[發明專利]一種矸石膠結充填料漿泵送流量自動控制試驗系統及方法

在審

• 申請號: 202210159661.3
• 申請日: 2022-02-22
• 公開（公告）號: CN114542172A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 王澤華;戚庭野;白錦文;馮國瑞;王昊晨;史旭東;王超宇;高歆于
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E21F15/00
• 分類號: E21F15/00;F04B15/02;F04B49/06;F04B49/20;G01N27/04
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 程小娟

本發明提供了一種矸石膠結充填料漿泵送流量自動控制試驗系統及方法，屬于煤礦充填料漿管道泵送自動控制的技術領域，系統包括料漿泵送模塊、電阻率監測模塊和變頻控制模塊；料漿泵送模塊包括充填泵和料漿輸送管道，料漿輸送管道上設置有測試點，測試點的管壁上設置有測試孔；電阻率監測模塊包括監測電極、絕緣套、電極固定架、測試導線和電阻測試主機；電極固定架環繞布置在測試點的外側；監測電極通過電極固定架環安裝在測試孔上；變頻控制模塊包括變頻器、控制器和計算機，變頻器分別與充填泵和控制器連接，控制器分別與電阻測試主機和計算機連接。本發明可有效降低矸石膠結充填料漿輸送過程中因離析而導致的堵管風險。

技術領域

本發明屬于煤礦充填料漿管道泵送自動控制的技術領域，尤其是涉及一種矸石膠結充填料漿泵送流量自動控制試驗系統及方法。

背景技術

煤礦采空區膠結充填開采技術通過在采空區構筑充填體的方式來達到支撐上覆巖層、控制地表沉陷的作用。作為一種煤礦綠色開采技術，該技術在“三下”壓煤開采、保水開采、遺煤開采中具有廣闊的應用前景。充填材料是充填開采的核心。煤礦膠結充填料漿是由多種材料、多種粒徑組成的復合漿體。受煤礦井下空間限制，膠結充填料漿通常在地面完成制備并經充填泵加壓后通過管道輸送至充填工作面。充填管道的長度可至數千米，因此，保障充填管道輸送系統暢通是充填開采的關鍵環節。為了有效提高充填體的強度和耐久性等性能，充填材料中往往需要加入粗粒徑(＞5mm)的煤矸石。但是，粗顆粒的加入使得料漿在輸送過程中容易發生沉降而造成堵管事故，不僅阻礙充填開采的順利進行，還會帶來巨大的經濟損失。因此，降低沉降型堵管事故發生的幾率是保障充填管道安全運行的關鍵內容。

實施充填管道內料漿離析程度監測可為沉降型堵管事故提供預警作用。由于充填料漿和充填管道的非透明性，無法直接觀測到管道內部料漿的離析程度，中國專利CN103728371 A公開了一種利用超聲波判斷管道內料漿離析沉降狀態的檢測方法及監測裝置，沿管道豎直方向上三個層位布置三對超聲波發射和接收探頭，通過不同探頭接收到的超聲波信號來計算不同超聲波探頭之間料漿的濃度，從而判斷料漿離析沉降狀態；中國專利 CN109298025 B公開了一種監測管道中膏體充填料漿離析的試驗裝置及方法，利用充填管道內料漿不同方位水平、垂直、徑向電阻率來監測料漿離析程度的方法。上述專利為管道內充填料漿離析監測提供了方法，其作用僅是為沉降型堵管事故提供預警，無法通過泵送系統控制來降低堵管風險。

含粗骨料充填料漿輸送過程中，流速是影響粗骨料沉降的重要因素，流速越大，粗顆粒沉降程度越小，堵管的風險越低。

充填料漿輸送泵和混凝土泵結構原理相似，現有文獻對混凝土泵流量控制進行了報道。專利CN103047121A公開了一種電動混凝土泵及其施工控制方法，CN204436762 U公開了一種具有變頻調速功能的混凝土電泵，二者根據主油泵的出口壓力并通過控制變頻器來控制混凝土泵的流量，達到電動機輸出功率相匹配的目的。專利CN105298135 A利用變頻器實現拖式混凝土泵的無極調速。上述專利著眼點在于變頻流量控制，其反饋環節是主油泵的出口壓力，其目的是為了節能，未從降低離析堵管的目的出發去進行流量閉環控制。

發明內容

本發明的目的是提供一種矸石膠結充填料漿泵送流量自動控制試驗系統及方法，在實時監測管道內料漿沉降程度的基礎上通過控制泵送系統的流量，可有效降低矸石膠結充填料漿輸送過程中因離析而導致的堵管風險。

本發明提供一種矸石膠結充填料漿泵送流量自動控制試驗系統，包括料漿泵送模塊、電阻率監測模塊和變頻控制模塊；

料漿泵送模塊包括充填泵和料漿輸送管道，充填泵的出口與料漿輸送管道的進口連接，料漿輸送管道上設置有測試點，測試點的管壁上設置有n組測試孔，n為大于2小于8的整數， n組測試孔均位于同一圓形切面內，同一組中的兩個測試孔以圓形切面的基準直徑為對稱軸對稱設置，位于基準直徑同側的測試孔等間距設置，基準直徑為料漿輸送管道水平段的豎直直徑；