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基本信息

項(xiàng)目名稱：
固體物料充填采煤的托盤式垂直連續(xù)輸送系統(tǒng)
小類：
能源化工
簡介：
本作品能實(shí)現(xiàn)固體物料連續(xù)化運(yùn)輸，滿足采煤工作面生產(chǎn)的需要，能提高充填采煤的工作效率。 提出了連續(xù)、安全、高效的固體物料充填采煤的運(yùn)輸技術(shù)； 能夠高回收率地開采出“三下”壓煤，并將地面固體物料充填于井下采空區(qū)，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖層及地表移動(dòng)變形的控制； 充分利用地面固體廢棄物作充填材料，能減少地面固體廢棄物堆積及有害化學(xué)物質(zhì)的釋放，是一種行之有效的集“節(jié)能”與“減排”為一體的新型環(huán)境相容采煤技術(shù)措施。
詳細(xì)介紹：
現(xiàn)階段，煤炭資源仍是我國主要的支撐能源，其中“三下”壓煤儲(chǔ)量較大，固體廢棄物充填綜采技術(shù)的目的是安全、高效、高回收率地開采出“三下”壓煤，并將地面固體物料充填于井下采空區(qū)，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖層及地表移動(dòng)變形的控制。目前，國內(nèi)外關(guān)于固體物料的運(yùn)輸技術(shù)中，采用固體物料投放系統(tǒng)直接從地面垂直投放的方式有系統(tǒng)簡單、投料方便、運(yùn)營成本低、日常維護(hù)量小的優(yōu)點(diǎn)。而傳統(tǒng)的垂直固體物料投放系統(tǒng)制造成本高、安全隱患較大，影響工作效率。因此，本文研究了一種能連續(xù)、安全、高效地將井上的固體物料輸送到采煤工作面的固體物料充填采煤的托盤式垂直連續(xù)輸送系統(tǒng)。 （1）通過研究固體物料充填采煤的托盤式垂直連續(xù)輸送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理，提出固體物料可行的輸送方式。 （2）建立固體物料井上運(yùn)輸速度、托盤運(yùn)行速度及投料孔直徑大小三者之間合理的數(shù)學(xué)模型，并利用粒子群算法獨(dú)有的速度、位置的記憶能力，求解出最優(yōu)組合方案。 （3）基于固體物料的運(yùn)動(dòng)特征，建立托盤與固體物料相互作用的力學(xué)模型，得到合理的托盤間距，保證固體物料充填采煤的托盤式垂直連續(xù)輸送系統(tǒng)對(duì)固體物料的高效運(yùn)輸。 （4）基于固體物料充填采煤的托盤式垂直連續(xù)輸送系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特征，建立托盤及鋼絲繩的振動(dòng)力學(xué)模型，研究托盤、鋼絲繩及驅(qū)動(dòng)輪的振動(dòng)特性，為改進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)提供理論及數(shù)值依據(jù)。 （5）通過對(duì)固體物料充填采煤的托盤式垂直連續(xù)輸送系統(tǒng)的應(yīng)用模擬，對(duì)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效率、安全性能、采區(qū)沉陷進(jìn)行計(jì)算檢驗(yàn)，得固體物料充填采煤的托盤式垂直連續(xù)輸送系統(tǒng)具備較好的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景。 具有如下優(yōu)點(diǎn)： （1）本作品提出了連續(xù)、安全、高效的固體物料充填采煤的運(yùn)輸技術(shù)。 （2）該垂直連續(xù)輸送系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)固體物料的高自動(dòng)化控制連續(xù)輸送，設(shè)計(jì)輸送的垂直距離達(dá)800m，輸送能力達(dá)500t/h。 （3）本作品能夠高回收率地開采 “三下”壓煤，并將地面固體物料充填于井下采空區(qū)，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖層移動(dòng)及地表沉陷的控制。 （4）本作品充分利用地面固體物料（矸石、粉煤灰、建筑垃圾等）作為充填材料，能減少地面固體廢棄物堆積及有害化學(xué)物質(zhì)的釋放，是充填采煤技術(shù)技術(shù)體系中一種行之有效的集“節(jié)能”與“減排”為一體的新型連續(xù)運(yùn)輸技術(shù)。

作品圖片

  • 固體物料充填采煤的托盤式垂直連續(xù)輸送系統(tǒng)
  • 固體物料充填采煤的托盤式垂直連續(xù)輸送系統(tǒng)
  • 固體物料充填采煤的托盤式垂直連續(xù)輸送系統(tǒng)
  • 固體物料充填采煤的托盤式垂直連續(xù)輸送系統(tǒng)
  • 固體物料充填采煤的托盤式垂直連續(xù)輸送系統(tǒng)

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計(jì)發(fā)明目的： 針對(duì)國內(nèi)外現(xiàn)有的固體物料充填采煤運(yùn)輸技術(shù)的不足，提出了固體物料充填采煤的托盤式垂直連續(xù)輸送系統(tǒng)，該技術(shù)能連續(xù)、安全、高效地將井上的固體物料輸送到采煤工作面，提高充填采煤的工作效率。 基本思路： （1）通過研究固體物料充填采煤的托盤式垂直連續(xù)輸送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理，提出固體物料可行的輸送方式，為深入設(shè)計(jì)、研究系統(tǒng)的工藝、結(jié)構(gòu)參數(shù)等提供依據(jù)； （2）通過對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理研究，建立固體物料井上運(yùn)輸速度、托盤運(yùn)行速度和投料管直徑之間合理的數(shù)學(xué)模型； （3）基于固體物料的運(yùn)動(dòng)特征，建立托盤與固體物料相互作用的力學(xué)模型，得到合理的托盤間距； （4）基于系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特征，建立托盤及鋼絲繩的振動(dòng)力學(xué)模型，研究托盤、鋼絲繩及驅(qū)動(dòng)輪的振動(dòng)特性。 創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)： （1）該系統(tǒng)包括固體物料投放控制及運(yùn)輸裝置、地面井架、驅(qū)動(dòng)輪、投料管道、耐磨層、鋼絲繩、改向輪以及托盤。該系統(tǒng)布置方式為地面設(shè)有固體物料投放控制及運(yùn)輸裝置，驅(qū)動(dòng)輪布置在地面井架之上，兩投料管道從地面垂直對(duì)稱布置至井下，投料管道內(nèi)壁設(shè)置耐磨層，投料管道下方設(shè)置兩個(gè)改向輪，改向輪與驅(qū)動(dòng)輪通過鋼絲繩連接，托盤等間距地安放在鋼絲繩上，承載在托盤上的固體物料隨托盤垂直運(yùn)輸至井下。 （2）在輸送過程中，根據(jù)固體物料的運(yùn)動(dòng)特征，由第一應(yīng)力強(qiáng)度理論和托盤的材料屬性調(diào)整合理的托盤間距，根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特征，由振動(dòng)力學(xué)和有限單元法，檢修托盤、鋼絲繩及驅(qū)動(dòng)輪由于振動(dòng)造成的破壞，實(shí)現(xiàn)固體物料的連續(xù)、安全、高效運(yùn)輸。

科學(xué)性、先進(jìn)性

固體物料充填采煤就是在井下或地面用矸石、砂、碎石等物料充填采空區(qū)，達(dá)到控制巖層運(yùn)動(dòng)及地表沉陷的目的。 本作品展示的固體物料充填采煤的托盤式垂直連續(xù)輸送系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)固體物料連續(xù)化運(yùn)輸，滿足工作面生產(chǎn)的需要，其結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)施方便，省時(shí)省力，高效安全，已經(jīng)成為固體物料充填采煤運(yùn)輸技術(shù)的首選。 同時(shí)本項(xiàng)目采用現(xiàn)場調(diào)查、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值仿真相結(jié)合的研究方法對(duì)固體物料充填采煤的托盤式垂直連續(xù)輸送系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)研究工作。采用理論—數(shù)值仿真—實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方法，設(shè)計(jì)并優(yōu)化系統(tǒng)的模型，提高其效率及安全性。 通過研究固體物料充填采煤的托盤式垂直連續(xù)輸送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理，提出固體物料可行的輸送方式； 研究固體物料井上運(yùn)輸速度、托盤運(yùn)行速度及投料孔直徑大小三者之間合理的數(shù)學(xué)模型； 基于固體廢棄物的運(yùn)動(dòng)特征建立托盤與固體廢棄物相互作用的力學(xué)模型，運(yùn)用理論計(jì)算、數(shù)值模擬和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)的方法得到合理的托盤間距； 應(yīng)用振動(dòng)力學(xué)和有限單元法，研究系統(tǒng)振動(dòng)特性，為提高系統(tǒng)安全性提供理論依據(jù)。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

本作品所研制的實(shí)體模型已于2010年10月5日在江蘇省江陰市寶華機(jī)械有限公司舉行啟動(dòng)儀式，并已進(jìn)入工藝性試驗(yàn)驗(yàn)證階段?！疽姼戒?】 中試階段的部分成果已得到江陰市寶華機(jī)械有限公司的認(rèn)證?！疽姼戒?】 在教育部科技查新工作站（G04）完成科技查新，結(jié)果為：在國內(nèi)外公開發(fā)表的文獻(xiàn)中，未見有與本課題“固體物料充填采煤的托盤式垂直連續(xù)輸送系統(tǒng)”查新點(diǎn)綜合研究內(nèi)容完全相同的研究報(bào)道?！疽姼戒?】 研究論文《Forecasting of the Fatigue Life of Metal Weld Joints Based on Combined Genetic Neural Network》發(fā)表于國際期刊《Key Engineering Materials》，已被EI-Compendex收錄?！疽姼戒?】 研究論文《A Robust Design of SD-PID and BP-PID Simulated Control Model for Brake Designing》發(fā)表于國際期刊《Applied Mechanics and Materials》，已被EI-Compendex收錄?！疽姼戒?】 研究論文《A Particle Swarm Optimization Based Grey Forecast Model of Underground Pressure for Working Surface》發(fā)表于國際期刊《Electronic Journal of Geotechnical Engineering》?！疽姼戒?】

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

有償技術(shù)轉(zhuǎn)讓

作品可展示的形式

模型、現(xiàn)場演示、圖片。

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

本作品工作特征：由地面控制臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)，井上運(yùn)輸裝置將固體充填材料運(yùn)輸?shù)酵读峡?，固體物料下落到托盤上，由鋼絲繩帶動(dòng)托盤向下運(yùn)輸，井下通過導(dǎo)向輪使托盤傾斜，固體物料滑落到井下固體物料運(yùn)輸裝置，空的托盤由鋼絲繩驅(qū)動(dòng)通過另一側(cè)管道上升到井上，空的托盤通過驅(qū)動(dòng)輪后，進(jìn)行下一循環(huán)的固體物料輸送工作。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢： 本作品首次實(shí)現(xiàn)了固體物料充填的連續(xù)、安全和高效化運(yùn)輸。同時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，建立了固體物料井上運(yùn)輸速度、托盤運(yùn)行速度及投料孔直徑大小三者之間合理的數(shù)學(xué)模型；采用ANSYS數(shù)值計(jì)算軟件模擬出托盤的合理間距；研究了托盤、鋼絲繩及驅(qū)動(dòng)輪的振動(dòng)特性，為系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的合理選取提供理論依據(jù)。 該系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)施方便，高效安全，是“綜合機(jī)械化固體物料充填采煤技術(shù)”的核心內(nèi)容之一。 適應(yīng)范圍及推廣前景： 本作品解決了將固體物料安全、高效、經(jīng)濟(jì)地從地面運(yùn)輸?shù)骄嚯x地面幾百米的井下，進(jìn)行采空區(qū)充填的一大難題，實(shí)現(xiàn)了“三下”壓煤規(guī)模性開采，已經(jīng)成為煤礦充填采煤行業(yè)技術(shù)發(fā)展的主流方向。

同類課題研究水平概述

目前，我國煤炭資源正趨于枯竭，多數(shù)煤礦已經(jīng)進(jìn)入了開采“三下”壓煤的階段，在復(fù)雜的自然環(huán)境下，“沉陷”和“環(huán)境污染”一直制約著“三下”采煤技術(shù)的發(fā)展。針對(duì)“三下”壓煤開采存在的問題，充填采煤技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它能控制地表下沉，且能避免煤矸石等固體廢料對(duì)環(huán)境的污染。因此，充填采煤得到了越來越廣泛的應(yīng)用。為了提高充填采煤的效率，國內(nèi)外正在尋求一種將固體物料安全、高效地從井上運(yùn)輸至井下的方法。 國內(nèi)外各煤礦根據(jù)充填需求和煤礦條件，采用不同的固體充填運(yùn)輸方式。目前主要的固體充填運(yùn)輸方式有：（1）用礦車等機(jī)械直接運(yùn)輸固體廢棄物至充填采空區(qū)。此運(yùn)輸方式操作復(fù)雜，且投入成本較高，工作量巨大。（2）水力管道運(yùn)輸方式：用水力管道輸送選廠尾砂、山砂、碎石等充填采空區(qū)。其日常維護(hù)量大，運(yùn)營成本高；水流速度難以控制；管口部分地段頂板容易進(jìn)水，造成固體材料濕度大，影響輸送。（3）風(fēng)井膠帶運(yùn)輸方式：在已有的進(jìn)風(fēng)井布設(shè)膠帶輸送機(jī)，用其運(yùn)輸固體物料至井下。其日常維護(hù)量大，運(yùn)營成本高；風(fēng)流難以控制。（4）利用礦井輔助提升系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)輸。對(duì)礦井的輔助提升造成很大的壓力，并且將運(yùn)輸系統(tǒng)變得更加復(fù)雜。（5）新掘進(jìn)一條斜井，采用膠帶輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)固體物料連續(xù)化運(yùn)輸。其掘進(jìn)斜井及后期維護(hù)費(fèi)用大幅增加，增加了煤炭的開采成本。（6）采用固體物料投放系統(tǒng)：將地面固體物料運(yùn)輸至井上投料口，通過投料鉆孔投放到井下，并采用膠帶輸送機(jī)將其運(yùn)送到充填采煤工作面。該方法將固體物料直接投放到深達(dá)幾百米的井下，對(duì)設(shè)備的沖擊較大，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的要求較高，使制造成本偏高。由于系統(tǒng)存在的安全隱患、對(duì)設(shè)備的損壞勢必會(huì)降低工作效率。 針對(duì)國內(nèi)外固體物料運(yùn)輸技術(shù)的不足，提出了固體物料充填采煤的托盤式垂直連續(xù)輸送系統(tǒng)，包括固體物料投放控制及運(yùn)輸裝置、地面井架、驅(qū)動(dòng)輪、投料管道、耐磨層、鋼絲繩、改向輪以及托盤。該系統(tǒng)布置方式為地面設(shè)有固體物料投放控制及運(yùn)輸裝置，驅(qū)動(dòng)輪布置在地面井架之上，兩投料管道從地面垂直對(duì)稱布置至井下，投料管道內(nèi)壁設(shè)置耐磨層，投料管道下方設(shè)置兩個(gè)改向輪，改向輪與驅(qū)動(dòng)輪通過鋼絲繩連接，托盤等間距地安放在鋼絲繩上，承載在托盤上的固體物料隨托盤垂直運(yùn)輸至井下，以優(yōu)化設(shè)計(jì)、沖擊動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)原理為基礎(chǔ)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全局設(shè)計(jì)，達(dá)到連續(xù)、安全、高效地將井上的固體物料輸送到工作面，提高充填采煤的工作效率的目的。
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