用于采空区充填的均匀充填下料装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种用于采空区充填的均匀充填下料装置及其工作方法。

背景技术

在现代矿山开采过程中，为了防治由于开采过程中顶板的塌陷对地表照成潜在的危险，国家要求开采完成的矿山必须进行充填，对于采空区一般采用充填料浆对其进行充填的方法。充填方法从最初的干式充填，发展到水砂充填、胶结充填，到目前已经发展到膏体充填。但由于膏体充填对充填设备及技术的要求较高，目前国内矿山大都采用水砂充填和胶结充填的充填方法。而这两种充填方法在矿山充填过程中，常常出现浆料配料比重不同，在浆液流动过程中，常常会出现沉积、离析现象。

大多数矿山充填方式采用的是单点下料充填或是直接进入采空区进行下料充填。前者充填浆料在充填站制成后，利用高度差在充填管中自流，并经泵站泵送至采空区。目前充填管直接放在采空区旁，充填浆料从充填管线冲出后直接进入采空区。这种充填方式的优点是操作简单，成本较低。用这种方式充填，由于充填管无法移动，充填浆料的下落位置无法调节，所以称为单点充填。这一充填方式容易发生充填浆料沉降离析现象导致充填颗粒质量分布不均匀，进而导致充填体在水平层面上出现较明显的强度增强和损失分区，即充填体强度分布不均匀的缺点。后者一般用于特殊的采矿方法中，采用人工直接进入采空区下料的方式。其优点在于能有效降低充填料浆的沉降离析风险，充填体整体强度分布均匀。但存在安全系数低等缺点，当底顶板以及矿岩稳定性差的情况下易发生安全事故。

矿山现有充填下料方式存在的如：充填料沉降、离析作用导致的充填体强度分布不均匀，人工充填作业安全性系数低等问题。充填体强度受浆体颗粒质量分数影响，粗颗粒质量分数越大，其单轴抗压强度越大；充填浆体在流动沉积过程中，颗粒分布不均匀导致其充填体强度分布不均匀；在流动方向上，充填体强度分布基本符合正太分布规律，离充填口距离越大，粗颗粒质量分数越小，细颗粒质量分数越大，其充填体强度越小；在沉积方向上，充填体强度呈线性变化规律，随高度增加，粗颗粒质量分数降低，细颗粒质量分数增加，其强度线性降低；在采空区充填区域同时存在强度增强和损失区域，强度损失区越小，充填体效果越好。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于采空区充填的均匀充填下料装置及其工作方法，解决上述现有技术存在的问题。

本发明采用以下方案实现：一种用于采空区充填的均匀充填下料装置，包括传送管路，传送管路的输出端位于采空区上方，所述传送管路的输出端向下，传送管路的输出端下转动连接有自动旋转搅拌装置。

进一步的，所述自动旋转搅拌装置包括连接器、旋转下料器，所述连接器的上端与传送管路的输出端连通，所述连旋转下料器的上端输入口与连接器的下端转动连接。

进一步的，所述旋转下料器的上端螺接有上托顶盘，所述上托顶盘包括安装套管A，安装套管A的下端螺接于旋转下料器上端，安装套管A的上端边缘朝内弯折，形成上环形托盘，所述连接器包括安装套管B，所述安装套管B上端与传送管路螺接，所述安装套管B的下端从环形托盘中部伸入安装套管A内，伸入端的边缘向外弯折，形成下环形托盘，上环形托盘与下环形托盘之间夹设有轴承。

进一步的，所述旋转下料器包括涡扇搅拌筒，所述涡扇搅拌筒的下部设置有下料缓冲漏斗，安装套管A的下端与涡扇搅拌筒的上端螺接，涡扇搅拌筒内设置有涡扇搅拌腔，下料缓冲漏斗内由上至下设置缓冲腔、螺旋出料隧道, 涡扇搅拌腔、缓冲腔、螺旋出料隧道依次连通。

进一步的，所述涡扇搅拌筒的内壁面上设置有若干涡扇叶片，涡扇叶片与涡扇搅拌筒的内壁面垂直并倾斜于水平方向，夹角为20°~60°。

进一步的，所述螺旋出料隧道内安装有螺旋绞龙，螺旋绞龙的绞龙叶片将螺旋出料隧道分隔成螺旋通道，所述螺旋绞龙中心设置有贯穿螺旋绞龙的出料小管，螺旋绞龙的输出端安装有角度可调的出料口。

一种用于采空区充填的均匀充填下料装置的工作方法：

首先，充填料浆经过传送管路依次进入安装套管B、安装套管A中，然后料浆落入涡扇搅拌腔内，冲击固定在涡扇搅拌腔壁面的涡扇叶片，料浆的势能与冲击能初步带动旋转下料器沿着推力轴承转动，实现浆料的再次搅拌效果，最后，搅拌后的浆料顺着下料缓冲漏斗分别进入螺旋通道与中心出料小管中，进入中心出料小管的料浆顺着管道流出，实现中心范围内的充填目的；进入螺旋绞龙出料隧道的料浆顺着螺旋通道下流，过程中推动着绞龙叶片的转动，进一步带动旋转下料器沿着推力轴承转动，最后通过出料口均匀洒入采空区。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：设计合理，通过对输入料浆的流速、黏度等因素的控制，进行周期性泵浆，以实现“由远及近，由线及面”的均匀充填效果，从而从出料方式入手改善了充填料浆的沉降离析现象，充填效果得到了保证。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的外部结构示意图；

图3为本发明实施例的出料口部位俯视示意图；

图4为本发明实施例的出料口结构示意图；

图5为本发明中心下料的工作示意图；

图6为本发明多点下料的工作示意图；

图7为本发明工作示意俯视图；

图8为本发明多点下料的工作示意俯视图。

图中：1-连接器，1a-安装套管B，1b、3c-螺栓，1c-下环形托盘，2-推力圆锥滚子轴承，3-下环形托盘，3a-上环形托盘，3b-安装套管A，4-旋转下料器，4a-涡扇搅拌筒，4b-涡扇叶片，4c-下料缓冲漏斗，4d-螺旋绞龙，4e-中心出料小管，4f-螺旋出料隧道，4g-伸缩管；5-出料口，5a-转轴，5b-出料通道管，5c-挡板，6-传送管路，7-管道支架，8-充填料浆，9-采空区，10-充填轨迹线。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1-8所示，本实施例提供了一种用于采空区充填的均匀充填下料装置，包括传送管路，传送管路应为耐磨抗压高的钢制管道，以满足本发明的固定与正常工作，传送管路通过管道支架7固定在采空区外，传送管路的输出端位于采空区9上方，所述传送管路的输出端向下，传送管路的输出端下转动连接有自动旋转搅拌装置。

在本实施例中，为了设计合理，所述自动旋转搅拌装置包括连接器1、旋转下料器4，所述连接器的上端与传送管路的输出端连通，所述旋转下料器的上端输入口与连接器的下端转动连接，本实施例中，通过浆料带动旋转下料器的旋转，实现浆料可以均匀填充在采空区上。

在本实施例中，为了实现连接器与旋转下料器之间的转动连接，所述旋转下料器的上端螺接有上托顶盘3，所述上托顶盘包括安装套管A3b，安装套管A的下端螺接于旋转下料器上端，安装套管A的上端边缘朝内弯折，形成上环形托盘3a，所述连接器包括安装套管B1a，所述安装套管B上端与传送管路螺接，同时可以通过横置现有的螺栓1b进行进一步的锁固，所述安装套管B的下端从环形托盘中部伸入安装套管A内，伸入端的边缘向外弯折，形成下环形托盘1c，上环形托盘与下环形托盘之间夹设有轴承，轴承可以是现有的推力圆锥滚子轴承2。

在本实施例中，为了设计合理，所述旋转下料器包括涡扇搅拌筒4a，所述涡扇搅拌筒的下部设置有下料缓冲漏斗4c，安装套管A的下端与涡扇搅拌筒的上端螺接，同时可以通过横置现有的螺栓3c进行进一步的锁固，涡扇搅拌筒内设置有涡扇搅拌腔，下料缓冲漏斗内由上至下设置缓冲腔、螺旋出料隧道4f, 涡扇搅拌腔、缓冲腔、螺旋出料隧道依次连通。

在本实施例中，为了实现旋转下料器的初步转动，所述涡扇搅拌筒的内壁面上设置有若干涡扇叶片4b，涡扇叶片与涡扇搅拌筒的内壁面垂直并倾斜于水平方向，夹角为20°~60°，料浆落入涡扇搅拌腔内，冲击固定在涡扇搅拌腔壁面的涡扇叶片，料浆的势能与冲击能初步带动旋转下料器沿着推力轴承转动。

在本实施例中，为了进一步实现旋转下料器的转动，所述螺旋出料隧道内安装有螺旋绞龙4d，螺旋绞龙的绞龙叶片将螺旋出料隧道分隔成螺旋通道，所述螺旋绞龙中心设置有贯穿螺旋绞龙的出料小管4e，螺旋绞龙的输出端安装有现有的角度可调的出料口5，当然不是角度可调的出料口也是可以的，出料口可以是包括出料通道管5b，出料通道管与螺旋通道的下端出口固连，出料通道管的输出口的左右两侧设置有挡板5c，两个挡板的底部之间通过转轴5a连接有底板，底板一端通过转轴转动连接于两个挡板上，另一端可以通过现有的螺栓或者卡块卡在挡板上，实现底板的可调，进而实新开口可调，当然也可是其他的可调开口，因为不是本装置的发明点，所以不在赘述。

在本实施例中，为了更好的配合实际，下料缓冲漏斗的输出管段即螺旋出料隧道段，可以上现有的伸缩管4g，螺旋绞龙安装于最内部的管内，伸缩管收缩不用时，可以是通过螺栓或者现有凹凸卡接结构配合固定，当然，也可以不设置伸缩管，直接加长螺旋出料隧道段的管段长度也是可以的，由于伸缩管不是本装置发明点，所以不多种赘述。

在本实施例中，如果采空区较大，可以通过多点的方式进行下料，具体方式见附图，可以是通过控制泵入浆料的速度来控制充填轨迹，进而实现目标充填效果，多点充填时可采用各设备差速充填的方式进行，减少因同时工作造成的互相干扰而导致的充填效果不佳等不良影响。，同时，可以是通过外加安装现有的电机在连接器上，用以直接驱动下料器旋转，传动方式可以是现有的多种传动方式。

一种用于采空区充填的均匀充填下料装置的工作方法：

首先，充填料浆8经过传送管路依次进入安装套管B、安装套管A中，然后料浆落入涡扇搅拌腔内，冲击固定在涡扇搅拌腔壁面的涡扇叶片，料浆的势能与冲击能初步带动旋转下料器沿着推力轴承转动，实现浆料的再次搅拌效果，最后，搅拌后的浆料顺着下料缓冲漏斗分别进入螺旋通道与中心出料小管中，进入中心出料小管的料浆顺着管道流出，实现中心范围内的充填目的；进入螺旋绞龙出料隧道的料浆顺着螺旋通道下流，过程中推动着绞龙叶片的转动，进一步带动旋转下料器沿着推力轴承转动，最后通过出料口均匀洒入采空区。

上述过程中，充填料浆对涡扇叶片、螺旋绞龙叶片的冲击力与料浆通过出料口对装置产生的反推力，最终作用于推力轴承实现整体结构的自转动，同时，进行周期性泵浆，实现转动速度的逐步增大或减少，进而实现填充轨迹螺旋向外填充。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系例如“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制，且上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。