一种利用高压空气输送膏体的装置及方法与流程

本发明涉及一种利用高压空气输送膏体的装置及方法，属于矿山充填开采中充填料浆管道输送技术领域。

背景技术：

目前许多矿区面对着传统技术无法开采的“三下”（建筑物下、铁路下、水体下）压煤难题。为了充分采出这些矿井“三下”煤炭资源，延长服务年限，需要充填开采来解放“三下”压煤。膏体充填指把煤矿周围的矸石、粉煤灰、劣质土、城市固体垃圾等在地面加工成膏体，经过管道输送到采空区进行充填的方法。

目前矿山充填料浆输送方法主要有自流输送和泵压输送两种。自流输送对充填倍线的要求较高，对于一些充填倍线较大的采空区，为了保证浆体在重力作用下流到采空区，不得不降低浓度进行输送，但是会带来料浆离析、采空区排水费用增加、污染井下环境等一系列问题；泵压输送指利用膏体充填泵对充填膏体进行加压输送，是在泵送混凝土的基础上而发展起来的一种充填方式。充填膏体采用的是一次泵送，远距离管道运送的方式。当工作面充填结束后，管道内还留有大量的充填膏体。为了防止膏体在管道内长时间停留而造成的堵管问题，通常在充填结束后采取泵送灰浆的方式，利用灰浆把管道内膏体推送出去。这样不仅造成了膏体充填料的大量浪费，还增加了灰浆的成本。待膏体排出后，还需要用水把灰浆排除出去，增加了井下的排水负担。

井下充填料挤压输送方法及装置（中国专利cn96118020.x）通过在充填管道中安装活塞式挤压机构来输送充填料浆，使用该方法进行充填后，与传统的自流输送和泵压输送方式一样在管道内会遗留有大量充填膏体，为了下次充填工作的进行，不得不对这部分膏体和管道进行清理，这样不仅增加了充填成本，还会对井下环境造成污染。

由于这些问题的存在，限制了膏体充填开采技术在更大范围内的推广应用，因此，需要寻找新的充填管道输送方法。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种利用高压空气输送膏体的装置及方法，该方法简单易行、可操作性强，使充填工艺更加简单化，很好地解决了矿山充填料浆的输送问题。

本发明提供了一种利用高压空气输送膏体的装置，包括料浆漏斗、充填泵、高压空气输送装置、流量计、plc控制器；

所述料浆漏斗与充填管道连接，料浆漏斗下方设有充填泵，充填泵的出口方向管道上设有流量计，所述充填泵的出口端连接高压空气输送装置；在充填管道上设有一个或多个高压空气输送装置；所述高压空气输送装置的个数由单个高压空气输送装置的输送能力和充填管道的长度决定。

所述高压空气输送装置包括t型三通管、电液动截止阀、浓度计、单向阀、高压空气泵，t型三通管的三段管道分别为膏体进口管、高压空气进口管、膏体出口管，且膏体进口管和膏体出口管在同一水平方向上，膏体进口管上安装有截止阀和浓度计，高压空气进口管安装有单向阀，在高压空气进口管管口到管道内部方向上单向阀开通，反方向则关闭，高压空气进口管连接高压空气泵；

所述充填泵、高压空气输送装置的电液动截止阀、浓度计、高压空气泵连接到同一台plc控制器上，由plc控制器控制。

上述装置中，所述t型三通管的膏体进口管和膏体出口管通过法兰盘连接在充填管道之间，所述t型三通管的管径与充填管道的管径相同。

上述装置中，所述高压空气的压强为3～10mpa，高压空气进口管的承压能力不低于30mpa。

上述装置中，所述plc控制器的型号为s7-400。

本发明提供了一种利用高压空气输送膏体的方法，包括以下步骤：

（1）把高压空气输送装置连接在充填管道之间，高压空气输送装置的个数由单个高压空气输送装置的输送能力和充填管道的长度决定，高压空气输送装置的电液动截止阀、浓度计、高压空气泵与地面上的plc控制器连接；

（2）正式输送膏体之前打开充填管道上所有高压空气输送装置的高压空气泵，并保持所有截止阀打开，利用高压空气对整个充填管道进行清洗；(高压空气的压强为3～10mpa；

（3）充填管道清洗完毕后，按指定配比制备膏体充填料浆，所制备的充填料浆为不离析、不泌水、不沉降，具有良好可塑性和流动性的结构流膏体，混合均匀后装入料浆漏斗；

（4）启动充填泵进行泵送，在泵送的同时不断向料浆漏斗中加入充填料浆，在泵送情况下料浆漏斗不得放空，为了保持泵送的连续性，料面高度要保持500mm以上；

（5）观察流量计的值，待泵送至充填工作面所需的量时，由plc控制充填泵停止泵送，此时管道内还留有大量充填膏体；

（6）plc控制离充填泵最近的高压空气输送装置的高压空气泵打开、电液动截止阀关闭，此时高压空气泵输出的高压空气在充填管道内对充填膏体进行推送；

（7）待下一个高压空气输送装置的浓度计检测不到浓度时，关闭此高压空气输送装置的电液动截止阀并开启高压空气泵，高压空气继续推动膏体前进；

（8）重复步骤（7），直至充填工作面的充填管道内没有充填膏体输出；

（9）由plc控制所有高压空气输送装置的电液动截止阀打开并启动所有高压空气泵，每一个高压空气输送装置的高压空气泵对其与下一个高压空气输送装置之间的充填管道进行清洗；

（10）清洗完毕后关闭所有高压空气泵，等待执行下一个充填工序。

本发明的原理：膏体在充填管道内进行输送时主要以“柱塞流”的形式运动。本发明利用高压空气作为推力，使得膏体在输送过程中在管道内始终保持柱塞流状态而柱芯内部不发生相对运动，通过在充填管道之间布置多个高压空气输送装置，以“接力”的方式把管道内的膏体推送至充填工作面，很好地解决了目前膏体充填开采中的原料浪费、充填工艺复杂的问题。

本发明的有益效果：

该方法简单易行，装置可操作性好，使充填工艺更加简单化；本发明不但解决了传统充填工序结束后管道内遗留充填膏体清理工序复杂的问题，而且增大了充填膏体料浆的利用率，同时减少了灰浆和水的使用量，降低了井下的排水负担，减小了对井下的环境污染。

附图说明

图1为本发明利用高压空气输送膏体的装置的结构示意图；

图2为高压空气输送装置的放大结构示意图；

图中：1为料浆漏斗，2为充填泵，3为充填管道，4为流量计，5为t型三通管，6为截止阀，7为浓度计，8为单向阀，9为高压空气泵，10为法兰盘，11为plc控制器，12为充填工作面。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：

如图1~2所示，一种利用高压空气输送膏体的装置，包括料浆漏斗1、充填泵2、高压空气输送装置、流量计4、plc控制器11；

所述料浆漏斗1与充填管道3连接，料浆漏斗1下方设有充填泵2，充填泵2的出口方向管道上设有流量计4，所述充填泵2的出口端连接高压空气输送装置；在充填管道3上设有一个或多个高压空气输送装置；所述高压空气输送装置的个数由单个高压空气输送装置的输送能力和充填管道的长度决定。

所述高压空气输送装置包括t型三通管5、电液动截止阀6、浓度计7、单向阀8、高压空气泵9，t型三通管5的三段管道分别为膏体进口管、高压空气进口管、膏体出口管，且膏体进口管和膏体出口管在同一水平方向上，膏体进口管上安装有截止阀6和浓度计7，高压空气进口管安装有单向阀8，在高压空气进口管管口到管道内部方向上单向阀开通，反方向则关闭，高压空气进口管连接高压空气泵9；

所述充填泵2、高压空气输送装置的电液动截止阀6、浓度计7、高压空气泵9连接到同一台plc控制器11上，由plc控制器控制。

上述装置中，所述t型三通管5的膏体进口管和膏体出口管通过法兰盘连接在充填管道之间，所述t型三通管的管径与充填管道的管径相同。

上述装置中，所述高压空气的压强为3～10mpa，高压空气进口管的承压能力不低于30mpa。

上述装置中，所述plc控制器11的型号为s7-400。

本发明提供了一种利用高压空气输送膏体的方法，包括以下步骤：

（1）把高压空气输送装置连接在充填管道之间，高压空气输送装置的个数由单个高压空气输送装置的输送能力和充填管道的长度决定，高压空气输送装置的电液动截止阀6、浓度计7、高压空气泵9与地面上的plc控制器11连接；

（2）正式输送膏体之前打开充填管道上所有高压空气输送装置的高压空气泵，并保持所有截止阀打开，利用高压空气对整个充填管道进行清洗；高压空气的压强为3～10mpa；

（3）充填管道清洗完毕后，制备膏体充填料浆，配比为：0～5mm细粒级煤矸石用量为285kg/m³，5～10mm中粒级煤矸石用量为332.5kg/m³、10～15mm粗粒级煤矸石用量为332.5kg/m³，水泥和粉煤灰的用量分别为190kg/m³和380kg/m³，水用量为380kg/m³，充填料浆的质量浓度为80%，所制备的充填料浆为不离析、不泌水、不沉降，具有良好可塑性和流动性的结构流膏体，混合均匀后装入料浆漏斗；

（4）启动充填泵进行泵送，在泵送的同时不断向料浆漏斗中加入充填料浆，在泵送情况下料浆漏斗不得放空，料面高度要保持500mm以上；

（5）观察流量计的值，待泵送至充填工作面所需的量时，由plc控制充填泵停止泵送，此时管道内还留有大量充填膏体；

（6）plc控制离充填泵最近的高压空气输送装置的高压空气泵打开、电液动截止阀关闭，此时高压空气泵输出的高压空气在充填管道内对充填膏体进行推送；

（7）待下一个高压空气输送装置的浓度计检测不到浓度时，关闭此高压空气输送装置的电液动截止阀并开启高压空气泵，高压空气继续推动膏体前进；

（8）重复步骤（7），直至充填工作面的充填管道内没有充填膏体输出；

（9）由plc控制所有高压空气输送装置的电液动截止阀打开并启动所有高压空气泵，每一个高压空气输送装置的高压空气泵对其与下一个高压空气输送装置之间的充填管道进行清洗；

（10）清洗完毕后关闭所有高压空气泵，等待执行下一个充填工序。