本實用新型屬于尾礦充填的技術領域，具體涉及一種多管徑復雜走向膏體充填管道輸送實驗平臺。

背景技術：

管道輸送是礦山充填的關鍵工藝之一，其具體包括輸送參數(shù)設計、管網(wǎng)布置優(yōu)化以及泵送設備選型等內(nèi)容，而上述問題解決的關鍵在于對充填料漿管道輸送阻力的確定；輸送阻力估算過大，則可能導致設計過于保守，增加泵送設備投資；輸送阻力估算過小，又可能導致設備選型不合理，造成堵管事故頻發(fā)、充填效率低下等問題；

對于傳統(tǒng)的低濃度充填料漿，如分級尾砂充填、水砂充填等，其管流阻力可通過較為成熟的固-液兩相流理論來進行計算；但對于高濃度全尾砂/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，目前尚未有準確、可靠的理論計算方法。管道輸送實驗是獲得精確管流阻力較為可靠的手段。

國內(nèi)外學者圍繞充填料管道輸送實驗裝置進行了一系列的研究，如一種管道輸送實驗平臺(專利號：CN 204901347 U)，一種料漿輸送倍線環(huán)管實驗系統(tǒng)(專利號：CN 203385569 U)，膏體充填環(huán)管模擬試驗系統(tǒng)(CN 201588653U)。

縱觀上述試驗裝置，具有以下特點：1)試驗管道材質(zhì)、管徑規(guī)格過于單一。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，多管徑實驗平臺更利于開展針對性的研究；2)試驗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)的布置較為復雜，存在多種走向形式，而事實上管道走向?qū)τ诔涮盍?，尤其是高濃度充填料的流動阻力具有重要的影響作用?)試驗系統(tǒng)的泵送裝置一般選用渣漿泵，其在工作原理上與工業(yè)應用的柱塞泵存在較大差別，導致試驗測試結果并不能反映現(xiàn)場生產(chǎn)的實際情況，如管內(nèi)壓力脈沖等特點。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本實用新型提供了一種多管徑復雜走向膏體充填管道輸送試驗平臺，目的是通過膏體充填管道輸送的模擬實驗，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)設計、管網(wǎng)布置優(yōu)化以及泵送設備選型等工程問題提供依據(jù)。本實用新型的技術方案如下：

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

進一步的，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置有彎頭。

進一步的，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。

進一步的，所述試驗管道的最低點均設置有排泄口，以便實驗過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行連接，便于快速拆裝；所述試驗管道循環(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、電動插板閥和電動球閥，所述液壓換向閥設有多個，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，所述旁通分別與對應的環(huán)管連接，通過液壓控制閥體伸縮，可實現(xiàn)充填料在多種試驗管道間的任意切換；所述電動插板閥位于攪拌裝置和泵送裝置之間的管道上；所述電動球閥安裝于環(huán)管的后端以及匯合管與排料管道的連接處，通過相關閥門的啟閉，可以控制充填料循環(huán)實驗或者外排；上述閥門的控制均通過分布式控制系統(tǒng)(DCS)在計算機控制畫面上遠程操作。

進一步的，還包括檢測裝置，所述檢測裝置包括電磁流量計、超聲波濃度計以及多個隔膜壓力變送器，所述電磁流量計和超聲波濃度計設置于所述主管道靠近泵送裝置的一端，用以對管道輸送的流量、濃度等工況參數(shù)進行實時檢測，所述隔膜壓力變送器設置于所述環(huán)管的不同走向段的兩端，用以對管內(nèi)壓力進行實時檢測，通過計算則可獲得充填料在相應條件下的管流阻力損失，上述檢測裝置的檢測數(shù)據(jù)均通過分布式控制系統(tǒng)在計算機上實時采集、記錄。

進一步的，所述主管道靠近泵送裝置的一端設置有用以減弱系統(tǒng)運行的脈沖振動的隔膜蓄能器；所述主管道上設置有沖洗水入口，通過電動閥門與外部沖洗水連接，以便實驗結束后沖洗管道。

進一步的，所述泵送裝置為工業(yè)級充填柱塞泵，其通過變頻控制能夠?qū)崿F(xiàn)對輸送流量的調(diào)節(jié)。

進一步的，所述攪拌裝置為雙螺旋臥式攪拌機，不僅具有攪拌功能，同時兼具儲料的作用，確保系統(tǒng)持續(xù)循環(huán)運行，即試驗物料在臥式攪拌機內(nèi)充分拌合后，下放至充填柱塞泵中，并在試驗管道內(nèi)循環(huán)流動再返回攪拌機。

本實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)級設備，管道輸送模擬實驗的工況與實際充填生產(chǎn)高度一致，從而保證了實驗數(shù)據(jù)的準確性及工業(yè)意義；

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

3、所述試驗管道壓力檢測點的布置較為全面，通過實驗能夠獲取到不同管徑、走向、工況條件下充填料的管流阻力，從而實現(xiàn)充填管道輸送系統(tǒng)的精細化設計；

4、所述試驗管道上設置有隔膜蓄能器，能夠降低試驗過程中柱塞泵脈沖對試驗數(shù)據(jù)的影響，同時管道間采用溝槽式快速接頭連接，能夠快速拆裝。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2是本實用新型的主管道連接的主視圖；

圖3是本實用新型的主管道連接的俯視圖。

附圖標記說明：1—配料裝置；2—雙螺旋臥式攪拌機；3—充填柱塞泵；4—主管道；5—隔膜式蓄能器；6—電磁流量計；7—超聲波濃度計；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—電動插板閥；15—電動球閥；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。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型的范圍。

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

試驗管道可設計為常用的充填工業(yè)管道，試驗管道由部分主管道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3一端設置有隔膜蓄能器5用以減弱系統(tǒng)運行的脈沖振動，同時主管路上設置有沖洗水入口13，通過電動閥門15與外部新水連接，以便實驗結束后的管道沖洗；在本實施例中，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試管段，盡可能模擬實際井下充填管道的不同走向形式；在水平測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均設置有排泄口，以便實驗過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進行連接，便于快速拆裝。所述試驗管道循環(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2，另一路通過排料管路17外排。

試驗管道間的切換通過控制裝置實現(xiàn)，控制裝置主要包括：液壓換向閥8、電動插板閥14、電動球閥15以及DCS控制系統(tǒng)；液壓換向閥8安裝于主管道4上，旁路與試驗管道連接，通過多個液壓換向閥8的組合，則可實現(xiàn)多條試驗管道的切換；電動球閥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2，亦或通過排料管道17外排；上述動作均通過DCS控制系統(tǒng)由計算機遠程操作。

所述檢測裝置包括電磁流量計6、超聲波濃度計7以及多個隔膜壓力變送器16，所述電磁流量計6和超聲波濃度計7設置于所述充填柱塞泵3的出口端，用以對管道輸送的流量、濃度等工況參數(shù)進行實時檢測，所述隔膜壓力變送器16設置于所述環(huán)管的不同走向段的兩端，用以對管內(nèi)壓力進行實時檢測，計算實驗管段兩端的壓力差，其差除以管長，即可獲得充填料單位長度的管流阻力損失，上述檢測裝置的檢測數(shù)據(jù)均通過DCS控制系統(tǒng)在計算機上實時采集、記錄。

膏體充填管道輸送實驗的方法按照如下步驟進行：

(1)計算單次實驗所需的物料用量，通過配料裝置1將充填物料按照實驗設計的配比、濃度輸送至雙螺旋臥式攪拌機2中；

(2)開啟雙螺旋臥式攪拌機2，待物料充分拌合后，開啟電動插板閥14將物料下放；選擇設計的試驗管道，控制相關液壓換向閥8及電動球閥15的切換到位；

(3)開啟充填柱塞泵3，設定輸送泵速，運行一段時間，直至充填料通過試驗管道內(nèi)返回至雙螺旋臥式攪拌機2，待隔膜壓力變送器16的檢測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，即完成該流量工況下的管輸試驗；調(diào)節(jié)充填柱塞泵3泵速改變輸送流量，在重復前述流程進行試驗，獲取不同流量條件下的管流阻力損失；

(4)控制相關液壓換向閥8動作，切換試驗管道，再依次開展不同流量條件下的管道輸送試驗；

(5)通過外部配料裝置1向攪拌機內(nèi)摻入設計量的清水或干物料，對充填料漿的濃度進行調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)對不同濃度充填料漿管流阻力損失的試驗研究；

(6)試驗結束后，通過切換相應的電動球閥15，將試驗管道切換至排料模式，一邊向雙螺旋臥式攪拌機3內(nèi)物料加水稀釋，一邊通過充填柱塞泵3將物料外排，待觀察到管內(nèi)料漿濃度較低時，關閉充填柱塞泵3，打開沖洗水入口13閥門，通過外部清水對管道進行反復清洗，直至管內(nèi)排出清水，結束后，打開試驗管道各點泄水閥，將管內(nèi)存水排盡。

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