专利名称：浆体材料的制送自助一体化设备及工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于煤矿采空区充填的浆体材料的制送自助一体化设备及工艺，属于矿井采空区充填领域。
背景技术：
为了最大程度地控制煤矿采空区上覆岩层的移动，确保房屋、道路、水体、管道等各种建筑设施不受损害，实现“三下”压煤的安全开采和有效利用，我国煤矿企业普遍采用了充填法对采空区实施管理。目前，在高水、膏体、似膏体、水沙等应用相对广泛的充填方法中，充填材料的制备与输送大都采取了机械方式，比如搅拌混合器、皮带输送机、柱塞泵、破碎机、捣实机等动力设备，并且制备和输送这两个环节在时间和空间上是相对独立的工作单元。这些方法不同程度地存在四种缺陷:一是设备繁多且大多处于运动状态，不安全因素较多；二是充填材料的制备与输送需要占用互不重叠的时间和空间，充填能力较低；三是设备的运行全部借助外部动力，能耗成本较大；四是设备的运行属于开放式，粉尘、噪声等职业危害较重。
发明内容
根据以上现 有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是:提供一种用于煤矿采空区充填的浆体材料的制送自助一体化设备及工艺，在不输入外部动力的情况下，能够依靠物料的位能通过特定的混合设备实现浆体材料的连续和同期的制备与输送。本发明所述的浆体材料的制送自助一体化设备，包括清水储备池以及上下顺次连接的原料风力混合器、混料静止贮存仓、固液旋流制浆器和初浆湍动成浆器，原料风力混合器顶部封闭，侧壁沿切线方向设置数个原料入口，固液旋流制浆器的侧壁沿切线方向设置一个清水入口，清水入口通过输送管路与清水储备池连接，固液旋流制浆器顶部的混料吸入口通过混料吸送管与混料静止贮存仓底部的混料吸出口连接，固液旋流制浆器底部的初浆输出口通过初浆输送管路与初浆湍动成浆器连接且初浆输送管路沿水平方向伸入初浆湍动成浆器的尾部，固液旋流制浆器的清水入口、混料吸入口均安装自动控制阀。所述的清水储备池与固液旋流制浆器的高度差为IOm 50m。所述的固液旋流制浆器与初浆湍动成浆器的高度差为IOOm 200m。本发明所述的浆体材料的制送自助一体化工艺，包括以下步骤:①打开原料风力混合器的原料入口，在无外部动力输入的情况下，借用运输槽车卸料过程中的过剩风力，将各种粉料沿原料风力混合器外壁切线方向的原料入口同时送入原料风力混合器中进行混合；②混合均匀后的各种粉料进入混料静止贮存仓，备用；③打开固液旋流制浆器的清水入口和混料吸入口上的自动控制阀，位于清水入口上方的清水储备池与清水入口之间的垂直距离大于10米，在无外部动力输入的情况下，借助10米以上高差的位能将清水沿固液旋流制浆器外壁切线方向送入固液旋流制浆器中，并形成水平旋转和垂直下降的水流，混料静止贮存仓中的粉料借助其自重和水流的旋流负压双重作用被吸入固液旋流制浆器，进入固液旋流制浆器的混料，实现与水流的混合，形成初浆；④初浆通过初浆输送管路送至与固液旋流制浆器垂直距离大于100米的井底，在无外部动力输入的情况下，初浆借助100米以上高差的位能高速下降至井底，之后沿水平方向进入初浆湍动成浆器，并在初浆湍动成浆器内部形成回返湍动的流场，初浆中的固液两相在回返湍动的流场中实现充分混合，最终形成均匀度和粘稠度满足要求的浆体材料，即成浆。所述的初衆瑞动成衆器的初衆输入方向与成衆输出方向相反，使衆体在成衆器内形成回返与湍动的流场，为固液物料得到数次的混合，直至均匀。所述固液旋流制浆器的初浆输出口的断面面积不小于清水入口断面面积与混料吸入口断面面积之和，使混料吸入口与混料吸出口区间产生负压。所述的清水储备池的容积与表面积的数值比< 2，使进入固液旋流制浆器的水流压力保持彡2 10%的波动。本工艺利用物体的位能作为浆体材料制备与输送的原始动力:在负压和重力双重作用下，混料静止贮存仓中的混合粉料直接吸入固液旋流制浆器；制得的初浆同样在位能作用下，高速进入初浆湍动成浆器后实现充分混合。本发明由于有效利用了物料的位能，清水的输送、固液物料的混合、浆体材料的制成和输送等整个工艺的各个环节，无需输入外部动力，以此省去能耗成本。同时，由于清水储备池表面积大、垂直落差小，进入固液旋流制浆器的清水压力保持相对恒定。由于该工艺的一个充填系统形成后，在输送介质不变的条件下，其任意界面的负压和重力是一个相对恒定的数值，由此输送的混料流量也相对恒定。由此，如果需要改变浆体材料的浓度，只要调整清水储备池与固液旋流制浆器清水入口之间和固液旋流制浆器混料吸入口与混料静止贮 存仓混料吸出口之间两个联动的自动控制阀即可实现。本发明与现有技术相比所具有的有益效果是:本浆体材料的制送自助一体化设备及工艺，有效利用了物料的位能，清水的输送、固液物料的混合、浆体材料的制成和输送等整个工艺的各个环节，无需输入外部动力，能够省去能耗成本；工艺中使用的设备简少且都处于静止状态，能够消除固有的不安全因素；浆体材料的制备与输送可以在时间和空间上同期实现，能够最大发挥充填工艺的潜在能力；所有设备完全封闭运行，能够消除粉尘、噪声等职业危害。
图1是本发明中设备的结构示意图；图2是原料风力混合器的俯视图。图中:1、原料风力混合器；1_1、混料出口 ；1_2、原料入口 ；1_3、原料入口 ；2、混料静止贮存仓；2-1、混料入口 ；2-2、混料吸出口 ；3、自动控制阀；4、混料吸送管；5、固液旋流制浆器；5-1、清水入口 ；5-2、混料吸入口 ；5-3、初浆输出口 ；6、初浆输送管路；7、初浆湍动成浆器；7_1、初浆输入口 ；7-2、成浆输出口 ；8、自动控制阀；9、输送管路；10、清水储备池。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述:如图1、2所示，浆体材料的制送自助一体化设备，包括清水储备池10以及上下顺次连接的原料风力混合器1、混料静止贮存仓2、固液旋流制浆器5和初浆湍动成浆器7。原料风力混合器I顶部封闭，侧壁沿切线方向设置多个原料入口(其数量根据所需原料的种类确定，本实施例为采用2个分别是原料入口 1-2、1-3)，底部设置混料出口 1-1 ;混料静止贮存仓2，顶部设置混料入口 2-1与原料风力混合器I的混料出口 1-1连接，底部设置混料吸出口 2-2 ;固液旋流制浆器5，侧壁沿切线方向设置清水入口 5-1并通过输水管路9与清水储备池10连接，顶部设置混料吸入口 5-2并通过混料吸送管4与混料静止贮存仓2的混料吸出口 2-2连接，底部设置初浆输出口 5-3 ;初浆湍动成浆器7，尾部设置初浆输入口 7-1并通过初浆输送管路6与固液旋流制浆器5的初浆输出口 5-3连接，头部设置成浆输出口
7-2并通过成浆输送管路12与采空区连接。固液旋流制浆器5的清水入口 5-1和混料静止贮存仓2的混料吸出口 2-2分别安装自动控制阀8、3。其中:清水储备池10与固液旋流制浆器5的高度差为IOm 50m。;固液旋流制浆器5与初浆湍动成浆器7的高度差为IOOm 200m。其工作原理及过程(即浆体材料的制送自助一体化工艺)如下:首先，打开原料风力混合器I的原料入口 1-2、1-3，借用运输槽车的卸料过剩风力，将各种粉基原料混合均匀后进入混料静止贮存仓2，备用；其次，打开固液旋流制浆器清水入口的自动控制阀8和混料吸出口的自动控制阀3，压力相对恒定的水流在位能的作用下沿切线方向进入固液旋流制浆器5并形成水平旋转和垂直下降的水流，该水流的垂直下降因素，使固液旋流制浆器5的混料吸入口顶部和混料静止贮存仓2的混料吸出口底部之间产生负压区，混料静止贮存仓3的粉料在负压和重力的双重作用下，通过混料吸送管4进入固液旋流制浆器5 ;进入固液旋流制浆器5的物料，在水平旋转因素的作用下，与水流实现混合并形成初浆；初浆在位能作用下，通过垂直的初浆输送管路6高速下降至井底后沿水平进入初浆湍动成浆器7，并形成回返湍动的流场；初浆中的固液两相在回返湍动的流场中进行充填混合，最终形成均匀度和粘稠度都满足要求的浆体材料即成浆。由于该工艺的一个充填系统形成后，在输送介质不变的条件下，其任意界面的负压和重力是一个相对恒定的数值，由此输送的混料流量也相对恒定。由此，如果需要改变浆体材料的浓度，只要调整清水储备池10与固液旋流制浆器5的清水入口 5-1和固液旋流制浆器5的混料吸入口 5-2与混料静止贮存仓的混料吸出口 2-2之间两个联动的自动控制阀
8、3即可实现。本浆体材料的制送自助一体化设备及工艺，有效利用了物料的位能，清水的输送、固液物料的混合、浆体材料的制成和输送等整个工艺的各个环节，无需输入外部动力，能够省去能耗成本，以此实现节能降耗的目的；工艺中使用的设备简少且都处于静止状态，能够消除固有的不安全因素；浆体材料的制备与输送可以在时间和空间上同期实现，能够最大发挥充填工艺的潜在能力；所有设备完全封闭运行，能够消除粉尘、噪声等职业危害。
权利要求
1.一种浆体材料的制送自助一体化设备，其特征在于:包括清水储备池(10)以及上下顺次连接的原料风力混合器(I)、混料静止贮存仓(2)、固液旋流制浆器(5)和初浆湍动成浆器(7)，原料风力混合器(I)顶部封闭，侧壁沿切线方向设置数个原料入口，固液旋流制浆器(5 )的侧壁沿切线方向设置一个清水入口( 5-1)，清水入口( 5-1)通过输送管路(9 )与清水储备池(10)连接，固液旋流制浆器(5)顶部的混料吸入口(5-2)通过混料吸送管(4)与混料静止贮存仓(2)底部的混料吸出口(2-2)连接，固液旋流制浆器(5)底部的初浆输出口(5-3)通过初浆输送管路(6)与初浆湍动成浆器(7)连接且初浆输送管路(6)沿水平方向伸入初浆湍动成浆器(7)的尾部，固液旋流制浆器(5)的清水入口(5-1)、混料吸入口(5-2)均安装自动控制阀。
2.根据权利要求1所述的浆体材料的制送自助一体化设备，其特征在于:所述的清水储备池(10)与固液旋流制浆器(5)的高度差为IOm 50m。
3.根据权利要求1或2所述的浆体材料的制送自助一体化设备，其特征在于:所述的固液旋流制浆器(5)与初浆湍动成浆器(7)的高度差为IOOm 200m。
4.一种浆体材料的制送自助一体化工艺，其特征在于:包括以下步骤: ①打开原料风力混合器(I)的原料入口，在无外部动力输入的情况下，借用运输槽车卸料过程中的过剩风力，将各种粉料沿原料风力混合器(I)外壁切线方向的原料入口同时送入原料风力混合器(I)中进行混合； ②混合均匀后的各种粉料进入混料静止贮存仓(2)，备用； ③打开固液旋流制浆器(5)的清水入口(5-1)和混料吸入口( 5-2 )上的自动控制阀(8)(3)，位于清水入口(5-1)上方的清水储备池(10)与清水入口(5-1)之间的垂直距离大于10米，在无外部动力输入的情况下，借助10米以上高差的位能将清水沿固液旋流制浆器(5)外壁切线方向送入固液旋流制浆器(5)中，并形成水平旋转和垂直下降的水流，混料静止贮存仓(2)中的混料借助其自重和水流的旋流负压双重作用被吸入固液旋流制浆器(5)，进入固液旋流制浆器(5)的混料，实现与水流的混合，形成初浆； ④初浆通过初浆输送管路(6)送至与固液旋流制浆器(5)垂直距离大于100米的井底，在无外部动力输入的情况下，初浆借助100米以上高差的位能高速下降至井底，之后沿水平方向进入初浆湍动成浆器(7)，并在初浆湍动成浆器(7)内部形成回返湍动的流场，初浆中的固液两相在回返湍动的流场中实现充分混合，最终形成均匀度和粘稠度满足要求的浆体材料，即成浆。
5.根据权利要求4所述的浆体材料的制送自助一体化工艺，其特征在于:所述的初浆瑞动成衆器(7)的初衆输入方向与成衆输出方向相反。
6.根据权利要求4所述的浆体材的料制送自助一体化工艺，其特征在于:所述固液旋流制浆器(5)的初浆输出口(5-3)的断面面积不小于清水入口(5-1)断面面积与混料吸入口(5-2)断面面积之和。
7.根据权利要求4所述的浆体材料制送的自助一体化工艺，其特征在于:所述的清水储备池(10)的容积与表面积的数值比< 2。
全文摘要
本发明涉及一种用于煤矿采空区充填的浆体材料的制送自助一体化设备及工艺，本设备包括清水储备池以及上下顺次连接的原料风力混合器、混料静止贮存仓、固液旋流制浆器和初浆湍动成浆器。本工艺利用物体的位能作为浆体材料制备与输送的原始动力在负压和重力双重作用下，混料静止贮存仓中的混合粉料直接吸入固液旋流制浆器；制得的初浆在位能作用下，高速进入初浆湍动成浆器后实现充分混合。本发明有效利用了物料的位能，无需输入外部动力，省去了能耗成本；设备简少且处于静止状态，消除了固有不安全因素；浆体材料的制备与输送可以在时间和空间上同期实现，能够最大发挥充填工艺的潜在能力；所有设备完全封闭运行，消除了粉尘、噪声等职业危害。
文档编号B01F13/10GK103212334SQ20131012830
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月13日 优先权日2013年4月13日
发明者石建新, 王向宏, 韩吉玉 申请人:淄博王煤矿业有限公司