一种充填材料精准计量方法及充填系统与流程

本发明涉及矿山充填技术领域，特别是一种充填材料精准计量方法及充填系统。

背景技术：

近年来，我国经济发展迅速，对各类矿产的需求量也不断增加。有研究数据显示，金属矿山尾矿已成为我国目前产出量最大、综合利用率最低的大宗固体废弃物之一，累积堆存100亿t以上，年产出量达到12亿t，占全世界尾矿产出量的50%以上，尾矿综合利用率只有13.3%。尾矿大多直排尾矿库中，尾矿含有汞、砷及其他重金属离子，浮选物、ph值超标，污染环境严重。因尾矿造成的直接污染面积已达百万亩，每年经济损失在300亿元左右，其中每年要花费10-15亿元用于堆存尾矿，15-25亿元用于维护尾矿库。尾矿库更是潜伏的危险源，同时占用资源，这进一步增加了企业的排废成本。

采用充填采矿法及时充填采空区，为尾砂等工业固废提供了最为有效的大宗资源化综合利用途径，从而大幅度降低尾砂堆放占地，减少其对矿区及周边环境的污染和破坏。同时可避免矿区地表塌陷，矿区周边环境能得到切实有效的保护。充填采矿法还能最大限度回收矿产资源，降低采场贫化，较其他采矿方法能显著提高矿山年经济效益和整体经济效益。特别是采用高浓度、高质量胶结充填时，其矿床开采整体安全性、对矿区及周边环境的影响破坏程度、矿产资源回收利用率及矿床开采全过程的技术经济指标等，均具有明显的优势。

在采用高浓度、高质量胶结充填时，为确保充填料浆在管道中的稳定、顺利输送，对充填系统提出了较高要求，如充填系统应满足充填材料配比精度高、浓度和流量波动小的要求。传统充填系统常常出现因配比、浓度及流量等的波动，无法实现稳定的高浓度胶结充填料浆的制备，限制了充填料浆浓度的提高，降低了企业经济效益。

技术实现要素：

本发明的目的是，克服现有技术的上述不足，而提供一种便于充填材料精准给料、提高充填料浆浓度和流动稳定性的充填材料精准计量方法及充填系统。

本发明的技术方案是：一种充填材料精准计量方法，包括对不同充填材料的进行准确的静态计量，通过控制系统控制计量设备上的给料机和称重传感器分别进行给料和称重，所述称重传感器计量达到设定值，控制系统自动控制给料机停止给料，待计量设备上的充填材料输送完后，给料机再次对计量设备进行给料达到设定值，控制系统控制若干台计量设备。

进一步，所述计量设备包括称量斗和称重传感器，称重传感器用于称取称量斗内充填材料的重量。

一种采用上述的充填材料的精准计量方法的充填系统，包括充填材料的给料、计量系统、充填料浆制备系统，充填材料的给料经过计量系统进行精准计量后，将充填材料输送至充填料浆制备系统中制备料浆，所述充填料浆制备系统包括立式柔性搅拌机，立式柔性搅拌机上设有链式柔性搅拌叶片。

进一步，所述立式柔性搅拌机，还包括搅拌罐和搅拌轴，搅拌罐内设有搅拌轴，搅拌轴上设有链式柔性搅拌叶片和刚性搅拌叶片，链式柔性搅拌叶片位于刚性搅拌叶片的上方；所述立式柔性搅拌机底部设有第一卸料阀，第一卸料阀连接充填料浆输送系统。

进一步，所述计量系统包括静态计量设备，静态计量设备包括尾砂给料计量设备、水泥给料静态计量设备和水给料静态计量设备。

进一步，所述尾砂给料计量设备包括尾砂给料机和第一称重传感器，称重传感器设于尾砂给料机的柱腿上，尾砂给料机上设有给料机料斗，下端设有用于输送尾砂的平皮带，平皮带与立式柔性搅拌机之间设有输送尾砂的斜皮带，第一称重传感器的计量范围为1.5-2t；所述尾砂给料计量设备上设有声光报警器。

进一步，所述水泥给料静态计量设备包括水泥称量斗和第二称重传感器，水泥称量斗设于框架上，第二称重传感器设于框架的支撑腿上，用于称取水泥称量斗内水泥的重量，水泥称量斗底部设有第二卸料阀，水泥称量斗上方设有水泥螺旋输送机，第二称重传感器的计量范围为100-200kg；水泥称量斗为金属材料或者其他硬质材料制成，可以为钢斗、合金斗或不锈钢斗；

水给料静态计量设备包括水称量斗和第三称重传感器，第三称称重传感器设于水称量斗的支撑腿上，第三称重传感器的计量范围为800-1200kg，水称量斗下端设有第三卸料阀；水称量斗金属材料或者轻质耐用材料制成，可以为塑料斗、不锈钢斗、合金斗或钢斗。

进一步，所述充填材料的给料包括水泥给料装置、水给料装置和尾砂给料装置。

进一步，所述水泥给料装置包括高位水泥仓和螺旋输送机，螺旋输送机设于高位水泥仓的下端，将水泥输送至水泥称量斗内；

水给料装置包括高位水池和供水管，高位水池下端设有供水管，供水管上设有电磁阀或气动阀门，供水管将水输送至水称量斗内；水称量斗下端设有输送管，输送管上设有管道泵，将水通过管道泵加压泵入搅拌机内。

进一步，充填料浆输送系统主要包括输送装置、充填钻孔和井下管道，充填料浆进入输送装置中后，再通过充填钻孔、井下管道系统，泵送或自流至待充填区域。

本发明具有如下特点：

1、采用充填材料精准计量方法对各充填材料进行精准计量，从而实现对各充填材料的精准给料，计量后的充填材料进行充分搅拌制成充填料浆，有效的控制各充填材料配比波动的稳定性及其波动的范围，同时有效的降低了充填料浆浓度及其流动的波动范围，使波动范围稳定并在可控的范围之内，便于实现对高浓度胶结充填料浆的制备，便于提高充填料浆制备质量稳定性，同时便于生产效率和经济效益的提高。

2、本发明充填系统能够实现对充填料浆的自动智能化生产，使各充填材料按照设定的给料计量和配比进入搅拌机中制备充填料浆，有效的防止了充填料浆次品的发生率，便于降低生产成本和人力的投入，有效的提高了经济效益。

3、立式柔性搅拌机上链式柔性搅拌叶片的设置，便于将充填材料或者充填材料混合后形成的块状进行充分的打散，便于搅拌效率的提高，同时结合刚性搅拌叶片将尾砂滤饼进一步打散、料浆搅拌均匀，使料浆在搅拌罐内上下往复运动、同时能顺时钟或者逆时针往复运动，利于链式柔性搅拌叶片更大范围的接触料浆，进一步改善搅拌效果。

以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。

附图说明

图1—为本发明充填系统结构示意图；

图2—为图1中立式柔性搅拌机结构示意图；

图3—为图1中尾砂给料机结构示意图；

图4—为图1中水泥给料装置结构示意图；

图5—为图1中水给料装置结构示意图；

1—高位水池，2—电磁阀，3—水泥称量斗，4—水称量斗，5—斜皮带，6—尾砂给料机，7—装载机，8—尾砂，9—平皮带，10—井下管道，11—拖泵，12—泵斗，13—链式柔性搅拌叶片，14—立式柔性搅拌机，15—螺旋输送机，16—水泥仓，17—皮带轮，18—进料口，19—搅拌轴，20—刚性搅拌叶片，21—第一卸料阀，22—轴套，23—驱动装置，24—搅动刷，25—转动轴，26—驱动电机，27—第一称重传感器，28—声光报警器，29—拉杆，30—第二称重传感器，31—框架，32—第二卸料阀，33—第三卸料阀，34—第三称重传感器。

具体实施方式

如图1-5所示：一种充填材料精准计量方法，包括对不同充填材料的进行准确的静态计量，通过控制系统控制计量设备上的给料机和称重传感器分别进行给料和称重，称重传感器计量达到设定值，控制系统自动控制给料机停止给料，待计量设备上的充填材料输送完后，给料机再次对计量设备进行给料达到设定值，根据充填料浆制备的需要，充填材料采用上述方式通过控制器的控制可以反复多次进行，便于充填料浆制备的效率和质量的提高，同时便于充填料浆量产，控制系统控制若干台计量设备。

计量设备包括称量斗和称重传感器，称重传感器用于称取称量斗内充填材料的重量，从而能有效的控制进入搅拌罐中的充填材料的重量，便于精准控制充填料浆的浓度，能有效避免因充填材料的过多或者过少而影响充填料浆的质量，有效的提高了充填料浆的应用范围。

一种采用上述充填材料的精准计量方法的充填系统，包括充填材料的给料、计量系统、充填料浆制备系统，充填材料的给料经过计量系统进行精准计量后，将充填材料输送至充填料浆制备系统中制备料浆，充填料浆制备系统包括立式柔性搅拌机14，立式柔性搅拌机14上设有链式柔性搅拌叶片13。

计量系统包括静态计量设备，静态计量设备包括尾砂给料计量设备、水泥给料静态计量设备和水给料静态计量设备。

充填材料的给料包括水泥给料装置、水给料装置和尾砂给料装置。

立式柔性搅拌机14，还包括搅拌罐和搅拌轴19，搅拌罐内设有搅拌轴19，搅拌轴19上设有链式柔性搅拌叶片13和刚性搅拌叶片20，链式柔性搅拌叶片13位于刚性搅拌叶片20的上方；刚性搅拌叶片20呈螺旋桨状，根据搅拌充填材料的需要还可以设置成其他形状；便于刚性搅拌叶片20搅拌效率和使用寿命；链式柔性搅拌叶片13的结构为传动链条或板式链条，还可以采用其他材料和结构链式柔性搅拌叶片13；本实施例中的链式柔性搅拌叶片13为传动链条，将传动链条的中部焊接在搅拌轴19上，或者通过固定夹与搅拌轴19固定连接；链式柔性搅拌叶片13可以多条设置，或者还可以将链式柔性搅拌叶片13设置在轴套22的两侧，轴套22焊接或采用螺栓固定在搅拌轴19上；传动链条上存在较多的空隙和孔洞形成多个曲面，便于增大与充填材料的接触面积，传动链条受驱动装置23的驱动高速旋转与尾砂8接触后，使尾砂8受到不同方向的撞击力，便于将尾砂滤饼或者充填材料形成块状充分打散；立式柔性搅拌机14底部设有第一卸料阀21，第一卸料阀21连接充填料浆输送系统。

立式柔性搅拌机14还包括设有搅拌轴19上端的皮带轮17，皮带轮17与驱动装置23皮带连接，立式柔性搅拌机14上端设有进料口18，进料口18设有格筛网，进料口18包括水进口、水泥进口和尾砂进口；充填材料从各个进料口18分别进入通过格筛网过滤后进入立式柔性搅拌机14内进行搅拌。

搅拌过程中搅拌轴19带动链式柔性搅拌叶片13、刚性搅拌叶片20做高速转动。在此过程中，高速转动的链式柔性搅拌叶片13能将尾砂滤饼充分打散，刚性搅拌叶片20除了将尾砂滤饼进一步打散、料浆搅拌均匀外，还起到翻滚料浆，使料浆在搅拌罐内上下往复运动、同时能顺时钟或者逆时针往复运动，利于链式柔性搅拌叶片13更大范围的接触料浆，进一步改善搅拌效果。

计量系统包括静态计量设备，静态计量设备包括尾砂给料计量设备、水泥给料静态计量设备和水给料静态计量设备。

尾砂给料计量设备包括尾砂给料机6和第一称重传感器27，称重传感器设于尾砂给料机6的柱腿上，尾砂给料机6上设有给料机料斗，下端设有用于输送尾砂8的平皮带9，平皮带9与立式柔性搅拌机14之间设有输送尾砂8的斜皮带5，第一称重传感器27的计量范围为1.5-2t；尾砂给料计量设备上设有声光报警器28。

另一个实施例中，尾砂给料机6料斗中设有搅动刷24，搅动刷24均匀分布在转动轴25的外周，搅动刷24与转动轴25焊接固定，转动轴25与设于尾砂给料机6料斗一侧的驱动电机26驱动，便于尾砂给料机6料斗内尾砂8的输送，避免尾砂8在尾砂给料机6料斗中堆积不下落，影响充填料浆的配制。

使用时，将过滤或者压滤后的尾砂8上料至给料机料斗内，通过第一称重传感器27对尾砂8进行计量，当第一称重传感器27的计量数值达到或者超过控制系统的设定值时，停止上料；

当尾砂给料机6上的尾砂8超过设定值时，控制系统自动控制给料机下端的平皮带9启动往右转动并将多余的尾砂8送出，直到第一称重传感器27的静态精准计量数值达到设定值，控制系统自动停止平皮带9运转，尾砂8给料结束，从而实现对尾砂8的精准计量。精准计量的尾砂8通过斜皮带5输送至搅拌机内，输送过程中先启动平皮带9往左运转，将尾砂8输送至其左侧的斜皮带5上，再通过斜皮带5输送至搅拌机内。

尾砂8在计量和输送过程，不允许尾砂8给料装置上料，本实施例中尾砂给料装置为装载机7，还可以采用皮带输送尾砂8进行准确给料；为提示装载机7的装卸料，尾砂给料机6上设置声光报警器28，第一称重传感器27的计量数值达到或者超过设定值，以及平皮带9运转过程中发出警示，提示此时禁止上料。

水泥给料静态计量设备包括水泥称量斗3和第二称重传感器30，水泥称量斗3设于框架31上，第二称重传感器30设于框架31的支撑腿上，用于称取水泥称量斗3内水泥的重量，水泥称量斗3底部设有第二卸料阀32，水泥称量斗3上方设有水泥螺旋输送机15，第二称重传感器30的计量范围为100-800kg；水泥称量斗3为钢斗、合金斗或不锈钢斗，便于提高水泥称量斗3的使用寿命。

另一个实施例中，水泥给料静态计量设备包括水泥称量斗3和第二称重传感器30，水泥称量斗3通过若干拉杆29悬挂在框架31上，拉杆29上设有第二称重传感器30，第二称重传感器30的计量范围为100-200kg，水泥称量斗3为不锈钢斗，钢斗的容积为1m³。

使用时控制器控制水泥给料装置将水泥输送至水泥称量斗3内，水泥给料装置包括高位水泥仓16和螺旋输送机15，螺旋输送机15设于高位水泥仓16的下端，螺旋输送机15将水泥输送至水泥称量斗3内，当第二称重传感器30的数值达到控制系统设定的数值时，控制系统自动停止螺旋输送机15的送料，即完成水泥的静态精准计量，然后控制系统控制第二卸料阀32，使水泥自动落入搅拌机内。

水给料静态计量设备包括水称量斗4和第三称重传感器34，第三称称重传感器设于水称量斗4的支撑腿上，水称量斗4下端设有第三卸料阀33，第三称重传感器34的计量范围为800-1200kg；水称量斗4为塑料斗、不锈钢斗、合金斗或钢斗。

当需要添加充填用水时，控制系统自动开启水给料装置，水给料装置包括高位水池1和供水管，高位水池1下端设有供水管，供水管上设有电磁阀2或气动阀门，供水管将水输送至水称量斗4内；当第三称重传感器34的计量数值达到控制系统设定的数值时，控制系统自动关闭气动阀或者电动阀，即完成水的静态计量；水称量斗4下端还设有输送管，输送管与第三卸料阀33连接，然后再由控制系统自动打开第三卸料阀33，通过输送管上的管道泵，将计量后的水通过管道泵加压泵入搅拌机内。

使用时将静态精准计量后的充填材料输送至立式柔性搅拌机14内，经过充分的搅拌后形成高浓度充填料浆，经活化搅拌后的高浓度充填料浆，由控制系统自动打开立式柔性搅拌机14底部的第一卸料阀21，充填料浆进入充填料浆输送系统中。

充填料浆输送系统主要包括输送装置、充填钻孔和井下管道10，输送装置为料斗，充填料浆进入料斗或泵斗12中后，再通过充填钻孔、井下管道10系统，泵送或自流至待充填区域。

另一个实施例中，充填料浆输送系统主要包括输送装置、充填钻孔和井下管道10，输送装置为拖泵11，充填料浆进入拖泵11中后，再通过充填钻孔、井下管道10系统，泵送或自流至待充填区域，泵送充填能力60m³/h，自流充填能力80-100m³/h。

上述充填材料的给料、计量系统、充填料浆制备系统、充填料浆输送系统均受控制系统的控制，便于自动化智能生产，便于加工效率的提高，有效的提高了充填料浆制备的质量。

使用时根据充填采矿法及空区处理的不同工艺要求，充填系统可灵活采用灰砂比1：4-1:30的料浆进行充填，根据尾砂8性质的不同，充填料浆浓度可达70-78%，料浆性态呈膏体状。

上述充填材料精准计量方法和充填系统实现：充填材料配比波动±0.5%，膏体充填料浆浓度波动±0.5%，流量波动±1%。

本发明的工作原理是：将充填材料采用精准计量方法对各充填材料进行精准计量，根据控制系统设定的数值控制好各充填材料给料重量，再将计量后的充填材料输送至搅拌机内进行充分搅拌，将搅拌活化后的充填料浆再输送至需要充填的区域，根据充填的需要可以准确的控制充填料浆配制的配比、浓度以及充填料浆的流动，使充填材料配比波动±0.5%，膏体充填料浆浓度波动±0.5%，流量波动±1%；便于实现稳定的高浓度胶结充填料浆的制备，有效的提高了充填料浆的制备质量和充填料浆的广泛应用，实现自动化批量生产，降低人工和生产成本，便于经济效益的提高。

以上详细描述了本发明的优选实施方案，但显然本发明并不仅限于上述实施方案。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等效变型，这些等效变型均属于本发明的保护范围。另外，需要说明的是，在上述的具体实施方案中所描述的各个技术特征可以另行独立进行组合，只要其在本发明的技术构思范围内即可。