一种利用化学泥浆强化炮眼稳定性的装置与方法

1.本发明涉及矿山炮眼开凿技术领域，特别是指一种利用化学泥浆强化炮眼稳定性的装置与方法。


背景技术：

2.随着社会和经济的高速发展，各种金属资源的需求量日益增加，随着采矿活动强度不断的增加、矿产资源开采力度的不断加大，高品位、易开采矿石以及地球浅部资源日益枯竭，开采深地金属资源成为未来趋势。随着深地金属资源开采的推进，如何通过不同技术手段、方法增强巷道掘进过程中钻凿炮眼稳定性的重要性日益突显。在增强巷道掘进过程中钻凿炮眼稳定性施工过程中，化学泥浆起到重要作用，化学泥浆不仅能够保护炮眼孔壁，压抑地下水，防止炮眼孔壁坍塌，减少钻渣沉降等，同时还可以增强巷道掘进效果，减少生产成本，增加生产效益。
3.综上，研究深地金属资源回收过程利用化学泥浆强化炮眼稳定性对经济发展、矿山生产安全具有重要作用。本发明旨在提出一种利用化学泥浆强化炮眼稳定性的装置与方法，为提高巷道掘进过程中钻凿炮眼稳定性提供有效装置与方法，促进深部金属资源回收、减少资源消耗、增加生产效益提供技术依据。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种利用化学泥浆强化炮眼稳定性的装置与方法。
5.该装置包括化学泥浆制备系统、化学泥浆泵送系统、闭孔充填系统和数据可视化系统；
6.化学泥浆制备系统包括水储存罐、粉剂储存罐、粉剂流量计、电控粉剂阀门、液体流量计、电控出液阀门、搅拌电机、搅拌叶片、储浆罐；
7.化学泥浆泵送系统包括电控出浆阀门、出浆管路、容积泵、注浆管路；
8.闭孔充填系统包括闭孔器；
9.数据可视化系统包括粘度计传感器、ph传感器、数据集成计算机和压强传感器；
10.水储存罐底部安装液体流量计和电控出液阀门，通过软管连接储浆罐；
11.粉剂储存罐底部安装粉剂流量计和电控粉剂阀门，通过不锈钢管连接储浆罐；
12.搅拌电机固定于储浆罐顶盖，搅拌电机下方与搅拌叶片连接并深入储浆罐；
13.储浆罐底部开设凹槽通过软管与容积泵连接，且软管上设置电控出浆阀门；储浆罐侧面下部安装粘度计传感器和ph传感器；
14.闭孔器上安装有压强传感器，闭孔器安装于炮眼口，通过简单机械装置使炮眼闭锁；
15.经容积泵加压的化学泥浆通过注浆管路和闭孔器通达炮眼内部；
16.液体流量计、粉剂流量计、粘度计传感器、ph传感器、压强传感器通过电信号将数
据传输至数据集成计算机，数据集成计算机通过电信号控制搅拌电机、电控出液阀门、电控粉剂阀门、电控出浆阀门和容积泵的工况。
17.其中，水储存罐中为未处理地下废水(如酸性矿坑水等直接通过水泵输送至水储存罐)，可实现未处理地下废水重复利用以及降低生产成本，水储存罐底部安装有简易过滤装置、温度测定装置以及ph测定装置(ph测定装置能够确定未处理地下废水酸碱值并做出调节)，防止未处理地下废水夹杂大型颗粒等情况影响化学泥浆制备过程；粉剂储存罐中为化学泥浆粉剂。
18.水储存罐以及粉剂储存罐易于拆卸，数量和体积可根据具体情况进行更改，根据地下施工空间大小，可对两种储存罐采取不同联接方式，充分利用地下空间；根据未处理地下废水以及化学泥浆粉剂具体情况，可更换罐体材料、形状，减少两种储存罐损耗，增长使用寿命。
19.水储存罐和粉剂储存罐数量均不少于一个；储存罐数量根据工程实际施工空间高度、宽度确定；储存罐有多种型号可供选择，主要包括不同形状，如正方体和长方体等、不同体积如10、30、50、100立方厘米等、不同材质如抗酸树脂储存罐以及普通塑料储存罐等。
20.多个水储存罐之间使用纵向联接装置结构或横向联接装置结构时，罐体与罐体之间由内外螺纹铰接而成，且内外螺纹接触之处设有垫圈，防止泄漏；多个粉剂储存罐之间使用纵向联接装置结构或横向联接装置结构时，罐体与罐体之间由内螺纹和外螺纹铰接而成，且内螺纹和外螺纹接触之处设有防漏垫圈，防止泄漏。
21.水储存罐中的液体经过液体流量计和电控出液阀门进入储浆罐；粉剂储存罐中的粉剂通过粉剂流量计和电控粉剂阀门进入储浆罐，液体流量计以及粉剂流量计能够实时表征数据，能够实现实时调节；搅拌电机带动搅拌叶片旋转，使溶质充分溶于溶剂。
22.粘度计传感器以及ph传感器设置在储浆罐内部溶液界面以下，多个粘度计传感器以及ph传感器分布均匀，避免错误数据；ph传感器能够实现化学泥浆酸碱度实时表征，根据ph传感器数据，调节ph值至化学泥浆最适数值；压强传感器充分浸没于炮眼中的溶液中，多个压强传感器分布均匀，确保测量参数准确。
23.可采用手动或电动的方式控制搅拌电机、电控液体阀门、电控粉剂阀门、电控出浆阀门和容积泵的工况；搅拌电机、电控出液阀门、电控粉剂阀门、电控出浆阀门和容积泵安装紧急制动装置，设备异常情况下实现紧急制动。
24.闭孔器表面安装有树脂垫层，能够使闭孔器与炮眼内表面充分贴合，并能承受50kpa以上压强。
25.数据集成计算机可以实时监测以及记录化学泥浆制备和泵送数据以及闭孔充填数据，对条件相同的操作进行指导；可依据编程使用数据集成计算机使操作自动化。
26.该装置的应用方法，包括步骤如下：
27.s1：将闭孔器安装至炮眼口，使其与炮眼内表面紧密贴合，使用应力计及配套设备检测闭孔器压强承受能力；
28.s2：按照工程所需，得出化学泥浆粉剂与水溶液配比，将配比输入至数据集成计算机，数据集成计算机通过电信号将命令传达至液体流量计和粉剂流量计，液体流量计和粉剂流量计分别控制电控出液阀门和电控粉剂阀门的张开与闭合，实现自动加料操作；
29.s3：加料完成后，搅拌电机接收到来自数据集成计算机的电信号，搅拌电机开始运
转，使化学泥浆粉剂与水溶液充分混合；
30.s4：搅拌过程中，粘度计传感器和ph传感器实时地将浆体的粘度值和ph值通过电信号传输至数据集成计算机，当二者符合要求时，数据集成计算机发送电信号至搅拌电机使其停止运行；
31.s5：通过数据集成计算机控制电控出浆阀门的开关，配置好的化学泥浆通过出浆管路进入容积泵，通过数据集成计算机控制容积泵使其运转，化学泥浆经注浆管路、闭孔器注入至炮眼内部，并不断加压；
32.s6：压强传感器通过电信号将数据传输至数据集成计算机，达到目标压强后，数据集成计算机通过电信号使容积泵停止运行，根据工程所需选择恒压时长，使化学泥浆深入炮眼裂缝，增强稳固效果；
33.s7：恒压结束后，泄压，将闭孔器松弛并取出，多余的化学泥浆自然流出，重复上述步骤，进行下一个炮眼稳固工作。
34.本发明的上述技术方案的有益效果如下：
35.上述方案中，利用化学泥浆强化炮眼稳定性，能够保护炮眼孔壁，压抑地下水，防止炮眼孔壁坍塌，减少钻渣沉降等，能够为增加生产效益提供技术依据；且适用范围广，适用于任何矿山的强化炮眼稳定性行为，尤其是在深部矿山开采等领域；此外，本方案还具有智能化与灵活性的特点，可根据每个矿山的特定条件进行调控，具有很强的理论和实用价值。
附图说明
36.图1为本发明的利用化学泥浆强化炮眼稳定性的装置结构示意图；
37.图2为本发明的利用化学泥浆强化炮眼稳定性的装置系统中水储存罐以及粉剂储存罐纵向联接装置结构示意图；
38.图3为本发明的利用化学泥浆强化炮眼稳定性的装置系统中水储存罐以及粉剂储存罐横向联接装置结构示意图；
39.图4为本发明的利用化学泥浆强化炮眼稳定性的装置系统中水储存罐以及粉剂储存罐内外螺纹联接结构示意图。
40.其中：1-水储存罐、2-粉剂储存罐、3-粉剂流量计、4-电控粉剂阀门、5-液体流量计、6-电控出液阀门、7-搅拌电机、8-搅拌叶片、9-储浆罐、10-电控出浆阀门、11-出浆管路、12-容积泵、13-注浆管路、14-粘度计传感器、15-ph传感器、16-数据集成计算机、17-闭孔器、18-压强传感器、19-外螺纹、20-内螺纹、21-防漏垫圈。
具体实施方式
41.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
42.本发明提供一种利用化学泥浆强化炮眼稳定性的装置与方法。
43.如图1所示，该装置包括化学泥浆制备系统、化学泥浆泵送系统、闭孔充填系统和数据可视化系统；
44.化学泥浆制备系统包括水储存罐1、粉剂储存罐2、粉剂流量计3、电控粉剂阀门4、
液体流量计5、电控出液阀门6、搅拌电机7、搅拌叶片8、储浆罐9；
45.化学泥浆泵送系统包括电控出浆阀门10、出浆管路11、容积泵12、注浆管路13；
46.闭孔充填系统包括闭孔器17；
47.数据可视化系统包括粘度计传感器14、ph传感器15、数据集成计算机16和压强传感器18；
48.水储存罐1底部安装液体流量计5和电控出液阀门6，通过软管连接储浆罐9；
49.粉剂储存罐2底部安装粉剂流量计3和电控粉剂阀门4，通过不锈钢管连接储浆罐9；
50.搅拌电机7固定于储浆罐9顶盖，搅拌电机7下方与搅拌叶片8连接并深入储浆罐9；
51.储浆罐9底部开设凹槽通过软管与容积泵12连接，且软管上设置电控出浆阀门10；储浆罐9侧面下部安装粘度计传感器14和ph传感器15；
52.闭孔器17上安装有压强传感器18，闭孔器17安装于炮眼口，使炮眼闭锁；
53.经容积泵12加压的化学泥浆通过注浆管路13和闭孔器17通达炮眼内部；
54.液体流量计5、粉剂流量计3、粘度计传感器14、ph传感器15、压强传感器18通过电信号将数据传输至数据集成计算机16，数据集成计算机16通过电信号控制搅拌电机7、电控出液阀门6、电控粉剂阀门4、电控出浆阀门10和容积泵12的工况。
55.水储存罐1中为未处理地下废水，水储存罐1底部安装有简易过滤装置、温度测定装置以及ph测定装置，防止未处理地下废水夹杂大型颗粒等情况影响化学泥浆制备过程。
56.水储存罐1和粉剂储存罐2数量均不少于一个；多个水储存罐1之间使用纵向联接装置结构或横向联接装置结构时，罐体与罐体之间由内外螺纹铰接而成，且内外螺纹接触之处设有垫圈，防止泄漏；如图2、图3和图4所示，多个粉剂储存罐2之间使用纵向联接装置结构或横向联接装置结构时，罐体与罐体之间由内螺纹20和外螺纹19铰接而成，且内螺纹20和外螺纹19接触之处设有防漏垫圈21，防止泄漏。
57.粘度计传感器14以及ph传感器15设置在储浆罐9内部溶液界面以下。
58.压强传感器18充分浸没于炮眼中的溶液中。
59.搅拌电机7、电控出液阀门6、电控粉剂阀门4、电控出浆阀门10和容积泵12安装紧急制动装置，设备异常情况下实现紧急制动。
60.闭孔器17表面安装有树脂垫层，能够使闭孔器17与炮眼内表面充分贴合，并能承受50kpa以上压强。
61.在实际应用中，按如下步骤进行：
62.s1：按照施工空间高度为2米，本操作中两个水储存罐1纵向联接使用，两个粉剂储存罐2纵向联接使用。将闭孔器17安装至炮眼口，使其与炮眼内表面紧密贴合，使用应力计及配套设备检测闭孔器17压强承受能力；
63.s2：按照工程所需，得出化学泥浆粉剂与水溶液配比4:1，将配比输入至数据集成计算机16，数据集成计算机16通过电信号将命令传达至液体流量计5和粉剂流量计3，液体流量计5和粉剂流量计3分别控制电控出液阀门6和电控粉剂阀门4的张开与闭合，实现自动加料操作；
64.s3：加料完成后，搅拌电机7接收到来自数据集成计算机16的电信号，搅拌电机7开始运转，使化学泥浆粉剂与水溶液充分混合；
65.s4：搅拌过程中，粘度计传感器14和ph传感器15实时地将浆体的粘度值和ph值通过电信号传输至数据集成计算机16，当二者符合要求时，即ph值为6-8、浆体的粘度值为0.45-0.65，数据集成计算机16发送电信号至搅拌电机7使其停止运行；
66.s5：通过数据集成计算机16控制电控出浆阀门10的开关，配置好的化学泥浆通过出浆管路11进入容积泵12，通过数据集成计算机16控制容积泵12使其运转，化学泥浆经注浆管路13、闭孔器17注入至炮眼内部，并不断加压；
67.s6：压强传感器18通过电信号将数据传输至数据集成计算机16，达到目标压强后，数据集成计算机16通过电信号使容积泵12停止运行，根据工程所需选择恒压时长，使化学泥浆深入炮眼裂缝，增强稳固效果；
68.s7：恒压结束后，泄压，将闭孔器17松弛并取出，多余的化学泥浆自然流出，重复上述步骤，进行下一个炮眼稳固工作。
69.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。