一种气-水清洗长距离充填管道的装置及方法

1.本发明涉及膏体管道输送技术领域，尤其涉及一种气-水清洗长距离充填管道的装置及方法。


背景技术：

2.当前，膏体充填由于其经济、环保、安全、高效等优势被诸多矿山所应用。在进行膏体输送前与充填结束后，为了检查管道是否通畅和避免膏体在管道内沉积，进行管道清洗以保持管道清洁，是管道输送作业的必要环节。清洁的管道可以降低管道输送的沿程阻力，而且能够避免管道堵塞与爆管事故的发生。
3.采用膏体充填的矿山，在充填作业开始前与结束后，为了防止在充填管道中有残余料浆而造成堵管和有效管径降低，传统做法是利用水对管道进行洗(润)管。当充填管道距离较长(＞4km)时，为确保使管道得到充分的洗(润)，洗管水用量高达管道体积1.0～1.3倍，润管水用量高达管道体积0.2～0.3倍。洗(润)管水用量过高导致洗管水用量大、沉淀池数量多、时间消耗长达1～2h效率低三方面问题。目前基于气-水法开发的洗管装置，如一种自流输送管道风水联动冲洗装置(cn204817371u)和一种风水联动洗管装置(cn210253402u)，但这类装置使用箱体混合气-水，流量上限小于3m3，不适用长距离管道清洗。为此，亟需提出一种长距离充填管道气-水两相流清洗方法，在减少用水量的前提下，能够高效地对充填管道进行清洗。在节约成本的同时，保证充填质量，减少井下污染，提升充填效率，改善井下充填作业环境。


技术实现要素：

4.本发明针对洗管水用量过高的问题，提供了一种气-水清洗长距离充填管道的装置及方法，该方法能够利用气-水两相流加剧紊流和局部水击作用，降低洗(润)管水用量约30％～50％。同时，降低清洗时间30％，减少沉淀池的构筑数量，对井下环境也有一定程度的改善。
5.为解决上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：
6.一种气-水清洗长距离充填管道的装置，包括供水系统、供气系统、气-水混合系统、安全保障系统和数据采集系统；
7.所述供水系统包括高位水池和阀门；
8.所述供气系统包括容积式空压机、储气罐、脉冲型定时器和安全阀；
9.所述气-水混合系统包括进气喷嘴；
10.所述安全保障系统包括自动排气阀和三通阀门a；
11.所述数据采集系统包括电磁流量计和储气罐上设置的压力表；
12.地表充填站内采用三通连接供水系统、供气系统和主输送管道；
13.膏体搅拌机和高位水池通过管道连接至主输送管，容积式空压机连接储气罐，储气罐出口管道末端设置进气喷嘴，进气喷嘴汇入主输送管；主输送管、充填矿房和沉淀池通
过三通阀门b连接。
14.所述高位水池和膏体搅拌机出口的管道上均设置阀门。
15.所述主输送管道内膏体为自流输送，膏体质量浓度为55％～80％。
16.所述储气罐出口管道上设置脉冲型定时器和安全阀。安全阀是一种常闭阀门，当高压气管道内压力超过设定值时打开与洗管水混合。同时，安全阀可以避免洗管水进入高压气管道。安全阀的压力设定范围：0.3～0.7mpa。
17.所述主输送管在地表处设置电磁流量计，在井下设置自动排气阀。
18.所述进气喷嘴形状为圆形、矩形或条缝中的一种，进气喷嘴设置在管道中部或表面。进气喷嘴与安全阀连接，在气压达到预设值后开启。
19.所述脉冲型定时器是一种根据清洗管道直径、气压来控制进气时间和进水时间的设备，在气-水清洗管道时，间歇性通气，进气时间和进水时间在0～60s之间调节；脉冲频率为：进气5～10s，停气5～10s。
20.该装置的应用方法，包括步骤如下：
21.s1、润湿充填管道前10～20min，打开容积式空压机，在主输送管沉淀池出口使用机械风速表测定风速，风速大于1m/s，认为管道畅通，打开高位水池的阀门，开始放水润湿充填管道；
22.s2、润湿充填管道后，关闭高位水池的阀门，将膏体搅拌机内的膏体料浆通过管道输送进入充填矿房；
23.s3、当充填矿房内待充填体积等于充填管道体积0.95～1.05倍时，停止输送膏体料浆，同时，开始清洗管道作业；
24.s4、清洗管道流程为：打开高位水池的阀门、脉冲型定时器，待气压大于0.3～0.7mpa时，自动进气，开始气-水洗管，此时，膏体料浆依然流向充填矿房；当观察到矿房充填满时，打开三通阀门b，将洗管水导入沉淀池中；
25.s5、清洗管道过程中，每隔5～10min在沉淀池洗管水出口采集洗管水一次，并用泥浆含砂计测定洗管水固含量；当沉淀池洗管水出口固含量降低至15％～20％时，关闭阀门，停止进水；待管道内残余洗管水全部流出，洗管水固含量降至1％～3％后，停止清洗管道作业。
26.所述步骤s1中润湿充填管道的水用量为管道体积的15％～20％，润湿充填管道的水流量为充填流量的1.0～1.5倍。
27.所述步骤s4中气-水洗管时，水气体积比为1:8～3:1。
28.上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：
29.上述方案，解决了在以往的充填洗(润)管中洗管水用量较高的问题。将高压气与洗管水混合，形成了气-水两相流。将洗管水流速从1.5～2.5m/s提升到2.0～3m/s以上，清洗效果更好。同时，巧妙利用了紊流和局部水击作用，从而达成用更少的水清洗管道的目的。该方案一方面减少了洗管水用量约30％～50％，另一方面降低了井下沉淀池构筑数量，经济效益显著。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使
用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
31.图1为本发明一种气-水清洗长距离充填管道的装置结构示意图；
32.图2为本发明气-水清洗长距离充填管道的装置中圆形进气喷嘴示意图；
33.图3为本发明气-水清洗长距离充填管道的装置中方形进气喷嘴示意图；
34.图4为本发明气-水清洗长距离充填管道的装置中条缝进气喷嘴示意图。
35.其中附图标记说明如下：
36.1-膏体搅拌机；2-高位水池；3-阀门；4-容积式空压机；5-储气罐；6-脉冲型定时器；7-安全阀；8-进气喷嘴；9-电磁流量计；10-三通阀门a；11-自动排气阀；12-三通阀门b；13-沉淀池；14-充填矿房。
具体实施方式
37.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.需要说明的是，本发明中使用的“上”、“下”、“左”、“右”“前”“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
39.本发明提供了一种气-水清洗长距离充填管道的装置及方法。
40.如图1所示，该装置包括供水系统、供气系统、气-水混合系统、安全保障系统和数据采集系统；
41.所述供水系统包括高位水池2和阀门3；
42.所述供气系统包括容积式空压机4、储气罐5、脉冲型定时器6和安全阀7；
43.所述气-水混合系统包括进气喷嘴8；
44.所述安全保障系统包括自动排气阀11和三通阀门a10；
45.所述数据采集系统包括电磁流量计9和储气罐5上设置的压力表；
46.地表充填站内采用三通连接供水系统、供气系统和主输送管道；
47.膏体搅拌机1和高位水池2通过管道连接至主输送管，容积式空压机4连接储气罐5，储气罐5出口管道末端设置进气喷嘴8，进气喷嘴8汇入主输送管；主输送管、充填矿房14和沉淀池13通过三通阀门b12连接。
48.所述高位水池2和膏体搅拌机1出口的管道上均设置阀门3。
49.所述主输送管道内膏体为自流输送，膏体质量浓度为55％～80％。
50.所述储气罐5出口管道上设置脉冲型定时器6和安全阀7。
51.所述主输送管在地表处设置电磁流量计9，在井下设置自动排气阀11。
52.如图2、图3和图4所示，所述进气喷嘴形状为圆形、矩形或条缝中的一种，进气喷嘴设置在管道中部或表面。
53.所述脉冲型定时器在气-水清洗管道时，间歇性通气，进气时间和进水时间在0～60s之间调节；脉冲频率为：进气5～10s，停气5～10s。
54.该装置的应用方法，包括步骤如下：
55.s1、润湿充填管道前10～20min，打开容积式空压机，在主输送管沉淀池出口使用机械风速表测定风速，风速大于1m/s，认为管道畅通，打开高位水池的阀门，开始放水润湿充填管道；
56.s2、润湿充填管道后，关闭高位水池的阀门，将膏体搅拌机内的膏体料浆通过管道输送进入充填矿房；
57.s3、当充填矿房内待充填体积等于充填管道体积0.95～1.05倍时，停止输送膏体料浆，同时，开始清洗管道作业；
58.s4、清洗管道流程为：打开高位水池的阀门、脉冲型定时器，待气压大于0.3～0.7mpa时，自动进气，开始气-水洗管，此时，膏体料浆依然流向充填矿房；当观察到矿房充填满时，打开三通阀门b，将洗管水导入沉淀池中；
59.s5、清洗管道过程中，每隔5～10min在沉淀池洗管水出口采集洗管水一次，并用泥浆含砂计测定洗管水固含量；当沉淀池洗管水出口固含量降低至15％～20％时，关闭阀门，停止进水；待管道内残余洗管水全部流出，洗管水固含量降至1％～3％后，停止清洗管道作业。
60.所述步骤s1中润湿充填管道的水用量为管道体积的15％～20％，润湿充填管道的水流量为充填流量的1.0～1.5倍。
61.所述步骤s4中气-水洗管时，水气体积比为1:8～3:1。
62.下面结合具体实施例予以说明。
63.具体实施中，供气系统的供气流量约为10～40m3/min，气压为0.2～0.7mpa；供水系统供水流量约为1～5m3/min，水压为0.1～0.3mpa；气水混合系统的水气体积比为1:8～3:1；数据采集系统可记录清洗管道过程中的流量、压力数据。
64.具体清洗过程如下：
65.s1：润湿充填管道前10～20min，打开容积式空压机4，当气压＞0.3mpa开始进气。在主输送管沉淀池出口使用机械风速表测定风速，风速大于1m/s，认为管道畅通。开始放水润湿充填管道。考虑到该矿山主输送管道体积约180m3，充填流量约60～100m3/h。润管水用量约为27～36m3/次，润管水流量为70～150m3/h，润管时间约10～30min/次；
66.s2：润湿充填管道后，将膏体料浆通过管道输送进入充填矿房；该矿山充填矿房规格为：长50m、宽3m、高3m，体积为450m3。
67.s3：充填过程中注意观察矿房内情况。每隔5min，用一根长达2m的钢筋插入矿房，以此判断待充填体积。当矿房内充填高度达到1.8m，也就是钢筋浸湿段长为0.8m时，表明矿房内待充填体积约171～189m3。停止输送膏体料浆。膏体料浆停止输送的同时，开始清洗管道作业。
68.s4：清洗管道流程为：打开进水口阀门、脉冲型定时器，待气压大于0.5mpa时，自动进气，开始气-水洗管(进气5s，停气5s)。此时，主输送管道内依然有180m3残余膏体料浆，残余料浆依然流向矿房；当观察到矿房料浆浓度降低，打开三通阀门b12，将洗管水导入沉淀池13中。
69.s5：清洗管道过程中，每隔5min在沉淀池洗管水出口采集洗管水一次，并用泥浆含砂计测定洗管水固含量。当沉淀池洗管水出口固含量降低至20％时，表明主输送管道内残
余180m3洗管水，可以将管道清洗干净，使得固含量从15％降低至1％。然后，关闭阀门3停止进水。待管道内残余洗管水全部流出，洗管水固含量降至1％后，停止清洗管道作业。
70.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种气-水清洗长距离充填管道的装置，其特征在于，包括供水系统、供气系统、气-水混合系统、安全保障系统和数据采集系统；所述供水系统包括高位水池和阀门；所述供气系统包括容积式空压机、储气罐、脉冲型定时器和安全阀；所述气-水混合系统包括进气喷嘴；所述安全保障系统包括自动排气阀和三通阀门a；所述数据采集系统包括电磁流量计和储气罐上设置的压力表；地表充填站内采用三通连接供水系统、供气系统和主输送管道；膏体搅拌机和高位水池通过管道连接至主输送管，容积式空压机连接储气罐，储气罐出口管道末端设置进气喷嘴，进气喷嘴汇入主输送管；主输送管、充填矿房和沉淀池通过三通阀门b连接。2.根据权利要求1所述的气-水清洗长距离充填管道的装置，其特征在于，所述主输送管道内膏体为自流输送，膏体质量浓度为55％～80％。3.根据权利要求1所述的气-水清洗长距离充填管道的装置，其特征在于，所述储气罐出口管道上设置脉冲型定时器和安全阀。4.根据权利要求1所述的气-水清洗长距离充填管道的装置，其特征在于，所述主输送管在地表处设置电磁流量计，在井下设置自动排气阀。5.根据权利要求1所述的气-水清洗长距离充填管道的装置，其特征在于，所述进气喷嘴形状为圆形、矩形或条缝中的一种，进气喷嘴设置在管道中部或表面。6.根据权利要求1所述的气-水清洗长距离充填管道的装置，其特征在于，所述脉冲型定时器在气-水清洗管道时，间歇性通气，进气时间和进水时间在0～60s之间调节；脉冲频率为：进气5～10s，停气5～10s。7.根据权利要求1所述的气-水清洗长距离充填管道的装置的应用方法，其特征在于，包括步骤如下：s1、润湿充填管道前10～20min，打开容积式空压机，在主输送管道沉淀池出口处，使用机械风速表测定风速，风速大于1m/s，认为管道畅通，打开高位水池的阀门，开始放水润湿充填管道；s2、润湿充填管道后，关闭高位水池的阀门，将膏体搅拌机内的膏体料浆通过管道输送进入充填矿房；s3、当充填矿房内待充填体积等于充填管道体积0.95～1.05倍时，停止输送膏体料浆，同时，开始清洗管道作业；s4、清洗管道流程为：打开高位水池的阀门、脉冲型定时器，待气压大于0.3～0.7mpa时，自动进气，开始气-水洗管，此时，膏体料浆依然流向充填矿房；当观察到矿房充填满时，打开三通阀门b，将洗管水导入沉淀池中；s5、清洗管道过程中，每隔5～10min在沉淀池洗管水出口采集洗管水一次，并用泥浆含砂计测定洗管水固含量；当沉淀池洗管水出口固含量降低至15％～20％时，关闭阀门，停止进水；待管道内残余洗管水全部流出，洗管水固含量降至1％～3％后，停止清洗管道作业。8.根据权利要求7所述的气-水清洗长距离充填管道的装置的应用方法，其特征在于，所述步骤s1中润湿充填管道的水用量为管道体积的15％～20％，润湿充填管道的水流量为
充填流量的1.0～1.5倍。9.根据权利要求7所述的气-水清洗长距离充填管道的装置的应用方法，其特征在于，所述步骤s4中气-水洗管时，水气体积比为1:8～3:1。

技术总结
本发明提供一种气-水清洗长距离充填管道的装置及方法，属于膏体管道输送技术领域。该装置包括供气系统、供水系统、气-水混合系统、安全保障系统和数据采集系统。管道清洗时，待充填结束后打开供气系统；高压气与洗管水混合形成气-水两相冲击流；气-水冲击流沿着输送管道清洗管道内充填残留物；待洗管水固含量降低到1％～3％时清洗结束。高压气的加入起到加剧紊流、能量骤聚骤放和局部水击三方面作用，提升了管道清洗效率。本发明可将洗管水用量从一般1.3倍于待清洗管道体积降低到0.7～0.9倍，管道清洗时间降低30％。本发明具有用水量低、管道清洗时间短和清洗效果好等优点，克服了目前管道清洗用水量大的问题。前管道清洗用水量大的问题。前管道清洗用水量大的问题。


技术研发人员：王洪江 吴爱祥 白龙剑 田锐 刘猛 袁龙森 李浩
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/7/22