[00784536]充填物料制备关键技术与装备

该项目属于机械制造自动化其他学科和矿山工程技术其他学科。由河北工程大学、冀中能源峰峰集团有限公司和飞翼股份有限公司三家单位联合完成。主要针对充填物料制备的关键技术与装备开展研究。 煤矿与金属矿山开采的采空区容易引起地表塌陷并引发环境破坏，充填是避免这一现象的措施之一。在现有充填开采工艺中，充填物料的制备是一个十分重要的环节，然而该环节存在的主要问题是：(1)系统设计粗放、投资巨大，增加开采成本；(2)产能落后，以煤矿膏体充填为例，充填产煤能力最大仅为30万吨/年，生产效率低；(3)物料制备系统为一次性使用，一旦完成充填任务，系统便报废，浪费巨大且产生大量工业垃圾；(4)充填物料在线输送计量、检测技术不完善，无法实现系统的闭环控制，造成物料和能源的双重浪费并存在堵管事故这一重大隐患。 项目组自2011年至2019年共计完成了80余家企业的充填物料制备系统的工程建设任务，在这些工程建设的过程中针对上述问题陆续开展研究，期间还完成了河北省科技计划项目1项。项目的主要研究内容如下： (1)开发了模块化充填仿真设计系统：系统可以根据现场需要，提供多种设备布置方案并实现快速动态设计；在充分研究膏体充填系统设备离散布置特征、运输超限性以及可转场重构性分析研究的基础上，实现了设备的可拆卸性和系统快速转场，提高了设备重复利用率，大幅减少了工业垃圾的产生；(2)建立了多泵并联泵送系统优化控制模型和多阀联动充填控制方法，大大提高了充填的效率，减轻了充填管道内的压力波动和管道的振动，提高了多泵并联泵送的可靠性，同时为企业节省了大量设备投资；(3)研发的物料差值称量装置以及连续搅拌供料装置保证了充填物料配方的稳定性，节省了充填物料；(4)研发的膏体管道输送压力及流量的非接触检测装置和充填管路堵管检测装置实现了充填量的精准计量与整个制备系统的闭环控制，进一步节省物料的同时，保证了从根源上消除堵管事故的发生。 项目获得授权发明专利8项，实用新型专利11项，软件著作权2件，发表论文15篇，培养研究生8名，围绕充填制备系统设计研究专门开设了本科生课程《工程案例教学-以煤矿充填为例》，使学生按照CDIO的教学模式进行学习，增强了学生理论和实践相结合的能力。项目研究成果在河北、河南、湖南、湖北等13个省80余家煤炭和金属矿山企业的充填系统建设中得以推广应用，近三年直接经济效益中新增销售额33887.95万元，新增利润12272.9万元；对矿山企业应用单位而言，仅其中7个充填企业的新增销售额就达到325969余万元，新增利润达58066余万元，80余家充填企业的经济效益则相当可观。项目成果的实施克服了上述现有充填物料制备系统存在的诸多问题，社会效益显著。项目成果还可以推广到商业混凝土搅拌站的建设，推广应用前景十分广阔。