金属矿膏体充填复杂管网堵管与泄漏监测模拟实验系统

1.本发明涉及金属矿尾矿充填技术领域，特别是指一种金属矿膏体充填复杂管网堵管与泄漏监测模拟实验系统。


背景技术：

2.现阶段，金属矿膏体充填技术因其安全、环保、经济、高效等显著有点已成为矿业可持续发展、建成绿色矿山的重要手段。膏体充填技术将尾砂等矿山固废制备成牙膏状的料浆，再通过泵压或者自流的方式管道输送至井下采空区进行充填。但是，在实际生产中，因为膏体浓度高和技术管理不当，容易导致堵管等事故发生，需花大量时间来疏通甚至更换管道，严重影响生产。同时，长时间运行后，管道容易磨损破坏，导致膏体容易泄漏，需要更换管道进而影响生产。随着金属矿的开采深度逐渐加深，井下采场的布置也越来越复杂，导致充填管网布置就存在了水平、垂直、倾斜等多种复杂方式。因此，发明一种金属矿膏体充填复杂管网堵管与泄漏监测模拟实验系统显得尤为必要，实现膏体充填复杂管网单点泄漏、多点泄漏、单点堵管、多点堵管、堵管与泄漏同时发生等多种复杂故障情况的模拟，并可对数据实时监测与分析。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是提供一种金属矿膏体充填复杂管网堵管与泄漏监测模拟实验系统。
4.该系统包括膏体制备输送桶、上向倾斜管模拟实验子系统、下向倾斜管模拟实验子系统、垂直上向管模拟实验子系统、水平管模拟实验子系统、垂直下向管模拟实验子系统和数据监测分析系统，膏体制备输送桶、上向倾斜管模拟实验子系统、下向倾斜管模拟实验子系统、垂直上向管模拟实验子系统、水平管模拟实验子系统、垂直下向管模拟实验子系统依次连接，形成闭环，数据监测分析系统通过数据传输线与上向倾斜管模拟实验子系统、下向倾斜管模拟实验子系统、垂直上向管模拟实验子系统、水平管模拟实验子系统、垂直下向管模拟实验子系统、膏体制备输送桶相连；
5.膏体制备输送桶包括膏体制备桶、排料阀、排料泵、流量计一、排料管和回料管，上向倾斜管模拟实验子系统包括上向倾斜输送管、泄漏管一、泄漏阀一、流量计二和堵塞阀一，下向倾斜管模拟实验子系统包括下向倾斜输送管、泄漏管二、泄漏阀二、流量计三和堵塞阀二，垂直上向管模拟实验子系统包括垂直上向输送管、泄漏管三、泄漏阀三、流量计四和堵塞阀三，水平管模拟实验子系统包括水平输送管、泄漏管四、泄漏阀四、流量计五、堵塞阀四、泄漏管四、泄漏阀五、流量计六和堵塞阀五，垂直下向管模拟实验子系统包括垂直下向输送管、泄漏管六、泄漏阀六、流量计七和堵塞阀六，数据监测分析系统包括数据传输线和处理分析器。
6.其中，膏体制备输送桶主体为膏体制备桶，膏体制备桶侧壁下部通过排料管连接上向倾斜管模拟实验子系统，排料管上设置排料阀、排料泵和流量计一，膏体制备桶上部设
置回料管。
7.排料管连接上向倾斜输送管，排料管末端设置压力表一，上向倾斜输送管中部安装泄露管一，泄露阀一和流量计二依次安装于泄露管一上，上向倾斜输送管末端安装堵塞阀一。
8.下向倾斜输送管连接上向倾斜输送管，下向倾斜输送管入口端安装压力表二，下向倾斜输送管中部安装泄露管二，堵塞阀二安装于下向倾斜输送管的出口端，泄漏阀二、流量计三依次安装于泄漏管二上。
9.垂直上向输送管连接下向倾斜输送管，垂直上向输送管入口端安装压力表三，泄漏管三安装于垂直上向输送管的中部，堵塞阀三安装于垂直上向输送管的出口端，泄漏阀三、流量计四依次安装于泄漏管三上。
10.水平输送管连接垂直上向输送管，水平输送管的入口端、中部和出口端分别安装压力表四、压力表五和压力表六，泄漏管四和泄漏管五分别安装于水平输送管的1/3和2/3的位置，堵塞阀四和堵塞阀五安装在水平输送管上、分别位于泄漏管四与压力表五之间和泄漏管四与压力表六之间，泄漏阀四、流量计五依次安装于泄漏管四上，泄漏阀五、流量计六依次安装于泄漏管五上。
11.垂直下向输送管连接水平输送管，垂直下向输送管的中部安装泄露管六，泄漏阀六、流量计七依次安装于泄漏管六上，堵塞阀六、压力表七和流量计八依次安装于垂直下向输送管的出口端，垂直下向输送管出口段连接回料管。
12.数据传输线将膏体制备输送桶、上向倾斜管模拟实验子系统、下向倾斜管模拟实验子系统、垂直上向管模拟实验子系统、水平管模拟实验子系统、垂直下向管模拟实验子系统采集到的数据传输至处理分析器。
13.该系统应用过程如下：
14.s1：在膏体制备桶中制备好膏体料浆；
15.s2：打开压力表一、压力表二、压力表三、压力表四、压力表五、压力表六、压力表七、流量计一、流量计二、流量计三、流量计四、流量计五、流量计六、流量计七、流量计八、堵塞阀一、堵塞阀二、堵塞阀三、堵塞阀四、堵塞阀五、堵塞阀六，关闭泄漏阀一、泄漏阀二、泄漏阀三、泄漏阀四、泄漏阀五、泄漏阀六；
16.s3：模拟单点泄漏：打开排料阀、排料泵，再打开泄漏阀一、泄漏阀二、泄漏阀三、泄漏阀四、泄漏阀五、泄漏阀六中的任意一个，并在0～100％范围内调整该阀的开度，观察数据监测分析系统所监测的压力和流变数据变化；
17.s4：模拟多点泄漏：打开泄漏阀一、泄漏阀二、泄漏阀三、泄漏阀四、泄漏阀五、泄漏阀六中的不少于两个，并在0～100％范围内调整打开的阀的开度，观察数据监测分析系统所监测的压力和流变数据变化；
18.s5：模拟单点堵管：关闭泄漏阀一、泄漏阀二、泄漏阀三、泄漏阀四、泄漏阀五、泄漏阀六，关闭堵塞阀一、堵塞阀二、堵塞阀三、堵塞阀四、堵塞阀五、堵塞阀六中的任意一个，并在0～100％范围内调整该阀的开度，观察数据监测分析系统所监测的压力和流变数据变化；
19.s6：模拟多点堵管：关闭泄漏阀一、泄漏阀二、泄漏阀三、泄漏阀四、泄漏阀五、泄漏阀六，关闭堵塞阀一、堵塞阀二、堵塞阀三、堵塞阀四、堵塞阀五、堵塞阀六中的中的不少于
两个，并在0～100％范围内调整关闭的阀的开度，观察数据监测分析系统所监测的压力和流变数据变化；
20.s7：模拟堵管与泄漏同时发生：打开堵塞阀一、堵塞阀二、堵塞阀三、堵塞阀四、堵塞阀五、堵塞阀六，打开泄漏阀一、泄漏阀二、泄漏阀三、泄漏阀四、泄漏阀五、泄漏阀六中的任意一个，并在0～100％范围内调整该阀的开度，同时关闭堵塞阀一、堵塞阀二、堵塞阀三、堵塞阀四、堵塞阀五、堵塞阀六中的任意一个，并在0～100％范围内调整该阀的开度，观察数据监测分析系统所监测的压力和流变数据变化。
21.本发明的上述技术方案的有益效果如下：
22.上述方案中，利用上向倾斜管模拟实验子系统、下向倾斜管模拟实验子系统、垂直上向管模拟实验子系统、水平管模拟实验子系统、垂直下向管模拟实验子系统和数据监测分析系统，既能实现不同走向的膏体输送管道的单点泄漏或者多点泄漏模拟，还能实现不同走向的膏体输送管道的单点泄漏或者多点堵管模拟，更能实现不同走向的膏体输送管道的泄漏和堵管同时发生的模拟。因此，该实验系统可模拟膏体充填复杂管网单点泄漏、多点泄漏、单点堵管、多点堵管、堵管与泄漏同时发生等多种复杂故障情况，并可对数据实时监测与分析。基于该实验系统的模拟研究结果，可以为膏体充填复杂管网的监测与预警技术提供支撑，具有重要的使用价值。适用于金属非金属等矿山企业。
附图说明
23.图1为本发明的金属矿膏体充填复杂管网堵管与泄漏监测模拟实验系统结构示意图。
24.其中：1
‑
膏体制备输送桶；2
‑
上向倾斜管模拟实验子系统；3
‑
下向倾斜管模拟实验子系统；4
‑
垂直上向管模拟实验子系统；5
‑
水平管模拟实验子系统；6
‑
垂直下向管模拟实验子系统；7
‑
数据监测分析系统；8
‑
膏体制备桶；9
‑
排料阀；10
‑
排料泵；11
‑
流量计一；12
‑
排料管；13
‑
压力表一；14
‑
上向倾斜输送管；15
‑
泄漏管一；16
‑
泄漏阀一；17
‑
流量计二；18
‑
堵塞阀一；19
‑
压力表二；20
‑
下向倾斜输送管；21
‑
泄漏管二；22
‑
泄漏阀二；23
‑
流量计三；24
‑
堵塞阀二；25
‑
压力表三；26
‑
垂直上向输送管；27
‑
泄漏管三；28
‑
泄漏阀三；29
‑
流量计四；30
‑
堵塞阀三；31
‑
压力表四；32
‑
水平输送管；33
‑
泄漏管四；34
‑
泄漏阀四；35
‑
流量计五；36
‑
堵塞阀四；37
‑
压力表五；38
‑
泄漏管四；39
‑
泄漏阀五；40
‑
流量计六；41
‑
堵塞阀五；42
‑
压力表六；43
‑
垂直下向输送管；44
‑
泄漏管六；45
‑
泄漏阀六；46
‑
流量计七；47
‑
堵塞阀六；48
‑
压力表七；49
‑
流量计八；50
‑
回料管；51
‑
数据传输线；52
‑
处理分析器。
具体实施方式
25.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
26.本发明提供一种金属矿膏体充填复杂管网堵管与泄漏监测模拟实验系统。
27.如图1所示，该系统包括膏体制备输送桶1、上向倾斜管模拟实验子系统2、下向倾斜管模拟实验子系统3、垂直上向管模拟实验子系统4、水平管模拟实验子系统5、垂直下向管模拟实验子系统6和数据监测分析系统7，膏体制备输送桶1、上向倾斜管模拟实验子系统2、下向倾斜管模拟实验子系统3、垂直上向管模拟实验子系统4、水平管模拟实验子系统5、
垂直下向管模拟实验子系统6依次连接，形成闭环，数据监测分析系统7通过数据传输线51与上向倾斜管模拟实验子系统2、下向倾斜管模拟实验子系统3、垂直上向管模拟实验子系统4、水平管模拟实验子系统5、垂直下向管模拟实验子系统6、膏体制备输送桶1相连；
28.膏体制备输送桶1包括膏体制备桶8、排料阀9、排料泵10、流量计一11、排料管12和回料管50，上向倾斜管模拟实验子系统2包括上向倾斜输送管14、泄漏管一15、泄漏阀一16、流量计二17和堵塞阀一18，下向倾斜管模拟实验子系统3包括下向倾斜输送管20、泄漏管二21、泄漏阀二22、流量计三23和堵塞阀二24，垂直上向管模拟实验子系统4包括垂直上向输送管26、泄漏管三27、泄漏阀三28、流量计四29和堵塞阀三30，水平管模拟实验子系统5包括水平输送管32、泄漏管四33、泄漏阀四34、流量计五35、堵塞阀四36、泄漏管四38、泄漏阀五39、流量计六40和堵塞阀五41，垂直下向管模拟实验子系统6包括垂直下向输送管43、泄漏管六44、泄漏阀六45、流量计七46和堵塞阀六47，数据监测分析系统7包括数据传输线51和处理分析器52。
29.膏体制备输送桶1主体为膏体制备桶8，膏体制备桶8侧壁下部通过排料管12连接上向倾斜管模拟实验子系统2，排料管12上设置排料阀9、排料泵10和流量计一11，膏体制备桶8上部设置回料管50。
30.排料管12连接上向倾斜输送管14，排料管12末端设置压力表一13，上向倾斜输送管14中部安装泄露管一15，泄露阀一16和流量计二17依次安装于泄露管一15上，上向倾斜输送管14末端安装堵塞阀一18。
31.下向倾斜输送管20连接上向倾斜输送管14，下向倾斜输送管20入口端安装压力表二19，下向倾斜输送管20中部安装泄露管二21，堵塞阀二24安装于下向倾斜输送管20的出口端，泄漏阀二22、流量计三23依次安装于泄漏管二21上。
32.垂直上向输送管26连接下向倾斜输送管20，垂直上向输送管26入口端安装压力表三25，泄漏管三27安装于垂直上向输送管26的中部，堵塞阀三30安装于垂直上向输送管26的出口端，泄漏阀三28、流量计四29依次安装于泄漏管三27上。
33.水平输送管32连接垂直上向输送管26，水平输送管32的入口端、中部和出口端分别安装压力表四31、压力表五37和压力表六42，泄漏管四33和泄漏管五38分别安装于水平输送管32的1/3和2/3的位置，堵塞阀四36和堵塞阀五41安装在水平输送管32上、分别位于泄漏管四33与压力表五37之间和泄漏管四38与压力表六42之间，泄漏阀四34、流量计五35依次安装于泄漏管四33上，泄漏阀五39、流量计六40依次安装于泄漏管五38上。
34.垂直下向输送管43连接水平输送管32，垂直下向输送管43的中部安装泄露管六44，泄漏阀六45、流量计七46依次安装于泄漏管六44上，堵塞阀六47、压力表七48和流量计八49依次安装于垂直下向输送管43的出口端，垂直下向输送管43出口段连接回料管50。
35.数据传输线51将膏体制备输送桶1、上向倾斜管模拟实验子系统2、下向倾斜管模拟实验子系统3、垂直上向管模拟实验子系统4、水平管模拟实验子系统5、垂直下向管模拟实验子系统6采集到的数据传输至处理分析器52。
36.该实验系统可模拟膏体充填复杂管网单点泄漏、多点泄漏、单点堵管、多点堵管、堵管与泄漏同时发生等多种复杂故障情况，并可对数据实时监测与分析。
37.该系统应用过程如下：
38.s1：在膏体制备桶8中制备好膏体料浆；
39.s2：打开压力表一13、压力表二19、压力表三25、压力表四31、压力表五37、压力表六42、压力表七48、流量计一11、流量计二17、流量计三23、流量计四29、流量计五35、流量计六40、流量计七46、流量计八49、堵塞阀一18、堵塞阀二24、堵塞阀三30、堵塞阀四36、堵塞阀五41、堵塞阀六47，关闭泄漏阀一16、泄漏阀二22、泄漏阀三28、泄漏阀四34、泄漏阀五39、泄漏阀六45；
40.s3：模拟单点泄漏：打开排料阀9、排料泵10，再打开泄漏阀一16、泄漏阀二22、泄漏阀三28、泄漏阀四34、泄漏阀五39、泄漏阀六45中的任意一个，并在0～100％范围内调整该阀的开度，观察数据监测分析系统7所监测的压力和流变数据变化；
41.s4：模拟多点泄漏：打开泄漏阀一16、泄漏阀二22、泄漏阀三28、泄漏阀四34、泄漏阀五39、泄漏阀六45中的不少于两个，并在0～100％范围内调整打开的阀的开度，观察数据监测分析系统7所监测的压力和流变数据变化；
42.s5：模拟单点堵管：关闭泄漏阀一16、泄漏阀二22、泄漏阀三28、泄漏阀四34、泄漏阀五39、泄漏阀六45，关闭堵塞阀一18、堵塞阀二24、堵塞阀三30、堵塞阀四36、堵塞阀五41、堵塞阀六47中的任意一个，并在0～100％范围内调整该阀的开度，观察数据监测分析系统7所监测的压力和流变数据变化；
43.s6：模拟多点堵管：关闭泄漏阀一16、泄漏阀二22、泄漏阀三28、泄漏阀四34、泄漏阀五39、泄漏阀六45，关闭堵塞阀一18、堵塞阀二24、堵塞阀三30、堵塞阀四36、堵塞阀五41、堵塞阀六47中的中的不少于两个，并在0～100％范围内调整关闭的阀的开度，观察数据监测分析系统7所监测的压力和流变数据变化；
44.s7：模拟堵管与泄漏同时发生：打开堵塞阀一18、堵塞阀二24、堵塞阀三30、堵塞阀四36、堵塞阀五41、堵塞阀六47，打开泄漏阀一16、泄漏阀二22、泄漏阀三28、泄漏阀四34、泄漏阀五39、泄漏阀六45中的任意一个，并在0～100％范围内调整该阀的开度，同时关闭堵塞阀一18、堵塞阀二24、堵塞阀三30、堵塞阀四36、堵塞阀五41、堵塞阀六47中的任意一个，并在0～100％范围内调整该阀的开度，观察数据监测分析系统7所监测的压力和流变数据变化。
45.下面结合具体实施例予以说明。
46.实施例1
47.如图1所示，金属矿膏体充填复杂管网堵管与泄漏监测模拟实验系统的结构如上述，其中关键结构的尺寸如下：上向倾斜输送管14、下向倾斜输送管20、垂直上向输送管26、水平输送管32、垂直下向输送管43的管径均为30mm，上向倾斜输送管14和下向倾斜输送管20的长度为3m、与地面的倾角为30
°
，垂直上向输送管26和垂直下向输送管43的长度为2m，水平输送管32的长度为5m；泄漏管一15、泄漏管二21、泄漏管三27、泄漏管四33、泄漏管五38、泄漏管六44的管径为20mm。
48.在应用过程中，应用某铅锌矿全尾砂和水泥，制备的膏体料浆浓度为80％。模拟单点泄漏实验过程中，打开的泄漏阀的开度设置10％、40％、70％三个值；模拟多点泄漏实验过程中，选择两个泄漏阀打开，打开的开度设置10％、20％、25％三个值，两个泄漏阀三个开度共6组实验组合；模拟单点堵管实验过程中，关闭的堵塞阀的开度设置20％、60％、100％三个值；模拟多点堵管实验过程中，关闭其中两个堵塞阀，开度设置20％、50％、80％三个值，两个堵塞阀三个开度共6组实验组合；模拟堵管与泄漏同时发生实验过程中，关闭堵塞
阀41，开度设置20％、60％、100％三个值，打开泄漏阀34，开度设置10％、40％、70％三个值，共6组实验组合。
49.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。