CN221144512U - 一种输送尾矿膏体充填物料的深井充填管道 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种输送尾矿膏体充填物料的深井充填管道，包括垂直管道，所述垂直管道顶部连接有尾矿膏体充填物料满管流量供给单元，或/和，所述垂直管道底部连接有尾矿膏体充填物料满管流量调节单元。根据现有的管道设计和充填物料输送体系，交界处上方的垂直管道为半管流状态，下方是满管流状态，尾矿膏体充填物料重力势能转化为动能，流速在交界处达到最大，高速尾矿膏体充填物料冲击到交界处满管流液面上流速骤降，形成水锤效应，对交界处的管道造成损伤，最终耐磨管道因疲劳变形、断裂。本实用新型通过满管流量供给单元或/和满管流量调节单元，控制垂直管道输送浆体的状态为满管避免了耐磨管道爆管的风险。

Description

一种输送尾矿膏体充填物料的深井充填管道

技术领域

本实用新型属于浆体管道输送技术领域，涉及一种防止充填管道破裂的浆体输送管道。

背景技术

尾矿充填耐磨管主要负责把浆料输送到井下，用于矿井地下回填。

管道服役主要以输送物料为主，但是管道在服役过程中会出现磨损，甚至破裂。现有尾矿膏体充填耐磨管道体系，包括地上水平管、地中垂直管、地下水平管，管道采用的是复合双金属管道：外层为普通钢管，内层衬耐磨层。

我公司生产的几批贝氏体耐磨管道，供应不同国家和矿山，管径219mm、壁厚25mm、抗拉强度1300MPa左右、屈服强度1000MPa左右、硬度HRC＞40、冲击功＞50J，2021年供应非洲铜矿1200米矿井的尾矿膏体充填耐磨管道，2023年数根地中垂直管在300～500米深处出现部分破裂，使用后的壁厚在20mm以上，数根地中垂直管出现椭圆形变和部分掉块，用专业设备对耐磨管道进行检测分析发现，耐磨管内壁的磨损基本很低，属于正常磨损状态，破裂和掉块非正常磨损，管道底部出现咚咚的声音，排除了充填耐磨管道本身的质量问题。

国内外同行也都存在类似情况。在2021年我们供应宝武集团罗河铁矿与非矿情况相同，安装过后底部出现连续不断的咚咚声音，经过多次论证和计算，自流管采用虹吸效应免去泵送源，但是垂直管道出现加速流，底部管线流速缓慢，管道中间出现断流和撞击发出声音。经技术检索，公布号为CN106523027A的专利文献公开了一种深井管道输送卸压充填装置及其使用方法，该方案也是为了防止爆管，其在分节断口处设置卸压箱，并通过安装软木垫板和角钢等对充填管道进行固定。实际待解决充填管道非磨损损害的问题比较普遍。

在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下技术问题中的一个技术问题：

(1)充填管道爆管问题是尾矿回填领域长期存在的问题，尚未在生产中实际解决；

(2)充填管道一旦破裂和非磨损损害，难以维修，会面临堵井和废井的风险，给矿山造成巨大经济损失；

(3)矿山的制浆与人员井道和充填井是两个独立的井道，在充填深井中安装附属装置不具有可行性，技术难度巨大；或者需要打直径更大的、能够使人员进入安装附属设备的填充井；

(4)制浆后采用地形落差采用管管输，通过降低浆料在地中垂直管中压力，消除多余势能，又会降低地下水平管中浆料的流速，但是存在堵管风险。

(5)充填管道采用源进行物料输送，输送过程中地上管道与垂直管道与地下管道出现同管径不同流速，尤其中间垂直管出现加速流后，加速流出现降低堵管风险，但是频繁连续的断流出现，不但加速管道磨蚀，还给管道破裂埋下风险。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型目的在于提供防止充填管道破裂的浆体输送管道。

发明人通过长期的探索和尝试，以及多次的实验和努力，不断的改革创新，为解决以上技术问题，本实用新型提供的技术方案是，提供一种输送尾矿膏体充填物料的深井充填管道，包括垂直管道，所述垂直管道顶部连接有尾矿膏体充填物料满管流量供给单元，或/和，所述垂直管道底部连接有尾矿膏体充填物料满管流量调节单元。

根据本实用新型输送尾矿膏体充填物料的深井充填管道的一个实施方式，所述满管流量供给单元为供料仓或供料管。

根据本实用新型输送尾矿膏体充填物料的深井充填管道的一个实施方式，所述供料仓通过变径管与垂直管道连接，变径管上端口径大于下端口径。

根据本实用新型输送尾矿膏体充填物料的深井充填管道的一个实施方式，所述供料管为口径不小于垂直管道的地上水平管道。

根据本实用新型输送尾矿膏体充填物料的深井充填管道的一个实施方式，所述满管流量调节单元为口径不大于垂直管道的地下水平管道。

根据本实用新型输送尾矿膏体充填物料的深井充填管道的一个实施方式，所述地下水平管道口径小于垂直管道口径。

根据本实用新型输送尾矿膏体充填物料的深井充填管道的一个实施方式，所述地下水平管道口径等于垂直管道口径，所述地下水平管道上安装有限流装置。

根据本实用新型输送尾矿膏体充填物料的深井充填管道的一个实施方式，所述垂直管道为硬度HRC15～70充填耐磨管道。

根据本实用新型输送尾矿膏体充填物料的深井充填管道的一个实施方式，所述垂直管道为直连型充填套管。

根据本实用新型输送尾矿膏体充填物料的深井充填管道的一个实施方式，所述垂直管道的高度为400～3000m。

与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点：

a)本实用新型通过控制垂直管道输送浆体的状态为满管，特别是避开了管深为300～450米爆管范围，避免了耐磨管道爆管的风险。目前，深井管道的深度为数百米至三千米范围内，国内最深的深井管道的深度为1800m，发明人针对非洲铜矿1200m矿井的爆管管道和椭圆变形管道进行问题分析，发现爆管或椭圆变形段主要集中在300～450m范围内。根据管道内壁结构观察得知，非变形或爆管段，管道内壁磨损量少，低于2mm/年，属于正常磨损。进一步分析得知，该处是尾矿膏体充填物料从半管流状态到整管流状态的交界处，根据现有的管道设计和充填物料输送体系，交界处上方的垂直管道为半管流状态，下方是满管流状态，尾矿膏体充填物料重力势能转化为动能，流速在交界处达到最大，高速尾矿膏体充填物料冲击到交界处满管流液面上，流速骤降，形成水锤效应，对交界处的管道造成损伤，最终耐磨管道因疲劳变形、断裂。

b)现有充填物料制浆过后，存放于料仓中，通过地上管道输送，输送过程中，垂直管内流速大于地上管线，在重力加速作用下，物料出现断流。地下管道流速越快，垂直管断流越严重；地下管道流速慢又易堵管。本实用新型提供调整垂直管道的进料量，满足垂直管道的虹吸流量，或者调整第一水平管的流量，将交界面提高到管深300m以上，减轻或消除垂直管道内的水锤效应，从而保护耐磨管道，避免遭到疲劳损伤。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施例1中防止充填管道破裂的浆体输送管道结构示意图。

图2是实施例2中防止充填管道破裂的浆体输送管道结构示意图。

图3是实施例3中防止充填管道破裂的浆体输送管道结构示意图。

图4是实施例4中防止充填管道破裂的浆体输送管道结构示意图。

图5是实施例5中防止充填管道破裂的浆体输送管道结构示意图。

图中标记分别为：

100垂直管道，

200地下水平管道，

201限速装置，

300供料仓，

300a供料管，

400变径管。

具体实施方式

下面结合附图与一个具体实施例进行说明。

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可以不对其进行进一步定义和解释。

本实施例中，参见图1～图5，输送尾矿膏体充填物料的深井充填管道，包括垂直管道100，所述垂直管道100顶部连接有尾矿膏体充填物料满管流量供给单元，或/和，所述垂直管道100底部连接有尾矿膏体充填物料满管流量调节单元。在满管流量供给单元或/和满管流量调节单元的作用下，使垂直管道100中半流管与满流管的交界面提升到垂直管道100顶部至垂直管道100顶部以下200m范围内，避免垂直管道100内尾矿膏体充填物料高速下落造成的水锤损害。所述垂直管道100选用硬度HRC15～70充填耐磨管道，垂直管道100由多节直连型充填套管连接构成，高度为400～3000m，实际高度根据矿井深度确定。

在矿产资源开发采后，采空区回填工作中，要防止充填管道破裂，延长充填管道的使用寿命，避免因为输送尾矿膏体充填物料深井管道爆管造成堵井和废井的风险。

参见图1～5，充填耐磨管道包括从地面垂直延伸到地下的垂直管道100，尾矿膏体充填物料制浆后，用垂直管道100将其从地面的输送至地下水平管道200，地下水平管道200将尾矿膏体充填物料浆体输送至采空区，实现对采空区的回填支撑。

本实用新型中，通过同时或分别调整垂直管道100的尾矿膏体充填物料浆体进入量、地下水平管道200流量，使垂直管道全部或部分满管输送浆体。

垂直管道全部满管输送浆体，是指垂直管道从顶端到底端都处于满管输送状态。

部分满管输送浆体，是指交界面到垂直管道底端处于满管输送状态。所述交界面是至垂直管道半管流与满管流交界的区域。满管流是指尾矿膏体充填物料完全填充垂直管道段。半管流是指尾矿膏体充填物料未完全填充垂直管道段，在该未完全填充的垂直管道段有空隙。因为空隙的存在，尾矿膏体充填物料在半管流段主要在重力作用下下落，获得加速，并不断增加动能。半管流段的长度越长，尾矿膏体充填物料的动能越大。

交界面的深度调控还需要根据垂直管道的材质性能和浆体的浓度来调整。本实施例中，采用的贝氏体耐磨管道管径219mm、壁厚25mm、抗拉强度1300MPa、屈服强度1000MPa、硬度HRC＞40、冲击功＞50J，交界面应避开垂直管道顶端以下300m～450m段。在垂直管道100和地下水平管道200等径的条件下，尾矿膏体充填物料通过同管径的管道从制浆车间直接输送至垂直管道100，浆体浓度为30～80％，交界面在300～450m处。对于这样的耐磨管道，通过调整垂直管道100的物料供给量或/和地下水平管道200流量，使交界面提升到垂直管道100上部0～300m之间。例如，交界面设置在垂直管道顶端以下250m、200m、150m、100m、50m、12m、9m、6m或0m处，避开尾矿膏体充填物料在交界面产生超过管道承受范围的水锤效应。在交界面下方，实现垂直管道100满流。

本实用新型中，垂直管道100采用直连型充填套管，地下水平管道200亦采用直连型充填套管，直连型充填套管的结构参考授权公告号为CN219570143U的专利文献。

实施例1

本实施例所描述的输送尾矿膏体充填物料的深井充填管道，参见图1。

本实施例中，垂直管道100能够完全满管输送。

尾矿充填站内浓密机底部料仓(图中未示出)与充填井距离50m。采用管径273mm贝氏体耐磨管道(地上给料管)输送到充填井处的满管流量供给单元。本实施例中，满管流量供给单元为给料仓300，给料仓300安装在垂直管道100的上端。

给料仓300的上端高于地面，给料仓300为圆桶结构，直径1m、高1m，开口式设置。给料仓300下端设有直径273㎜的出料口，出料口下安装变径管400，变径管400的上端管径273㎜、下端管径219㎜、高度500㎜、壁厚25㎜，变径管400下端安装垂直管道100。垂直管道100包括管径219mm短节贝氏体耐磨管道，短节下面安装管径219㎜、壁厚25㎜、长度600000mm的贝氏体充填套管，采用丝扣直连连接，垂直管道100底部安装90°弯管，再连接地下水平管道。地下水平管道为管径219㎜、壁厚25㎜、长度20000mm的贝氏体充填管，将尾矿膏体充填物料输送到地下采空区进行储存稳固。

本实施例在现有技术基础上，将尾矿充填站料仓与垂直管道100分离，并设置给料仓300，在设置给料仓300后，不再顾虑地上给料管运行不满管流或断流输送，只要给料仓300有足够的尾矿膏体充填物料，就能满足垂直管道100满管运行输送。

实施例2

本实施例所描述的输送尾矿膏体充填物料的深井充填管道，参见图2。

本实施例中，垂直管道100能够完全满管输送。

尾矿充填站内浓密机底部料仓(图中未示出)距离充填井150m，采用管径219mm贝氏体耐磨管道(地上给料管)输送尾矿膏体充填物料至充填井处的满管流量供给单元。满管流量供给单元为给料仓300，安装在垂直管道100顶端，给料仓300的上端低于地面，本实施例中，给料仓300为封闭式箱体结构，直径2m、高2m。给料仓300上端设有给料口对接地上给料管，给料仓300下端设有直径219㎜的出料口，出料口下方安装垂直管道100。垂直管道100是管径219㎜、壁厚25㎜、长度600000mm的贝氏体充填套管，采用丝扣卡箍连接，垂直管道100底部安装变径弯管，管道底部安装入口管径219㎜、出口管径203㎜、90°弯管，壁厚25mm，弯管出口再连接管径203㎜、壁厚25㎜，长度50000mm的地下水平管道200，地下水平管道200为贝氏体耐磨充填管，尾矿膏体充填物料通过垂直管道100和地下水平管道200输送到地下采空区进行储存稳固。

本实施例将尾矿充填站料仓与垂直管道100分离，地上给料管运行允许不满管流或断流输送，但前提是必须满足垂直管道100上的给料仓300里有保证垂直管道100满管运行输送的尾矿膏体充填物料。

实施例3

本实施例所描述的输送尾矿膏体充填物料的深井充填管道，参见图3。

尾矿充填站内浓密机底部料仓(图中未示出)与充填井距离2km，采用泵将尾矿膏体充填物料送到充填井，地上给料管采用管径325mm、壁厚25㎜贝氏体耐磨管道。尾端采用373mm、壁厚25㎜的90°弯管与满管流量供给单元连接。

本实施例中，满管流量供给单元为给料仓300。

本实施例中，给料仓300为管道结构，管径325㎜、壁厚25㎜、长度200000mm，下方安装变径管400。

变径管400的上端管径325㎜、下端管径273㎜、高度500㎜、壁厚25㎜。

变径管400下方安装垂直管道100，垂直管道100的管径273㎜、壁厚25㎜、长度400000mm。垂直管道100底部安装90°弯管，再连接管径273㎜、壁厚25㎜、长度10000mm的地下水平管道200，将尾矿膏体充填物料输送到地下采空区进行储存稳固。

垂直管道100全部满管输送，给料仓300可以半流管输送，在给料仓300内产生的水锤现象对管道的损害小。即便给料仓300出现损害，还可以在该管节内加装一根275mm、壁厚25mm的耐磨管进行修复，避免废井。

实施例4

本实施例所描述的输送尾矿膏体充填物料的深井充填管道，参见图4。

本实施例中，满管流量供给单元为供料管300a。

尾矿充填站内浓密机底部料仓(图中未示出)与充填井距离500m，采用供料管300a将尾矿膏体充填物料输送到垂直管道100。供料管300a采用管径219mm、壁厚15㎜贝氏体耐磨管道。

供料管300a尾端通过管径219mm、壁厚15㎜的90°弯管与垂直管道100连接，垂直管道100管径219㎜、壁厚15㎜，长度1200000mm，垂直管道100下段安装90°弯管，弯管管径219㎜、壁厚15㎜，弯管出口安装满管流量调节单元。本实施例中，满管流量调节单元为管径小于垂直管道100的地下水平管道200。地下水平管道200与弯管出口通过第二变径管连接。第二变径管的首端管径219㎜、尾端管径203㎜，长度500㎜、壁厚15㎜，第二变径管后端安装地下水平管道200，地下水平管道200包括管径203㎜、壁厚15㎜、长度1000㎜的短节，短节再连接直径203㎜、壁厚15㎜、长度70000mm的贝氏体耐磨管，将尾矿膏体充填物料输送到地下采空区进行储存稳固。

缩小地下水平管道200直径，即作为满管流量调节单元，提高垂直管道100的液面高度，保证垂直管道100满管输送，或者提升交界面高度至安全高度，确保垂直管道100内不会发生损害性水锤现象。

实施例5

本实施例所描述的输送尾矿膏体充填物料的深井充填管道，参见图5。

尾矿充填站内浓密机底部料仓(图中未示出)与充填井距离2500m。

满管流量供给单元为供料管300a，满管流量调节单元为安装有限速装置201的地下水平管道200。

采用管径180mm、厚15㎜耐磨管道输作为供料管300a，将尾矿膏体充填物料送到充填井。供料管300a尾端包括第一短节，第一短节尾端采用180㎜、壁厚15㎜的90°弯管与垂直管道100连接，垂直管道100包括长度800㎜、厚15㎜的第二短节连接，该第二短节下端再与长度900000mm的耐磨管道连接，该耐磨管道下端安装长度为600㎜的第三短节，第三短节下端再安装同径90°弯管，弯管出口安装地下水平管道200。地下水平管道200包括直径180㎜、壁厚15㎜、长度1000㎜的第四短节，第四短节后再安装限速装置201；所述限速装置201为流量阀门，也可以选择水锤消除器；限速装置201后再连接管径180㎜、壁厚15㎜、长度20000mm的耐磨充填管；将尾矿膏体充填物料输送到地下采空区进行储存稳固。

本实施例通过安装限速装置201来调节垂直管道100的液面高度保证垂直管道全部或部分满管输送，又要保证地下水平管里的物料动力源输送指定的位置，此管道便于地下多条管道输送或长距离输送。

实施例4和5所述深井充填管道，可以是自流充填管道，也可以采用泵送填充管道。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种输送尾矿膏体充填物料的深井充填管道，包括垂直管道，其特征在于，所述垂直管道顶部连接有尾矿膏体充填物料满管流量供给单元，或/和，所述垂直管道底部连接有尾矿膏体充填物料满管流量调节单元。

2.根据权利要求1所述的深井充填管道，其特征在于，所述满管流量供给单元为供料仓或供料管。

3.根据权利要求2所述的深井充填管道，其特征在于，所述供料仓通过变径管与垂直管道连接，变径管上端口径大于下端口径。

4.根据权利要求2所述的深井充填管道，其特征在于，所述供料管为口径不小于垂直管道的地上水平管道。

5.根据权利要求1所述的深井充填管道，其特征在于，所述满管流量调节单元为口径不大于垂直管道的地下水平管道。

6.根据权利要求5所述的深井充填管道，其特征在于，所述地下水平管道口径小于垂直管道口径。

7.根据权利要求5所述的深井充填管道，其特征在于，所述地下水平管道口径等于垂直管道口径，所述地下水平管道上安装有限流装置。

8.根据权利要求1所述的深井充填管道，其特征在于，所述垂直管道为硬度HRC15～70充填耐磨管道。

9.根据权利要求1所述的深井充填管道，其特征在于，所述垂直管道为直连型充填套管。

10.根据权利要求1所述的深井充填管道，其特征在于，所述垂直管道的高度为400～3000m。