CN103899354B - 一种煤矸石的气裹输送与充填系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种煤矸石的气裹输送与充填系统，包括料仓、旋转下料阀、气固混合加速室、输送管道、喷射充填装置，气固混合加速室的喷料口通过一气裹输送器连接输送管道；所述气裹输送器包括进料管和出料管，进料管套入出料管的内孔中，出料管的一端与进料管相密封连接，进料管外壁和出料管内壁之间形成环形气腔，出料管在靠近进料管进料口的外壁上设有连通所述环形气腔的进气管；出料管内壁中部镶嵌有涡流环，涡流环内表面上间隔设置有多个齿状凸起，进料管穿过所述的涡流环；所述进料管穿过涡流环的部分为锥形状，出料管内壁对应进料管锥形状部分设置为倒锥形状；本发明有效延长煤矸石料的输送距离，防止输送管道磨损，扩大了充填范围。

Description

一种煤矸石的气裹输送与充填系统

技术领域

本发明涉及固体物料的气力输送与充填设备，尤其是一种对煤矿采空区进行充填的煤矸石气裹输送与充填系统。

背景技术

当前我国煤炭开采主要面临以下三个方面的问题：

（1）可开采量日益短缺，开采深度下延，煤矿安全生产得不到保障，开采成本加大；

（2）建筑物下、水体下、铁路下(简称“三下”)压着大约140亿吨的煤炭资源无法有效开采出来，严重缩短矿井服务年限；

（3）)煤炭开采中产生的煤矸石大量露天堆放，大量占用土地资源、严重污染生态环境，对社会和经济发展危害极大。

煤矿充填开采方式就是为解放压在建筑物下、水体下、铁路下大量煤炭资源，解决煤矸石排放问题、矿井安全生产问题、土地资源问题和生态环境问题发展出来的一种革命性的绿色采煤技术。近几年来，煤矿充填开采技术推广应用进一步加快，在充填料制备、充填材料开发、充填材料输送技术和充填回采工艺等方面涌现了一批先进的技术成果。目前我国已经建立了固体物充填、胶结膏体充填、高水材料充填三大工艺技术体系，其中采用固体物充填特别是采用煤矸石等石料进行充填是一种较为经济的办法。

但是由于煤矿采空区面积较大，固体物料如煤矸石堆放场地到采空区的距离比较远，现有比较好的做法是通过风力带动煤矸石料沿管道输送至采空区进行充填，不过由于煤矸石料的比重较大，容易沉积在输送管道的内壁上随风滑行，而风力难于把这部分沉积在管壁上的煤矸石料吹走，时间一长输送管道容易磨损和堵塞，影响煤矸石料的传输距离，现有的煤矸石气力输送与充填设备如2012年09月19日公开一项专利号为ZL201220048029.3、名称为“一种矸石充填气力输送系统”的发明专利，由于其输送管道对煤矸石料的输送距离较短，采空区的充填面积较小，充填的效率较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种煤矸石的气裹输送与充填系统，有效延长煤矸石料的输送距离，防止煤矸石料对输送管道的磨损，扩大采空区的充填范围，提高充填效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种煤矸石的气裹输送与充填系统，包括料仓、旋转下料阀、气固混合加速室、输送管道、喷射充填装置，所述气固混合加速室的上部设有接料口、一侧设有进气口、另一侧设有喷料口，气固混合加速室的接料口通过旋转下料阀连接料仓的出料端，气固混合加速室的进气口与气源相连接，气固混合加速室的喷料口通过一气裹输送器与输送管道的一端相连接，输送管道的另一端连接喷射充填装置；所述气裹输送器包括一端设有进料口的进料管和一端设有出料口的出料管，进料管套入出料管的内孔中，出料管远离出料口的一端与进料管设有进料口的一端相密封连接，进料管的外壁和出料管的内壁之间形成环形气腔，出料管在靠近进料管进料口的外壁上设有至少一个连通所述环形气腔的进气管；出料管内壁的中部镶嵌有涡流环，所述涡流环内表面上间隔设置有多个齿状凸起，进料管穿过所述的涡流环；所述进料管穿过涡流环的部分为锥形状，出料管内壁与所述进料管锥形状部分相对应部分设置为倒锥形状。

优选所述喷射充填装置包括喷咀和一筒体，筒体的内壁上设有螺旋形导流槽，筒体的外壁上倾斜设置一根气固混合物料接料管，接料管与输送管道相连接，所述接料管的内孔连通至筒体内，筒体的一端连接喷咀，筒体的另一端连接能调节喷射速度的排气机构。可较好控制煤矸石料充填的速度和距离，提高煤矿采矿区充填的密实度。

进一步优选所述的排气机构包括与筒体相连接的外管、用螺纹连接在外管内孔中的内管，内管的外端面通过多根连接柱与一密封盖相固定，旋转密封盖能带动内管相对于外管轴向移动并使密封盖与外管的端面相接触或相脱离。这样通过控制密封盖与外管端面之间的间隙就能调整排气量，其结构和操作都较为简单。

作为优选的进一步改进，所述喷咀中间设有一个锥形状的通孔；所述喷咀的上端部加工有缺口。既提高物料的喷出压力，又使大部分物料可以向上抛出，更方便物料的充填作业。

进一步改进，所述输送管道由多根输送管连接而成，所述输送管包括内层管、外层管，内层管套在外层管中间，内层管和外层管通过左右两个环形端头固接在一起，内层管的外表面包有隔音材料层，隔音材料层外表面与外层管内表面之间形成环形空腔；所述外层管上开设有压力探测孔，压力探测孔上装有压力传感器，压力传感器用于探测所述环形空腔的压力变化。这种结构的输送管通过隔音材料层和环形空腔叠加的隔音效果，大大改善气力输送管道在工作中的噪音问题，具有较好隔音效果，有效改善了工作环境；另外，通过压力传感器时时监测环形空腔的压力变化就能判断内层管是否有破损，可以及时对破损处管道进行修复或更换，确保使用安全，进一步解决输送管的使用安全性问题。这种输送管的内层管可选用耐磨管，外层管可选用防腐蚀轻质管，进一步提高输送管的使用寿命。

进一步改进，所述料仓的出料端与旋转下料阀之间还装有电动插板阀；所述旋转下料阀的下端与气固混合加速室的接料口之间还装有气动插板阀。方便控制进料节奏，防止进料管道的堵塞。

进一步改进，所述输送管道包括有90度弯管，90度弯管上装有球鼻管。防止弯管处的磨损。

进一步改进，多个所述齿状凸起在涡流环的内表面上均匀分布；所述涡流环的外表面上设有定位凹槽，出料管内壁上设有定位凸起与所述定位凹槽相配合。便于涡流环的制造、定位和装配。

进一步改进，所述进料管靠近进料口的一端上设有第一法兰，出料管远离出料口的一端设有第二法兰，第一法兰和第二法兰相密封连接；所述出料管靠近出料口的一端设有第三法兰；所述进料管的中心轴线与出料管的中心轴线相重合。方便进料管和出料管与外部管道的连接。

进一步改进，所述输送管道的中间还装有至少一个气裹输送器。

本发明由于在气固混合加速室出口装有气裹输送器，当气固混合物料经过气裹输送器时，由于压缩气流从气裹输送器出料管外壁上进气管高速进入环形气腔，然后经涡流环内表面上均布的多个齿状凸起阻挡作用下，产生一层沿着管道传播的壁粘涡流，再经进料管和出料管相对应锥状部分的作用把煤矸石料挤压在输送管道内孔中部进行输送，形成由管壁涡流包裹物料的气裹流，既加速煤矸石料的输送，又延长了煤矸石料的输送距离，减少了煤矸石料对输送管道的磨损，可以扩大采空区的充填范围，有效提高充填效率。

本发明不仅能够输送煤矸石料对煤矿采空区的充填，还能采用其它石料等固体充填物料进行输送充填。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明气裹输送器主视放大图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是本发明气裹输送器立体放大分解图；

图5是本发明喷射充填装置的立体图；

图6是图5的B向视图；

图7是图6的C-C剖视图；

图8是图1的D-D剖视放大图；

图9是本发明输送管道轴向剖视放大图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1至图8所示，一种煤矸石的气裹输送与充填系统，包括料仓1、旋转下料阀2、气固混合加速室3、由多根输送管4连接而成的输送管道、喷射充填装置5，所述气固混合加速室3的上部设有接料口31、一侧设有进气口32、另一侧设有喷料口33，气固混合加速室3的接料口31通过旋转下料阀2连接料仓1的出料端，气固混合加速室3的进气口32与气源6相连接，气固混合加速室3的喷料口33通过一气裹输送器7与输送管道的一端相连接，输送管道的另一端连接喷射充填装置5；

所述料仓1的出料端与旋转下料阀2之间还装有电动插板阀8；所述旋转下料阀2的下端与气固混合加速室3的接料口31之间还装有气动插板阀9；

料仓1的前端可设置物料输送带10和破碎机11。

图2至图4进一步所示，所述气裹输送器7包括一端设有进料口71a的进料管71和一端设有出料口72a的出料管72，进料管71套入出料管72的内孔中，出料管72远离出料口72a的一端与进料管71设有进料口71a的一端相密封连接，进料管71的外壁和出料管72的内壁之间形成环形气腔70，出料管72在靠近进料管71进料口71a的外壁两侧各设有一个连通所述环形气腔70的进气管74；出料管72内壁的中部镶嵌有涡流环73，所述涡流环73内表面上间隔设置有多个齿状凸起731，进料管71穿过所述的涡流环73；所述进料管71穿过涡流环73的部分71b为锥形状，出料管72内壁与所述进料管71锥形状部分71b相对应部分72b设置为倒锥形状；

多个所述齿状凸起731在涡流环73的内表面上均匀分布；所述涡流环73的外表面上设有定位凹槽732，出料管72内壁上设有定位凸起与所述定位凹槽732相配合；

所述进料管71靠近进料口71a的一端上设有第一法兰751，出料管72远离出料口72a的一端设有第二法兰752，第一法兰751和第二法兰752相密封连接；所述出料管72靠近出料口72a的一端设有第三法兰753；所述进料管71的中心轴线与出料管72的中心轴线相重合；进料管71一端设置的进料口71a内孔的直径与出料管72一端设置的出料口72a内孔的直径相同。

图5至图7进一步所示，所述喷射充填装置5包括喷咀51和一筒体52，筒体52的内壁上设有螺旋形导流槽521，筒体52的外壁上倾斜设置一根气固混合物料接料管53，接料管53与输送管道相连接，所述接料管53的内孔连通至筒体52内，筒体52的一端连接喷咀51，筒体52的另一端连接能调节喷射速度的排气机构54；

所述的排气机构54包括与筒体52相连接的外管541、用螺纹连接在外管541内孔中的内管542，内管542的外端面通过多根连接柱543与一密封盖544相固定，旋转密封盖544能带动内管542相对于外管541轴向移动并使密封盖544与外管541的端面相接触或相脱离；在密封盖544与外管541相对应的端面上还可装有密封圈5441以增强所述排气机构54关闭状态的密封性；

所述喷咀51中间设有一个锥形状的通孔511；喷咀51的上端部加工有缺口512。

所述输送管道包括有90度弯管41，90度弯管41上装有球鼻管411。

图8、图9所示，为解决输送管道的使用安全性和降低输送物料的噪音，改善工作环境，构成输送管道的输送管4包括内层管4a、外层管4b，内层管4a套在外层管4b中间，内层管4a和外层管4b通过左右两个环形端头4c固接在一起，内层管4a的外表面包有隔音材料层4d，隔音材料层4c外表面与外层管4b内表面之间形成环形空腔40；所述外层管4b上开设有压力探测孔，压力探测孔上装有压力传感器4e，压力传感器4e用于探测所述环形空腔40的压力变化。当内层管4a出现破损时，内层管4a内孔中的气压就会传递到环形空腔40，环形空腔40的压力就会较大变化，以及时检测出内层管4a的破损，及时修复和更换，防止出现安全事故。

所述环形端头4c的内表面与内层管4a外表面采用螺纹相锁接，环形端头4c的内表面与内层管4a外表面之间还装有O形密封圈4f；所述环形端头4c外表面设有一阶梯形卡槽，外层管4b的端面和内表面与所述卡槽卡接在一起。

所述内层管4a外表面与外层管4b内表面之间靠近端部处各装有一个支撑环4g。一方面可提高整体强度，另一方面能方便内层管4a、外层管4b与左右两个环形端头40的装配。

所述外层管4b上设有抽真空接头4h，通过所述抽真空接头4h对所述环形空腔40进行抽真空，进一步提高管道的隔音效果。

内层管4a可选用钢材、陶瓷、水泥等耐磨材料制成，外层管4b可选用PVC、PE等工程塑料材料制成。

多根输送管4可通过环形端头4c相连接。

为进一步提高物料的输送距离，防止输送管道的磨损，所述输送管道的中间还可间隔装有多个气裹输送器7。

本实施例还包括对上述充填系统的运行进行控制和监测的装置12，控制和监测装置12可包括监控装置和管道压力监测装置。

本实施例的气固混合加速室3可采用2012年07月11日公布的申请号为201210005637.0的“一种气固混合加速室”；旋转下料阀2可采用2012年07月18日公开的专利号为ZL201210054488.7的“一种悬空式锁气卸料阀”；电动插板阀8可选用2012年07月04日公布的申请号为201210004479.7的“一种电动插板阀”，所述的气源6可选用罗茨风机、空压机等，以获得较好的技术效果。

本实施例的工作流程如下：

煤矸石经破碎机11破碎后通过传输设备10送到料仓1中，经破碎的煤矸石料通过电动插板阀8、旋转下料阀2、气动插板阀9有节奏的送入气固混合加速室3，煤矸石料进入气固混合加速室3内与气源6提供的气流形成气固混合物料并加速进入气裹输送器7的进料口71a，然后从气裹输送器7的出料口72a进入输送管道，此时由于高压气流从出料管72外壁两侧的进气管74进入气裹输送器7的环形气腔70，然后经涡流环73内表面均布的多个齿状凸起731进行阻挡作用下，产生一层可沿着管道传播的壁粘涡流，再加上进料管71锥形状部分71b和出料管72相对应锥状部分72b的作用把煤矸石料挤压在输送管4内层管4a内孔中部进行输送，形成由管壁涡流包裹物料的气裹流，既加速煤矸石料的输送，又延长了煤矸石料的输送距离，减少了煤矸石料对输送管道的磨损；

当煤矸石料经过90度弯管41时，因90度弯管41时上装有球鼻管411，防止煤矸石料的沉积和对输送管道的磨损；

当形成气固混合物料的煤矸石料从输送管道的末端进入喷射充填装置5的筒体52内，煤矸石料通过筒体52内壁上的螺旋形导流槽521进行导向从喷咀51喷出对煤矿采空区进行充填，通过排气机构54调节排气量以调节喷射速度，可以调节煤矸石料的充填速度和距离，提高煤矿采空区充填的密实度。

以上仅是本发明一个较佳的实施例，本领域的技术人员按权利要求作等同的改变都落入本案的保护范围。

Claims (10)

1.一种煤矸石的气裹输送与充填系统，包括料仓、旋转下料阀、气固混合加速室、输送管道、喷射充填装置，所述气固混合加速室的上部设有接料口、一侧设有进气口、另一侧设有喷料口，气固混合加速室的接料口通过旋转下料阀连接料仓的出料端，气固混合加速室的进气口与气源相连接，其特征在于：气固混合加速室的喷料口通过一气裹输送器与输送管道的一端相连接，输送管道的另一端连接喷射充填装置；

所述气裹输送器包括一端设有进料口的进料管和一端设有出料口的出料管，进料管套入出料管的内孔中，出料管远离出料口的一端与进料管设有进料口的一端相密封连接，进料管的外壁和出料管的内壁之间形成环形气腔，出料管在靠近进料管进料口的外壁上设有至少一个连通所述环形气腔的进气管；出料管内壁的中部镶嵌有涡流环，所述涡流环内表面上间隔设置有多个齿状凸起，进料管穿过所述的涡流环；所述进料管穿过涡流环的部分为锥形状，出料管内壁与所述进料管锥形状部分相对应部分设置为倒锥形状。

2.根据权利要求1所述的一种煤矸石的气裹输送与充填系统，其特征在于：所述喷射充填装置包括喷咀和一筒体，筒体的内壁上设有螺旋形导流槽，筒体的外壁上倾斜设置一根气固混合物料接料管，接料管与输送管道相连接，所述接料管的内孔连通至筒体内，筒体的一端连接喷咀，筒体的另一端连接能调节喷射速度的排气机构。

3.根据权利要求2所述的一种煤矸石的气裹输送与充填系统，其特征在于：所述的排气机构包括与筒体相连接的外管、用螺纹连接在外管内孔中的内管，内管的外端面通过多根连接柱与一密封盖相固定，旋转密封盖能带动内管相对于外管轴向移动并使密封盖与外管的端面相接触或相脱离。

4.根据权利要求2所述的一种煤矸石的气裹输送与充填系统，其特征在于：所述喷咀中间设有一个锥形状的通孔；所述喷咀的上端部加工有缺口。

5.根据权利要求1所述的一种煤矸石的气裹输送与充填系统，其特征在于：所述输送管道由多根输送管连接而成，所述输送管包括内层管、外层管，内层管套在外层管中间，内层管和外层管通过左右两个环形端头固接在一起，内层管的外表面包有隔音材料层，隔音材料层外表面与外层管内表面之间形成环形空腔；所述外层管上开设有压力探测孔，压力探测孔上装有压力传感器，压力传感器用于探测所述环形空腔的压力变化。

6.根据权利要求1所述的一种煤矸石的气裹输送与充填系统，其特征在于：所述料仓的出料端与旋转下料阀之间还装有电动插板阀；所述旋转下料阀的下端与气固混合加速室的接料口之间还装有气动插板阀。

7.根据权利要求1所述的一种煤矸石的气裹输送与充填系统，其特征在于：所述输送管道包括有90度弯管，90度弯管上装有球鼻管。

8.根据权利要求1所述的一种煤矸石的气裹输送与充填系统，其特征在于：多个所述齿状凸起在涡流环的内表面上均匀分布；所述涡流环的外表面上设有定位凹槽，出料管内壁上设有定位凸起与所述定位凹槽相配合。

9.根据权利要求1所述的一种煤矸石的气裹输送与充填系统，其特征在于：所述进料管靠近进料口的一端上设有第一法兰，出料管远离出料口的一端设有第二法兰，第一法兰和第二法兰相密封连接；所述出料管靠近出料口的一端设有第三法兰；所述进料管的中心轴线与出料管的中心轴线相重合。

10.根据权利要求1至9任一项所述的一种煤矸石的气裹输送与充填系统，其特征在于：所述输送管道的中间还装有至少一个气裹输送器。