一种基于匀质造浆工艺的充填装置和方法与流程

本发明涉及井下充填领域，具体是一种基于匀质造浆工艺的充填装置和方法。

背景技术：

目前，应用较为广泛的砂仓造浆装置是在砂仓锥底或平底上均匀布设若干层环状结构的高压给水或给气管，有若干高压喷嘴与之连接；通过高压水或风的扰动作用将板结的尾砂活化成为高浓度的流态化尾砂，通过锥底砂仓的下砂管或平底型砂仓的虹吸管将尾砂输送至充填站搅拌设备。传统的造浆装置能对尾砂形成活化作用，但随着仓内砂位的不断变化被活化的尾砂浓度会随之产生波动，影响充填系统的生产稳定性，造成充填料浆配比质量难以控制，且易造成充填料浆输送过程中管路堵塞的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于匀质造浆工艺的充填装置和方法，它利用匀质造浆装置提供高浓度稳定的流态化尾砂，保证造浆的稳定性。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种基于匀质造浆工艺的充填装置，包括下砂装置、下灰装置、供水装置、充填料浆制备装置、控制装置；

所述下砂装置包括砂仓，所述砂仓上设有下砂管，所述下砂管上设有调节型管夹阀；

所述下灰装置包括胶固粉仓，所述胶固粉仓上设有下灰管，所述下灰管上设有螺旋输送机；

所述供水装置包括生产水池，所述生产水池上设有供水管，所述供水管上连接有造浆水泵，所述造浆水泵上连接有高压水分配器和补加水管，所述高压水分配器上连接有造浆水管和冲洗水管，所述造浆水管与砂仓相连通，所述冲洗水管与下砂管相连通；

所述充填料浆制备装置包括高浓度搅拌桶，所述补加水管、下砂管、下灰管均与高浓度搅拌桶相连通，所述高浓度搅拌桶的底部设有料浆输送管；

所述控制装置包括控制器、流量计、电动调节阀、料位计、浓度计，所述流量计设置在下砂管、下灰管、供水管、造浆水管、冲洗水管、补加水管上，所述电动调节阀设置在供水管、造浆水管、冲洗水管、补加水管上，所述料位计设置在砂仓、胶固粉仓、高浓度搅拌桶内，所述浓度计设置在下砂管、料浆输送管上，所述流量计、电动调节阀、料位计、浓度计、调节型管夹阀、螺旋输送机均与控制器信号连接。

进一步的，所述造浆水管为两条，且两条所述造浆水管独立工作。

进一步的，所述下砂管为L型，所述造浆水管为环形，所述造浆水管上设有止回阀。

进一步的，所述砂仓内的料位计为重锤料位计，所述胶固粉仓、高浓度搅拌桶内的料位计为雷达料位计。

进一步的，所述胶固粉仓的侧壁上设有仓壁振打器。

一种利用基于匀质造浆工艺的充填装置的充填方法，包括：

步骤一：接到井下充填信号后，控制器根据砂仓内料位计显示的砂位选取对应的造浆压力、流量，开启造浆水泵，打开造浆水阀门，生产水池内生产用水，经造浆水泵加压，给水至高压水分配器，高压水分配器中的水经由电动调节阀和流量计后进入砂仓内造浆水管，造浆水管内的高压水通过喷嘴进行水力造浆，造浆5分钟过后即可打开下砂管上的调节型管夹阀正常放砂充填，所述控制器根据下砂管上浓度计的数据反馈调节造浆水管上的电动调节阀调节水流量，保证下砂的浓度；

步骤二：根据井下充填所需充填体强度，系统自动选取对应的灰砂配比，所述控制器通过下灰管上流量计的数据反馈，及时调整螺旋输送机的工作频率，确保加灰量的准确性；

步骤三：在稳定的下灰、下砂浓度条件下，所述控制器实时监测充填管路的料浆浓度，根据高浓度搅拌桶内料位计以及料浆输送管上浓度计的数据反馈及时利用电动调节阀调整补加水管的补加水量，确保充填料浆浓度的稳定性。

对比现有技术，本发明的有益效果在于：

1.本发明的造浆系统的供水量与砂仓顶部的位计进行连锁，当砂仓的砂位发生变化时造浆系统自动修正造浆水量，确保放砂浓度始终保持在合理的区间范围内，防止下砂管出现堵塞的情况。

2.本发明采用的充填工艺，全部充填过程均由控制器的自动控制来完成，充填站操作人员只需根据井下充填区域对充填体强度的要求选取充填参数及充填体积，该工艺不但降低了操作人员的劳动强度，而且大幅度提高了灰砂配比的精准性确保了充填体的强度，更充分的保证了井下采矿生产的安全进行。

3.本发明通过造浆系统与砂仓砂位的连锁实现了稳定造浆、高浓度放砂，提高了各工艺间充填原料的配比精度，达到了提高充填质量、避免充填原料的浪费、降低充填成本的目的。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明的下砂浓度控制方式示意图。

附图3是本发明的充填方法的原理图。

附图4是本发明的充填装置的整体结构示意图。

附图中所示标号：

1、砂仓；2、下砂管；3、调节型管夹阀；4、胶固粉仓；5、下灰管；6、螺旋输送机；7、生产水池；8、供水管；9、造浆水泵；10、高压水分配器；11、补加水管；12、造浆水管；13、冲洗水管；14、高浓度搅拌桶；15、料浆输送管；16、流量计；17、电动调节阀；18、料位计；19、浓度计；20、止回阀；21、仓壁振打器。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

本发明所述是一种基于匀质造浆工艺的充填装置，主体结构包括下砂装置、下灰装置、供水装置、充填料浆制备装置、控制装置；

整体流程，选厂尾砂经过水利旋流器分级后，粗粒级尾砂通过尾矿输送系统输送至充填站砂仓进行浓缩，浓缩后尾砂经过造浆系统活化后自流进入充填料浆制备系统，按比例添加充填专用胶固粉经搅拌后进入料浆输送系统，自流(泵送)至井下采空区进行充填作业。

所述下砂装置包括砂仓1，所述砂仓1上设有下砂管2，所述下砂管2上设有调节型管夹阀3，用于调节下砂的流量；

所述下灰装置包括胶固粉仓4，所述胶固粉仓4上设有下灰管5，所述下灰管5上设有螺旋输送机6，用于输送胶固粉，通过改变螺旋输送机6的工作功率，可以改变下灰量；胶固粉仓4设置打灰管，通过打灰管与胶固粉罐车相连，胶固粉仓4顶部设置除尘系统，收集粉尘直接排至胶固粉仓4内，防止胶固粉到处扩散，保证环境整洁，减少原材料的浪费。

所述供水装置包括生产水池7，所述生产水池7与水源相连通，用于存储造浆用的生产水，所述生产水池7上设有供水管8，所述供水管8上连接有造浆水泵9，用于为生产水提供运输动力，所述造浆水泵9上连接有高压水分配器10和补加水管11，所述高压水分配器10用于将高压生产水进行分配，所述高压水分配器10上设置压力变送器，使来自生产水池7的生产水产生高压以便进行后续的配送，所述高压水分配器10上连接有造浆水管12和冲洗水管13，所述造浆水管12与砂仓1相连通，与砂混合进行砂浆制作，所述造浆水管12的末端设置造浆喷嘴，提高砂浆制作的均匀程度，所述冲洗水管13与下砂管2相连通，用于造浆结束后清洗管路；生产水池7与高压造浆水泵9通过管路连接，造浆系统高压水进入砂仓1下的高压水分配器10后，高压水分配器10通过耐高压无缝钢管连接有环形造浆水管12，其中环形造浆水管12根据砂仓1的直径、高度及要求下砂浓度来确定布设层数及每层造浆水管的高压喷嘴的点数；砂仓1配置的重锤料位计与造浆系统进行连锁，在砂仓1料位处于不同高度时通过控制器自动调整造浆喷嘴给水流量、压力，使下砂管2排出的尾砂始终保持在充填作业所需的高浓度范围内。

所述充填料浆制备装置包括高浓度搅拌桶14，所述补加水管11、下砂管2、下灰管5均与高浓度搅拌桶14相连通，所述高浓度搅拌桶14的底部设有料浆输送管15，所述料浆输送管15与井下采空区相连，料浆通过自流或者泵送到采空区进行充填；

所述控制装置包括控制器、流量计16、电动调节阀17、料位计18、浓度计19，所述流量计16设置在下砂管2、下灰管5、供水管8、造浆水管12、冲洗水管13、补加水管11上，用于测量通过管路的流量，所述电动调节阀17设置在供水管8、造浆水管12、冲洗水管13、补加水管11上，用于调节通过管路的流量大小，所述料位计18设置在砂仓1、胶固粉仓4、高浓度搅拌桶14内，用于测量容器内的料位高低，所述浓度计19设置在下砂管2、料浆输送管15上，用于测量通过管路的料浆浓度，所述流量计16、电动调节阀17、料位计18、浓度计19、调节型管夹阀3、螺旋输送机6均与控制器信号连接，所述控制器使用现有技术中的PLC控制器即可，生产水池7设有超声波液位计，当水池液位达到设定上下限时通过调整水源的供水强度，对水池的液位进行调整，保证供水的稳定；所述高压水分配器10上设置的压力变送器也与控制器信号连接，用于控制生产水的输出压力，所述电动调节阀17与控制器信号连接，通过控制其开度控制生产水的流量，所述控制器的数据反馈利用PID算法控制，在砂仓1中的料位计18显示料位高于5米时正常下砂，在砂位低于5米时进行声光报警，保证下砂的浓度准确，所述胶固粉仓4、高浓度搅拌桶14内的料位计18的控制原理与此相同。

优选的，所述造浆水管12为两条，且两条所述造浆水管12独立工作，系统工作时，高压水经过高压水分配器10的稳流后为各层造浆水管12提供高压水，造浆水管12由两条独立的水路组成，彼此互不干扰，互不影响，当某层造浆环管12的供水流量发生变化时，其他造浆喷嘴仍可保持正常工作状态，不影响整个造浆过程，通过其上的流量计16监控水量，通过电动调节阀17调整通过的水流量。

优选的，所述下砂管2为L型，所述造浆水管12为环形，所述造浆水管12上设有止回阀20，防止生产水逆流，下砂管2在布置时设计为L型，砂浆下放流动时会产生负压，形成虹吸力，配合重力作用，大大的提高了出砂量，并使砂浆能够稳定自流，阻止其上向以及侧向流动。

优选的，所述砂仓1内的料位计18为重锤料位计，所述胶固粉仓4、高浓度搅拌桶14内的料位计18为雷达料位计，胶固粉仓4、高浓度搅拌桶14更容易产生板结，使用雷达料位计可以不与内部物质相接触便能检测其料位，防止在料位计18被板结块堵塞导致测量不准，二砂仓1相对不容易板结，可以使用成本较低的重锤料位计进行测量即可。

优选的，所述胶固粉仓4的侧壁上设有仓壁振打器21，利用仓壁振打器21对胶固粉仓4的侧壁板结块进行敲打，防止其板结厚度过大影响下灰的速度。

一种利用权利要求1所述基于匀质造浆工艺的充填装置的充填方法，包括：

步骤一：接到井下充填信号后，控制器根据砂仓1内料位计18显示的砂位选取对应的造浆压力、流量，开启造浆水泵9，打开造浆水阀门，生产水池7内生产用水，经造浆水泵9加压，给水至高压水分配器10，高压水分配器10中的水经由电动调节阀17和流量计16后进入砂仓1内造浆水管12，造浆水管12内的高压水通过喷嘴进行水力造浆，造浆5分钟过后即可打开下砂管2上的调节型管夹阀3正常放砂充填，所述控制器根据下砂管2上浓度计19的数据反馈调节造浆水管12上的电动调节阀17，保证下砂的浓度；本发明经过大量数据的积累，可根据每座砂仓1的高度、直径及充填作业所需的最佳下砂浓度，配置最适合的造浆水管12布置层数及各层造浆喷嘴数量。利用内部浆体流动压力差引导外部沉积层缓慢同步下落，从而进行多点流态化高浓度造浆，使整个造浆、放砂过程稳定、高效。

步骤二：根据井下充填所需充填体强度，系统自动选取对应的灰砂配比，所述控制器通过下灰管5上流量计16的数据反馈，及时调整螺旋输送机6的工作频率，确保加灰量的准确性；

步骤三：在稳定的下灰、下砂浓度条件下，所述控制器实时监测充填管路的料浆浓度，根据高浓度搅拌桶14内料位计18以及料浆输送管15上浓度计19的数据反馈及时利用电动调节阀17调整补加水管11的补加水量，确保充填料浆浓度的稳定性，尾砂通过下砂管2自流进入高浓度搅拌桶14，系统根据雷达料位计反馈的高浓度搅拌桶14内液位高、低，自动调整下砂管2上调节型管夹阀3的开度，使液位稳定在设定范围，在液位稳定后根据下砂量自动调整下灰管5上的螺旋输送机6的下灰量，经过高浓度搅拌桶14的搅拌混匀后，充填料浆经过安装有浓度计19的料浆输送管15输送至井下采空区进行充填。

充填作业完成后系统自动关闭造浆水泵9、下灰管5、下砂管2，并开启冲洗水管13上的冲洗水阀对下砂管2、高浓度搅拌桶14、充填管路进行自动冲洗，通过其上的流量计16监控水量，通过电动调节阀17调整通过的水流量，冲洗时间达到系统设定时长后自动停止冲洗，充填作业完成。本发明采用的充填工艺，全部充填过程均由控制器的自动化控制系统来完成，充填站操作人员只需根据井下充填区域对充填体强度的要求选取充填参数及充填体积。该工艺不但降低了操作人员的劳动强度，而且大幅度提高了灰砂配比的精准性确保了充填体的强度，更充分的保证了井下采矿生产的安全进行。