一种洞内洞碴加工拌合一体化系统及方法

技术领域

本发明涉及工程砂石骨料加工领域，尤其涉及一种洞内洞碴加工拌合一体化系统及方法。

背景技术

混凝土是隧道衬砌施工中必不可少的工程材料。现阶段掘进机工法隧道施工技术中，混凝土加工的步骤一般为：先将隧道洞碴通过连续出渣皮带机或者轨道机车从洞内运输至洞外，经过洞外的破碎筛分系统加工成成品骨料，再将成品骨料和水泥、粉煤灰等输送至混凝土拌和站，拌和站加工出所需混凝土通过混凝土运输车等设备运输至洞内，再进行二次衬砌等作业。外破碎筛分及混凝土制备系统的优点是洞外空间较大，交叉作业少，各工序互不影响，但占地面积大，洞碴原材料及成品混凝土运输需要耗费大量的时间及能源成本。

掘进机和砼衬砌台车均需要随着隧道的掘进和衬砌作业而移动，洞内破碎筛分及混凝土制备系统也需要随着隧道掘进而移动，专利申请CN113681725A提供了一种掘进机后辍移动式砂石拌和与衬砌成套系统，其优点是整个系统可跟随掘进机掘进机同步运动，随动性较好。但是系统无法自行走，需掘进机拖动，系统工艺对于掘进机隧道洞碴匹配性较差，且工艺制备的成品骨料质量欠佳。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明一种洞内洞碴加工拌合一体化系统及方法，其解决了整体系统移动性差及成品骨料质量欠佳的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明提供一种洞内洞碴加工拌合一体化系统，包括破碎筛分系统、混凝土制备系统和辅助系统；破碎筛分系统用于对物料有效破碎，增加物料的比表面积，以及对物料进一步的筛分分级、进行清洗脱水回收，提高细砂的质量和产量；混凝土制备系统用于将组成材料拌制成混凝土；辅助系统用于对污水的回收处理，降低污泥含水量，提高水利用率，将污水的固态和液体物质分离出来，降低水污染。

可选地，一体化系统还包括支撑系统；破碎筛分系统、混凝土制备系统和辅助系统位于支撑系统上端；支撑系统包括一体化底座，一体化底座设有多节，每节之间通过铰链连接；一体化底座包括支撑立柱、设备安装平台、检修平台和驱动轮，一体化底座下部设有多个支撑立柱，支撑立柱下端与驱动轮连接，驱动轮包括从动轮和主动轮，驱动电机与主动轮驱动连接，检修平台和设备安装平台位于一体化底座上端左右设置。

可选地，一体化系统位于掘进机和砼衬砌台车之间，掘进机末端连接掘进机连续出渣皮带机，一体化系统布置在掘进机连续出渣皮带机侧方。

可选地，破碎筛分系统包括一级破碎机、二级破碎机、一级振动筛分机、二级振动筛分机和洗砂回收设备；破碎筛分系统中一级破碎机采用反击式破碎机，二级破碎机采用立轴式冲击破碎机，一级振动筛分机、二级振动筛分机采用水平振动筛；一级破碎机通过液压装置调节排料口大小，调整出料粒径；二级破碎机通过调节转子转速调节出砂率和成品料比例；一级振动筛分机和二级振动筛分机均设置筛上喷淋水洗系统，用于冲洗碎石和砂中夹杂的石粉杂质。

可选地，混凝土制备系统包括配料仓、搅拌设备、螺旋机组和粉罐；辅助系统包括污水箱、清水箱、浓缩罐、加药装置、压滤机和第一电机泵、第二电机泵和第三电机泵；配料仓设置刮料机、料位传感器和计量传感器，骨料通过计量传感器按比例输送至搅拌设备中，过多骨料通过刮料机将多余物料送至皮带输送机上，然后通过掘进机出渣皮带机送至洞外。

可选地，一级破碎机、二级破碎机、一级振动筛分机和二级振动筛分机之间连接的皮带机为有倾角波纹挡边皮带机，缩短一体化系统总体长度，倾角根据设备的高度差确定。

可选地，掘进机连续出渣皮带机上端设置取料器，取料器与溜槽连接，物料通过取料器和溜槽经过皮带机输送至一级振动筛分机，取料器上设置推杆。

可选地，物料进入一级振动筛分机，一级振动筛分机安装有三层筛网，一级振动筛分机第一层筛网和第二层筛网筛上物通过皮带机输送至一级破碎机的进料口，在一级破碎机中进行破碎；

在一级破碎机破碎后的物料通过皮带机与一级振动筛分机的进料口，物料进行重新筛分；

一级振动筛分机第三层筛网筛上物通过皮带机输送至二级破碎机的进料口，进行再次破碎；

一级振动筛分机筛下物的出料口通过渣浆泵输送至洗砂回收设备，用于对细砂水洗回收；

二级破碎机的出料口通过皮带机与二级振动筛分机的进料口相连，进行再次筛分；

二级振动筛分机安装三层筛网，二级振动筛分机第一层筛网筛上物通过皮带机输送至二级破碎机，物料经过破碎后流向二级振动筛分机；

二级振动筛分机第二层和第三层筛网筛上物分流，一部分进入二级破碎机返料，另一部分通过皮带机进入配料仓，提供混凝土骨料中砂石组分；

二级振动筛分机筛下物通过溜槽连接洗砂回收设备，用于对细砂水洗回收；

洗砂回收设备的出料口通过皮带机与配料仓相连，提供混凝土骨料中细砂组分；

配料仓的出料口通过皮带机与搅拌设备相连，粉罐通过螺旋机组与搅拌设备相连。

可选地，洗砂回收设备产生的洗砂污水通过第三电机泵及管路输送至污水箱，污水箱通过污水渣浆泵与浓缩罐相连，加药装置经过第一电机泵进入浓缩罐，浓缩罐通过第二电机泵及管路连接压滤机，压滤机出口通过皮带机输送至轨道小车送至洞外；浓缩罐和压滤机产生的清水通过管路进入清水箱，清水箱的出口与一级振动筛分机和二级振动筛分机上设置的筛上喷淋水洗系统相连，为喷水系统提供水源。

第二方面，本发明提供一种洞内洞碴加工拌合一体化系统的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

S1、掘进机连续出渣皮带机运输来的洞碴通过取料器和溜槽经过皮带机输送至一级振动筛分机；

S2、一级振动筛分机筛分完的大料输送至一级破碎机破碎，一级破碎机破碎完的物料再次进入一级振动筛分机，一级振动筛分机筛分完的中料进入二级破碎机破碎，一级振动筛分机筛分完的细料进入洗砂回收设备，用于对水中的细颗粒回收，保证机制砂级配和细度模数达标；

S3、二级破碎机破碎完的物料进入二级振动筛分机，二级振动筛分机筛分完的大料进入二级破碎机再次破碎，二级振动筛分机筛分完的较大料及中料进入配料仓，细料进入洗砂回收设备处理，用于对水中的细颗粒回收，保证机制砂级配和细度模数达标，处理完之后进入配料仓；

S4、配料仓中的骨料通过计量传感器按比例输送至搅拌设备中，配料仓中多余的骨料可以通过皮带机输送至掘进机连续出渣皮带机送至洞外；同时粉罐中的水泥和粉煤灰计量后通过螺旋机组输送至搅拌设备中，经过拌和制备成混凝土；

S5、洗砂污水输送至辅助系统中的污水箱，通过污水渣浆泵抽至浓缩罐，配料经过加药装置经过第一电机泵进入浓缩罐中，经过浓缩沉淀处理后的泥浆进入压滤机，压滤处理产生的泥饼通过皮带机输送至轨道小车送至洞外，浓缩罐和压滤机产生的清水进入清水箱循环利用。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明的一种洞内洞碴加工拌合一体化系统及方法，包括破碎筛分系统、混凝土制备系统、辅助系统；兼顾掘进机洞碴破碎筛分、混凝土制备与污水处理功能；配套动力系统保证一体化系统既可以跟随掘进机移动，也可以和砼衬砌台车保持同步作业，增加了系统布置的灵活性。

通过设置取料器按需取料，根据后端衬砌系统所需混凝土方量调整进入一体化系统的洞碴原材料量，降低系统负荷率，节约生产成本。

根据掘进机洞碴的特点，采用先筛后破，加水冲洗，湿法制砂的工艺，优化了工艺流程，进而降低选粉要求、保障了成品骨料质量；

方案配套污水处理系统，对洗砂污水进行回收处理，达到循环利用的效果，使系统达到对外零排放的指标，系统更加绿色环保。

附图说明

图1为本发明实施例的工艺流程图；

图2为本发明实施例的支撑系统结构示意图；

图3为本发明实施例的一级破碎机示意图；

图4为本发明实施例的配料仓布置断面示意图；

图5为本发明实施例的系统分布图。

附图标记说明

1：碎筛分系统；11：取料器；111：溜槽；12：一级破碎机；13：一级振动筛分机；14：二级破碎机；15：二级振动筛分机；16：洗砂回收设备；101：渣浆泵；2：混凝土制备系统；21：配料仓；23：搅拌设备；24：螺旋机组；25：粉罐；201：计量传感器；202：刮料机；203：料位传感器；3：辅助系统；31：污水箱；32：清水箱；33：浓缩罐；34：加药装置；35：压滤机；36：第一电机泵；37：第二电机泵；38：第三电机泵；301：污水渣浆泵；41：掘进机连续出渣皮带机；42：掘进机；43：砼衬砌台车；5：支撑系统；51：支撑立柱；52：设备安装平台；53：检修平台；54：主动轮；55：从动轮。

具体实施方式

本发明实施例提出的一种洞内洞碴加工拌合一体化系统，包含破碎筛分系统、混凝土制备系统、辅助系统和支撑系统，一体化系统位于掘进机和和砼衬砌台车之间，可以与砼衬砌台车保持同步作业，增加了系统布置的灵活性；工艺采用先筛后破，加水冲洗，湿法制砂的工艺，进而降低选粉要求同时保障了成品骨料质量，一体化系统设置在隧道内实现隧道内的资源循环利用，减少渣料和混凝土的运输距离。

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例一

如图1和图5所示，本发明提供的一种洞内洞碴加工拌合一体化系统，一体化系统包括破碎筛分系统1、混凝土制备系统2和辅助系统3。

破碎筛分系统1用于对物料有效破碎，增加物料的比表面积，以及对物料进一步的筛分分级、进行清洗脱水回收，提高细砂的质量和产量。

混凝土制备系统2用于将组成材料拌制成质地均匀、具备一定流动性的混凝土。

辅助系统3用于对污水的回收处理，降低污泥含水量，提高水利用率，将污水的固态和液体物质分离出来，降低水污染。

如图2和图5所示，一体化系统包括支撑系统5，破碎筛分系统1、混凝土制备系统2和辅助系统3位于支撑系统5上端，可以随着支撑系统5的移动实现移动作业。

支撑系统5包括一体化底座，一体化底座设有多节，每节之间通过铰链连接，以满足隧道内转弯要求。

一体化底座包括支撑立柱51、设备安装平台52、检修平台53和驱动轮。一体化底座下部设有多个支撑立柱51，支撑立柱51下端与驱动轮连接，驱动轮包括从动轮55和主动轮54，驱动电机与主动轮54驱动连接，其中主动轮54可以为底座行走提供动力。检修平台53和设备安装平台52位于一体化底座上端左右设置，检修平台53可以为系统检修提供专门通道。

如图5所示，一体化系统位于掘进机42和砼衬砌台车43之间，掘进机42末端连接掘进机连续出渣皮带机41，一体化系统布置在掘进机连续出渣皮带机41侧方。

具体的，本发明的掘进机为TBM掘进机，TBM(TunnelBoringMachine)，全断面硬岩隧道掘进机，砼衬砌台车43为二衬台车。破碎筛分系统1、混凝土制备系统2和辅助系统3可设置多组皮带输送机和滑溜槽。

砼衬砌台车43位于掘进机后方，主要是在隧道一周布置钢筋网，然后利用砼衬砌台车43封模，同时浇筑混凝土，最终在隧道一周形成一个整体钢筋混凝土结构，起到承担上部应力、同时又为下部通行留下足够空间。掘进机和砼衬砌台车43均需要随着隧道的掘进和衬砌作业而移动，洞内破碎筛分及混凝土制备系统也需要随着隧道掘进而移动。

在本实施例中，破碎筛分系统1包括一级破碎机12、二级破碎机14、一级振动筛分机13、二级振动筛分机15和洗砂回收设备16。

破碎筛分系统1中一级破碎机12采用反击式破碎机，二级破碎机14采用立轴式冲击破碎机，一级振动筛分机13、二级振动筛分机15采用水平振动筛。

一级破碎机12通过液压装置调节排料口大小，调整出料粒径。二级破碎机14通过调节转子转速调节出砂率和成品料比例。

一级振动筛分机13和二级振动筛分机15均设置筛上喷淋水洗系统，用于冲洗碎石和砂中夹杂的石粉杂质。

二级振动筛分机15和配料仓21之间设置洗砂回收设备16，一级振动筛分机13和二级振动筛分机15筛下砂水混合物均进入洗砂回收设备16，用于对水中的细颗粒回收，保证机制砂级配和细度模数达标，进而提高了产品质量稳定性。

具体的，一级破碎机12、二级破碎机14、一级振动筛分机13和二级振动筛分机15之间连接的皮带机为有倾角波纹挡边皮带机，缩短一体化系统总体长度，倾角根据设备的高度差确定。

如图1和图4所示，混凝土制备系统2包括配料仓21、搅拌设备23、螺旋机组24和粉罐25。辅助系统3包括污水箱31、清水箱32、浓缩罐33、加药装置34、压滤机35、第一电机泵36、第二电机泵37和第三电机泵38。

具体的，配料仓21设置刮料机202、料位传感器203和计量传感器201，骨料通过计量传感器201按比例输送至搅拌设备23中，过多骨料通过刮料机202将多余物料送至皮带输送机上，然后通过掘进机出渣皮带机41送至洞外。

如图3所示，掘进机连续出渣皮带机41上端设置取料器11，取料器11与溜槽111连接，物料通过取料器11和溜槽111经过皮带机输送至一级振动筛分机13，取料器11上设置推杆112。通过推杆112的伸缩控制取料方量，取料器11可以跟随一体化系统同步移动。

如图1所示，物料进入一级振动筛分机13，一级振动筛分机13安装有三层筛网，一级振动筛分机13第一层筛网和第二层筛网筛上物通过皮带机输送至一级破碎机12的进料口，在一级破碎机12中进行破碎。

在一级破碎机12破碎后的物料通过皮带机与一级振动筛分机13的进料口相连，物料进行重新筛分。

一级振动筛分机13第三层筛网筛上物通过皮带机输送至二级破碎机14的进料口相连，进行再次破碎。

一级振动筛分机13筛下物的出料口通过渣浆泵101输送至洗砂回收设备16，用于对细砂水洗回收。

二级破碎机14的出料口通过皮带机与二级振动筛分机15的进料口相连，进行再次筛分。

二级振动筛分机15安装三层筛网，二级振动筛分机15第一层筛网筛上物通过皮带机输送至二级破碎机14相连，物料经过破碎后流向二级振动筛分机15。

二级振动筛分机15第二层和第三层筛网筛上物分流，一部分进入二级破碎机14返料，另一部分通过皮带机进入配料仓21，提供混凝土骨料中砂石组分。

二级振动筛分机15筛下物通过溜槽连接洗砂回收设备16，用于对细砂水洗回收。

洗砂回收设备16的出料口通过皮带机与配料仓21相连，提供混凝土骨料中细砂组分。

配料仓21的出料口通过皮带机与搅拌设备23相连，粉罐25通过螺旋机组24与搅拌设备23相连。

洗砂回收设备16产生的洗砂污水通过第三电机泵38及管路输送至污水箱31，污水箱31通过污水渣浆泵301与浓缩罐33相连，加药装置34经过第一电机泵36进入浓缩罐33，浓缩罐33通过第二电机泵37及管路连接压滤机35，压滤机35出口通过皮带机输送至轨道小车送至洞外。

浓缩罐33和压滤机35产生的清水通过管路进入清水箱32，清水箱32的出口与一级振动筛分机13和二级振动筛分机15上设置的筛上喷淋水洗系统相连，为喷水系统提供水源。

各工序互不影响，省掉洞碴原材料及成品混凝土运输需要耗费大量的时间及能源成本，一体化系统原材料来源于掘进过程中的洞碴。

掘进机出渣皮带机41的末端是直接到洞外，通过取料器进入系统的只是一部分，需要多少取多少，还有一部分直接输送到洞外。

实施例二

本实施例提供了利用实施例一中洞内洞碴加工拌合一体化系统的方法，主要包括以下步骤：

S1、掘进机连续出渣皮带机41运输来的洞碴通过取料器11和溜槽111经过皮带机输送至一级振动筛分机13；

S2、一级振动筛分机13筛分完的大料输送至一级破碎机破碎12，一级破碎机12破碎完的物料再次进入一级振动筛分机13，一级振动筛分机13筛分完的中料进入二级破碎机破碎14，一级振动筛分机13筛分完的细料进入洗砂回收设备16，用于对水中的细颗粒回收，保证机制砂级配和细度模数达标；

S3、二级破碎机14破碎完的物料进入二级振动筛分机15，二级振动筛分机15筛分完的大料进入二级破碎机14再次破碎，二级振动筛分机15筛分完的较大料及中料进入配料仓21，细料进入洗砂回收设备16处理，用于对水中的细颗粒回收，保证机制砂级配和细度模数达标，处理完之后进入配料仓21。其中，较大料粒径为20-40mm，中料粒径为5-20mm，细料粒径为0-5mm；

S4、配料仓21中的骨料通过计量传感器201按比例输送至搅拌设备23中，配料仓21中多余的骨料可以通过皮带机输送至掘进机连续出渣皮带机41送至洞外；同时粉罐25中的水泥和粉煤灰计量后通过螺旋机组24输送至搅拌设备23中，经过拌和制备成混凝土；

S5、洗砂污水输送至辅助系统3中的污水箱31，通过污水渣浆泵301抽至浓缩罐33，配料经过加药装置34经过第一电机泵36进入浓缩罐33中，经过浓缩沉淀处理后的泥浆进入压滤机35，压滤处理产生的泥饼通过皮带机输送至轨道小车送至洞外，浓缩罐33和压滤机35产生的清水进入清水箱32，清水箱内的水为一级振动筛分机13和二级振动筛分机15上设置的筛上喷淋水洗系统提供水源，实现水循环利用，泥饼带走一部分水分，需要外界补充水分来维持平衡。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。