高温深井采空区充填料浆蓄冷输送系统及方法与流程

本发明属于高温深井采空区充填技术领域，具体涉及一种高温深井采空区充填料浆蓄冷输送系统及方法。

背景技术：

随着浅部资源逐渐减少和枯竭，开采深度越来越大，目前我国面临深部开采的矿山占全国矿山总数的90％；深部开采面临高地应力、高地温、高渗透压等诸多问题，导致开采难度加大、作业环境恶化、通风降温和生产成本急剧增加，为深部资源开采提出了严峻挑战；为实现安全生产，充填技术的应用在深部资源开发中必不可少，充填采矿法可以将地表堆积废料回填到井下，处理空区，从而大大提高回采作业安全程度，提高深部资源回收率30％，且解决地表堆积废料造成的环境污染，实现绿色开采；而解决矿井高温问题也己迫在眉睫，充填对采区降温方面有一定的帮助，充填可使采场原岩暴露面积大大减小，从而降低了原岩的散热面积，因此可以降低原岩的热量散发；同时充填体能有效的阻止风流渗漏，在一定程度上避免废风串联，从而提高风流的利用率，有效的降低坑内温度；深井充填技术面临诸多难题，膏体充填是未来一大主要方向，传统的水力充填工艺，料浆浓度很难提高到70％以上，且通常需要对尾砂进行分级脱泥，其结果是充填尾砂的利用率低，充入采场后的充填体需脱水，脱水时会带走充填料中的水泥，造成水泥流失，削弱充填体的强度，且造成井下严重污染，提高充填料浆的浓度是解决这类问题的关键，但由于受管道自流输送的限制，要想进一步提高料浆浓度，必须借助适当的设备，实现膏体充填，膏体充填料浆具有不离析、不沉淀，且采场脱水量少、甚至不脱水，充填体强度增长迅速，充填质量好、效率高、成本低，改善井下作业环境等优点，是未来充填采矿技术发展的必然趋势。

现有技术的矿井制冷降温系统由制冷、输冷、传冷和排热四个环节组成。由制冷站制出冷源(冰片或冷水等)，经专用的冷港冻水管输送到采掘工作面的空冷器，同工作面的湿热空气进行热交换，从而降低工作面的环境温度、湿度，热交换后的冷却水将冷凝热带出工作面(如地面等)；该制冷降温系统存在诸多缺点：系统复杂，装机总功率大，能耗高；供冷管道长，系统冷量损耗较大，流化冰生产过程需加盐，对输冷管路、设备存在腐蚀作用；需在井筒中安装大直径的输冷管道及对管道进行保温处理；地面制冷车间占地面积大等。

未来深井开采必将面临的两大问题，即空区充填和矿井降温，当前，膏体充填技术尚不完善，在料浆输送上存在诸多问题，很难形成稳定的结构流；矿井降温系统复杂，运行成本高，制冷效率较低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计合理、实现方便、工作可靠性高的高温深井采空区充填料浆蓄冷输送系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高温深井采空区充填料浆蓄冷输送系统，其特征在于：包括第一物料输送机构、第二物料输送机构、拌和机构、拌和后物料输送管道和温度总控制器，所述第一物料输送机构包括用于盛放混合有冰块的第一物料的第一物料仓、用于将混合有冰块的第一物料输送给拌和机构的料斗和连接在第一物料仓的物料出口处的第一物料输送管道，所述第一物料输送管道上连接有物料输送开关阀、电磁流量计、电动夹管阀和手动夹管阀，所述料斗连接在第一物料输送管道的端部；所述第二物料输送机构包括第二物料仓和连接在第二物料仓的物料出口处的第二物料输送管道，所述第二物料仓的物料出口上连接有闸板阀，所述第二物料输送管道上连接有双管螺旋给料机，所述第二物料输送管道与料斗的底部连接；所述拌和机构包括双轴搅拌机和高速搅拌机，所述双轴搅拌机的物料入口与料斗的底部连接，所述高速搅拌机的物料入口与双轴搅拌机的物料出口连接，所述拌和后物料输送管道与高速搅拌机的物料出口连接，所述第一物料输送管道和拌和后物料输送管道均为分段式输送套管，所述分段式输送套管由多段套管组成，每段所述套管的夹层内均设置有多块串联的半导体加热制冷片和多个用于对所述套管内的温度进行实时检测的温度传感器，每段所述套管的外壁上均设置有温度分控制器，所述温度分控制器包括第一微控制器模块和为温度分控制器中各用电模块供电的供电电源，以及与第一微控制器模块相接的第一数据存储电路模块和第一无线通信模块，多个所述温度传感器的输出端均与第一微控制器模块的输入端连接，所述第一微控制器模块的输出端接有用于接通或断开供电电源与半导体加热制冷片的开关控制电路模块，所述开关控制电路模块串联在所述供电电源与半导体加热制冷片之间；所述温度总控制器包括第二微控制器模块以及与第二微控制器模块相接的第二数据存储电路模块、触摸式液晶显示屏和用于与第一无线通信模块无线连接并通信的第二无线通信模块。

上述的高温深井采空区充填料浆蓄冷输送系统，其特征在于：所述第一物料为尾砂，所述第一物料仓的侧壁上设置有多根溢流管，每根所述溢流管上均设置有溢流阀；所述第二物料为水泥，所述第二物料仓的顶部连接有与散装水泥罐车连接的水泥输送管。

上述的高温深井采空区充填料浆蓄冷输送系统，其特征在于：所述第一微控制器模块为单片机ATmega48，所述单片机ATmega48的第4引脚、第6引脚和第18引脚均与供电电源的5V电压输出端连接，所述单片机ATmega48的第3引脚、第5引脚和第21引脚均接地，所述单片机ATmega48的第20引脚通过并联的非极性电容C1和非极性电容C4接地；所述晶振电路由晶振Y1以及非极性电容C2和非极性电容C3组成，所述晶振Y1的一端和非极性电容C2的一端均与所述单片机ATmega48的第7引脚相接，所述晶振Y1的另一端和非极性电容C3的一端均与所述单片机ATmega48的第8引脚相接，所述非极性电容C2的另一端和非极性电容C3的另一端均接地；所述复位电路由电阻R1和非极性电容C5组成，所述电阻R1的一端和非极性电容C5的一端均与所述单片机ATmega48的第29引脚相接，所述电阻R1的另一端与供电电源的5V电压输出端连接，所述非极性电容C5的另一端接地。

上述的高温深井采空区充填料浆蓄冷输送系统，其特征在于：所述温度传感器为数字式温度传感器DS18B20。

上述的高温深井采空区充填料浆蓄冷输送系统，其特征在于：所述开关控制电路模块包括运算放大器芯片LM324、三极管Q1、肖特基二极管D1、肖特基二极管D2、继电器K1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、稳压二极管D3和稳压二极管D4，所述电阻R3和电阻R4串联构成参考电压产生电路，串联后的电阻R3和电阻R4的一端与供电电源的5V电压输出端连接，串联后的电阻R3和电阻R4的另一端接地；所述运算放大器芯片LM324的第3引脚与电阻R3和电阻R4的连接端连接，所述运算放大器芯片LM324的第2引脚与所述单片机ATmega48的第13引脚连接，所述运算放大器芯片LM324的输出端通过电阻R2与三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的集电极与肖特基二极管D1的阳极、肖特基二极管D2的阳极、电阻R5的一端、稳压二极管D3的阴极和稳压二极管D4的阴极连接，所述电阻R5的另一端通过并联的电阻R6和非极性电容C12接地，所述肖特基二极管D1的阴极和肖特基二极管D2的阴极均与供电电源的5V电压输出端连接，所述稳压二极管D3的阳极和稳压二极管D4的阳极均接地，所述继电器K1的线圈的一端与供电电源的5V电压输出端连接，所述继电器K1的线圈的另一端与三极管Q1的集电极连接，所述继电器K1的常开触点与供电电源的24V电压输出端连接，所述继电器K1的公共触点为开关控制电路模块的输出端且与半导体加热制冷片连接。

上述的高温深井采空区充填料浆蓄冷输送系统，其特征在于：所述肖特基二极管D1和肖特基二极管D2的型号均为IN5819。

上述的高温深井采空区充填料浆蓄冷输送系统，其特征在于：所述第二微控制器模块为ARM微控制器LPC2131。

上述的高温深井采空区充填料浆蓄冷输送系统，其特征在于：所述第一数据存储电路模块和第二数据存储电路模块均为Flash数据存储模块。

上述的高温深井采空区充填料浆蓄冷输送系统，其特征在于：所述第一无线通信模块和第二无线通信模块均为ZigBee无线通信模块。

本发明还公开了一种方法步骤简单、实现方便的高温深井采空区充填用充填料浆蓄冷输送方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、在第一物料仓内装入冰块和第一物料，并在第二物料仓内装入第二物料；

步骤二、打开物料输送开关阀、电动夹管阀和手动夹管阀，第一物料仓内的混合有冰块的第一物料通过第一物料输送管道输送到料斗中；同时，打开闸板阀，第二物料仓内的第二物料通过第二物料输送管道输送到料斗的底部；在双管螺旋给料机的作用下，混合有冰块的第一物料和第二物料经料斗进入双轴搅拌机；其中，混合有冰块的第一物料通过第一物料输送管道输送到料斗中的过程中，第一微控制器模块通过开关控制电路模块控制半导体加热制冷片制冷，使温度满足实际需求；

步骤三、混合有冰块的第一物料和第二物料经双轴搅拌机和高速搅拌机搅拌后，通过第二物料输送管道输送到采空区，进行充填；其中，物料通过第二物料输送管道输送到采空区的过程中，第一微控制器模块通过开关控制电路模块控制半导体加热制冷片制冷，使温度满足实际需求。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的高温深井采空区充填料浆蓄冷输送系统，通过在第一物料中混入冰块，并在整个充填料浆输送过程中，采用分段式输送套管进行温度调节，结构简单，设计合理，实现方便。

2、本发明高温深井采空区充填料浆蓄冷输送系统的智能化程度高，使用操作方便。

3、本发明高温深井采空区充填料浆蓄冷输送系统的工作可靠性高，能够使得充填材料具有经济性、稳定性、流动性、可泵性和良好的降温性能。

4、本发明高温深井采空区充填用充填料浆蓄冷输送方法的方法步骤简单，实现方便，通过温度分控制器和温度总控制器，能够对充填料浆输送的温度进行实时控制和调节，使输送温度满足要求。

5、本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本发明的设计合理，实现方便，使用操作方便，工作可靠性高，能够使输送的充填料浆温度满足要求，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明高温深井采空区充填用充填料浆蓄冷输送的结构示意图。

图2为本发明每段套管的结构示意图。

图3为本发明温度分控制器和温度总控制器的电路连接关系示意图。

图4为本发明第一微控制器模块的电路原理图。

图5为本发明开关控制电路模块的电路原理图。

图6为本发明第二微控制器模块的电路原理图。

附图标记说明：

1-第一物料仓； 2-第一物料输送管道； 3-料斗；

4-电磁流量计； 5-电动夹管阀； 6-手动夹管阀；

7-二物料仓； 8-第二物料输送管道； 9-闸板阀；

10-双轴搅拌机； 11-高速搅拌机； 12-拌和后物料输送管道；

13-半导体加热制冷片； 14-温度分控制器； 14-1-第一微控制器模块；

14-2-供电电源； 14-3-第一数据存储电路模块；

14-4-第一无线通信模块； 14-5-开关控制电路模块；

15-温度总控制器； 15-1-第二微控制器模块；

15-2-第二数据存储电路模块； 15-3-触摸式液晶显示屏；

15-4-第二无线通信模块； 16-溢流管； 17-溢流阀；

18-散装水泥罐车； 19-水泥输送管； 20-双管螺旋给料机；

21-物料输送开关阀； 22-温度传感器。

具体实施方式

如图1所示，本发明的高温深井采空区充填料浆蓄冷输送系统，包括第一物料输送机构、第二物料输送机构、拌和机构、拌和后物料输送管道12和温度总控制器15，所述第一物料输送机构包括用于盛放混合有冰块的第一物料的第一物料仓1、用于将混合有冰块的第一物料输送给拌和机构的料斗3和连接在第一物料仓1的物料出口处的第一物料输送管道2，所述第一物料输送管道2上连接有物料输送开关阀21、电磁流量计4、电动夹管阀5和手动夹管阀6，所述料斗3连接在第一物料输送管道2的端部；所述第二物料输送机构包括第二物料仓7和连接在第二物料仓7的物料出口处的第二物料输送管道8，所述第二物料仓7的物料出口上连接有闸板阀9，所述第二物料输送管道8上连接有双管螺旋给料机20，所述第二物料输送管道8与料斗3的底部连接；所述拌和机构包括双轴搅拌机10和高速搅拌机11，所述双轴搅拌机10的物料入口与料斗3的底部连接，所述高速搅拌机11的物料入口与双轴搅拌机10的物料出口连接，所述拌和后物料输送管道12与高速搅拌机11的物料出口连接，所述第一物料输送管道2和拌和后物料输送管道12均为分段式输送套管，所述分段式输送套管由多段套管组成，结合图2，每段所述套管的夹层内均设置有多块串联的半导体加热制冷片13和多个用于对所述套管内的温度进行实时检测的温度传感器22，每段所述套管的外壁上均设置有温度分控制器14，结合图3，所述温度分控制器14包括第一微控制器模块14-1和为温度分控制器14中各用电模块供电的供电电源14-2，以及与第一微控制器模块14-1相接的第一数据存储电路模块14-3和第一无线通信模块14-4，多个所述温度传感器22的输出端均与第一微控制器模块14-1的输入端连接，所述第一微控制器模块14-1的输出端接有用于接通或断开供电电源14-2与半导体加热制冷片13的开关控制电路模块14-5，所述开关控制电路模块14-5串联在所述供电电源14-2与半导体加热制冷片13之间；所述温度总控制器15包括第二微控制器模块15-1以及与第二微控制器模块15-1相接的第二数据存储电路模块15-2、触摸式液晶显示屏15-3和用于与第一无线通信模块14-4无线连接并通信的第二无线通信模块15-4。

如图1所示，本实施例中，所述第一物料为尾砂，所述第一物料仓1的侧壁上设置有多根溢流管16，每根所述溢流管16上均设置有溢流阀17；所述第二物料为水泥，所述第二物料仓7的顶部连接有与散装水泥罐车18连接的水泥输送管19。

如图4所示，本实施例中，所述第一微控制器模块14-1为单片机ATmega48，所述单片机ATmega48的第4引脚、第6引脚和第18引脚均与供电电源14-2的5V电压输出端连接，所述单片机ATmega48的第3引脚、第5引脚和第21引脚均接地，所述单片机ATmega48的第20引脚通过并联的非极性电容C1和非极性电容C4接地；所述晶振电路由晶振Y1以及非极性电容C2和非极性电容C3组成，所述晶振Y1的一端和非极性电容C2的一端均与所述单片机ATmega48的第7引脚相接，所述晶振Y1的另一端和非极性电容C3的一端均与所述单片机ATmega48的第8引脚相接，所述非极性电容C2的另一端和非极性电容C3的另一端均接地；所述复位电路由电阻R1和非极性电容C5组成，所述电阻R1的一端和非极性电容C5的一端均与所述单片机ATmega48的第29引脚相接，所述电阻R1的另一端与供电电源14-2的5V电压输出端连接，所述非极性电容C5的另一端接地。

本实施例中，所述温度传感器14-5为数字式温度传感器DS18B20。

如图5所示，本实施例中，所述开关控制电路模块14-5包括运算放大器芯片LM324、三极管Q1、肖特基二极管D1、肖特基二极管D2、继电器K1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、稳压二极管D3和稳压二极管D4，所述电阻R3和电阻R4串联构成参考电压产生电路，串联后的电阻R3和电阻R4的一端与供电电源14-2的5V电压输出端连接，串联后的电阻R3和电阻R4的另一端接地；所述运算放大器芯片LM324的第3引脚与电阻R3和电阻R4的连接端连接，所述运算放大器芯片LM324的第2引脚与所述单片机ATmega48的第13引脚连接，所述运算放大器芯片LM324的输出端通过电阻R2与三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的集电极与肖特基二极管D1的阳极、肖特基二极管D2的阳极、电阻R5的一端、稳压二极管D3的阴极和稳压二极管D4的阴极连接，所述电阻R5的另一端通过并联的电阻R6和非极性电容C12接地，所述肖特基二极管D1的阴极和肖特基二极管D2的阴极均与供电电源14-2的5V电压输出端连接，所述稳压二极管D3的阳极和稳压二极管D4的阳极均接地，所述继电器K1的线圈的一端与供电电源14-2的5V电压输出端连接，所述继电器K1的线圈的另一端与三极管Q1的集电极连接，所述继电器K1的常开触点与供电电源14-2的24V电压输出端连接，所述继电器K1的公共触点为开关控制电路模块14-5的输出端且与半导体加热制冷片13连接。

本实施例中，所述肖特基二极管D1和肖特基二极管D2的型号均为IN5819。

如图6所示，本实施例中，所述第二微控制器模块15-1为ARM微控制器LPC2131。

本实施例中，所述第一数据存储电路模块14-3和第二数据存储电路模块15-2均为Flash数据存储模块。

本实施例中，所述第一无线通信模块14-4和第二无线通信模块15-4均为ZigBee无线通信模块。

本发明的高温深井采空区充填料浆蓄冷输送方法，包括以下步骤：

步骤一、在第一物料仓1内装入冰块和第一物料，并在第二物料仓7内装入第二物料；

步骤二、打开物料输送开关阀21、电动夹管阀5和手动夹管阀6，第一物料仓1内的混合有冰块的第一物料通过第一物料输送管道2输送到料斗3中；同时，打开闸板阀9，第二物料仓7内的第二物料通过第二物料输送管道8输送到料斗3的底部；在双管螺旋给料机20的作用下，混合有冰块的第一物料和第二物料经料斗3进入双轴搅拌机10；其中，混合有冰块的第一物料通过第一物料输送管道2输送到料斗3中的过程中，第一微控制器模块14-1通过开关控制电路模块14-5控制半导体加热制冷片13制冷，使温度满足实际需求；

步骤三、混合有冰块的第一物料和第二物料经双轴搅拌机10和高速搅拌机11搅拌后，通过第二物料输送管道8输送到采空区，进行充填；其中，物料通过第二物料输送管道8输送到采空区的过程中，第一微控制器模块14-1通过开关控制电路模块14-5控制半导体加热制冷片13制冷，使温度满足实际需求。

综上所述，本发明通过在第一物料中混入冰块，并在整个充填料浆输送过程中，采用分段式输送套管进行温度调节，能够保证充填料浆的温度满足实际使用需求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。