基于电磁振动与机械旋转耦合膏体均质化搅拌装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于电磁振动与机械旋转耦合膏体均质化搅拌装置及方法，属于矿山充填技术领域。该装置包括搅拌支撑系统、机械旋转系统、电磁振动系统及数据采集可视化系统，搅拌支撑系统包括搅拌槽、观察取样口、入料口、搅拌机底座、出料口及液位控制隔板，机械旋转系统包括螺杆式搅拌桨叶、搅拌浆杆、固定轴承及变速搅拌电机，电磁振动系统包括电磁振动器，数据采集可视化系统包括工况控制计算机、振动传感器、黏度传感器、液位监测传感器。该装置结构简单，方法便捷实用，实现机械旋转与电磁振动有效耦合与可视化监测控制，为矿山膏体均质化搅拌制备提供参考。

【技术实现步骤摘要】
基于电磁振动与机械旋转耦合膏体均质化搅拌装置及方法
本专利技术涉及矿山充填
，特别是指一种基于电磁振动与机械旋转耦合膏体均质化搅拌装置及方法。
技术介绍
矿山开采安全与生态环境保护是矿业开发的两大主题。传统矿山开采过程中产生了大量的地下采空区与地表尾矿库，形成了空区塌陷、尾矿库溃坝等潜在危害，严重威胁矿区及下游群众生命财产安全。为破除当前矿山安全困境、提升资源回收效率，膏体充填技术应运而生。该技术是将矿山固体废弃物(尾砂、废渣、废石等)、水泥、絮凝剂等物料进行混合获取尾砂料浆，通过浓密搅拌进一步制备膏体料浆，最终输送至井下开展充填，具有低成本、安全性高、环保绿色的独特优势，可基本消除地下采空区与地表尾矿库，已被逐渐应用于铜矿、金矿和煤矿等矿产资源开采过程，是国家推荐和鼓励使用的绿色开采关键技术。尾砂料浆搅拌过程，是均质化膏体制备的重点和瓶颈问题。由于膏体料浆是由多尺度、多相介质混合形成的类均质化复合材料，属于非牛顿流体，在搅拌过程中具备剪切变稀等物理力学特性，直接影响着膏体料浆黏度、屈服应力和井下充填体强度。当前，主流的膏体均质化搅拌装置与方法主要参考混凝土搅拌领域，可大致为间隙式搅拌、连续式搅拌和高速活化搅拌三类。上述方法可基本实现以下两点功能：1)利用双轴卧式搅拌机、螺杆式搅拌桨叶等装置实现了多尺度物料的有效搅拌混合，提高了宏观上的料浆均质化程度；2)通过搅拌消减力学弱面，形成一个含有多相介质的、力学结构相对稳定的类均质非牛顿流体，有效改善了矿山料浆质量与充填效果。然而，现有膏体均质化搅拌装置与方法主要存在四大顽疾：1)多依赖单一机械旋转，极易产生搅拌盲区：无论是单轴还是双轴搅拌，现有搅拌装置与方法多依赖单一的机械旋转或搅拌桨叶创新，长时间搅拌后极易催生搅拌盲区，致使该区料浆流动速率低、甚至流动停滞；2)料浆均质化程度、搅拌效率低：真实工业搅拌机的入料口与出料口可能存在同时投料与料浆输出，因此，料浆浓度与均质化程度动态变化，搅拌装置内不同区域的料浆浓度差较大(通常大于±3％)，均质化程度无法有效保证；3)料浆内易产生团聚体：存在宏观均质化程度高、但细观料浆内存在由大量细颗粒聚集形成的团聚体，常规机械旋转容易导致搅拌桨叶与料浆团聚体同时运动与静止，无法对团聚体进行有效切割和破碎，极大影响料浆的细观均质化程度；4)料浆质量监测控制难。现有研究多基于宏观数字图像获取与分析、内插传感器或肉眼观测，缺乏数据集成分析，使得搅拌过程、浓度监测等各环节较为割裂，搅拌装置的精细化、智能化程度低，难以实现对料浆制备过程进行实时监测与有效调控。综上，现有装置与方法虽有效提高了搅拌效率和膏体料浆均质化水平，但仍无法满足均质化膏体料浆制备需求，亟待破除传统单一的机械搅拌模式，开展搅拌方法创新、最终实现膏体均质化、高效搅拌及全流程可控可测。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于电磁振动与机械旋转耦合膏体均质化搅拌装置及方法，探索将电磁振动技术与螺纹杆机械旋转技术有机结合并应用至尾砂料浆搅拌过程，对搅拌机振动、桨叶转速、料浆黏度和浓度参数进行实时监测，有效提高尾砂料浆搅拌效率与膏体均质化程度，为矿山充填膏体料浆高效制备提供借鉴。该装置包括搅拌支撑系统、机械旋转系统、电磁振动系统和数据采集可视化系统，其中，搅拌支撑系统包括搅拌槽、观察取样口、入料口、搅拌机底座、出料口及液位控制隔板，机械旋转系统包括螺杆式搅拌桨叶、搅拌浆杆、固定轴承及变速搅拌电机，电磁振动系统包括电磁振动器，数据采集可视化系统包括工况控制计算机、振动传感器、黏度传感器及液位监测传感器，搅拌槽安装在搅拌机底座上，搅拌槽上部右侧为入料口，搅拌槽上部安设观察取样口，搅拌槽底部中央布设振动传感器，两侧安装电磁振动器，搅拌槽内平行安设两套螺杆式搅拌桨叶和搅拌浆杆，靠近出料口处安设液位控制隔板，搅拌浆杆与搅拌槽、液位控制隔板经固定轴承滚动连接，在搅拌槽内壁、出料口上方安设黏度传感器，在搅拌槽内壁、靠近液位控制隔板安设液位监测传感器，振动传感器、电磁振动器、黏度传感器、变速搅拌电机和液位监测传感器均连接工况控制计算机。尾砂料浆经入料口进入搅拌槽，搅拌获得均质化膏体料浆，后经底部出料口流出。工况控制计算机控制电磁振动器，带动搅拌槽发生电磁振动，由变速搅拌电机带动螺杆式搅拌桨叶、搅拌浆杆发生机械旋转,电磁振动与机械旋转耦合，获得均质化膏体料浆。搅拌槽被液位控制隔板分为两部分，左侧靠近出料口用以承装均质化料浆，右侧为待制备料浆，左右两部分体积比为1:10；搅拌槽顶部安设4个观察取样口，分析搅拌槽内不同位置处料浆均质化水平。黏度传感器位于尾砂料浆液面以下，用来确定搅拌料浆的均质化程度。液位控制隔板可拆卸；液位监测传感器用来确定均质化料浆的液位高度。振动传感器、电磁振动器、黏度传感器、变速搅拌电机、液位监测传感器由工况控制计算机进行数据集成与集中控制。应用该专利技术的方法，包括步骤如下：S1：尾砂料浆搅拌开始前，将搅拌槽、螺杆式搅拌桨叶、搅拌浆杆进行清洗，将清水注入搅拌槽后调试液位监测传感器、黏度传感器，校准后将清水排空烘干；S2：利用工况控制计算机启动电磁振动器带动搅拌槽发生电磁振动，同时启动变速搅拌电机，带动螺杆式搅拌桨叶与搅拌浆杆发生机械搅拌，利用振动传感器监测搅拌槽振动，直至达到目标工况并保持稳定；S3：经入料口，将尾砂料浆缓慢注入搅拌槽，尾砂料浆在电磁振动器与变速搅拌电机的共同驱动下发生电磁振动与机械旋转耦合作用，尾砂料浆的均质化程度和黏度不断提高；S4：由液位监测传感器监测尾砂料浆液位，由液位控制隔板调节尾砂料浆的液位高度；S5：利用观察取样口进行取样并检测料浆浓度，若各观察取样口处尾砂浓度差≤±1％时，说明尾砂料浆均质化程度达标；S6：经取样检测达标后，尾砂料浆从液位控制隔板上方溢出并进入搅拌槽左侧，由螺杆式搅拌桨叶进一步搅拌；S7：由黏度传感器检测尾砂料浆黏度，确认尾砂料浆黏度达到目标水平后，开启出料口，排出并获取均质化膏体料浆；S8：搅拌完成后，取下液位控制隔板，排空搅拌槽内尾砂料浆后，用清水对螺杆式搅拌桨叶、搅拌浆杆进行清洗，排空搅拌槽内污水后，由工况控制计算机控制电磁振动器、变速搅拌电机停机，完成搅拌制备过程。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：上述方案中，可以实现通过振动传感器和变速搅拌电机分别对电磁振动、搅拌速率进行有效干预，并利用原位传感器监测、取样检测对搅拌槽内不同位置处尾砂料浆黏度、料浆浓度进行监测，凭借高效搅拌与关键参数有效监测，最终获取均质化膏体料浆，该装置方法具有搅拌效率高、可视化程度高、可操作性强、设备成本低等突出优势，为工业膏体搅拌制备提供良好借鉴。附图说明图1为本专利技术搅拌装置的结构示意图，其中，(a)为主视图，(b)为(a)中A-A’剖面示意图；图2为本专利技术搅拌装置的三维结构示意图。其中：1-搅拌槽，2-螺杆式搅拌桨叶，3-搅拌桨杆，4-观察取样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电磁振动与机械旋转耦合膏体均质化搅拌装置，其特征在于：包括搅拌支撑系统、机械旋转系统、电磁振动系统和数据采集可视化系统，搅拌支撑系统包括搅拌槽(1)、观察取样口(4)、入料口(5)、搅拌机底座(7)、出料口(11)及液位控制隔板(15)，机械旋转系统包括螺杆式搅拌桨叶(2)、搅拌浆杆(3)、固定轴承(6)及变速搅拌电机(13)，电磁振动系统包括电磁振动器(10)，数据采集可视化系统包括工况控制计算机(8)、振动传感器(9)、黏度传感器(12)及液位监测传感器(14)，搅拌槽(1)安装在搅拌机底座(7)上，搅拌槽(1)上部右侧为入料口(5)，搅拌槽(1)上部安设观察取样口(4)，搅拌槽(1)底部中央布设振动传感器(9)，振动传感器(9)两侧安装电磁振动器(10)，搅拌槽(1)内平行安设两套搅拌浆杆(3)，搅拌桨杆(3)上均布螺杆式搅拌桨叶(2)，搅拌桨杆(3)外接变速搅拌电机(13)，搅拌槽(1)底部左侧设置出料口(11)，搅拌槽(1)内靠近出料口(11)处安设液位控制隔板(15)，搅拌浆杆(3)与搅拌槽(1)、液位控制隔板(15)经固定轴承(6)滚动连接，黏度传感器(12)安装在出料口(11)上方的搅拌槽(1)内壁，在搅拌槽(1)内壁上方且靠近液位控制隔板(15)安设液位监测传感器(14)，振动传感器(9)、电磁振动器(10)、黏度传感器(12)、变速搅拌电机(13)和液位监测传感器(14)均连接工况控制计算机(8)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁振动与机械旋转耦合膏体均质化搅拌装置，其特征在于：包括搅拌支撑系统、机械旋转系统、电磁振动系统和数据采集可视化系统，搅拌支撑系统包括搅拌槽(1)、观察取样口(4)、入料口(5)、搅拌机底座(7)、出料口(11)及液位控制隔板(15)，机械旋转系统包括螺杆式搅拌桨叶(2)、搅拌浆杆(3)、固定轴承(6)及变速搅拌电机(13)，电磁振动系统包括电磁振动器(10)，数据采集可视化系统包括工况控制计算机(8)、振动传感器(9)、黏度传感器(12)及液位监测传感器(14)，搅拌槽(1)安装在搅拌机底座(7)上，搅拌槽(1)上部右侧为入料口(5)，搅拌槽(1)上部安设观察取样口(4)，搅拌槽(1)底部中央布设振动传感器(9)，振动传感器(9)两侧安装电磁振动器(10)，搅拌槽(1)内平行安设两套搅拌浆杆(3)，搅拌桨杆(3)上均布螺杆式搅拌桨叶(2)，搅拌桨杆(3)外接变速搅拌电机(13)，搅拌槽(1)底部左侧设置出料口(11)，搅拌槽(1)内靠近出料口(11)处安设液位控制隔板(15)，搅拌浆杆(3)与搅拌槽(1)、液位控制隔板(15)经固定轴承(6)滚动连接，黏度传感器(12)安装在出料口(11)上方的搅拌槽(1)内壁，在搅拌槽(1)内壁上方且靠近液位控制隔板(15)安设液位监测传感器(14)，振动传感器(9)、电磁振动器(10)、黏度传感器(12)、变速搅拌电机(13)和液位监测传感器(14)均连接工况控制计算机(8)。


2.根据权利要求1所述的基于电磁振动与机械旋转耦合膏体均质化搅拌装置，其特征在于：所述尾砂料浆经入料口(5)进入搅拌槽(1)，搅拌获得均质化膏体料浆，后经底部出料口(11)流出。


3.根据权利要求1所述的基于电磁振动与机械旋转耦合膏体均质化搅拌装置，其特征在于：所述工况控制计算机(8)控制电磁振动器(10)，带动搅拌槽(1)发生电磁振动，由变速搅拌电机(13)带动螺杆式搅拌桨叶(2)、搅拌浆杆(3)发生机械旋转,电磁振动与机械旋转耦合，获得均质化膏体料浆。


4.根据权利要求1所述的基于电磁振动与机械旋转耦合膏体均质化搅拌装置，其特征在于：所述搅拌槽(1)被液位控制隔板(15)分为两部分，左侧靠近出料口(11)用以承装均质化料浆，右侧为待制备料浆，左右两部分体积比为1：10；液位控制隔板(15)能够拆卸。


5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹升华，王雷鸣，肖友鹏，吴爱祥，王少勇，陈勋，邵亚建，严荣富，侯永强，陈威，陈大鹏，
申请(专利权)人：北京科技大学，南通联源机电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11