CN215439389U - 一种地浸矿山自动化活塞洗井装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于地浸采铀技术领域，具体涉及一种地浸矿山活塞洗井装置。传统洗井方式易于发生活塞头掉落、钢丝绳折断等孔内事故，洗井水外排和处理困难，洗井过程繁琐，操作复杂等问题。本装置包括支撑装置，控制装置，提升装置；提升装置包括卷扬机，钢丝绳，活塞杆和活塞头。控制控制装置和提升装置固定安装在支撑装置上，控制装置控制提升装置的提升。本实用新型实现活塞洗井作业过程全自动进行，洗井水集中处理回收无外排，洗井效果良好，具有良好的安全环保效益。

Description

一种地浸矿山自动化活塞洗井装置

技术领域

本发明属于地浸采铀技术领域，具体涉及一种地浸矿山活塞洗井装置。

背景技术

地浸采铀生产过程中，井场钻孔经过长时间运行，过滤器位置易被沉沙及其他沉淀物所封堵，影响注孔渗透性，如不加以疏通，将会显著降低矿层过水能力。目前常用的洗井方法主要为空压机水洗、空压机气洗和活塞洗井三种方式。

空压机水洗：将气管插入井内过滤器位置，利用气流使水流剧烈运动后顺着套管被带出地表，作业前期准备较为繁琐，人员配置相对多，洗井效果也不理想。

空压机气洗：通过高压气体对井孔施加压力，通过反作用使水涌出带出杂质达到洗井目的，作业过程中高压气管带来不稳定的安全风险，由于气洗需要可持续的作业，不能中途暂停，尤其在冬季，气管内产生冰碴很容易冻结阀门，给自动洗井带来不便，这就使人员需要24小时值守，占用人力，洗出的水量液不能持久。

活塞洗井：通过卷扬机的正反转而使得活塞头在管井内过滤器段做上下往复的活塞运动，在运动的过程中，随着活塞头的机械提升而使得地层形成负压，由此将杂物随着流体而被提升至地面的目的。

相对于空压机水洗和空压机气洗，活塞洗井人员配备只需1人即可操作，安全性较高，人员控制得当即可避免卡孔，而且洗井后抽注孔的过水量持续时间较长。但是，现有的活塞洗井设备大部分属于刚性设备，活塞头及钻杆或钢丝绳在井内下放、提拉过程中极易对塑料井管或过滤器造成损坏，或者造成活塞头掉落、钢丝绳折断等孔内事故。另外，由于设备自动化程度低，冬季寒冷条件下洗井作业困难，抽注液工序稳定性较差，最终，采矿生产也将受到极大的影响。

因此，迫切需要一种新型地浸矿山自动化程度高的活塞洗井方法及装置来解决上述问题。

本装置通过对现有活塞洗井车的现场实践，总结经验及克服技术问题，改良并设计一套符合现场环境、适用于现场洗井要求的活塞洗井设备，并在设备的控制系统上加以升级，最终实现作业过程中无人值守智能自动化活塞洗井的目标。

发明内容

本发明的目的在于针对现有活塞洗井方法和设备存在的易损坏塑料井管或过滤器，易于发生活塞头掉落、钢丝绳折断等孔内事故，洗井水外排和处理困难，洗井过程繁琐，操作复杂等问题，提供了一种新型的地浸矿山活塞洗井方法及装置。

本发明的技术方案如下：

一种地浸矿山自动化活塞洗井装置，包括支撑装置，控制装置，提升装置；提升装置包括卷扬机，钢丝绳，活塞杆和活塞头；活塞杆为分段式，每段之间通过快速接头连接；活塞杆一端固定连接吊环，另一端固定连接活塞头；吊环固定连接钢丝绳，卷扬机固定连接钢丝绳；控制控制装置和提升装置固定安装在支撑装置上，控制装置控制提升装置的提升。

所述的活塞头包括快接，排水孔，密封球，过水腔，硅胶垫，排水孔，锁紧螺母；活塞头上部为快接连接快速接头，从而使活塞头连接活塞杆；活塞头中部为倒漏斗型排水腔，排水腔底部装填密封球，侧面开排水孔；活塞头下部为圆柱形排水腔，内部中空为过水腔，侧面开有排水孔，并固定有硅胶垫；活塞头底部为锁紧螺母，锁紧活塞头。

所述的支撑装置包括吊臂，液压支撑，液压伸缩组件，支架，活塞洗井车；支架固定连接在活塞洗井车上，吊臂一端和支架十字形固定连接，液压伸缩组件固定连接在吊臂的另一端；液压支撑一端连接活塞洗井车，另一端连接吊臂底部。

所述的控制装置包括自动控制系统和手动操作杆；手动操作杆控制吊臂；自动控制系统控制卷扬机。

所述的钢丝绳上设置有压力变送器。

所述的密封球为PO材质Ο型球。

所述的自动控制系统连接电气系统，将信号传输给电气系统。

所述的电气系统包括控制部分，保护部分和信号传输；保护部分包括超重/ 失重保护、过电流/低电流保护、电压保护、限位保护及报警。

所述的信号传输包括光纤传输和无线信号传输两种模式。

所述的控制系统包括自动控制和手动控制。

本发明的有益效果在于：

本发明主要应用于原地浸出采铀矿山中钻孔洗井，首创利用自制新型活塞洗井装置，达到对钻孔过滤器及近井段矿层的清洗、疏通的目的；本发明实现活塞洗井作业过程全自动进行，洗井水集中处理回收无外排，洗井效果良好，具有良好的安全环保效益，目前已开始在地浸采铀行业内进行推广应用。本发明改良了活塞头部，首先，加大活塞头过水腔和排水腔直径，提高了清洗水的排出流量，减少了清洗频次，节约了清洗时间；其次，密封件利用多层硅胶垫形成多层密封圈，提高了密封效果，形成的真空抽吸作用可以较好的剥离矿层黏附物，提高过滤器和近井矿段的清洗和疏通效果。本发明通过计米传感器、电流传感器、钢丝绳张力传感器设置阈值来控制洗井程序的启停、控制及报警，提高了活塞洗井过程的自动化水平。

附图说明

图1活塞井车示意图

图2活塞杆示意图

图3活塞头示意图

图中：1、吊臂，2、液压支撑，3、液压伸缩组件，4、自动控制系统，5、手动操作杆，6、活塞杆，7、活塞头，8、支架，9、活塞洗井车，10、卷扬机， 11、钢丝绳，12、吊臂副臂，61、吊环，62、快速接头，71、快接，72、排水孔A，73、密封球，74、过水腔，75、硅胶垫，76、排水孔B，77、锁紧螺母。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供了一种采用上述洗井方法的地浸矿山活塞洗井装置，包括：支架8、机械臂、液压系统、提升系统、电气系统和辅助部分。各装置均使用316L不锈钢材质。

支架8用于承载整个洗井装置；机械臂由吊臂1和吊臂副臂12组成。

液压系统包括液压站和液压缸，液压站提供动力，液压缸控制吊臂1的升降和活塞洗井车9的稳定。

如图2所示，提升系统包括卷扬机10、钢丝绳11、活塞杆6和活塞头7。钢丝绳11上设置有压力变送器。

如图3所示，活塞头7包括CF型快接71，排水腔，排水孔72，密封球73，过水腔74和硅胶垫75。密封球73为PO材质Ο型球。硅胶垫75由5层耐磨橡胶和4层硅胶组成。

排水腔设计为上部圆柱，下部圆锥，内部装填密封球73，通过单向止回原理，排出清洗水。

电气系统包括：控制部分，保护部分，信号传输部分。

控制部分分手动控制和自动控制，并通过转换开关进行切换。手动控制为用移动手柄或遥控手柄来控制卷扬机的运行，进行人工洗井作业。自动控制是通过计米器将钢丝绳移动的距离长短转化成电信号传输给PLC，PLC根据设置的程序进行自动洗井作业。

保护部分包括：超重/失重保护、过电流/低电流保护、电压保护、限位保护及报警。(1)超重/失重保护是由钢丝绳张力传感器采集重力信号，在传感器控制器中设置超重G1≤采集重力范围值G≤失重G2，当G≥G1时即视为活塞头在井管内卡住，引起超重现象；当G≤G2时即视为钢丝绳断开或活塞杆坠井，引起钢丝绳失重现象。超重或失重后传感器控制器的继电器动作，切断卷扬机的动力电源使卷扬机停车，并触发报警信号。(2)过电流保护为：超重和失重现象产生后，会从卷扬机电机的电流上体现出来，故在电气控制回路中装设电流保护控制器，当发生卡管现象时，电流会突然增大，当超过设定值A1时，电流保护控制器的继电器动作，切断主回路电源，使卷扬机停车。低电流保护为：当发生钢丝绳断开或活塞杆坠井现象时，电流会突然减小，至卷扬机空载电流 A2时，电流保护控制器的继电器动作，切断主回路电源，使卷扬机停车。当卷扬机非正常停车时，触发报警信号。(3)电压保护为：控制系统中装设电压监控器，当主回路发生缺相、低压、过压时切断主回路供电，触发报警信号，从而保护负载。(4)限位保护为：在吊臂的滑轮下放装配限位保护开关，以防止自动系统突然失灵导致无法停车时，卷扬机将活塞杆拉入吊臂的事故发生。

信号传输分两种模式：一种是将自动活塞洗井的各类数据、控制、监测等信号通过4G/5G物联网传输模块传输到集控室，经光电交换机转换后由光纤传入自控中心；另一种为信号传输给手机、笔记本电脑等移动终端。

在洗井过程中，井口排出的污水由井口的液位传感器控制自吸泵抽入污水处理设备中。

本装置主要优势如下：

1、结合现有洗井装置的结构而进行设计与加工，优化其结构稳定性，维修便捷性，操作安全性。

2、从现有活塞头上改进活塞头的进排水方式、密封方式，设计并加工出新式活塞头进行试验，定型最适合工艺要求的活塞头。

3、根据洗井工艺的要求而电气控制，通过电机电流的波动，钢丝绳的张力变化而逻辑控制卷扬机的运行方式。

4、洗井工序的自动化系统检测方面，现有的自动化仪表传输信号大都为 4-20mA电流信号，而物联网设备只接受0-5V电压信号，需要加装信号转换配件对信号进行相应转换。

5、通过计米传感器、电流传感器、钢丝绳张力传感器设置阈值来控制洗井程序的启停、控制及报警，通过接近开关来实现二次保护功能。

6、现有自动化仪表传输信号大都为4-20mA电流信号，而物联网设备只接受0-5V电压信号，需要加装信号转换配件对信号进行相应转换。

7、通过在井口位置和洗井车水箱上设置液位传感器来启停自吸泵来进行污水的抽排，通过设置液位阈值来实现泵和洗井系统的启停。

8、通过PLC系统在洗井作业前录入井孔深度、过滤器位置等参数，通过PLC 程序和计米传感器来实现各采区不同钻孔都可适用自动活塞洗井装置。

9、通过物联网控制元件发射信号和在各集控室加设的接受信号终端，经过信号处理后将电信号转成光信号后利用现有的井场自动化环网，将洗井各参数及图像传至自动化控制室上位机。

Claims (10)

1.一种地浸矿山自动化活塞洗井装置，其特征在于：包括支撑装置，控制装置，提升装置；提升装置包括卷扬机(10)，钢丝绳(11)，活塞杆(6)和活塞头(7)；活塞杆(6)为分段式，每段之间通过快速接头(62)连接；活塞杆(6)一端固定连接吊环(61)，另一端固定连接活塞头(7)；吊环(61)固定连接钢丝绳(11)，卷扬机(10)固定连接钢丝绳(11)；控制装置和提升装置固定安装在支撑装置上，控制装置控制提升装置的提升。

2.根据权利要求1所述的一种地浸矿山自动化活塞洗井装置，其特征在于：所述的活塞头(7)包括快接(71)，排水孔A(72)，密封球(73)，过水腔(74)，硅胶垫(75)，排水孔B(76)，锁紧螺母(77)；活塞头(7)上部为快接(71)连接快速接头(62)，从而使活塞头(7)连接活塞杆(6)；活塞头(7)中部为倒漏斗型排水腔，排水腔底部装填密封球(73)，侧面开排水孔A(72)；活塞头下部为圆柱形排水腔，内部中空为过水腔(74)，侧面开有排水孔B(76)，并固定有硅胶垫(75)；活塞头(7)底部为锁紧螺母(77)，锁紧活塞头(7)。

3.根据权利要求1所述的一种地浸矿山自动化活塞洗井装置，其特征在于：所述的支撑装置包括吊臂(1)，液压支撑(2)，液压伸缩组件(3)，支架(8)，活塞洗井车(9)；支架(8)固定连接在活塞洗井车(9)上，吊臂(1)一端和支架(8)十字形固定连接，液压伸缩组件(3)固定连接在吊臂(1)的另一端；液压支撑(2)一端连接活塞洗井车(9)，另一端连接吊臂(1)底部。

4.根据权利要求3所述的一种地浸矿山自动化活塞洗井装置，其特征在于：所述的控制装置包括自动控制系统(4)和手动操作杆(5)；手动操作杆(5)控制吊臂(1)；自动控制系统(4)控制卷扬机(10)。

5.根据权利要求1所述的一种地浸矿山自动化活塞洗井装置，其特征在于：所述的钢丝绳(11)上设置有压力变送器。

6.根据权利要求2所述的一种地浸矿山自动化活塞洗井装置，其特征在于：所述的密封球(73)为PO材质Ο型球。

7.根据权利要求4所述的一种地浸矿山自动化活塞洗井装置，其特征在于：所述的自动控制系统(4)连接电气系统，将信号传输给电气系统。

8.根据权利要求7所述的一种地浸矿山自动化活塞洗井装置，其特征在于：所述的电气系统包括控制部分，保护部分和信号传输；保护部分包括超重/失重保护、过电流/低电流保护、电压保护、限位保护及报警。

9.根据权利要求8所述的一种地浸矿山自动化活塞洗井装置，其特征在于：所述的信号传输包括光纤传输和无线信号传输两种模式。

10.根据权利要求8所述的一种地浸矿山自动化活塞洗井装置，其特征在于：所述的控制系统包括自动控制和手动控制。

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