本发明公开一种快速高效制备黏土原浆的装置及制浆工艺，快速高效制备黏土原浆的装置包括黏土浆制备机构、黏土浆沉淀除杂机构、黏土浆调匀机构和黏土原浆储存机构，黏土浆制备机构包括黏土堆放机构、泥浆泵和制浆用高压喷嘴；泥浆泵的出液端与制浆用高压喷嘴的进液端流体导通连接，制浆用高压喷嘴的出液端设在黏土堆放机构内，黏土堆放机构的出液端与黏土浆沉淀除杂机构的进液端流体导通连接，黏土浆沉淀除杂机构的出液端与黏土浆调匀机构的进液端流体导通连接，黏土浆调匀机构的出液端与黏土原浆储存机构的进液端流体导通连接。本发明可以提高传统黏土原浆造浆工艺的生产效率，降低造浆成本，确保黏土原浆的成浆质量。
1.一种快速高效制备黏土原浆的装置，其特征在于，包括黏土浆制备机构、黏土浆沉淀除杂机构、黏土浆调匀机构和黏土原浆储存机构，所述黏土浆制备机构包括黏土堆放机构、泥浆泵(4)和制浆用高压喷嘴(3)；所述泥浆泵(4)的出液端与所述制浆用高压喷嘴(3)的进液端流体导通连接，所述制浆用高压喷嘴(3)的出液端设在所述黏土堆放机构内，所述黏土堆放机构的出液端与所述黏土浆沉淀除杂机构的进液端流体导通连接，所述黏土浆沉淀除杂机构的出液端与所述黏土浆调匀机构的进液端流体导通连接，所述黏土浆调匀机构的出液端与所述黏土原浆储存机构的进液端流体导通连接；所述黏土堆放机构包括土场(1)和泥浆挡墙(2)，所述泥浆挡墙(2)为防渗泥浆挡墙(2)，所述泥浆挡墙(2)上设有贯穿所述泥浆挡墙(2)的泄浆孔，所述泄浆孔内设有滤网(5)；所述制浆用高压喷嘴(3)设在临近所述泄浆孔的所述泥浆挡墙(2)上且所述制浆用高压喷嘴(3)的出液端位于靠近所述土场(1)的所述泥浆挡墙(2)的一侧；黏土堆设在所述土场(1)内，且所述黏土堆为扇环形黏土堆，所述泥浆挡墙(2)设在扇形黏土堆的扇形边缘处；所述制浆用高压喷嘴(3)为锥形喷嘴，所述锥形喷嘴的锥度为12°～14°；所述制浆用高压喷嘴(3)的出液端可以以所述泥浆挡墙(2)为支点进行上下左右自由摆动，所述制浆用高压喷嘴(3)的出液端可上下摆动的角度为-45°～+
45°，所述制浆用高压喷嘴(3)的出液端可左右摆动的角度为-60°～+60°；所述制浆用高压喷嘴(3)的出液口与黏土堆边缘之间的水平距离小于或等于5m。
2.根据权利要求1所述的快速高效制备黏土原浆的装置，其特征在于，所述黏土原浆储存机构包括黏土原浆储浆池(14)，所述黏土原浆储浆池(14)池壁为高2.5m、厚0.4m的防渗墙；所述黏土原浆储浆池(14)的进液端与所述黏土浆调匀机构的出液端流体导通连接。
3.根据权利要求2所述的快速高效制备黏土原浆的装置，其特征在于，所述黏土浆调匀机构包括原浆池(10)、调匀用高压喷嘴(11)和调匀用渣浆泵(12)，所述原浆池(10)池壁为高2.5m、厚0.4m的防渗墙；所述调匀用渣浆泵(12)设在所述原浆池(10)内，所述调匀用高压喷嘴(11)的进液端与所述调匀用渣浆泵(12)的出液端流体导通连接，所述调匀用高压喷嘴(11)的出液端设在所述原浆池(10)内；所述黏土浆沉淀除杂机构的出液端与所述原浆池(10)的进液端流体导通连接，所述调匀渣浆泵的出液端与所述黏土原浆储浆池(14)的进液端流体导通连接。
4.根据权利要求3所述的快速高效制备黏土原浆的装置，其特征在于，所述黏土浆沉淀除杂机构包括沉淀池(7)、沉淀除杂用渣浆泵(8)和泥浆净化机(9)，所述沉淀除杂用渣浆泵(8)设在所述沉淀池(7)内，所述沉淀池(7)池壁为高2.5m、厚0.4m的防渗墙；所述黏土堆放机构的出液端与所述沉淀池(7)的进液端流体导通连接；所述沉淀除杂用渣浆泵(8)的出液端与所述泥浆净化机(9)的进液端流体导通连接，所述泥浆净化机(9)的出液端与所述原浆池(10)的进液端流体导通连接。
5.根据权利要求4所述的快速高效制备黏土原浆的装置，其特征在于，所述黏土堆放机构的出液端与所述沉淀池(7)的进液端通过泥浆溜槽(6)流体导通连接；所述沉淀池(7)的进液端内设有滤网(5)，所述沉淀除杂用渣浆泵(8)的进液端设有滤网罩。
6.一种利用权利要求1～5任一所述的快速高效制备黏土原浆的装置的制浆工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(2)将步骤(1)中制备出的黏土一级浆用黏土浆沉淀除杂机构进行沉淀除杂得到黏土二级浆；
(3)将步骤(2)制备出的黏土二级浆用黏土浆沉淀除杂机构进行除砂得到黏土三级浆；
(4)将步骤(3)制备出的黏土三级浆用黏土浆调匀机构进行调匀处理得到黏土四级浆；
(5)将步骤(4)制备出的黏土四级浆泵入黏土浆储存机构内储存。
7.根据权利要求6所述的制浆工艺，其特征在于，在步骤(4)中，利用黏土浆调匀机构通过内循环使黏土三级浆转变为黏土四级浆，黏土四级浆的比重为1.13～1.25g/cm3，马氏粘度为16～23s；所述内循环实施方法为：用黏土浆调匀机构中的调匀用渣浆泵(12)将黏土浆调匀机构中的原浆池(10)中的黏土三级浆泵入黏土浆调匀机构中的调匀用高压喷嘴(11)，然后经由调匀用高压喷嘴(11)将黏土三级浆喷入原浆池(10)内。
一种快速高效制备黏土原浆的装置及制浆工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及地面预注浆领域，特别涉及一种快速高效制备黏土原浆的装置及制浆工艺。
背景技术
[0002] 地面预注浆技术是矿山防治水及地层加固的重要方法，是指在立井开凿或工作面推进之前，从地面利用钻机在立井四周或目的层钻探注浆孔，对基岩含水岩层或破碎裂隙带进行注浆。综合注浆技术是当前地面预注浆中工艺先进、应用广泛的一种综合技术，已经在上百个煤矿和非煤矿山建设过程中进行了成功应用。
[0003] 但是，随着矿山开采规模的不断扩大，井筒深度也越来越深，不论煤矿还是非煤矿山，深部地层的水文地质情况更加复杂，地面预注浆施工的工程量越来越大，例如：煤矿水平定向孔区域灰岩含水层改造工程、铁矿矿体帷幕注浆工程等，工期紧张，黏土原浆的造浆强度非常大，每个月的造浆量至少6000m3以上。
[0004] 目前，黏土原浆的造浆技术分为两大类：浸泡搅拌造浆法和黏土制浆机造浆法，这两种方法都有以下缺点：
[0005] (1)黏土原浆的造浆效率低下，浸泡搅拌造浆法每个月造浆量不大于1500m3，黏土制浆机造浆法每个月造浆量不大于3500m3，无法满足更大规模的注浆工程需求；(2)黏土原浆造浆过程中工人使用数量较多，浸泡搅拌法的工人数量7～9人/台班，黏土制浆机造浆法的工人数量5～6人/台班，施工成本很大；(3)黏土制浆机造浆法对于原状黏土的要求较高，含砂量不大于3％，否则，对于设备的磨损较大，严重影响黏土制浆机的使用寿命，因此，黏土的取材范围较小；(4)黏土原浆的造浆工序较为繁复，人为造成的原材料浪费较严重，设备的维修率较高，基本上两天维修一次，导致造浆成本增加。(5)原状黏土的倒运及堆放的要求很高，占用场地很大，社会效益较差。
发明内容
[0006] 有鉴于此，本发明在于提供一种快速高效制备黏土原浆的装置及制浆工艺，提高传统黏土原浆造浆工艺的生产效率，降低造浆成本，确保黏土原浆的成浆质量。
[0007] 为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：一种快速高效制备黏土原浆的装置，包括黏土浆制备机构、黏土浆沉淀除杂机构、黏土浆调匀机构和黏土原浆储存机构，所述黏土浆制备机构包括黏土堆放机构、泥浆泵和制浆用高压喷嘴；所述泥浆泵的出液端与所述制浆用高压喷嘴的进液端流体导通连接，所述制浆用高压喷嘴的出液端设在所述黏土堆放机构内，所述黏土堆放机构的出液端与所述黏土浆沉淀除杂机构的进液端流体导通连接，所述黏土浆沉淀除杂机构的出液端与所述黏土浆调匀机构的进液端流体导通连接，所述黏土浆调匀机构的出液端与所述黏土原浆储存机构的进液端流体导通连接。
[0008] 上述快速高效制备黏土原浆的装置，所述黏土原浆储存机构包括黏土原浆储浆池，所述黏土原浆储浆池池壁为高2.5m、厚0.4m的防渗墙；所述黏土原浆储浆池的进液端与所述黏土浆调匀机构的出液端流体导通连接。
[0009] 上述快速高效制备黏土原浆的装置，所述黏土浆调匀机构包括原浆池、调匀用高压喷嘴和调匀用渣浆泵，所述原浆池池壁为高2.5m、厚0.4m的防渗墙；所述调匀用渣浆泵设在所述原浆池内，所述调匀用高压喷嘴的进液端与所述调匀用渣浆泵的出液端流体导通连接，所述调匀用高压喷嘴的出液端设在所述原浆池内；所述黏土浆沉淀除杂机构的出液端与所述原浆池的进液端流体导通连接，所述调匀渣浆泵的出液端与所述黏土原浆储浆池的进液端流体导通连接。
[0010] 上述快速高效制备黏土原浆的装置，所述黏土浆沉淀除杂机构包括沉淀池、沉淀除杂用渣浆泵和泥浆净化机，所述沉淀除杂用渣浆泵设在所述沉淀池内，所述沉淀池池壁为高2.5m、厚0.4m的防渗墙；所述黏土堆放机构的出液端与所述沉淀池的进液端流体导通连接；所述沉淀除杂用渣浆泵的出液端与所述泥浆净化机的进液端流体导通连接，所述泥浆净化机的出液端与所述原浆池的进液端流体导通连接。
[0011] 上述快速高效制备黏土原浆的装置，所述黏土堆放机构的出液端与所述沉淀池的进液端通过泥浆溜槽流体导通连接；所述沉淀池的进液端内设有滤网，所述沉淀除杂用渣浆泵的进液端设有滤网罩。
[0012] 上述快速制备黏土原浆的装置，所述黏土堆放机构包括土场和泥浆挡墙，所述泥浆挡墙为防渗泥浆挡墙，所述泥浆挡墙上设有贯穿所述泥浆挡墙的泄浆孔，所述泄浆孔内设有滤网；所述制浆用高压喷嘴设在临近所述泄浆孔的所述泥浆挡墙上且所述制浆用高压喷嘴的出液端位于靠近所述土场的所述泥浆挡墙的一侧；黏土堆设在所述土场内，且所述黏土堆为扇环形黏土堆，所述泥浆挡墙设在扇形黏土堆的扇形边缘处。
[0013] 上述快速高效制备黏土原浆的装置，所述制浆用高压喷嘴为锥形喷嘴，所述锥形喷嘴的锥度为12°～14°。
[0014] 上述快速高效制备黏土原浆的装置，所述制浆用高压喷嘴的出液端可以以所述泥浆挡墙为支点进行上下左右自由摆动，所述制浆用高压喷嘴的出液端可上下摆动的角度为-45°～+45°，所述制浆用高压喷嘴的出液端可左右摆动的角度为-60°～+60°；所述制浆用高压喷嘴的出液口与黏土堆边缘之间的水平距离小于或等于5m。
[0015] 一种利用快速高效制备黏土原浆的装置的制浆工艺，包括如下步骤：
[0016] (1)利用黏土浆制备机构制备出黏土一级浆；
[0017] (2)将步骤(1)中制备出的黏土一级浆用黏土浆沉淀除杂机构进行沉淀除杂得到黏土二级浆；
[0018] (3)将步骤(2)制备出的黏土二级浆用黏土浆沉淀除杂机构进行除砂得到黏土三级浆；
[0019] (4)将步骤(3)制备出的黏土三级浆用黏土浆调匀机构进行调匀处理得到黏土四级浆；
[0020] (5)将步骤(4)制备出的黏土四级浆泵入黏土浆储存机构内储存。
[0021] 上述制浆工艺，在步骤(4)中，利用黏土浆调匀机构通过内循环使黏土三级浆转变为黏土四级浆，黏土四级浆的比重为1.13～1.25g/cm3，马氏粘度为16～23s；所述内循环实施方法为：用黏土浆调匀机构中的调匀用渣浆泵将黏土浆调匀机构中的原浆池中的黏土三级浆泵入黏土浆调匀机构中的调匀用高压喷嘴，然后经由调匀用高压喷嘴将黏土三级浆喷入原浆池内，经过多次反复的循环，确保浆液达到更好的悬浮性，降低浆液的析水率。
[0022] 本发明的有益效果是：
[0023] 1.黏土原浆的造浆效率极大提高，每个月可达15000m3以上注浆规模的需要，与传统造浆技术相比，造浆效率提高了4倍以上。
[0024] 2.造浆工艺流程简单，对于原状黏土的取材范围更加广泛，塑性指数10～17％、含砂量不大于5％的黏土均适用。
[0025] 3.黏土原浆造浆过程中，减少工人使用数量，工人数量2～3人/台班，与传统造浆技术相比，工人劳务支出减少了一半左右，降低人为因素对成浆质量的影响。
[0026] 4.降低造浆设备的维修率，主要造浆设备基本上每7天维修1次，节约了机械设备的维护成本。
[0027] 5.提高原状黏土的利用率，确保黏土原浆的成浆质量.
附图说明
[0028] 图1为本发明中快速高效制备黏土原浆的装置的结构示意图；
[0029] 图2为本发明中快速高效制备黏土原浆的装置中的制浆用高压喷嘴的结构示意图；
[0030] 图3为本发明利用快速高效制备黏土原浆的装置制备黏土原浆的工艺示意图。
[0031] 图中：1-土场；2-泥浆挡墙；3-制浆用高压喷嘴；4-泥浆泵；5-滤网；6-泥浆溜槽；7-沉淀池；8-沉淀除杂用渣浆泵；9-泥浆净化机；10-原浆池；11-调匀用高压喷嘴；12-调匀用渣浆泵；13-三通管；14-储浆池；15-制浆用高压喷嘴的出液口。
具体实施方式
[0032] 为清楚说明本发明中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。
[0033] 本发明中的制浆工艺，是一种利用快速高效制备黏土原浆的装置制备黏土原浆的制浆工艺。本实施例中，所述快速高效制备黏土原浆的装置包括黏土浆制备机构、黏土浆沉淀除杂机构、黏土浆调匀机构和黏土原浆储存机构。
[0034] 其中，如图1所示，所述黏土浆制备机构包括黏土堆放机构、泥浆泵4和制浆用高压喷嘴3，所述黏土堆放机构包括土场和泥浆挡墙2，所述泥浆挡墙2为防渗泥浆挡墙2，且所述泥浆挡墙2上设有贯穿所述泥浆挡墙2的泄浆孔，且所述泄浆孔内设有滤网5，所述泄浆孔为宽高均为50cm的方形孔，所述制浆用高压喷嘴3设在临近所述泄浆孔的所述泥浆挡墙2上且所述制浆用高压喷嘴3的出液端位于靠近所述土场的所述泥浆挡墙2的一侧，其中所述制浆用高压喷嘴3架设点距地面高度为1.3m，用于架设所述制浆用高压喷嘴3的无缝钢管长度为2m，并且所述制浆用高压喷嘴3的出液端可以以所述泥浆挡墙2为支点进行上下左右自由摆动，所述制浆用高压喷嘴3的出液端可上下摆动的角度为-45°～+45°，所述制浆用高压喷嘴
3的出液端可左右摆动的角度为-60°～+60°，而且黏土堆设在所述土场内，且所述黏土堆为扇环形黏土堆，所述泥浆挡墙2设在扇形黏土堆的扇形边缘处，而所述制浆用高压喷嘴3的出液口与黏土堆之间的水平距离小于或等于5m。本实施例中选用的制浆用高压喷嘴3为锥形喷嘴，且所述锥型喷嘴的材质为G105，直径为30～35mm，并且所述锥形喷嘴的喷嘴锥度
12°～14°，如图2所示，而所述锥形喷嘴的壁厚大于或等于5mm，而本实施例中所使用的所述泥浆泵4为活塞泥浆泵，其技术参数为：活塞直径为110mm，公称流量为11L/s，公称压力为
10MPa，吸入管径为200mm，排出管径为75mm，所述制浆用高压喷嘴3为手持式高压喷嘴，所述泥浆泵4为3NB-260泥浆泵，所述而所述泥浆挡墙2高1m，厚0.28m，长10m。
[0035] 所述黏土浆沉淀除杂机构包括沉淀池7、沉淀除杂用渣浆泵8和泥浆净化机9，如图1所示，所述沉淀除杂用渣浆泵8设在所述沉淀池7内，且所述沉淀池7的进液端内设有滤网
5，并且所述沉淀除杂用渣浆泵8的进液端设有滤网罩，本实施例中，所述沉淀池7池壁为高
2.5m、厚0.4m的防渗墙，所述沉淀池7的直径为6m，所述泥浆净化机9为JSN-2C泥浆净化机。
[0036] 所述黏土浆调匀机构包括原浆池10、调匀用高压喷嘴11和调匀用渣浆泵12，所述调匀用渣浆泵12设在所述原浆池10内，所述调匀用高压喷嘴11的进液端与所述调匀用渣浆泵12的出液端通过三通管13流体导通连接，所述调匀用高压喷嘴11的出液端设在所述原浆池10内，本实施例中，所述原浆池10池壁为高2.5m、厚0.4m的防渗墙，所述原浆池10的直径为16m。
[0037] 所述黏土原浆储存机构包括黏土原浆储浆池14，如图1所示，所述黏土原浆储浆池14池壁为高2.5m、厚0.4m的防渗墙，所述黏土原浆储浆池14的直径为16m。
[0038] 所述沉淀除杂用渣浆泵8和所述调匀用渣浆泵12均选用流量大于或等于13L/s的渣浆泵，本实施例中，所述渣浆泵为80SZL-36液下渣浆泵。
[0039] 在所述快速高效制备黏土原浆的装置中，如图1所示，所述土场通过所述泄浆孔以及泥浆溜槽6与所述沉淀池7的进液端流体导通连接，所述沉淀除杂用渣浆泵8设在所述沉淀池7内，所述沉淀除杂用渣浆泵8的出液端与所述泥浆净化机9的进液端流体导通连接，所述泥浆净化机9的出液端与所述原浆池10的进液端流体导通连接，所述调匀用渣浆泵12设在所述原浆池10内，所述调匀用渣浆泵12的出液端分别与所述黏土原浆储浆池14的进液端和所述调匀用高压喷嘴11的进液端流体导通连接。
[0040] 利用所述快速高效制备黏土原浆的装置制备黏土原浆的制浆工艺如图3所示，包括如下步骤：
[0041] (1)利用黏土浆制备机构制备出黏土一级浆：利用高压大泵量的活塞泥浆泵4和手持式高压喷嘴产生的高压喷射水流对堆积的原状黏土进行破碎切削，生成黏土一级浆，其中，原状黏土为塑性指数在10％～17％之间的原状亚黏土，黏粒(粒径小于0.005mm)含量不小于25％，含砂量不大于5％，有机物含量不大于3％，原状黏土堆积于所述土场内，呈扇形堆积；生成的黏土一级浆经所述泄浆孔和所述泥浆溜槽6流入所述沉淀池7内；
[0042] (2)将步骤(1)中制备出的黏土一级浆用黏土浆沉淀除杂机构进行沉淀除杂得到黏土二级浆：将步骤(1)中制备出的黏土一级浆在所述沉淀池7内经过所述沉淀除杂用渣浆泵8除杂处理转变成了黏土二级浆；
[0043] (3)将步骤(2)制备出的黏土二级浆用黏土浆沉淀除杂机构进行除砂得到黏土三级浆：步骤(2)制备出的黏土二级浆由所述沉淀除杂用渣浆泵8泵入所述泥浆净化机9进行除砂处理，经过所述泥浆净化机9除砂处理后，黏土二级浆变成了黏土三级浆，其中所述泥浆净化机9的处理能力大于或等于100m3/h；
[0044] (4)将步骤(3)制备出的黏土三级浆用黏土浆调匀机构进行调匀处理得到黏土四级浆：在黏土三级浆流入所述原浆池10内后，通过所述调匀用渣浆泵12和所述调匀用高压喷嘴11使得黏土三级浆在所述原浆池10内进行搅拌，即使进入所述原浆池10内的黏土三级浆在所述原浆池10内进行内循环，从而使原来黏土三级浆的比重、粘度局部不一致的情况消失，使得比重、粘度局部不一致的黏土三级浆转变为比重、粘度均匀的黏土四级浆；本步骤中，所述原浆池10内黏土三级浆的内循环为定期进行，连续的两次内循环之间的间隔时间小于或等于4小时；所述内循环实施方法为：用黏土浆调匀机构中的调匀用渣浆泵12将黏土浆调匀机构中的原浆池10中的黏土三级浆泵入黏土浆调匀机构中的调匀用高压喷嘴11，然后经由调匀用高压喷嘴11将黏土三级浆喷入原浆池10内，经过多次反复的循环，确保浆液达到更好的悬浮性，降低浆液的析水率；
[0045] (5)将步骤(4)制备出的黏土四级浆泵入黏土浆储存机构内储存：在黏土四级浆的比重达到1.13～1.25g/cm3，马氏粘度达到16～23s，利用所述调匀用渣浆泵12输送到所述储浆池14内，即可得到可以使用的黏土原浆；所述储浆池14内的黏土原浆应4小时测量一次浆液粘度及比重。
[0046] 本实施例中，所述沉淀池7、所述原浆池10、所述储浆池14应定期进行清底工作，每输送600m3黏土原浆清理一次。
[0047] 上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所引伸出的任何显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。
