CN115888935A - 一种基于高压气体推进的煤与矸石的分离装置和分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于高压气体推进的煤与矸石的分离装置和分离方法，分离装置包括料仓，与所述料仓连通的高压供气结构，与所述料仓连通的多级破碎结构，以及连通于所述多级破碎结构上的分选结构；其中，所述高压供气结构与所述料仓的进料端相连通，且用于向所述料仓中提供高压推进气体；所述多级破碎结构位于所述料仓的出料端，且用于对所述料仓中的出料进行分级破碎；所述分选结构用于对经过所述多级破碎结构破碎后的出料进行筛选分离。通过上述技术方案，本发明提供的分离装置和分离方法具有对煤和矸石尺度不限、无污染、成本低等优势。

Description

一种基于高压气体推进的煤与矸石的分离装置和分离方法

技术领域

本发明实施例涉及煤与矸石分离技术领域，具体涉及一种基于高压气体推进的煤与矸石的分离装置和分离方法。

背景技术

煤与矸石分选一般可以选用干法与湿法分选。

湿法煤与矸石分离中应用最多的是跳汰法，跳汰法是在垂直脉动的水流和平向水流综合作用下共同完成的。其主要原理在于，物料在经过垂直水流若干次的上、下脉动作用后，逐渐分离分层：密度小的部分逐渐浮到上层，而密度大的物料则下沉到底层。同时，由于密度大小差异，物料在横向水流中的运动速度不同，密度小的运动快，随冲水进入下一环节，最终成为精煤，而密度大的运动相对较慢，最后经排料机构排出，成为中煤产品或矸石物料。因为该方法采用了特定药剂，对环境有较大污染。并且，湿法选煤过程中需要消耗大量的水资源，对资源存在较大的消耗，不符合日益增进的环保要求。

常规的干法选煤主要依据煤与矸石物理性质的不同对二者进行分选，所说的物理性质主要指煤矸的密度、灰度、纹理、硬度、辐射性、导磁性以及摩擦系数等。常用的煤与矸石干法分选方法包括人工拣选、风力选煤、流化床选煤、选择性破碎法、射线透射法、图像法以及磁选法等。其中人工拣选工作效率非常低；流化床选煤分选精度高，分选效果良好。然而在实际应用中，这种方法的生产成本相对较高，对工人的操作技术要求很高，因此没能得到广泛的应用。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种基于高压气体推进的煤与矸石的分离装置和分离方法，以解决现有技术中煤与矸石分选过程中存在的技术弊端。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

在本发明实施例的一个方面，提供了一种基于高压气体推进的煤与矸石的分离装置，包括料仓，与所述料仓连通的高压供气结构，与所述料仓连通的多级破碎结构，以及连通于所述多级破碎结构上的分选结构；其中，

所述高压供气结构与所述料仓的进料端相连通，且用于向所述料仓中提供高压推进气体；

所述多级破碎结构位于所述料仓的出料端，且用于对所述料仓中的出料进行分级破碎；

所述分选结构用于对经过所述多级破碎结构破碎后的出料进行筛选分离。

作为本发明的一种优选方案，所述料仓包括沿进料端自出料端顺次形成的气体容纳腔和物料存放腔，且所述气体容纳腔与所述物料存放腔之间通过可移动设置的活塞隔断。

作为本发明的一种优选方案，所述高压供气结构至少包括气仓，与所述气仓连通的空压机，以及连通所述气仓与所述气体容纳腔的气体管路，且所述气体管路上还设置有用于控制所述气体管路开放或闭合的球阀。

作为本发明的一种优选方案，所述料仓与所述多级破碎结构之间通过能够隔断或连通的快速开启结构连接。

作为本发明的一种优选方案，所述快速开启结构至少包括固定设置于所述料仓的出料端一侧的止挡块组件，夹持设置于位于所述止挡块组件之间的多个卡接块，以及夹持于多个所述卡接块之间的质量块，且多个所述卡接块的夹持端之间的距离能够变化。

作为本发明的一种优选方案，所述卡接块通过油路管线抵触，且所述油路管线位于所述卡接块中背离所述质量块的一侧；

所述油路管线上连接有液压中心，所述液压中心通过所述油路管线带动所述卡接块朝向所述质量块的一侧推进。

作为本发明的一种优选方案，所述多级破碎结构和/或所述分选结构的出料端还设置有集料仓。

作为本发明的一种优选方案，所述多级破碎结构至少包括自所述集料仓的内壁沿径向方向向内延伸的多条翅片，以及连接于多个所述翅片之间的碰撞组件；

所述碰撞组件包括沿所述集料仓的轴向方向自上而下顺次设置且斜向下倾斜延伸的多层碰撞板，且多层所述碰撞板自上而下倾斜延伸的长度顺次增加。

在本发明实施例的另一个方面，还提供了一种基于高压气体推进的煤与矸石的分离方法，采用根据上述所述的分离装置，所述分离方法包括：

S100、向料仓中加入待分离物料；

S200、从进料端方向向料仓中通入高压气体，推进料仓中的待分离物料经出料口以不低于预设速度的喷出速度喷出；

S300、喷出的待分离物料经过多级破碎结构破碎；

S300、破碎后的待分离物料经过筛选分离后，根据筛选后的尺寸，分离出煤与矸石。

作为本发明的一种优选方案，通入的高压气体的压强为1.2MPa。

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明通过采用干法分离的方式，克服了湿法分离存在的环境友好度差等问题；进一步地，本发明的技术方案直接引入高压供气结构进行供气推进后，结合多级破碎结构和分选结构对待分离物料的进一步处理，能够有效地基于煤与矸石的理化特征，有效地对其进行筛选分离。整个分离装置及其分离方法具有对煤和矸石尺度不限、无污染、成本低等优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的分离装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的多级破碎结构的局部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的多级破碎结构的另一局部结构示意图；

图4为本发明实施例提供的翅片的剖视图；

图5为本发明实施例提供的一种具体的分离方法的流程图。

图中：

1-气仓；2-料仓；3-质量块；4-活塞；5-球阀；6-卡接块；7-止挡块组件；8-液压中心；9-集料仓；10-气体管路；11-进料端；12-出料端；13-油路管线；14-多级破碎结构；15-翅片；16-碰撞板。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图通过具体的实施例进行详细的说明。

如图1所示，本发明提供了一种基于高压气体推进的煤与矸石的分离装置，具体地，包括：料仓2，气仓1，活塞4，质量块3，快速开启机构，多级破碎结构14，集料仓9，液压中心8，高压气体，气体管路10，球阀5，空压机，高压管等。

所述料仓2上设有进料端11，通过所述进料端11将煤与矸石的混合物料装入所述料仓2，向所述气仓1注入气体，气仓1中注入气体后的内部压力为1.2MPa。在启动快速开启机构后，在气仓1压力推动煤与矸石快速喷出，并与集料仓9内的多级破碎结构14撞击，因煤块抗拉强度低于煤矸石，煤块更容易碰撞破碎，而绝大多数煤矸石会保持原状。通过特定孔径的筛网筛分，即可快速实现煤与矸石分离。

其中，一种具体的实施例中，所述料仓2的内径为260mm，可一次性放入煤与矸石共计40kg。需要说明的是，这里料仓2的尺寸并非固定的，本领域技术人员能够根据实际情况设计出不同体积的料仓2以更好地适配实际使用需求。

所述料仓2内部靠近进料端11的一侧设置有活塞4，待装料完毕后，将活塞4入位。位于活塞4下方的料仓2形成为物料存放腔，位于活塞4上方的料仓2形成为气体容纳腔。一种具体的实施例中，所述活塞4，通过密封环与料仓2实现密封。有如下作用：A、分隔气仓1和料仓2，当料仓2内的煤与矸石被推出后，活塞4复位使得气仓1内的气体可重复利用；B、通过活塞4可实现面状整体推进煤与矸石；C、活塞4是中空的，这样既可以提升速度，同时，可减少对料仓2内台阶的冲击力。

在本发明的另一优选的实施例中，快速开启结构具体包括：顺次设置于出料端12一侧的止挡块组件7，止挡块组件至少包括自上而下间隔设置的一组止挡块，一组止挡块之间卡接有卡接块6。卡接块6左右两侧通过油路管线13与液压中心8连接。所述料仓2下方安装有质量块3，其与料仓2接触即可，质量块3下方可以进一步安装有卡位板，快速开启结构中的卡接块6在左右两个方向压紧卡位板，通过压紧卡位板即可定位质量块3。卡位板与卡接块6配合一起将煤与矸石封装在料仓2内。

当需要快速卸荷时，打开油路管线13通向液压中心8的回油孔，卡接块6迅速向两侧移动，高压气体推动活塞4，活塞4推动煤与矸石混合料一起向下运动，活塞4停止在料仓2中靠近料仓2一侧的止挡块的上台阶处。质量块3在混合料推动下，快速向下移动，后方的煤与矸石经由出料端12喷出至集料仓9，并与集料仓9内的多级破碎结构14碰撞，多级破碎结构14内设有两级碰撞板16。

一种更为具体的实施例中，如图2和图3所示，所述多级破碎结构14安装在圆柱形的集料仓9内，对称分布，分上下两层，碰撞板16可以选择厚度为2cm的钢板。上层碰撞板16的长度45mm，下层碰撞板16的长度120mm，两层碰撞板16相距80mm，矿石由料仓2喷出后，最外层矿石会被上层碰撞板16截留并与之碰撞，中心的矿石继续向下运动后，会被下层碰撞板16截留并与之碰撞，所以该装置可以起到碰撞分流作用。

整个快速卸荷过程基于以下过程实现：通过液压中心8卸油，卡接块6快速向两侧移动，进而使得其脱离卡位板，实现对卡位板的松开，质量块3在气体压力推动下快速向下移动，料仓2内煤、矸石快速喷出。

由于煤的抗拉强度一般低于1MPa，而煤矸石的抗拉强度一般在2MPa。进一步基于本发明的上述结构的设置，可以通过调节推动压力，控制绝大多数的煤块破碎，同时只有少量煤矸石破碎，再通过特定孔径的筛网筛分，即可快速实现煤与矸石分离。

进一步地，这里的气仓1压力可以维持在1.2MPa，通过空压机向所述气仓1内注入压缩空气来保持气仓1内的压力大小。

所述气仓1与料仓2通过柔性气体管路10连接，气体管路10内径100mm。所述柔性气体管路10上安装有球阀5，通过其开放或闭合，能够控制气仓1内的高压气体进入料仓2，当打开球阀5时，气体可以进入料仓2中的气体容纳腔。

在本发明实施例的另一方面，还提供了一种基于高压气体推进的煤与矸石的分离方法，如图4所示，具体包括：

步骤S100、料仓2下端面上刻槽并放置密封圈，涂抹黄油固定密封圈。质量块3垫板作用在该密封圈上，通过注油推动卡接块6，质量块3向料仓2上方移动，当安装在质量块3上方的密封圈作用于料仓2内台阶下方并压实后，料仓2下部完成密封；

步骤S200、将煤与矸石通过料仓2上端口装入所述料仓2，安装活塞3，然后安装料仓2的上封头，最后安装柔性胶管(即气体管路10)；

步骤S300、向气仓1通入1.2MPa压缩空气，开启柔性胶管上的高压球阀(即球阀5)，高压气体进入活塞上方；

步骤S400、通过控制器驱动液压中心8卸油，两个卡块(即卡接块6)分别快速向外移动，质量块3向下移动并离开料仓2，使所述高压气体推动所述煤与矸石离开所述料仓2，并经由出料口高速喷出；

步骤S500、高速喷出的煤与矸石与收集仓(即集料仓9)内的多级碰撞结构(即多级破碎结构14，通过碰撞完成破碎操作)相互作用，绝大多数煤块碰撞后尺寸变小，而煤矸石抗拉强度高，大多数保持原状；

步骤S600、通过31.5mm孔径筛筛分后，完成煤与矸石分离。

本发明利用煤与矸石强度特性有较大差异，提出一种基于高压气体快速推动的选择性破碎法，其利用煤与矸石在高压气体推动条件下与多级破碎结构14在多级碰撞过程中相互作用，使矸石不破碎或较少破碎，使煤完全破碎或者基本破碎，然后经过特定粒径筛选，就能够对煤和矸石进行有效区分。该方法是干法分离，与常规方法相比，煤与矸石尺度不限，且该方法具有无污染、成本低等优势。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于高压气体推进的煤与矸石的分离装置，其特征在于，包括料仓(2)，与所述料仓(2)连通的高压供气结构，与所述料仓(2)连通的多级破碎结构(14)，以及连通于所述多级破碎结构(14)上的分选结构；其中，

所述高压供气结构与所述料仓(2)的进料端(11)相连通，且用于向所述料仓(2)中提供高压推进气体；

所述多级破碎结构(14)位于所述料仓(2)的出料端(12)，且用于对所述料仓(2)中的出料进行分级破碎；

所述分选结构用于对经过所述多级破碎结构(14)破碎后的出料进行筛选分离。

2.根据权利要求1所述的一种基于高压气体推进的煤与矸石的分离装置，其特征在于，所述料仓(2)包括沿进料端(11)自出料端(12)顺次形成的气体容纳腔和物料存放腔，且所述气体容纳腔与所述物料存放腔之间通过可移动设置的活塞(4)隔断。

3.根据权利要求2所述的一种基于高压气体推进的煤与矸石的分离装置，其特征在于，所述高压供气结构至少包括气仓(1)，与所述气仓(1)连通的空压机，以及连通所述气仓(1)与所述气体容纳腔的气体管路(10)，且所述气体管路(10)上还设置有用于控制所述气体管路(10)开放或闭合的球阀(5)。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种基于高压气体推进的煤与矸石的分离装置，其特征在于，所述料仓(2)与所述多级破碎结构(14)之间通过能够隔断或连通的快速开启结构连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于高压气体推进的煤与矸石的分离装置，其特征在于，所述快速开启结构至少包括固定设置于所述料仓(2)的出料端(12)一侧的止挡块组件(7)，夹持设置于位于所述止挡块组件(7)之间的多个卡接块(6)，以及夹持于多个所述卡接块(6)之间的质量块(3)，且多个所述卡接块(6)的夹持端之间的距离能够变化。

6.根据权利要求5所述的一种基于高压气体推进的煤与矸石的分离装置，其特征在于，所述卡接块(6)通过油路管线(13)抵触，且所述油路管线(13)位于所述卡接块(6)中背离所述质量块(3)的一侧；

所述油路管线(13)上连接有液压中心(8)，所述液压中心(8)通过所述油路管线(13)带动所述卡接块(6)朝向所述质量块(3)的一侧推进。

7.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种基于高压气体推进的煤与矸石的分离装置，其特征在于，所述多级破碎结构(14)和/或所述分选结构的出料端(12)还设置有集料仓(2)。

8.根据权利要求7所述的一种基于高压气体推进的煤与矸石的分离装置，其特征在于，所述多级破碎结构(14)至少包括自所述集料仓(2)的内壁沿径向方向向内延伸的多条翅片(15)，以及连接于多个所述翅片(15)之间的碰撞组件；

所述碰撞组件包括沿所述集料仓(2)的轴向方向自上而下顺次设置且斜向下倾斜延伸的多层碰撞板(16)，且多层所述碰撞板(16)自上而下倾斜延伸的长度顺次增加。

9.一种基于高压气体推进的煤与矸石的分离方法，其特征在于，采用根据权利要求1-8中任意一项所述的分离装置，所述分离方法包括：

S100、向料仓中加入待分离物料；

S200、从进料端方向向料仓中通入高压气体，推进料仓中的待分离物料经出料口以不低于预设速度的喷出速度喷出；

S300、喷出的待分离物料经过多级破碎结构破碎；

S300、破碎后的待分离物料经过筛选分离后，根据筛选后的尺寸，分离出煤与矸石。

10.根据权利要求9所述的一种基于高压气体推进的煤与矸石的分离方法，其特征在于，通入的高压气体的压强为1.2MPa。

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