[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及矿山充填技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。