JP3295621B2 - 混気圧送中の土砂への添加材供給混練方法および装置 - Google Patents

混気圧送中の土砂への添加材供給混練方法および装置

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JP3295621B2 JP23557597A JP23557597A JP3295621B2 JP 3295621 B2 JP3295621 B2 JP 3295621B2 JP 23557597 A JP23557597 A JP 23557597A JP 23557597 A JP23557597 A JP 23557597A JP 3295621 B2 JP3295621 B2 JP 3295621B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、セメントや石灰等
の固化材、石炭や発泡ビーズ等の添加材を、圧縮空気に
より圧送管内をプラグの形成と崩壊を繰り返す状態で搬
送する土砂中に供給し、混練を行なう混気圧送中の土砂
への添加材供給混練方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、含水比の高い粘性土を圧縮空気を
使って混気圧送した場合、図13に示す管路1内の土砂
Sに対し矢印Aで示す圧縮空気を供給すると、図13の
管路1の下部に土砂Sが堆積し、圧縮空気Aが管路1の
上部を流れていく状態から、図14のごとく、堆積した
土砂Sの上部が波立ってきて、次に、図15のごとく土
砂Sが管路1内をふさぎ、プラグを形成した状態にな
る。このような状態で土砂Sを送ることを混気圧送と呼
ぶ。
【0003】その結果、土砂Sが圧縮空気Aにより管路
1内を圧送され、さらに再び図13に近い状態に戻っ
て、図14および図15に示す現象が生じてそれを繰り
返し、図16のように土砂Sは管路1内でプラグの形成
と崩壊とを繰り返しながら管路1内を進むので、空気だ
けが送られている部分と土砂Sが送られている部分とが
交互に通過することになる。
【0004】そこで、このような土砂Sのプラグの中に
固化材などの添加材を入れようとする場合、添加材は図
16の土砂Sの部分だけでなく空気Aの部分にも入って
しまい、不経済であるばかりでなく、土砂Sに添加材を
均一に供給混練することが難しく、別途に混練装置を使
用しなければならないという問題があった。
【0005】
【発明の解決しようとする課題】本発明は、圧送管によ
り土砂を混気圧送する途中において、別途に混練装置を
使用することなしに土砂のプラグの乱れおよび衝突を繰
り返し行なって、土砂に固化材等の添加材を均一に供給
し混練を行ないうる混気圧送中の土砂への添加材供給混
練方法および装置を提供する。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、土砂を混気圧
送する圧送管の途中に圧送管より管径の大きい拡大管を
連結し、その拡大管の出口に拡大管より管径の小さい圧
送管をさらに連結すると共に、その拡大管の入口に近
く、かつ土砂プラグが接することがない位置内へ圧縮空
気によって添加材を供給して、拡大管内での土砂プラグ
の乱れおよび衝突によって添加材と土砂とを混練する混
気圧送中の土砂への添加材供給混練方法からなる。
【0007】また、本発明が上記の方法を実施する装置
は、土砂を混気圧送する圧送管の途中に圧送管より管径
の大きい拡大管を連結し、その拡大管の入口に近く、か
つ土砂プラグが接することがない位置に添加材を圧縮空
気によって供給する供給口を設け、拡大管の出口にその
拡大管より管径の小さい圧送管を連結した混気圧送中の
土砂への添加材供給混練装置からなる。
【0008】
【0009】
【0010】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の混気
圧送中の土砂への添加材供給混練方法およびその装置の
実施の形態につき説明するが、図1はその一実施形態に
おける添加材供給混練装置のフローを示す概略配置図で
あり、この実施形態では、土運船10で運ばれた土砂S
を圧送船11上のバックホー12によりホッパー13に
投入し、圧送船11上のポンプ14により圧送管2に圧
送し、さらに発電機15で駆動されるコンプレッサー1
6で圧縮空気Aをその圧送管2に注入することにより、
前記図13から図16までで説明したように、土砂Sを
圧送管2で混気圧送するようになっている。
【0011】次に、上記の圧送管2の途中に、圧送管2
より管径の大きな拡大管8を連結し、さらにその拡大管
8の出口に上記拡大管8より管径の小さい圧送管2を連
結して矢印Fの流れ方向に土砂Sを混気圧送している。
また、拡大管8の入口に近い位置に、固化材等の添加材
Xを供給する供給口17を設け、発電機15で駆動され
るコンプレッサー16からの圧縮空気Aと共に、添加材
供給装置18からの添加材Xを上記供給口17から拡大
管8内へ常時供給するようにしている。
【0012】なお、図1の19で示すのは固化材などの
添加材Xを貯える添加材サイロである。次に、上記の圧
送管2で混気圧送された土砂Sを放泥する放泥ピット2
3に位置する圧送管2の吐出口にはサイクロン等の衝突
装置20が取り付けられている。
【0013】なお、上記の衝突装置20としては、例え
ば図8の側断面図およびその平断面図である図9のごと
きサイクロン形式のものを使用することができる。この
場合、Vの地点で圧送管2の断面積を増やして2方向へ
土砂Sの分離を行なって圧送速度を落すものであり、遠
心力で回ろうとしている土砂SをW地点で衝突させて、
添加材Xと土砂Sを混練し、さらにエアーと土砂Sのも
つエネルギーを消滅させ、放出される土砂Sの衝突を軟
らげると共に、土砂Sとエアーとを分離し、土砂Sは下
部より放出し、エアーは上部の排出口21から大気中に
放出されるようになっている。
【0014】このような衝突装置20を取付けることに
より、圧送管2の先端部における添加材Xと土砂Sとの
混練効果と共に、土砂放出時の消音効果を持たせること
ができる。なお、図1で放泥ピット23で圧送管2経
由、衝突装置20の排出口21から放出された土砂Sは
キャリアダンプ25により養生ピット26に運ばれる。
【0015】次に、上記に説明した添加材供給混練装置
を適用して圧送管2内を混気圧送する土砂Sへ固化材等
の添加材Xを供給混練する状態について説明すると、ま
ず、図2に示すごとく、拡大管8内に供給口17から圧
縮空気Aによって添加材Xが圧送管2から拡大管8内へ
混気圧送された土砂Sに注入されるが、この混気圧送で
は、管底にある程度土砂Sが層となって溜まっている。
【0016】次に、図2の状態から図3のごとく土砂プ
ラグが拡大管8内へ流れ方向Fに沿って侵入してくる
と、圧送管2から拡大管8への管断面の急激な拡大によ
って土砂プラグが乱れて、添加材Xと土砂Sとが混練さ
れる。さらに、上記土砂プラグが拡大管8内を進み、今
度は図4のごとく拡大管8の流れ方向Fの出口で圧送管
2により管断面の急激な縮少によって土砂プラグが乱
れ、添加材Xと土砂Sとが混練される。
【0017】次に、図5のごとく、拡大管8の出口に連
結した圧送管2内で、土砂プラグが再度形成され、添加
材Xと土砂プラグとが混練される。以上の図2から図5
で説明したような各現象により、混気圧送されている土
砂Sに添加材Xが拡大管8内で供給され、土砂Sと添加
材Xとが混練されるが、拡大管8に入ってくる土砂プラ
グは、その大きさと間隔とがほぼ一定であるので、添加
材Xの供給量を一定に保っていれば、一定の割合で土砂
Sに添加材Xを添加し、均一に混練できる。
【0018】また、図6に示すごとく、添加材Xの供給
口17を拡大管8の入口に近い位置に設けているので、
供給口17に土砂プラグが接することなく、図中矢印K
で示す部分が常に気中状態に保たれるので、供給口17
が詰まるおそれがない。さらに、図7に示すごとく、拡
大管8内に突起24やじゃま板を配置することにより、
土砂プラグが突起24やじゃま板に衝突し、土砂プラグ
が乱れ、土砂Sと添加物Xとを混合する機会が増加す
る。
【0019】なお、本発明方法および装置によって混気
圧送中の土砂Sに供給される添加材Xとしては、上記せ
るセメントや石灰等の固化物の他、石炭灰、発泡ビーズ
等を適用できる。次に、本発明者等が、本発明の構成か
らなる添加材供給混練装置の模形を使用して実験を行な
った結果を説明するが、実験の結果の混合の有無の判別
を容易にするため、土砂Sと同様な特性を有するカルボ
キシルメチルセルローズ(CMC)水溶液を使用し、拡
大管8内に供給する添加材Xとしてポリスチレン粒子を
使用することにより混合の状況を目視により判別可能と
し、混合の判別を、混ざらない=0、混ざり方が弱い=
1、混ざる=2の3段階とした。
【0020】この混合の有無は、液体の粘度の変化によ
るものであることがわかったので、混合の指標としてレ
イノルズ数を考え、解析を行なった。このレイノルズ数
は、Re=ρvD/ηの式を用いて計算したが、ここで
ρはCMC水溶液の密度、vは圧送管内のプラグ速度、
dは圧送管径、ηはCMC水溶液の見かけの粘度であ
り、その混合判別は下記の表の通りであり、レイノルズ
数と比較したのが図10の目視による混合判別の図であ
る。
【0021】
【表1】
【0022】図10により、レイノルズ数500以上で
あれば混合するということが確認された。次に、拡大管
8の設計に際して、レイノルズ数が500以上という条
件のもとで、その管径の決定について実験を行ない、拡
大管8の管径と圧送管2の管径の比による混合の度合い
を比較したのが図11の拡大管径比の混合判別の図であ
る。
【0023】ここで、拡大管8を使用しない場合は、混
合が行なわれないことから、圧送管2の管径の2から3
倍で十分な混合が行なわれることが確認された。さら
に、拡大管8の長さが長すぎると、生成した渦が波動現
象となって効果が薄れていく状況が実験により確認され
た。即ち、図12は拡大管8の長さLと拡大管8の管径
Dの比L/Dによる混合の度合いを比較した図であり、
この場合もレイノルズ数500以上の際の混合判別を示
しており、拡大管8の長さLは、その管径Dの6から1
4倍の範囲で十分な混合効果が得られることが認められ
た。
【0024】
【発明の効果】以上に説明した本発明の混気圧送中の土
砂への添加材供給混練方法および装置によれば、混気圧
送の圧送管に拡大管を連結するだけで、別途に混練装置
を使用することなしに、土砂プラグの乱れおよび衝突を
繰り返し行なって土砂に固化材等の添加材を均一に供給
することができ、効果的にかつ経済的な混練を行なうこ
とができる。
【0025】また、本発明では添加材の供給口を拡大管
の入口に近い位置に設けているので、添加材の供給口が
詰まるおそれがなく円滑な土砂の圧送が行なわれ、さら
に拡大管内に突起等を配置することにより突起等に土砂
プラグが衝突して、土砂と添加材とを混合する機会を増
大する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の添加材供給混練装置の一実施形態のフ
ローを示す概略配置図である。
【図2】図1の拡大管内へ添加材を注入時の状況を示す
説明断面図である。
【図3】図1の拡大管内で土砂プラグが乱れる状況を示
す説明用断面図である。
【図4】図1の拡大管の出口で管断面の縮少による土砂
プラグの乱れる状況を示す説明用断面図である。
【図5】図1の拡大管に連結した圧送管内での土砂プラ
グ再形成の状況を示す説明用断面図である。
【図6】図1の拡大管の添加物供給口が気中状態に保た
れている状況を示す説明用断面図である。
【図7】図1の拡大管内に突起を設けることで土砂プラ
グが乱れる状況を示す説明用断面図である。
【図8】図1の圧送管の吐出口に取り付けられる衝突装
置の一例を示す側断面図である。
【図9】図8の平断面図である。
【図10】図1の装置の模形を用いて行なった実験にお
ける目視による混合判別を示す図である。
【図11】図1の実験における拡大管径比の混合判別を
示す図である。
【図12】図1の実験における拡大管長比の混合判別を
示す図である。
【図13】管路内の土砂に圧縮空気を供給した状態を示
す説明図である。
【図14】図13の状態から土砂の上部が波立った状態
を示す説明図である。
【図15】図14の状態から土砂が管内をプラグした状
態を示す説明図である。
【図16】図13から図15までの状態の繰り返しによ
り混気圧送される土砂のプラグの状態を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
2 圧送管 8 拡大管 17 供給口 20 衝突装置 A 圧縮空気 S 土砂 X 添加材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−252860(JP,A) 特開 平7−246399(JP,A) 特開 平5−112965(JP,A) 特開 平2−243830(JP,A) 特開 平5−239848(JP,A) 特開 平3−288723(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E02F 7/00 B01F 5/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 土砂を混気圧送する圧送管の途中に圧送
    管より管径の大きい拡大管を連結し、その拡大管の出口
    に拡大管より管径の小さい圧送管をさらに連結すると共
    に、その拡大管の入口に近く、かつ土砂プラグが接する
    ことがない位置内へ圧縮空気によって添加材を供給し
    て、拡大管内での土砂プラグの乱れおよび衝突によって
    添加材と土砂とを混練する混気圧送中の土砂への添加材
    供給混練方法。
  2. 【請求項2】 土砂を混気圧送する圧送管の途中に圧送
    管より管径の大きい拡大管を連結し、その拡大管の入口
    に近く、かつ土砂プラグが接することがない位置に添加
    材を圧縮空気によって供給する供給口を設け、拡大管の
    出口にその拡大管より管径の小さい圧送管を連結した混
    気圧送中の土砂への添加材供給混練装置。
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