用于膏体速凝固结材料的远距离输送管道系统

1.本实用新型涉及一种用于膏体速凝固结材料的远距离输送管道系统，属于物料输送管道技术领域。


背景技术：

2.煤炭作为当前主要的能源消费对象，它的开采一直备受国家关注，但其开采过程不可避免仍会遇到各种各样的问题，如：塌顶垮帮、煤层自燃等，为解决这些问题，目前主要采用的钻孔注浆是最具有效的措施，其中膏体速凝固结材料是最常用的注浆材料之一。现有的pp、upvc、pe、塑料等材料的注浆软管耐热性差以及抗冲击性能较低，长时间输送浆液后会发生管道堵塞、管道抖动、管道破裂损坏等现象。而pe、pvc等材料的注浆硬管强度较大以及抗冲击性能高，能有效改善运输时管道抖动的问题，但该管道内壁摩擦系数较大，长时间输送浆液后也会发生管道堵塞、管道清理不便等现象。
3.针对长时间输送浆液会造成管道堵塞、管道抖动及管道清理不便的问题，专利cn201820091337.1公开了一种煤矿井下注浆组件，输送管道的端头设计成锥形管体并采用溢流缝的设计，使得浆液在管口压力过大时可从溢流缝流出；液体管道端头还采用快速接头的设计，清洗时直接接入水管。针对流动的浆液容易磨损管道造成管道破裂损坏的问题，专利cn201110202210.5公开了一种耐磨、耐腐蚀、耐冲击等综合性能优异、涂层厚度均匀及综合技术指标稳定的环保型柔性减阻双层复合矿浆输送管道及其制备方法。针对解决管道堵塞与磨损的投入成本大的问题，专利cn201620885990.6公开了一种既耐磨又能解决堵塞问题的矿用砂浆输送管道，其内部设有一层特制的聚氨酯复合材料耐冲刷层，大大提高管道的耐磨性，延长管道使用周期。
4.上述解决方法在解决管道堵塞的问题上，仍存在以下问题：
①
管道设计工艺复杂，远距离输送投入成本高；
②
为了解决压力过大问题而开设的孔缝也会在长时间输送下造成堵孔。如何有效又经济便利性地解决膏体速凝固结材料长时间输送造成的管道堵塞、抖动、磨损以及经过长距离输送后注浆时能均匀的问题，是本领域技术人员长期研究的方向。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种用于膏体速凝固结材料的远距离输送管道系统，能有效降低浆液在长距离运输时发生管道抖动及管道堵塞的情况，并且在注浆时能使膏体速凝固结材料均匀分布在孔隙内，保证对孔隙的封堵效果。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种用于膏体速凝固结材料的远距离输送管道系统，包括双层异径正三通、远距离输送单元、浆液混合单元和注浆渗流单元；
7.所述双层异径正三通的两个进口分别为第一注浆口和第二注浆口，双层异径正三通的中空双层注浆管道出口被分隔成第一出浆口和第二出浆口，其中第一出浆口与第一注浆口连通，第二出浆口与第二出浆口连通；
8.所述远距离输送单元由多个内部分隔成两个通道的运输管组成，运输管的两个通道分别为第一运输通道和第二运输通道，多个运输管依次同轴连接、且使各自的第一运输通道相互连通及各自的第二运输通道相互连通；双层异径正三通的出口与远距离输送单元一端同轴连接，使第一出浆口与第一运输通道连通，第二出浆口与第二运输管道连通；所述双层异径正三通的内壁、第一运输通道内壁和第二运输通道内壁均设有tio2超微纳米结构涂层；
9.所述浆液混合单元包括圆柱形筒体和螺旋叶片结构，螺旋叶片结构固定在圆柱形筒体内；浆液混合单元一端与远距离输送单元另一端同轴连接，使圆柱形筒体内部与第一运输通道和第二运输通道均连通；
10.所述注浆渗流单元包括一级管路、二级管路和三级管路，一级管路均匀开设多个注浆孔ⅰ，二级管路均匀开设多个注浆孔ⅱ，三级管路均匀开设多个注浆孔ⅲ，且注浆孔ⅰ的开口方向与一级管路的轴线方向之间的夹角大于注浆孔ⅱ的开口方向与二级管路的轴线方向之间的夹角，注浆孔ⅱ的开口方向与二级管路的轴线方向之间的夹角大于注浆孔ⅲ的开口方向与三级管路的轴线方向之间的夹角；一级管路一端与二级管路一端通过螺纹连接，二级管路另一端与三级管路一端通过螺纹连接；一级管路另一端与浆液混合单元另一端同轴连接。
11.进一步，所述同轴连接均为通过法兰连接。采用法兰连接便于安装及拆卸，同时具有较好的连接稳定性。
12.进一步，所述各个注浆孔ⅰ的开口方向均与一级管路的轴线方向呈60
°
，各个注浆孔ⅱ的开口方向均与二级管路的轴线方向呈30
°
，各个注浆孔ⅲ的开口方向均与三级管路的轴线方向呈15
°
。由于三级管路处于注浆最末端，其距离双层异径正三通最远，因此浆体传送到该位置时动能较弱，通过设置注浆孔ⅲ的开口角度15
°
，这样较小的开口角度能保证浆体从注浆孔ⅲ的输出量；一级管路相对于二级管路和三级管路最靠近双层异径正三通，因此浆体传送到该位置时动能较强，通过设置注浆孔ⅰ的开口角度60
°
，这样较大的开口角度能使部分浆体从注浆孔ⅰ输出，另一部分浆体继续向二级管路流动；二级管路处于一级管路和三级管路之间，因此其内部浆体的动能也处于两者之间，通过设置注浆孔ⅱ的开口角度30
°
，这样处于中间的开口角度也能使部分浆体从注浆孔ⅱ输出，另一部分浆体继续向三级管路流动；最终保证从注浆孔ⅰ、注浆孔ⅱ和注浆孔ⅲ输出的浆体量相差不大，实现膏体速凝固结材料在煤岩体内的均匀注浆。
13.进一步，所述三级管路另一端为锥形端。设置成该形状便于三级管路插入煤岩体的孔隙内部。
14.进一步，所述远距离输送单元的各个运输管材质均为pvc硬管。这种材质能降低浆体传送过程中运输管发生抖动的情况，提高运输稳定性。
15.与现有技术相比，本实用新型采用双层异径正三通、远距离输送单元、浆液混合单元和注浆渗流单元相结合方式，通过在双层异径正三通和远距离输送单元的内壁上设置tio2超微纳米结构涂层，由于tio2超微纳米结构涂层具有“荷叶效应”，纳米颗粒之间的凹陷部分充满空气，形成极薄的纳米级的空气层，使浆液在管道输送时只能同内壁上微米级颗粒的顶端接触，有效降低浆液运输过程中与管道之间的摩擦力，从而降低浆液在长距离运输时由于摩擦力较大造成的管道堵塞及管道磨损的情况发生；另外在注浆时注浆渗流单元
中的一级管路、二级管路和三级管路，根据各自距离双层异径正三通远近能确定浆体流经各自管路时的动能大小，进而通过设置一级管路的注浆孔开口角度大于二级管路的注浆孔开口角度，二级管路的注浆孔开口角度大于三级管路的注浆孔开口角度，这样能使得浆体在一级管路动能较大时通过较大角度的注浆口降低其输出量，并且在二级和三个管路时由于动能逐渐减弱，通过逐渐降低角度提高其输出量，最终从一级管路、二级管路和三级管路输出的浆体量相差不大，使膏体速凝固结材料均匀分布在孔隙内，保证对孔隙的封堵效果。
附图说明
16.图1为本实用新型的整体结构示意图。
17.图2为本实用新型中双层异径正三通的剖面示意图。
18.图3为本实用新型中运输管的剖面示意图。
19.图4为本实用新型中浆液混合单元的结构示意图。
20.图5为本实用新型中注浆渗流单元的结构示意图。
21.图6为本实用新型中通过法兰连接的示意图。
22.图中：1-tio2超微纳米结构涂层；2-第一注浆口；3-第二注浆口；4-中空双层注浆管道；5-第一运输通道；6-第二运输通道；7-法兰；8-螺旋叶片结构；9-注浆孔ⅰ；10-注浆孔ⅱ；11-注浆孔ⅲ；12-一级管路；13-二级管路；14-三级管路；15-锥形端；16-远距离输送单元；17-浆液混合单元。
具体实施方式
23.下面将对本实用新型作进一步说明。
24.如图1所示，本实用新型包括双层异径正三通、远距离输送单元16、浆液混合单元17和注浆渗流单元；
25.如图2所示，所述双层异径正三通的两个进口分别为第一注浆口2和第二注浆口3，双层异径正三通的中空双层注浆管道4出口被分隔成第一出浆口和第二出浆口，其中第一出浆口与第一注浆口2连通，第二出浆口与第二注浆口3连通；
26.如图3所示，所述远距离输送单元16由多个内部分隔成两个通道的运输管组成，运输管的两个通道分别为第一运输通道5和第二运输通道6，多个运输管依次同轴连接、且使各自的第一运输通道5相互连通及各自的第二运输通道6相互连通；双层异径正三通的出口与远距离输送单元16一端同轴连接，使第一出浆口与第一运输通道5连通，第二出浆口与第二运输通道6连通；所述双层异径正三通的内壁、第一运输通道内壁和第二运输通道内壁均设有tio2超微纳米结构涂层1；上述tio2超微纳米结构涂层1为现有涂层，能通过市场购买获得；
27.如图4所示，所述浆液混合单元17包括圆柱形筒体和螺旋叶片结构8，螺旋叶片结构8固定在圆柱形筒体内；浆液混合单元17一端与远距离输送单元16另一端同轴连接，使圆柱形筒体内部与第一运输通道5和第二运输通道6均连通；
28.如图5所示，所述注浆渗流单元包括一级管路12、二级管路13和三级管路14，一级管路12均匀开设多个注浆孔ⅰ9，二级管路13均匀开设多个注浆孔ⅱ10，三级管路14均匀开设多个注浆孔ⅲ10，且注浆孔ⅰ9的开口方向与一级管路12的轴线方向之间的夹角大于注浆
孔ⅱ10的开口方向与二级管路13的轴线方向之间的夹角，注浆孔ⅱ10的开口方向与二级管路13的轴线方向之间的夹角大于注浆孔ⅲ11的开口方向与三级管路14的轴线方向之间的夹角；一级管路12一端与二级管路13一端通过螺纹连接，二级管路13另一端与三级管路14一端通过螺纹连接；一级管路12另一端与浆液混合单元17另一端同轴连接。
29.作为本实用新型的一种改进，如图6所示，所述同轴连接均为通过法兰7连接。采用法兰7连接便于安装及拆卸，同时具有较好的连接稳定性。
30.作为本实用新型的另一种改进，如图5所示，所述各个注浆孔ⅰ9的开口方向均与一级管路12的轴线方向呈60
°
，各个注浆孔ⅱ10的开口方向均与二级管路13的轴线方向呈30
°
，各个注浆孔ⅲ11的开口方向均与三级管路14的轴线方向呈15
°
。由于三级管路14处于注浆最末端，其距离双层异径正三通最远，因此浆体传送到该位置时动能较弱，通过设置注浆孔ⅲ11的开口角度15
°
，这样较小的开口角度能保证浆体从注浆孔ⅲ11的输出量；一级管路12相对于二级管路13和三级管路14最靠近双层异径正三通，因此浆体传送到该位置时动能较强，通过设置注浆孔ⅰ9的开口角度60
°
，这样较大的开口角度能使部分浆体从注浆孔ⅰ9输出，另一部分浆体继续向二级管路13流动；二级管路13处于一级管路12和三级管路14之间，因此其内部浆体的动能也处于两者之间，通过设置注浆孔ⅱ10的开口角度30
°
，这样处于中间的开口角度也能使部分浆体从注浆孔ⅱ10输出，另一部分浆体继续向三级管路14流动；最终保证从注浆孔ⅰ9、注浆孔ⅱ10和注浆孔ⅲ11输出的浆体量相差不大，实现膏体速凝固结材料在煤岩体内的均匀注浆。所述三级管路14另一端为锥形端15。设置成该形状便于三级管路插入煤岩体的孔隙内。
31.另外所述远距离输送单元的各个运输管材质均为pvc硬管。这种材质能降低浆体传送过程中运输管发生抖动的情况，提高运输稳定性。
32.工作时，先将注浆渗流单元插入所需注浆的煤岩体的孔隙内，并配制好膏体速凝固结材料的a料浆液和b料浆液，将a料浆液从第一注浆口2注入，b料浆液从第二注浆口3注入，接着a料浆液从双层异径正三通的第一出浆口进入远距离输送单元16的第一运输通道5内，b料浆液从双层异径正三通的第二出浆口进入远距离输送单元16的第二运输通道6内，a料浆液和b料浆液在远距离输送单元16内进行相互隔离的输送，直至a料浆液和b料浆液均进入浆液混合单元17时，a料浆液和b料浆液在浆液混合单元17内进行混合，并且浆液混合单元17的螺旋叶片结构8能改变a料浆液和b料浆液的流动状态，从而使a料浆液和b料浆液进行充分混合，形成膏体速凝固结材料，最后膏体速凝固结材料进入注浆渗流单元，并依次经过一级管路12、二级管路13和三级管路14，分别从注浆孔ⅰ9、注浆孔ⅱ10和注浆孔ⅲ11向周围孔隙输出，从而实现膏体速凝固结材料在孔隙内的均匀注浆过程。
33.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。