本发明属于煤炭浮沉技术领域，具体是涉及一种煤炭自动浮沉试验装置。
背景技术：
煤炭浮沉可以了解原料煤的密度组成(各密度级产物的数质量分布)，对跳汰、重介质等洗选工艺最具有指导生产作用。为有效指导生产，确定原煤性质，一般要求每月至少对入洗原煤进行月初、月底两次以上的浮沉试验，如果遇上煤质波动较大的情况则需要增加试验次数。为了使试验数据更加贴近实际情况，每次试验煤量要求煤样在200kg以上。
目前，全国大多数选煤厂进行浮沉试验时均为人工操作。由于浮沉试验过程中煤样较多、步骤繁复，需要靠人工反复加煤、搅拌、捞取、提取滤网桶等，耗费人力，且时间较长，严重制约了工作效率。每次进行浮沉试验至少需要2～3人同时作业，一次试验至少需要连续工作5h以上，才能将入洗原煤按照密度级分离开，如果算上晾晒、称重、取样、化验时间，则耗费时间会更长。随着选煤厂产能的不断扩大，单靠人工进行浮沉试验存在诸多弊端，若取样较少时试验结果不准确、不具备代表性，取样多时又严重耗费人力和时间，一般进行试验的人员大多未进行过专业的试验知识学习，因此在试验过程中不可避免地会影响试验的准确性。常用的洗选设备中，重介质浅槽分选机入洗原煤粒度较大，仅靠人工用捞勺捞取大块浮物较为困难，而末煤进行浮沉时，由于粒度较细，提取滤网筒时重液下降慢，仅靠试验人员去提取滤网筒也会造成严重的人工劳动负荷。除此之外，进行浮沉试验的重液(氯化锌)，具有强腐蚀性，试验人员在捞取、提取滤网筒、转移煤样的过程中，容易飞溅造成人身伤害。
因而，为了避免或减少上述问题，有必要研究并开发自动煤炭浮沉装置。近些年，国内外在浮沉研究方面，出现了一些有关浮沉分离的方法、装置及相关专利。
国外科研方面，美国匹兹堡大学b.s.gottfried(1978)曾提到煤炭浮沉清洁装置，并采用分布曲线表征的性能，但未给出具体装置。美国匹兹堡能源技术中心(petc)r.p.killmeyer等(1992)采用离心浮沉技术(有机重液)研究了实验室规模的-0.5mm细粒匹兹堡8号煤的可选性。日本冈山大学j.oshitani等(2013)基于浮沉密度分离方法，以干砂为加重介质，采用空气重介质流化床连续分选提质了粗粒铁矿。澳大利亚墨尔本大学g.v.franks等(2013)采用类似方法研究了粗粒铜矿的分离富集。
国外专利方面，主要集中于废弃塑料、废纸等的浮沉法回收，暂未查到有关煤炭浮沉的相关专利。美国r.h.immel(1963)申请的专利(us3284282a)中设计了一种浮沉循环水槽用于从废纸泡沫材料中回收可膨胀的聚苯乙烯。美国b.hartleitner等(1999)申请的专利(us6685830b2)中设计了带有浮沉分离槽的分离机从产品混合物中分离吸附剂/漂浮物料的装置和方法，其浮物排出类似重介质浅槽排料。美国b.d.peacock等申请的专利(us5255859a)中设计了一种浮沉分级机用于分离和分级塑料材料残屑。
国内科研方面，1973年，台吉矿洗煤厂曾试制成浮沉试验用浮沉器，并用于煤炭的浮沉试验，虽然在捞浮沉时间上有所改善(单次由4min～5min降到3min～3.5min)，但浮沉氯化锌消耗高于人工捞浮沉16.79％。2004年，兖州矿业(集团)有限责任公司邱兆琴介绍了一种选煤厂用快速浮沉试验装置，浮沉采用水磁重液(水加铁粉在电磁场作用下)、电磁铁和直流电流供电(低于10a)方式，通过控制电流可保证重液密度在1.2g/cm3～2.0g/cm3的范围内，用该装置成功分离了50mm～0.5mm粒度级的煤样。2006年，上海市政工程设计研究总院王寅等介绍了一种双层平流沉淀和气浮相组合的新型浮沉池，该池用于处理低浊、高藻和高浊度交替出现的原水。
国内专利方面，永城煤电控股集团有限公司马志杰等(2012)申请的发明专利(申请号为201210322949.4)中设计的煤炭浮沉装置包括重液桶和浮选装置，重液桶通过连接管道与浮选装置相连通；其浮选装置由外桶及设置在外桶内的带透孔的内桶组成，其外桶底部设置有带管塞的输液管；连接管道上设置有泵体。此装置虽在一定程度上节省人力资源，降低劳动强度，但其管塞的应用容易老化腐蚀和漏料，脱介方面也仅限于重力自然脱水，且在自动化程度方面仍有待提高。安徽理工大学朱金波(2012)申请的发明专利(申请号为201220098364.4)是一种连续自动浮沉机，先将煤样放入浮沉试验桶内的网底桶内，然后将各个介质盛装桶内不同密度的试验介质依次抽入浮沉试验桶内，进行浮沉试验，并设置有网状刮料器、脱介筛和产品收集器，及时处理各个密度级别产品。此专利虽节省人力、耗时短，但其在介质给入、回流方式方面还显不足，自动/手动操作与控制方面还有待改进。中国矿业大学盛成等(2014)申请的发明专利(申请号为201420020314.3)公开了一种自动捞浮沉槽，槽体上部一边的两端安装有支架，支架支撑着连接着布满微孔的平板的转动轴，支架的另一端通过轴与电动机相连；电动机转动时，带动平板在浮沉槽中转动，浮沉槽中浮起的煤随着转动平板被带出，实现自动捞浮沉。此装置虽简单、易操作，但其存在一定的问题，带孔平板不能有效地将所有低密度煤炭颗粒全部带出浮沉槽，残余部分煤样直接影响下一密度级的浮沉结果，且由于浮沉所需密度液不能自动更换，需要人工手动更换，实现发明者所要求的自动捞浮沉的目的还不全面。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种煤炭自动浮沉试验装置，其采用磁铁矿重介质来代替氯化锌作重液进行浮沉实验，浮沉所需的密度液能自动更换，且可以较为全面的实现自动捞浮沉，对煤炭的处理量大，操作方便，自动化程度高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种煤炭自动浮沉试验装置，其特征在于：包括脱泥筛、储料给料机构、自动浮沉机构、脱介机构和精煤集料机构，所述脱泥筛和储料给料机构均设置在所述自动浮沉机构的一侧，所述脱介机构和精煤集料机构均设置在所述自动浮沉机构的另一侧，所述储料给料机构包括皮带上料机、储料桶和给料机，所述皮带上料机的出料口与储料桶的进料口相接，所述储料桶底部的出料口处设置有电动闸板阀，所述给料机的进料口位于电动闸板阀的下方，所述皮带上料机的进料口与脱泥筛的出料口相接；所述自动浮沉机构包括分选槽和重介质供给系统，所述分选槽包括外部槽体、内部网桶和矸石桶，所述内部网桶设置在外部槽体内，所述内部网桶的上缘低于外部槽体的上缘，所述内部网桶的底部出口处设置有翻转闸板，所述内部网桶上安装有用于带动翻转闸板启闭的启闭机构，所述外部槽体的上端设置有溢流堰，所述外部槽体的底部出口处设置有闸阀，所述矸石桶设置在闸阀的下方，所述重介质供给系统通过管道向外部槽体内输送磁铁矿重介质；所述给料机的出料口与内部网桶的进料口相接，所述脱介机构的进口与溢流堰相接，所述精煤集料机构设置在所述脱介机构的精煤出口处且用于收集输送精煤。
上述的一种煤炭自动浮沉试验装置，其特征在于：所述重介质供给系统包括搅拌桶、输送泵、合介桶、合介泵、合介管、水平流管道和上升流管道，所述搅拌桶的出口通过管道与输送泵的进口相接，所述输送泵的出口通过管道与合介桶的进口相接，所述合介桶的出口通过管道与合介泵的进口相接，所述合介泵的出口通过管道与合介管的一端相接，所述合介管的另一端与水平流管道和上升流管道的一端均相接，所述上升流管道的另一端与外部槽体下部的上升流进口相接且上升流管道输送的磁铁矿重介质促使内部网桶内的煤炭松散分层，所述上升流管道上安装有上升流阀门；所述水平流管道的另一端与外部槽体上部的水平流进口相接且水平流管道输送的磁铁矿重介质促使分层后的浮煤通过溢流堰排出外部槽体，所述水平流管道上安装有水平流阀门，所述水平流进口的高度高于内部网桶的上缘，所述合介桶通过合介回流管与外部槽体的下部相接。
上述的一种煤炭自动浮沉试验装置，其特征在于：所述外部槽体下部的风管口处连接有用于输送高压风以促进煤炭进一步分层的风管，所述风管上安装有风阀，所述风管口的高度高于所述上升流进口的高度且低于所述水平流进口的高度。
上述的一种煤炭自动浮沉试验装置，其特征在于：所述水平流进口位于外部槽体的一侧，所述溢流堰位于外部槽体的另一侧，所述水平流进口与溢流堰相对设置，所述内部网桶的进料口和所述水平流进口位于同一侧。
上述的一种煤炭自动浮沉试验装置，其特征在于：所述脱介机构包括脱介筛、冲洗水头、稀介桶和磁选机，所述脱介筛倾斜设置且脱介筛的出口端低于脱介筛的进口端，所述脱介筛的进口与溢流堰相接，所述脱介筛靠近溢流堰的一段为合介段，所述脱介筛远离溢流堰的一段为稀介段；所述冲洗水头安装在脱介筛上方且位于合介段与稀介段相接处，所述稀介段底部的稀介出口通过管道与稀介桶的进口相接，所述稀介桶的出口通过管道与磁选机的进口相接，所述合介段底部的合介出口通过管道与合介桶的进口相接。
上述的一种煤炭自动浮沉试验装置，其特征在于：所述精煤集料机构包括牵引电机、轨道和精煤集料箱，所述精煤集料箱的数量为多个且多个精煤集料箱均设置在轨道上，所述牵引电机通过牵引绳与多个精煤集料箱均相连且带动多个精煤集料箱沿着轨道运行以收集不同密度的精煤。
上述的一种煤炭自动浮沉试验装置，其特征在于：所述轨道为直线轨道或半圆轨道。
上述的一种煤炭自动浮沉试验装置，其特征在于：所述外部槽体的内部且靠近溢流堰的一侧安装有用于将外部槽体内的浮煤刮入脱介筛的刮刀机构，所述刮刀机构包括变频电机、转轴和刮刀，所述变频电机的输出轴与转轴的一端固定连接，所述刮刀固定安装在转轴上，所述转轴位于外部槽体内且与外部槽体转动连接，所述变频电机安装在外部槽体的外侧壁上。
上述的一种煤炭自动浮沉试验装置，其特征在于：所述启闭机构包括两个相对设置的第一闸板调节机构和第二闸板调节机构，所述第一闸板调节机构和第二闸板调节机构的结构相同且均包括翻转电机、丝杠、螺母和翻转连杆，所述翻转电机的输出轴与丝杠的上端固定连接，所述螺母套设在丝杠且与丝杠螺纹配合，所述翻转连杆为空心结构，所述丝杠和螺母均位于翻转连杆内，所述螺母通过连接杆与翻转连杆的上部内壁固定连接，所述第一闸板调节机构和第二闸板调节机构的翻转连杆的下端分别与翻转闸板的两个翻转片的下部相铰接，所述翻转片的上端与内部网桶的底部相铰接，所述翻转连杆的下部设置在内部网桶内，所述翻转电机通过安装杆固定在外部槽体上。
上述的一种煤炭自动浮沉试验装置，其特征在于：所述脱泥筛的筛孔直径为0.5mm，所述外部槽体的上部主槽体的长度l为700mm、宽度b为500mm、高度h为500mm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、现有的浮沉实验均使用氯化锌作重液，具有强腐蚀性，对人体产生伤害；而本发明煤炭自动浮沉装置实现了磁铁矿重介质代替氯化锌进行实验，可自己配制磁铁矿重介质，也可直接利用选煤厂的磁铁矿重介质，实验结果更接近于现场，做到为现场服务的目的。
2、本发明采用磁铁矿粉重介质代替重液氯化锌进行煤炭浮沉实验是一个突破，且磁铁矿重介质的密度可根据实验或实际生产需要灵活调节，能实验结果对现场作出有意义的数据来指导生产。
3、本发明是结合目前人工进行浮沉试验数据与自动化试验技术，发展相应的自动化操作管理措施，提高了试验精度，形成的自动捞浮沉装置，即可以较为全面的实现自动捞浮沉，煤炭处理量大，操作方便，自动化程度高。
4、本发明采用磁铁矿粉重介质可与生产现场联系紧密，可直接取用现场的磁铁矿粉重介质进行快速浮沉试验，对现场生产进行生产检查，形成快速反馈机制；另外，氯化锌重液具有强烈的腐蚀性，严重危害操作人员的身心健康，且对环境污染较大，磁铁矿粉重介质可完全杜绝氯化锌重液的弊端。
5、本发明自动浮沉装置可实现煤炭浮沉试验的自动化进行，解放人力，提高试验效率，减少实验过程中的人为误差，提高操作精度。另外，减少了操作人员与氯化锌接触的机会，可有效防止操作人员被氯化锌重液腐蚀的现象，有效保护操作人员的身心健康。
下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为本发明实施例1中刮刀机构和外部槽体的位置关系示意图。
图3为本发明实施例1中第一闸板调节机构、第二闸板调节机构的结构示意图。
图4为本发明实施例2中精煤集料机构的结构示意图。
附图标记说明:
1—脱泥筛；2—皮带上料机；3—储料桶；
4—给料机；5—电动闸板阀；6—搅拌桶；
7—输送泵；8—合介桶；9—矸石桶；
10—外部槽体；11—内部网桶；12—翻转闸板；
13—闸阀；14—溢流堰；15—合介泵；
16—合介管；17—水平流管道；17-1—水平流阀门；
18—上升流管道；18-1—上升流阀门；19—风管；
19-1—风阀；20—脱介筛；20-1—合介段；
20-2—稀介段；21—稀介桶；22—磁选机；
23—冲洗水头；24—牵引电机；25—轨道；
26—精煤集料箱；27—连接杆；28—变频电机；
29—转轴；30—刮刀；31—刮刀机构；
32—翻转电机；33—螺母；34—丝杠；
35—翻转连杆；36—第一闸板调节机构；37—第二闸板调节机构；
38—合介回流管。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明的一种煤炭自动浮沉试验装置，包括脱泥筛1、储料给料机构、自动浮沉机构、脱介机构和精煤集料机构，所述脱泥筛1和储料给料机构均设置在所述自动浮沉机构的一侧，所述脱介机构和精煤集料机构均设置在所述自动浮沉机构的另一侧，所述储料给料机构包括皮带上料机2、储料桶3和给料机4，所述皮带上料机2的出料口与储料桶3的进料口相接，所述储料桶3底部的出料口处设置有电动闸板阀5，所述给料机4的进料口位于电动闸板阀5的下方，所述皮带上料机2的进料口与脱泥筛1的出料口相接；所述自动浮沉机构包括分选槽和重介质供给系统，所述分选槽包括外部槽体10、内部网桶11和矸石桶9，所述内部网桶11设置在外部槽体10内，所述内部网桶11的上缘低于外部槽体10的上缘，所述内部网桶11的底部出口处设置有翻转闸板12，所述内部网桶11上安装有用于带动翻转闸板12启闭的启闭机构，所述外部槽体10的上端设置有溢流堰14，所述外部槽体10的底部出口处设置有闸阀13，所述矸石桶9设置在闸阀13的下方，所述重介质供给系统通过管道向外部槽体10内输送磁铁矿重介质；所述给料机4的出料口与内部网桶11的进料口相接，所述脱介机构的进口与溢流堰14相接，所述精煤集料机构设置在所述脱介机构的精煤出口处且用于收集输送精煤。
如图1所示，所述重介质供给系统包括搅拌桶6、输送泵7、合介桶8、合介泵15、合介管16、水平流管道17和上升流管道18，所述搅拌桶6的出口通过管道与输送泵7的进口相接，所述输送泵7的出口通过管道与合介桶8的进口相接，所述合介桶8的出口通过管道与合介泵15的进口相接，所述合介泵15的出口通过管道与合介管16的一端相接，所述合介管16的另一端与水平流管道17和上升流管道18的一端均相接，所述上升流管道18的另一端与外部槽体10下部的上升流进口相接且上升流管道18输送的磁铁矿重介质促使内部网桶11内的煤炭松散分层，所述上升流管道18上安装有上升流阀门18-1；所述水平流管道17的另一端与外部槽体10上部的水平流进口相接且水平流管道17输送的磁铁矿重介质促使分层后的浮煤通过溢流堰14排出外部槽体10，所述水平流管道17上安装有水平流阀门17-1，所述水平流进口的高度高于内部网桶11的上缘，所述合介桶8通过合介回流管38与外部槽体10的下部相接。
如图1所示，所述外部槽体10下部的风管口处连接有用于输送高压风以促进煤炭进一步分层的风管19，所述风管19上安装有风阀19-1，所述风管口的高度高于所述上升流进口的高度且低于所述水平流进口的高度。
如图1所示，所述水平流进口位于外部槽体10的一侧，所述溢流堰14位于外部槽体10的另一侧，所述水平流进口与溢流堰14相对设置，所述内部网桶11的进料口和所述水平流进口位于同一侧。
如图1所示，所述脱介机构包括脱介筛20、冲洗水头23、稀介桶21和磁选机22，所述脱介筛20倾斜设置且脱介筛20的出口端低于脱介筛20的进口端，所述脱介筛20的进口与溢流堰14相接，所述脱介筛20靠近溢流堰14的一段为合介段20-1，所述脱介筛20远离溢流堰14的一段为稀介段20-2；所述冲洗水头23安装在脱介筛20上方且位于合介段20-1与稀介段20-2相接处，所述稀介段20-2底部的稀介出口通过管道与稀介桶21的进口相接，所述稀介桶21的出口通过管道与磁选机22的进口相接，所述合介段20-1底部的合介出口通过管道与合介桶8的进口相接。
其中，脱介筛20为振动脱介筛，水平流管道17、上升流管道18、风管19和刮刀机构31共同配合将浮煤排出至下一环节的脱介筛20上，外部槽体10底部的翻转闸板12通过启闭机构来启闭，用于将矸石排出。
如图1所示，所述精煤集料机构包括牵引电机24、轨道25和精煤集料箱26，所述精煤集料箱26的数量为多个且多个精煤集料箱26均设置在轨道25上，所述牵引电机24通过牵引绳与多个精煤集料箱26均相连且带动多个精煤集料箱26沿着轨道25运行以收集不同密度的精煤。
牵引电机24课根据排料密度需求，带动多个精煤集料箱26在轨道25行走，以将对应密度的精煤集料箱26移动至脱介筛20的出口端接料。
本实施例中，如图1所示，所述轨道25为直线轨道。
如图2所示，所述外部槽体10的内部且靠近溢流堰14的一侧安装有用于将外部槽体10内的浮煤刮入脱介筛20的刮刀机构31，所述刮刀机构31包括变频电机28、转轴29和刮刀30，所述变频电机28的输出轴与转轴29的一端固定连接，所述刮刀30固定安装在转轴29上，所述转轴29位于外部槽体10内且与外部槽体10转动连接，所述变频电机28安装在外部槽体10的外侧壁上。
工作时，由变频电机28带动转轴29旋转，转轴29带动刮刀30将浮煤刮向溢流堰14处。
如图3所示，所述启闭机构包括两个相对设置的第一闸板调节机构36和第二闸板调节机构37，所述第一闸板调节机构36和第二闸板调节机构37的结构相同且均包括翻转电机32、丝杠34、螺母33和翻转连杆35，所述翻转电机32的输出轴与丝杠34的上端固定连接，所述螺母33套设在丝杠34且与丝杠34螺纹配合，所述翻转连杆35为空心结构，所述丝杠34和螺母33均位于翻转连杆35内，所述螺母33通过连接杆27与翻转连杆35的上部内壁固定连接，所述第一闸板调节机构36和第二闸板调节机构37的翻转连杆35的下端分别与翻转闸板12的两个翻转片的下部相铰接，所述翻转片的上端与内部网桶11的底部相铰接，所述翻转连杆35的下部设置在内部网桶11内，所述翻转电机32通过安装杆固定在外部槽体10上。
通过第一闸板调节机构36和第二闸板调节机构37动作使得翻转闸板12打开或者关闭。具体的：翻转电机32转动带动丝杠34旋转，则螺母33上下运动，螺母33通过连接杆27与翻转连杆35连接，从而使翻转连杆35向下运动，将翻转闸板12向下推开，即打开翻转闸板12。
本实施例中，所述脱泥筛1的筛孔直径为0.5mm，所述外部槽体10的上部主槽体的长度l为700mm、宽度b为500mm、高度h为500mm，外部槽体10的容积为0.17m3，可容纳煤样100kg以上。
本实施例的工作原理为：将待浮沉实验煤样给到脱泥筛1内，脱泥后煤样通过皮带上料机2给入到储料桶3内，然后打开电动闸板阀5，则煤样落入给料机4，由给料机4输送至分选槽中。
将合格的磁铁矿粉与一定量的煤泥给入到搅拌桶6中搅拌混匀，制备成所需密度(根据实际生产需要，可以为不同的密度，如密度为1.3kg/l、1.4kg/l、1.5kg/l、1.6kg/l、1.7kg/l、1.8kg/l等)的磁铁矿重介质，但一次只给一个密度值的磁铁矿重介质。制备好的磁铁矿重介质由输送泵7输送至合介桶8，然后由合介泵15给入到合介管16，再分别给入到水平流管道17和上升流管道18。上升流管道18中输送的磁铁矿重介质进入外部槽体10后随后进入内部网桶11以促使内部网桶11内的煤炭松散分层，小于该磁铁矿重介质密度的煤会上浮，大于该磁铁矿重介质密度的煤会下沉(阿基米德原理)，如给入密度为1.3kg/l的磁铁矿重介质，则上浮煤的密度就小于1.3，称为-1.3kg/l，最后脱介筛20脱介后接料的精煤集料箱为-1.3精煤集料箱；如采用的是密度为1.5kg/l磁铁矿重介质，则最后脱介筛20脱介后接料的精煤集料箱为-1.5精煤集料箱。水平流管道17输送的磁铁矿重介质进入外部槽体10促使分层后的浮煤(轻产物)通过溢流堰14通过溢流堰14排出外部槽体10；刮刀30可辅助排料，外部槽体10下部连接的风管19通过风阀19-1控制进风量，利用高压风作用进一步促进煤炭的分层。
浮煤即精煤排出到脱介筛20上进行重介质脱除，前半段脱除的重介质没加水仍为合格介质(合介)，返回到合介桶8中继续使用，在脱介筛20的上方中部由冲洗水头23加喷水，进一步脱除介质，加水后为稀介质，流到稀介桶21，再到磁选机22进一步脱水回收磁铁矿粉，回收的磁铁矿粉可继续用于配制磁铁矿重介质。
精煤从脱介筛20的出料端排出，通过牵引电机24将对应密度的精煤集料箱26牵引至脱介筛20的出料端下方以收集精煤。精煤排出完毕后，打开外部槽体10底部的闸阀13，则磁铁矿重介质通过合介回流管38自流返回到合介桶8；然后翻转电机32动作，带动翻转连杆35上下移动，使翻转闸板12打开，则在分选槽分层后沉到下部的煤炭即矸石，排出到矸石桶9中收集，从而完成整个浮沉试验过程。
实施例2
如图4所示，本实施例与实施例1不同的是：所述轨道25为直线轨道。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
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换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。