CN116357385B - 一种小型煤矿采空区用自动充填设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型煤矿采空区用自动充填设备，涉及矿坑充填技术领域，包括运输管，运输管的顶部设置有连接头，连接头的内部转动连接有旋转件，旋转件的外侧啮合有转动连接在连接头内部的转轮，连接头内部开设有尺寸与旋转件和转轮相适配的通孔；向储存仓内部注入用来充填采矿空区的膏体，膏体需要通过管道输送至采矿空区，由于膏体为非牛顿流体，因此膏体在管道内部垂直下落的时候，膏体直接接触管道内壁会对管道内壁造成很大的冲击，加快管道内壁的磨损，在储存仓填满后再将膏体通过管道运输，使得膏体可以尽量地填满管道内壁，保证满管填充，从而达到膏体满管运输以及减少对管壁磨损的目的，适用于煤矿采空区的充填。

Description

一种小型煤矿采空区用自动充填设备

技术领域

本发明涉及矿坑充填技术领域，具体为一种小型煤矿采空区用自动充填设备。

背景技术

随着矿山开采程度的增加，矿山内部会出现空区，为了保护环境以及保障采矿人员的安全，需要对空区进行填充，填充采矿技术有废石干式充填工艺、高浓度充填工艺以及膏体泵送胶结充填工艺等，其中膏体泵送胶结充填工艺是将充填料制成膏状稠料，使用正压排量泵输送到空区，一般充填料包括粗物料、细物料与超细物料，而将细料控制在45%、超细料25%时，膏状充填料具有最佳抗沉淀性能，且运输性能更佳，膏体充填具有充填材料泌水率低、充填接顶质量高、凝固体密实度高以及充填体强度高的优点；

在对采空区使用膏体充填时，膏体会通过正压排量泵或者重力在管道内流动，由于膏体为多种材料混合而成，且膏体为典型的非牛顿流体，非牛顿流体在管道内部流动会产生壁面滑移现象，即膏体在管道内壁运输时，会由于剪切作用的产生，壁面的剪切应力较高，管道中心处剪切应力为零，为了降低膏体流动的自由能，膏体内部的颗粒会自发地径向移动，从而在管壁形成粘度很低的稀薄的流层；

壁面滑移可以分为表观滑移和真实滑移，也可以认为是固体边界面附近处由滑移层引起的流速梯度区域段的滑移，真实滑移指的是液体分子和固体壁面之间发生相对滑动，在管道壁面附近出现一个速度的“跳跃”，这里的液体指的是壁面附近由于膏体中颗粒径向迁移形成的一层很薄的、几乎不含固体颗粒成分的低黏度液体膜，全尾砂膏体的浓度一般为75%到82%，这种高浓度的悬浮体在流动过程中，管道壁面上的润滑层是真实存在的，因此可以看作是表观滑移，由于壁面滑移现象的产生，膏体在管道内部运动的动能会随着膏体的流动而减少，可能会在管道内部形成阻碍膏体流动的柱塞区，从而堵塞膏体在管道内部的流动，进而造成管道堵塞以及爆管的安全隐患的产生；

同时，采用膏体充填技术时，工作人员需要在输送完膏体之后，再通过管道输送灰浆，之后向管道内部灌满水以及使用强风吹过管道，避免管道内部在输送膏体后，由于膏体内部颗粒残留在管道内壁上，最终堵塞管道，在管道内部凝固，影响下一批次膏体的运输，导致充填过后的空区内部存在空隙，影响充填质量；

对此我们提出能便捷清理管道、辅助膏体在管道内部的输送以及避免管道内部堵塞影响膏体运输的一种小型煤矿采空区用自动充填设备来解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，针对现有技术的不足，本发明提供了一种小型煤矿采空区用自动充填设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述一种便捷清理管道、辅助膏体在管道内部的输送以及避免管道内部堵塞影响膏体运输的目的，本发明提供如下技术方案：一种小型煤矿采空区用自动充填设备，包括运输管，所述运输管的顶部设置有连接头，所述连接头的内部转动连接有旋转件，所述旋转件的外侧啮合有转动连接在连接头内部的转轮，连接头内部开设有尺寸与旋转件和转轮相适配的通孔，所述转轮的底部固定连接有贯穿连接头的连接杆，所述旋转件的底部固定连接有贴合运输管内壁的数个从动环，从动环内壁为光滑的斜面，相邻的两个所述从动环之间铰接有呈轴对称的两个连接件，每个所述从动环的内侧壁均固定连接有呈轴对称的两根圆杆，上下相邻的两根所述圆杆的端部共同套设有定位块，定位块内部开设有尺寸与圆杆相适配的通孔，两根所述圆杆相互靠近的一端共同固定连接有设置在定位块内部的连接弹簧，连接弹簧的长度与两个相对设置的圆杆之间的距离相适配；

还包括设置在连接头顶部的传输管，所述传输管顶端内壁的两侧均开设有竖向设置的滑槽，所述传输管的内部设置有贴合传输管内壁的储存仓，所述储存仓的底部铰接有数个呈中心对称的底板，储存仓底部开设有尺寸和形状与底板相适配的通孔，所述储存仓的外壁固定连接有滑块，所述滑块滑动连接在滑槽的内部。

优选的，所述连接件贴合运输管的内壁，所述圆杆滑动连接在定位块的内部；所述连接件包括呈菱形状布置的四根铰接杆，且相邻的两根铰接杆铰接，位于上侧的铰接杆的端部与位于上侧的从动环铰接，位于下侧的铰接杆的端部与位于下侧的从动环铰接。

优选的，所述底板贴合储存仓底端的内壁，数个所述底板将储存仓的底部封闭。

优选的，还包括滑动连接在滑槽内部的滑动件，所述滑动件顶端的内部转动连接有支撑件，支撑件设置在两个相邻的底板贴合处的下方，所述支撑件的底部设置有滑动连接在支撑件上开设的凹槽内的限定件，所述限定件的内部转动连接有连杆，所述连杆远离限定件的一端转动连接有限位件，连杆长度与限定件到限位件之间的距离相适配，限位件的尺寸与滑动件上开设的凹槽相适配，所述限位件滑动连接于滑动件的内部，所述限位件的顶部设置有顶端与支撑件转动连接的气压杆，所述滑动件的下方固定连接有定位弹簧，定位弹簧的尺寸与滑动件到滑槽底端之间的距离相适配，所述定位弹簧底端的内部插接设置有顶杆，顶杆设置在滑动件的下方。

优选的，所述支撑件远离滑动件的一端贴合两个相邻的底板的底部，所述定位弹簧远离滑动件的一端与连接头的顶端固定连接，所述顶杆的底部与连接头的顶端固定连接。

优选的，还包括固定连接于其中一个滑块顶部的齿块，所述齿块的外侧啮合有斜齿轮，所述斜齿轮的底部固定连接有传动杆，所述传动杆的底端贯穿连接头的上表面，且所述传动杆的底端与转轮的上表面固定连接。

优选的，还包括外置电机，所述斜齿轮与外置电机的输出轴固定连接。

与现有技术相比，本发明提供了一种小型煤矿采空区用自动充填设备，具备以下有益效果：

1、向储存仓内部注入用来充填采矿空区的膏体，膏体需要通过管道输送至采矿空区，由于膏体为非牛顿流体，因此膏体在管道内部垂直下落的时候，膏体直接接触管道内壁会对管道内壁造成很大的冲击，加快管道内壁的磨损，而在本装置中，在储存仓填满后再将膏体通过管道运输，使得膏体可以尽量地填满管道内壁，保证满管填充，从而达到膏体满管传输以及减少对管壁磨损的目的。

2、膏体在运输管中流动，膏体装满运输时，设置在运输管内部的从动环会随之运动，由于从动环的内侧为斜面，不会阻拦膏体在管道内部的流动，以此减少膏体流动时对管壁的剪切应力，从而达到防止膏体流速过快造成爆管以及增加膏体填充过程中的安全性的目的。

3、膏体在管道内部满管运输，由于膏体为典型的非牛顿流体，因此膏体在运输过程中会与管壁之间产生壁面滑移现象，即膏体在管道内壁运输时，会由于剪切作用的产生，壁面的剪切应力较高，管道中心处剪切应力为零，为了降低膏体流动的自由能，膏体内部的颗粒会自发地径向移动，从而在管壁形成粘度很低的稀薄的流层，壁面滑移现象的产生会到导致一部分膏体停留在管道内壁，进而形成堵塞，影响膏体在管道内部的运输，通过呈折叠态的从动环在膏体传输过程中展开并贴合管道内壁转动，扰乱膏体与管壁之间形成的流层，同时与贴在管道内壁的膏体进行接触，避免膏体停留在管道内壁，从而达到避免膏体在管道内部传输时由于壁面滑移现象所导致的管道堵塞的目的。

4、在现有技术中，膏体传输之后，需要再次通过管道运输一遍灰浆，随后再满管注入水流，通入水流的目的是防止管道内壁有膏体以及灰浆，避免运输过程中的残留物在管道内壁形成堵塞影响下一次膏体的运输，进而导致膏体在运输过程中出现断层，在水流通过管道时，水流促使从动环在管道内壁之间旋转接触，将残留物清理，与满管的水流配合，将管道内部清理，从而达到清理管道内壁、便于膏体在管道内部运输的目的。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明储存仓所处的位置关系示意图；

图3为本发明图2中A处结构放大图；

图4为本发明齿块处的连接关系示意图；

图5为本发明连接头的剖面示意图；

图6为本发明图5中B处结构放大图；

图7为本发明运输管的剖切后相关结构位置分布示意图；

图8为本发明从动环处的连接关系示意图；

图9为本发明圆杆处的连接关系示意图；

图10为本发明图9中C处结构放大图。

图中：101、运输管；102、连接头；103、旋转件；104、转轮；105、连接杆；106、从动环；107、连接件；108、圆杆；109、定位块；110、连接弹簧；

201、传输管；202、滑槽；203、储存仓；204、底板；205、滑块；

301、滑动件；302、支撑件；303、限定件；304、连杆；305、限位件；306、气压杆；307、定位弹簧；308、顶杆；

401、齿块；402、斜齿轮；403、传动杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

实施例一

请参阅图1至图10，一种小型煤矿采空区用自动充填设备，包括运输管101，运输管101的顶部设置有连接头102，连接头102的内部转动连接有旋转件103，旋转件103的外侧啮合有转动连接在连接头102内部的转轮104，连接头102内部开设有尺寸与旋转件103和转轮104相适配的通孔，转轮104的底部固定连接有贯穿连接头102的连接杆105，旋转件103的底部固定连接有贴合运输管101内壁的数个从动环106，从动环106内壁为光滑的斜面，相邻的两个从动环106之间铰接有呈轴对称的两个连接件107，连接件107贴合运输管101的内壁，连接件107包括呈菱形状布置的四根铰接杆，且相邻的两根铰接杆铰接，位于上侧的铰接杆的端部与位于上侧的从动环106铰接，位于下侧的铰接杆的端部与位于下侧的从动环106铰接，每个从动环的内侧壁均固定连接有呈轴对称的两根圆杆，上下相邻的两根圆杆108的端部共同套设有定位块109，圆杆108滑动连接在定位块109的内部，定位块109内部开设有尺寸与圆杆108相适配的通孔，且圆杆108的端部固定连接有挡片，定位块109的出口端固定连接有环形挡片，挡片和环形挡片能够阻挡定位块109脱落，如图10所示，两根圆杆108相互靠近的一端共同固定连接有设置在定位块109内部的连接弹簧110，连接弹簧110的长度与两个相对设置的圆杆108之间的距离相适配，还包括设置在连接头102顶部的传输管201，传输管201顶端内壁的两侧均开设有竖向设置的滑槽202，传输管201的内部设置有贴合传输管201内壁的储存仓203，储存仓203的底部铰接有数个呈中心对称的底板204，储存仓203底部开设有尺寸和形状与底板204相适配的通孔，底板204贴合储存仓203底端的内壁，底板204将储存仓203的底部封闭，储存仓203的外壁固定连接有滑块205，所述滑块205滑动连接在滑槽202的内部；

该实施例所实现的效果如下：与现有技术相比，在膏体运输的过程中，尽可能地保证膏体进入管道（包括运输管101和传输管201）时，将管道内壁填满，从而减少膏体在管道内部流动时对管道内壁的磨损，同时，在膏体运输时，从动环106配合运动，减少膏体在管道内部流动与管壁之间所产生的壁面滑移现象，避免膏体在管道内壁形成堵塞膏体运输的堵塞区，影响膏体在管道内部的运输。

实施例二

请参阅图1至图6，一种小型煤矿采空区用自动充填设备，包括滑动连接在滑槽202内部的滑动件301，滑动件301顶端的内部转动连接有支撑件302，支撑件302远离滑动件301的一端贴合两个相邻的底板204的底部，支撑件302设置在两个相邻的底板204贴合处的下方，支撑件302的底部设置有滑动连接在支撑件302上开设的凹槽内的限定件303，限定件303的内部转动连接有连杆304，连杆304远离限定件303的一端转动连接有限位件305，连杆304长度与限定件303到限位件305之间的距离相适配，限位件305尺寸与滑动件301上开设的凹槽相适配，限位件305滑动连接于滑动件301的内部，限位件305的顶部设置有顶端与支撑件302转动连接的气压杆306，滑动件301的下方固定连接有定位弹簧307，定位弹簧307远离滑动件301的一端与连接头102的顶端固定连接，定位弹簧307的尺寸与滑动件301到滑槽202底端之间的距离相适配，定位弹簧307底端的内部插接设置有顶杆308，顶杆308的底部与连接头102的顶端固定连接，顶杆308设置在滑动件301的下方，还包括固定连接于其中一个滑块205顶部的齿块401，齿块401的外侧啮合有斜齿轮402，斜齿轮402的底部固定连接有传动杆403，传动杆403的底端贯穿连接头102的上表面，且传动杆403的底端与转轮104的上表面固定连接；还包括外置电机，所述斜齿轮402与外置电机的输出轴固定连接。

该实施例所实现的效果如下：与现有技术相比，该装置初始状态下支撑件302能够支撑底板204，从而保证在膏体进入传输管之前，可以满足满管注入的条件，减少膏体对管道（包括运输管101和传输管201）内壁的冲击，减少了对管道的磨损，从而延长了管道的使用寿命，增加了膏体在管道内部运输的安全性。

上述实施例一至实施例二整体内容的工作过程及原理如下：

首先，将运输管101埋入地面，使得运输管101的最底端与需要充填的采矿空区接触，此时传输管201顶端露在外部，便于工作人员注入膏体；

随后，将调配好的膏体注入储存仓203内部，由于膏体为典型的非牛顿流体，因此膏体会将储存仓203与底板204形成的腔体内部渐渐填满，随着膏体不断注入储存仓203，储存仓203内部的重量逐步增加，储存仓203和底板204会在重力作用下在传输管201内部向下运动，同时固定连接在储存仓203外壁的滑块205也会随之在滑槽202内部向下运动；

在储存仓203向下运动的过程中，在底板204的下压作用下，滑动件301会随之在滑槽202内向下运动，同时滑动件301向下压缩定位弹簧307，伴随着滑动件301的向下运动，设置在滑动件301底端的限位件305会逐渐与设置在滑槽202底部的顶杆308接触，接触后，限位件305会在顶杆308的阻挡作用下停止向下运动，而此时滑动件301继续向下运动，使得气压杆306压缩，随着限位件305持续停止移动，进而使得连杆304逐渐转变为水平状态，且限定件303会随之在支撑件302上开设的凹槽内运动，当连杆304转变为水平状态时，支撑件302会失去连杆304的支撑，同时支撑件302在底板204的下压作用下以与滑动件301的铰接点为支点转动，使得支撑件302离开底板204；

在储存仓203向下移动的过程中，膏体会逐渐灌满储存仓203内部，直至封闭储存仓203的底板204失去支撑件302的封闭作用，支撑件302以与储存仓203的铰接点为支点向下转动，从而打开储存仓203底部，使得储存仓203内部处于满管状态的膏体通过传输管201进入采矿空区，从而尽可能地保证膏体在管道内部满管运输，减少了对管道的磨损，延长了管道的使用寿命；

随着膏体经过传输管201与连接头102进入到运输管101内部，满管状态进入运输管101内部的膏体会贴合运输管101的内壁，在膏体流动过程中，由于膏体为典型的非牛顿流体，因此膏体在运输过程中会与管壁之间产生壁面滑移现象，即膏体在管道内壁运输时，会由于剪切作用的产生，壁面的剪切应力较高，管道中心处剪切应力为零，为了降低膏体流动的自由能，膏体内部的颗粒会自发地径向移动，从而在管壁形成粘度很低的稀薄的流层，壁面滑移现象会在管道内壁形成柱塞区，影响膏体在管道内部的运输；

膏体进入运输管101后，会带动设置在运输管101内壁的从动环106一起向下运动，此时，原本呈折叠状态的从动环106与连接件107会随之展开，同时设置在相邻的两个从动环106之间的圆杆108会在定位块109内部向下运动，并拉伸连接弹簧110；

从动环106伸展的过程中，由于滑块205向下运动时带动齿块401同步向下运动，而齿块401通过啮合作用带动斜齿轮402转动，斜齿轮402转动会带动传动杆403转动，进而带动设置在连接头102内部的转轮104一起转动，此时与转轮104啮合的旋转件103也会在连接头102内部转动，从而带动与旋转件103固定连接的第一个从动环106转动，并通过连接件107、圆杆108以及定位块109促使其他的从动环106一起转动，使得从动环106在膏体运输过程中展开的同时还能够同步转动，减少膏体与运输管101内壁的接触，进而减少膏体运输过程中的壁面滑移现象的产生，避免膏体在管道内部堵塞，

由于斜齿轮402与外置电机的输出轴固定连接，且在齿块401上安装有行程开关，行程开关与外置电机电性连接，因此当齿块401下移时，行程开关闭合，外置电机启动，外置电机带动斜齿轮402一直转动，保证膏体运输过程中，从动环106可以一直转动；

同时，从动环106转动还可以减缓膏体在运输管101内部的运动速度，避免膏体在管道内部传输速度过快，对管道产生较大的压力，进而产生爆管的风险；

第一次膏体运输完毕之后，储存仓203内部没有膏体经过，因此储存仓203会失去来自膏体的压力，此时定位弹簧307会向上伸展，使得滑动件301在滑槽202内部向上运动，随着滑动件301的向上运动，设置在滑动件301内部的限位件305会失去顶杆308的作用力，且限位件305在气压杆306的回弹作用下在滑动件301内部向上运动，直至恢复初始位置，同时与连杆304转动连接的限定件303也会随之在支撑件302上运动，直至恢复初始位置，伴随着限定件303与限位件305的运动，与限定件303相连接的支撑件302会以与滑动件301的铰接点为支点转动，恢复初始位置的同时，撑件302会将底板204顶起，使得底板204重新将储存仓203的底部封闭，储存仓203也会随之恢复初始位置；

与此同时，设置在运输管101内部的从动环106失去膏体的向下作用力，会在连接弹簧110回弹作用下，与圆杆108以及连接件107一起恢复初始位置，且齿块401随储存仓203上升的过程中，行程开关分开，外置电机停止运行，从动环106停止转动；

在膏体传输完毕之后，工作人员需要通过管道向膏体所充填位置再次输入一层灰浆，随后再满管注入水流，在水流流动过程中，从动环106会依照上述步骤再次运动，伸展的同时转动，使得从动环106与运输管101的内壁接触，配合水流冲洗，将运输管101内壁上由于运输膏体和灰浆所剩下的残留物清理干净，避免残留物在管道内部堵塞膏体运输进而导致膏体运输过程中出现空区，影响充填效果，从动环106也会在水流流动过后恢复初始位置。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种小型煤矿采空区用自动充填设备，包括运输管（101），其特征在于：所述运输管（101）的顶部设置有连接头（102），所述连接头（102）的内部转动连接有旋转件（103），所述旋转件（103）的外侧啮合有转动连接在连接头（102）内部的转轮（104），所述转轮（104）的底部固定连接有贯穿连接头（102）的连接杆（105），所述旋转件（103）的底部固定连接有贴合运输管（101）内壁的数个从动环（106），相邻的两个所述从动环（106）之间铰接有呈轴对称的两个连接件（107），每个所述从动环（106）的内侧壁均固定连接有呈轴对称的两根圆杆（108），上下相邻的两根所述圆杆（108）的端部共同套设有定位块（109），两根所述圆杆（108）相互靠近的一端共同固定连接有设置在定位块（109）内部的连接弹簧（110）；

还包括设置在连接头（102）顶部的传输管（201），所述传输管（201）顶端内壁的两侧均开设有竖向设置的滑槽（202），所述传输管（201）的内部设置有贴合传输管（201）内壁的储存仓（203），所述储存仓（203）的底部铰接有数个呈中心对称的底板（204），所述储存仓（203）的外壁固定连接有滑块（205），所述滑块（205）滑动连接在滑槽（202）的内部。

2.根据权利要求1所述的一种小型煤矿采空区用自动充填设备，其特征在于：所述连接件（107）贴合运输管（101）的内壁，所述圆杆（108）滑动连接在定位块（109）的内部；所述连接件（107）包括呈菱形状布置的四根铰接杆，且相邻的两根铰接杆铰接，位于上侧的铰接杆的端部与位于上侧的从动环（106）铰接，位于下侧的铰接杆的端部与位于下侧的从动环（106）铰接。

3.根据权利要求1所述的一种小型煤矿采空区用自动充填设备，其特征在于：所述底板（204）贴合储存仓（203）底端的内壁，数个所述底板（204）将储存仓（203）的底部封闭。

4.根据权利要求1所述的一种小型煤矿采空区用自动充填设备，其特征在于：还包括滑动连接在滑槽（202）内部的滑动件（301），所述滑动件（301）顶端的内部转动连接有支撑件（302），所述支撑件（302）的底部设置有滑动连接在支撑件（302）上开设的凹槽内的限定件（303），所述限定件（303）的内部转动连接有连杆（304），所述连杆（304）远离限定件（303）的一端转动连接有限位件（305），所述限位件（305）滑动连接于滑动件（301）的内部，所述限位件（305）的顶部设置有其顶端与支撑件（302）转动连接的气压杆（306），所述滑动件（301）的下方固定连接有定位弹簧（307），所述定位弹簧（307）底端的内部插接设置有顶杆（308）。

5.根据权利要求4所述的一种小型煤矿采空区用自动充填设备，其特征在于：所述支撑件（302）远离滑动件（301）的一端贴合两个相邻的底板（204）的底部，所述定位弹簧（307）远离滑动件（301）的一端与连接头（102）的顶端固定连接，所述顶杆（308）的底部与连接头（102）的顶端固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种小型煤矿采空区用自动充填设备，其特征在于：还包括固定连接于其中一个滑块（205）顶部的齿块（401），所述齿块（401）的外侧啮合有斜齿轮（402），所述斜齿轮（402）的底部固定连接有传动杆（403），所述传动杆（403）的底端贯穿连接头（102）的上表面，且所述传动杆（403）的底端与转轮（104）的上表面固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种小型煤矿采空区用自动充填设备，其特征在于：还包括外置电机，所述斜齿轮（402）与外置电机的输出轴固定连接。