高溫深井采空區充填料漿蓄冷輸送系統及方法與流程

本發明屬于高溫深井采空區充填技術領域，具體涉及一種高溫深井采空區充填料漿蓄冷輸送系統及方法。

背景技術：

隨著淺部資源逐漸減少和枯竭，開采深度越來越大，目前我國面臨深部開采的礦山占全國礦山總數的90％；深部開采面臨高地應力、高地溫、高滲透壓等諸多問題，導致開采難度加大、作業環境惡化、通風降溫和生產成本急劇增加，為深部資源開采提出了嚴峻挑戰；為實現安全生產，充填技術的應用在深部資源開發中必不可少，充填采礦法可以將地表堆積廢料回填到井下，處理空區，從而大大提高回采作業安全程度，提高深部資源回收率30％，且解決地表堆積廢料造成的環境污染，實現綠色開采；而解決礦井高溫問題也己迫在眉睫，充填對采區降溫方面有一定的幫助，充填可使采場原巖暴露面積大大減小，從而降低了原巖的散熱面積，因此可以降低原巖的熱量散發；同時充填體能有效的阻止風流滲漏，在一定程度上避免廢風串聯，從而提高風流的利用率，有效的降低坑內溫度；深井充填技術面臨諸多難題，膏體充填是未來一大主要方向，傳統的水力充填工藝，料漿濃度很難提高到70％以上，且通常需要對尾砂進行分級脫泥，其結果是充填尾砂的利用率低，充入采場后的充填體需脫水，脫水時會帶走充填料中的水泥，造成水泥流失，削弱充填體的強度，且造成井下嚴重污染，提高充填料漿的濃度是解決這類問題的關鍵，但由于受管道自流輸送的限制，要想進一步提高料漿濃度，必須借助適當的設備，實現膏體充填，膏體充填料漿具有不離析、不沉淀，且采場脫水量少、甚至不脫水，充填體強度增長迅速，充填質量好、效率高、成本低，改善井下作業環境等優點，是未來充填采礦技術發展的必然趨勢。

現有技術的礦井制冷降溫系統由制冷、輸冷、傳冷和排熱四個環節組成。由制冷站制出冷源(冰片或冷水等)，經專用的冷港凍水管輸送到采掘工作面的空冷器，同工作面的濕熱空氣進行熱交換，從而降低工作面的環境溫度、濕度，熱交換后的冷卻水將冷凝熱帶出工作面(如地面等)；該制冷降溫系統存在諸多缺點：系統復雜，裝機總功率大，能耗高；供冷管道長，系統冷量損耗較大，流化冰生產過程需加鹽，對輸冷管路、設備存在腐蝕作用；需在井筒中安裝大直徑的輸冷管道及對管道進行保溫處理；地面制冷車間占地面積大等。

未來深井開采必將面臨的兩大問題，即空區充填和礦井降溫，當前，膏體充填技術尚不完善，在料漿輸送上存在諸多問題，很難形成穩定的結構流；礦井降溫系統復雜，運行成本高，制冷效率較低。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種結構簡單、設計合理、實現方便、工作可靠性高的高溫深井采空區充填料漿蓄冷輸送系統。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種高溫深井采空區充填料漿蓄冷輸送系統，其特征在于：包括第一物料輸送機構、第二物料輸送機構、拌和機構、拌和后物料輸送管道和溫度總控制器，所述第一物料輸送機構包括用于盛放混合有冰塊的第一物料的第一物料倉、用于將混合有冰塊的第一物料輸送給拌和機構的料斗和連接在第一物料倉的物料出口處的第一物料輸送管道，所述第一物料輸送管道上連接有物料輸送開關閥、電磁流量計、電動夾管閥和手動夾管閥，所述料斗連接在第一物料輸送管道的端部；所述第二物料輸送機構包括第二物料倉和連接在第二物料倉的物料出口處的第二物料輸送管道，所述第二物料倉的物料出口上連接有閘板閥，所述第二物料輸送管道上連接有雙管螺旋給料機，所述第二物料輸送管道與料斗的底部連接；所述拌和機構包括雙軸攪拌機和高速攪拌機，所述雙軸攪拌機的物料入口與料斗的底部連接，所述高速攪拌機的物料入口與雙軸攪拌機的物料出口連接，所述拌和后物料輸送管道與高速攪拌機的物料出口連接，所述第一物料輸送管道和拌和后物料輸送管道均為分段式輸送套管，所述分段式輸送套管由多段套管組成，每段所述套管的夾層內均設置有多塊串聯的半導體加熱制冷片和多個用于對所述套管內的溫度進行實時檢測的溫度傳感器，每段所述套管的外壁上均設置有溫度分控制器，所述溫度分控制器包括第一微控制器模塊和為溫度分控制器中各用電模塊供電的供電電源，以及與第一微控制器模塊相接的第一數據存儲電路模塊和第一無線通信模塊，多個所述溫度傳感器的輸出端均與第一微控制器模塊的輸入端連接，所述第一微控制器模塊的輸出端接有用于接通或斷開供電電源與半導體加熱制冷片的開關控制電路模塊，所述開關控制電路模塊串聯在所述供電電源與半導體加熱制冷片之間；所述溫度總控制器包括第二微控制器模塊以及與第二微控制器模塊相接的第二數據存儲電路模塊、觸摸式液晶顯示屏和用于與第一無線通信模塊無線連接并通信的第二無線通信模塊。

上述的高溫深井采空區充填料漿蓄冷輸送系統，其特征在于：所述第一物料為尾砂，所述第一物料倉的側壁上設置有多根溢流管，每根所述溢流管上均設置有溢流閥；所述第二物料為水泥，所述第二物料倉的頂部連接有與散裝水泥罐車連接的水泥輸送管。

上述的高溫深井采空區充填料漿蓄冷輸送系統，其特征在于：所述第一微控制器模塊為單片機ATmega48，所述單片機ATmega48的第4引腳、第6引腳和第18引腳均與供電電源的5V電壓輸出端連接，所述單片機ATmega48的第3引腳、第5引腳和第21引腳均接地，所述單片機ATmega48的第20引腳通過并聯的非極性電容C1和非極性電容C4接地；所述晶振電路由晶振Y1以及非極性電容C2和非極性電容C3組成，所述晶振Y1的一端和非極性電容C2的一端均與所述單片機ATmega48的第7引腳相接，所述晶振Y1的另一端和非極性電容C3的一端均與所述單片機ATmega48的第8引腳相接，所述非極性電容C2的另一端和非極性電容C3的另一端均接地；所述復位電路由電阻R1和非極性電容C5組成，所述電阻R1的一端和非極性電容C5的一端均與所述單片機ATmega48的第29引腳相接，所述電阻R1的另一端與供電電源的5V電壓輸出端連接，所述非極性電容C5的另一端接地。

上述的高溫深井采空區充填料漿蓄冷輸送系統，其特征在于：所述溫度傳感器為數字式溫度傳感器DS18B20。

上述的高溫深井采空區充填料漿蓄冷輸送系統，其特征在于：所述開關控制電路模塊包括運算放大器芯片LM324、三極管Q1、肖特基二極管D1、肖特基二極管D2、繼電器K1、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、穩壓二極管D3和穩壓二極管D4，所述電阻R3和電阻R4串聯構成參考電壓產生電路，串聯后的電阻R3和電阻R4的一端與供電電源的5V電壓輸出端連接，串聯后的電阻R3和電阻R4的另一端接地；所述運算放大器芯片LM324的第3引腳與電阻R3和電阻R4的連接端連接，所述運算放大器芯片LM324的第2引腳與所述單片機ATmega48的第13引腳連接，所述運算放大器芯片LM324的輸出端通過電阻R2與三極管Q1的基極連接，所述三極管Q1的集電極與肖特基二極管D1的陽極、肖特基二極管D2的陽極、電阻R5的一端、穩壓二極管D3的陰極和穩壓二極管D4的陰極連接，所述電阻R5的另一端通過并聯的電阻R6和非極性電容C12接地，所述肖特基二極管D1的陰極和肖特基二極管D2的陰極均與供電電源的5V電壓輸出端連接，所述穩壓二極管D3的陽極和穩壓二極管D4的陽極均接地，所述繼電器K1的線圈的一端與供電電源的5V電壓輸出端連接，所述繼電器K1的線圈的另一端與三極管Q1的集電極連接，所述繼電器K1的常開觸點與供電電源的24V電壓輸出端連接，所述繼電器K1的公共觸點為開關控制電路模塊的輸出端且與半導體加熱制冷片連接。

上述的高溫深井采空區充填料漿蓄冷輸送系統，其特征在于：所述肖特基二極管D1和肖特基二極管D2的型號均為IN5819。

上述的高溫深井采空區充填料漿蓄冷輸送系統，其特征在于：所述第二微控制器模塊為ARM微控制器LPC2131。

上述的高溫深井采空區充填料漿蓄冷輸送系統，其特征在于：所述第一數據存儲電路模塊和第二數據存儲電路模塊均為Flash數據存儲模塊。

上述的高溫深井采空區充填料漿蓄冷輸送系統，其特征在于：所述第一無線通信模塊和第二無線通信模塊均為ZigBee無線通信模塊。

本發明還公開了一種方法步驟簡單、實現方便的高溫深井采空區充填用充填料漿蓄冷輸送方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、在第一物料倉內裝入冰塊和第一物料，并在第二物料倉內裝入第二物料；

步驟二、打開物料輸送開關閥、電動夾管閥和手動夾管閥，第一物料倉內的混合有冰塊的第一物料通過第一物料輸送管道輸送到料斗中；同時，打開閘板閥，第二物料倉內的第二物料通過第二物料輸送管道輸送到料斗的底部；在雙管螺旋給料機的作用下，混合有冰塊的第一物料和第二物料經料斗進入雙軸攪拌機；其中，混合有冰塊的第一物料通過第一物料輸送管道輸送到料斗中的過程中，第一微控制器模塊通過開關控制電路模塊控制半導體加熱制冷片制冷，使溫度滿足實際需求；

步驟三、混合有冰塊的第一物料和第二物料經雙軸攪拌機和高速攪拌機攪拌后，通過第二物料輸送管道輸送到采空區，進行充填；其中，物料通過第二物料輸送管道輸送到采空區的過程中，第一微控制器模塊通過開關控制電路模塊控制半導體加熱制冷片制冷，使溫度滿足實際需求。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

1、本發明的高溫深井采空區充填料漿蓄冷輸送系統，通過在第一物料中混入冰塊，并在整個充填料漿輸送過程中，采用分段式輸送套管進行溫度調節，結構簡單，設計合理，實現方便。

2、本發明高溫深井采空區充填料漿蓄冷輸送系統的智能化程度高，使用操作方便。

3、本發明高溫深井采空區充填料漿蓄冷輸送系統的工作可靠性高，能夠使得充填材料具有經濟性、穩定性、流動性、可泵性和良好的降溫性能。

4、本發明高溫深井采空區充填用充填料漿蓄冷輸送方法的方法步驟簡單，實現方便，通過溫度分控制器和溫度總控制器，能夠對充填料漿輸送的溫度進行實時控制和調節，使輸送溫度滿足要求。

5、本發明的實用性強，使用效果好，便于推廣使用。

綜上所述，本發明的設計合理，實現方便，使用操作方便，工作可靠性高，能夠使輸送的充填料漿溫度滿足要求，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。

下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

附圖說明

圖1為本發明高溫深井采空區充填用充填料漿蓄冷輸送的結構示意圖。

圖2為本發明每段套管的結構示意圖。

圖3為本發明溫度分控制器和溫度總控制器的電路連接關系示意圖。

圖4為本發明第一微控制器模塊的電路原理圖。

圖5為本發明開關控制電路模塊的電路原理圖。

圖6為本發明第二微控制器模塊的電路原理圖。

附圖標記說明：

1-第一物料倉； 2-第一物料輸送管道； 3-料斗；

4-電磁流量計； 5-電動夾管閥； 6-手動夾管閥；

7-二物料倉； 8-第二物料輸送管道； 9-閘板閥；

10-雙軸攪拌機； 11-高速攪拌機； 12-拌和后物料輸送管道；

13-半導體加熱制冷片； 14-溫度分控制器； 14-1-第一微控制器模塊；

14-2-供電電源； 14-3-第一數據存儲電路模塊；

14-4-第一無線通信模塊； 14-5-開關控制電路模塊；

15-溫度總控制器； 15-1-第二微控制器模塊；

15-2-第二數據存儲電路模塊； 15-3-觸摸式液晶顯示屏；

15-4-第二無線通信模塊； 16-溢流管； 17-溢流閥；

18-散裝水泥罐車； 19-水泥輸送管； 20-雙管螺旋給料機；

21-物料輸送開關閥； 22-溫度傳感器。

具體實施方式

如圖1所示，本發明的高溫深井采空區充填料漿蓄冷輸送系統，包括第一物料輸送機構、第二物料輸送機構、拌和機構、拌和后物料輸送管道12和溫度總控制器15，所述第一物料輸送機構包括用于盛放混合有冰塊的第一物料的第一物料倉1、用于將混合有冰塊的第一物料輸送給拌和機構的料斗3和連接在第一物料倉1的物料出口處的第一物料輸送管道2，所述第一物料輸送管道2上連接有物料輸送開關閥21、電磁流量計4、電動夾管閥5和手動夾管閥6，所述料斗3連接在第一物料輸送管道2的端部；所述第二物料輸送機構包括第二物料倉7和連接在第二物料倉7的物料出口處的第二物料輸送管道8，所述第二物料倉7的物料出口上連接有閘板閥9，所述第二物料輸送管道8上連接有雙管螺旋給料機20，所述第二物料輸送管道8與料斗3的底部連接；所述拌和機構包括雙軸攪拌機10和高速攪拌機11，所述雙軸攪拌機10的物料入口與料斗3的底部連接，所述高速攪拌機11的物料入口與雙軸攪拌機10的物料出口連接，所述拌和后物料輸送管道12與高速攪拌機11的物料出口連接，所述第一物料輸送管道2和拌和后物料輸送管道12均為分段式輸送套管，所述分段式輸送套管由多段套管組成，結合圖2，每段所述套管的夾層內均設置有多塊串聯的半導體加熱制冷片13和多個用于對所述套管內的溫度進行實時檢測的溫度傳感器22，每段所述套管的外壁上均設置有溫度分控制器14，結合圖3，所述溫度分控制器14包括第一微控制器模塊14-1和為溫度分控制器14中各用電模塊供電的供電電源14-2，以及與第一微控制器模塊14-1相接的第一數據存儲電路模塊14-3和第一無線通信模塊14-4，多個所述溫度傳感器22的輸出端均與第一微控制器模塊14-1的輸入端連接，所述第一微控制器模塊14-1的輸出端接有用于接通或斷開供電電源14-2與半導體加熱制冷片13的開關控制電路模塊14-5，所述開關控制電路模塊14-5串聯在所述供電電源14-2與半導體加熱制冷片13之間；所述溫度總控制器15包括第二微控制器模塊15-1以及與第二微控制器模塊15-1相接的第二數據存儲電路模塊15-2、觸摸式液晶顯示屏15-3和用于與第一無線通信模塊14-4無線連接并通信的第二無線通信模塊15-4。

如圖1所示，本實施例中，所述第一物料為尾砂，所述第一物料倉1的側壁上設置有多根溢流管16，每根所述溢流管16上均設置有溢流閥17；所述第二物料為水泥，所述第二物料倉7的頂部連接有與散裝水泥罐車18連接的水泥輸送管19。

如圖4所示，本實施例中，所述第一微控制器模塊14-1為單片機ATmega48，所述單片機ATmega48的第4引腳、第6引腳和第18引腳均與供電電源14-2的5V電壓輸出端連接，所述單片機ATmega48的第3引腳、第5引腳和第21引腳均接地，所述單片機ATmega48的第20引腳通過并聯的非極性電容C1和非極性電容C4接地；所述晶振電路由晶振Y1以及非極性電容C2和非極性電容C3組成，所述晶振Y1的一端和非極性電容C2的一端均與所述單片機ATmega48的第7引腳相接，所述晶振Y1的另一端和非極性電容C3的一端均與所述單片機ATmega48的第8引腳相接，所述非極性電容C2的另一端和非極性電容C3的另一端均接地；所述復位電路由電阻R1和非極性電容C5組成，所述電阻R1的一端和非極性電容C5的一端均與所述單片機ATmega48的第29引腳相接，所述電阻R1的另一端與供電電源14-2的5V電壓輸出端連接，所述非極性電容C5的另一端接地。

本實施例中，所述溫度傳感器14-5為數字式溫度傳感器DS18B20。

如圖5所示，本實施例中，所述開關控制電路模塊14-5包括運算放大器芯片LM324、三極管Q1、肖特基二極管D1、肖特基二極管D2、繼電器K1、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、穩壓二極管D3和穩壓二極管D4，所述電阻R3和電阻R4串聯構成參考電壓產生電路，串聯后的電阻R3和電阻R4的一端與供電電源14-2的5V電壓輸出端連接，串聯后的電阻R3和電阻R4的另一端接地；所述運算放大器芯片LM324的第3引腳與電阻R3和電阻R4的連接端連接，所述運算放大器芯片LM324的第2引腳與所述單片機ATmega48的第13引腳連接，所述運算放大器芯片LM324的輸出端通過電阻R2與三極管Q1的基極連接，所述三極管Q1的集電極與肖特基二極管D1的陽極、肖特基二極管D2的陽極、電阻R5的一端、穩壓二極管D3的陰極和穩壓二極管D4的陰極連接，所述電阻R5的另一端通過并聯的電阻R6和非極性電容C12接地，所述肖特基二極管D1的陰極和肖特基二極管D2的陰極均與供電電源14-2的5V電壓輸出端連接，所述穩壓二極管D3的陽極和穩壓二極管D4的陽極均接地，所述繼電器K1的線圈的一端與供電電源14-2的5V電壓輸出端連接，所述繼電器K1的線圈的另一端與三極管Q1的集電極連接，所述繼電器K1的常開觸點與供電電源14-2的24V電壓輸出端連接，所述繼電器K1的公共觸點為開關控制電路模塊14-5的輸出端且與半導體加熱制冷片13連接。

本實施例中，所述肖特基二極管D1和肖特基二極管D2的型號均為IN5819。

如圖6所示，本實施例中，所述第二微控制器模塊15-1為ARM微控制器LPC2131。

本實施例中，所述第一數據存儲電路模塊14-3和第二數據存儲電路模塊15-2均為Flash數據存儲模塊。

本實施例中，所述第一無線通信模塊14-4和第二無線通信模塊15-4均為ZigBee無線通信模塊。

本發明的高溫深井采空區充填料漿蓄冷輸送方法，包括以下步驟：

步驟一、在第一物料倉1內裝入冰塊和第一物料，并在第二物料倉7內裝入第二物料；

步驟二、打開物料輸送開關閥21、電動夾管閥5和手動夾管閥6，第一物料倉1內的混合有冰塊的第一物料通過第一物料輸送管道2輸送到料斗3中；同時，打開閘板閥9，第二物料倉7內的第二物料通過第二物料輸送管道8輸送到料斗3的底部；在雙管螺旋給料機20的作用下，混合有冰塊的第一物料和第二物料經料斗3進入雙軸攪拌機10；其中，混合有冰塊的第一物料通過第一物料輸送管道2輸送到料斗3中的過程中，第一微控制器模塊14-1通過開關控制電路模塊14-5控制半導體加熱制冷片13制冷，使溫度滿足實際需求；

步驟三、混合有冰塊的第一物料和第二物料經雙軸攪拌機10和高速攪拌機11攪拌后，通過第二物料輸送管道8輸送到采空區，進行充填；其中，物料通過第二物料輸送管道8輸送到采空區的過程中，第一微控制器模塊14-1通過開關控制電路模塊14-5控制半導體加熱制冷片13制冷，使溫度滿足實際需求。

綜上所述，本發明通過在第一物料中混入冰塊，并在整個充填料漿輸送過程中，采用分段式輸送套管進行溫度調節，能夠保證充填料漿的溫度滿足實際使用需求。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。