CN101749047B - 膏体充填模拟试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种膏体充填模拟试验系统，包括一骨料供料部、一辅料供料部、一制取膏体的搅拌部及一膏体输送与充填部。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。本发明能在实验室中模拟出井下膏体充填的工艺、充填体的流动状态及充填效果，对指导现场生产实际具有十分重要的经济、社会和环保意义。

Description

膏体充填模拟试验系统

技术领域

本发明涉及试验室中使用的井下膏体充填模拟系统。

背景技术

矿产资源是不可再生的财富，是国民经济与社会发展的重要物质基础，当前人类对矿产资源的巨大需求和大规模的开发已导致严重的开采损害和生态环境破坏。党的十六大报告明确提出“……走出一条科技含量高，经济效益好，资源消耗低，环境污染少，人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子。”。因此，针对我国资源相对短缺，环境比较脆弱的基本特点，建立起适合我国国情的资源节约、环境友好的工业化道路势在必行。并且世界各国领导人、环境专家和采矿专家也都希望采矿工业实现零排放和不破坏地表环境。因此减轻采矿业对自然环境的破坏，充分回收利用有限的资源，是我国乃至世界范围内需要有计划地完成的一项重大环保任务。在此基础上，中国矿业大学钱鸣高院士提出了“绿色开采”的技术体系，其基本概念上就是从广义资源的角度认识和对待煤、瓦斯、水、土地等一切可以利用的资源；基本出发点是从采煤的角度防止尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响。

我国数量众多的地面建(构)筑物、铁路、水体下压有大量的煤炭资源，据对全国重点煤矿的不完全统计，我国目前“三下”压煤137.64亿t，建筑物下压煤94.68亿t，铁路下23.91亿t，水体下压煤19.05亿t。根据山东省的统计资料，山东全省村庄等建筑物下压煤达44亿t，占可采储量的53％。仅济宁市厚煤层压煤村庄就有3600个，2012年前需要搬迁的就达564个。龙固、赵楼矿井首采区开采一次性就需要搬迁12和11个村庄。长期以来，我国“建下”压煤开采主要采用村庄搬迁、条带开采和覆岩离层注浆这几种方法，并且，其中75％是靠村庄搬迁来完成的。但是，目前村庄搬迁的方法越来越难进行，一是近年来土地征用费用居高不下，搬迁费用一路攀升，给煤矿企业带来了沉重的经济负担；二是因为村庄搬迁的距离过大，给农民带来了许多生产和生活上的不便，农民不愿意搬迁。条带法和覆岩离层注浆法确实能起到一定的减少地表沉陷和开采损害的作用，但是条带法的采出率仅为40～60％，资源浪费严重，覆岩离层注浆法能减少的地表沉陷变形量不超过40％，基本不能达到地表变形小、建筑物不破坏的目的。上述状况给我国煤炭资源的开采也造成了很不利的影响，所以迫切需要发展一种新的、能够实现高产高效、环保安全、处理以上问题的采煤方法。

采用煤矸石、粉煤灰、炉渣等固体废弃物，辅以胶结材料在地面加工制作成无临界流速、不泌水、不沉淀、具有良好泵送性能的、可以低速管道输送的膏状浆体。这种膏体的特点是成本低，初期能达到直立，中后期能完全支撑住上覆岩层，利用充填泵通过管道输送到井下，适时充填采空区，形成以膏体充填为主的覆岩支控体系的现代矿山开采方法与技术。煤矸石膏体胶结充填技术很好的解决了煤矸石的污染和堆放问题、煤矿的开采损害问题、“三下”压煤问题，同时在保护地下水资源不受破坏，提高煤炭资源回收率，改善矿山安全生产条件等方面发挥重大作用。因此，发展实验室模拟现场膏体充填系统对指导现场生产实际将具有十分重要的经济、社会和环保意义。

发明内容

本发明的任务在于提供一种在实验室中模拟井下膏体充填的试验系统。

其技术解决方案是：

一种膏体充填模拟试验系统，包括：

一骨料供料部，骨料供料部设置有料斗组与计量斗；料斗组至少包括1号料斗、2号料斗与3号料斗，1号料斗、2号料斗与3号料斗在同一个方向上依次排列，各号料斗分别设置有能够自动开启与关闭该料斗的阀门，计量斗设置有一用于接受各号料斗下放骨料的储料斗体、一水平式回转输送带及称重计量部分，储料斗体位于料斗组的下方，水平式回转输送带位于储料斗体的下方，其上侧输送带体封堵在储料斗体的底部开放口处，水平式回转输送带与储料斗体构成一个上部为骨料落入口的骨料集聚与称重计量空间，上述称重计量部分能对整个骨料集聚与称重计量空间及进入其内的骨料进行整体称重进而完成对后续工序骨料用量的定量；

一辅料供料部，辅料供料部包括辅料储料斗、辅料混料机与水供给装置，辅料储料斗通过辅料螺旋输送机将辅料输送至辅料混料机，水供给装置通过供水管路接入辅料混料机，供水管路上设置有水泵与流量计；

一制取膏体的搅拌部，搅拌部同时接受来自上述骨料供料部输送的骨料与来自辅料供料部的辅料料浆，并将两者混合均匀制成膏体；

一膏体输送与充填部，包括输送泵、膏体输送管路与充填模拟架；输送泵接受搅拌部制取的膏体，并通过膏体输送管路将其送至充填模拟架进行膏体充填。

上述辅料混料机位于搅拌部的上方，辅料混料机的下部输料口接入搅拌部的顶部受料口；上述水平式回转输送带再由一爬坡状回转输送带采取接力传递的方式将骨料送至搅拌部的顶部受料口处。

上述爬坡状回转输送带的中上部设有遮盖住该处输送带的弧形封挡板，在其与水平式回转输送带的衔接处设置有前部开口向下倾斜的簸箕状骨料引导部。

上述膏体输送管路，在接近输送泵输出口的一侧设置有用于观察膏体流动性的一段透明部。

上述膏体充填模拟试验系统设置有一管道清洗部，管道清新部包括储存灰浆水与清洗小球的清洗剂罐部或池部、清洗泵及清洗管路，清洗管路通过控制阀接入膏体输送管路。

本发明具有以下有益技术效果：

本发明能在实验室中模拟出井下膏体充填的工艺、充填体的流动状态及充填效果，对指导现场生产实际具有十分重要的经济、社会和环保意义。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明一种实施方式的整体结构原理示意图。

图2主要示出了图1方式中的骨料供料部，为其侧视结构。

具体实施方式

结合图1与图2，一种膏体充填模拟试验系统，包括一骨料供料部、一辅料供料部、一制成膏体的搅拌部、一膏体输送与充填部及管道清洗部。下面对上述各部分进行重点叙述：

骨料供料部设置有料斗组与计量斗。本方式中料斗组可设置在主机架的上部，料斗组由1号料斗1、2号料斗2与3号料斗3组成。上述1号料斗1、2号料斗2与3号料斗3在同一个方向上依次排列，上述各号料斗分别设置有能够自动开启与关闭该料斗的阀门。上述各号料斗分别用于暂存煤矸石、粉煤灰及河沙等骨料。当选用骨料多于三种时，料斗的选用数量相应增加即可。计量斗设置有一储料斗体4、水平式回转输送带5及称重计量部分。储料斗体4位于料斗组的下方，能够接受各号料斗下放的骨料，水平式回转输送带5位于储料斗体4的下方，其上侧输送带体封堵在储料斗体4的底部开放口处，并与储料斗体4构成一个上部为骨料落入口的骨料集聚与称重计量空间。称重计量部分可选用称重传感器与运算处理器等实现，可将储料斗体4与水平式回转输送带5通过连接杆架等固定连为一体，如在其两端分别设置连接杆架，各连接杆架的上端固定连接储料斗体对应部位上，连接杆架的下端铰接在水平式回转输送带位于该端侧的驱动辊轴的端轴上或水平式回转输送带的中间支撑架上，只要不阻碍输送带转动即可；上述储料斗体通过称重传感器连接在立式支撑架体如上述主机架上，储料斗体与水平式回转输送带处于悬空状态，既不会影响该输送带的回转运行完成其输送骨料的功能，又能实现下述整体式称重。上述称重计量部分能对整个骨料集聚与称重计量空间及进入其内的骨料进行整体称重，进而完成对后续工序骨料用量的定量，如采取下述一种较为具体的方式：上述各号料斗的阀门开启与关闭，可由相应的电控系统及由其控制的驱动机构实现，当开始一次骨料供料时，上述水平式回转输送带停止运转等待骨料计量，可先开启1号料斗的阀门，1号料斗内的骨料即1号骨料进入储料斗体，1号骨料达到设定重量时，关闭1号料斗的阀门，紧接着开启2号料斗的阀门，2号料斗内的骨料即2号骨料进入储料斗体，2号骨料达到设定重量时，关闭2号料斗的阀门，再开启3号料斗的阀门，3号料斗内的骨料即3号骨料进入储料斗体，当3号骨料也达到设定重量时，关闭3号料斗的阀门，完成一次骨料配比及重量总计量，然后上述水平式回转输送带启动并运转将该计量次的骨料向后续工序输送；当需要下一次骨料供料时重复进行上述方式。

辅料供料部包括辅料储料斗6、辅料混料机7与水供给装置8。辅料通常选用水泥、石灰或石膏等固体粉末与水。辅料储料斗6用于储存固体粉末，其通过辅料螺旋输送机将固体粉末输送至辅料混料机7。水供给装置8通过供水管路接入辅料混料机7，供水管路上设置有水泵与流量计，该水供给装置8能为进入辅料混料机7中固体粉末提供选定量的水。上述辅料混料机7将水与固体粉末充分混合制成辅料料浆，然后将辅料料浆送至下述搅拌机。

制取膏体的搅拌部如搅拌机9。搅拌机9同时接受来自上述骨料供料部输送的骨料与来自辅料供料部的辅料料浆，并将二者充分搅拌混合均匀制成膏体。搅拌机9的受料方式可这样实现，即：上述辅料混料机7位于搅拌机的上方，辅料混料机7的下部输料口接入搅拌机的顶部受料口；上述水平式回转输送带5再由一爬坡状回转输送带10采取接力传递的方式将骨料送至搅拌机的顶部受料口处。上述爬坡状回转输送带10的中上部设有遮盖住该处输送带的弧形封挡板11，防止骨料行进过程中从该输送带两侧边缘处遗落；在爬坡状回转输送带10与水平式回转输送带5的衔接处设置有前部开口向下倾斜的簸箕状骨料引导部，便于承接后者送至的骨料，及将骨料顺利导至前者。

膏体输送与充填部包括输送泵12、膏体输送管路与充填模拟架。输送泵12接受上述搅拌机的制成膏体，加压后通过膏体输送管路将其送至充填模拟架进行膏体充填。上述膏体输送管路，在接近输送泵输出口的一侧设置有一段透明部，该透明部用于观察膏体的流动性。

管道清洗部包括储存灰浆水与清洗小球的清洗剂罐部或池部、清洗泵及清洗管路。清洗管路通过控制阀接入膏体输送管路。在上述膏体填充完毕后，通过清洗泵及清洗管路将清洗剂打入膏体输送管路，利用清洗球与灰浆水协同将膏体输送管路清洗干净。

上述方式的膏体充填模拟试验系统通过配置PLC电控系统及相应操作软件，可以成为较高水平的自动化运行系统(设备)。

Claims (5)

1.一种膏体充填模拟试验系统，特征在于其包括：

一骨料供料部，骨料供料部设置有料斗组与计量斗；料斗组至少包括1号料斗、2号料斗与3号料斗，1号料斗、2号料斗与3号料斗在同一个方向上依次排列，各号料斗分别设置有能够自动开启与关闭该料斗的阀门，计量斗设置有一用于接受各号料斗下放骨料的储料斗体、一水平式回转输送带及称重计量部分，储料斗体位于料斗组的下方，水平式回转输送带位于储料斗体的下方，其上侧输送带体封堵在储料斗体的底部开放口处，水平式回转输送带与储料斗体构成一个上部为骨料落入口的骨料集聚与称重计量空间，上述称重计量部分能对整个骨料集聚与称重计量空间及进入其内的骨料进行整体称重进而完成对后续工序骨料用量的定量；

一辅料供料部，辅料供料部包括辅料储料斗、辅料混料机与水供给装置，辅料储料斗通过辅料螺旋输送机将辅料输送至辅料混料机，水供给装置通过供水管路接入辅料混料机，供水管路上设置有水泵与流量计；

一制取膏体的搅拌部，搅拌部同时接受来自上述骨料供料部输送的骨料与来自辅料供料部的辅料料浆，并将两者混合均匀制成膏体；

一膏体输送与充填部，包括输送泵、膏体输送管路与充填模拟架；输送泵接受搅拌部制取的膏体，并通过膏体输送管路将其送至充填模拟架进行膏体充填。

2.根据权利要求1所述的膏体充填模拟试验系统，其特征在于：所述辅料混料机位于搅拌部的上方，辅料混料机的下部输料口接入搅拌部的顶部受料口；所述水平式回转输送带再由一爬坡状回转输送带采取接力传递的方式将骨料送至搅拌部的顶部受料口处。

3.根据权利要求2所述的膏体充填模拟试验系统，其特征在于：所述爬坡状回转输送带的中上部设有遮盖住该处输送带的弧形封挡板，在其与水平式回转输送带的衔接处设置有前部开口向下倾斜的簸箕状骨料引导部。

4.根据权利要求1至3任意一项权利要求所述的膏体充填模拟试验系统，其特征在于：所述膏体输送管路，在接近输送泵输出口的一侧设置有用于观察膏体流动性的一段透明部。

5.根据权利要求1所述的膏体充填模拟试验系统，其特征在于：所述膏体充填模拟试验系统设置有一管道清洗部，管道清洗部包括储存灰浆水与清洗小球的清洗剂罐部或池部、清洗泵及清洗管路，清洗管路通过控制阀接入膏体输送管路。 

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