CN107098244B - 基于轨道行走装置的深井提升系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于轨道行走装置的深井提升系统，包括齿轮轨道；提升装置，提升装置中设有电机，电机通过传动轴、变向齿轮箱和减速齿轮与齿轮轨道啮合，提升装置的底部四周设有导向齿轮；运输箕斗，运输箕斗的顶部与提升装置的底部连接，运输箕斗的下部设有卸矿口；控制系统，包括信号采集单元、输入单元、控制单元和执行单元；信号采集单元包括图像采集设备、定位装置；执行单元包括齿轮制动装置和卸矿口开闭装置；控制单元用于根据信号采集单元采集的信息和/或输入单元的指令输入，给电机执行单元输出控制指令。本发明通过用齿轮轨道和提升装置的结构，能够增加运输箕斗的容量，提高矿石的运输效率；减小无用功，增加了能量利用率。

Description

基于轨道行走装置的深井提升系统及方法

技术领域

本发明属于深部矿床开采领域，具体设计一种基于轨道行走装置的深井提升系统及方法。

背景技术

矿井提升装置是矿床地下开采中是不可或缺的，经过发展，提升机从单绳缠绕式提升机发展到多绳摩擦式提升机。在常规深度矿山开采中，多绳摩擦式提升机被大规模应用与地下矿山的开采中。

国家十三五规划纲要中，对地球深部矿物资源，能源资源的勘探与开发利用已被提升到国家发展战略高度。2016年已经成为我国开展矿业“深地”探索的关键年，作为十三五国家项目《深部金属矿建井与提升关键技术》和《深部金属矿安全开采技术》先后启动，中国矿业的“深地”探索已经全面拉开了大幕。在我国，有些金属矿已经进入了深部开采，开采深度和竖井达到了1500多米。而在国外超过1000米的金属矿山达90多座，其中3000米以上的有5座。而最深的矿井是南非卡里顿维尔金矿，采深达3800米，竖井延深达4164米。由此可见，深部开采已经成为矿业发展的趋势。但在进行深部开采的同时会面临很多技术问题，矿井提升装置和效率的提高是制约矿床深部开采一个重要的方面。例如在国外，竖井的设计深度一般小于2000米，超过2000米时改为两段竖井提升。根据资料显示，当竖井深1700米，采用缠绕式提升机时，深井的有效提升量只有25%，其中75%是作的无用功，消耗在提升钢丝绳了。所以，深井的矿石提升成本相当高，井越深，成本越高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于轨道行走装置的深井提升系统及方法，提高深井矿石提升效率，降低成本。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于轨道行走装置的深井提升系统，其特征在于：它包括：

齿轮轨道，从地面至井底地设置在深井井筒的井壁上，共有至少3根周向均布在井壁上；

提升装置，提升装置中设有电机，电机通过电线和电刷从深井井筒中的导电杆取电，电机依次通过传动轴、变向齿轮箱和减速齿轮与所述的齿轮轨道啮合，提升装置的底部四周还设有与所述的齿轮轨道啮合的导向齿轮；

运输箕斗，运输箕斗的顶部与提升装置的底部连接，运输箕斗的下部设有卸矿口；

控制系统，包括信号采集单元、输入单元、控制单元和执行单元；信号采集单元包括用于采集提升装置和运输箕斗之间连接状态的图像采集设备、用于确定提升装置位置的定位装置；执行单元包括齿轮制动装置和卸矿口开闭装置；控制单元用于根据信号采集单元采集的信息和/或输入单元的指令输入，给电机执行单元输出控制指令。

按上述方案，所述的提升装置的底部设有箕斗固定装置，箕斗固定装置包括由所述的控制单元控制伸缩的刚性杆；所述的运输箕斗包括箕斗上部和箕斗下部，箕斗上部和箕斗下部之间设有与所述的刚性杆匹配的卡槽。

按上述方案，所述的运输箕斗的底部为向所述的卸矿口倾斜的倾斜面。

按上述方案，所述的信号采集单元还包括用于采集提升装置速度的速度传感器、采集深井井筒内温度的温度传感器。

按上述方案，所述的控制系统还包括显示装置，用于显示实时的参数，参数包括提升装置和运输箕斗之间连接状态的图像、提升装置的位置。

所述的基于轨道行走装置的深井提升系统的控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、当运输箕斗装好矿石，提升装置与运输箕斗顶部连接；

S2、启动电机，提升装置带动运输箕斗以设定的提升速度提升至地面卸矿点；

S3、打开卸矿口到卸矿门打开位置，进行卸矿；

S4、卸矿完成后，提升装置带动运输箕斗以设定的下降速度下降至井底，解除提升装置与运输箕斗的连接，进行矿石装载。

按上述方法，在控制的过程中，将采集的数据实时显示。

本发明的有益效果为：

1、通过用齿轮轨道和提升装置的结构，替代了传统的缠绕式提升机，运输箕斗只需要安装在提升装置下即可，从而能够增加运输箕斗的容量，提高矿石的运输效率；减小无用功，增加了能量利用率，由于在传统的深井提升中，75%的能量消耗在绳子的提升中，因此利用齿轮轨道进行提升可以使能量的利用率增加到50%以上，最终实现降低成本。

2、在传统的多绳摩擦式提升机中，一旦绳子超负荷生产疲劳断裂或大型卷扬机发生故障后，会给提升装置造成极大的损害；本发明通过信号采集单元获取实时的工作状态，能够对矿石运输进行全过程监控，一旦发生提升装置及箕斗急速下降就会启动齿轮制动装置，使设备停止或以安全速度下降，以保证提升装置和箕斗的安全。

3、本系统除了能运输矿石，也可以用来提升运输设备和工作人员，使用起来灵活方便。

附图说明

图1为本发明一实施例的控制框图。

图2为本发明一实施例的提升装置示意图。

图3为深井井壁镶齿轨道铺设示意图。

图4为周围齿轮布置示意图。

图5为减速齿轮和导向齿轮与轨道轮齿咬合示意图。

图6为箕斗形状及卸矿口示意图。

图7为图6的左视图。

图中：1-电机；2-传动轴；3-变向齿轮箱；4-减速齿轮；5-电机挡板；6-导向齿轮；7-提升装置；8-轮齿轨道；9-深井井筒；10-定位装置；11-电刷；12-导电杆；13-电线；14-图像采集设备；15-箕斗固定装置； 16-齿轮轴承；17-制动装置；18-箕斗上部；19-箕斗下部；20-卡槽； 21-卸矿门打开位置；22-卸矿口。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

本发明提供一种基于轨道行走装置的深井提升系统，如图1至图5所示，它包括：

齿轮轨道8，从地面至井底地设置在深井井筒9的井壁上，共有至少3根周向均布在井壁上；本实施例中为4根，相互之间的夹角是90^o。

提升装置7，提升装置7中设有电机1，电机1通过电线13和电刷11从深井井筒9中的导电杆12取电，电机1依次通过传动轴2、变向齿轮箱3和减速齿轮4与所述的齿轮轨道8啮合，提升装置7的底部四周还设有与所述的齿轮轨道8啮合的导向齿轮6。本实施例中，电机1为满足提升要求的大功率双轴电机，通过电机挡板5固定在提升装置7上，在传动轴2的两端分别连接一个变向齿轮箱3，与变向齿轮箱3相连接的是与轮齿轨道8相啮合的减速齿轮4。另外两侧各连接一个与轮齿轨道8相啮合的用于稳定提升装置的导向齿轮6，在提升装置7的底部四周各安装一个与轮齿轨道8相咬合的用来稳定提升装置的导向齿轮，因此减速齿轮4共2个，导向齿轮6共6个。所述的提升装置7的底部设有箕斗固定装置15，箕斗固定装置15包括由所述的控制单元控制伸缩的具有高强度的刚性杆，用来连接提升装置7和运输箕斗。

运输箕斗，运输箕斗的顶部与提升装置7的底部连接，运输箕斗的下部设有卸矿口22；如图6和图7所示，所述的运输箕斗具有一定容量，满足矿山设计产量，呈圆柱形，运输箕斗包括箕斗上部18和箕斗下部19，箕斗上部18直径略大于箕斗下部19的直径，本实施例中箕斗下部19圆柱半径小于箕斗上部18半径20 cm，箕斗上部18和箕斗下部19之间设有与所述的刚性杆匹配的卡槽20。所述的运输箕斗的底部为向所述的卸矿口22倾斜的倾斜面，本实施例的倾斜角度为45^o，当运输箕斗运行到卸矿点时，打开卸矿口22至卸矿门打开位置21，矿石可以通过自身重力自行倒入储存库中。

控制系统，包括信号采集单元、输入单元、控制单元和执行单元；信号采集单元包括用于采集提升装置和运输箕斗之间连接状态的图像采集设备14、用于确定提升装置位置的定位装置10；执行单元包括齿轮制动装置17和卸矿口开闭装置；控制单元用于根据信号采集单元采集的信息和/或输入单元的指令输入，给电机执行单元输出控制指令。

所述的信号采集单元还包括用于采集提升装置7速度的速度传感器、采集深井井筒9内温度的温度传感器。所述的控制系统还包括显示装置，用于显示实时的参数，参数包括提升装置7和运输箕斗之间连接状态的图像、提升装置7的位置。本实施例中，在提升装置7的上方设置一个提升装置7在深井井筒9中的定位装置10，用来定位提升装置7和运输箕斗在深井井筒9中的位置，还可以用来监测提升装置7和运输箕斗提升和降落的速度，并实时传输给控制单元。在电机挡板5的下方安装一个红外的图像采集设备14，用来实时采集提升装置7和运输箕斗的连接状态，确保运输和提升安全。在八个齿轮（2个减速齿轮4和6个导向齿轮6）附近各安装一个红外的图像采集设备14用来监测各个齿轮的状态，并将采集的数据实时传输给控制单元。以及在减速齿轮4和导向齿轮6及电机1的附近安装温度传感器用来监测这些装置的工作温度，保证提升系统的安全运行。

本控制系统包括控制电机1的启动和停止、控制提升装置7的上升和下降、提升装置7的定位测速装置、防止提升装置7及运输箕斗掉落的齿轮制动装置17、提升装置7和运输箕斗在深井井筒9中运行的数字化显示装置、数据采集装置及传输系统等。齿轮制动装置17设置在减速齿轮4和导向齿轮6的齿轮轴承16上。通过定位装置10、红外的图像采集设备14及温度传感器采集的数据通过有线或者无线传输到控制单元进行处理，利用虚拟现实技术将提升装置7在深井井筒9中的位置及各个部位的工作状态显示在屏幕中。工作人员就可以对本系统各个部位的工作状态进行监测，并根据显示的信息对提升系统发出指令保证运输的顺利进行。

电机1的运行控制、卸矿控制、施油启动控制、箕斗连接控制、制动启动控制及提升速度控制，是利用数字化屏幕显示的信息，通过控制系统来进行操作的。电机1通过导电杆12和电线13获得电能，带动传动轴2转动，通过变向齿轮箱3改变减速齿轮4的转动方向，利用减速齿轮4使高速转动的传动轴2速度减到适合的速度。

减速齿轮4和导向齿轮6的模数及直径相同，和齿轮轨道8的轮齿要完全吻合。在齿轮上安装齿轮制动装置17，当提升装置7失去动力急速下降，下降速度超过设定的值，启动齿轮制动装置17使提升装置7及运输箕斗下降速度降到适宜速度或停止。

所述的基于轨道行走装置的深井提升系统的控制方法，包括以下步骤：

S1、当运输箕斗装好矿石，提升装置7与运输箕斗顶部连接；本实施例中利用伸缩的刚性杆卡住运输箕斗的卡槽20即可实现连接。

S2、启动电机1，提升装置7带动运输箕斗以设定的提升速度提升至地面卸矿点；

S3、打开卸矿口到卸矿门打开位置21，进行卸矿；

S4、卸矿完成后，提升装置带动运输箕斗以设定的下降速度下降至井底，解除提升装置与运输箕斗的连接，进行矿石装载。

在控制的过程中，将采集的数据实时显示。实时监测齿轮的工作状态，一旦在监测屏幕上发现齿轮变形、卡齿、断裂时，要立即停止电机1并对系统进行维修。根据齿轮材料的质量，在没有发生上述事故时，也要定期对齿轮的状态进行检查或者更换，确保提升过程的安全。并且定期给镶嵌轮齿轨道和齿轮施加润滑油，以减小齿轮和轨道的磨损，延长齿轮使用寿命。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于轨道行走装置的深井提升系统，其特征在于：它包括：

齿轮轨道，从地面至井底地设置在深井井筒的井壁上，共有至少3根周向均布在井壁上；

提升装置，提升装置中设有电机，电机通过电线和电刷从深井井筒中的导电杆取电，电机依次通过传动轴、变向齿轮箱和减速齿轮与所述的齿轮轨道啮合，提升装置的底部四周还设有与所述的齿轮轨道啮合的导向齿轮；

运输箕斗，运输箕斗的顶部与提升装置的底部连接，运输箕斗的下部设有卸矿口；

控制系统，包括信号采集单元、输入单元、控制单元和执行单元；信号采集单元包括用于采集提升装置和运输箕斗之间连接状态的图像采集设备、用于确定提升装置位置的定位装置；执行单元包括齿轮制动装置和卸矿口开闭装置；控制单元用于根据信号采集单元采集的信息和/或输入单元的指令输入，给电机执行单元输出控制指令。

2.根据权利要求1所述的基于轨道行走装置的深井提升系统，其特征在于：所述的提升装置的底部设有箕斗固定装置，箕斗固定装置包括由所述的控制单元控制伸缩的刚性杆；所述的运输箕斗包括箕斗上部和箕斗下部，箕斗上部和箕斗下部之间设有与所述的刚性杆匹配的卡槽。

3.根据权利要求2所述的基于轨道行走装置的深井提升系统，其特征在于：所述的运输箕斗的底部为向所述的卸矿口倾斜的倾斜面。

4.根据权利要求1所述的基于轨道行走装置的深井提升系统，其特征在于：所述的信号采集单元还包括用于采集提升装置速度的速度传感器、采集深井井筒内温度的温度传感器。

5.根据权利要求1所述的基于轨道行走装置的深井提升系统，其特征在于：所述的控制系统还包括显示装置，用于显示实时的参数，参数包括提升装置和运输箕斗之间连接状态的图像、提升装置的位置。

6.权利要求1所述的基于轨道行走装置的深井提升系统的控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、当运输箕斗装好矿石，提升装置与运输箕斗顶部连接；

S2、启动电机，提升装置带动运输箕斗以设定的提升速度提升至地面卸矿点；

S3、打开卸矿口到卸矿门打开位置，进行卸矿；

S4、卸矿完成后，提升装置带动运输箕斗以设定的下降速度下降至井底，解除提升装置与运输箕斗的连接，进行矿石装载。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：在控制的过程中，将采集的数据实时显示。