一种基于低频脉冲的矿山充填料浆沉降离析控制系统与方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于低频脉冲的矿山充填料浆沉降离析控制系统与方法。该系统的充填管道设置在矿山井巷内，低频脉冲泵压系统的入口通过扰流管并联入充填管道，低频脉冲泵压系统的出口通过射流管与充填管道连通，管道蓄能器设置在充填管道上，在线流变监测系统、充填管道压力监测装置、充填管道流量监测装置均设置在充填管道上，脉冲泵压输出管压力监测装置、脉冲泵压输出管流量监测装置均设置在射流管上，数据采集仪采集低频脉冲泵压系统、管道蓄能器、在线流变监测装置、充填管道压力监测装置、充填管道流量监测装置、脉冲泵压输出管压力监测装置、脉冲泵压输出管流量监测装置的数据。本发明专利技术改变充填料浆的沉降离析状态，实现高效稳态输送。

【技术实现步骤摘要】
一种基于低频脉冲的矿山充填料浆沉降离析控制系统与方法
本专利技术涉及一种基于低频脉冲的矿山充填料浆沉降离析控制系统与方法，属于矿业工程

技术介绍
矿山充填采矿法是支撑绿色开采与深部资源开采的重要方法，充填料浆多采用泵压或自流输送的方式通过管道输送到井下采空区，实现预定充填功能。充填料浆主要由全尾砂、矿山废石、水泥、添加剂和水等多种复杂材料组成。具有粒级分布广、固体含量高、颗粒表面化学作用强等特点，在这些因素的交互影响作用下，膏体呈现出可塑、稳定等宏观特性，在管道中易出现固体颗粒的沉降与离析现象，形成堵管和爆管的重大隐患，不利于管道安全、稳定地输送。充填料浆的管道输送是整个充填环节的“咽喉工程”，充填料浆在管道输送中的任何事故都将导致充填程序中断，管道输送的恢复需要花费大量时间、人力与财力。
技术实现思路
针对现有矿山充填采矿法中多尺度散体颗粒在输送管道中的沉降的技术问题，本专利技术提供一种基于低频脉冲的矿山充填料浆沉降离析控制系统，本专利技术通过高能量的低频脉冲波扰动颗粒的沉降状态，使其在较长时间内处于悬浮状态，降低沿程阻力损失，同时减少充填管道底部应力集中导致的堵管风险。本专利技术可依据料浆流变学状态定向为充填料浆提供低频脉冲，改变沉降离析状态，解决长距离输送中复合充填料浆沉降离析而导致的堵管、爆管等问题，实现充填料浆的高效稳态输送。本专利技术为解决其技术问题而采用的技术方案是：一种基于低频脉冲的矿山充填料浆沉降离析控制系统，包括充填管道1、低频脉冲泵压系统、管道蓄能器12、在线流变监测装置、充填管道压力监测装置、充填管道流量监测装置、脉冲泵压输出管压力监测装置、脉冲泵压输出管流量监测装置、数据采集仪16。充填管道1设置在矿山井巷内，低频脉冲泵压系统的入口通过扰流管4并联入充填管道1，低频脉冲泵压系统的出口通过射流管5与充填管道1连通，扰流管4位于射流管5的上游，管道蓄能器12设置在充填管道1上且位于低频脉冲泵压系统的下游，在线流变监测系统、充填管道压力监测装置、充填管道流量监测装置均设置在充填管道1上，脉冲泵压输出管压力监测装置、脉冲泵压输出管流量监测装置均设置在射流管5上，低频脉冲泵压系统、管道蓄能器12、在线流变监测装置、充填管道压力监测装置、充填管道流量监测装置、脉冲泵压输出管压力监测装置、脉冲泵压输出管流量监测装置均通过数据线与数据采集仪16连接。所述基于低频脉冲的矿山充填料浆沉降离析控制系统还包括计算机17，数据采集仪16与计算机17连接。进一步的，所述低频脉冲泵压系统包括液压站3和低频柱塞泵2，液压站3和低频柱塞泵2连接，低频柱塞泵2的入口通过扰流管4并联入充填管道1，低频柱塞泵2的出口通过射流管5与充填管道1连通。所述脉冲泵压输出管压力监测装置为压力计III10，脉冲泵压输出管流量监测装置为流量计III11。所述充填管道压力监测装置包括压力计I8和压力计II13，压力计I8设置在低频脉冲泵压系统上游的充填管道1上，压力计II13设置在管道蓄能器12下游的充填管道1上；充填管道流量监测装置包括流量计I9和流量计II14，流量计I9设置在低频脉冲泵压系统上游的充填管道1上，流量计II14设置在管道蓄能器12下游的充填管道1上。所述在线流变监测装置包括在线流变仪I7和在线流变仪II15，在线流变仪I7设置在充填管道压力监测装置上游的充填管道1上，在线流变仪II15设置在管道蓄能器12下游的充填管道1上，充填管道压力监测装置和充填管道流量监测装置均位于在线流变仪I7与在线流变仪II15之间。优选的，所述在线流变仪II15与射流管5的距离不小于5m。优选的，所述充填管道1的管道直径为50～200mm，充填管道1输送流量在60～300m3/h；低频脉冲泵压系统的释放正向低频脉冲压力，释放频率为0.1～3次/min，最大脉冲压力为5～30MPa；管道蓄能器12为隔膜式蓄能器，隔膜式蓄能器最大承受压力为低频脉冲泵压系统最大脉冲压力的1.3～2.0倍。优选的，在线流变仪I7和在线流变仪II15的剪切应力测定范围为0～1000Pa，剪切速率测定范围0～500s-1，压力计I8和压力计II13的最大测量值为5～30MPa，流量计I9和流量计II14的最大测量值为60～300m3/h，压力计I8、压力计II13、流量计I9和流量计II14的测试范围根据充填管道1内的充填料浆对充填管道1内壁的压力和充填料浆的流量进行选择。进一步的，扰流管4上设置有阀门6；以充填管道1的充填料浆流动方向计，所述扰流管4位于射流管5的上游即扰流管4比射流管5比射流管5更靠近充填管道1的充填料浆入口，所述管道蓄能器12设置在充填管道1上且位于低频脉冲泵压系统的下游即低频脉冲泵压系统比管道蓄能器12更靠近充填管道1的充填料浆入口，所述压力计I8设置在低频脉冲泵压系统上游的充填管道1上即压力计I8比低频脉冲泵压系统更靠近充填管道1的充填料浆入口，所述压力计II13设置在管道蓄能器12下游的充填管道1上即管道蓄能器12比压力计II13更靠近充填管道1的充填料浆入口，所述流量计I9设置在低频脉冲泵压系统上游的充填管道1上即流量计I9比低频脉冲泵压系统更靠近充填管道1的充填料浆入口，所述流量计II14设置在管道蓄能器12下游的充填管道1上即管道蓄能器12比流量计II14更靠近充填管道1的充填料浆入口，所述在线流变仪I7设置在充填管道压力监测装置上游的充填管道1上即在线流变仪I7比充填管道压力监测装置更靠近充填管道1的充填料浆入口，在线流变仪II15设置在管道蓄能器12下游的充填管道1上即管道蓄能器12比在线流变仪II15更靠近充填管道1的充填料浆入口；所述管道蓄能器可以吸收部分脉冲峰值压力并缓慢释放，延长脉冲波长；低频脉冲泵压系统与管道蓄能器使得充填料浆中沉降在管道底部或处于沉降中的惰性颗粒在低频高能脉冲扰动下，重新处于悬浮状态，有效控制伪均质充填料浆的沉降离析现象。由于充填管道1输送流量在60～300m3/h，扰流管4输入流量远小于充填管道1的输出流量，故相对于充填管道1的输送流量而言，扰流管4输入流量可忽略不计，低频脉冲泵压系统仅提供低频高压脉冲波。采用基于低频脉冲的矿山充填料浆沉降离析控制系统进行控制的方法：(1)装配好基于低频脉冲的矿山充填料浆沉降离析控制系统的充填管道、低频脉冲泵压系统、管道蓄能器、在线流变监测装置、充填管道压力监测装置、充填管道流量监测装置、脉冲泵压输出管压力监测装置、脉冲泵压输出管流量监测装置、数据采集仪，并将低频脉冲泵压系统、管道蓄能器、在线流变监测装置、充填管道压力监测装置、充填管道流量监测装置、脉冲泵压输出管压力监测装置、脉冲泵压输出管流量监测装置均通过数据线与数据采集仪连接，数据采集仪可与计算机连接以实现数据的自动化存储和计算分析；(2)配置充填料浆，并将充填料浆以自流方式通过充填管道输送，充填料浆进入扰流管前，通过在线流变监测装置监测获取充填管道底部充填料浆的初始t0时刻的剪切应力和剪切速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于低频脉冲的矿山充填料浆沉降离析控制系统，其特征在于：包括充填管道(1)、低频脉冲泵压系统、管道蓄能器(12)、在线流变监测装置、充填管道压力监测装置、充填管道流量监测装置、脉冲泵压输出管压力监测装置、脉冲泵压输出管流量监测装置、数据采集仪(16)，/n充填管道(1)设置在矿山井巷内，低频脉冲泵压系统的入口通过扰流管(4)并联入充填管道(1)，低频脉冲泵压系统的出口通过射流管(5)与充填管道(1)连通，扰流管(4)位于射流管(5)的上游，管道蓄能器(12)设置在充填管道(1)上且位于低频脉冲泵压系统的下游，在线流变监测系统、充填管道压力监测装置、充填管道流量监测装置均设置在充填管道(1)上，脉冲泵压输出管压力监测装置、脉冲泵压输出管流量监测装置均设置在射流管(5)上，低频脉冲泵压系统、管道蓄能器(12)、在线流变监测装置、充填管道压力监测装置、充填管道流量监测装置、脉冲泵压输出管压力监测装置、脉冲泵压输出管流量监测装置均通过数据线与数据采集仪(16)连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于低频脉冲的矿山充填料浆沉降离析控制系统，其特征在于：包括充填管道(1)、低频脉冲泵压系统、管道蓄能器(12)、在线流变监测装置、充填管道压力监测装置、充填管道流量监测装置、脉冲泵压输出管压力监测装置、脉冲泵压输出管流量监测装置、数据采集仪(16)，
充填管道(1)设置在矿山井巷内，低频脉冲泵压系统的入口通过扰流管(4)并联入充填管道(1)，低频脉冲泵压系统的出口通过射流管(5)与充填管道(1)连通，扰流管(4)位于射流管(5)的上游，管道蓄能器(12)设置在充填管道(1)上且位于低频脉冲泵压系统的下游，在线流变监测系统、充填管道压力监测装置、充填管道流量监测装置均设置在充填管道(1)上，脉冲泵压输出管压力监测装置、脉冲泵压输出管流量监测装置均设置在射流管(5)上，低频脉冲泵压系统、管道蓄能器(12)、在线流变监测装置、充填管道压力监测装置、充填管道流量监测装置、脉冲泵压输出管压力监测装置、脉冲泵压输出管流量监测装置均通过数据线与数据采集仪(16)连接。


2.根据权利要求1所述基于低频脉冲的矿山充填料浆沉降离析控制系统，其特征在于：还包括计算机(17)，数据采集仪(16)与计算机(17)连接。


3.根据权利要求1或2所述基于低频脉冲的矿山充填料浆沉降离析控制系统，其特征在于：低频脉冲泵压系统包括液压站(3)和低频柱塞泵(2)，液压站(3)和低频柱塞泵(2)连接，低频柱塞泵(2)的入口通过扰流管(4)并联入充填管道(1)，低频柱塞泵(2)的出口通过射流管(5)与充填管道(1)连通。


4.根据权利要求1所述基于低频脉冲的矿山充填料浆沉降离析控制系统，其特征在于：脉冲泵压输出管压力监测装置为压力计III(10)，脉冲泵压输出管流量监测装置为流量计III(11)，充填管道压力监测装置包括压力计I(8)和压力计II(13)，压力计I(8)设置在低频脉冲泵压系统上游的充填管道(1)上，压力计II(13)设置在管道蓄能器(12)下游的充填管道(1)上；充填管道流量监测装置包括流量计I(9)和流量计II(14)，流量计I(9)设置在低频脉冲泵压系统上游的充填管道(1)上，流量计II(14)设置在管道蓄能器(12)下游的充填管道(1)上；在线流变监测装置包括在线流变仪I(7)和在线流变仪II(15)，在线流变仪I(7)设置在充填管道压力监测装置上游的充填管道(1)上，在线流变仪II(15)设置在管道蓄能器(12)下游的充填管道(1)上，充填管道压力监测装置和充填管道流量监测装置均位于在线流变仪I(7)与在线流变仪II(15)之间。


5.根据权利要求4所述基于低频脉冲的矿山充填料浆沉降离析控制系统，其特征在于：在线流变仪II(15)与射流管(5)的距离不小于5m，充填管道(1)的管道直径为50～200mm，充填管道(1)输送流量在60～300m3/h；低频脉冲泵压系统的释放正向低频脉冲压力，释放频率为0.1～3次/min，最大脉冲压力为5～30MPa；管道蓄能器(12)为隔膜式蓄能器，隔膜式蓄能器最大承受压力为低频脉冲泵压系统最大脉冲压力的1.3～2.0倍。


6.基于低频脉冲的矿山充填料浆沉降离析控制方法，其特征在于：采用基于低频脉冲的矿山充填料浆沉降离析控制系统，具体步骤如下：
(1)装配好基于低频脉冲的矿山充填料浆沉降离析控制系统的充填管道、低频脉冲泵压系统、管道蓄能器、在线流变监测装置、充填管道压力监测装置、充填管道流量监测装置、脉冲泵压输出管压力监测装置、脉冲泵压输出管流量监测装置、数据采集仪，并将低频脉冲泵压系统、管道蓄能器、在线流变监测装置、充填管道压力监测装置、充填管道流量监测装置、脉冲泵压输出管压力监测装置、脉冲泵压输出管流量监测装置均通过数据线与数据采集仪连接，数据采集仪与计算机连接以实现数据的自动化存储和计算分析；
(2)配置充填料浆，并将...

【专利技术属性】
技术研发人员：程海勇，张小强，吴顺川，朱加琦，张光，张化进，刘津，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53