本實(shí)用新型屬于尾礦充填的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多管徑復(fù)雜走向膏體充填管道輸送實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

背景技術(shù)：

管道輸送是礦山充填的關(guān)鍵工藝之一，其具體包括輸送參數(shù)設(shè)計(jì)、管網(wǎng)布置優(yōu)化以及泵送設(shè)備選型等內(nèi)容，而上述問(wèn)題解決的關(guān)鍵在于對(duì)充填料漿管道輸送阻力的確定；輸送阻力估算過(guò)大，則可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)過(guò)于保守，增加泵送設(shè)備投資；輸送阻力估算過(guò)小，又可能導(dǎo)致設(shè)備選型不合理，造成堵管事故頻發(fā)、充填效率低下等問(wèn)題；

對(duì)于傳統(tǒng)的低濃度充填料漿，如分級(jí)尾砂充填、水砂充填等，其管流阻力可通過(guò)較為成熟的固-液兩相流理論來(lái)進(jìn)行計(jì)算；但對(duì)于高濃度全尾砂/膏體充填料漿的輸送阻力而言，由于其流變性質(zhì)及管內(nèi)流動(dòng)形態(tài)的變化，兩相流理論具有較差的適用性，目前尚未有準(zhǔn)確、可靠的理論計(jì)算方法。管道輸送實(shí)驗(yàn)是獲得精確管流阻力較為可靠的手段。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞充填料管道輸送實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了一系列的研究，如一種管道輸送實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(專(zhuān)利號(hào)：CN 204901347 U)，一種料漿輸送倍線環(huán)管實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(專(zhuān)利號(hào)：CN 203385569 U)，膏體充填環(huán)管模擬試驗(yàn)系統(tǒng)(CN 201588653U)。

縱觀上述試驗(yàn)裝置，具有以下特點(diǎn)：1)試驗(yàn)管道材質(zhì)、管徑規(guī)格過(guò)于單一。由于礦山充填能力、尾礦性質(zhì)等方面的差異，充填管道的適用規(guī)格、材質(zhì)也各不相同，多管徑實(shí)驗(yàn)平臺(tái)更利于開(kāi)展針對(duì)性的研究；2)試驗(yàn)管道多采用單一的水平布置。由于井下地質(zhì)條件及井巷工程等方面的影響，充填管網(wǎng)的布置較為復(fù)雜，存在多種走向形式，而事實(shí)上管道走向?qū)τ诔涮盍?，尤其是高濃度充填料的流?dòng)阻力具有重要的影響作用；3)試驗(yàn)系統(tǒng)的泵送裝置一般選用渣漿泵，其在工作原理上與工業(yè)應(yīng)用的柱塞泵存在較大差別，導(dǎo)致試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果并不能反映現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)際情況，如管內(nèi)壓力脈沖等特點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種多管徑復(fù)雜走向膏體充填管道輸送試驗(yàn)平臺(tái)，目的是通過(guò)膏體充填管道輸送的模擬實(shí)驗(yàn)，研究不同管徑、走向、工況條件下的管道輸送阻力，為充填工藝參數(shù)設(shè)計(jì)、管網(wǎng)布置優(yōu)化以及泵送設(shè)備選型等工程問(wèn)題提供依據(jù)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種多管徑復(fù)雜走向膏體充填管道輸送實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括配料裝置、攪拌裝置、泵送裝置和試驗(yàn)管道，所述攪拌裝置設(shè)置于配料裝置的下方，配料經(jīng)配料裝置的出口直接進(jìn)入所述攪拌裝置；所述泵送裝置位于攪拌裝置的下方，所述攪拌裝置的出口與泵送裝置的入口連接，所述泵送裝置的出口與試驗(yàn)管道的入口連接，所述試驗(yàn)管道的出口與攪拌裝置連接，由此所述攪拌裝置、泵送裝置、試驗(yàn)管道形成一個(gè)循環(huán)回路，充填料漿通過(guò)所述泵送裝置在試驗(yàn)管道內(nèi)往復(fù)循環(huán)，可開(kāi)展連續(xù)多次實(shí)驗(yàn)，采集到穩(wěn)定的壓力檢測(cè)數(shù)據(jù)；所述試驗(yàn)管道包括主管道及前端與主管道連接且互相并聯(lián)設(shè)置的多個(gè)環(huán)管，所述主管道與泵送裝置連接，所述多個(gè)環(huán)管的后端與攪拌裝置連接，所述多個(gè)環(huán)管具有不同管徑，每個(gè)環(huán)管都具有多種不同走向。

進(jìn)一步的，所述環(huán)管具有水平、上向傾斜、下向傾斜、垂直上行及垂直下行5種走向，在水平走向段和垂直上行走向段、水平走向段和垂直下行走向段之間的連接處設(shè)置有彎頭。

進(jìn)一步的，所述彎頭為90℃彎頭，所述彎頭的管徑包括1m和0.5m兩種規(guī)格。

進(jìn)一步的，所述試驗(yàn)管道的最低點(diǎn)均設(shè)置有排泄口，以便實(shí)驗(yàn)過(guò)程中堵管事故的處理以及管內(nèi)存水排出，管道間采用溝槽式快速接頭進(jìn)行連接，便于快速拆裝；所述試驗(yàn)管道循環(huán)一圈后，在環(huán)管的后端匯合入?yún)R合管，所述匯合管分為兩路，一路與攪拌裝置連接，另一路與排料管路連接。

進(jìn)一步的，還包括控制裝置，所述控制裝置包括液壓換向閥、電動(dòng)插板閥和電動(dòng)球閥，所述液壓換向閥設(shè)有多個(gè)，均安裝于主管道上，具有直通和旁通兩路，所述直通使充填料沿主管道流動(dòng)，所述旁通分別與對(duì)應(yīng)的環(huán)管連接，通過(guò)液壓控制閥體伸縮，可實(shí)現(xiàn)充填料在多種試驗(yàn)管道間的任意切換；所述電動(dòng)插板閥位于攪拌裝置和泵送裝置之間的管道上；所述電動(dòng)球閥安裝于環(huán)管的后端以及匯合管與排料管道的連接處，通過(guò)相關(guān)閥門(mén)的啟閉，可以控制充填料循環(huán)實(shí)驗(yàn)或者外排；上述閥門(mén)的控制均通過(guò)分布式控制系統(tǒng)(DCS)在計(jì)算機(jī)控制畫(huà)面上遠(yuǎn)程操作。

進(jìn)一步的，還包括檢測(cè)裝置，所述檢測(cè)裝置包括電磁流量計(jì)、超聲波濃度計(jì)以及多個(gè)隔膜壓力變送器，所述電磁流量計(jì)和超聲波濃度計(jì)設(shè)置于所述主管道靠近泵送裝置的一端，用以對(duì)管道輸送的流量、濃度等工況參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，所述隔膜壓力變送器設(shè)置于所述環(huán)管的不同走向段的兩端，用以對(duì)管內(nèi)壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過(guò)計(jì)算則可獲得充填料在相應(yīng)條件下的管流阻力損失，上述檢測(cè)裝置的檢測(cè)數(shù)據(jù)均通過(guò)分布式控制系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)采集、記錄。

進(jìn)一步的，所述主管道靠近泵送裝置的一端設(shè)置有用以減弱系統(tǒng)運(yùn)行的脈沖振動(dòng)的隔膜蓄能器；所述主管道上設(shè)置有沖洗水入口，通過(guò)電動(dòng)閥門(mén)與外部沖洗水連接，以便實(shí)驗(yàn)結(jié)束后沖洗管道。

進(jìn)一步的，所述泵送裝置為工業(yè)級(jí)充填柱塞泵，其通過(guò)變頻控制能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸送流量的調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步的，所述攪拌裝置為雙螺旋臥式攪拌機(jī)，不僅具有攪拌功能，同時(shí)兼具儲(chǔ)料的作用，確保系統(tǒng)持續(xù)循環(huán)運(yùn)行，即試驗(yàn)物料在臥式攪拌機(jī)內(nèi)充分拌合后，下放至充填柱塞泵中，并在試驗(yàn)管道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)再返回?cái)嚢铏C(jī)。

本實(shí)用新型的有益效果如下：

1、所述攪拌裝置、泵送裝置均為工業(yè)級(jí)設(shè)備，管道輸送模擬實(shí)驗(yàn)的工況與實(shí)際充填生產(chǎn)高度一致，從而保證了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及工業(yè)意義；

2、所述試驗(yàn)管道具有管徑范圍廣、管道走向多樣等特點(diǎn)，能夠針對(duì)具體礦山的充填規(guī)模、尾礦性質(zhì)、工程空間布置等特點(diǎn)，開(kāi)展針對(duì)性的研究；

3、所述試驗(yàn)管道壓力檢測(cè)點(diǎn)的布置較為全面，通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌颢@取到不同管徑、走向、工況條件下充填料的管流阻力，從而實(shí)現(xiàn)充填管道輸送系統(tǒng)的精細(xì)化設(shè)計(jì)；

4、所述試驗(yàn)管道上設(shè)置有隔膜蓄能器，能夠降低試驗(yàn)過(guò)程中柱塞泵脈沖對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，同時(shí)管道間采用溝槽式快速接頭連接，能夠快速拆裝。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的主管道連接的主視圖；

圖3是本實(shí)用新型的主管道連接的俯視圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：1—配料裝置；2—雙螺旋臥式攪拌機(jī)；3—充填柱塞泵；4—主管道；5—隔膜式蓄能器；6—電磁流量計(jì)；7—超聲波濃度計(jì)；8—液壓換向閥；9—DN 200mm管道；10—DN 150mm管道；11—DN 100mm管道；12—DN50mm管道；13—環(huán)管清洗口；14—電動(dòng)插板閥；15—電動(dòng)球閥；16—隔膜壓力變送器；17—排料管路；18—DN1000mm彎頭；19—DN500mm彎頭；20—溝槽式快速接頭。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本實(shí)用新型，并非用于限定本實(shí)用新型的范圍。

一種多管徑復(fù)雜走向膏體充填管道輸送實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如圖1-3所示，其主要包括：配料裝置1、雙螺旋臥式攪拌機(jī)2、充填柱塞泵3、試驗(yàn)管道、控制裝置以及檢測(cè)裝置，充填料漿通過(guò)充填柱塞泵3泵送經(jīng)試驗(yàn)管道返回至臥式攪拌機(jī)2中，形成循環(huán)回路，可開(kāi)展多次連續(xù)試驗(yàn)，直至獲得穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)管道可設(shè)計(jì)為常用的充填工業(yè)管道，試驗(yàn)管道由部分主管道4以及4條管徑不一的并聯(lián)環(huán)管構(gòu)成，所述主管道4與充填柱塞泵3連接，所述主管道4靠近充填柱塞泵3一端設(shè)置有隔膜蓄能器5用以減弱系統(tǒng)運(yùn)行的脈沖振動(dòng)，同時(shí)主管路上設(shè)置有沖洗水入口13，通過(guò)電動(dòng)閥門(mén)15與外部新水連接，以便實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的管道沖洗；在本實(shí)施例中，所述4條環(huán)管分別為DN50mm管道12，DN100mm管道11，DN150mm管道10及DN200mm管道9，每種管道又分別布置為水平、上向傾斜、下向傾斜、垂直上行、垂直下行5種不同走向形式的測(cè)試管段，盡可能模擬實(shí)際井下充填管道的不同走向形式；在水平測(cè)試管段和垂直上行管段以及水平管段和垂直下行管段的連接處設(shè)有兩種規(guī)格的90℃彎頭，分別為DN1000mm彎頭18和DN500mm彎頭19，在上述管道的最低點(diǎn)均設(shè)置有排泄口，以便實(shí)驗(yàn)過(guò)程中堵管事故的處理以及管內(nèi)存水排出。管道間采用溝槽式快速接頭20進(jìn)行連接，便于快速拆裝。所述試驗(yàn)管道循環(huán)一圈后，在環(huán)管后端匯合入?yún)R合管，所述匯合管分為兩路，一路返回臥式攪拌機(jī)2，另一路通過(guò)排料管路17外排。

試驗(yàn)管道間的切換通過(guò)控制裝置實(shí)現(xiàn)，控制裝置主要包括：液壓換向閥8、電動(dòng)插板閥14、電動(dòng)球閥15以及DCS控制系統(tǒng)；液壓換向閥8安裝于主管道4上，旁路與試驗(yàn)管道連接，通過(guò)多個(gè)液壓換向閥8的組合，則可實(shí)現(xiàn)多條試驗(yàn)管道的切換；電動(dòng)球閥15安裝于環(huán)管的后端以及匯合管與排料管道的連接處，用以控制充填料漿流向返回臥式攪拌機(jī)2，亦或通過(guò)排料管道17外排；上述動(dòng)作均通過(guò)DCS控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程操作。

所述檢測(cè)裝置包括電磁流量計(jì)6、超聲波濃度計(jì)7以及多個(gè)隔膜壓力變送器16，所述電磁流量計(jì)6和超聲波濃度計(jì)7設(shè)置于所述充填柱塞泵3的出口端，用以對(duì)管道輸送的流量、濃度等工況參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，所述隔膜壓力變送器16設(shè)置于所述環(huán)管的不同走向段的兩端，用以對(duì)管內(nèi)壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，計(jì)算實(shí)驗(yàn)管段兩端的壓力差，其差除以管長(zhǎng)，即可獲得充填料單位長(zhǎng)度的管流阻力損失，上述檢測(cè)裝置的檢測(cè)數(shù)據(jù)均通過(guò)DCS控制系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)采集、記錄。

膏體充填管道輸送實(shí)驗(yàn)的方法按照如下步驟進(jìn)行：

(1)計(jì)算單次實(shí)驗(yàn)所需的物料用量，通過(guò)配料裝置1將充填物料按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的配比、濃度輸送至雙螺旋臥式攪拌機(jī)2中；

(2)開(kāi)啟雙螺旋臥式攪拌機(jī)2，待物料充分拌合后，開(kāi)啟電動(dòng)插板閥14將物料下放；選擇設(shè)計(jì)的試驗(yàn)管道，控制相關(guān)液壓換向閥8及電動(dòng)球閥15的切換到位；

(3)開(kāi)啟充填柱塞泵3，設(shè)定輸送泵速，運(yùn)行一段時(shí)間，直至充填料通過(guò)試驗(yàn)管道內(nèi)返回至雙螺旋臥式攪拌機(jī)2，待隔膜壓力變送器16的檢測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，即完成該流量工況下的管輸試驗(yàn)；調(diào)節(jié)充填柱塞泵3泵速改變輸送流量，在重復(fù)前述流程進(jìn)行試驗(yàn)，獲取不同流量條件下的管流阻力損失；

(4)控制相關(guān)液壓換向閥8動(dòng)作，切換試驗(yàn)管道，再依次開(kāi)展不同流量條件下的管道輸送試驗(yàn)；

(5)通過(guò)外部配料裝置1向攪拌機(jī)內(nèi)摻入設(shè)計(jì)量的清水或干物料，對(duì)充填料漿的濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同濃度充填料漿管流阻力損失的試驗(yàn)研究；

(6)試驗(yàn)結(jié)束后，通過(guò)切換相應(yīng)的電動(dòng)球閥15，將試驗(yàn)管道切換至排料模式，一邊向雙螺旋臥式攪拌機(jī)3內(nèi)物料加水稀釋?zhuān)贿呁ㄟ^(guò)充填柱塞泵3將物料外排，待觀察到管內(nèi)料漿濃度較低時(shí)，關(guān)閉充填柱塞泵3，打開(kāi)沖洗水入口13閥門(mén)，通過(guò)外部清水對(duì)管道進(jìn)行反復(fù)清洗，直至管內(nèi)排出清水，結(jié)束后，打開(kāi)試驗(yàn)管道各點(diǎn)泄水閥，將管內(nèi)存水排盡。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。