權(quán)利要求

1.自流輸送礦山充填鉆孔保護系統(tǒng)，其特征在于，包括地表輸送管道、充填導(dǎo)向管、充填鉆孔和水平輸送管道，所述地表輸送管道上配置有加水閥，地表輸送管道的出口與充填導(dǎo)向管的上端連通；所述充填導(dǎo)向管安裝在充填鉆孔的頂部內(nèi)；所述地表輸送管道上配置有加水閥，地表輸送管道的出口與充填導(dǎo)向管的上端連通；所述水平輸送管道上沿料漿流動方向依次配置有排氣閥、第二球閥和第三球閥，水平輸送管道的進料口與充填鉆孔的下端連通，水平輸送管道的出料口與待充填的采空區(qū)連通。

2.如權(quán)利要求1所述的自流輸送礦山充填鉆孔保護系統(tǒng)，其特征在于，在水平輸送管道上還配置有第一球閥，排氣閥、第一球閥、第二球閥和第三球閥依次布置。

3.如權(quán)利要求1所述的自流輸送礦山充填鉆孔保護系統(tǒng)，其特征在于，所述第二球閥和第三球閥設(shè)于水平輸送管道的出料口處；所述第一球閥與水平輸送管道出料口之間的距離A為其中，H為充填鉆孔的高度，m；L為水平輸送管道的長度，m。

4.如權(quán)利要求1所述的自流輸送礦山充填鉆孔保護系統(tǒng)，其特征在于，在排氣閥上游的水平輸送管道上設(shè)置第一流量計。

5.如權(quán)利要求5所述的自流輸送礦山充填鉆孔保護系統(tǒng)，其特征在于，在加水閥下游的地表輸送管道上安裝有第二流量計。

6.如權(quán)利要求5所述的自流輸送礦山充填鉆孔保護系統(tǒng)，其特征在于，所述第一流量計和第二流量計均為電磁流量計。

7.如權(quán)利要求1所述的自流輸送礦山充填鉆孔保護系統(tǒng)，其特征在于，所述充填鉆孔包括外套管體、內(nèi)襯管體，以及設(shè)于外套管體和內(nèi)襯管體之間的混凝土層。

8.一種自流輸送充填鉆孔修復(fù)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、提供權(quán)利要求1～7中任意一項所述保護系統(tǒng)；

步驟二、打開出料口處的第二球閥，關(guān)閉第一球閥，打開排氣閥和加水閥7，向管內(nèi)注水，待排氣閥出水后關(guān)閉排氣閥，使管內(nèi)注滿水，記錄此時第一流量計和第二流量計的讀數(shù)；

步驟三、料漿制備放料，打開第一球閥，同時觀察兩個流量計的讀數(shù)，使二者讀數(shù)與頭天讀數(shù)一致；計算流量為x米3/小時的水通過距離所需的時間，完全打開第一球閥，水自出料口處第二球閥排出；待第二球閥的出水渾濁時，打開第三球閥，關(guān)閉第二球閥，正常充填。

9.如權(quán)利要求8所述的自流輸送充填鉆孔修復(fù)方法，其特征在于，所述充填鉆孔和水平輸送管道構(gòu)成井下一級充填系統(tǒng)，所述地表輸送管、充填鉆孔以及水平輸送管內(nèi)在充填前均充滿水。

10.如權(quán)利要求8所述的自流輸送充填鉆孔修復(fù)方法，其特征在于，將充填鉆孔內(nèi)破損的鋼結(jié)構(gòu)掃清后充填。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及礦山井下開采輔助設(shè)備，具體涉及一種自流輸送礦山充填鉆孔保護系統(tǒng)及修復(fù)方法。

背景技術(shù)

井下開采分為四大塊：采礦、掘進、充填、運輸，其中充填是其中重要一環(huán)。而充填鉆孔是充填的喉舌，對它的保護和修復(fù)尤為重要。礦山充填在防止圍巖移動，地表下沉、塌陷，降低貧化率等方面是礦山開采和地質(zhì)保護的需要。

礦山充填方法有很多，有廢石充填、尾砂充填、膠結(jié)充填，其中尾砂充填和膠結(jié)充填從成本和便利上考慮，基本上采用地表制備料漿，通過垂直鉆孔和水平管道，經(jīng)過分層處理，自流輸送至所需充填采空區(qū)。

充填料漿濃度多為重量濃度65％—80％之間，為了便于輸送，鉆孔直徑要大于150毫米。鉆孔的形成過程為：根據(jù)地質(zhì)情況選定坐標點，先用小鉆具鉆孔，再用大鉆具擴孔，下管套，下內(nèi)襯耐磨鋼管，孔隙注漿等(如圖1所示)。由于工藝原因，存在徑向跳動，鉆孔偏斜率≥1％。鉆孔每米費用目前在3000元左右。

充填料漿輸送過程為：料漿制備，向鉆孔放入引路水，濕潤垂直和水平管道管壁，接著放入制備好漿體。料漿進入鉆孔產(chǎn)生重力加速度，同時由于鉆孔自身的偏斜率，料漿在某個階段將不斷沖刷內(nèi)襯耐磨鋼管壁，加快磨損，進而產(chǎn)生鋼管卷邊、巖石破損現(xiàn)象，進而使鉆孔報廢。目前一般單個鉆孔的使用壽命為100萬立方米左右，使用壽命短。

因此，有必要對現(xiàn)有技術(shù)進行改進。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種自流輸送礦山充填鉆孔保護系統(tǒng)及修復(fù)方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種自流輸送礦山充填鉆孔保護系統(tǒng)，包括充填導(dǎo)向管、地表輸送管道和水平輸送管道，所述充填導(dǎo)向管安裝在充填孔內(nèi)；所述地表輸送管道上配置有加水閥，地表輸送管道的出口與充填導(dǎo)向管的上端連通；所述水平輸送管道上沿料漿流動方向依次配置有排氣閥、第二球閥和第三球閥，水平輸送管道的進料口與充填導(dǎo)向管的下端連通，水平輸送管道的出料口與待充填的采空區(qū)連通。

按上述方案，在水平輸送管道上還配置有第一球閥，排氣閥、第一球閥、第二球閥和第三球閥依次布置。

按上述方案，所述第二球閥和第三球閥設(shè)于水平輸送管道的出料口處；所述第一球閥與水平輸送管道出料口之間的距離A為其中，H為充填鉆孔12的長度，m；L為水平輸送管道9的長度，m。

按上述方案，在排氣閥上游的水平輸送管道上設(shè)置第一流量計。

按上述方案，在加水閥下游的地表輸送管道上安裝有第二流量計。

按上述方案，所述第一流量計和第二流量計均為電磁流量計。

按上述方案，所述充填鉆孔包括外套管體、內(nèi)襯管體，以及設(shè)于外套管體和內(nèi)襯管體之間的混凝土層。

本發(fā)明提供了一種自流輸送充填鉆孔修復(fù)方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、提供如上所述保護系統(tǒng)；

步驟二、打開出料口處的第二球閥，關(guān)閉第一球閥，打開排氣閥和加水閥7，向管內(nèi)注水，待排氣閥出水后關(guān)閉排氣閥，使管內(nèi)注滿水，記錄此時第一流量計和第二流量計的讀數(shù)；

步驟三、料漿制備放料，打開第一球閥，同時觀察兩個流量計的讀數(shù)，使二者讀數(shù)與頭天讀數(shù)一致；計算流量為x米3/小時的水通過(H+L)距離所需的時間，完全打開第一球閥，水自出料口處第二球閥排出；待第二球閥的出水渾濁時，打開第三球閥，關(guān)閉第二球閥，正常充填。

按上述方案，所述充填鉆孔和水平輸送管道構(gòu)成井下一級充填系統(tǒng)，所述地表輸送管、充填鉆孔以及水平輸送管內(nèi)在充填前均充滿水。

按上述方案，將充填鉆孔內(nèi)破損的鋼結(jié)構(gòu)掃清后充填。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明在地表輸送管道和水平輸送管道上增設(shè)若干閥門，在漿料填充前利用所述系統(tǒng)在充填鉆孔內(nèi)充水，使料漿在整個充填過程中直接流入充填鉆孔與水混合，漿流柱不與充填鉆孔接觸，有效防止了漿料對充填鉆孔的沖擊，延長了充填鉆孔的使用壽命。

附圖說明

圖1為本實施例中充填鉆孔的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實施例中充填鉆孔破損的實物圖。

圖3為鉆孔不偏斜時漿流柱在充填鉆孔內(nèi)的示意圖。

圖4為鉆孔偏斜時漿流柱在充填鉆孔內(nèi)的示意圖。

圖5為本實施例中保護系統(tǒng)的示意圖。

其中：1、第三球閥；2、第二球閥；3、第一球閥；4、排氣閥；5、第一流量計；6、第二流量計；7、加水閥；8、充填導(dǎo)向管；9、水平輸送管道；10、地表輸送管道；11、漿流柱；12、充填鉆孔；12.1、外套管體；12.2、內(nèi)襯管體；12.3、混凝土層；13、攪拌槽。

具體實施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步地描述。

如圖5所示的一種自流輸送礦山充填鉆孔保護系統(tǒng)，包括地表輸送管道10、充填導(dǎo)向管8、充填鉆孔12和水平輸送管道9，所述地表輸送管道10上配置有加水閥7，地表輸送管道10的入口與攪拌槽13的底部連通，地表輸送管10的出口與充填導(dǎo)向管8的上端連通；所述充填導(dǎo)向管8安裝在充填鉆孔12的上部；所述水平輸送管道9上沿料漿流動方向依次配置有排氣閥4、第二球閥2和第三球閥1，水平輸送管道9的進料口與充填鉆孔12的下端連通，充填鉆孔12的出料口與待充填的采空區(qū)連通。

優(yōu)選地，在水平輸送管道9上還配置有第一球閥3，排氣閥4、第一球閥3、第二球閥2和第三球閥1依次布置。所述第二球閥2和第三球閥1設(shè)于水平輸送管道9的出料口處；所述第一球閥3與水平輸送管道9出料口之間的距離A為其中，H為充填鉆孔12的長度，m；L為水平輸送管道9的長度，m。

優(yōu)選地，在排氣閥4上游的水平輸送管道9上設(shè)置第一流量計5。在加水閥7下游的地表輸送管道10上安裝有第二流量計6。所述第一流量計5和第二流量計6均為電磁流量計。

本實施例所述充填管路系統(tǒng)具體配置如圖2和圖5所示，包括充填鉆孔12、地表輸送管道10和水平輸送管道9，所述充填導(dǎo)向管8安裝在充填鉆孔12的孔口內(nèi)；所述地表輸送管道10位于地表，地表輸送管道10的出口與充填導(dǎo)向管8的上端連通；所述水平輸送管道9安裝在充填鉆孔12的下部，水平輸送管道9的進料口與充填鉆孔12的下端連通，水平輸送管道9的出料口與待充填的采空區(qū)連通。應(yīng)確保充填導(dǎo)向管8與充填孔的垂直度和同心度。所述充填鉆孔12包括外套管體12.1、內(nèi)襯管體12.2，以及設(shè)于外套管體12.1和內(nèi)襯管體12.2之間的混凝土層12.3，如圖1所示；通常充填鉆孔12有幾百米長，充填鉆孔12孔口內(nèi)的充填導(dǎo)向管僅有0.5米左右。

本實施例中，在水平輸送管道9上沿料漿流動方向依次配置有第一流量計5、排氣閥4、第一球閥3、第二球閥2和第三球閥1，其中，所述第二球閥2和第三球閥1設(shè)于水平輸送管道9的出料口處，所述第一球閥3與水平輸送管道9出料口之間的距離A為所述第一流量計5為電磁流量計；所述排氣閥4優(yōu)選球閥。

本實施例中，所述地表輸送管道10的入口與料漿供應(yīng)管道連通，地表輸送管道10上沿料漿流動方向依次配置有加水閥7和第二流量計6。所述第二流量計6為電磁流量計。

從料漿進入充填鉆孔12后的運動軌跡分析，流速為x米3/小時的料漿進入充填鉆孔12后，呈現(xiàn)重力加速度倒錐體，直至達到終極加速度y，設(shè)定此時漿流注直徑為d，充填鉆孔12直徑為D，則實際二者偏差為(D-d)。在理想狀態(tài)下鉆孔不偏斜，則漿流柱11始終不會與充填鉆孔12的管壁接觸，如圖3所示。但實際操作中鉆孔會有一定的偏斜率，漿流注11繼續(xù)不斷向下，與充填鉆孔12的管壁接觸(接觸區(qū)域如圖4所示)，產(chǎn)生紊亂現(xiàn)象，并向底部的水平輸送管道9方向堆集和推移，同時充填鉆孔12內(nèi)料漿料位不斷上升。當(dāng)水平輸送管道9內(nèi)充滿料漿至其出料口時(也即圖4中N點)，充填鉆孔12內(nèi)臨界點(空氣與滿管料漿分界處)位置分以下三種情況：①、臨界點在接觸點上部區(qū)域M1處，如圖4；②、臨界點位于接觸點區(qū)域M點內(nèi)，此時(∏R2×m+Πr2×L)÷x，(公式中Π為圓周率；R為鉆孔半徑，單位為m；m為充填鉆孔12的高度，單位為m；r為水平輸送管道9的半徑，單位為m；L為水平輸送管道9的長度，單位為m；x為漿流注的流速，單位為m3/h)，料漿沖刷5-10分鐘后，在此區(qū)域繼續(xù)沖刷；③、臨界點在接觸點以下M2。

在實際充填操作中，第二種情況(臨界點位于接觸點區(qū)域內(nèi))和第三種情況(臨界點位于接觸點區(qū)域以下M2)由于料漿將不斷沖刷管壁，造成嚴重磨損，故多通過增阻、增加管道和彎頭以滿足充填倍線要求來解決。第一種情況(臨界面在接觸區(qū)域上部)，充填時料漿每次沖刷管壁5-10分鐘，也會使充填鉆孔12的管壁磨損，而本發(fā)明正是針對第一種情況提出的。

本發(fā)明的操作方法及工作原理如下：

1、打開出料口處的第二球閥2，關(guān)閉第一球閥3，打開排氣閥4和加水閥7，向管內(nèi)注水，待排氣閥4出水后關(guān)閉排氣閥4，使管內(nèi)注滿水，記錄此時第一流量計5和第二流量計6的讀數(shù)。

2、料漿制備放料，打開第一球閥3，同時觀察兩個流量計的讀數(shù)，使二者讀數(shù)與頭天讀數(shù)一致；計算流量為x米3/小時的水通過(H+L)距離所需的時間，完全打開第一球閥3，水自出料口處第二球閥2排出；待第二球閥2的出水渾濁時，打開第三球閥1，關(guān)閉第二球閥2，正常充填。

本發(fā)明中，所述充填鉆孔12和水平輸送管道10構(gòu)成井下一級充填系統(tǒng)；自攪拌槽13高度以下的地表輸送管10、充填鉆孔12內(nèi)，以及水平輸送管9前(H+L)+50m以上，管內(nèi)在充填前均充滿水。所述修復(fù)是指用鉆機將充填鉆孔12內(nèi)破損的鋼結(jié)構(gòu)掃清后按照上述充填法充填即可。

在料漿放料前期，由于充填鉆孔12內(nèi)注滿了水，料漿與充填鉆孔12的接觸區(qū)域位于充填鉆孔12水面以下，故料漿在整個充填過程中，均不會與充填鉆孔12的管壁接觸，從而有效保護了充填鉆孔12。本發(fā)明中，流量計的目的是防止虹吸。修復(fù)時，用鉆機將破損的充填鉆孔破損部位拆除后，就可按上述方法進行充填，充填鉆孔不再受到?jīng)_擊磨損，只存在物理磨損，大大延長壽命。

最后應(yīng)說明的是，以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換，但是凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

全文PDF

自流輸送礦山充填鉆孔保護系統(tǒng)及修復(fù)方法.pdf