一种防止井下充填管道气蚀和振动的装置及方法与流程

本发明属于矿山充填技术领域，具体涉及一种防止井下充填管道气蚀和振动的装置及方法。

背景技术：

矿山充填一般是指在地表制备合格充填料浆，通过管道输送至井下，充填采空区的工艺。根据充填动力来源的不同，充填料浆的管道输送方式可分为自流、泵送两种形式，矿山可根据充填料浆的输送性能和充填倍线的大小灵活选择。其中，充填料浆的泵送流速一般在1.5m/s左右，自流流速则控制在3m/s左右。

许多采用平硐+竖井（或斜井）联合开拓的矿山会面临这样的特殊情况：前半程在平硐内输送的充填料浆倍线较大，需要泵送设备提供输送动力；后半程进入竖井或斜井后，充填料浆可依靠自身重力势能克服管道输送阻力自流至采空区内。如果仍采用目前常用的全程封闭泵送的输送方式，那么进入竖井或斜井后的充填料浆会在自身势能的作用下不断加速，进而由低速满管流转变为加速非满管流，产生液流空化、负压、空穴和气蚀等现象，不仅会急剧加速管道的磨蚀速度，还会引起真空弥合水击和管路强烈振动等问题，危及整个充填管道输送的安全与稳定。

技术实现要素：

为了解决全程封闭泵送输送管道进入竖井或斜井后，充填料浆在重力作用下不断加速产生管道气蚀和振动、加速管道磨蚀速度、危及管道输送安全的技术问题，本发明提供一种防止井下充填管道气蚀和振动的装置及方法，具有结构简单、实用性强、投资小、节约能耗的特点。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种防止井下充填管道气蚀和振动的装置，包括缓冲罐、集料斗和事故池三部分：

所述缓冲罐包括顶部的充填管入口、清洗水入口，侧上部溢流口，侧部清淤检修口以及带阀门的底部放砂口；

所述集料斗包括上部圆形仓体、中部钢筋筛网、下部锥形料斗和底部放砂口；

所述事故池为一下挖的混凝土结构污水池。

上述装置中，所述缓冲罐应架高以便于与前端充填泵送管道连接和底部放砂；罐体基础应可耐受来料冲击力；缓冲罐容积应大于所连接前端充填管道的容积总和；罐体应采用耐酸碱腐蚀要求的高强度钢材；缓冲罐底部沿倾向出口方向设置一倾角为5~10°的斜面，便于充填料浆流出；缓冲罐侧部清淤检修口开口直径应不小于0.7m，便于人员检修；缓冲罐底部放砂口管道配有阀门，便于控制出口流量和流速。

上述装置中，所述集料斗位于缓冲罐放砂口下部以承接充填料浆；集料斗中部的钢筋筛网用于防止大块物料的混入；集料斗底部放砂口与自流充填管道相连。

上述装置中，所述事故池位于缓冲罐清淤检修口一侧，缓冲罐的溢流水经管道接至事故池，缓冲罐清淤时事故池兼作废料的临时堆存点。

上述装置中，各连接管口及所用管道的管径应不小于充填管道管径。

本发明提供了一种防止井下充填管道气蚀和振动的方法，采用上述装置，包括以下步骤：

步骤一，卸压硐室砌筑：在泵送与自流管道连接处选择矿岩相对稳固地段，开掘专门的卸压硐室，砌筑混凝土底座基础；

步骤二，卸压装置架设：将集料斗预埋至混凝土基础内，采用将缓冲罐架设在混凝土基础上并构筑钢结构支腿，保证卸压装置稳定；

步骤三，辅助设施安装：在卸压硐室一侧靠近缓冲罐检修口下挖并砌筑混凝土结构事故池，架设清洗水管与缓冲罐清洗水入口相连，架设排污管与缓冲罐溢流口和事故池相连；

步骤四，充填管路连接：将前段泵送充填管道与缓冲罐充填管入口连接，将后段自流充填管道与集料斗底部放砂口连接；

步骤五，事故应急处理：当管道输送系统发生泄漏或堵管事故时，及时停止泵送充填料浆并关闭缓冲罐底部放砂口阀门，缓冲罐和事故池可作为临时储料空间用以承接前端泵送管道中剩余的充填料浆；打开缓冲罐清淤检修口并注入清水清洗罐体，定期清理事故池。

所述的一种防止井下充填管道气蚀和振动的方法，所述的步骤一中，卸压硐室长度应在5~10m之间，宽度应在2~5m之间，高度≥3m，底座砌筑所用混凝土标号应在c50以上，浇筑高度应≥1m。

所述的一种防止井下充填管道气蚀和振动的方法，所述的步骤二中，集料斗预埋深度应≥0.5m，缓冲罐架设高度应满足底部放砂口高出集料斗0.1m以上，缓冲罐与集料斗设备间隙应≥0.5m。

所述的一种防止井下充填管道气蚀和振动的方法，所述的步骤三中，事故池砌筑所用混凝土标号应不低于c30、体积应大于缓冲罐容积的50%以上，清洗水管的流量应≥10m³/h，排污管内污泥应可自流至事故池内。

所述的一种防止井下充填管道气蚀和振动的方法，所述的步骤四中，泵送管道与缓冲罐的连接点应满足耐冲击、易拆卸的要求，自流管路与集料斗的连接段应具有一向下5~10°的倾角，以满足充填料浆自流放出的要求。

所述的一种防止井下充填管道气蚀和振动的方法，所述的步骤五中，应急事故处理务必在48h内完成，以防充填料浆固结。

本发明的原理：通过在泵送与自流管道之间设置专门的卸压装置，将全程封闭的泵送管道转换为开放且相对独立的泵送和自流两套管路，以降低管路输送系统的整体能耗，避免封闭管路的液流空化、负压、空穴等现象，防止充填管道气蚀和强烈振动，保障充填管道输送的安全与稳定。

本发明的有益效果：本发明提供一种防止井下充填管道气蚀和振动的装置及方法，具有结构简单、实用性强、投资小、节约能耗的特点，可以有效解决封闭泵送管路系统能耗较高、液流空化现象明显、气蚀和振动严重、局部地段磨损加速、系统整体稳定性差等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1是本发明优选实施例的剖面示意图；

图2是本发明优选实施例的俯视示意图；

图中：1-缓冲罐；2-充填管入口；3-清洗水入口；4-溢流口；5-事故池；6-清淤检修口；7-缓冲罐放砂口阀门；8-缓冲罐放砂口；9-集料斗；10-集料斗钢筋筛网；11-集料斗放砂口；12-混凝土基础；13-斜溜槽。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。

本发明的防止井下充填管道气蚀和振动的装置，包括缓冲罐1、集料斗9和事故池5三部分：

所述缓冲罐1包括顶部的充填管入口2、清洗水入口3，侧上部溢流口4，侧部清淤检修口6以及带阀门7的底部放砂口8；

所述集料斗9包括上部圆形仓体、中部钢筋筛网10、下部锥形料斗和底部放砂口11；

所述事故池5为一下挖的混凝土结构污水池。

以湖南某金矿为例，该金矿采用平硐+斜井联合开拓，其中平巷段充填管道需要加压泵送，进入斜井后充填料浆可自流至采场。该矿山原采用全程封闭泵送的输送方式，出现了剧烈的管道振动和严重磨蚀。以下为该矿山加装本发明装置的实施例。

步骤一，卸压硐室砌筑：在与斜井上口相连的平巷内开掘卸压硐室，规格为8m×4m×3.5m，采用c50标号混凝土浇筑高1m的混凝土基础12，同时在基础上留设人行台阶和斜溜槽13；

步骤二，卸压装置架设：将集料斗9预埋至混凝土基础12内，预埋深度为0.5m，采用将缓冲罐1架设在混凝土基础12上并构筑钢结构支腿，其底部放砂口8高出集料斗0.1m；其中，缓冲罐1直径为2m，高2.5m，罐体采用耐酸碱腐蚀要求的高强度钢材，罐体底部沿倾向出口方向设置一倾角为5~10°的斜面，其侧部清淤检修口6开口直径为0.7m，缓冲罐底部放砂口8配有符合要求的阀门7；集料斗9由耐酸碱腐蚀要求的高强度钢板焊接而成，中部留有钢筋筛网10，其上部开口直径为1m；

步骤三，辅助设施安装：在卸压硐室一侧靠近缓冲罐清淤检修口6下挖并采用c30混凝土砌筑事故池5，规格为2m×0.8m×0.8m；架设清洗水管与缓冲罐清洗水入口2相连，清洗水管流量为10m³/h；架设排污管与缓冲罐溢流口4和事故池5相连；

步骤四，充填管路连接：将前段泵送充填管道与缓冲罐充填管入口2连接，将后段自流充填管道与集料斗底部放砂口11连接，泵送管道与缓冲罐1采用快卡接头连接，自流管路与集料斗9的连接段保持向下5°的倾角；装置各连接管口及所用管道的管径与充填管道相同；完成本步骤后即可进行充填料浆输送；

步骤五，事故应急处理：当管道输送系统发生泄漏或堵管事故时，及时停止泵送充填料浆并关闭缓冲罐底部放砂口阀门7，缓冲罐1和事故池5可作为临时储料空间用以承接前端泵送管道中剩余的充填料浆；定期打开缓冲罐清淤检修口6并注入清水清洗罐体，清理事故池5。

上例所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改，等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。