基于电磁振荡原理的水泥浆液长距离输送管及输送方法

本发明涉及一种基于电磁振荡原理的水泥浆液长距离输送管及输送方法，适用于水泥浆液长距离输送，属于地下工程灾害控制领域。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、随着交通、能源需求剧增，地下工程正向极端复杂水文地质环境进军，塌方与突涌水等灾害威胁日益严峻，地层注浆加固与涌水封堵施工已成为保障地下工程建设安全的必要手段。然而，狭窄的地下空间无法满足注浆施工大体量的水泥浆液制备需求，只能通过地面搅拌站进行管道输送，但输送距离过长时，易出现因水泥浆液凝结沉积而堵塞管道的现象，需要耗费大量人力进行管路检修更换，严重影响施工进度。

3、在专利cn102725476b公开了通过电流动力学推进力来泵送泥浆的方法和设备，通过在立管上设置一个或更多个电磁体、一个或更多电极或者它们的组合，用于从海底井口罩朝着海面泵送钻泥向上通过立管柱，其基本原理是利用磁场间、电荷间的相互排斥或吸引作用来为流体提供动力。但该方案对运送流体有着特殊的电流体动力学特性要求，难以用于的水泥浆液运输，且注浆施工多采用0.8～1.2的高水灰比浆液，难以在外磁场的作用下形成该方案中所提到的“电枢”。

4、在专利cn103227550a公开了一种基于电磁耦合磁力驱动的线性运动输送装置，通过静态磁场和波动磁场之间的磁极排斥作用来驱动物料输送带，无法用于水泥浆液输送。

5、在专利cn108331997a公开了一种石油行业专用电磁化的防蜡防垢处理装置，基于直流磁场、稀土合金管和永磁铁的结合，将采出液磁化，诱导石蜡分子重新排列，使石蜡分子悬浮在采出液之中，从而抑制蜡晶聚结，减少管壁上结晶的机会。其主要作用对象为石油中的石蜡，相关原理不适用于水泥浆液。

6、在专利cn116518304a公开了一种石油采输管磁约束下磁流体环减阻输送装置与方法。将铁盐、naoh与表面活性剂反应制备的铁磁流体泵送至外筒，并依靠直流磁场黏附在管壁上形成磁性液环，形成液液通道，降低原油输送的阻力，其本质是利用磁力吸附磁性物质于管壁上制造减阻层，相关原理对减缓水泥浆液凝结沉积的作用有限。

技术实现思路

1、本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种基于电磁振荡原理的水泥浆液长距离输送管及输送方法，解决水泥浆液输送过程中的凝结沉积问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种基于电磁振荡原理的水泥浆液长距离输送管，包括内芯管、纳米涂层、电磁线圈层、外套管、温度传感器、交流电源及中控台；

4、所述内芯管为绝缘材质，内壁涂覆纳米涂层，外壁包裹电磁线圈层，所述的电磁线圈层的外圈设置外套管；

5、所述纳米涂层为双层结构，沿着内芯管的径向方向，由内向外依次是耐磨层、磁性层，所述磁性层为掺和顺磁纳米颗粒的涂层，用于在电磁场的作用下发生磁振荡产热；所述耐磨层用于提高纳米涂层整体的耐磨耐久性，以应对浆液中水泥颗粒长期冲刷腐蚀；

6、所述电磁线圈层由外覆绝缘材料的导电线圈组成，所述的导电线圈与交流电源相连；

7、所述的温度传感器设置在内芯管中，用于温度监测与信息记录传输，其与中控台相连，且所述中控台控制交流电源，中控台用于管道温度信息收集分析、磁场强度计算与交流电源输出参数控制。

8、本发明基于电磁振荡原理，通过电磁线圈层提供磁场环境，使内芯管纳米涂层中的顺磁纳米发生磁性振荡并释放热能，进而在内芯管管壁与水泥浆液之间形成高温边界层，温度的增加会显著降低水泥浆液粘度，提高边界处水泥浆液流动速度，阻碍水泥浆液的凝结与沉积，实现水泥浆液的长距离输送；在电磁振荡作用下，可使水泥颗粒重新聚集和排列，在减缓其硬化速率，防止凝结沉积的同时，还有助于水泥浆液中气泡的排出，提高其输送至工作面时的质量及凝结固化后的密实度；电磁振荡作用下，纳米涂层的表现温度范围可通过改变交流电源频率或涂层中顺磁纳米的材质与浓度进行控制，便于根据工程需求进行设计改造。

9、作为进一步的技术方案，所述外套管为耐碱腐蚀的金属材质，用于内部结构保护与电磁屏蔽。

10、作为进一步的技术方案，所述的磁性层所采用的涂料由密度1.2g/ml，一次粒径10～20nm的水基超顺磁纳米fe3o4流体与环氧漆按重量比1:1配合而成；磁性层用于在电磁场的作用下发生磁振荡产热。

11、作为进一步的技术方案，所述磁性层的厚度为2～3mm，用于在电磁场的作用下发生磁振荡产热。

12、作为进一步的技术方案，所述耐磨层所采用的涂料由密度0.2g/ml，一次粒径5～15nm的可分散性纳米sio2与环氧漆按重量比3:1配合而成；用于提高纳米涂层整体的耐磨耐久性，以应对浆液中水泥颗粒长期冲刷腐蚀。

13、作为进一步的技术方案，所述耐磨层的厚度3～4mm。

14、作为进一步的技术方案，所述交流电源为可变频交流电源，具有电压、电流大小，交变频率等调节功能，为导电线圈提供交流电流。

15、第二方面，本发明基于上述提供了一种基于磁振荡的水泥浆液长距离输送管道的控制方法，如下：

16、通过温度传感器获取管道内温度信息并传输到中控台，中控台在磁场强度限制条件下，基于温度要求分析计算出所需继续输入的交流电参数与通电持续时间，实现管道内温度控制；

17、作为进一步的技术方案，交流电电流、频率及通电持续时间与升高温度之间的关系为：

18、t＝t0+abi2f2t

19、其中，t为目标温度(°k)；t0为初始环境温度(°k)；a为纳米涂层性质相关常量(m2ks-1a-2)，b为电磁线圈层性质相关常量(m-2)，i为输入电流大小(a)，f为交变电流频率(hz)，t为时间(s)。

20、作为进一步的技术方案，所述目标温度t需控制在323.15°～403.15°k，且以383.15°k为最佳，不可超过403.15°k，温度过高会加速水泥浆液的水化进程，使得浆液过早凝结，影响其流动性能。

21、初始磁场强度控制在80～240ka/m，不可超过240ka/m，在达到目标温度t后，调控磁场强度至80ka/m，以低能耗运行。

22、上述本发明的有益效果：

23、本发明基于电磁振荡原理，通过电磁线圈层提供磁场环境，使内芯管纳米涂层中的顺磁纳米发生磁性振荡并释放热能，进而在内芯管管壁与水泥浆液之间形成高温边界层，温度的增加会显著降低水泥浆液粘度，提高边界处水泥浆液流动速度，阻碍水泥浆液的凝结与沉积，实现水泥浆液的长距离输送；在电磁振荡作用下，可使水泥颗粒重新分布和排列，在减缓其硬化速率，防止凝结沉积的同时，还有助于水泥浆液中气泡的排出，提高其输送至工作面时的质量及凝结固化后的密实度；电磁振荡作用下，纳米涂层的表现温度范围可通过改变交流电源频率或涂层中顺磁纳米的材质与浓度进行控制，便于根据工程需求进行设计改造；

24、且本发明中的纳米涂层为双层结构，沿着内芯管的径向方向，由内向外依次是耐磨层、磁性层，磁性层为掺和顺磁纳米颗粒的涂层，用于在电磁场的作用下发生磁振荡产热；耐磨层为掺和纳米氧化物颗粒或碳纳米管、石墨烯等的涂层，用于提高纳米涂层整体的耐磨耐久性，以应对浆液中水泥颗粒长期冲刷腐蚀。

25、本发明的电磁线圈层由外覆绝缘材料的导电线圈组成，即线圈通过绝缘材料与内芯管外壁、外套管内壁相互隔离，线圈在整个管道长度上均匀布置，用于提供均匀的磁场环境，磁场强度控制在80～240ka/m，且不可超过240ka/m，以便在保证磁场对纳米涂层中顺磁纳米及水泥浆液具有稳定激发效果，提高水泥浆液传输性能的同时，防止因磁场强度过高而发生浆液水泥颗粒团聚的反效果。