CN108798664B - 一种露天矿端帮开采连续采煤机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于露天矿端帮开采设备领域，具体是一种露天矿端帮开采连续采煤机。解决现有连续采煤机无法实现端帮压煤远程精确控制无人化开采的问题，包括截割部、装载部、左右行走部、主机架、输送部、后机架、除尘系统、电气系统、液压系统和冷却系统，冷却系统采用自循环冷却系统，冷却系统布置于机身右后方，除尘系统包括除尘风机和风道，除尘风道融合于截割部和机身内部，还包括外部控制中心和交互式远程控制平台，外部控制中心包括惯性导航系统、远程操作系统和故障诊断系统，所有监测数据和控制操作机构集成在交互式远程控制平台。本发明可显著提高端帮压煤的开采的效率和安全性。
Description
技术领域
本发明属于露天矿端帮开采设备领域，具体是一种露天矿端帮开采连续采煤机。
背景技术
近年来，我国露天煤矿生产与建设快速发展，已建和在建千万吨级露天煤矿已达三十多座，我国露天煤矿很大比重处于易滑区，边坡设计平缓，同时煤层埋藏深度大，井田范围广，这就导致露天煤矿赋存了大量的端帮煤炭资源。端帮采煤技术就是利用露天煤矿采场端帮出露煤层布置采煤设备进行原煤开采的技术，不需要单独进行剥离或基建，具有煤炭资源开采成本低，生产效率高，无地面塌陷的特点，对提高我国采矿业的煤炭资源回收率，增强煤炭企业经济效益具有重要意义。
国外对露天煤矿端帮开采技术研究较早，主要有螺旋钻机开采方法、端帮采煤机端帮开采方法和连续采煤机端帮开采方法。螺旋钻机开采利用螺杆钻钻入端帮，螺旋线将煤导出，设备结构简单，成本低，但生产效率低，开采深度较浅；美国SHM公司于1994年正式推出端帮采煤机，该设备集开采、运输、监控等功能与一体，开采中无须支护及大量矿建，无任何人员进入巷道，安全性高，对于0.76～5.5m的煤层具有60%～75%的高回采率，开采深度最深可达500m,但是设备昂贵，一次性投入大；澳大利亚BHP公司采用久益12CMl2B连续采煤机对露天矿端帮压煤进行开采，配套多段运输车进行运输，各运输车的运输皮带单独驱动，上下跌加，采用销轴连成一个运输整体，在巷道掘进和回撤过程中通过增加和减少运输车数量来改变运输长度，可实现远程无线开采，最大采深可达370m。美国SHM公司的端帮采煤机和澳大利亚BHP公司的连续采煤机端帮开采技术已得到广泛应用，取得了很好的使用业绩。
我国端帮开采技术研究相对滞后，端帮开采长期依赖靠帮人工炮采等手段，开采效率低，安全性差。2010年，山西天地煤机装备有限公司与内蒙古乌兰煤矿合作，利用EML340型国产连续采煤机配套搭接式皮带转载机进行露天煤矿端帮开采，最大开采深度可达200m，证明了连续采煤机在露天端帮开采的可行性。
但是现有连续采煤机不能完全适应露天端帮开采的要求，无法实现端帮压煤的远程精确控制无人化开采。现有连采机不具有姿态控制和自动导航功能，在开采深度逐渐增大后无法精确保证中间预留煤柱的安全宽度，导致前期预留煤柱宽度较大，资源回采率降低；在远程控制连续采煤机截割煤壁过程中，操作者无法现场感知截割工况，截割速度与牵引进刀速度不匹配，截割滚筒受冲击较大，截齿磨损严重；同时由于端帮开采供水不便，现有连续采煤机所使用的外供水冷却系统不适于在端帮开采中使用。
针对上述问题，急需一种露天矿端帮连续采煤机，解决现有连续采煤机无法实现端帮压煤远程精确控制无人化开采的难题，填补国内露天矿端帮开采连续采煤机开发和使用的空白。
发明内容
本发明为了解决现有连续采煤机无法实现端帮压煤远程精确控制无人化开采的难题，满足露天煤矿端帮开采的需求，实现端帮压煤的安全、高效、低碳开采的问题，提供一种露天矿端帮开采连续采煤机。
本发明采取以下技术方案：一种露天矿端帮开采连续采煤机，包括截割部、装载部、左右行走部、主机架、输送部、后机架、除尘系统、电气系统、液压系统和冷却系统，冷却系统采用自循环冷却系统，冷却系统布置于机身右后方，除尘系统包括除尘风机和风道，除尘风道融合于截割部和机身内部，还包括外部控制中心和交互式远程控制平台，外部控制中心包括惯性导航系统、远程操作系统和故障诊断系统，所有监测数据和控制操作机构集成在交互式远程控制平台。
惯性导航系统水平固定在机身左侧行走部上方，惯性导航系统内置陀螺仪和加速度计可获得当前设备的方位、角度和俯仰数据，惯性导航系统的采集数据可无线传输至外部控制中心的交互式远程控制平台。
远程操作系统包括安装在截割部后方的摄像仪，摄像仪将截割图像传输至交互式远程控制平台，设备各执行机构通过电气系统控制，经过无线发射基站在交互式远程控制平台进行远程操作。
故障诊断系统通过传感器获得设备运行过程中的关键液压数据和电气数据，所有数据集中到交互式远程控制平台进行实时显示和数据长期记录，通过故障自检程序，可对故障进行报警，交互式控制界面可显示当前故障类型和具体处理步骤。
进一步的，还包括自适应截割控制系统，自适应截割控制系统包括掏槽控制系统、截割油缸控制系统、截割参数数据库和采高自动控制系统。
进一步的，掏槽控制系统在连续采煤机截入煤壁时，连续采煤机的行走速度与截割功率形成PI反馈，根据截割功率的变化，通过变频器选择合适的行走速度进行掏槽。
进一步的，截割油缸控制系统在截割臂向下截割过程中，截割油缸流量与截割功率形成PI反馈，根据截割功率的变化，通过比例控制阀选择合适的油缸伸缩速度进行向下截割。
进一步的，截割参数数据库是根据不同煤层硬度和底板条件试验所获得的最优截割牵引反馈系数数据库，在工作过程中，可通过控制面板进行人工设定。
进一步的，采高自动控制系统在截割臂升降油缸外部固定拉线传感器，在截割过程中，可以获得当前油缸伸出量，进而计算出当前截割高度，通过程序设定，可保证巷道高度的准确性。
进一步的，自循环冷却系统主要由水箱、冷却控制阀组、水泵组件和风扇冷却器组成，水箱中冷却水通过水泵组件作用，采用串联方式，分别对变频器箱、行走电机、装运电机和截割电机进行冷却，高温水通过风扇冷却器进行冷却后返回水箱，风扇冷却器由两组散热器组成，可根据冷却温度要求，自动选择散热器启停数量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明一种露天矿端帮开采连续采煤机与现有技术相比较具有明显的先进性，整机结构紧凑，可进行端帮压煤的远程精确控制无人化开采，可显著提高端帮压煤的开采的效率和安全性。
本发明一种露天矿端帮开采连续采煤机采用无线远程精确控制系统，在端帮开采过程中，可在外部控制中心对整个开采过程进行远程操作和监控，无人员进入采掘巷道，保证端帮开采的安全性，同时设备定位参数可实时显示，可按设计巷道中心线进行掘进，有效保证中间预留煤柱的安全宽度，提高煤炭资源回采率。
本发明一种露天矿端帮开采连续采煤机采用自适应截割控制系统，在截割过程中能有效减小煤壁对截割滚筒的冲击，提高整机的使用寿命，同时可有效避免连续采煤机截割过程中过度打滑，提高连续采煤机的截割效率。
本发明一种露天矿端帮开采连续采煤机采用内循环冷却系统，可在无外部供水情况下，对设备各工作部件进行有效冷却。
附图说明
图1是整体结构主视图；
图2是整体结构俯视图；
图3是连续采煤机端帮开采图；
图4是截割循环作业图；
图5是内循环水冷系统结构图；
图中：1-截割部，2-装载部，3-左右行走部，4-主机架，5-输送部，6-后机架，7-除尘系统，8-电气系统，9-液压系统，10-冷却系统，11-外部控制中心，12-交互式远程控制平台，13-惯性导航数据采集箱， 14-截割推进，15-掏槽，16-向下截割，17-拉低，18-扫顶，19-截割油缸，20-水箱，21-冷却控制阀组，22-水泵组件，23-风扇冷却器。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明的一种露天矿端帮开采连续采煤机主要部件由截割部1、装载部2、左右行走部3、主机架4、输送部5、后机架6、除尘系统7、电气系统8、液压系统9和冷却系统10组成，冷却系统10采用自循环冷却系统，冷却装置布置于机身右后方，可满足露天矿端帮开采无外供水的冷却要求，除尘系统7由除尘风机和风道组成，除尘风道融合于截割部1和机身内部，本发明具有无线远程精确控制系统，在端帮开采过程中，整机通过位于巷道外部的交互式远程控制平台12进行操作，设备在截割循环作业过程中采用自适应截割控制系统进行控制，共同作用可实现对端帮压煤远程精确控制无人化开采
如图3所示，本发明中露天矿端帮开采连续采煤机具有外部控制中心11，采用无线远程精确控制系统进行控制，该系统主要由惯性导航系统、远程操作系统和故障诊断系统组成，所有监测数据和控制操作机构集成在交互式远程控制平台12上，在端帮开采过程中，操作人员可通过交互式远程控制平台12对整个开采过程进行监控和精确操作。
惯性导航数据采集箱13水平固定在机身左侧行走部上方，内置陀螺仪和加速度计可获得当前设备的方位、角度和俯仰数据, 数据可无线传输至外部控制中心11的交互式远程控制平台12，经计算机处理可与事先设定和离散化的巷道设计位置坐标进行比较，所得偏差可通过远程操作连续采煤机的行走系统3进行修正，使连续采煤机按设计巷道中心线进行掘进，可有效保证中间预留煤柱的安全宽度，提高煤炭资源回采率。
远程操作系统通过在截割部1后方安装摄像仪，将截割图像传输至交互式远程控制平台12，设备各执行机构通过电气系统控制，经过无线发射基站，可在交互式远程控制平台12进行远程操作。
故障诊断系统通过传感器获得设备运行过程中的关键液压数据和电气数据，所有数据集中到交互式远程控制平台12进行实时显示和数据长期记录，通过故障自检程序，可对故障进行报警，交互式控制界面可显示当前故障类型和具体处理步骤。
如图4所示，本连续采煤机的截割循环作业分为5个具体过程，分别为截割推进14，掏槽15，向下截割16，拉底17和扫顶18，其中在掏槽15和向下截割16过程中煤壁对截割滚筒的冲击较大，本发明中自适应截割控制系统可有效减小煤壁对截割滚筒的冲击，避免连续采煤机截割过程中过度打滑；自适应截割控制系统由掏槽控制系统、截割油缸控制系统、截割参数数据库和采高自动控制系统组成。
在连续采煤机割入煤壁进行掏槽15作业过程中，掏槽控制系统通过电流互感器获得当前截割功率，根据截割功率的变化，采用PI反馈获得合适的行走速度进行掏槽；在连续采煤机向下截割过程中，截割油缸19流量与截割功率形成PI反馈，根据截割功率的变化，通过截割油缸19控制系统获得合适的油缸19伸缩速度进行截割；根据现场不同煤层硬度和底板条件，在自适应截割控制系统中建立截割参数数据库，根据现场具体工况，通过控制面板可人工设定推荐的截割牵引反馈系数进行截割循环作业；截割油缸外部固定有拉线传感器，在截割过程，可以获得当前的开采高度，通过采高自动控制系统作用，可保证巷道的开采高度的准确性。
如图5所示，本发明中自循环冷却系统主要由水箱20、冷却控制阀组21、水泵组件22和风扇冷却器23组成，水箱20中冷却水通过水泵组件22作用，采用串联方式，分别对变频器箱、行走电机、装运电机和截割电机进行冷却，高温水通过风扇冷却器23进行冷却后返回水箱20，风扇冷却器由两组散热器组成，可根据冷却温度要求，自动选择散热器启停数量，节省能耗，该冷却系统可在无外部供水情况下，对设备各工作部件进行有效冷却，适应于端帮开采供水受限的现场要求。
Claims (2)
1.一种露天矿端帮开采连续采煤机，其特征在于：包括截割部（1）、装载部（2）、左右行走部（3）、主机架（4）、输送部（5）、后机架（6）、除尘系统（7）、电气系统（8）、液压系统（9）和冷却系统（10），冷却系统（10）采用自循环冷却系统，冷却系统（10）布置于机身右后方，除尘系统（7）包括除尘风机和风道，除尘风道融合于截割部（1）和机身内部，其特征在于：还包括外部控制中心（11）和交互式远程控制平台（12），外部控制中心（11）包括惯性导航系统（13）、远程操作系统和故障诊断系统，所有监测数据和控制操作机构集成在交互式远程控制平台（12），惯性导航系统（13）水平固定在机身左侧行走部上方，惯性导航系统（13）内置陀螺仪和加速度计可获得当前设备的方位、角度和俯仰数据，惯性导航系统（13）的采集数据可无线传输至交互式远程控制平台（12）；远程操作系统包括安装在截割部（1）后方的摄像仪，摄像仪将截割图像传输至交互式远程控制平台（12），设备各执行机构通过电气系统控制，经过无线发射基站在交互式远程控制平台（12）进行远程操作，故障诊断系统通过传感器获得设备运行过程中的关键液压数据和电气数据，所有数据集中到交互式远程控制平台（12）进行实时显示和数据长期记录，通过故障自检程序，可对故障进行报警，交互式控制界面可显示当前故障类型和具体处理步骤；还包括自适应截割控制系统，自适应截割控制系统包括掏槽控制系统、截割油缸控制系统、截割参数数据库和采高自动控制系统；所述的掏槽控制系统在连续采煤机截入煤壁时，连续采煤机的行走速度与截割功率形成PI反馈，根据截割功率的变化，通过变频器选择合适的行走速度进行掏槽；截割油缸控制系统在截割臂向下截割过程中，截割油缸流量与截割功率形成PI反馈，根据截割功率的变化，通过比例控制阀选择合适的油缸伸缩速度进行向下截割；截割参数数据库是根据不同煤层硬度和底板条件试验所获得的最优截割牵引反馈系数数据库，在工作过程中，可通过控制面板进行人工设定；采高自动控制系统在截割臂升降油缸外部固定拉线传感器，在截割过程中，可以获得当前油缸伸出量，进而计算出当前截割高度，通过程序设定，可保证巷道高度的准确性，截割循环作业分为5个具体过程，分别为截割推进，掏槽，向下截割，拉底和扫顶，在连续采煤机割入煤壁进行掏槽作业过程中，掏槽控制系统通过电流互感器获得当前截割功率，根据截割功率的变化，采用PI反馈获得合适的行走速度进行掏槽；在连续采煤机向下截割过程中，截割油缸流量与截割功率形成PI反馈，根据截割功率的变化，通过截割油缸控制系统获得合适的油缸伸缩速度进行截割；根据现场不同煤层硬度和底板条件，在自适应截割控制系统中建立截割参数数据库，根据现场具体工况，通过控制面板可人工设定推荐的截割牵引反馈系数进行截割循环作业；截割油缸外部固定有拉线传感器，在截割过程，可以获得当前的开采高度，通过采高自动控制系统作用，可保证巷道的开采高度的准确性。
2.根据权利要求1所述的露天矿端帮开采连续采煤机，其特征在于：自循环冷却系统主要由水箱、冷却控制阀组、水泵组件和风扇冷却器组成，水箱中冷却水通过水泵组件作用，采用串联方式，分别对变频器箱、行走电机、装运电机和截割电机进行冷却，高温水通过风扇冷却器进行冷却后返回水箱，风扇冷却器由两组散热器组成，可根据冷却温度要求，自动选择散热器启停数量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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