自流输送矿山充填钻孔保护系统及修复方法

1473 编辑：中冶有色技术网来源：施波

2022-04-15 15:25:24

权利要求

1.自流输送矿山充填钻孔保护系统，其特征在于，包括地表输送管道、充填导向管、充填钻孔和水平输送管道，所述地表输送管道上配置有加水阀，地表输送管道的出口与充填导向管的上端连通；所述充填导向管安装在充填钻孔的顶部内；所述地表输送管道上配置有加水阀，地表输送管道的出口与充填导向管的上端连通；所述水平输送管道上沿料浆流动方向依次配置有排气阀、第二球阀和第三球阀，水平输送管道的进料口与充填钻孔的下端连通，水平输送管道的出料口与待充填的采空区连通。

2.如权利要求1所述的自流输送矿山充填钻孔保护系统，其特征在于，在水平输送管道上还配置有第一球阀，排气阀、第一球阀、第二球阀和第三球阀依次布置。

3.如权利要求1所述的自流输送矿山充填钻孔保护系统，其特征在于，所述第二球阀和第三球阀设于水平输送管道的出料口处；所述第一球阀与水平输送管道出料口之间的距离A为其中，H为充填钻孔的高度，m；L为水平输送管道的长度，m。

4.如权利要求1所述的自流输送矿山充填钻孔保护系统，其特征在于，在排气阀上游的水平输送管道上设置第一流量计。

5.如权利要求5所述的自流输送矿山充填钻孔保护系统，其特征在于，在加水阀下游的地表输送管道上安装有第二流量计。

6.如权利要求5所述的自流输送矿山充填钻孔保护系统，其特征在于，所述第一流量计和第二流量计均为电磁流量计。

7.如权利要求1所述的自流输送矿山充填钻孔保护系统，其特征在于，所述充填钻孔包括外套管体、内衬管体，以及设于外套管体和内衬管体之间的混凝土层。

8.一种自流输送充填钻孔修复方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、提供权利要求1～7中任意一项所述保护系统；

步骤二、打开出料口处的第二球阀，关闭第一球阀，打开排气阀和加水阀7，向管内注水，待排气阀出水后关闭排气阀，使管内注满水，记录此时第一流量计和第二流量计的读数；

步骤三、料浆制备放料，打开第一球阀，同时观察两个流量计的读数，使二者读数与头天读数一致；计算流量为x米3/小时的水通过距离所需的时间，完全打开第一球阀，水自出料口处第二球阀排出；待第二球阀的出水浑浊时，打开第三球阀，关闭第二球阀，正常充填。

9.如权利要求8所述的自流输送充填钻孔修复方法，其特征在于，所述充填钻孔和水平输送管道构成井下一级充填系统，所述地表输送管、充填钻孔以及水平输送管内在充填前均充满水。

10.如权利要求8所述的自流输送充填钻孔修复方法，其特征在于，将充填钻孔内破损的钢结构扫清后充填。

说明书

技术领域

本发明涉及矿山井下开采辅助设备，具体涉及一种自流输送矿山充填钻孔保护系统及修复方法。

背景技术

井下开采分为四大块：采矿、掘进、充填、运输，其中充填是其中重要一环。而充填钻孔是充填的喉舌，对它的保护和修复尤为重要。矿山充填在防止围岩移动，地表下沉、塌陷，降低贫化率等方面是矿山开采和地质保护的需要。

矿山充填方法有很多，有废石充填、尾砂充填、胶结充填，其中尾砂充填和胶结充填从成本和便利上考虑，基本上采用地表制备料浆，通过垂直钻孔和水平管道，经过分层处理，自流输送至所需充填采空区。

充填料浆浓度多为重量浓度65％—80％之间，为了便于输送，钻孔直径要大于150毫米。钻孔的形成过程为：根据地质情况选定坐标点，先用小钻具钻孔，再用大钻具扩孔，下管套，下内衬耐磨钢管，孔隙注浆等(如图1所示)。由于工艺原因，存在径向跳动，钻孔偏斜率≥1％。钻孔每米费用目前在3000元左右。

充填料浆输送过程为：料浆制备，向钻孔放入引路水，湿润垂直和水平管道管壁，接着放入制备好浆体。料浆进入钻孔产生重力加速度，同时由于钻孔自身的偏斜率，料浆在某个阶段将不断冲刷内衬耐磨钢管壁，加快磨损，进而产生钢管卷边、岩石破损现象，进而使钻孔报废。目前一般单个钻孔的使用寿命为100万立方米左右，使用寿命短。

因此，有必要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种自流输送矿山充填钻孔保护系统及修复方法。

本发明采用的技术方案为：一种自流输送矿山充填钻孔保护系统，包括充填导向管、地表输送管道和水平输送管道，所述充填导向管安装在充填孔内；所述地表输送管道上配置有加水阀，地表输送管道的出口与充填导向管的上端连通；所述水平输送管道上沿料浆流动方向依次配置有排气阀、第二球阀和第三球阀，水平输送管道的进料口与充填导向管的下端连通，水平输送管道的出料口与待充填的采空区连通。

按上述方案，在水平输送管道上还配置有第一球阀，排气阀、第一球阀、第二球阀和第三球阀依次布置。

按上述方案，所述第二球阀和第三球阀设于水平输送管道的出料口处；所述第一球阀与水平输送管道出料口之间的距离A为其中，H为充填钻孔12的长度，m；L为水平输送管道9的长度，m。

按上述方案，在排气阀上游的水平输送管道上设置第一流量计。

按上述方案，在加水阀下游的地表输送管道上安装有第二流量计。

按上述方案，所述第一流量计和第二流量计均为电磁流量计。

按上述方案，所述充填钻孔包括外套管体、内衬管体，以及设于外套管体和内衬管体之间的混凝土层。

本发明提供了一种自流输送充填钻孔修复方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、提供如上所述保护系统；

步骤三、料浆制备放料，打开第一球阀，同时观察两个流量计的读数，使二者读数与头天读数一致；计算流量为x米3/小时的水通过(H+L)距离所需的时间，完全打开第一球阀，水自出料口处第二球阀排出；待第二球阀的出水浑浊时，打开第三球阀，关闭第二球阀，正常充填。

按上述方案，所述充填钻孔和水平输送管道构成井下一级充填系统，所述地表输送管、充填钻孔以及水平输送管内在充填前均充满水。

按上述方案，将充填钻孔内破损的钢结构扫清后充填。

本发明的有益效果为：本发明在地表输送管道和水平输送管道上增设若干阀门，在浆料填充前利用所述系统在充填钻孔内充水，使料浆在整个充填过程中直接流入充填钻孔与水混合，浆流柱不与充填钻孔接触，有效防止了浆料对充填钻孔的冲击，延长了充填钻孔的使用寿命。

附图说明

图1为本实施例中充填钻孔的结构示意图。

图2为本实施例中充填钻孔破损的实物图。

图3为钻孔不偏斜时浆流柱在充填钻孔内的示意图。

图4为钻孔偏斜时浆流柱在充填钻孔内的示意图。

图5为本实施例中保护系统的示意图。

其中：1、第三球阀；2、第二球阀；3、第一球阀；4、排气阀；5、第一流量计；6、第二流量计；7、加水阀；8、充填导向管；9、水平输送管道；10、地表输送管道；11、浆流柱；12、充填钻孔；12.1、外套管体；12.2、内衬管体；12.3、混凝土层；13、搅拌槽。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

如图5所示的一种自流输送矿山充填钻孔保护系统，包括地表输送管道10、充填导向管8、充填钻孔12和水平输送管道9，所述地表输送管道10上配置有加水阀7，地表输送管道10的入口与搅拌槽13的底部连通，地表输送管10的出口与充填导向管8的上端连通；所述充填导向管8安装在充填钻孔12的上部；所述水平输送管道9上沿料浆流动方向依次配置有排气阀4、第二球阀2和第三球阀1，水平输送管道9的进料口与充填钻孔12的下端连通，充填钻孔12的出料口与待充填的采空区连通。

优选地，在水平输送管道9上还配置有第一球阀3，排气阀4、第一球阀3、第二球阀2和第三球阀1依次布置。所述第二球阀2和第三球阀1设于水平输送管道9的出料口处；所述第一球阀3与水平输送管道9出料口之间的距离A为其中，H为充填钻孔12的长度，m；L为水平输送管道9的长度，m。

优选地，在排气阀4上游的水平输送管道9上设置第一流量计5。在加水阀7下游的地表输送管道10上安装有第二流量计6。所述第一流量计5和第二流量计6均为电磁流量计。

本实施例所述充填管路系统具体配置如图2和图5所示，包括充填钻孔12、地表输送管道10和水平输送管道9，所述充填导向管8安装在充填钻孔12的孔口内；所述地表输送管道10位于地表，地表输送管道10的出口与充填导向管8的上端连通；所述水平输送管道9安装在充填钻孔12的下部，水平输送管道9的进料口与充填钻孔12的下端连通，水平输送管道9的出料口与待充填的采空区连通。应确保充填导向管8与充填孔的垂直度和同心度。所述充填钻孔12包括外套管体12.1、内衬管体12.2，以及设于外套管体12.1和内衬管体12.2之间的混凝土层12.3，如图1所示；通常充填钻孔12有几百米长，充填钻孔12孔口内的充填导向管仅有0.5米左右。

本实施例中，在水平输送管道9上沿料浆流动方向依次配置有第一流量计5、排气阀4、第一球阀3、第二球阀2和第三球阀1，其中，所述第二球阀2和第三球阀1设于水平输送管道9的出料口处，所述第一球阀3与水平输送管道9出料口之间的距离A为所述第一流量计5为电磁流量计；所述排气阀4优选球阀。

本实施例中，所述地表输送管道10的入口与料浆供应管道连通，地表输送管道10上沿料浆流动方向依次配置有加水阀7和第二流量计6。所述第二流量计6为电磁流量计。

从料浆进入充填钻孔12后的运动轨迹分析，流速为x米3/小时的料浆进入充填钻孔12后，呈现重力加速度倒锥体，直至达到终极加速度y，设定此时浆流注直径为d，充填钻孔12直径为D，则实际二者偏差为(D-d)。在理想状态下钻孔不偏斜，则浆流柱11始终不会与充填钻孔12的管壁接触，如图3所示。但实际操作中钻孔会有一定的偏斜率，浆流注11继续不断向下，与充填钻孔12的管壁接触(接触区域如图4所示)，产生紊乱现象，并向底部的水平输送管道9方向堆集和推移，同时充填钻孔12内料浆料位不断上升。当水平输送管道9内充满料浆至其出料口时(也即图4中N点)，充填钻孔12内临界点(空气与满管料浆分界处)位置分以下三种情况：①、临界点在接触点上部区域M1处，如图4；②、临界点位于接触点区域M点内，此时(∏R2×m+Πr2×L)÷x，(公式中Π为圆周率；R为钻孔半径，单位为m；m为充填钻孔12的高度，单位为m；r为水平输送管道9的半径，单位为m；L为水平输送管道9的长度，单位为m；x为浆流注的流速，单位为m3/h)，料浆冲刷5-10分钟后，在此区域继续冲刷；③、临界点在接触点以下M2。

在实际充填操作中，第二种情况(临界点位于接触点区域内)和第三种情况(临界点位于接触点区域以下M2)由于料浆将不断冲刷管壁，造成严重磨损，故多通过增阻、增加管道和弯头以满足充填倍线要求来解决。第一种情况(临界面在接触区域上部)，充填时料浆每次冲刷管壁5-10分钟，也会使充填钻孔12的管壁磨损，而本发明正是针对第一种情况提出的。

本发明的操作方法及工作原理如下：

1、打开出料口处的第二球阀2，关闭第一球阀3，打开排气阀4和加水阀7，向管内注水，待排气阀4出水后关闭排气阀4，使管内注满水，记录此时第一流量计5和第二流量计6的读数。

2、料浆制备放料，打开第一球阀3，同时观察两个流量计的读数，使二者读数与头天读数一致；计算流量为x米3/小时的水通过(H+L)距离所需的时间，完全打开第一球阀3，水自出料口处第二球阀2排出；待第二球阀2的出水浑浊时，打开第三球阀1，关闭第二球阀2，正常充填。

本发明中，所述充填钻孔12和水平输送管道10构成井下一级充填系统；自搅拌槽13高度以下的地表输送管10、充填钻孔12内，以及水平输送管9前(H+L)+50m以上，管内在充填前均充满水。所述修复是指用钻机将充填钻孔12内破损的钢结构扫清后按照上述充填法充填即可。

在料浆放料前期，由于充填钻孔12内注满了水，料浆与充填钻孔12的接触区域位于充填钻孔12水面以下，故料浆在整个充填过程中，均不会与充填钻孔12的管壁接触，从而有效保护了充填钻孔12。本发明中，流量计的目的是防止虹吸。修复时，用钻机将破损的充填钻孔破损部位拆除后，就可按上述方法进行充填，充填钻孔不再受到冲击磨损，只存在物理磨损，大大延长寿命。

最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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