一种竖井掘进机用泥浆环流出渣系统的制作方法

本发明涉及掘进机技术领域，具体涉及一种竖井掘进机用泥浆环流出渣系统。

背景技术：

随着当今科技的发展，人们对地下空间资源的开发和利用越来越广泛。在地下工程中，掘进机因其施工高效、安全性高、工作环境舒适得到了各施工单位的青睐。目前，在地下工程、矿产开采、市政水利、人防军事等多领域都需要开挖不同尺寸的竖井，因此竖井掘进机技术的发展受到了人们的普遍关注。竖井掘进不同于常规水平掘进，无法使用螺旋输送机配合带式输送机的方式进行连续出渣，无法架设轨道使用电瓶车等运输车辆将渣土运出隧道。因此，自竖井掘进技术诞生以来，出渣一直都是其施工过程中的重点、难点。

目前，竖井掘进施工中最常见的出渣方式是通过吊机将掘进产生的渣土一桶桶从井下运输至地面。在这种出渣工法中施工人员需要长期处于井底。此外，随着掘进深度的不断增加，该工法运输效率会降低，运输成本、运输风险都会增加。因此，这种常规的出渣工法严重制约了竖井掘进项目的施工深度和施工效率。

申请号为201611113817.5的中国专利公开了一种竖井掘进机及其施工方法，具体提出了一种包含有出渣主支架、出渣主驱动轮、出渣张紧轮、出渣刮板链条、出渣刮板、出渣口、集渣装置、储渣仓等部分的竖井掘进机出渣系统，其优点在于设计了一套合理的出渣机械结构，包含了储渣仓和集渣仓两个部分，可实现出渣、掘进平行作业。但其采取的出渣方式是将渣土直接从掘进机处吊装出竖井，随着竖井掘进深度的不断增大，吊装时间会变长，致使出渣效率变慢。渣土在长距离提升过程中可能发生的钢缆断裂、渣土倾覆等情况，也使该工法存在较大的安全隐患。

综上所述，急需一种竖井掘进机用泥浆环流出渣系统以解决现有技术中存在的问题。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种竖井掘进机用泥浆环流出渣系统，具体技术方案如下：

一种竖井掘进机用泥浆环流出渣系统，包括进浆管路、排浆管路、冲洗管路、旁通管路以及泥浆处理装置，所述进浆管路一端连接泥浆处理装置，另一端设置于掘进机开挖仓内，实现将经泥浆处理装置处理后的浆液输送至开挖仓内，所述排浆管路一端设置于开挖仓内，另一端连接泥浆处理装置，通过排浆管路将开挖仓内的浆液输送至泥浆处理装置，通过进浆管路和排浆管路实现浆液在开挖仓和泥浆处理装置之间的循环输送；

所述冲洗管路连接进浆管路和排浆管路位于开挖仓内的排浆口，通过冲洗管路实现疏通所述排浆口，所述旁通管路连接进浆管路和排浆管路，在进浆管路、旁通管路、排浆管路以及泥浆处理装置之间形成浆液输送循环。

以上技术方案中优选的，所述进浆管路包括通过管路依次连接的进浆总阀门、进浆泵、进浆压力传感器、进浆密度计、进浆流量计、地面进浆阀门以及机内进浆阀门，所述进浆总阀门远离进浆泵的一端还连接泥浆处理装置的出浆口，所述机内进浆阀门远离地面进浆阀门的一端并联设置第一冲洗管路和第二冲洗管路，通过第一冲洗管路和第二冲洗管路实现浆液流入开挖仓中。

以上技术方案中优选的，所述第一冲洗管路上设有第一冲洗进浆口阀门，所述第二冲洗管路上设有第二冲洗进浆口阀门，通过第一冲洗进浆口阀门和第二冲洗进浆口阀门对应控制第一冲洗管路和第二冲洗管路导通或截止。

以上技术方案中优选的，所述排浆管路包括通过管路依次连接的机内排浆阀门、排浆泵、排浆压力传感器、排浆密度计、排浆流量计以及地面排浆阀门，所述机内排浆阀门远离排浆泵的一端连接所述排浆口，所述地面排浆阀门远离排浆流量计的一端连接所述泥浆处理装置的进浆口。

以上技术方案中优选的，所述排浆管路还包括排浆泵检修阀门，所述排浆泵检修阀门设置于排浆压力传感器和排浆密度计之间。

以上技术方案中优选的，所述进浆管路和排浆管路均设有延伸管路；

所述进浆管路中的延伸管路包括进浆延伸泥浆管和进浆换管阀门，所述进浆换管阀门设置于机内进浆阀门和地面进浆阀门之间，所述进浆延伸泥浆管设置于进浆换管阀门和地面进浆阀门之间；

所述排浆管路中的延伸管路包括排浆换管阀门和排浆延伸泥浆管，所述排浆换管阀门设置于排浆密度计和排浆泵检修阀门之间，所述排浆延伸泥浆管设置于排浆换管阀门和排浆密度计之间。

以上技术方案中优选的，所述旁通管路包括旁通阀门，所述旁通阀门一端通过管路与地面排浆阀门靠近泥浆处理装置的一端连通，旁通阀门的另一端通过管路与进浆流量计靠近地面进浆阀门的一端连通。

以上技术方案中优选的，所述冲洗管路包括通过管路依次连接的冲洗阀门和单向阀，所述冲洗阀门远离单向阀的一端与进浆流量计靠近地面进浆阀门的一端连通，所述单向阀远离冲洗阀门的一端连接所述排浆口，通过单向阀实现浆液只能由进浆管路流向所述排浆口。

以上技术方案中优选的，所述进浆泵和排浆泵均采用变频调速控制的渣浆泵。

以上技术方案中优选的，还包括液位检测系统，所述液位检测系统包括液位传感器和至少一件液位开关，所述液位传感器用于实时监测浆液液位高度，所述液位开关用于根据浆液液位高度急停进浆泵和/或排浆泵。

应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

(1)本发明的竖井掘进机用泥浆环流出渣系统，包括进浆管路、排浆管路、冲洗管路以及旁通管路，通过进浆泵、排浆泵、泥浆管道和泥浆处理装置实现掘进过程中的渣土输送、分离和处理。本发明的泥浆环流出渣系统相比传统的吊装出渣具有可在掘进过程中同步出渣，出渣效率高的优势；对掘进地层适应性好，可应用在泥岩、软土、卵砾石等多种地层；在该系统中，掘进产生的渣土被封闭在管道内运输，无需施工人员转运吊装，因此施工人员劳动强度大大降低，施工环境也有所改善。本发明的泥浆环流出渣系统在旁通模式下可以进行换管、井下维修作业等工作。旁通模式下，地面管路形成旁通环路，避免频繁启停进浆泵组以及管内残余泥浆凝固堵管。旁通模式下通过冲洗管路可以实现疏通排浆口，在排浆口堵塞时，在地面通过冲洗管路即可进行疏通、冲洗，避免了施工人员在这种情况下下井人工疏通排浆口，极大的减少了施工人员的劳动强度。

(2)本发明的竖井掘进机用泥浆环流出渣系统，进浆管路上设有进浆压力传感器、进浆密度计和进浆流量计，排浆管路上设有排浆压力传感器、排浆密度计和排浆流量计，便于施工人员实时监测系统运行情况，在地面及掘进机内部分别设有地面排浆阀门、地面进浆阀门和机内进浆阀门、机内排浆阀门，便于施工人员在地面对泥浆环流出渣系统进行远程控制。

(3)本发明的竖井掘进机用泥浆环流出渣系统包括第一冲洗管路和第二冲洗管路，通过第一冲洗管路和第二冲洗管路，直接冲洗刀盘，可以防止刀盘结泥饼、糊刀盘等不良现象的发生；同时，所述第一冲洗管路上设有第一冲洗进浆口阀门，所述第二冲洗管路上设有第二冲洗进浆口阀门，方便调节各支路流量以及维护检修。

(4)本发明的竖井掘进机用泥浆环流出渣系统，在排浆管路上设有排浆泵检修阀门，在需要拆解排浆泵泵头维修时，可以关闭排浆泵检修阀门防止排浆管内残余泥浆流出。

(5)本发明的竖井掘进机用泥浆环流出渣系统在所述进浆管路和排浆管路均设有延伸管路；旁通模式下利用延伸管路可以实现在地面快速延伸泥浆管路的功能，使得本发明的泥浆环流出渣系统可以适应不同的掘进深度。

(6)本发明的竖井掘进机用泥浆环流出渣系统冲洗管路设有单向阀，通过单向阀实现浆液只能由进浆管路流向排浆口，防止在正常工作的情况下通过冲洗管路出现回流的情况，保证系统正常工作。

(7)本发明的竖井掘进机用泥浆环流出渣系统还包括液位检测系统，所述液位检测系统包括液位传感器和至少一件液位开关，根据液位传感器反馈的信号可实时远程监测开挖仓液位高度，保证泥浆液位处于合理位置，根据液位开关的反馈信号可紧急停泵，可以有效的防止开挖仓爆仓或干抽，通过液位传感器和液位开关反馈的信号，控制系统可以实现自动补浆、排浆，控制开挖仓处泥浆液位维持在所需的高度，有效提高了出渣系统的可靠性和自动化程度。本发明中对开挖仓泥浆液位监测采用传感器加液位开关双重监测模式，兼具了自动化与可靠性的优点

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明泥浆环流出渣系统的原理图；

其中，1、泥浆分离站，2、压滤机总成，3、进浆总阀门，4、进浆泵，5-1、进浆压力传感器，5-2、排浆压力传感器，6-1、进浆密度计，6-2、排浆密度计，7-1、进浆流量计，7-2、排浆流量计，8、地面排浆阀门，9、旁通阀门，10、冲洗阀门，11、地面进浆阀门，12-1、排浆延伸泥浆管，12-2、进浆延伸泥浆管，13-1、排浆换管阀门，13-2、进浆换管阀门，14、机内进浆阀门，15-1、第一冲洗进浆口阀门，15-2、第二冲洗进浆口阀门，16、排浆泵检修阀门，17、排浆泵，18、机内排浆阀门，19、单向阀，20、液位传感器，21、液位开关。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

参见图1，一种竖井掘进机用泥浆环流出渣系统，包括进浆管路、排浆管路、冲洗管路、旁通管路以及泥浆处理装置，所述进浆管路一端连接泥浆处理装置，另一端设置于掘进机开挖仓内，实现将经泥浆处理装置处理后的浆液输送至开挖仓内，所述排浆管路一端设置于开挖仓内，另一端连接泥浆处理装置，通过排浆管路将开挖仓内的浆液输送至泥浆处理装置，通过进浆管路和排浆管路实现浆液在开挖仓和泥浆处理装置之间的循环输送；

所述冲洗管路连接进浆管路和排浆管路位于开挖仓内的排浆口，通过冲洗管路实现疏通所述排浆口，所述旁通管路连接进浆管路和排浆管路，在进浆管路、旁通管路、排浆管路以及泥浆处理装置之间形成浆液输送循环。

参见图1，所述泥浆处理装置包括泥浆分离站1和压滤机总成2，所述泥浆分离站和压滤机总成具体请参见现有技术，本实施例中不再进一步描述。

泥浆分离站中制浆系统调配好的浆液通过进浆管路输送至开挖仓，开挖仓中的泥浆经过刀盘旋转搅拌，裹挟开挖过程中产生的渣土通过排浆管路被重新输送至地面泥浆分离站。在泥浆分离站和压滤机总成中，排出的浆液经过分离、压滤、重新调配达到可以再次利用的状态，被再次输送出泥浆分离站形成环流。浆液中分离和压滤出的渣土被转运至别处妥善处理，达到循环出渣的目的。

所述进浆管路包括通过管路依次连接的进浆总阀门3、进浆泵4、进浆压力传感器5-1、进浆密度计6-1、进浆流量计7-1、地面进浆阀门11以及机内进浆阀门14，所述进浆总阀门3远离进浆泵4的一端还连接泥浆处理装置的出浆口，所述机内进浆阀门14远离地面进浆阀门11的一端并联设置第一冲洗管路和第二冲洗管路，通过第一冲洗管路和第二冲洗管路实现浆液流入开挖仓中。

所述第一冲洗管路上设有第一冲洗进浆口阀门15-1，所述第二冲洗管路上设有第二冲洗进浆口阀门15-2，通过第一冲洗进浆口阀门15-1和第二冲洗进浆口阀门15-2对应控制第一冲洗管路和第二冲洗管路导通或截止。通过第一冲洗管路和第二冲洗管路直接冲洗刀盘，可以防止刀盘结泥饼、糊刀盘等不良现象的发生。

所述排浆管路包括通过管路依次连接的机内排浆阀门18、排浆泵17、排浆压力传感器5-2、排浆密度计6-2、排浆流量计7-2以及地面排浆阀门8，所述机内排浆阀门18远离排浆泵17的一端连接所述排浆口，所述地面排浆阀门8远离排浆流量计7-2的一端连接所述泥浆处理装置的进浆口。

所述排浆管路还包括排浆泵检修阀门16，所述排浆泵检修阀门16设置于排浆压力传感器5-2和排浆密度计6-2之间。

所述进浆管路和排浆管路均设有延伸管路；所述进浆管路中的延伸管路包括进浆延伸泥浆管12-2和进浆换管阀门13-2，所述进浆换管阀门13-2设置于机内进浆阀门14和地面进浆阀门11之间，所述进浆延伸泥浆管12-2设置于进浆换管阀门13-2和地面进浆阀门11之间；

所述排浆管路中的延伸管路包括排浆换管阀门13-1和排浆延伸泥浆管12-1，所述排浆换管阀门13-1设置于排浆密度计6-2和排浆泵检修阀门16之间，所述排浆延伸泥浆管12-1设置于排浆换管阀门13-1和排浆密度计6-2之间。

所述旁通管路包括旁通阀门9，所述旁通阀门9一端通过管路与地面排浆阀门8靠近泥浆处理装置的一端连通，旁通阀门9的另一端通过管路与进浆流量计7-1靠近地面进浆阀门11的一端连通。

所述冲洗管路包括通过管路依次连接的冲洗阀门10和单向阀19，所述冲洗阀门10远离单向阀19的一端与进浆流量计7-1靠近地面进浆阀门11的一端连通，所述单向阀19远离冲洗阀门10的一端连接所述排浆口，通过单向阀19实现浆液只能由进浆管路流向所述排浆口。

优选的，所述进浆泵4和排浆泵17均采用变频调速控制的渣浆泵。通过调节渣浆泵的转速可以改变渣浆泵的流量及扬程。

所述竖井掘进机用泥浆环流出渣系统还包括液位检测系统，所述液位检测系统包括液位传感器20和至少一件液位开关21，所述液位传感器20用于实时监测浆液液位高度，所述液位开关21用于根据浆液液位高度急停进浆泵4和/或排浆泵17。

优选的，所述液位开关为电导式液位开关，所述液位传感器20为超声波液位传感器。

多个电导式液位开关竖直分布于开挖仓内，数量及分布状况可根据实际工程需要进行调整。图1中示意了由两个液位开关构成的液位控制系统示例。掘进过程中，将顶部的液位开关设置为高限液位开关，当液面达到此高度时，进浆泵4会紧急停泵防止爆仓。将底部的液位开关设置为低限液位开关，当液面低于此高度时，排浆泵17会紧急停泵，防止干抽造成排浆泵损坏。同时，通过液位传感器实时向施工人员反馈开挖仓内的液面高度。掘进机泥浆环流出渣系统中需要对开挖仓处泥浆液面高度进行严格控制，才能保证顺利施工。本发明中对开挖仓泥浆液位监测采用传感器加液位开关双重监测模式，兼具了自动化与可靠性的优点。

优选的，本实施例中的进浆总阀门3、地面排浆阀门8、旁通阀门9、冲洗阀门10、地面进浆阀门11、排浆换管阀门13-1、进浆换管阀门13-2、机内进浆阀门14、第一冲洗进浆口阀门15-1、第二冲洗进浆口阀门15-2、排浆泵检修阀门16以及机内排浆阀门18均为手动、液动、气动或电动驱动方式的球阀或闸阀。

优选的，本实施例中的各器件之间采用软管进行连接，本实施例中为常压出渣，当然本发明的泥浆环流出渣系统也可以应用于带压出渣。

应用本实施例的技术方案，具体是：

本发明的泥浆环流出渣系统包括掘进模式、旁通模式和反冲洗模式，具体如下：

掘进模式具体如下：进浆总阀门3打开，进浆泵4开启，地面进浆阀门11开启，进浆换管阀门13-2开启，机内进浆阀门14开启，第一冲洗进浆口阀门15-1、第二冲洗进浆口阀门15-2开启，机内排浆阀门18开启，排浆泵17开启，排浆泵检修阀门16打开、排浆换管阀门13-1开启，地面排浆阀门8开启，旁通阀门9关闭，冲洗阀门10关闭。掘进模式下通过进浆管路将浆液输送至开挖仓，通过排浆管路将开挖仓中的浆液抽离开挖仓输送至泥浆处理装置。

旁通模式具体如下：进浆总阀门3打开，进浆泵4开启，旁通阀门9打开，地面排浆阀门8关闭，地面进浆阀门11关闭，冲洗阀门10关闭，排浆泵17关闭，为防止泥浆管中残存泥浆在重力作用下回流至开挖仓影响液面高度，机内进浆阀门14、机内排浆阀门18需要关闭。旁通模式下可进行竖井管路延伸、井下检修等作业。旁通模式可以使地面管路形成旁通回路，避免频繁启停进浆泵组以及管内残余泥浆凝固堵管。

反冲洗模式具体如下：冲洗阀门10在正常工作状态下处于常闭状态，只有当掘进过程中排浆口有渣土堆积导致排浆口堵塞，排浆不通畅时才会打开。在旁通模式下，冲洗阀门10开启，进浆泵4泵送的高压浆液会通过冲洗阀门10进入开挖仓内直接导向排浆口。由于进浆泵4加压及浆液本身的重力势能，这股浆液会以较大的流速和压力冲洗排浆口，将此处堆积的渣土冲散，达到疏通排浆管路的目的。

对进浆管路和排浆管路进行延伸具体如下：

掘进过程中，当掘进尺达到一定深度时，切换为旁通模式，将排浆换管阀门13-1、进浆换管阀门13-2关闭，将排浆延伸泥浆管12-1以及进浆延伸泥浆管12-2与竖井内的泥浆管路断开，从断开处续接一段管路之后继续掘进。掘进过程中重复此过程达到快速延伸管路的目的。

上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。