一种低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置及均质泵送方法

1.本发明涉及矿山充填料浆泵送装置，尤其涉及一种低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置及均质泵送方法。


背景技术：

2.充填技术因其对矿山固体废弃物高效利用、消除尾矿库、治理采空区的独特优势在采矿领域被普遍应用，而充填料浆的管道运输是充填采矿的关键技术之一。充填料浆多通过泵压或自流输送的方式运送至采场实现采空区充填。但由于充填料浆主要由全尾砂、矿山废石、水泥、添加剂和水等多种复杂材料组成，具有粒级分布广、固体含量高、颗粒表面化学作用强的特点，长距离的管道输送会使料浆在重力作用下出现沉降离析现象，进而引发堵管爆管等一系列问题，严重阻碍矿山生产。因此如何减少堵管爆管事件的发生对矿山高效生产具有重大意义。
3.传统泵在泵送料浆时为连续工作，功率高，能耗大，无法产生间断扰动料浆的效果。


技术实现要素：

4.本发明针对当前矿山充填料浆的传统泵在泵送料浆时为连续工作，功率高，能耗大，无法产生间断扰动料浆的问题，提出一种低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置及均质泵送方法，该装置利用机械结构产生低频高能脉冲使沉降离析的充填料浆重新恢复均质，防止料浆内不同粒级的颗粒进一步沉降堵塞管道；本发明可克服长距离的料浆管道输送使料浆在重力作用下出现沉降离析现象，进而引发堵管爆管等问题。
5.一种低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置，包括主管构件1、支管构件2和脉冲泵构件3，主管构件1布设在料浆运输管道上，支管构件2包括入料支管201、出料支管202和泵送支管205，入料支管201的进料端与主管构件1连通，出料支管202的出料端与主管构件1连通，入料支管201的进料端位于出料支管202的出料端上游，入料支管201的出料端和出料支管202的进料端均通过泵送支管205与脉冲泵构件3连通。
6.所述入料支管201、出料支管202和泵送支管205为互相连通的“y”型结构，泵送支管205与主管构件1平行。
7.优选的，所述入料支管201与主管构件1的夹角为40～50
°
，出料支管202与主管构件1的夹角为25～35
°
。
8.优选的，所述主管101直径为dn50～dn150 mm。
9.优选的，所述入料支管201、出料支管202和泵送支管205直径为dn50～dn100 mm，且入料支管201、出料支管202和泵送支管205直径小于所述主管101的直径。
10.所述入料支管201内设置有挡块a和单向挡板a203，单向挡板a203通过转动轴a设置在入料支管201的内壁，单向挡板a203绕转动轴a转动，挡块a固定设置在转动轴a对应的入料支管201的另一侧内壁，挡块a位于单向挡板a203的自由端上游；出料支管202内设置有
挡块b和单向挡板b204，单向挡板b204通过转动轴b设置在出料支管202的内壁，单向挡板b204绕转动轴b转动，挡块b固定设置在转动轴b对应的出料支管202的另一侧内壁，挡块b位于单向挡板b204的自由端上游。
11.单向挡板a203和单向挡板b204可以有效防止料浆因低频高能脉冲倒流进入料支管，减少脉冲能量损失，保证脉冲扰动料浆防止沉降的效果；
12.优选的，所述单向密封挡板a203和所述单向密封挡板b204厚度为3～5mm。
13.所述主管构件1包括主管101，主管101通过法兰盘a102和法兰盘b103固定设置在料浆运输管道的沉降堵管事故段。
14.所述脉冲泵构件3包括泵体保护壳301、活塞构件和驱动构件，活塞构件水平设置在泵体保护壳301的腔体内；
15.泵体保护壳301的腔体包括依次连通的储能腔、传动腔和泵送腔；储能腔通过活塞限位孔307与传动腔连通，活塞限位孔307的孔径小于储能腔的边长；
16.驱动构件包括电机316、涡轮314、齿轮312和蜗杆315，蜗杆315水平设置在传动腔内，电机316的输出轴与蜗杆315的端头固定连接，泵体保护壳301传动腔的相对侧壁之间通过转动轴承设置有两根上下平行的转轴313，转轴313的端头固定设置有涡轮314，蜗杆315与涡轮314啮合传动，齿轮312固定设置在转轴313上，齿轮312与涡轮314同轴；
17.活塞构件包括活塞本体、压簧9和压簧杆310，压簧杆310水平设置在储能腔内，压簧9套设在压簧杆310上，压簧杆310的一端穿过储能腔的侧壁，压簧杆310另一端通过活塞定位底座308与活塞本体固定连接，活塞定位底座308位于储能腔内，活塞本体水平设置且依次穿过传动腔、泵送腔和泵送支管205，活塞本体上设置有齿条306，齿条306与齿轮312啮合传动。
18.优选的，所述齿轮312的一半外沿设置有连续的卡齿，齿轮312的另一半外沿为光滑面。
19.进一步，所述齿条306可拆卸，齿条306长度为100～150mm，压簧杆310长度为120～180mm，直径5～20mm。
20.进一步的，所述储能腔的侧壁上开设有压簧杆限位孔311，压簧杆310的端头穿过压簧杆限位孔311。
21.所述活塞本体包括活塞连杆305、活塞头座304和橡胶活塞头303，活塞连杆305的两端分别与活塞定位底座308和活塞头座304固定连接，橡胶活塞头303套设在活塞头座304上，橡胶活塞头303与泵送支管205的内壁贴合，具有良好的密封性，能够与入料支管内壁紧密贴合，不因密封性问题损失脉冲能量；
22.优选的，所述橡胶活塞头303厚度为10～30mm；所述活塞连杆305直径为30～60mm，截面为“十”字型，活塞连杆305的“十”字型边缘均设置有可拆卸的齿条306；当出现两侧齿条磨损时，转动活塞中部连杆可以使另一侧齿条与齿轮啮合，设备继续工作，大大缩减因为齿条磨损所需的设备维护检修时间，提高维护效率；
23.传动腔的端头固定连接有法兰盘c206，泵送支管205的端头固定连接有法兰盘d302，传动腔和泵送支管205通过法兰盘c206和法兰盘d302固定连接；
24.基于低频高能脉冲的矿山充填料浆的均质泵送方法，采用所述低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置，具体步骤如下：
25.1)沉降料浆流入主管构件内，部分沉降料浆流入支管构件的入料支管内，脉冲泵构件通过负压将入料支管内的沉降料浆吸入泵送支管内；
26.2)脉冲泵构件发射低频高能脉冲扰动泵送支管内的沉降料浆使其均质，同时，低频高能脉冲将均质的沉降料浆推送入出料支管内并回到主管构件，实现沉降料浆的均质和泵送。
27.本发明的有益效果：
28.(1)本发明装置通过简单机械装置间断产生高能脉冲，克服了传统泵体连续工作，无法产生间断扰动料浆的效果的问题；
29.(2)本发明装置采用齿轮传动，结构简单稳定，故障率低，性能可靠成本较低，极大的改善了料浆管道运输的泵送效果；活塞连杆上的齿条为可拆卸式，当出现齿条磨损时可轻松拆卸替换，维护步骤简单，维护成本低；
30.(3)本发明采用压簧作为储能装置，结构简单成本较低，且拆卸简单，可通过选择不同压簧样式控制脉冲能量大小；
31.(4)本发明在入料支管和出料支管内均设置单向挡板，可以有效防止料浆因低频高能脉冲倒流进入料支管的问题，减少脉冲能量损失，保证脉冲扰动料浆防止沉降的效果。
附图说明
32.图1为低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置结构立体示意图；
33.图2为低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置的正剖图；
34.图3为主管构件正剖面图；
35.图4为支管构件正剖面图；
36.图5为脉冲构件剖视图(不含电机、齿轮和齿条)；
37.图6为脉冲构件剖视图(不含电机、蜗杆和涡轮)；
38.图7为脉冲构件俯视图；
39.图8为活塞连杆截面图；
40.图中，1-主管构件、101-主管、102-法兰盘a、103-法兰盘b、2-支管构件、201-入料支管、202-出料支管、203-单向密封挡板a、204-单向密封挡板b、205-泵送支管、206-法兰盘c、3-脉冲泵构件、301-泵体保护壳、302-法兰盘d、303-橡胶活塞头、304-活塞头底座、305-活塞连杆、306-齿条、307-活塞限位孔、308-活塞定位底座、309-压簧、310-压簧杆、311-压簧杆限位孔、312-齿轮、313-转轴、314-涡轮、315-蜗杆、316-电机。
具体实施方式
41.下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
42.实施例1：如图1-2所示，一种低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置，包括主管构件1、支管构件2和脉冲泵构件3，主管构件1布设在料浆运输管道上，支管构件2包括入料支管201、出料支管202和泵送支管205，入料支管201的进料端与主管构件1连通，出料支管202的出料端与主管构件1连通，入料支管201的进料端位于出料支管202的出料端上游，入料支管201的出料端和出料支管202的进料端均通过泵送支管205与脉冲泵构件3连通；
43.基于低频高能脉冲的矿山充填料浆的均质泵送方法，采用所述低频高能脉冲的矿
山充填料浆泵送装置，具体步骤如下：
44.1)沉降料浆流入主管构件内，部分沉降料浆流入支管构件的入料支管内，脉冲泵构件通过负压将入料支管内的沉降料浆吸入泵送支管内；
45.2)脉冲泵构件发射低频高能脉冲扰动泵送支管内的沉降料浆使其均质，同时，低频高能脉冲将均质的沉降料浆推送入出料支管内并回到主管构件，实现沉降料浆的均质和泵送。
46.实施例2：本实例低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置与实施例1的低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置基本相同，不同之处在于：
47.主管构件1包括主管101，主管101通过法兰盘a102和法兰盘b103固定设置在料浆运输管道的沉降堵管事故段；
48.入料支管201、出料支管202和泵送支管205为互相连通的“y”型结构，泵送支管205与主管构件1平行；
49.入料支管201与主管构件1的夹角为40～45
°
，出料支管202与主管构件1的夹角为25～35
°
。
50.主管101直径为dn50～dn150 mm。
51.入料支管201、出料支管202和泵送支管205直径为dn50～dn100 mm，且入料支管201、出料支管202和泵送支管205直径小于所述主管101的直径；
52.入料支管201内设置有挡块a和单向挡板a203，单向挡板a203通过转动轴a设置在入料支管201的内壁，单向挡板a203绕转动轴a转动，挡块a固定设置在转动轴a对应的入料支管201的另一侧内壁，挡块a位于单向挡板a203的自由端上游；出料支管202内设置有挡块b和单向挡板b204，单向挡板b204通过转动轴b设置在出料支管202的内壁，单向挡板b204绕转动轴b转动，挡块b固定设置在转动轴b对应的出料支管202的另一侧内壁，挡块b位于单向挡板b204的自由端上游；
53.单向密封挡板a203和单向密封挡板b204厚度为3～5mm；
54.脉冲泵构件通过负压将入料支管内的沉降料浆吸入泵送支管内时，单向挡板a203打开，单向挡板b204关闭防止主管101内的料浆通过出料支管202返流进入泵送支管内；
55.脉冲泵构件发射低频高能脉冲扰动泵送支管内的沉降料浆使其均质并将均质的料浆推送入出料支管内并回到主管构件时，单向挡板a203关闭，单向挡板b204打开，防止均质的料浆返流进入入料支管，降低脉冲能量；
56.单向挡板a203和单向挡板b204的单向通路可以有效防止料浆因低频高能脉冲倒流进入料支管的问题，减少脉冲能量损失，保证脉冲扰动料浆防止沉降的效果。
57.实施例3：本实施例低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置与实施例2的低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置基本相同，不同之处在于：
58.脉冲泵构件3包括泵体保护壳301、活塞构件和驱动构件，活塞构件水平设置在泵体保护壳301的腔体内；
59.泵体保护壳301的腔体包括依次连通的储能腔、传动腔和泵送腔；储能腔通过活塞限位孔307与传动腔连通，活塞限位孔307的孔径小于储能腔的边长；
60.驱动构件包括电机316、涡轮314、齿轮312和蜗杆315，蜗杆315水平设置在传动腔内，电机316的输出轴与蜗杆315的端头固定连接，泵体保护壳301传动腔的相对侧壁之间通
过转动轴承设置有两根上下平行的转轴313，转轴313的端头固定设置有涡轮314，蜗杆315与涡轮314啮合传动，齿轮312固定设置在转轴313上，齿轮312与涡轮314同轴；
61.活塞构件包括活塞本体、压簧9和压簧杆310，压簧杆310水平设置在储能腔内，压簧9套设在压簧杆310上，压簧杆310的一端穿过储能腔的侧壁，压簧杆310另一端通过活塞定位底座308与活塞本体固定连接，活塞定位底座308位于储能腔内，活塞本体水平设置且依次穿过传动腔、泵送腔和泵送支管205，活塞本体上设置有齿条306，齿条306与齿轮312啮合传动。
62.齿轮312的一半外沿设置有连续的卡齿，齿轮312的另一半外沿为光滑面。
63.齿条306可拆卸，齿条306长度为100～150mm，压簧杆310长度为120～180mm，直径5～20mm；
64.储能腔的侧壁上开设有压簧杆限位孔311，压簧杆310的端头穿过压簧杆限位孔311；
65.活塞本体包括活塞连杆305、活塞头座304和橡胶活塞头303，活塞连杆305的两端分别与活塞定位底座308和活塞头座304固定连接，橡胶活塞头303套设在活塞头座304上，橡胶活塞头303与泵送支管205的内壁贴合，具有良好的密封性，能够与入料支管内壁紧密贴合，不因密封性问题损失脉冲能量；
66.橡胶活塞头303厚度为10～30mm；所述活塞连杆305直径为30～60mm，截面为“十”字型，活塞连杆305的“十”字型边缘均设置有可拆卸的齿条306；当出现两侧齿条磨损时，转动活塞中部连杆可以使另一侧齿条与齿轮啮合，设备继续工作，大大缩减因为齿条磨损所需的设备维护检修时间，提高维护效率；
67.传动腔的端头固定连接有法兰盘c206，泵送支管205的端头固定连接有法兰盘d302，传动腔和泵送支管205通过法兰盘c206和法兰盘d302固定连接；
68.基于低频高能脉冲的矿山充填料浆的均质泵送方法，采用所述低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置，具体步骤如下：
69.沉降料浆从法兰盘a102端流进主管101后，部分流进入料支管201中，电机316的输出轴带动蜗杆315转动，由于蜗杆315与涡轮314啮合，从而带动两个涡轮314沿相对方向转动，同时，相对方向转动的两个涡轮314带动同转轴313的齿轮312沿相对方向转动，齿轮312通过齿条306啮合带动活塞连杆305沿泵送支管205轴向远离泵送支管205运动；泵送支管205内形成负压，入料支管201内的单向密封挡板a203打开，吸入沉降料浆，而出料支管202内的单向密封挡板b204处于关闭状态；
70.齿轮312持续转动并与齿条306啮合，压簧309在活塞定位底座308与压簧杆限位孔311的压缩下变形，储蓄弹性势能，啮合结束后，压簧309恢复原状，释放弹性势能，推动活塞定位底座308沿泵送支管205轴向靠近泵送支管205运动至连杆限位孔307处，橡胶活塞头303处形成低频高能脉冲，入料支管201内的单向密封挡板a203关闭，出料支管202内的单向密封挡板b204在脉冲下打开，脉冲能量扰动沉降料浆，使其恢复均质，从而防止料浆沉降堵管。
71.上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

技术特征：
1.一种低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置，其特征在于：包括主管构件(1)、支管构件(2)和脉冲泵构件(3)，主管构件(1)布设在料浆运输管道上，支管构件(2)包括入料支管(201)、出料支管(202)和泵送支管(205)，入料支管(201)的进料端与主管构件(1)连通，出料支管(202)的出料端与主管构件(1)连通，入料支管(201)的进料端位于出料支管(202)的出料端上游，入料支管(201)的出料端和出料支管(202)的进料端均通过泵送支管(205)与脉冲泵构件(3)连通。2.根据权利要求1所述低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置，其特征在于：入料支管(201)、出料支管(202)和泵送支管(205)为互相连通的“y”型结构，泵送支管(205)与主管构件(1)平行。3.根据权利要求2所述低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置，其特征在于：入料支管(201)与主管构件(1)的夹角为40～50
°
，出料支管(202)与主管构件(1)的夹角为25～35
°
。4.根据权利要求2所述低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置，其特征在于：入料支管(201)内设置有挡块a和单向挡板a(203)，单向挡板a(203)通过转动轴a设置在入料支管(201)的内壁，单向挡板a(203)绕转动轴a转动，挡块a固定设置在转动轴a对应的入料支管(201)的另一侧内壁，挡块a位于单向挡板a(203)的自由端上游；出料支管(202)内设置有挡块b和单向挡板b(204)，单向挡板b(204)通过转动轴b设置在出料支管(202)的内壁，单向挡板b(204)绕转动轴b转动，挡块b固定设置在转动轴b对应的出料支管(202)的另一侧内壁，挡块b位于单向挡板b(204)的自由端上游。5.根据权利要求1所述低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置，其特征在于：主管构件(1)包括主管(101)，主管(101)通过法兰盘a(102)和法兰盘b(103)固定设置在料浆运输管道的沉降堵管事故段。6.根据权利要求2所述低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置，其特征在于：脉冲泵构件(3)包括泵体保护壳(301)、活塞构件和驱动构件，活塞构件水平设置在泵体保护壳(301)的腔体内；泵体保护壳(301)的腔体包括依次连通的储能腔、传动腔和泵送腔；储能腔通过活塞限位孔(307)与传动腔连通，活塞限位孔(307)的孔径小于储能腔的边长；驱动构件包括电机(316)、涡轮(314)、齿轮(312)和蜗杆(315)，蜗杆(315)水平设置在传动腔内，电机(316)的输出轴与蜗杆(315)的端头固定连接，泵体保护壳(301)传动腔的相对侧壁之间通过转动轴承设置有两根上下平行的转轴(313)，转轴(313)的端头固定设置有涡轮(314)，蜗杆(315)与涡轮(314)啮合传动，齿轮(312)固定设置在转轴(313)上，齿轮(312)与涡轮(314)同轴；活塞构件包括活塞本体、压簧(309)和压簧杆(310)，压簧杆(310)水平设置在储能腔内，压簧(309)套设在压簧杆(310)上，压簧杆(310)的一端穿过储能腔的侧壁，压簧杆(310)另一端通过活塞定位底座(308)与活塞本体固定连接，活塞定位底座(308)位于储能腔内，活塞本体水平设置且依次穿过传动腔、泵送腔和泵送支管(205)，活塞本体上设置有齿条(306)，齿条(306)与齿轮(312)啮合传动。7.根据权利要求6所述低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置，其特征在于：储能腔的侧壁上开设有压簧杆限位孔(311)，压簧杆(310)的端头穿过压簧杆限位孔(311)。8.根据权利要求6所述低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置，其特征在于：活塞本体
包括活塞连杆(305)、活塞头座(304)和橡胶活塞头(303)，活塞连杆(305)的两端分别与活塞定位底座(308)和活塞头座(304)固定连接，橡胶活塞头(303)套设在活塞头座(304)上。9.根据权利要求6所述低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置，其特征在于：传动腔的端头固定连接有法兰盘c(206)，泵送支管(205)的端头固定连接有法兰盘d(302)，传动腔和泵送支管(205)通过法兰盘c(206)和法兰盘d(302)固定连接。10.基于低频高能脉冲的矿山充填料浆的均质泵送方法，其特征在于：采用权利要求1～9任一项所述低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置，具体步骤如下：1)沉降料浆流入主管构件内，部分沉降料浆流入支管构件的入料支管内，脉冲泵构件通过负压将入料支管内的沉降料浆吸入泵送支管内；2)脉冲泵构件发射低频高能脉冲扰动泵送支管内的沉降料浆使其均质，同时，低频高能脉冲将均质的沉降料浆推送入出料支管内并回到主管构件，实现沉降料浆的均质和泵送。

技术总结
本发明涉及一种低频高能脉冲的矿山充填料浆泵送装置及均质泵送方法。该装置包括主管构件、支管构件和脉冲泵构件，主管构件布设在料浆运输管道上，支管构件包括入料支管、出料支管和泵送支管，入料支管的进料端与主管构件连通，出料支管的出料端与主管构件连通，入料支管的进料端位于出料支管的出料端上游，入料支管和出料支管均通过泵送支管与脉冲泵构件连通。沉降料浆流入主管构件内，部分沉降料浆流入支管构件的入料支管内，脉冲泵构件通过负压将入料支管内的沉降料浆吸入泵送支管内；脉冲泵构件发射低频高能脉冲扰动泵送支管内的沉降料浆使其均质，同时，将均质的沉降料浆推送入出料支管内并回到主管构件，实现沉降料浆的均质和泵送。的均质和泵送。的均质和泵送。


技术研发人员：吴顺川 马庶钊 程海勇 夏志远 耿晓杰 郭瑞明 朱佳琦 牛永辉
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2022.03.18
技术公布日：2022/5/25