【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及矸石充填及漿體管道輸送，尤其涉及一種煤矸石料漿制備及輸送系統與方法。
技術介紹
1、煤炭開采過程中會產生煤矸石固體廢棄物，是我國排放量最大的工業固體廢棄物之一，不僅占用大量農田和土地，矸石淋溶水還會污染周圍土壤和地下水，矸石煙塵為有害氣體，對周圍環境會造成嚴重破壞。因此，煤矸石的有效處理是十分必要的。目前，煤矸石的處理主要是將其粉碎后制作水泥或作為其他建筑材料的添加劑，但煤矸石的用量有限，對于緩解煤矸石固廢堆積的壓力仍存在局限，且物料仍采用傳統的交通工具進行運輸，運輸過程中不可避免會產生粉塵拋灑，污染環境。
2、漿體管道輸送技術是將固體物料和水按照要求的粒度級配制備成具有一定濃度和流變性能的固-液混合漿料，通過泵加壓，經由管道輸送至終端用戶的一種以水為介質的固體物料運輸技術。漿體管道輸送技術綠色環保、經濟高效，目前已經廣泛應用于礦石輸送、深海采礦、尾礦充填和河湖疏浚等眾多領域。
技術實現思路
1、本專利技術旨在將漿體管道輸送技術應用于煤矸石固廢處理領域，通過一種煤矸石料漿制備及輸送系統，實現煤矸石的料漿制備和輸送一體化，將煤矸石應用于采空區的地下充填，這對于解決煤炭行業普遍存在的煤基固廢堆積問題和發展新型可持續發展的煤炭開采工程具有十分重要的意義。
2、針對現有技術的以上缺陷或改進需求，按照本專利技術第一方面,提供一種用于采空區充填的煤矸石料漿制備及輸送系統，包括：物料破碎系統、攪拌制漿系統和管道輸送系統；
3、所述物料破碎系統包括
4、所述攪拌制漿系統用于將緩沖倉的物料進行攪拌制漿后送入管道輸送系統；
5、所述管道輸送系統至少配置兩臺柱塞泵,一臺作為運行泵，另一臺作為備用泵，所述柱塞泵設置于分料斗的出口下方，煤矸石料漿通過重力作用進入柱塞泵入口，柱塞泵出口處設置安全閥和清洗閥，泵后輸漿管均設置有放料支管，放料支管上設置有電動閥；清洗閥后的輸漿管上設置壓力表；每臺柱塞泵后的輸漿管通過分流閥進行聚合至注漿輸送管道。
6、進一步地，所述破碎裝置根據成品煤矸石粉的要求粒度設置有多個粒度級設備；所述緩沖倉倉頂還可設往返皮帶布料機，倉底設攏料斗。
7、進一步地，所述攪拌制漿系統包括矸石計量秤、皮帶輸送機、攪拌機、分料斗以及注水系統；所述矸石計量秤設置于緩沖倉底部，物料由緩沖倉落至矸石計量秤上稱量配比后通過皮帶輸送機進入到攪拌機；物料經攪拌機完成制漿后通過分料斗進入管道輸送系統。
8、進一步地，所述注水系統包括礦井水處理站、輸水泵、水計量秤；制漿所用清水，經輸水泵從礦井水處理站中抽取，經輸水管道輸送至水計量秤根據設置量來定量稱取清水，再經管道輸送至攪拌機內。
9、進一步地，所述清洗閥還設置有清管球進入管道的入口，注漿輸送管道出口處設置回收口；清管球通過清洗閥進入管道，并從下游預留的回收口進行回收。
10、進一步地，所述安全閥與電動閥均連接設置泄放至地溝的管道支線；且電動閥為雙閥組，其中一個電動閥出現故障或檢修情況時，另一個電動閥可繼續運行。
11、進一步地，所述分流閥出口的輸送管道上設置濃度計以及流量計；流量計之后的管道按設定坡度進行敷設，至凍土層以下埋地敷設，最后到達注漿區域。
12、按照本專利技術第二方面，還提供一種用于采空區充填的煤矸石料漿制備及輸送方法，包括以下步驟：
13、a儲料：將煤矸石原料儲存于儲料倉中；
14、b給料：通過振動給料機將儲料倉中的煤矸石原料均勻輸送至多級破碎系統；
15、c初級破碎：在第一套破碎裝置中對煤矸石原料進行初級破碎；
16、d篩分：將初級破碎后的煤矸石通過振動篩進行篩分，合格的煤矸石粉進入緩沖倉，不合格的物料返回至第二套破碎裝置進行二次破碎；二次破碎裝置與步驟c中的第一套破碎裝置相互備用，以保證多級破碎系統的連續運行；
17、e緩沖：在緩沖倉中儲存經過篩分的合格煤矸石粉；
18、f計量：使用矸石計量秤對緩沖倉中的煤矸石粉進行定量稱量；
19、g輸送：通過皮帶輸送機將稱量后的煤矸石粉輸送至攪拌機；
20、h制漿用水處理：在礦井水處理站中處理礦井水，并通過輸水泵輸送至水計量秤；
21、i.水計量：使用水計量秤對礦井水進行定量稱量；
22、j.攪拌制漿：在攪拌機中將煤矸石粉和水混合制成預定濃度的料漿。步驟j中攪拌機的額定容量為4-6m3/次，制成的料漿質量濃度為74％-75％；
23、k.分料：通過分料斗將攪拌好的料漿分配到柱塞泵；
24、l.輸送：利用柱塞泵加壓將料漿沿管道輸送至注漿區域；
25、m.安全監控：在輸送過程中，通過安全閥、清洗閥、壓力表、分流閥、電動閥、濃度計和流量計對料漿的輸送進行實時監控和調整；
26、n.管道敷設：將流量計后的管道按預定坡度敷設至凍土層以下，避免與地面其他建筑或設施碰撞，并減少保溫需求。
27、進一步地，所述步驟l中柱塞泵的流量為300-340m3/h間一個數值，泵壓為19-21mpa之間，輸送管道不小于dn200規格的高耐磨性鋼管；所述步驟m中安全閥設置于柱塞泵出口，用于在超壓情況下保護系統安全。
28、進一步地，為減少堵塞的可能性，所述步驟j中先對漿料粘度進行預估，并考慮了固體體積分數、顆粒大小分布和溫度的影響：
29、
30、其中：
31、η(t)是溫度t下漿料的粘度，單位為pa·s；
32、k(t)是一個與溫度t相關的常數，表示溫度對漿料粘度的影響；
33、cs是漿料的固體體積分數，單位為％；
34、cs，max是漿料的最大固體體積分數，單位為％；
35、davg是漿料中固體顆粒的平均直徑，單位為m；
36、dref是一個參考直徑，單位為m，用于標準化顆粒大小的影響；
37、n和m是實驗確定的指數，分別表示固體體積分數和顆粒大小對粘度的影響；
38、體積分數cs，使用以下公式：
39、
40、其中，msolid是煤矸石粉的質量，mtotal是煤矸石粉和水的總質量。
41、顆粒大小分布函數f(d)可以通過篩選試驗或激光粒度分析來確定，然后計算平均直徑davg：
42、
43、溫度對常數k(t)的影響可以通過實驗數據來確定，例如，可以使用阿倫尼烏斯方程或者其他經驗模型來描述本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種用于采空區充填的煤矸石料漿制備及輸送系統，其特征在于，包括：物料破碎系統、攪拌制漿系統和管道輸送系統；
2.根據權利要求1所述的一種用于采空區充填的煤矸石料漿制備及輸送系統，其特征在于：所述破碎裝置(311)根據成品煤矸石粉的要求粒度設置有多個粒度級設備；所述緩沖倉(5)倉頂還可設往返皮帶布料機，倉底設攏料斗。
3.根據權利要求1所述的一種用于采空區充填的煤矸石料漿制備及輸送系統，其特征在于：所述攪拌制漿系統包括矸石計量秤(6)、皮帶輸送機(7)、攪拌機(11)、分料斗(12)以及注水系統；所述矸石計量秤(6)設置于緩沖倉(5)底部，物料由緩沖倉(5)落至矸石計量秤(6)上稱量配比后通過皮帶輸送機(7)進入到攪拌機(11)；物料經攪拌機(11)完成制漿后通過分料斗(12)進入管道輸送系統。
4.根據權利要求1所述的一種用于采空區充填的煤矸石料漿制備及輸送系統，其特征在于：所述注水系統包括礦井水處理站(8)、輸水泵(9)、水計量秤(10)；制漿所用清水，經輸水泵(9)從礦井水處理站(8)中抽取，經輸水管道輸送至水計量秤(10)根據設置量來
5.根據權利要求1所述的一種用于采空區充填的煤矸石料漿制備及輸送系統，其特征在于：所述清洗閥(15)還設置有清管球進入管道的入口，注漿輸送管道(22)出口處設置回收口；清管球通過清洗閥(15)進入管道，并從下游預留的回收口進行回收。
6.根據權利要求1所述的一種用于采空區充填的煤矸石料漿制備及輸送系統，其特征在于：所述安全閥(14)與電動閥(18)均連接設置泄放至地溝的管道支線；且電動閥(18)為雙閥組，其中一個電動閥(18)出現故障或檢修情況時，另一個電動閥(18)可繼續運行。
7.根據權利要求1-6任一項所述的一種用于采空區充填的煤矸石料漿制備及輸送系統，其特征在于：所述分流閥(17)出口的注漿輸送管道(22)上設置濃度計(19)以及流量計(20)；流量計(20)之后的管道按設定坡度進行敷設，至凍土層以下埋地敷設，最后到達注漿區域。
8.一種用于采空區充填的煤矸石料漿制備及輸送方法，其特征在于，包括以下步驟：
9.根據權利要求8所述的一種用于采空區充填的煤矸石料漿制備及輸送方法，其特征在于：所述步驟l中柱塞泵(13)的流量為300-340m3/h間一個數值，泵壓為19-21MPa之間，輸送管道不小于DN200規格的高耐磨性鋼管；所述步驟m中安全閥(14)設置于柱塞泵(13)出口，用于在超壓情況下保護系統安全。
10.根據權利要求8所述的一種用于采空區充填的煤矸石料漿制備及輸送方法，其特征在于：所述步驟j中先對漿料粘度進行預估，考慮了固體體積分數、顆粒大小分布和溫度的影響：
...【技術特征摘要】
1.一種用于采空區充填的煤矸石料漿制備及輸送系統，其特征在于，包括：物料破碎系統、攪拌制漿系統和管道輸送系統；
2.根據權利要求1所述的一種用于采空區充填的煤矸石料漿制備及輸送系統，其特征在于：所述破碎裝置(311)根據成品煤矸石粉的要求粒度設置有多個粒度級設備；所述緩沖倉(5)倉頂還可設往返皮帶布料機，倉底設攏料斗。
3.根據權利要求1所述的一種用于采空區充填的煤矸石料漿制備及輸送系統，其特征在于：所述攪拌制漿系統包括矸石計量秤(6)、皮帶輸送機(7)、攪拌機(11)、分料斗(12)以及注水系統；所述矸石計量秤(6)設置于緩沖倉(5)底部，物料由緩沖倉(5)落至矸石計量秤(6)上稱量配比后通過皮帶輸送機(7)進入到攪拌機(11)；物料經攪拌機(11)完成制漿后通過分料斗(12)進入管道輸送系統。
4.根據權利要求1所述的一種用于采空區充填的煤矸石料漿制備及輸送系統，其特征在于：所述注水系統包括礦井水處理站(8)、輸水泵(9)、水計量秤(10)；制漿所用清水，經輸水泵(9)從礦井水處理站(8)中抽取，經輸水管道輸送至水計量秤(10)根據設置量來定量稱取清水，再經管道輸送至攪拌機(11)內。
5.根據權利要求1所述的一種用于采空區充填的煤矸石料漿制備及輸送系統，其特征在于：所述清洗閥(15)還設置有清管球進入管道的入口，注漿輸送管道(22)出...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張明航，陳益濱，王鐵力，白倫，張春泉，黃孟，夏宏瑞，鄭澳，李嘉興，胡建亮，劉勇志，季思園，武楠楠，方毅，
申請(專利權)人：中煤科工集團武漢設計研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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