CN116587435A - 一种煤矿防灭火制浆方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿防灭火制浆方法及装置，包括粉煤灰灰仓、定量给料机、混料均浆罐、制浆给料泵、浓缩制浆器与成品浆液罐，所述定量给料机固定安装于粉煤灰灰仓的出料口处，所述定量给料机的出口端固定安装有管式螺旋输送机，所述管式螺旋输送机的出料口连通混料均浆罐，所述制浆给料泵连通混料均浆罐与浓缩制浆器，所述浓缩制浆器的出料口下方设置有成品浆液罐；通过浓缩制浆器并联合粉煤灰灰仓、定量给料机、管式螺旋输送器、混料均浆罐、制浆给料泵及成品浆液罐，实现连续输送、连续灰浆制备并易于调节，做到无人值守且保持所制成品灰浆浓度稳定。
Description
技术领域
本发明涉及矿井生产技术领域，具体为一种煤矿防灭火制浆方法及装置。
背景技术
煤炭开采就是在井下将煤层采空，随后煤层顶板垮落。实际生产中顶板完全垮落后，采空区仍然遗留较多碎煤，且有空气存在，因此煤炭氧化升温和热量积蓄的环境充分，存在发火隐患，极易出现火灾。《煤矿安全规程》第二百六十条要求“开采容易自燃和自燃煤层的矿井，必须采取综合预防煤层自然发火的措施。”为此在《矿井防灭火规范》GB51078-2015中用强制条文的形式明确规定“开采容易自燃煤层的矿井或采用放顶煤开采自燃煤层的矿井，必须建立以灌浆为主的两种及以上综合防灭火系统，并必须建立火灾监测系统。”同时《矿井防灭火规范》GB51078-2015中规定“灌浆材料可选择黄土、粉煤灰等惰性材料。”
近几年，各地区对水土保持管理越来越严格，因此取用黄土作为煤矿井下灌浆制备材料将会受到限制。粉煤灰是燃煤电厂和工业锅炉的燃烧后废弃物，其完全为惰性材料，因此将粉煤灰作为煤矿井下灌浆制备材料即符合循环经济政策又保护环境。粉煤灰制备灌浆浆液的设备应当是集机械化、自动化为一体，可以根据不同情况下的煤层自燃条件有针对性地制备浆液。
因此，设计一种实用且能够解决有自燃发火危险的煤矿防灭火制浆方法及装置非常必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿防灭火制浆方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种煤矿防灭火制浆装置，包括粉煤灰灰仓、定量给料机、混料均浆罐与制浆给料泵，所述定量给料机固定安装于粉煤灰灰仓的出料口处，所述定量给料机的出口端固定安装有管式螺旋输送机，所述管式螺旋输送机的出料口连通混料均浆罐，所述制浆给料泵连通混料均浆罐与浓缩制浆器，所述浓缩制浆器的出料口下方设置有成品浆液罐。
根据上述技术方案，所述浓缩制浆器包括入料分配器、旋流浓缩器与浆液收集槽，所述入料分配器的入口连接制浆给料泵的出浆管，所述入料分配器通过分支管路连接若干个旋流浓缩器，所述旋流浓缩器的溢流液通过管路回流至混料均浆罐，所述浆液收集槽固定安装于旋流浓缩器的底流口处。
基于一种煤矿防灭火制浆装置的制浆方法，包括以下步骤：
S100、将粉煤灰导入混料均浆罐制备成为均质的初级浆液；
S200、将S100制备的均质的初级浆液导入浓缩制浆器内，通过浓缩制浆器获得成品浆液；
S300、测定成品浆液浓度，反馈信号控制制浆给料泵(5)的流量，保持浆液水灰比为3:1，并持续输出成品浆液。
根据上述技术方案，所述S100的具体操作方法为储存在粉煤灰灰仓内的粉煤灰由定量给料机均匀定量给出，再由管式螺旋输送器给入混料均浆罐，同时向混料均浆罐内加水，通过系统自动控制加水量，使混料均浆罐内粉煤灰与水的混料浆初步制备成密度为45g/L～55g/L的浆液。
根据上述技术方案，所述S200的具体方法为通过制浆给料泵输送入混料浆至浓缩制浆器的入料分配器内，入料分配器入料压力设定为0.43MPa，入料分配器出浆喷入旋流浓缩器，成品浆液直接从旋流浓缩器底流口流出至成品浆液罐，部分液体及一部分细颗粒由上部溢流口溢出至浆液收集槽，浆液收集槽内汇集的液体及一部分细颗粒重力回流至混料均浆罐内，再次进行制浆循环。
根据上述技术方案，所述S300的具体反馈控制方法为在旋流浓缩器底流口出流管道上安装有压差式浓度计，实时检测成品浆液的浓度，当浓度低于设定值时，系统及时调整制浆给料泵转速以加大浓缩制浆器入料流量，同时减少混料均浆罐内补加水以提高浓缩制浆器的入料浓度，反之则降低浓缩制浆器入料流量，增加混料均浆罐内补加水，降低浓缩制浆器的入料浓度。
根据上述技术方案，所述浓缩制浆器的具体工作方法为混料浆在设定的压力下沿旋流浓缩器外壁切线方向喷入旋流浓缩器内，绕中心轴做螺旋状旋转运动，从而产生惯性离心力，使旋流浓缩器中心产生一个空气柱，在离心力的作用，煤灰颗粒在径向运动，粗颗粒集中在外沿，并沿锥壁向下从底流口流出，部分液体及一部分细颗粒由上部溢流口溢出，在旋流浓缩器内颗粒的径向速度：
式中up——颗粒在旋流浓缩器中径向速度，cm/s；
d——颗粒的直径，cm；
ρ——颗粒密度，g/cm3；
ρ0——水的密度，g/cm3；
——混料浆即颗粒和水的旋转角速度，rad/s；
r——旋流浓缩器旋转半径，cm；
u——混料浆动力粘度，Pa·s；
基于颗粒的径向速度公式可知，颗粒的径向速度与离心加速度成正比,对同一颗粒在同一旋转混料浆流的不同位置上，随着旋转半径的增大而增大。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
一种煤矿防灭火制浆方法及装置通过浓缩制浆器并联合粉煤灰灰仓、定量给料机、管式螺旋输送器、混料均浆罐、制浆给料泵及成品浆液罐，实现连续输送、连续灰浆制备并易于调节，做到无人值守且保持所制成品灰浆浓度稳定。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的防灭火制浆装置展示图。
图2为本发明的防灭火制浆装置系统图。
图中：1-粉煤灰灰仓，2-定量给料机，3-管式螺旋输送机，4-混料均浆罐，5-制浆给料泵，6-浓缩制浆器，601-入料分配器，602-旋流浓缩器，603-浆液收集槽，7-成品浆液罐。
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。
请参阅图1-2，本发明提供技术方案：一种煤矿防灭火制浆装置，包括粉煤灰灰仓1、定量给料机2、混料均浆罐4与制浆给料泵5，所述定量给料机2固定安装于粉煤灰灰仓1的出料口处，所述定量给料机2的出口端固定安装有管式螺旋输送机3，所述管式螺旋输送机3的出料口连通混料均浆罐4，所述制浆给料泵5连通混料均浆罐4与浓缩制浆器6，所述浓缩制浆器6的出料口下方设置有成品浆液罐7。
具体而言，所述浓缩制浆器6包括入料分配器601、旋流浓缩器602与浆液收集槽603，所述入料分配器601的入口连接制浆给料泵5的出浆管，所述入料分配器601通过分支管路连接若干个旋流浓缩器602，所述旋流浓缩器602的溢流口通过管路回流连接混料均浆罐4，所述浆液收集槽603固定安装于旋流浓缩器602的底流口处。
基于一种煤矿防灭火制浆装置的制浆方法，包括以下步骤：
S100、将粉煤灰导入混料均浆罐4制备成为均质的浆液；
S200、将S100制备的均质的浆液导入浓缩制浆器6内，通过浓缩制浆器6获得成品浆液；
S300、测定成品浆液浓度，反馈控制制浆给料泵5的流量，保持浆液水灰比为3:1，并持续输出。
具体而言，所述S100的具体操作方法为储存在粉煤灰灰仓1内的粉煤灰由定量给料机2均匀定量给出，再由螺旋输送器给入混料均浆罐4，同时向混料均浆罐4内加水，通过系统自动控制加水量，使混料均浆罐4内粉煤灰与水的混料浆初步制备成密度为45g/L～55g/L的浆液。
具体而言，所述S200的具体方法为通过制浆给料泵5输送入混料浆至浓缩制浆器6的入料分配器601内，入料分配器601入料压力设定为0.43MPa，入料分配器601出浆喷入旋流浓缩器602，成品浆液直接从旋流浓缩器602底流口流出至成品浆液罐7，部分液体及一部分细颗粒由上部溢流口溢出至浆液收集槽603，浆液收集槽603内汇集的液体及一部分细颗粒重力回流至混料均浆罐4内。
具体而言，所述S300的具体反馈控制方法为在成品浆液罐7内置的输送泵出口管道上安装有压差式浓度计，实时检测成品浆液的浓度，当浓度低于设定值时，系统及时调整浓缩制浆器6入料泵转速以加大浓缩制浆器6入料流量，同时减少初级制浆罐内补加水以提高浓缩制浆器6的入料浓度，反之则降低浓缩制浆器6入料流量，增加初级制浆罐内补加水，降低浓缩制浆器6的入料浓度。
具体而言，所述浓缩制浆器6的具体工作方法为混料浆在设定的压力下沿旋流浓缩器602外壁切线方向喷入旋流浓缩器602内，绕中心轴做螺旋形旋转运动，从而产生惯性离心力，使旋流浓缩器602中心产生一个空气柱，在离心力的作用，煤灰颗粒在径向运动，粗颗粒集中在外沿，并沿锥壁向下从底流口流出，部分液体及一部分细颗粒由上部溢流口溢出，在旋流浓缩器602内颗粒的径向速度：
式中up——颗粒在旋流浓缩器中径向速度，cm/s；
d——颗粒的直径，cm；
ρ——颗粒密度，g/cm3；
ρ0——水的密度，g/cm3；
——混料浆即颗粒和水的旋转角速度，rad/s；
r——旋流浓缩器旋转半径，cm；
u——混料浆动力粘度，Pa·s；
基于颗粒的径向速度公式可以得出，颗粒的径向速度与离心加速度成正比,对同一颗粒在同一旋转混料浆流的不同位置上，随着旋转半径的增大而增大。
实施例
比照30m3/h的实施例，60m3/h、90m3/h、120m3/h的实施例可以按模块化叠拼；也可以按比例进行设备出力放大。
实施例按照30m3/h生产能力进行设计防灭火制浆成套装置，成品浆液水灰比为3：1，其装置内的浓缩制浆器选定计算参考选煤厂水力分级浓缩旋流器602进行设计，浓缩制浆器6入料浓度通过试算确定为50g/L，为了保证制浆成套装置达到30m3/h的生产能力，通过计算浓缩制浆器6的入料量为176.4m3/h；
1)分级粒度的选取
根据制浆原料粉煤灰的粒度组成，为了保证>80％的固体粉煤灰进入浓缩制浆器6底流，分级粒度按50μm选取；
2)浓缩制浆器6直径的计算
参考选煤厂水力分级浓缩旋流器分级粒度的计算公式：
式中d95——溢流中最大粒度，单位μm；
βu——入料中颗粒含量，百分比计算；
DO——溢流口直径，单位cm；
DU——底流口直径，单位cm；
p0——入口处压力，单位MPa；
Kd——旋流浓缩器直径修正系数
D——旋流浓缩器直径，单位cm；
ρ——颗粒密度，单位kg/cm3；
ρ0——水的密度，单位kg/cm3；
上式中各参数的选取确定如下：
d95＝50μm；
βu＝5％；
DO宜为(0.1～0.3)D，设计取值0.15D；
Du宜为(0.15～0.6)D，设计取值0.45D；
P0＝0.43MPa；
ρ＝2.5g/cm3；
ρ0＝1g/cm3；
通过计算，当分级粒度为50μm时，旋流浓缩器602筒体直径为15cm；3)浓缩制浆器6处理能力验算
参考选煤厂水力分级浓缩旋流器处理量的计算公式：
式中Q——浓缩制浆器的处理能力，单位L/min；
D——旋流浓缩器直径，单位cm；
DO——溢流口直径，单位cm；
g——重力加速度，单位m/s2；
h——入口处压力，单位kgf/cm2；
K——与给料管直径Df和旋流浓缩器直径D的比值有关系的系数；
上式中各参数的选取确定如下：
K＝0.78；
D＝15cm；
DO＝2.25cm；
g＝9.8m/s2；
h＝4kgf/cm2；
Q＝0.78×15×2.25×(9.8×4.3)1/2＝170.89L/min；
4)制浆量为30m3/h旋流浓缩器选型
通过上面的选型计算可知，单台直径为15cm的旋流浓缩器602处理能力为：
170.89(L/min)×60(min)÷1000＝10.25m3/h
176.4÷10.25＝17.2；
故满足30m3/h处理能力浓缩制浆装置需要选择筒体直径为15cm旋流浓缩器18台组合为一组，制作一个直径为150cm的浆液收集槽,将18个旋流浓缩器均匀的布置在其周边。
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。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种煤矿防灭火制浆装置，包括粉煤灰灰仓(1)、定量给料机(2)、浓缩制浆器(6)与成品浆液罐(7)，其特征在于，所述定量给料机(2)固定安装于粉煤灰灰仓(1)的出料口处，所述定量给料机(2)的出口端固定安装有管式螺旋输送机(3)，所述管式螺旋输送机(3)的出料口连通混料均浆罐(4)，所述制浆给料泵(5)连通混料均浆罐(4)与浓缩制浆器(6)，所述浓缩制浆器(6)的出料口下方设置有成品浆液罐(7)。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿防灭火制浆装置，其特征在于，所述浓缩制浆器(6)包括入料分配器(601)、旋流浓缩器(602)与浆液收集槽(603)，所述入料分配器(601)的入口连接制浆给料泵(5)的出浆管，所述入料分配器(601)通过分支管路连接若干个旋流浓缩器(602)，所述旋流浓缩器(602)的溢流口通过管路回流连接混料均浆罐(4)，所述浆液收集槽(603)固定安装于旋流浓缩器(602)的底流口处。
3.基于权利要求1-2所述的一种煤矿防灭火制浆装置的制浆方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100、将粉煤灰导入混料均浆罐(4)制备成为均质的初级浆液；
S200、将S100制备的均质的初级浆液导入浓缩制浆器(6)内，通过浓缩制浆器(6)获得成品浆液；
S300、测定成品浆液浓度，反馈信号控制制浆给料泵(5)的流量，保持浆液水灰比为3:1，并持续输出成品浆液。
4.根据权利要求3所述的一种煤矿防灭火制浆装置的制浆方法，其特征在于，所述S100的具体操作方法为储存在粉煤灰灰仓(1)内的粉煤灰由定量给料机(2)均匀定量给出，再由螺旋输送器给入混料均浆罐(4)，同时向混料均浆罐(4)内加水，通过系统自动控制加水量，使混料均浆罐(4)内粉煤灰与水的混料浆初步制备成密度为45g/L～55g/L的浆液。
5.根据权利要求3所述的一种煤矿防灭火制浆装置的制浆方法，其特征在于，所述S200的具体方法为通过制浆给料泵(5)输送入混料浆至浓缩制浆器(6)的入料分配器(601)内，入料分配器(601)入料压力设定为0.43MPa，入料分配器(601)出浆喷入旋流浓缩器(602)，成品浆液直接从旋流浓缩器(602)底流口流出至成品浆液罐(7)，部分液体及一部分细颗粒由上部溢流口溢出至浆液收集槽(603)，浆液收集槽(603)内汇集的液体及一部分细颗粒重力回流至混料均浆罐(4)内，再次进行制浆循环。
6.根据权利要求1所述的一种煤矿防灭火制浆装置的制浆方法，其特征在于，所述S300的具体反馈控制方法为在旋流浓缩器(602)底流口出流管道上安装有压差式浓度计，实时检测成品浆液的浓度，当浓度低于设定值时，系统及时调整制浆给料泵(5)转速以加大浓缩制浆器(6)入料流量，同时减少混料均浆罐内补加水以提高浓缩制浆器(6)的入料浓度，反之则降低浓缩制浆器(6)入料流量，增加混料均浆罐内补加水，降低浓缩制浆器(6)的入料浓度。
7.根据权利要求5所述的一种煤矿防灭火制浆装置的制浆方法，其特征在于，所述浓缩制浆器(6)的具体工作方法为混料浆在设定的压力下沿旋流浓缩器(602)外壁切线方向喷入旋流浓缩器(602)内，绕中心轴做螺旋状旋转运动，从而产生惯性离心力，使旋流浓缩器(602)中心产生一个空气柱，在离心力的作用，煤灰颗粒在径向运动，粗颗粒集中在外沿，并沿锥壁向下从底流口流出，部分液体及一部分细颗粒由上部溢流口溢出，在旋流浓缩器(602)内颗粒的径向速度：
式中up——颗粒在旋流浓缩器中径向速度，cm/s；
d——颗粒的直径，cm；
ρ——颗粒密度，g/cm3；
ρ0——水的密度，g/cm3；
——混料浆即颗粒和水的旋转角速度，rad/s；
r——旋流浓缩器旋转半径，cm；
u——混料浆动力粘度，Pa·s；
基于颗粒的径向速度公式可知，颗粒的径向速度与离心加速度成正比,对同一颗粒在同一旋转混料浆流的不同位置上，随着旋转半径的增大而增大。
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