CN107630704B

CN107630704B - 一种硬岩掘进机的出渣系统及出渣分选方法

Info

Publication number: CN107630704B
Application number: CN201710680525.8A
Authority: CN
Inventors: 刘飞香; 程永亮; 祝爽; 唐崇茂
Original assignee: China Railway Construction Heavy Industry Group Co Ltd
Current assignee: China Railway Construction Heavy Industry Group Co Ltd
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2019-12-10
Anticipated expiration: 2037-08-10
Also published as: CN107630704A

Abstract

本发明提供一种硬岩掘进机的出渣系统及出渣分选方法。硬岩掘进机的出渣系统，包括带式输送机及用于将切削的岩渣进行分选的分选装置，所述分选装置设于所述带式输送机的出料端，所述分选装置包括磁选组件及风选组件，沿岩渣输送方向，所述风选组件设于所述磁选组件的下游。硬岩掘进机的出渣分选方法，包括如下步骤：将硬岩掘进机切削的岩渣排出；采用磁选方式将排出的岩渣根据磁性差异进行分选；采用风选方式将非磁性的岩渣根据密度差异进行分选。本发明具有岩渣分选效率高、可靠性高，且成本低等优点。

Description

一种硬岩掘进机的出渣系统及出渣分选方法

技术领域

本发明涉及隧道掘进施工领域，尤其涉及一种硬岩掘进机的出渣系统及出渣分选方法。

背景技术

全断面隧道掘进机(TBM)通常用于开掘岩石地层的隧道，在水电、交通、矿山、市政等隧洞工程中应用广泛。在掘进施工中，全断面隧道掘进机(TBM)会产生并排出大量破碎的岩渣，其中往往含有有用的矿物成分，特别是在一些已知矿区内掘进隧道时，甚至需要将岩渣收集运送到专门的选矿厂进行分选富集。但在绝大多数实际施工过程中，施工地段的矿物成分分布分散，在掘进破碎的岩渣中矿物成分总体含量太低，因此，岩渣通常作为废渣排弃。但岩渣中不可避免的含有少量矿物成分，如直接排弃又将造成资源浪费；同时，其中的重金属等有毒有害元素还有可能渗入土壤、地下水或空气中，造成环境污染。

为解决上述问题，现有的方式是在矿石开采出来经过破碎研磨后，再通过多种有针对性的分选方法进行富集，而TBM的掘进断面大，产生的岩渣总体积也很大，常规的破碎研磨再分选的工作方式负荷重，且其得到的有效成分很少，通常情况下收益低于成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种岩渣分选效率高、可靠性高，且成本低的硬岩掘进机的出渣系统及出渣分选方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种硬岩掘进机的出渣系统，包括带式输送机及用于将切削的岩渣进行分选的分选装置，所述分选装置设于所述带式输送机的出料端，所述分选装置包括磁选组件及风选组件，沿岩渣输送方向，所述风选组件设于所述磁选组件的下游。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述磁选组件包括多个用于吸引含有磁性矿物成分岩渣的永磁体，多个所述永磁体沿带式输送机的滚筒周向均匀布置。

所述磁选组件还包括磁性岩渣收集车和用于将滚筒处的磁性岩渣引导至磁性岩渣收集车的第一导向挡板，所述第一导向挡板设于所述滚筒与磁性岩渣收集车之间。

所述第一导向挡板包括两个相互铰接的铰接段，两所述铰接段相对所述带式输送机呈夹角时形成存放磁性岩渣的存放空间；其中一所述铰接段与带式输送机的输送带接触时，刮取含有放射性或有毒有害成分的岩渣并排出。

所述风选组件包括用于分选不同密度岩渣的射流式空气喷头，所述射流式空气喷头设于所述带式输送机出料端的下游，并垂直设于抛射岩渣的上方。

所述风选组件还包括低密度岩渣收集车、高密度岩渣收集车及用于将不同密度岩渣引导至相应收集车的第二导向挡板，所述低密度岩渣收集车相对于所述高密度岩渣收集车靠近所述带式输送机设置。

所述第二导向挡板包括竖直段及相对设于竖直段两侧的两倾斜段，所述倾斜段的底端位于对应侧的收集车上方；所述倾斜段的底端铰接有活动段，所述倾斜段与活动段呈夹角时形成存放低密度或高密度岩渣的存放空间。

还包括控制器及用于实时检测岩渣成分及含量的检测仪，所述检测仪设于所述带式输送机的输送带上，所述控制器根据检测仪的检测信号发出控制指令给射流式空气喷头和带式输送机，以调整风力强度及岩渣输送速度。

所述带式输送机的输送带沿出料方向向上倾斜一定角度，所述倾斜角度是保证岩渣具有足够抛射高度为标准选择的倾斜角度。

一种硬岩掘进机的出渣分选方法，包括如下步骤：

(1)将硬岩掘进机切削的岩渣排出；

(2)采用磁选方式将排出的岩渣根据磁性差异进行分选；

(3)采用风选方式将非磁性的岩渣根据密度差异进行分选。

作为上述技术方案的进一步改进：

在步骤(2)之前，检测排出的岩渣中含有的有用矿物含量，当有用矿物含量达到或超过规定含量时，进入下一步骤。

在步骤(2)和步骤(3)中，检测排出的岩渣中含有的矿物成分及含量，并根据检测结果实时调整风力强度及岩渣排出速度。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明在带式输送机的出料端设置分选装置，在切削岩渣排出时即进行岩渣分选，避免了岩渣运输后再分选工序复杂的问题，其分选效率高。且分选装置包括磁选组件及风选组件，由于磁选根据磁性差异、风选根据密度差异进行分选，使得岩渣无需破碎研磨即可有效分选，其成本低，且避免了研磨设备占用空间大无法有效布置等问题，其结构紧凑，且在保证掘进效率的同时，实现了隧道内岩渣的有效分选。同时，沿岩渣输送方向，风选组件设于磁选组件的下游，即先将含有磁性矿物成分的岩渣分选出来，再将非磁性岩渣通过密度差异分选出来，其保证了岩渣分选的可靠性，在控制成本的情况下，有效提高了资源利用率，降低了环境污染。本发明的出渣分选方法同样具有上述优点。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是本发明的结构示意图。

图中各标号表示：

1、带式输送机；11、滚筒；12、输送带；2、磁选组件；21、永磁体；22、磁性岩渣收集车；23、第一导向挡板；231、铰接段；3、风选组件；31、射流式空气喷头；32、低密度岩渣收集车；33、高密度岩渣收集车；34、第二导向挡板；341、竖直段；342、倾斜段；343、活动段；4、岩渣；41、磁性岩渣；42、低密度岩渣；43、高密度岩渣；5、检测仪。

具体实施方式

下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例的硬岩掘进机的出渣系统，包括带式输送机1及分选装置。其中，带式输送机1用于输送硬岩掘进机切削的岩渣，硬岩掘进机掘进产生的岩渣通常为边长20～50mm、厚度2～5mm，大小均匀的片状岩渣；分选装置设于带式输送机1的出料端，用于分选切削的岩渣。分选装置包括磁选组件2及风选组件3，沿岩渣输送方向，风选组件3设于磁选组件2的下游。

本发明在带式输送机1的出料端设置分选装置，在切削岩渣排出时即进行岩渣分选，避免了岩渣运输后再分选工序复杂的问题，其分选效率高。且分选装置包括磁选组件2及风选组件3，由于磁选根据磁性差异、风选根据密度差异进行分选，使得岩渣无需破碎研磨即可有效分选，其成本低，且有效避免了研磨设备占用空间大无法有效布置等问题，其结构紧凑，且在保证掘进效率的同时，实现了隧道内岩渣的有效分选。同时，沿岩渣输送方向，风选组件3设于磁选组件2的下游，即先将含有磁性矿物成分的岩渣分选出来，再将非磁性岩渣通过密度差异分选出来，其保证了岩渣分选的可靠性，本发明在控制成本的情况下，有效提高了资源利用率，降低了环境污染。

本实施例中，磁选组件2包括永磁体21，永磁体21设于带式输送机1出料端的滚筒11上，用于吸引含有磁性矿物成分的岩渣。本实施例中，永磁体21为多个，多个永磁体21沿滚筒11的周向均匀布置。在带式输送机1的输送带12从滚筒11下方离开时，磁性岩渣41脱离输送带12从出渣方向的后下方抛渣。

本实施例中，磁选组件2还包括磁性岩渣收集车22和第一导向挡板23。第一导向挡板23设于滚筒11与磁性岩渣收集车22之间，用于将滚筒11处的磁性岩渣41引导至磁性岩渣收集车22内。在优选实施例中，第一导向挡板23包括两个相互铰接的铰接段231。铰接段231相对带式输送机1呈夹角时形成存放空间，存放空间用于在磁性岩渣收集车22移动时暂时存放磁性岩渣41。同时，在其中一铰接段231与带式输送机1的输送带12接触时，第一导向挡板23可刮取含有放射性或有毒有害成分的岩渣并排出。

本实施例中，风选组件3包括射流式空气喷头31，射流式空气喷头31用于分选不同密度的岩渣4。岩渣4中有的低密度产物是废渣，高密度产物是原矿(如以石英为主的脉石(2650kg/m³)和钨矿石(7300kg/m³)；有的低密度产物是原矿,高密度产物是废渣(如煤(1250kg/m³)和煤矸石(1800kg/m³)。

本实施例中，射流式空气喷头31设于带式输送机1出料端的下游，并垂直设于抛射岩渣4的上方。本发明的射流式空气喷头31垂直于抛射岩渣4，其分选效率及效果为最优。在其他实施例中，只要能够保证射流式空气喷头31能够风选不同密度岩渣的设置位置均应在本发明的保护范围内，如射流式空气喷头31与抛射岩渣4呈夹角设置。本实施例中，压缩空气经射流式空气喷头31喷出后形成覆盖抛射岩渣4的连续风幕帘，此时，同样体积的低密度岩渣42由于动能低、惯性小，在风力作用下迅速改变轨迹实现分选。

本实施例中，风选组件3还包括低密度岩渣收集车32、高密度岩渣收集车33及第二导向挡板34。其中，第二导向挡板34设于收集车与射流式空气喷头31之间，用于将不同密度岩渣引导至相应收集车；低密度岩渣收集车32相对于高密度岩渣收集车33靠近带式输送机1设置。

在优选实施例中，第二导向挡板34包括竖直段341及两倾斜段342。其中，所述竖直段341设于低密度岩渣42与高密度岩渣43之间，防止低密度岩渣42与高密度岩渣43在掉落过程中相互混合；两倾斜段342相对设于竖直段341的两侧，倾斜段342的底端位于对应侧的收集车上方，用于将不同密度的岩渣引导至相应的收集车。本进一步优先的实施例中，倾斜段342的底端铰接有活动段343，倾斜段342与活动段343呈夹角时形成存放空间，存放空间在低密度岩渣收集车32及高密度岩渣收集车33移动时暂时存放岩渣。本实施例中，转动第一导向挡板23的铰接段231和第二导向挡板34的活动段343形成的存放空间应满足收集车移走至放入时间内流入的岩渣体积和重量要求。

本实施例中，磁性岩渣收集车22、低密度岩渣收集车32及高密度岩渣收集车33连接成一列，其节省空间。当任一收集车装满后，可转动第一导向挡板23的铰接段231和第二导向挡板34的活动段343临时存储接料，移出收集车，将备用的收集车移入接料空间，之后放下铰接段231和第二导向挡板34，将分选的岩渣继续导流至各收集车中。在其他实施例中，空间足够的情况下，也可以将收集车并列连接成三列，当任一收集车装满后，可转动对应位置挡板的铰接段临时存储接料，移出收集车，将备用的收集车移入接料空间，之后放下铰接段，将暂存的岩渣排入空车中，并将分选的岩渣继续导流至各收集车中。

本实施例中，硬岩掘进机的出渣系统还包括控制器及检测仪5。其中，检测仪5设于带式输送机1的输送带12上，用于实时检测岩渣成分及含量；控制器的输入端连接检测仪5，输出端连接射流式空气喷头31及带式输送机1，控制器根据检测仪5的检测信号发出控制指令给射流式空气喷头31和带式输送机1，以调整风力强度及岩渣输送速度。本实施例中，检测仪5选用脉冲快热中子分析方法。

本实施例中，当检测仪5检测到岩渣中含有有用成分时，控制器控制开启射流式空气喷头31进行风选，其避免了在无矿物含量的情况下风选组件3持续运行产生的能量消耗。在具体实施方式中，矿物成分含量根据选矿标准和国家相关安全防护标准执行，即有效矿物含量检测结果达到或超过规定含量，通过继续精选和冶炼得到的产品价值超过投入成本，即可开启风选组件3。

本实施例中，在风选组件3开启后，控制器根据有用成分的含量实时调整输送带12速度和风力强度，输送带12速度和风力强度为同步提高或降低。输送带12速度和风力强度的调整幅度与有用成分和无用成分密度差呈反比，即有用成分和无用成分的密度差减少10％，输送速度和风力强度增大10％，依此类推。对于磁性矿物，其矿物含量与输送带12速度呈正比，即矿物含量减少10％，输送速度减少10％，依此类推。本实施例中，当检测仪5检测到岩渣中矿物磁性弱时，控制器调整降低输送带12转速以减少惯性，使磁性弱的岩渣通过磁选组件2得到有效分离。

本实施例中，当检测仪5检测到岩渣中含有放射性或有毒有害成分时，且含有的放射性或有毒有害成分矿物达到或超出安全含量时，控制器调整输送速度降至最低、风力强度开到最大，同时，第一导向挡板23整体转动至与输送带12接触刮料，使该部分岩渣通过第一导向挡板23全部落入位于中部的低密度岩渣收集车32中，并发出警报提醒操作者及时处理。

本实施例中，带式输送机1的输送带12沿出料方向向上倾斜一定角度，倾斜角度是保证岩渣具有足够抛射高度为标准选择的倾斜角度，以使得岩渣有足够的抛射动能，保证风力分选的作用空间。

本实施例中，带式输送机1的输送带12抛射岩渣的速度和角度需根据具体情况调整，以使不同密度的岩渣有足够空间实现分离为标准。考虑到隧道内空间尺寸的限制，优先选用角度不变、速度可调的方式，即输送带12可在较大范围内调整速度，输送带12的最高转速按最高密度岩渣最远抛射距离选定。本实施例中，输送带12最低速度v根据皮带上堆积岩渣截面积s和掘进出渣量V确定，即sv≥V。输送带最高速度应不小于最低速度的1.5～2倍，以保证最高密度岩渣可抛射到高密度岩渣收集车33内。

本实施例的硬岩掘进机的出渣分选方法，包括如下步骤：

(1)将硬岩掘进机切削的岩渣排出；

(2)采用磁选方式将排出的岩渣根据磁性差异进行分选；

(3)采用风选方式将非磁性的岩渣根据密度差异进行分选。

本实施例中，在步骤(2)之前，检测排出的岩渣中含有的有用矿物含量，当有用矿物含量达到或超过规定含量时，进入下一步骤。其避免了在无矿物含量的情况下风选组件3持续运行产生的能量消耗。

本实施例中，在步骤(2)和步骤(3)中，检测排出的岩渣中含有的矿物成分及含量，并根据检测结果实时调整风力强度及岩渣排出速度。具体的，输送带12速度和风力强度的调整幅度与有用成分和无用成分密度差呈反比，即有用成分和无用成分的密度差减少10％，输送速度和风力强度增大10％，依此类推。对于磁性矿物，其矿物含量与输送带12速度呈正比，即矿物含量减少10％，输送速度减少10％，依此类推。当检测到岩渣中矿物磁性弱时，调整降低输送带12转速以减少惯性，使磁性弱的岩渣得到有效分离。检测到岩渣中含有放射性或有毒有害成分时，且含有的放射性或有毒有害成分矿物达到或超出安全含量时，调整输送速度降至最低、风力强度开到最大。

本发明的切削岩渣根据外形和物理特征进行磁选和风选，由于磁选根据磁性差异、风选根据密度差异进行分选，使得岩渣无需破碎研磨即可有效分选，其成本低，且有效避免了研磨设备占用空间大无法有效布置等问题，其结构紧凑，且在保证掘进效率的同时，实现了隧道内岩渣的有效分选。同时，本发明先将含有磁性矿物成分的岩渣分选出来，再将非磁性岩渣通过密度差异分选出来，保证了岩渣分选的可靠性，在控制成本的情况下，有效提高了资源利用率，降低了环境污染。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims

1.一种硬岩掘进机的出渣系统，其特征在于，包括带式输送机及用于将切削的岩渣进行分选的分选装置，所述分选装置设于所述带式输送机的出料端，所述分选装置包括磁选组件及风选组件，沿岩渣输送方向，所述风选组件设于所述磁选组件的下游，所述磁选组件设于所述带式输送机的滚筒上；所述风选组件包括用于分选不同密度岩渣的射流式空气喷头，所述射流式空气喷头设于所述带式输送机出料端的下游，并垂直设于抛射岩渣的上方，

所述磁选组件包括多个用于吸引含有磁性矿物成分岩渣的永磁体，多个所述永磁体沿带式输送机的滚筒周向均匀布置，

所述磁选组件还包括磁性岩渣收集车和用于将滚筒处的磁性岩渣引导至磁性岩渣收集车的第一导向挡板，所述第一导向挡板设于所述滚筒与磁性岩渣收集车之间，

所述第一导向挡板包括两个相互铰接的铰接段，两所述铰接段相对所述带式输送机呈夹角时形成存放磁性岩渣的存放空间；其中一个铰接段构造成与带式输送机的输送带接触时能刮取含有放射性或有毒有害成分的岩渣并排出。

2.根据权利要求1所述的硬岩掘进机的出渣系统，其特征在于，所述风选组件还包括低密度岩渣收集车、高密度岩渣收集车及用于将不同密度岩渣引导至相应收集车的第二导向挡板，所述低密度岩渣收集车相对于所述高密度岩渣收集车靠近所述带式输送机设置。

3.根据权利要求2所述的硬岩掘进机的出渣系统，其特征在于，所述第二导向挡板包括竖直段及相对设于竖直段两侧的两倾斜段，所述倾斜段的底端位于对应侧的收集车上方；所述倾斜段的底端铰接有活动段，所述倾斜段与活动段呈夹角时形成存放低密度或高密度岩渣的存放空间。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的硬岩掘进机的出渣系统，其特征在于，还包括控制器及用于实时检测岩渣成分及含量的检测仪，所述检测仪设于所述带式输送机的输送带上，所述控制器根据检测仪的检测信号发出控制指令给射流式空气喷头和带式输送机，以调整风力强度及岩渣输送速度。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的硬岩掘进机的出渣系统，其特征在于，所述带式输送机的输送带沿出料方向向上倾斜一定角度，所述倾斜角度是保证岩渣具有足够抛射高度为标准选择的倾斜角度。

6.一种硬岩掘进机的出渣分选方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)利用根据权利要求1到5中任意一项所述的硬岩掘进机的出渣系统来将硬岩掘进机切削的岩渣排出；

(2)利用所述磁选组件将排出的岩渣根据磁性差异进行分选；

(3)利用所述风选组件将非磁性的岩渣根据密度差异进行分选。

7.根据权利要求6所述的出渣分选方法，其特征在于，在步骤(2)之前，检测排出的岩渣中含有的有用矿物含量，当有用矿物含量达到或超过规定含量时，进入下一步骤。

8.根据权利要求7所述的出渣分选方法，其特征在于，在步骤(2)和步骤(3)中，检测排出的岩渣中含有的矿物成分及含量，并根据检测结果实时调整风力强度及岩渣排出速度。