專利名稱：漿體材料的制送自助一體化設備及工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于煤礦采空區(qū)充填的漿體材料的制送自助一體化設備及工藝，屬于礦井采空區(qū)充填領域。
背景技術：
為了最大程度地控制煤礦采空區(qū)上覆巖層的移動，確保房屋、道路、水體、管道等各種建筑設施不受損害，實現(xiàn)“三下”壓煤的安全開采和有效利用，我國煤礦企業(yè)普遍采用了充填法對采空區(qū)實施管理。目前，在高水、膏體、似膏體、水沙等應用相對廣泛的充填方法中，充填材料的制備與輸送大都采取了機械方式，比如攪拌混合器、皮帶輸送機、柱塞泵、破碎機、搗實機等動力設備，并且制備和輸送這兩個環(huán)節(jié)在時間和空間上是相對獨立的工作單元。這些方法不同程度地存在四種缺陷:一是設備繁多且大多處于運動狀態(tài)，不安全因素較多；二是充填材料的制備與輸送需要占用互不重疊的時間和空間，充填能力較低；三是設備的運行全部借助外部動力，能耗成本較大；四是設備的運行屬于開放式，粉塵、噪聲等職業(yè)危害較重。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)以上現(xiàn) 有技術中的不足，本發(fā)明要解決的技術問題是:提供一種用于煤礦采空區(qū)充填的漿體材料的制送自助一體化設備及工藝，在不輸入外部動力的情況下，能夠依靠物料的位能通過特定的混合設備實現(xiàn)漿體材料的連續(xù)和同期的制備與輸送。本發(fā)明所述的漿體材料的制送自助一體化設備，包括清水儲備池以及上下順次連接的原料風力混合器、混料靜止貯存?zhèn)}、固液旋流制漿器和初漿湍動成漿器，原料風力混合器頂部封閉，側(cè)壁沿切線方向設置數(shù)個原料入口，固液旋流制漿器的側(cè)壁沿切線方向設置一個清水入口，清水入口通過輸送管路與清水儲備池連接，固液旋流制漿器頂部的混料吸入口通過混料吸送管與混料靜止貯存?zhèn)}底部的混料吸出口連接，固液旋流制漿器底部的初漿輸出口通過初漿輸送管路與初漿湍動成漿器連接且初漿輸送管路沿水平方向伸入初漿湍動成漿器的尾部，固液旋流制漿器的清水入口、混料吸入口均安裝自動控制閥。所述的清水儲備池與固液旋流制漿器的高度差為IOm 50m。所述的固液旋流制漿器與初漿湍動成漿器的高度差為IOOm 200m。本發(fā)明所述的漿體材料的制送自助一體化工藝，包括以下步驟:①打開原料風力混合器的原料入口，在無外部動力輸入的情況下，借用運輸槽車卸料過程中的過剩風力，將各種粉料沿原料風力混合器外壁切線方向的原料入口同時送入原料風力混合器中進行混合；②混合均勻后的各種粉料進入混料靜止貯存?zhèn)}，備用；③打開固液旋流制漿器的清水入口和混料吸入口上的自動控制閥，位于清水入口上方的清水儲備池與清水入口之間的垂直距離大于10米，在無外部動力輸入的情況下，借助10米以上高差的位能將清水沿固液旋流制漿器外壁切線方向送入固液旋流制漿器中，并形成水平旋轉(zhuǎn)和垂直下降的水流，混料靜止貯存?zhèn)}中的粉料借助其自重和水流的旋流負壓雙重作用被吸入固液旋流制漿器，進入固液旋流制漿器的混料，實現(xiàn)與水流的混合，形成初漿；④初漿通過初漿輸送管路送至與固液旋流制漿器垂直距離大于100米的井底，在無外部動力輸入的情況下，初漿借助100米以上高差的位能高速下降至井底，之后沿水平方向進入初漿湍動成漿器，并在初漿湍動成漿器內(nèi)部形成回返湍動的流場，初漿中的固液兩相在回返湍動的流場中實現(xiàn)充分混合，最終形成均勻度和粘稠度滿足要求的漿體材料，即成漿。所述的初衆(zhòng)瑞動成衆(zhòng)器的初衆(zhòng)輸入方向與成衆(zhòng)輸出方向相反，使衆(zhòng)體在成衆(zhòng)器內(nèi)形成回返與湍動的流場，為固液物料得到數(shù)次的混合，直至均勻。所述固液旋流制漿器的初漿輸出口的斷面面積不小于清水入口斷面面積與混料吸入口斷面面積之和，使混料吸入口與混料吸出口區(qū)間產(chǎn)生負壓。所述的清水儲備池的容積與表面積的數(shù)值比< 2，使進入固液旋流制漿器的水流壓力保持彡2 10%的波動。本工藝利用物體的位能作為漿體材料制備與輸送的原始動力:在負壓和重力雙重作用下，混料靜止貯存?zhèn)}中的混合粉料直接吸入固液旋流制漿器；制得的初漿同樣在位能作用下，高速進入初漿湍動成漿器后實現(xiàn)充分混合。本發(fā)明由于有效利用了物料的位能，清水的輸送、固液物料的混合、漿體材料的制成和輸送等整個工藝的各個環(huán)節(jié)，無需輸入外部動力，以此省去能耗成本。同時，由于清水儲備池表面積大、垂直落差小，進入固液旋流制漿器的清水壓力保持相對恒定。由于該工藝的一個充填系統(tǒng)形成后，在輸送介質(zhì)不變的條件下，其任意界面的負壓和重力是一個相對恒定的數(shù)值，由此輸送的混料流量也相對恒定。由此，如果需要改變漿體材料的濃度，只要調(diào)整清水儲備池與固液旋流制漿器清水入口之間和固液旋流制漿器混料吸入口與混料靜止貯 存?zhèn)}混料吸出口之間兩個聯(lián)動的自動控制閥即可實現(xiàn)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比所具有的有益效果是:本漿體材料的制送自助一體化設備及工藝，有效利用了物料的位能，清水的輸送、固液物料的混合、漿體材料的制成和輸送等整個工藝的各個環(huán)節(jié)，無需輸入外部動力，能夠省去能耗成本；工藝中使用的設備簡少且都處于靜止狀態(tài)，能夠消除固有的不安全因素；漿體材料的制備與輸送可以在時間和空間上同期實現(xiàn)，能夠最大發(fā)揮充填工藝的潛在能力；所有設備完全封閉運行，能夠消除粉塵、噪聲等職業(yè)危害。


圖1是本發(fā)明中設備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是原料風力混合器的俯視圖。圖中:1、原料風力混合器；1_1、混料出口 ；1_2、原料入口 ；1_3、原料入口 ；2、混料靜止貯存?zhèn)}；2-1、混料入口 ；2-2、混料吸出口 ；3、自動控制閥；4、混料吸送管；5、固液旋流制漿器；5-1、清水入口 ；5-2、混料吸入口 ；5-3、初漿輸出口 ；6、初漿輸送管路；7、初漿湍動成漿器；7_1、初漿輸入口 ；7-2、成漿輸出口 ；8、自動控制閥；9、輸送管路；10、清水儲備池。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例做進一步描述:如圖1、2所示，漿體材料的制送自助一體化設備，包括清水儲備池10以及上下順次連接的原料風力混合器1、混料靜止貯存?zhèn)}2、固液旋流制漿器5和初漿湍動成漿器7。原料風力混合器I頂部封閉，側(cè)壁沿切線方向設置多個原料入口(其數(shù)量根據(jù)所需原料的種類確定，本實施例為采用2個分別是原料入口 1-2、1-3)，底部設置混料出口 1-1 ;混料靜止貯存?zhèn)}2，頂部設置混料入口 2-1與原料風力混合器I的混料出口 1-1連接，底部設置混料吸出口 2-2 ;固液旋流制漿器5，側(cè)壁沿切線方向設置清水入口 5-1并通過輸水管路9與清水儲備池10連接，頂部設置混料吸入口 5-2并通過混料吸送管4與混料靜止貯存?zhèn)}2的混料吸出口 2-2連接，底部設置初漿輸出口 5-3 ;初漿湍動成漿器7，尾部設置初漿輸入口 7-1并通過初漿輸送管路6與固液旋流制漿器5的初漿輸出口 5-3連接，頭部設置成漿輸出口
7-2并通過成漿輸送管路12與采空區(qū)連接。固液旋流制漿器5的清水入口 5-1和混料靜止貯存?zhèn)}2的混料吸出口 2-2分別安裝自動控制閥8、3。其中:清水儲備池10與固液旋流制漿器5的高度差為IOm 50m。;固液旋流制漿器5與初漿湍動成漿器7的高度差為IOOm 200m。其工作原理及過程(即漿體材料的制送自助一體化工藝)如下:首先，打開原料風力混合器I的原料入口 1-2、1-3，借用運輸槽車的卸料過剩風力，將各種粉基原料混合均勻后進入混料靜止貯存?zhèn)}2，備用；其次，打開固液旋流制漿器清水入口的自動控制閥8和混料吸出口的自動控制閥3，壓力相對恒定的水流在位能的作用下沿切線方向進入固液旋流制漿器5并形成水平旋轉(zhuǎn)和垂直下降的水流，該水流的垂直下降因素，使固液旋流制漿器5的混料吸入口頂部和混料靜止貯存?zhèn)}2的混料吸出口底部之間產(chǎn)生負壓區(qū)，混料靜止貯存?zhèn)}3的粉料在負壓和重力的雙重作用下，通過混料吸送管4進入固液旋流制漿器5 ;進入固液旋流制漿器5的物料，在水平旋轉(zhuǎn)因素的作用下，與水流實現(xiàn)混合并形成初漿；初漿在位能作用下，通過垂直的初漿輸送管路6高速下降至井底后沿水平進入初漿湍動成漿器7，并形成回返湍動的流場；初漿中的固液兩相在回返湍動的流場中進行充填混合，最終形成均勻度和粘稠度都滿足要求的漿體材料即成漿。由于該工藝的一個充填系統(tǒng)形成后，在輸送介質(zhì)不變的條件下，其任意界面的負壓和重力是一個相對恒定的數(shù)值，由此輸送的混料流量也相對恒定。由此，如果需要改變漿體材料的濃度，只要調(diào)整清水儲備池10與固液旋流制漿器5的清水入口 5-1和固液旋流制漿器5的混料吸入口 5-2與混料靜止貯存?zhèn)}的混料吸出口 2-2之間兩個聯(lián)動的自動控制閥
8、3即可實現(xiàn)。本漿體材料的制送自助一體化設備及工藝，有效利用了物料的位能，清水的輸送、固液物料的混合、漿體材料的制成和輸送等整個工藝的各個環(huán)節(jié)，無需輸入外部動力，能夠省去能耗成本，以此實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的；工藝中使用的設備簡少且都處于靜止狀態(tài)，能夠消除固有的不安全因素；漿體材料的制備與輸送可以在時間和空間上同期實現(xiàn)，能夠最大發(fā)揮充填工藝的潛在能力；所有設備完全封閉運行，能夠消除粉塵、噪聲等職業(yè)危害。
權(quán)利要求
1.一種漿體材料的制送自助一體化設備，其特征在于:包括清水儲備池(10)以及上下順次連接的原料風力混合器(I)、混料靜止貯存?zhèn)}(2)、固液旋流制漿器(5)和初漿湍動成漿器(7)，原料風力混合器(I)頂部封閉，側(cè)壁沿切線方向設置數(shù)個原料入口，固液旋流制漿器(5 )的側(cè)壁沿切線方向設置一個清水入口( 5-1)，清水入口( 5-1)通過輸送管路(9 )與清水儲備池(10)連接，固液旋流制漿器(5)頂部的混料吸入口(5-2)通過混料吸送管(4)與混料靜止貯存?zhèn)}(2)底部的混料吸出口(2-2)連接，固液旋流制漿器(5)底部的初漿輸出口(5-3)通過初漿輸送管路(6)與初漿湍動成漿器(7)連接且初漿輸送管路(6)沿水平方向伸入初漿湍動成漿器(7)的尾部，固液旋流制漿器(5)的清水入口(5-1)、混料吸入口(5-2)均安裝自動控制閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漿體材料的制送自助一體化設備，其特征在于:所述的清水儲備池(10)與固液旋流制漿器(5)的高度差為IOm 50m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的漿體材料的制送自助一體化設備，其特征在于:所述的固液旋流制漿器(5)與初漿湍動成漿器(7)的高度差為IOOm 200m。
4.一種漿體材料的制送自助一體化工藝，其特征在于:包括以下步驟: ①打開原料風力混合器(I)的原料入口，在無外部動力輸入的情況下，借用運輸槽車卸料過程中的過剩風力，將各種粉料沿原料風力混合器(I)外壁切線方向的原料入口同時送入原料風力混合器(I)中進行混合； ②混合均勻后的各種粉料進入混料靜止貯存?zhèn)}(2)，備用； ③打開固液旋流制漿器(5)的清水入口(5-1)和混料吸入口( 5-2 )上的自動控制閥(8)(3)，位于清水入口(5-1)上方的清水儲備池(10)與清水入口(5-1)之間的垂直距離大于10米，在無外部動力輸入的情況下，借助10米以上高差的位能將清水沿固液旋流制漿器(5)外壁切線方向送入固液旋流制漿器(5)中，并形成水平旋轉(zhuǎn)和垂直下降的水流，混料靜止貯存?zhèn)}(2)中的混料借助其自重和水流的旋流負壓雙重作用被吸入固液旋流制漿器(5)，進入固液旋流制漿器(5)的混料，實現(xiàn)與水流的混合，形成初漿； ④初漿通過初漿輸送管路(6)送至與固液旋流制漿器(5)垂直距離大于100米的井底，在無外部動力輸入的情況下，初漿借助100米以上高差的位能高速下降至井底，之后沿水平方向進入初漿湍動成漿器(7)，并在初漿湍動成漿器(7)內(nèi)部形成回返湍動的流場，初漿中的固液兩相在回返湍動的流場中實現(xiàn)充分混合，最終形成均勻度和粘稠度滿足要求的漿體材料，即成漿。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的漿體材料的制送自助一體化工藝，其特征在于:所述的初漿瑞動成衆(zhòng)器(7)的初衆(zhòng)輸入方向與成衆(zhòng)輸出方向相反。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的漿體材的料制送自助一體化工藝，其特征在于:所述固液旋流制漿器(5)的初漿輸出口(5-3)的斷面面積不小于清水入口(5-1)斷面面積與混料吸入口(5-2)斷面面積之和。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的漿體材料制送的自助一體化工藝，其特征在于:所述的清水儲備池(10)的容積與表面積的數(shù)值比< 2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于煤礦采空區(qū)充填的漿體材料的制送自助一體化設備及工藝，本設備包括清水儲備池以及上下順次連接的原料風力混合器、混料靜止貯存?zhèn)}、固液旋流制漿器和初漿湍動成漿器。本工藝利用物體的位能作為漿體材料制備與輸送的原始動力在負壓和重力雙重作用下，混料靜止貯存?zhèn)}中的混合粉料直接吸入固液旋流制漿器；制得的初漿在位能作用下，高速進入初漿湍動成漿器后實現(xiàn)充分混合。本發(fā)明有效利用了物料的位能，無需輸入外部動力，省去了能耗成本；設備簡少且處于靜止狀態(tài)，消除了固有不安全因素；漿體材料的制備與輸送可以在時間和空間上同期實現(xiàn)，能夠最大發(fā)揮充填工藝的潛在能力；所有設備完全封閉運行，消除了粉塵、噪聲等職業(yè)危害。
文檔編號B01F13/10GK103212334SQ20131012830
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月13日
發(fā)明者石建新, 王向宏, 韓吉玉 申請人:淄博王煤礦業(yè)有限公司