堵管问题分析及解决措施

泵送充填堵管问题分析及解决措施前言从施工配合比的角度看，泵送混凝土相对于常态混凝土工作性强，施工性能好，但泵送混凝土的室内配合比设计中，虽混凝土坍落度、强度、耐久性达到设计要求，但泵送混凝土在施工过程中常遇到堵管、卡管现象而影响施工，而且泵送矸石充填料浆依靠输送管道送进采空区完成充填作业，输送管道在使用过程中的磨损是不可避免的。

因此，研究减少和预防管道磨损和堵塞的措施，对保障充填作业顺利进行和保护井下环境及提高经济效益均具有重要意义。

以下从充填管道磨损机理、堵管现象判断及影响因素、预防堵管措施进行阐述。

1.充填管道磨损机理：管道磨损实质上是管道与固体颗粒碰撞产生冲击力和摩擦阻力共同作用的结果。

在泵送过程中，充填料浆中的粗骨料矸石以一定的角度和速度撞向管壁，一方面对管壁产生冲击，冲击力导致局部壁面材料发生变形、破碎和剥落；另一方面矸石会与管道壁产生摩擦，引起表面刮痕冲刷。

管道磨损速度与冲击力和摩擦力的大小成正比。

2.管道磨损因素：引起充填管道磨损的原因很复杂，但通常归结为以下几类因素：(1)矸石性质：泵送矸石充填骨料主要为破碎的岩巷掘进矸石，大部分为硬度较大的铝土岩。

破碎后的矸石形状不规则，粒径变化也较大，研究表明，管道磨损速度与矸石粒径、硬度及不规则度成正比。

(2)充填料浆特性：充填料浆浓度越大，管道磨损速度越快，因为随着固体颗粒数量的增加，颗粒间相互作用程度呈指数规律增加，从而使阻力损失增加，磨损相应加剧；充填料浆偏酸性或溶氧量增大也会导致管道磨损速度加剧。

(3)流速：流速增大，矸石颗粒与管道碰撞的概率随之增大，管道磨损相应加剧。

试验证明，金属材料的磨损量与料浆流速的2～3次方成正比。

实践表明，输送速度越稳定，对管道的磨损越小。

固体颗粒在管道中呈悬移质和跳跃质状态能够减小料浆对管壁的磨损，浆体管道流速在1.0～1.5m/s最为合理，既能满足充填量的需求，又能够减小管道磨损。

(4)管路铺设：管道铺设坡度越大，管道磨损越快。

一般倾斜段管路磨损的速度是水平段的2倍。

弯管比直管磨损速度快，弯管处料浆流向发生急剧变化，对管道的冲击力非常大，导致磨损加剧。

同时在倾斜段坡度保持稳定能相对降低磨损速度。

(5)管道直径：管道直径对管道的磨损影响也很大，管道直径愈小管路阻力损失就愈大，磨损相对越剧烈。

管路磨损速度由快到慢的管道直径顺序为：152，179，200，219，245，300mm，管径的增大会减少料浆对管壁的冲击摩擦。

因此，磨损速度会降低。

3.延长管道使用寿命的措施在输送料浆的过程中，管道磨损是不可避免的，但可以通过相应的措施降低其磨损程度，以延长管道的使用寿命。

(1)减小粒径：增加矸石破碎机锤头及经常更换磨损的锤头可有效降低破碎矸石的粒径，防止大粒径矸石进入输送泵。

(2)选择合理浓度：严格控制充填材料与水的配比并充分搅拌均匀，保证充填料浆浓度在80％～88％之间，严禁不合格料浆进入输送泵。

(3)稳定流速：保证物料运输、料浆搅拌及工作面充填等各工序正常，使输送泵连续运转，不出现间歇供料情况；同时调整输送泵合理的工作压力，保障料浆流速的稳定。

(4)其他措施：在现场应用中还采用了弯管局部加厚、管道翻边使用等措施，取得了较好的效果，有效延长了管道的使用寿命。

4.堵管的判断在混凝土中水、水泥和砂形成水泥砂浆，均匀包在粗骨料表面，并携带粗骨料在输送管中以悬浮状态运动。

泵送过程中由于压力作用，一部分水泥砂浆被挤向外层，在粗骨料与管壁之间形成一个润滑层。

混凝土只有保持这种状态，泵送才能顺利进行。

在混凝土泵送过程中，堵管一般有比较明显征兆，从泵送油压看，如果每个泵送冲程的压力峰值随冲程的交替而迅速上升，并很快达到设定压力值，正常的泵送循环自动停止，主油路溢流阀发出溢流响声，这时可以基本断定发生了堵管故障。

另外可观察输送管道状况，正常泵送时管道和泵机只产生轻微的后座震动，如果突然产生剧烈震动，尽管泵送操作仍在进行，但管口不见混凝土流出，也表明发生了堵管故障。

处理堵管是一件十分麻烦的事，而且有可能因延误浇注形成冷缝影响工程质量。

因此，必须针对容易诱发堵管的原因，以预防为主，减少堵管发生。

5.堵管影响因素：(1)矸石颗粒粒径：规定泵送的最大矸石粒径为管道内径的1/3，如果不满足这个要求，大颗粒矸石相遇就可能导致矸石颗粒集结造成堵管。

(2)管路布置：管路布置不合理，会使料浆在管道中的阻力增加导致堵管。

管路布置应遵循最短距离和最少弯头的原则。

(3)人员操作：没有按照要求间隔一段时间进行正、反泵的循环交换；泵送前没有润滑管道，导致料浆在管道内沉积，细集料不易在管道内形成润滑层，料浆在管道内集结导致堵管。

(4)充填料浆浓度：充填料浆浓度过低，会造成离析，导致堵管；浓度过高，管道输送沿程阻力过大，也会导致管道堵塞。

(6)添加剂：粉煤灰、水泥等添加剂不但能够增加充填体的强度，而且粉煤灰的玻璃微珠效应还能够增大充填料浆的流动性；同时粉煤灰在管道周边形成一层润滑层，能够降低固体颗粒管道的输送阻力，减少管道的堵塞。

实验及现场实践表明，当粉煤灰添加量高于2％时，能够显著减少堵管事故的发生。

(7)环境因素:①炎热天气施工时，应特别注意混凝土坍落度的损失，一方面对商品混凝土搅拌站出料时坍落度的控制作适当的调整；另一方面对输送水平管道应用湿草包覆盖，以防曝晒，并注意每隔一定的时间洒水湿润。

②冬季负温施工时，对输送管道应用50mm 厚岩棉包裹保温，以防止管内混凝土受冻，同时对混凝土入模温度应控制在14℃以上。

6.预防堵管措施：(1)合理布置管道：根据矸石输送方案布管时少用弯管和软管，尽可能缩短管线长度。

(2)控制料浆浓度：加水充分搅拌均匀，泵送矸石的坍落度控制在180～200mm。

(3)选用合理的泵送工艺：在泵送矸石之前先用水或粉煤灰润湿泵的料斗、泵室、输送管道等与矸石接触的部分；在泵送过程中注意观察泵送压力，当压力骤增时，立即反泵数次再正泵；停泵时，时间不超过30min，每隔5 min泵送1次，反泵2～3个行程再正泵2～3个行程。

泵水后加入海绵球，隔离矸石料和水，避免离析。

堵管时应停止设备并闭锁开关，用小锤管路检查堵管位置，用高压水将堵塞的料浆冲洗干净。

(4)选择合理的输送泵：输送泵的选型应满足施工要求，根据混凝土的性质、泵送生产率、泵送距离选择合适的工作压力、管道直径和泵送速度。

(5)选择适当的进灰口篦子孔径：输送泵进灰口是防止混凝土堵管的第一道关口，保证泵口篦子孔径，对防止大料径骨料进入泵管至关重要。

同时输送泵要经常维修和保养，避免浇筑时因设备故障致使混凝土长时间滞留于管中凝结而造成堵管。

(6)泵管选择和连接：泵管敷设宜短不宜长、宜直不宜弯、宜上不宜下。

在选择浇筑路径时，应尽量缩短路线，少用弯头，不走下坡路。

泵管连接时，垫圈应准确旋转，泵卡要扣正、上紧；遇到新旧泵管混用时，旧管因内径长期摩擦变大应安装在近泵处，避免出现穿插或喇叭口状。

(7)泵管的保管：拆卸泵管后要尽快清理管体。

先采用编织袋、棉纱擦拭内径、管口并冲洗干净，以免下次使用时，由于管内干硬砂浆增大磨擦，或管口密封性差而出现堵管问题。

此外，还要按养护要求清洗搅拌机和输送泵，避免在浇筑时混凝土块(或砂浆)脱落出现堵管现象。

(8)控制混凝土合理的坍落度：泵送混凝土的坍落度对混凝土的可泵性影响很大。

如果坍落度过大，流动性好但易产生泌水和离析；坍落度过小，混凝土的流动性受到影响，管阻增大，两者都会造成堵管。

因此，坍落度应根据泵送的高度和距离确定，按表1进行选择。

表1中列出的数值是垂直和水平泵送混凝土的参考值，对于大落差，垂直向下的混凝土泵送施工，坍落度宜控制在12～16cm为好，由于向下泵送混凝土过程中管内混凝土因自重而产生向下自流，粗骨料下落速度远大于砂浆的流散速度而造成混凝土的分层离析。

所以若坍落度选择过大极易造成粗细骨料分离而发生堵管现象。

水平距离（m）150 以下150～300 300～500 500 以上垂直高度（m）30 以下30～60 60～100 100 以上坍落度（mm）100～140 140～160 160～180 180～220(9)确定适当的水灰比及用水量：泵送混凝土的水泥用量一般不得小于300kg/m3，且各项指标应符合标准要求，最大水灰比为0.6，一般宜控制在0.4 ～0.6 比较好。

混凝土的用水量应根据坍落度要求，并参照砂石级配来确定。

如果为满足坍落度要求而用水量过大，很容易在泵送混凝土过程中，产生泌水离析而堵管，此时应通过改善砂石级配、增加外加剂和掺合料，调整坍落度。

(10)改善砂石的级配和调整砂率：①粗骨料泵送混凝土要求粗骨料间的空隙要小，适当提高砂率，这样在泵送过程中才不会因为砂浆填充石子的空隙而无富裕，使石子之间直接接触增加石子间的摩擦力，影响混凝土的流动性；同时管道内由于缺少水泥浆作为润滑剂，混凝土中石子直接与管壁接触，泵送阻力增大，导致堵管。

因此对于粗骨料的粒径、颗粒级配和形状要求较为严格。

就形状而言，表面光滑的圆形或近似圆形的粗骨料比尖扁平的要好，破碎卵石优于碎石，要求碎石中针片状碎石含量不大于5 % 。

粗骨料的最大粒径也应符合以下要求: 碎石粒径不应大于输送管内径的1/4；破碎卵石粒径不应大于管内径的1/3；粗骨料最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的1/4 。

粗骨料的级配直接影响空隙率和砂率，从而影响混凝土的可泵性，一般常用5～25mm 和5～40mm 的连续级配。

在一般混凝土施工中常用20～40mm 碎石可适当掺入30%～40%的10～20mm 细石或10%～20%10mm 以下瓜子石。

对于火山岩碎石、浮石等。

表面粗糙、多孔、吸水性强的多孔轻骨料，可采取加大砂率、提前洒水预湿、加入减水剂和掺合料、严格控制坍落度等措施加以解决。

②细骨料细骨料对混凝土拌合物的可泵性有很大影响，混凝土拌合物所以能在管中流动顺畅是由于砂浆润滑管壁和悬浮粗骨料。

对细骨料的要求:宜用细度模数为2.5～3. 2 的中砂；通过0.315mm 的筛孔的砂应大于15 %，若能达15%～30% 为最佳；有良好的级配，空隙率小，粗砂空隙率大，可泵性差；砂粒过细，泌水性增大，混凝土干缩性，泵送阻力大。

如因细骨料不能满足泵送要求而发生堵管，可通过调整水泥用量、砂率、改善粗骨料级配、添加矿物掺合料和外加剂等方法予以解决。

③砂率砂率对混凝土拌合物的流动性和粘聚性影响最大。

砂率过小，则混凝土中产生空隙，无法泵送。

砂率过大，消耗水泥浆较多，混凝土流动性下降影响泵送。

泵送混凝土的砂率主要与石子种类、最大粒径、砂石级配和水泥用量有关。

泵送混凝土的砂率一般应控制在40%～50%，砂率可根据实际情况具体调整，使用粗骨料可适当增大砂率，用细砂则减少砂率。