一体式气水脉冲连续活化搅拌机及搅拌方法与流程

1.本发明涉及矿山充填技术领域，尤其涉及一体式气水脉冲连续活化搅拌机及搅拌方法。


背景技术：

2.随着国家对采矿安全、环境保护重视程度的提高，越来越多的矿山采用充填法开采。大部分矿山采用尾矿或其他固体废弃物经添加胶凝材料后进行充填。目前很多矿山采用双轴桨叶式搅拌机+双轴螺旋式搅拌机两段搅拌或者采用搅拌槽一段搅拌，通过电机带动搅拌轴及安装在搅拌轴上的叶片转动，带动了料浆转动，料浆转动时，使充填骨料、胶凝材料、水搅拌均匀；采用两段搅拌搅时搅拌流程长，搅拌楼整体高度高，占用空间大，增加了土建成本；采用一段搅拌时，搅拌时间短，搅拌难以均质化。传统的搅拌机由于密封性差，会在实际工作过程中产生大量粉尘，为此往往需要增设除尘设备，加大投资的同时，还进一步的增加了设备高度。另外，由于充填骨料颗粒大小不一，添加的细颗粒胶凝材料等进入料浆中时被水包裹形成大量包裹絮团，难以打散；搅拌机的叶片转动时搅拌力度小，死角多，导致上下分层，还没来得及搅拌的料浆已经从搅拌机底部流走。搅拌机内存垢严重，清洗困难。充填时，未搅拌均匀的充填料浆在管道中流动时易沉降分层，影响充填料浆的输送，严重的甚至会导致堵管；在采场中流动过程中易离析，导致充填体强度低，影响井下安全回采，井下采场排泥量大；还会造成胶凝材料的浪费，直接导致充填成本的提高。
3.申请号为cn201920124482.x的实用新型专利公开了一种新型干混砂浆搅拌机。其包括搅拌机壳体、顶盖、电机、转轴、搅拌叶、进料口和出料口，电机安装在搅拌机壳体左侧，电机输出轴连接横向设置在搅拌机壳体内的转轴，搅拌叶安装在转轴上，出料口设于搅拌机壳体的右侧底部，顶盖安装于搅拌机壳体的顶部开口，进料口设于顶盖且与搅拌机壳体连通，顶盖的底部沿搅拌机壳体的长度方向安装有多个喷头，搅拌机壳体的端部靠近电机的一侧还有鼓风机，鼓风机通过管道与搅拌机壳体内部连通。但是，该搅拌机装置存在采用传统的叶片式搅拌，没有设置液位控制系统，充填料浆液位难以保证，风机设置于进料口位置，水泥在风机的作用下将产生大量的粉尘，需要增加额外大功率的除尘装置等技术缺陷，不能满足实际应用的需要。
4.有鉴于此，有必要设计一种改进的一体式气水脉冲连续活化搅拌机及搅拌方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种一体式气水脉冲连续活化搅拌机及搅拌方法。
6.为实现上述发明目的，本发明提供了一种一体式气水脉冲连续活化搅拌机，其包括进料口、脉冲辅助搅拌装置、出料口、两段连续一体化搅拌系统、液位及清洗控制系统、用于驱动所述两段连续一体化搅拌系统的搅拌动力系统；
7.所述两段连续一体化搅拌系统包括共用同一搅拌主轴且同步运动的桨叶式搅拌
系统和螺旋式搅拌系统；所述搅拌主轴贯穿所述液位及清洗控制系统，且所述液位及清洗控制系统设置于所述桨叶式搅拌系统和螺旋式搅拌系统之间，用于调控料浆液位和实现搅拌机的清洗作用；通过所述两段连续一体化搅拌系统的两段连续活化搅拌结合所述脉冲辅助搅拌装置的脉冲气/脉冲水联合的辅助搅拌，制备高质量充填料浆并实现搅拌机无粉尘排放。
8.作为本发明的进一步改进，所述脉冲辅助搅拌装置包括分别设置于搅拌机桶体内侧壁上的脉冲水喷嘴和脉冲气喷嘴，前述两者分别与高压水管和高压气管相连，通过脉冲电磁阀控制高压水和高压气体的给入；
9.所述脉冲气喷嘴平行对称交差设置于所述脉冲水喷嘴下方且低于所述搅拌主轴的位置；所述脉冲水喷嘴设置于与所述搅拌主轴中心线平齐的位置。
10.作为本发明的进一步改进，所述脉冲辅助搅拌装置还包括设置于搅拌机桶体侧壁上且邻近所述出料口2上方的喷雾喷嘴；搅拌时打开所述喷雾喷嘴，用于搅拌机除尘。
11.作为本发明的进一步改进，所述桨叶式搅拌系统包括桨叶式搅拌系统桶体、均匀交叉倾斜安装在所述搅拌主轴上的桨叶式叶片；所述桨叶式叶片的倾斜方向与料浆流动方向一致。
12.作为本发明的进一步改进，所述螺旋式搅拌系统包括螺旋式搅拌系统桶体、均匀倾斜安装在所述搅拌主轴上的螺旋式叶片；所述螺旋式叶片的倾斜方向与料浆流动方向一致；
13.所述搅拌主轴安装在所述桨叶式搅拌系统桶体和所述螺旋式搅拌系统桶体的内部；在所述搅拌动力系统的驱动下，所述搅拌主轴同步带动桨叶式叶片和所述螺旋式叶片旋转。
14.作为本发明的进一步改进，所述两段连续一体化搅拌系统包括平行对称设置的两个搅拌主轴，分别为第一搅拌主轴和第二搅拌主轴。
15.作为本发明的进一步改进，所述液位及清洗控制系统包括溢流板和清洗孔；
16.所述溢流板安装在所述桨叶式搅拌系统桶体与所述螺旋式搅拌系统桶体之间，用于控制所述桨叶式搅拌系统内部料浆液位；所述溢流板横跨整个搅拌机断面，其高度为桨叶式叶片最高点的2/3；所述清洗孔设置于所述溢流板底部，其高度不高于搅拌主轴最低点的1/2。
17.作为本发明的进一步改进，桨叶式叶片的长度为l，桨叶式叶片的最高点到搅拌系统桶体顶部的距离为h，溢流板的最高点到搅拌系统桶体顶部的距离d为2/3l+h；搅拌主轴到搅拌系统桶体底部的距离为z，清洗孔的高度k小于1/2z。(清洗孔的高度k小于清洗板高度m。清洗板高度m小于1/2z，保证2倍的清洗板高度小于z，清洗板提升后不会影响搅拌主轴旋转。)
18.作为本发明的进一步改进，所述液位及清洗控制系统还包括清洗板提升电机、清洗板固定装置、清洗板、清洗板提升丝杠以及直角行星减速机；
19.所述清洗板安装在所述溢流板朝向桨叶式搅拌系统的一侧，且安装高度高于所述清洗孔高度；所述清洗板通过清洗板提升丝杠、直角行星减速机与安装在搅拌机上部的清洗板提升电机连接；在清洗板朝向桨叶式搅拌系统一侧安装有对称设置的清洗板固定装置，用以固定清洗板；在充填结束后，打开清洗板提升电机，通过直角行星减速机减速传动
提升清洗板，打开清洗孔，对搅拌机进行清洗。
20.作为本发明的进一步改进，所述搅拌动力系统包括搅拌电机和搅拌减速机。
21.为实现上述发明目的，本发明还提供了一种一体式气水脉冲连续活化搅拌方法，采用上述一体式气水脉冲连续活化搅拌机进行搅拌，包括如下步骤：
22.s1，在使用前确保清洗板和清洗孔处于关闭状态，先启动搅拌电机，搅拌电机减速传动，驱动搅拌减速机、搅拌主轴，同步带动桨叶式叶片和螺旋式叶片旋转；
23.s2，待搅拌电机转速稳定后，打开喷雾喷嘴用于除尘，同时开启胶凝材料给料装置、调浓水给水装置、充填骨料给料装置，通过进料口，向桨叶式搅拌系统桶体中给入胶凝材料、调浓水和充填骨料；充填骨料、胶凝材料、调浓水在两段连续一体化搅拌系统中通过桨叶式叶片和螺旋式叶片的搅拌初步混合；
24.s3，随后打开控制脉冲水喷嘴的脉冲电磁阀，向搅拌桶体内给入脉冲高压水；待充填料浆在搅拌机内稳定流动后，打开脉冲气喷嘴，对待充填浆料进行辅助搅拌；脉冲的频率可根据实际搅拌效果进行调整；确保清洗板处于关闭状态可使充填料浆只能从溢流板上部流出，确保搅拌机内料浆液位；同时充填料浆在脉冲高压气体及高压水的作用下形成紊流，难以搅开的胶凝材料絮团、料浆絮团在高速气体及水流的高速冲击下被冲散，起到辅助搅拌的目的；
25.s4，在结束充填时，控制胶凝材料给料装置、充填骨料给料装置停止向搅拌机给入充填骨料和水泥，调控调浓水给水装置使得调浓水流量调整至最大，关闭喷雾喷嘴，打开液位及清洗控制系统的清洗板提升电机，利用清洗板提升电机提升清洗板至清洗孔全部打开，开始进行搅拌机清洗工作，利用高压脉冲气体及高压脉冲水辅助调浓水进行清洗，在短时间内完成搅拌机清洗工作；
26.s5，清洗结束后，关闭调浓水给水装置、脉冲水喷嘴、脉冲气喷嘴，待搅拌机内排空后，打开液位及清洗控制系统的清洗板提升电机，利用清洗板提升电机控制清洗板至清洗孔完全关闭，关闭搅拌电机。
27.本发明的有益效果是：
28.1、本发明提供的一体式气水脉冲连续活化搅拌机，采用两段连续一体化搅拌系统，通过设备集成设计，通过一台一体化设备实现原来两台设备才能实现的效果；两个搅拌系统在同一个平面上，相较于传统搅拌工艺大大降低了搅拌设备的整体高度，节省了搅拌厂房建设成本。且采用一个电机驱动下，两段搅拌通过同一个搅拌主轴就能够实现同步转动。
29.2、本发明提供的一体式气水脉冲连续活化搅拌机，采用脉冲辅助搅拌装置的设置，具备三重技术功效：其一，气水脉冲辅助搅拌作用，即在脉冲高压气体及高压水的作用下在浆体内部形成紊流，有助于后续两段搅拌工序的高效搅拌；其二，通过设置液位及清洗控制系统并结合气水辅助搅拌，保证充填时搅拌机内料浆的液位的基础上，还能够在进行洗管时，利用高压脉冲气体及高压脉冲水辅助调浓水进行清洗，在短时间内完成搅拌机清洗工作，实现搅拌机快速、高效、无死角的清洗；其三，搅拌机内粉尘为充填站粉尘主要来源，通过在搅拌机内部设置喷雾喷嘴，实现搅拌机内部除尘，降低搅拌机粉尘对环境的污染。
30.3、本发明提供的一体式气水脉冲连续活化搅拌机，采用液位及清洗控制系统，实
现桨叶式搅拌系统和螺旋式搅拌系统的隔离，使得两段搅拌工序在各自独立的桶体内进行，通过溢流板、清洗孔和清洗板的结构设计，在实现液位控制的前提下，还能够在搅拌机的不同工作状态，进行不同的调控，实现高效清洗作业。本发明采用两段连续活化搅拌结合脉冲气/脉冲水联合的辅助搅拌的联合工艺，提高搅拌机搅拌效率和搅拌效果，制备高质量充填料浆并实现搅拌机无粉尘排放。
附图说明
31.图1为本发明提供的一体式气水脉冲连续活化搅拌机的主视剖视图。
32.图2为本发明提供的一体式气水脉冲连续活化搅拌机的俯视剖视图。
33.图3为本发明提供的一体式气水脉冲连续活化搅拌机的侧视剖视图。
34.图4为本发明提供的一体式气水脉冲连续活化搅拌机的液位及清洗控制系统的示意图。
35.附图标记
36.1-进料口；2-出料口；3-脉冲辅助搅拌装置；31-脉冲水喷嘴；32-脉冲气喷嘴；33-喷雾喷嘴；4-桨叶式搅拌系统；41-桨叶式搅拌系统桶体；42-桨叶式叶片；43-第一搅拌主轴；63-第二搅拌主轴；5-液位及清洗控制系统；51-清洗板提升电机；52-清洗板固定装置；53-清洗板；54-清洗板提升丝杠；55-直角行星减速机；56-溢流板；57-清洗孔；6-螺旋式搅拌系统；61-螺旋式搅拌系统桶体；62-螺旋式叶片；7-搅拌动力系统；71-搅拌电机；72-搅拌减速机。
具体实施方式
37.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
38.在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
39.另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
40.请参阅图1至3所示，本发明提供了一种一体式气水脉冲连续活化搅拌机，其包括进料口1、脉冲辅助搅拌装置3、出料口2、两段连续一体化搅拌系统、液位及清洗控制系统5、用于驱动所述两段连续一体化搅拌系统的搅拌动力系统7。所述两段连续一体化搅拌系统包括共用同一搅拌主轴且同步运动的桨叶式搅拌系统4和螺旋式搅拌系统6；所述搅拌主轴贯穿所述液位及清洗控制系统5，且所述液位及清洗控制系统5设置于所述桨叶式搅拌系统4和螺旋式搅拌系统6之间，用于调控料浆液位和实现搅拌机的清洗作用；通过所述两段连续一体化搅拌系统的两段连续活化搅拌结合所述脉冲辅助搅拌装置3的脉冲气/脉冲水联合的辅助搅拌，制备高质量充填料浆并实现搅拌机无粉尘排放。
41.在本实施方式中，所述进料口1设置于在桨叶式搅拌系统桶体41端部上方，与胶凝
材料给料装置、调浓水给水装置、充填骨料给料装置的接口型号尺寸一致的一个或数个接口，作为充填物料的给料口。
42.所述出料口2设置于在螺旋式搅拌系统桶体61端部下方与充填料浆输送设备或管道的接口型号尺寸一致的一个或数个接口，作为搅拌均质充填料浆的卸料口。
43.请参阅图1所示，所述脉冲辅助搅拌装置3包括分别设置于搅拌机桶体侧壁上的脉冲水喷嘴31、脉冲气喷嘴32和喷雾喷嘴33，前述三者分别与高压水管、高压气管、水管相连连，通过脉冲电磁阀控制高压水和高压气体的给入；针对不同性质的物料设置不同的脉冲频率，在搅拌的同时，通过脉冲高压水和高压气体在浆体内部形成紊流，难以搅开的胶凝材料絮团、料浆絮团在高速气体及水流的冲击下被冲散，起到辅助搅拌的目的。
44.所述脉冲气喷嘴32平行对称交差设置于所述脉冲水喷嘴31下方且低于所述搅拌主轴的位置；所述脉冲水喷嘴31设置于与所述搅拌主轴中心线平齐的位置。
45.在本实施方式中，脉冲水喷嘴31和脉冲气喷嘴32对称设置于桨叶式搅拌系统桶体41和螺旋式搅拌系统桶体61的侧壁上。
46.所述喷雾喷嘴33设置于搅拌机桶体侧壁上且邻近所述出料口2上方；搅拌时打开所述喷雾喷嘴33，用于搅拌机除尘。
47.在本实施方式中，喷雾喷嘴33设置在螺旋式搅拌系统6的桶体内部侧壁上，对称分布两到三组，且设置于所述出料口2的上方。
48.请参阅图1和图2所示，所述两段连续一体化搅拌系统包括共用同一搅拌主轴且同步运动的桨叶式搅拌系统4和螺旋式搅拌系统6。所述搅拌主轴安装在所述桨叶式搅拌系统桶体41和所述螺旋式搅拌系统桶体61的内部；在所述搅拌动力系统7的驱动下，所述搅拌主轴同步带动桨叶式叶片42和所述螺旋式叶片62旋转。
49.在本实施方式中，所述两段连续一体化搅拌系统包括平行对称设置的两个搅拌主轴，分别标记为第一搅拌主轴43和第二搅拌主轴63。
50.所述第一搅拌主轴43和第二搅拌主轴63分别贯穿所述液位及清洗控制系统5中的溢流板56，并且能够相对所述溢流板56进行转动。
51.所述桨叶式搅拌系统4由桨叶式搅拌系统桶体41、桨叶式叶片42、搅拌主轴(第一搅拌主轴43和第二搅拌主轴63)构成；两根搅拌主轴(第一搅拌主轴43和第二搅拌主轴63)通过盘根及轴承安装在桨叶式搅拌系统桶体41和螺旋式搅拌系统桶体61内部，中间穿过溢流板56安装；桨叶式叶片42均匀交叉倾斜安装在两根搅拌主轴(第一搅拌主轴43和第二搅拌主轴63)上，倾斜方向与料浆流动方向一致；桨叶式搅拌系统4长度依据充填能力及转速设定。
52.所述螺旋式搅拌系统6由螺旋式搅拌系统桶体61、螺旋式叶片62、搅拌主轴(第一搅拌主轴43和第二搅拌主轴63)构成；两根搅拌主轴(第一搅拌主轴43和第二搅拌主轴63)通过盘根及轴承安装在桨叶式搅拌系统桶体41和螺旋式搅拌系统桶体61内部，中间穿过溢流板56安装；螺旋式叶片62均匀倾斜安装在两根搅拌主轴(第一搅拌主轴43和第二搅拌主轴63)上，倾斜方向与料浆流动方向一致；螺旋式搅拌系统6长度与桨叶式搅拌系统4长度一致。
53.请参阅图3所示，所述液位及清洗控制系统5包括清洗板提升电机51、清洗板固定装置52、清洗板53、清洗板提升丝杠54、直角行星减速机55、溢流板56以及清洗孔57。
54.所述溢流板56安装在所述桨叶式搅拌系统桶体41与所述螺旋式搅拌系统桶体61之间，其用于将两段连续一体化搅拌系统的桶体分隔成桨叶式搅拌系统桶体41与螺旋式搅拌系统桶体61，同时还用于控制所述桨叶式搅拌系统4桶体内部料浆液位；所述溢流板56横跨整个搅拌机断面，其高度为桨叶式叶片42最高点的2/3；所述清洗孔57设置于所述溢流板56底部，其高度不高于搅拌主轴最低点的1/2。
55.具体来讲，请参阅图4所示，桨叶式叶片42的长度为l，桨叶式叶片42的最高点到搅拌系统桶体顶部的距离为h，溢流板56的最高点到搅拌系统桶体顶部的距离d为2/3l+h；搅拌主轴到搅拌系统桶体底部的距离为z，清洗孔57的高度k小于1/2z。(清洗孔57的高度k小于清洗板53高度m。清洗板53高度m小于1/2z，保证2倍的清洗板53高度小于z，清洗板53提升后不会影响搅拌主轴旋转。)
56.所述清洗板53安装在所述溢流板56朝向桨叶式搅拌系统4的一侧，且安装高度高于所述清洗孔57高度；所述清洗板53通过清洗板提升丝杠54、直角行星减速机55与安装在搅拌机上部的清洗板提升电机51连接；在清洗板53朝向桨叶式搅拌系统4一侧安装有对称设置的清洗板固定装置52，用以固定清洗板53；在充填结束后，打开清洗板提升电机51，通过直角行星减速机55减速传动提升清洗板53，打开清洗孔57，对搅拌机进行清洗。
57.请参阅图1所示，所述搅拌动力系统7包括搅拌电机71和搅拌减速机72。搅拌电机71为变频电机，可灵活调整转速，通过搅拌电机71、搅拌减速机72带动搅拌主轴43/63、桨叶式叶片42和螺旋式叶片62旋转，对充填骨料、调浓水、胶凝材料进行搅拌，并通过叶片倾角使料浆向前流动。
58.实施例1
59.基于上述一体式气水脉冲连续活化搅拌机，本发明提供了一种一体式气水脉冲连续活化搅拌方法，包括如下步骤：
60.s1，在使用前确保清洗板53及清洗孔57处于关闭状态，，先启动搅拌电机71，搅拌电机71减速传动，驱动搅拌减速机72、搅拌主轴，同步带动桨叶式叶片42和螺旋式叶片62旋转；
61.s2，待搅拌电机71转速稳定后，打开喷雾喷嘴33用于除尘，同时开启胶凝材料给料装置、调浓水给水装置、充填骨料给料装置，通过进料口1，向桨叶式搅拌系统桶体41中给入胶凝材料、调浓水和充填骨料；充填骨料、水泥、调浓水在两段连续一体化搅拌系统中通过桨叶式叶片42和螺旋式叶片62的搅拌初步混合；
62.s3，随后打开控制脉冲水喷嘴31的脉冲电磁阀，向搅拌桶体内给入脉冲高压水；待充填料浆在搅拌机内稳定流动后，打开脉冲气喷嘴32，脉冲的频率可根据实际搅拌效果进行调整；确保清洗板53处于关闭状态可使充填料浆只能从溢流板56上部流出，确保搅拌机内料浆液位；同时充填料浆在脉冲高压气体及高压水的作用下形成紊流，难以搅开的胶凝材料絮团、料浆絮团在高速气体及水流的高速冲击下被冲散，起到辅助搅拌的目的；
63.s4，在结束充填时，控制胶凝材料给料装置、充填骨料给料装置停止向搅拌机给入充填骨料和水泥，调控调浓水给水装置使得调浓水流量调整至最大，关闭喷雾喷嘴33，打开液位及清洗控制系统5的清洗板提升电机51，利用清洗板提升电机51提升清洗板53至清洗孔57全部打开，开始进行搅拌机清洗工作，利用高压脉冲气体及高压脉冲水辅助调浓水进行清洗，在短时间内完成搅拌机清洗工作；
64.s5，清洗结束后，关闭调浓水给水装置、脉冲水喷嘴31、脉冲气喷嘴32，待搅拌机内排空后，打开液位及清洗控制系统5的清洗板提升电机51，利用清洗板提升电机51控制清洗板53至清洗孔57完全关闭，关闭搅拌电机71。
65.综上所述，本发明提供了一种一体式气水脉冲连续活化搅拌机及搅拌方法。该搅拌机包括进料口、脉冲辅助搅拌装置、出料口、两段连续一体化搅拌系统、液位及清洗控制系统、用于驱动所述两段连续一体化搅拌系统的搅拌动力系统；所述两段连续一体化搅拌系统包括共用同一搅拌主轴且同步运动的桨叶式搅拌系统和螺旋式搅拌系统；所述液位及清洗控制系统与所述搅拌主轴穿套连接且设置于所述桨叶式搅拌系统和螺旋式搅拌系统之间，用于调控料浆液位和实现搅拌机的清洗作用；通过所述两段连续一体化搅拌系统的两段连续活化搅拌结合所述脉冲辅助搅拌装置的脉冲气/脉冲水联合的辅助搅拌，，制备高质量充填料浆并实现搅拌机无粉尘排放。
66.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。