组成，每段钢管长度6m，每段钢管两端设外螺纹，各段钢管之间设置耐磨密封橡胶垫圈，并采用内螺纹管连接；水平管道Ⅰ3和竖向管道6之间安设水环减阻装置5；弯管Ⅲ7为带直管段、大弯曲半径为1210mm的双金属耐磨钢弯管；水平管道Ⅱ8为Φ200×20的共挤耐磨层钢丝缠绕增强塑料复合管，内径160mm，长度1560m，由多段复合管组成，每段复合管长度9m，各段复合管之间采用卡箍式管接头连接；水平管道Ⅲ9为Φ200×20的PF钢丝编织耐磨复合管，内径160mm，长度360m，由多段复合管组成，每段复合管长度9m，各段复合管之间采用卡式法兰连接，水平管道Ⅲ9靠近末端处安装电动调节阀14；水平管道Ⅱ8和水平管道Ⅲ9悬吊在巷道顶板上，沿流向无负坡敷设。所述水环减阻装置5和充填竖管6还可以布置在充填站外的专用充填井内，并固定在管卡梁上，充填竖管6的每段钢管的长度为6~12m，各段钢管之间设置耐磨密封橡胶垫圈，采用刚性卡箍式管接头连接。

采用本实用新型的水环减阻装置5，其中，进料管道51的大径直管段511的内径为183mm，环形沟槽Ⅰ514的槽宽为W1=11mm，槽深为H1=6.5mm，槽缘距离管口端部的距离为L1=20.5mm，小径直管段513的外径为180mm，内径为152mm；出料管道52的内径为183mm，外径为219mm，环形沟槽Ⅱ521的槽宽为W1=11mm，槽深为H1=6.5mm，槽缘距离管口端部的距离为L1=20.5mm；进料管道51的小径直管段513插入出料管道52的长度为L=80mm，环形注水通道56的宽度为1.5mm；环形封闭外壳53的内径为200mm，缓冲储水腔55的宽度为3mm；环形封闭外壳53的环形顶板531和环形底板533的厚度均为8mm，环形顶板531和出料管道52上端管口之间的间隙为10mm；注水管54的内径为32mm，设计压力等级为PN63，环形沟槽Ⅲ541的槽宽为W2=8mm，槽深为H2=3mm，槽缘距离管口端部的距离为L2=16mm，注水管54中心线环形底板533的距离为40mm；环形顶板531和环形底板533之间距离为150mm。

采用本实用新型运行前后指标对比情况如表1所示：

实践表明，采用本实用新型的充填料浆低阻力自流管道输送系统之后，既使得充填料浆呈虹吸满管流状态，充分发挥了其重力势能，又大幅降低了充填料浆管道输送的沿程阻力和局部阻力，延长了输送距离。

Claims (7)

1.一种充填料浆低阻力自流管道输送系统，包括受料斗、充填引料管、充填竖管、井下充填管道和自动控制系统，所述的充填竖管竖直贯穿于地表与井下充填水平之间的充填钻孔中，其特征在于：所述的受料斗安装在地表充填站内，受料斗顶部的进料口与搅拌装置的尾砂胶结充填料浆出料口对应设置，在所述的受料斗上设有液位监测装置，在所述的充填竖管的上端设有水环减阻装置，水环减阻装置位于充填钻孔上部的地表基坑内，所述的充填引料管为一个水平管道Ⅰ，一端通过弯管Ⅰ与受料斗底部的出料口连通，另一端通过弯管Ⅱ与水环减阻装置的进料端连通，在水平管道Ⅰ上设有电动开关阀；所述的井下充填管道包括水平管道Ⅱ和水平管道Ⅲ，所述的水平管道Ⅱ设置在井下充填水平的主干巷道内，所述水平管道Ⅲ设置在井下充填水平的支路巷道内，并悬吊在主干巷道和支路巷道的顶板上，根据主干巷道和支路巷道的走向实现自然弯曲转向，所述的充填竖管的下端通过弯管Ⅲ与水平管道Ⅱ起始端连通；水平管道Ⅱ末端与水平管道Ⅲ起始端连通；水平管道Ⅲ的末端延伸至井下待充填的采空区，所述的水平管道Ⅰ、充填竖管、水平管道Ⅱ和水平管道Ⅲ连接组合形成“Z”字型管路，在靠近所述的水平管道Ⅲ末端处设有电动调节阀，所述的液位监测装置、电动开关阀和电动调节阀均与自动控制系统电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种充填料浆低阻力自流管道输送系统，其特征在于：所述的水环减阻装置包括进料管道、出料管道、环形封闭外壳、注水管、缓冲储水腔和环形注水通道，所述的进料管道由大径直管段、变径锥管段和小径直管段依次同心匹配连接构成，大径直管段内径与充填竖管内径相同，在靠近其受料端部管口位置的外壁上设有用于与充填竖管卡箍连接的环形沟槽Ⅰ，小径直管段外径小于充填竖管的内径且同心插入出料管道；所述的出料管道为内径与充填竖管内径相同的直管道，在靠近其出料端部管口位置的外壁上设有用于与充填竖管卡箍连接的环形沟槽Ⅱ，所述的环形封闭外壳包括环形顶板、环形底板和外壳管，环形顶板内环同心套装且固定在进料管道上的小径直管段与变径锥管段的结合部，环形底板内环同心套装且固定在出料管道上，所述的外壳管一端与环形顶板外环边沿同心固接，另一端与环形底板外环边沿同心固接，在外壳管上靠近环形底板处开有注水口，所述的注水管一端与注水口相连，在注水管的另一端管口位置的外壁上开有环形沟槽Ⅲ，且通过环形沟槽Ⅲ与外部供水系统管道卡箍连接；所述的缓冲储水腔由外壳管内壁与出料管道外壁之间的空间构成；所述的环形注水通道由小径直管段管外壁与出料管道内壁之间的空间构成；在环形顶板与出料管道进料端管口之间留有间隙使得缓冲储水腔与环形注水通道连通。

3.根据权利要求2所述的一种充填料浆低阻力自流管道输送系统，其特征在于：所述的环形沟槽Ⅰ和环形沟槽Ⅱ，其槽宽W1、槽深H1和槽缘距离管口端部的距离L1分别根据其所在充填竖管的压力等级确定；所述的环形沟槽Ⅲ，其槽宽W2、槽深H2和槽缘距离管口端部的距离L2根据外部供水系统管道的压力等级确定。

4.根据权利要求1所述的一种充填料浆低阻力自流管道输送系统，其特征在于：所述的充填竖管为刚性管道，采用16Mn厚壁钢管或双金属耐磨钢管，布置在充填站外的充填钻孔内，由多段钢管组成，每段钢管的长度为3~6m，各段钢管之间设置耐磨密封橡胶垫圈，采用内螺纹管连接或套管焊接。

5.根据权利要求1所述的一种充填料浆低阻力自流管道输送系统，其特征在于：所述的水平管道Ⅱ为内壁光滑的柔性管道，由多段共挤耐磨层钢丝缠绕增强塑料复合管及接头组成，每段复合管的长度为6~12m，各段复合管之间均采用卡箍式管接头连接。

6.根据权利要求1所述的一种充填料浆低阻力自流管道输送系统，其特征在于：所述的水平管道Ⅲ为内壁光滑的亦柔性管道，由多段PF钢丝编织耐磨复合管组成，每段复合管的长度为6~12m，各段复合管之间均采用卡式法兰连接。

7.根据权利要求1所述的一种充填料浆低阻力自流管道输送系统，其特征在于：所述弯管Ⅲ为带直管段、大弯曲半径的16Mn厚壁钢弯管或双金属耐磨钢弯管，充填竖管与弯管Ⅲ之间、弯管Ⅲ与水平管道Ⅱ之间均采用刚性卡箍式管接头连接，并设置耐磨密封橡胶垫圈。

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