脱水尾砂精准配料强制均化制备结构流充填系统的制作方法

本实用新型涉及矿山充填技术领域，尤其涉及一种脱水尾砂精准配料强制均化制备结构流充填系统。

背景技术：

尾砂充填既可以提高资源利用率，防止地表塌陷，又可减少固体废料向地表的排放，是充分利用尾矿资源，实现节地、节能、环保、废物利用的有效途径，因此地下矿山大部分采用尾砂充填方式。

尾砂充填系统主要由进料端(即进料端对物料添加量进行控制)、搅拌机设备、测量管(搅拌设备后端安装测量管并伸入到井下采空区)等部分构成；进入搅拌机物料有三种：水(调节浓度用)、尾砂料浆、水泥。

目前采用的技术主要是：直接将相应的物料通过各自管路直接与搅拌机端部相连，在相应管路上分别安装计量装置、调节装置，计量后相应物料直接放入搅拌机中进行搅拌均匀，三种物料的添加量均由进料端控制与调节。料浆搅拌均匀后通过测量管下至井下采空区，为了检测充填浓度，通常在测量管上安装浓度计。搅拌设备通常采用两段搅拌机进行搅拌，第一段采用双轴叶片式搅拌机(卧式)，第二段采用双轴双螺旋搅拌机(卧式)，搅拌均匀后通过井下管网自流至采空区或泵送进入井下采空区。

在线流量式(管道流量计、皮带核子秤等)计量和浓度监测，受物料化学性质变化、给料稳定性的影响大，不能精确计量并控制充填物料的配合比和充填料浆的质量浓度。由于连续性出料搅拌制备均化时间短、质量差的缺点，致使给料计量不稳定造成的瞬态误差不能调节，造成充填料浆的灰砂比和质量浓度波动大。料浆间断制备设备不能连续出料，不能实现料浆连续输送，会造成不满管流输送，管道磨损快；也会在输送管道内形成空气间隔段，引起爆管、堵管等事故。仓式尾砂浓密机，底流浓度受限，放砂浓度波动大，难以制备稳态的高浓度充填料浆。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种脱水尾砂精准配料强制均化制备结构流充填系统。

本实用新型实现上述实用新型目的，本实用新型提供了一种脱水尾砂精准配料强制均化制备结构流充填系统。所述脱水尾砂精准配料强制均化制备结构流充填系统由给料及计量子系统、搅拌制备子系统、料浆输送充填子系统和自动控制系统构成；所述给料及计量子系统包括脱水尾砂给料及计量系统、调浓水给料及计量系统和胶结剂给料及计量系统；

所述脱水尾砂给料及计量系统由骨料储存斗、骨料斗式计量秤以及转载设备组成；所述骨料储存斗下设第一给料设备，通过所述第一给料设备将所述脱水尾砂输送至所述骨料斗式计量秤中进行配料值的计量；所述骨料斗式计量秤下设第二给料设备，通过所述第二给料设备将所述骨料斗式计量秤中计量结束的所述脱水尾砂卸料给所述转载设备；

所述调浓水给料及计量系统由高位水池、斗式水秤以及将所述高位水池中的调浓水输送至所述斗式水秤的给水管道组成；

所述胶结剂给料及计量系统包括胶结剂仓、设置于所述胶结剂仓仓底的螺旋给料机以及胶结剂斗式计量秤；所述胶结剂仓的仓体锥部设置有气嘴破拱装置；

所述搅拌制备子系统由双卧轴搅拌机和立式搅拌桶组成；所述立式搅拌桶的底部或桶侧设置有可调节充填料浆流量的卸料口；

所述自动控制系统控制所述骨料斗式计量秤、所述斗式水秤、所述胶结剂斗式计量秤，并对所述充填系统的设定运行参数进行控制和调节。

优选的，所述立式搅拌桶容积大于等于2倍的所述双卧轴搅拌机的搅拌量和3min充填料浆流量的最大值。

优选的，所述立式搅拌桶上的所述卸料口调控充填料浆的设定充填流量，用以控制所述立式搅拌桶内所述充填料浆的料位始终处于设定高料位和设定低料位的范围内，实现连续出料的功能；

所述连续出料工艺的具体调控方式为：

当所述立式搅拌桶料位高于设定高料位时，所述双卧轴搅拌机进入第一段静态强制活化搅拌卸料等待状态；

或者，当所述立式搅拌桶料位低于设定高料位时，所述双卧轴搅拌机进入第一段静态强制活化搅拌卸料状态，将强制活化搅拌制备得到的初步充填料浆卸入所述立式搅拌桶中，并且同步进行第二段储料调偏均化搅拌，得到所述充填料浆。

优选的，所述给水管道由粗秤管道和精秤管道两路管道组成；所述粗秤管道上设有粗秤阀门，所述精秤管道上设有精秤阀门，用以控制管道开闭，实现调浓水的粗精秤计量功能。

优选的，所述粗秤管道为大直径大流量管道，所述粗秤阀门为气动蝶阀；所述精秤管道为小管径小流量管道，所述精秤阀门为气动角座阀；所述粗秤阀门的控制器上设有气节流消声器；

通过所述粗秤管道和所述精秤管道的联合使用，进行调浓水粗精秤计量，计量步骤如下：

p1、进行粗秤计量时，打开所述粗秤阀门和所述精秤阀门，所述粗秤管道和所述精秤管道同时打开；

p2、达到粗秤计量设定值后，关闭所述粗秤阀门，用以关闭所述粗秤管道，继续进行精秤计量；

p3、达到所述调浓水配料值时，再关闭所述精秤阀门，用以关闭所述精秤管道，计量完毕后进入调浓水等待制备卸料状态。

优选的，所述骨料储存斗内置有螺旋破拱装置和/或外置有振动电机辅助破拱装置；通过所述自动控制系统，所述螺旋破拱装置和所述振动电机辅助破拱装置根据所述第一给料设备给料流量设定值自动启停。

优选的，所述第一给料设备包含但不限于为皮带、振动给料机中的一种；所述转载设备包含但不限于为斗式提升机、皮带输送机中的一种。

优选的，所述第一给料设备通过调控运转转速，用以控制所述第一给料设备的给料流量，实现粗精秤计量功能；粗秤计量时，所述第一给料设备设置为高速运转；精秤计量时，所述第一给料设备设置为低速运转。

优选的，所述螺旋给料机通过调控螺旋转速，用以控制所述螺旋给料机的来料流速，实现分段高低速运转粗精秤计量给料功能；粗秤计量时，所述螺旋给料机高速运转；精秤计量时，所述螺旋给料机低速运转，提高所述胶结剂斗式计量秤计量精度。

优选的，所述骨料斗式计量秤采用静态斗式计量秤，所述脱水尾砂给料及计量系统设置补扣秤功能进行循环调偏，根据卸料情况，确定下一循环计量的补扣秤重量。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、采用本实用新型提供的脱水尾砂精准配料强制均化结构流充填系统，能够实现提前备料、精准计量、强制活化周期制备-储料调偏连续出料两段式搅拌的充填工艺，用以准确控制充填物料配合比和充填料浆质量浓度，制备高浓度似均质稳态结构流充填料浆，控制充填料浆制备质量和充填成本。

2、采用本实用新型提供的脱水尾砂精准配料强制均化结构流充填系统，制备的脱水尾砂充填料浆解决了砂仓和仓式浓密机沉砂浓度限制尾砂充填料浆制备质量浓度瓶颈问题。

3、在本实用新型提供的脱水尾砂精准配料强制均化结构流充填系统中，脱水尾砂采用静态斗式秤计量，结合粗精秤控制技术，实现了脱水尾砂的精准计量，计量偏差≤0.7％；采用粗精秤计量技术，胶结剂和调浓水给料计量偏差≤1％，实现了充填物料配比和质量浓度的精准控制，能够有效控制充填质量和成本。

4、在本实用新型提供的脱水尾砂精准配料强制均化结构流充填系统中，骨料储存斗采用内置叶片式螺旋破拱装置和外置振动电机联合破拱技术，实现了连续均衡给料；解决了脱水尾砂储料斗容积利用率低，给料不畅，给料难的技术问题。

5、采用本实用新型提供的脱水尾砂精准配料强制均化结构流充填系统，能够实现静态计量和强制活化周期制备-储料调偏连续出料两段式搅拌相结合的工艺，实现间断精准计量，强制活化制备，连续出料的功能，及时调节；采用该系统进行的充填工艺能够解决在线流量式连续计量(如管道流量计、浓度计、皮带电子秤)稳定性差，误差大，反馈式调节大滞后的技术偏见。

6、采用本实用新型提供的脱水尾砂精准配料强制均化结构流充填系统，能够实现连续生产，适应采充不均衡矿山，尾矿库取砂充填的矿山。

附图说明

图1为本实用新型提供的脱水尾砂精准配料强制均化结构流充填系统的结构示意图。

附图标记：

1、给料及计量子系统；11、脱水尾砂给料及计量系统；110、骨料储存斗；111、螺旋破拱装置；112、振动电机辅助破拱装置；113、第一给料设备；114、骨料斗式计量秤；115、转载设备；12、调浓水给料及计量系统；120、高位水池；121、给水管道；122、斗式水秤；13、胶结剂给料及计量系统；130、胶结剂仓；131、气嘴破拱装置；132、螺旋给料机；133、胶结剂斗式计量秤；2、搅拌制备子系统；21、双卧轴搅拌机；22立式搅拌桶；3、料浆输送充填子系统。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。

请参阅图1所示，本实用新型提供了一种脱水尾砂精准配料强制均化制备结构流充填系统。所述充填系统由给料及计量子系统1、搅拌制备子系统2、料浆输送充填子系统3和自动控制系统构成；所述给料及计量子系统1包括脱水尾砂给料及计量系统11、调浓水给料及计量系统12和胶结剂给料及计量系统13；

所述脱水尾砂给料及计量系统11由骨料储存斗110、骨料斗式计量秤114以及转载设备115组成；所述骨料储存斗110下设第一给料设备113，通过所述第一给料设备113将所述脱水尾砂输送至所述骨料斗式计量秤114中进行配料值的计量；所述骨料斗式计量秤114下设第二给料设备，通过所述第二给料设备将所述骨料斗式计量秤114中计量结束的所述脱水尾砂卸料给所述转载设备115；

所述调浓水给料及计量系统12由高位水池120、斗式水秤122以及将所述高位水池120中的调浓水输送至所述斗式水秤122的给水管道121组成；

所述胶结剂给料及计量系统13包括胶结剂仓130、设置于所述胶结剂仓130仓底的螺旋给料机132以及胶结剂斗式计量秤133；所述胶结剂仓130的仓体锥部设置有气嘴破拱装置131；

所述搅拌制备子系统2由双卧轴搅拌机21和立式搅拌桶22组成；所述立式搅拌桶22的底部或桶侧设置有可调节充填料浆流量的卸料口；

所述自动控制系统控制所述骨料斗式计量秤114、所述斗式水秤122、所述胶结剂斗式计量秤133，并对所述充填系统的设定运行参数进行控制和调节。

进一步地，所述立式搅拌桶22容积大于等于2倍的所述双卧轴搅拌机21的搅拌量和3min充填料浆流量的最大值。

进一步地，所述立式搅拌桶22上的所述卸料口调控充填料浆的设定充填流量，用以控制所述立式搅拌桶22内所述充填料浆的料位始终处于设定高料位和设定低料位的范围内，实现连续出料的功能；所述连续出料工艺的具体调控方式为：

当所述立式搅拌桶22料位高于设定高料位时，所述双卧轴搅拌机21进入第一段静态强制活化搅拌卸料等待状态；

或者，当所述立式搅拌桶22料位低于设定高料位时，所述双卧轴搅拌机21进入第一段静态强制活化搅拌卸料状态，将强制活化搅拌制备得到的初步充填料浆卸入所述立式搅拌桶22中，并且同步进行第二段储料调偏均化搅拌，得到所述充填料浆。

进一步地，所述给水管道121由粗秤管道和精秤管道两路管道组成；所述粗秤管道上设有粗秤阀门，所述精秤管道上设有精秤阀门，用以控制管道开闭，实现调浓水的粗精秤计量功能。

进一步地，所述粗秤管道为大直径大流量管道，所述粗秤阀门为气动蝶阀；所述精秤管道为小管径小流量管道，所述精秤阀门为气动角座阀；所述粗秤阀门的控制器上设有气节流消声器；通过所述粗秤管道和所述精秤管道的联合使用，进行调浓水粗精秤计量，计量步骤如下：

p1、进行粗秤计量时，打开所述粗秤阀门和所述精秤阀门，所述粗秤管道和所述精秤管道同时打开；

p2、达到粗秤计量设定值后，关闭所述粗秤阀门，用以关闭所述粗秤管道，继续进行精秤计量；

p3、达到所述调浓水配料值时，再关闭所述精秤阀门，用以关闭所述精秤管道，计量完毕后进入调浓水等待制备卸料状态。

进一步地，所述骨料储存斗110内置有螺旋破拱装置111和/或外置有振动电机辅助破拱装置112；通过所述自动控制系统，所述螺旋破拱装置111和所述振动电机辅助破拱装置112根据所述第一给料设备113给料流量设定值自动启停。

进一步地，所述第一给料设备113包含但不限于为皮带、振动给料机中的一种；所述转载设备115包含但不限于为斗式提升机、皮带输送机中的一种。

进一步地，所述第一给料设备113通过调控运转转速，用以控制所述第一给料设备113的给料流量，实现粗精秤计量功能；粗秤计量时，所述第一给料设备113设置为高速运转；精秤计量时，所述第一给料设备113设置为低速运转。

进一步地，所述螺旋给料机132通过调控螺旋转速，用以控制所述螺旋给料机132的来料流速，实现分段高低速运转粗精秤计量给料功能；粗秤计量时，所述螺旋给料机132高速运转；精秤计量时，所述螺旋给料机132低速运转，提高所述胶结剂斗式计量秤133计量精度。

进一步地，所述骨料斗式计量秤114采用静态斗式计量秤，所述脱水尾砂给料及计量系统11设置补扣秤功能进行循环调偏，根据卸料情况，确定下一循环计量的补扣秤重量。

下面通过具体的实施例对本实用新型做进一步的详细描述。

实施例1

脱水尾砂精准配料强制均化制备结构流充填系统由给料及计量子系统1、搅拌制备子系统2、料浆输送充填子系统3和自动控制系统构成。

一)所述给料及计量子系统1包括脱水尾砂给料及计量系统11、调浓水给料及计量系统12和胶结剂给料及计量系统13。

1)所述脱水尾砂给料及计量系统11由骨料储存斗110、骨料斗式计量秤114以及转载设备115组成；所述骨料储存斗110下设第一给料设备113，通过所述第一给料设备113将所述脱水尾砂输送至所述骨料斗式计量秤114中进行配料值的计量；所述骨料斗式计量秤114下设第二给料设备，通过所述第二给料设备将所述骨料斗式计量秤114中计量结束的所述脱水尾砂卸料给所述转载设备115。

所述骨料斗式计量秤114采用静态斗式计量秤，所述脱水尾砂给料及计量系统11设置补扣秤功能进行循环调偏，根据卸料情况，确定下一循环计量的补扣秤重量，提高长时累计计量精度。

作为本方案的进一步优选，所述骨料储存斗110内置有螺旋破拱装置111、外置有振动电机辅助破拱装置112；通过所述自动控制系统，所述螺旋破拱装置111和所述振动电机辅助破拱装置112根据所述第一给料设备113给料流量设定值自动启停。

作为本方案的进一步优选，第一给料设备113为配料皮带；转载设备115为斗式提升机。

骨料储存斗110内脱水尾砂通过配料皮带给入骨料斗式计量秤114，配料皮带宽800mm，为实现脱水尾砂精准计量，配料皮带配变频电机驱动，设粗精秤功能，粗秤时为缩短计量时间，配料皮带设置为高频50hz高速运转；精秤时为精准计量，皮带设置为低频10hz低速运转。

骨料斗式计量秤114内脱水尾砂计量达到配料量时，进入等待状态，待斗式提升机下放至受料位置，由骨料斗式计量秤114的皮带给入斗式提升机料斗，提升电机设变频启停，尾砂通过斗式提升机提升至搅拌楼计量层等待卸料指令。

2)所述调浓水给料及计量系统12由高位水池120、斗式水秤122以及将所述高位水池120中的调浓水输送至所述斗式水秤122的给水管道121组成。

所述给水管道121由粗秤管道和精秤管道两路管道组成；所述粗秤管道上设有粗秤阀门，所述精秤管道上设有精秤阀门，用以控制管道开闭，实现调浓水的粗精秤计量功能。

所述粗秤管道为大直径大流量管道，所述精秤管道为小管径小流量管道；通过所述粗秤管道和所述精秤管道的联合使用，进行调浓水粗精秤计量。

作为本方案的进一步优选，调浓水引自高位水池120，仓容600m³。调浓水采用1.2m³斗式水秤计量，进料时打开水秤下部蝶阀将调浓水添加至双卧轴搅拌机21。粗秤管道直径为dn100，气动蝶阀控制管道开关；精秤管道直径为dn25，气动角座阀控制管道开关。

计量步骤如下：

p1、进行粗秤计量时，打开所述粗秤阀门和所述精秤阀门，所述粗秤管道和所述精秤管道同时打开；

p2、达到粗秤计量设定值后，关闭所述粗秤阀门，用以关闭所述粗秤管道，继续进行精秤计量；

p3、达到所述调浓水配料值时，再关闭所述精秤阀门，用以关闭所述精秤管道，计量完毕后进入调浓水等待制备卸料状态。

由于充填给水管道长，高差大，在粗秤管道蝶阀控制器上设出气节流消声器，控制阀门关闭速度，防止管道产生水锤现象。

3)所述胶结剂给料及计量系统13包括胶结剂仓130、设置于所述胶结剂仓130仓底的螺旋给料机132以及胶结剂斗式计量秤133；所述胶结剂仓130的仓体锥部设置有气嘴破拱装置131；

胶结剂采用水泥仓储存，配连接散装粉体罐车的卸料吹灰管；水泥仓仓顶设除尘器，安全阀；仓底设卸料阀门和螺旋给料机。胶结剂由散装粉体罐车运至充填站，由吹灰管输送至水泥仓内，卸料时开启仓顶除尘器，卸料完毕密封吹灰管，关闭除尘器。

仓体锥部设气嘴破拱装置，当胶结剂斗式计量秤某时段连续来料流速≤设定值时，气嘴自动喷吹一次消除结拱以维持给料速度。

螺旋给料机具备分段高低速运转粗精秤给料功能，粗秤时高速运转，缩短计量时间；精秤时低速运转，提高单斗计量精度。

充填时，打开仓底阀门，胶结剂经仓底的螺旋给料机输送至水泥计量称，称量达到配料值后进入等待制备卸料状态。

作为本方案的进一步优选，胶结剂仓130为容积100t的钢结构水泥仓，水泥仓顶设置人行检查孔、连续料位计及脉冲反吹袋式除尘器。水泥给料使用lsy273单管螺旋给料机132，螺旋体外壳直径273mm，输送距离约8m，设备功率11kw，水泥计量使用0.8m3斗式计量水泥称。

充填时，打开水泥仓底部螺旋闸门，启动单管螺旋给料机，向水泥秤输送水泥至配料量，卸料时打开水泥秤下气动蝶阀和振打器，水泥自流至搅拌槽。

二)所述搅拌制备子系统2由双卧轴搅拌机21和立式搅拌桶22组成；所述立式搅拌桶22的底部或桶侧设置有可调节充填料浆流量的卸料口。所述立式搅拌桶22容积大于等于2倍的所述双卧轴搅拌机21的搅拌量和3min充填料浆流量的最大值。

所述立式搅拌桶22上的所述卸料口调控充填料浆的设定充填流量，用以控制所述立式搅拌桶22内所述充填料浆的料位始终处于设定高料位和设定低料位的范围内，实现连续出料的功能。

采用本实用新型提供的充填系统中的搅拌制备子系统2进行充填料浆的制备工艺：充填料浆制备采用两段搅拌工艺，充填时两段搅拌均连续运转，第一段强制活化搅拌，采用双卧轴强制搅拌机，采用静态强制活化搅拌技术，消除尾砂和胶结剂干粉絮团实现均化；第二段储料均化搅拌，采用立式搅拌桶，储料功能是为减小因尾砂结拱和黏粘等因素导致的单循环配料计量和卸料不净误差，同时也能进一步的均化料浆，提高充填料浆制备质量，实现充填系统料浆连续出料。

骨料、胶结剂和水等充填物料计量完毕，全部进入等待制备卸料状态后，按照水、骨料、胶结剂顺序开始卸入强制活化搅拌机内。首先卸入水，在强制活化搅拌机内形成水幕以达到抑尘目的；泄水开始一段时间后(间隔时间以形成的水幕能够明显抑尘为判断依据，根据试验观测调节)开始骨料和胶结卸料，全部卸料完成后进入搅拌制备计时，骨料斗式计量秤、胶结剂斗式计量秤和水斗式计量秤进入下一个循环的计量。为确保搅拌均化时间，强制活化搅拌时间设置从全部卸料完毕时开始计时，以制备的料浆内无脱水尾砂团和胶结剂干粉絮团为判断指标，搅拌到设定时间后，进入第一段搅拌卸料等待状态。

当第二段立式搅拌桶料位高于设定高料位时，第一段强制活化搅拌机进入等待料浆卸料状态，充填物料仍处于等待制备卸料状态。当第二段储料均化搅拌的立式搅拌桶料位低于设定低料位时，既能够容纳第一段搅拌卸入的料浆量，第一段强制活化搅拌机进入卸料状态，卸料完毕后关闭卸料门，进入进料等待状态，当下一循环的充填物料计量并全部进入等待制备卸料状态后按前述卸料顺序卸料并制备充填料浆，开始下一制备循环。

作为本方案的进一步优选，第一段强制搅拌，采用js2000双卧轴强制搅拌机，进料容积3m³，出料容积2m³，循环时间≤2min，全物料卸料后搅拌时间≥45s，生产能力≥60m³/h。在水秤和搅拌机之间配加压管道泵，强化水雾化和增强水冲洗效果。设振动除尘器收尘，通过管道与斗式水泥秤和搅拌机连接，每个制备循环卸料开始时，除尘器开启，卸料完毕后停止工作。

第二段储料均化搅拌，采用φ2000×2100立式高浓度搅拌桶，有效容积5m³，配双层叶片式搅拌轴，叶片直径1000mm，转速100r/min，桶侧出料，出料口直径φ200mm，配电动夹管阀，调节搅拌桶出料流量，从而控制泵斗液位。搅拌桶配超声波连续液位计和电极式杆状高液位计，监测搅拌桶内料位，反馈控制第一段搅拌机卸料门开动作。

三)料浆输送充填子系统：根据充填系统设计生产能力和运行工况，充填管路长度约1.2km，高差-20m，料浆输送选用一台hbt8018c-5混凝土拖泵，输送压力(低压/高压)10/18mpa，输送流量(低压/高压)87/55m³。

综上所述，本实用新型提供了一种脱水尾砂精准配料强制均化制备结构流充填系统。所述充填系统由给料及计量子系统、搅拌制备子系统、料浆输送充填子系统和自动控制系统构成。所述给料及计量子系统包括脱水尾砂给料及计量系统、调浓水给料及计量系统和胶结剂给料及计量系统；所述搅拌制备子系统由双卧轴搅拌机和立式搅拌桶组成。采用该充填系统，能够实现提前备料、精准计量、强制活化周期制备-储料调偏连续出料两段式搅拌工艺，能够用以准确控制充填物料配合比和充填料浆质量浓度，制备高浓度似均质稳态结构流充填料浆，控制充填料浆制备质量和充填成本。该系统对采充不均衡矿山具有较强适应性，建设投资省且周期短，适用于各种规模矿山充填建站。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案。