一种用于膏体充填浆料混合添加化学试剂的装置和方法与流程

本发明涉及采矿工艺领域，具体公开了一种用于膏体充填浆料混合添加化学试剂的装置和方法。

背景技术：

目前在煤矿领域，我国的矿产开采技术已达世界同等领域的先进水平。在我国所采取的各种采煤方法中，充填采矿法已成为了矿产开采中最基本的方法之一，在我国矿产资源领域有着十分重要的作用。充填采矿法是指在采矿作业过程中，将采空区用充填材料填充的采矿方法。充填的目的是为了支护采空区的上层顶板和两侧的岩石，防止在继续开采过程中出现地表塌陷的情况，同时保护了相对价值较高的矿产资源。这种方法能够为采矿工作人员提供一个较为安全的工作环境，减小了采、切等作业的工程量，提高了开采工作的安全与可靠性。

在充填技术中膏体充填技术由于成本低、充填范围广的特点在各大煤矿得到了广泛的应用，它主要针对采空区和冒落区进行充填，充分利用了煤层层状岩石和覆岩的运动规律，能够有效控制巷道顶板和地表的塌陷。本发明结合最新的矿井充填技术发展提出了一种用于膏体充填浆料混合添加化学试剂的装置和方法。

目前，膏体充填采煤技术在国内外的各大矿山中都得到了大量的运用。膏体采煤技术最早的井下运用是在1930年，霍恩公司首次采用了将采矿尾砂作为充填材料的干式充填试验，并成功推动干式充填法在矿山开采中的应用。随后在1969年，澳大利亚开发出了采用水泥胶结充填体作为材料的水泥固结水砂的充填技术，这一技术再次推动了充填技术的发展。70年代后，德国公司首次提出了膏题充填技术这一概念，并在位于德国的格伦德铅锌矿进行研究试用，这项技术在后续的充填采矿中得到广泛的应用。到了1992年，加拿大的sudbary地区矿山也将膏体充填技术引入日常的采矿作业过程中。我国很早也开始了这项技术的使用，20世纪70年代，我国参照澳大利亚对水砂填充技术的优化，转而使用更加高效的细砂胶结填充技术。由于膏体充填技术具有充填体强度高，充填成本低，易于充填等特点，在1990年后，通过学习德国的充填经验我国成立了国内第一座膏体充填站，这标着我国膏体充填技术迈上了一个新的阶段，随后在金川有色金属公司、武山铜矿、大冶有色金属公司、会泽铅锌矿中主要运用了膏体充填技术。

在膏体充填时，一般情况下都会采用在膏体制备过程中添加缓凝剂等化学试剂使膏体材料延缓凝固，但是在某些特殊情况下或者为了满足某些特殊的要求，比如在巷道、采空区、冒落带等区域的填充，这就需要充填材料在充填到位置后，能够快速凝固。因此在这些情况下一般会采用添加速凝剂的化学试剂来达到目的，但是速凝剂在什么地方添加是一个关键问题，如果在搅拌站添加，则会使膏体迅速的凝固，很可能会发生管路堵塞，为了防止管路堵塞，又需要在充填膏体里添加缓凝剂，这无疑增加了成本，也会有膏体残留在管道内的风险，同时也增加了管道的清洗难度。因此，就需要在膏体充填管道的端头部分进行速凝剂的添加和混合，所以才提出了该装置。

cn101749047a的中国专利公开了一种膏体充填模拟试验系统，其特征包括骨料供料部、辅料供料部、制取膏体的搅拌部及膏体输送与充填部。骨料供料部将各种骨料进行称重计量后送至搅拌部，辅料供料部将辅料制成辅料料浆后送至搅拌部，搅拌部将二者混合均匀制成膏体，再由膏体输送与充填部将膏体经过输送泵及输送管道送至充填模拟架处进行膏体充填。但该系统造价成本较高，需要多台设备与系统进行连接，操作难度大，设计系统和装置较多，需要进行专业的人员培训；此外，该系统还需要先添加化学试剂制备膏体，再运输膏体，不能使膏体及时凝固，同时易使膏体滞留在管道内，造成堵塞，不便于清理。

cn108661703a公开了一种煤矿开采全势能末端管道输送膏体充填系统和方法，该系统包括：制浆设备、矸石供给设备、浆料输送管和充填管，充填管能够将浆料和矸石在该充填管内混合并引导至待充支巷。该煤矿开采全势能末端管道输送膏体充填系统和方法充分利用了矸石、水泥和粉煤灰等来源广泛的充填材料，在靠近工作面位置采用管道充填。同样，该装置设施较多，不便于操作；若添加化学试剂时间过早，膏体凝固时间不易控制，制备的膏体效果不佳；且整个系统占用空间较大，步骤繁多，涉及流程较长，易使浆料在运输途中滞留，且不便于清洗。

鉴于上述不足，一种便于化学试剂的添加，同时使化学试剂洒落均匀，膏体中的浆料和化学试剂能够充分混合，混合效率高，装置操作简单，易于实现，成本较低，膏体在管道内部不易堵塞，装置内不易残留堆积的膏体充填浆料混合添加剂的生产装置及生产方法是目前行业内急需的。

技术实现要素：

基于上述分析，本发明提供了一种便于化学试剂的添加，同时使化学试剂洒落均匀，膏体中的浆料和化学试剂能够充分混合，混合效率高，装置操作简单，易于实现，成本较低，膏体在管道内部不易堵塞，装置内不易残留堆积的膏体充填浆料混合添加剂的生产装置及生产方法。本发明是通过如下方法实现的：

一种用于膏体充填浆料混合添加化学试剂的装置，包括

浆料输送管道；

数个化学试剂运输管道，数个化学试剂运输管道均匀排布于浆料输送管道的外侧并轴向固定于浆料输送管道外侧；

环形的化学试剂混合管道，该化学试剂混合管道固定连接于浆料输送管道出口端，并且与化学试剂运输管道端部连通；以及

化学试剂喷射管路，该化学试剂管路固定连接于化学试剂混合管道内侧。

进一步的，所述化学试剂喷射管路包括圆柱形化学试剂喷射管和数根化学试剂喷射管道，

数根所述化学试剂喷射管道一端固定连接于圆柱形化学试剂喷射管，而另一端以圆柱形化学试剂喷射管为中心径向向外延伸并固定连接于化学试剂混合管道，数根所述化学试剂喷射管道均匀排布，且化学试剂混合管道(3)、化学试剂喷射管道(4)及圆柱形化学试剂喷射管(6)相互连通。

进一步的，所述化学试剂喷射管路包括三根化学试剂喷射管道。

进一步的，所述化学试剂喷射管道前表面均匀分布化学试剂喷射孔。

进一步的，所述浆料运输管道选用不锈钢材料，外形为圆柱体，进料口与输送浆料的螺旋骨架橡胶管相连。

进一步的，所述化学试剂运输管道选用不锈钢材料，外形为圆柱体。

进一步的，所述化学试剂混合管道选用不锈钢材料制备，外形为环形管道，外部另喷涂一层防锈油漆。

进一步的，所述化学试剂喷射管道为不规则形状，管道采用不锈钢，外部喷涂防锈油漆。

进一步的，所述不规则形状管道外侧为半圆柱形，内侧为半菱形；或所述不规则形状管道为梭型。

本发明还公开了一种如上述所述装置用于膏体充填浆料混合添加化学试剂的方法，该方法包括如下步骤：

(1)膏体浆料经浆料输送管道运输至前端口喷出至采空区；

(2)通过化学试剂输送管道运输高压化学试剂和速凝剂至化学试剂混合管道内；

(3)高压化学试剂和速凝剂在化学试剂混合管道内快速流动充分混合，进入化学试剂喷射管道；

(4)经过混合后的化学试剂从化学试剂喷射孔和圆柱形化学试剂喷射管道中均匀喷出；

(5)经高压喷射出的化学试剂、速凝剂和浆料在空中混合，使浆料快速凝固，形成充填用的膏体，对采空区进行充填。

本发明的有益效果在于：

(1)便于化学试剂的添加，同时使化学试剂洒落均匀；

(2)膏体中的浆料和化学试剂能够充分混合，混合效率高；

(3)本发明操作简单，易于实现，成本较低；

(4)本装置采用在浆料喷射口处添加化学试剂和速凝剂的方式，能够使形成的膏体迅速凝固，防止了因提前添加缓凝剂导致膏体在管道内部堵塞情况的发生；

(5)浆料运输管道较为宽阔，且化学试剂喷射管道呈流线型，不会对浆料造成阻隔，也不易导致膏体在装置内残留堆积。

附图说明

图1为膏体充填浆料混合添加化学试剂装置立体示意图；

图2为膏体充填浆料混合添加化学试剂装置的主视图；

图3为膏体充填浆料混合添加化学试剂装置的后视图；

图4为膏体充填浆料混合添加化学试剂装置的剖面示意图；

图5为含梭型化学试剂喷色管道的膏体充填装置图的主视图；

其中：1-浆料运输管道；2-化学试剂运输管道；3-化学试剂混合管道；4-化学试剂喷射管道；5-化学试剂喷射孔；6-圆柱形化学试剂喷射管。

具体实施方式

本发明提供了一种用于膏体充填酱料混合添加化学试剂的装置和方法，为使本发明的目的、技术方案以及优点更加明确，以下结合附图对本发明进一步详细说明。

实施例1

一种用于膏体填充浆料混合添加化学试剂的装置，如图1所示，该装置包括浆料输送管道1，所述浆料运输管道1选用不锈钢材料，外形为圆柱体，进料口与输送浆料的螺旋骨架橡胶管相连。

该装置还包括按环形焊接在浆料运输管道1表面的化学试剂输送管道2，所述化学试剂运输管道2选用不锈钢材料，外形为圆柱体，并保证焊接强度在充填过程中不脱落。

化学试剂混合管道3通过焊接技术焊接在浆料输送管道1前段端，且该化学试剂混合管道3与化学试剂输送管道2相连，所述化学试剂混合管道3选用不锈钢材料制备，外形为环形管道，外部另喷涂一层防锈油漆。

所述化学试剂混合管道3本体的轮圈上边缘设置有均匀分布的3根化学试剂喷射管道4，使高压喷射的化学试剂能够在极短的时间内完成与浆料的混合，并且能够及时喷射出混合好的膏体。

所述化学试剂喷射管道4为不规则形状，管道采用不锈钢，外部喷涂防锈油漆；不规则形状管道外侧为半圆柱形，内侧为半菱形，所述不规则形状管道内侧半菱形面面向浆料运输管道，能够减少对浆料运输的阻挡，有利于浆料的喷出。

所述3根化学试剂喷射管道4一端的端头呈环形汇聚在圆柱形化学试剂喷射管6上，且化学试剂喷射管道4前表面均匀分布化学试剂喷射孔5，用于喷射化学试剂，且不会被浆料堵塞。

一种采用上述装置用于膏体填充浆料混合添加化学试剂的方法，步骤如下：

(1)通过浆料输送管道1运输由矸石、粉煤灰等构成的膏体浆料，使浆料从输送管道的前端口喷出至采空区；

(2)通过化学试剂输送管道2运输高压化学试剂，使化学试剂进入相连接的化学试剂混合管道3；

(3)化学试剂在压力影响下在环形混合管道内快速流动充分混合，进入相连接的化学试剂喷射管道4；

(4)经过混合的化学试剂从不规则形状喷射管道中的外侧前端口的化学试剂喷射孔5和圆柱形化学试剂喷射管道6中喷出；

(5)高压喷射出的化学试剂、速凝剂和浆料在空中混合，使浆料快速凝固，形成充填用的膏体，对采空区进行充填。

实施例2

一种梭型化学试剂喷色管道的用于膏体填充浆料混合添加化学试剂的装置，如图5所示，该装置包括浆料输送管道1，所述浆料运输管道1选用不锈钢材料，外形为圆柱体，进料口与输送浆料的螺旋骨架橡胶管相连。

该装置还包括按环形焊接在浆料运输管道1表面的化学试剂输送管道2，所述化学试剂运输管道2选用不锈钢材料，外形为圆柱体，并保证焊接强度在充填过程中不脱落。

化学试剂混合管道3通过焊接技术焊接在浆料输送管道1前段端，且该化学试剂混合管道3与化学试剂输送管道2相连，所述化学试剂混合管道3选用不锈钢材料制备，外形为环形管道，外部另喷涂一层防锈油漆。

所述化学试剂混合管道3本体的轮圈上边缘设置有均匀分布的3根化学试剂喷射管道4，使高压喷射的化学试剂能够在极短的时间内完成与浆料的混合，并且能够及时喷射出混合好的膏体。

所述化学试剂喷射管道4为梭型，管道采用不锈钢，外部喷涂防锈油漆；所述不规则形状管道为梭型，能够减少对浆料运输的阻挡，有利于浆料的喷出。

所述3根化学试剂喷射管道4一端的端头呈环形汇聚在圆柱形化学试剂喷射管6上，且化学试剂喷射管道4前表面均匀分布化学试剂喷射孔5，用于喷射化学试剂，且不会被浆料堵塞。

一种采用上述装置用于膏体填充浆料混合添加化学试剂的方法，步骤如下：

(1)通过浆料输送管道1运输由矸石、粉煤灰等构成的膏体浆料，使浆料从输送管道的前端口喷出至采空区；

(2)通过化学试剂输送管道2运输高压化学试剂，使化学试剂进入相连接的化学试剂混合管道3；

(3)化学试剂在压力影响下在环形混合管道内快速流动充分混合，进入相连接的化学试剂喷射管道4；

(4)经过混合的化学试剂从不规则形状喷射管道中的外侧前端口的化学试剂喷射孔5喷出；

(5)高压喷射出的化学试剂、速凝剂和浆料在空中混合，使浆料快速凝固，形成充填用的膏体，对采空区进行充填。