本發(fā)明涉及一種利用高壓空氣輸送膏體的裝置及方法，屬于礦山充填開采中充填料漿管道輸送技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前許多礦區(qū)面對著傳統(tǒng)技術(shù)無法開采的“三下”（建筑物下、鐵路下、水體下）壓煤難題。為了充分采出這些礦井“三下”煤炭資源，延長服務(wù)年限，需要充填開采來解放“三下”壓煤。膏體充填指把煤礦周圍的矸石、粉煤灰、劣質(zhì)土、城市固體垃圾等在地面加工成膏體，經(jīng)過管道輸送到采空區(qū)進行充填的方法。

目前礦山充填料漿輸送方法主要有自流輸送和泵壓輸送兩種。自流輸送對充填倍線的要求較高，對于一些充填倍線較大的采空區(qū)，為了保證漿體在重力作用下流到采空區(qū)，不得不降低濃度進行輸送，但是會帶來料漿離析、采空區(qū)排水費用增加、污染井下環(huán)境等一系列問題；泵壓輸送指利用膏體充填泵對充填膏體進行加壓輸送，是在泵送混凝土的基礎(chǔ)上而發(fā)展起來的一種充填方式。充填膏體采用的是一次泵送，遠(yuǎn)距離管道運送的方式。當(dāng)工作面充填結(jié)束后，管道內(nèi)還留有大量的充填膏體。為了防止膏體在管道內(nèi)長時間停留而造成的堵管問題，通常在充填結(jié)束后采取泵送灰漿的方式，利用灰漿把管道內(nèi)膏體推送出去。這樣不僅造成了膏體充填料的大量浪費，還增加了灰漿的成本。待膏體排出后，還需要用水把灰漿排除出去，增加了井下的排水負(fù)擔(dān)。

井下充填料擠壓輸送方法及裝置（中國專利cn96118020.x）通過在充填管道中安裝活塞式擠壓機構(gòu)來輸送充填料漿，使用該方法進行充填后，與傳統(tǒng)的自流輸送和泵壓輸送方式一樣在管道內(nèi)會遺留有大量充填膏體，為了下次充填工作的進行，不得不對這部分膏體和管道進行清理，這樣不僅增加了充填成本，還會對井下環(huán)境造成污染。

由于這些問題的存在，限制了膏體充填開采技術(shù)在更大范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用，因此，需要尋找新的充填管道輸送方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種利用高壓空氣輸送膏體的裝置及方法，該方法簡單易行、可操作性強，使充填工藝更加簡單化，很好地解決了礦山充填料漿的輸送問題。

本發(fā)明提供了一種利用高壓空氣輸送膏體的裝置，包括料漿漏斗、充填泵、高壓空氣輸送裝置、流量計、plc控制器；

所述料漿漏斗與充填管道連接，料漿漏斗下方設(shè)有充填泵，充填泵的出口方向管道上設(shè)有流量計，所述充填泵的出口端連接高壓空氣輸送裝置；在充填管道上設(shè)有一個或多個高壓空氣輸送裝置；所述高壓空氣輸送裝置的個數(shù)由單個高壓空氣輸送裝置的輸送能力和充填管道的長度決定。

所述高壓空氣輸送裝置包括t型三通管、電液動截止閥、濃度計、單向閥、高壓空氣泵，t型三通管的三段管道分別為膏體進口管、高壓空氣進口管、膏體出口管，且膏體進口管和膏體出口管在同一水平方向上，膏體進口管上安裝有截止閥和濃度計，高壓空氣進口管安裝有單向閥，在高壓空氣進口管管口到管道內(nèi)部方向上單向閥開通，反方向則關(guān)閉，高壓空氣進口管連接高壓空氣泵；

所述充填泵、高壓空氣輸送裝置的電液動截止閥、濃度計、高壓空氣泵連接到同一臺plc控制器上，由plc控制器控制。

上述裝置中，所述t型三通管的膏體進口管和膏體出口管通過法蘭盤連接在充填管道之間，所述t型三通管的管徑與充填管道的管徑相同。

上述裝置中，所述高壓空氣的壓強為3～10mpa，高壓空氣進口管的承壓能力不低于30mpa。

上述裝置中，所述plc控制器的型號為s7-400。

本發(fā)明提供了一種利用高壓空氣輸送膏體的方法，包括以下步驟：

（1）把高壓空氣輸送裝置連接在充填管道之間，高壓空氣輸送裝置的個數(shù)由單個高壓空氣輸送裝置的輸送能力和充填管道的長度決定，高壓空氣輸送裝置的電液動截止閥、濃度計、高壓空氣泵與地面上的plc控制器連接；

（2）正式輸送膏體之前打開充填管道上所有高壓空氣輸送裝置的高壓空氣泵，并保持所有截止閥打開，利用高壓空氣對整個充填管道進行清洗；(高壓空氣的壓強為3～10mpa；

（3）充填管道清洗完畢后，按指定配比制備膏體充填料漿，所制備的充填料漿為不離析、不泌水、不沉降，具有良好可塑性和流動性的結(jié)構(gòu)流膏體，混合均勻后裝入料漿漏斗；

（4）啟動充填泵進行泵送，在泵送的同時不斷向料漿漏斗中加入充填料漿，在泵送情況下料漿漏斗不得放空，為了保持泵送的連續(xù)性，料面高度要保持500mm以上；

（5）觀察流量計的值，待泵送至充填工作面所需的量時，由plc控制充填泵停止泵送，此時管道內(nèi)還留有大量充填膏體；

（6）plc控制離充填泵最近的高壓空氣輸送裝置的高壓空氣泵打開、電液動截止閥關(guān)閉，此時高壓空氣泵輸出的高壓空氣在充填管道內(nèi)對充填膏體進行推送；

（7）待下一個高壓空氣輸送裝置的濃度計檢測不到濃度時，關(guān)閉此高壓空氣輸送裝置的電液動截止閥并開啟高壓空氣泵，高壓空氣繼續(xù)推動膏體前進；

（8）重復(fù)步驟（7），直至充填工作面的充填管道內(nèi)沒有充填膏體輸出；

（9）由plc控制所有高壓空氣輸送裝置的電液動截止閥打開并啟動所有高壓空氣泵，每一個高壓空氣輸送裝置的高壓空氣泵對其與下一個高壓空氣輸送裝置之間的充填管道進行清洗；

（10）清洗完畢后關(guān)閉所有高壓空氣泵，等待執(zhí)行下一個充填工序。

本發(fā)明的原理：膏體在充填管道內(nèi)進行輸送時主要以“柱塞流”的形式運動。本發(fā)明利用高壓空氣作為推力，使得膏體在輸送過程中在管道內(nèi)始終保持柱塞流狀態(tài)而柱芯內(nèi)部不發(fā)生相對運動，通過在充填管道之間布置多個高壓空氣輸送裝置，以“接力”的方式把管道內(nèi)的膏體推送至充填工作面，很好地解決了目前膏體充填開采中的原料浪費、充填工藝復(fù)雜的問題。

本發(fā)明的有益效果：

該方法簡單易行，裝置可操作性好，使充填工藝更加簡單化；本發(fā)明不但解決了傳統(tǒng)充填工序結(jié)束后管道內(nèi)遺留充填膏體清理工序復(fù)雜的問題，而且增大了充填膏體料漿的利用率，同時減少了灰漿和水的使用量，降低了井下的排水負(fù)擔(dān)，減小了對井下的環(huán)境污染。

附圖說明

圖1為本發(fā)明利用高壓空氣輸送膏體的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為高壓空氣輸送裝置的放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1為料漿漏斗，2為充填泵，3為充填管道，4為流量計，5為t型三通管，6為截止閥，7為濃度計，8為單向閥，9為高壓空氣泵，10為法蘭盤，11為plc控制器，12為充填工作面。

具體實施方式

下面通過實施例來進一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實施例。

實施例1：

如圖1~2所示，一種利用高壓空氣輸送膏體的裝置，包括料漿漏斗1、充填泵2、高壓空氣輸送裝置、流量計4、plc控制器11；

所述料漿漏斗1與充填管道3連接，料漿漏斗1下方設(shè)有充填泵2，充填泵2的出口方向管道上設(shè)有流量計4，所述充填泵2的出口端連接高壓空氣輸送裝置；在充填管道3上設(shè)有一個或多個高壓空氣輸送裝置；所述高壓空氣輸送裝置的個數(shù)由單個高壓空氣輸送裝置的輸送能力和充填管道的長度決定。

所述高壓空氣輸送裝置包括t型三通管5、電液動截止閥6、濃度計7、單向閥8、高壓空氣泵9，t型三通管5的三段管道分別為膏體進口管、高壓空氣進口管、膏體出口管，且膏體進口管和膏體出口管在同一水平方向上，膏體進口管上安裝有截止閥6和濃度計7，高壓空氣進口管安裝有單向閥8，在高壓空氣進口管管口到管道內(nèi)部方向上單向閥開通，反方向則關(guān)閉，高壓空氣進口管連接高壓空氣泵9；

所述充填泵2、高壓空氣輸送裝置的電液動截止閥6、濃度計7、高壓空氣泵9連接到同一臺plc控制器11上，由plc控制器控制。

上述裝置中，所述t型三通管5的膏體進口管和膏體出口管通過法蘭盤連接在充填管道之間，所述t型三通管的管徑與充填管道的管徑相同。

上述裝置中，所述高壓空氣的壓強為3～10mpa，高壓空氣進口管的承壓能力不低于30mpa。

上述裝置中，所述plc控制器11的型號為s7-400。

本發(fā)明提供了一種利用高壓空氣輸送膏體的方法，包括以下步驟：

（1）把高壓空氣輸送裝置連接在充填管道之間，高壓空氣輸送裝置的個數(shù)由單個高壓空氣輸送裝置的輸送能力和充填管道的長度決定，高壓空氣輸送裝置的電液動截止閥6、濃度計7、高壓空氣泵9與地面上的plc控制器11連接；

（2）正式輸送膏體之前打開充填管道上所有高壓空氣輸送裝置的高壓空氣泵，并保持所有截止閥打開，利用高壓空氣對整個充填管道進行清洗；高壓空氣的壓強為3～10mpa；

（3）充填管道清洗完畢后，制備膏體充填料漿，配比為：0～5mm細(xì)粒級煤矸石用量為285kg/m³，5～10mm中粒級煤矸石用量為332.5kg/m³、10～15mm粗粒級煤矸石用量為332.5kg/m³，水泥和粉煤灰的用量分別為190kg/m³和380kg/m³，水用量為380kg/m³，充填料漿的質(zhì)量濃度為80%，所制備的充填料漿為不離析、不泌水、不沉降，具有良好可塑性和流動性的結(jié)構(gòu)流膏體，混合均勻后裝入料漿漏斗；

（4）啟動充填泵進行泵送，在泵送的同時不斷向料漿漏斗中加入充填料漿，在泵送情況下料漿漏斗不得放空，料面高度要保持500mm以上；

（5）觀察流量計的值，待泵送至充填工作面所需的量時，由plc控制充填泵停止泵送，此時管道內(nèi)還留有大量充填膏體；

（6）plc控制離充填泵最近的高壓空氣輸送裝置的高壓空氣泵打開、電液動截止閥關(guān)閉，此時高壓空氣泵輸出的高壓空氣在充填管道內(nèi)對充填膏體進行推送；

（7）待下一個高壓空氣輸送裝置的濃度計檢測不到濃度時，關(guān)閉此高壓空氣輸送裝置的電液動截止閥并開啟高壓空氣泵，高壓空氣繼續(xù)推動膏體前進；

（8）重復(fù)步驟（7），直至充填工作面的充填管道內(nèi)沒有充填膏體輸出；

（9）由plc控制所有高壓空氣輸送裝置的電液動截止閥打開并啟動所有高壓空氣泵，每一個高壓空氣輸送裝置的高壓空氣泵對其與下一個高壓空氣輸送裝置之間的充填管道進行清洗；

（10）清洗完畢后關(guān)閉所有高壓空氣泵，等待執(zhí)行下一個充填工序。