一种用于膏体充填的环管试验装置

技术领域

本发明属于矿山膏体充填设备技术领域，具体涉及一种用于膏体充填的环管试验装置。

背景技术

矿山开采容易造成地面沉陷、破坏建筑物、道路、水体，引起井下围岩变形，也会产生大量的煤矸石等固体废弃物，造成地表大量堆积，占用耕地，污染地下水源。膏体充填以其绿色、环保，安全，高效的特性，巳经成为全球矿业的热点技术，是绿色矿山建设的重要方法和手段，目前大多数矿山膏体充填料浆的输送都采用管道输送的方式，选择合适的充填材料的配比，对于保证充填管道输送性能、提高充填质量、降低充填成本起着至关重要的作用。膏体充填料浆可以在一定浓度和塌落度范围内变化，在此范围内都是膏体，但膏体流动性和可泵性往往差别很大，所以对于工业生产中的膏体配合比选择，必须与工业实际相结合，与矿山采用的充填工艺(如管路长度、弯头个数、管道直径、采空区规模及充填管布置位置等)相结合。因此，开发一套可以模拟多种矿山工况以寻求最优填充材料配比，并获得相关有效数据的试验装置显得尤为重要。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种用于膏体充填的环管试验装置。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述用于膏体充填的环管试验装置包括充填骨料计量斗(1)、胶凝材料计量斗(2)、水计量斗(3)；所述充填骨料计量斗(1)、胶凝材料计量斗(2)、水计量斗(3)的出料口均与间歇式搅拌机(4)连通，所述间歇式搅拌机(4)与集料斗(5)连通，所述集料斗(5)与充填工业泵(6)连通，所述充填工业泵(6)与换向阀(7)连通，所述换向阀(7)与三路循环充填管道连通，所述三路循环充填管道的末端与间歇式搅拌机(4)连通，所述三路循环充填管道的末端设有核子浓度计(17)；所述三路循环充填管道的弯头处设有压力传感器(8)，所述三路循环充填管道上设有电磁流量计(16)和故障卸料阀(12)，所述三路循环充填管道的末段设有排放阀(15)。

优选地，所述三路循环充填管道上、排放阀(15)之前的位置上设有伸缩阀(14)。

更优选地，所述环管试验装置还包括DCS控制系统(18)，所述充填骨料计量斗(1)、胶凝材料计量斗(2)、水计量斗(3)、间歇式搅拌机(4)、充填工业泵(6)、换向阀(7)、核子浓度计(17)、压力传感器(8)、电磁流量计(16)、故障卸料阀(12)、排放阀(15)、伸缩阀(14)与DCS控制系统(18)连接。

优选地，所述换向阀(7)为三通换向阀。

优选地，所述环管试验装置还包括龙门架(13)，所述三路循环充填管道的部分管道沿垂直上行、水平、垂直下行的走向布设于龙门架(13)上。

优选地，所述三路循环充填管道由不同角度的弯管和直管组成。

更优选地，所述不同角度的弯管包括90°、60°、45°三种不同角度的弯管。

优选地，所述环管试验装置还包括集污池(19)和卸料池(20)，所述排放阀(15)与集污池(19)连通，所述故障卸料阀(12)与卸料池(20)连通。

优选地，所述三路循环充填管道由DN100充填管道(9)、DN125充填管道(10)和DN150充填管道(11)三路管道组成。

更优先地，所述DN100充填管道(9)、DN125充填管道(10)和DN150充填管道(11)为Q355B无缝钢管。

下面对本发明作进一步说明：

本发明所述用于膏体充填的环管试验装置设置一个充填骨料计量斗、一个胶凝材料计量斗、一个水计量斗，一台间歇式搅拌机，一台充填工业泵，DN100、DN125和DN150三种规格组成的三路循环充填管道(即，DN100为一路，DN125为一路，DN150为一路)，每路管道长约150米。充填骨料、胶凝材料、水等各种物料经称重计量后投入到充填平台二层的搅拌机内进行搅拌配置膏体，搅拌合格后料浆投料给充填泵上方的集料斗，然后通过充填泵、环管管路及充填管阀进行相关材料性能试验。

DN100,DN125和DN150三路充填管道可通过电动三通换向阀进行自动切换，每条管道长度约为150米，材质为Q355B无缝钢管，快卡连接。

为了模拟井下充填管路在不同矿山走向布置方式的不同，本试验设置龙门架一个，每种管道可模拟垂直上行、垂直下行以及水平3种走向形式，料浆在环管系统中完成测试后返回间歇式搅拌机中，实现物料的闭路循环。每条管道弯头处设置有压力传感器，用以采集料浆输送过程中管段内的压力值，每条管路上设置有电磁流量计，用以采集料浆输送过程中管段内的流量值，循环管道末端设置有核子浓度计，用以采集料浆输送过程中管段内的浓度值，以上数据均可通过DCS控制系统实时采集和记录。每条管路上设置有故障卸料阀，遇到堵管情况发生时，压力传感器上的监测值急剧上升，故障卸料阀上的卸料口开启，可以迅速监测到堵管点以及迅速的自动完成卸料，每条管路末端设有排放阀，在完成材料试验后，排放阀开启，试验料浆可以通过排放阀卸料到集污池。排放阀前段设有伸缩阀，遇到排放阀出现故障需要进行更换或者检修时，可以调节伸缩阀留出间隙，拆下排放阀。另外，本发明中的三路循环充填管道有弯管和直管组成，弯管为90°、60°、45°三种不同角度的弯管，可以计算出不同转弯角度的局部阻力损失。基于充填工业泵的排量调整(40m

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本试验装置共设置三种不同管径的环管，可以通过电动三通换向阀进行自动切换，模拟各种试验流速(0.7m/s-2.5m/s)，实现各种流速状态的管路沿程阻力检测。

(2)每条管路的转弯点均设置压力传感器，可以实时监测弯头处的压力损失，数据可通过DCS控制系统实时采集和记录。

(3)每条管路上均设置有故障卸料阀，遇到堵管情况发生时，压力传感器上的监测值急剧上升，故障卸料阀上的卸料口开启，可以迅速监测到堵管点及迅速的自动完成卸料，监测数据可通过DCS控制系统实时采集和记录。

(4)每条管路上设置有一个电磁流量计，用以采集料浆输送过程中管段内的流量值，流量数据可通过DCS控制系统实时采集和记录。

(5)循环管路的末端设置有一个核子浓度计，用以采集料浆输送过程中管段内的料浆浓度，浓度数据可通过DCS控制系统实时采集和记录。

(6)每条管路末段设有排放阀，在完成材料试验时，排放阀开启，试验料浆可以通过排放阀卸料到集污池。

(7)排放阀前段设有伸缩阀，遇到排放阀出现故障需要进行更换或者检修时，可以调节伸缩阀留出间隙，拆下排放阀，方便检修。

(8)所有的管路阀组、仪器仪表及设备均可与DCS控制系统相连，操作简单、自动化程度高。

本发明可用于研究矿山井下充填所利用的固废(煤矸石、尾砂、井下废石、粉煤灰、气化渣等)在不同材料配比的情况下，经试验站的成套设备模拟多种工况下的矿山充填系统，寻求最优充填材料配比，获得相应的材料和易性、可泵性、管道沿程阻力等数据，分析管道流阻与管径、料浆浓度和流速的数据关系，也可以为充填系统设备选型、充填开采设计等提供理论依据支撑。

附图说明

图1为本发明所述用于膏体充填的环管试验装置的整体结构示意图；

图2为本发明所述用于膏体充填的环管试验装置的局部结构示意图；

图3为本发明所述用于膏体充填的环管试验装置中龙门架段的示意图。

图中：1、充填骨料计量斗；2、胶凝材料计量斗；3、水计量斗；4、间歇式搅拌机；5、集料斗；6、充填工业泵；7、换向阀；8、压力传感器；9、DN100充填管道；10、DN125充填管道；11、DN150充填管道；12、故障卸料阀；13、龙门架；14、伸缩阀；15、排放阀；16、电磁流量计；17、核子浓度计；18、DCS控制系统；19、集污池；20、卸料池。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

参见图1至图3，所述用于膏体充填的环管试验装置包括充填骨料计量斗1、胶凝材料计量斗2、水计量斗3；所述充填骨料计量斗1、胶凝材料计量斗2、水计量斗3的出料口均与间歇式搅拌机4连通，所述间歇式搅拌机4与集料斗5连通，所述集料斗5与充填工业泵6连通，所述充填工业泵6与换向阀7连通，所述换向阀7与三路循环充填管道连通，所述三路循环充填管道的末端与间歇式搅拌机4连通，所述三路循环充填管道的末端设有核子浓度计17；所述三路循环充填管道的弯头处设有压力传感器8，所述三路循环充填管道上设有电磁流量计16和故障卸料阀12，所述三路循环充填管道的末段设有排放阀15。

其中，所述三路循环充填管道上、排放阀15之前的位置上设有伸缩阀14。所述环管试验装置还包括DCS控制系统18，所述充填骨料计量斗1、胶凝材料计量斗2、水计量斗3、间歇式搅拌机4、充填工业泵6、换向阀7、核子浓度计17、压力传感器8、电磁流量计16、故障卸料阀12、排放阀15、伸缩阀14与DCS控制系统18连接。所述换向阀7为三通换向阀。所述环管试验装置还包括龙门架13，所述三路循环充填管道的部分管道沿垂直上行、水平、垂直下行的走向布设于龙门架13上。所述三路循环充填管道由不同角度的弯管和直管组成。所述不同角度的弯管包括90°、60°、45°三种不同角度的弯管。所述环管试验装置还包括集污池19和卸料池20，所述排放阀15与集污池19连通，所述故障卸料阀12与卸料池20连通。所述三路循环充填管道由DN100充填管道9、DN125充填管道10和DN150充填管道11三路管道组成。所述DN100充填管道9、DN125充填管道10和DN150充填管道11为Q355B无缝钢管。