CN110439564B - 一种用于露天矿山矿岩铲装、运输的智能装备系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于露天矿山矿岩铲装、运输的智能装备系统，由提升吊运系统、智能控制系统组合构成，支撑立架(12)环露天采场(19)四周并安装在立架基础(14)上，固定梁(11)安装在支撑立架(12)上，移动梁(1)前后活动安装在固定梁(11)的上方，转运梁(2)垂直安装在移动梁(1)上方，铲斗(4)悬吊固定在转运梁(2)的下方；支撑滚动轮(18)吊装在固定梁(11)的下方，环形吊运缆绳装置(6)支承在支撑滚动轮(18)上，装运斗(5)吊挂在环形吊运缆绳装置(6)上；在转运梁(2)上设有升降铲装转运驱动装置(9)；移动梁驱动装置(10)与移动梁(1)连接并控制移动梁(1)的左右移动。本发明能形成矿岩智能控制‑自动铲装‑空中运输‑连续化作业，显著提高铲装运输效率和智能自动化管理水平。
Description
技术领域
本发明属于露天矿山铲装运输与智能控制技术领域，尤其涉及一种露天矿山凹陷开采的智能铲装运输系统，可在黑色、有色、黄金、建材等露天矿山开采中广泛应用。
背景技术
露天开采的工艺过程一般为：穿孔、爆破、铲装、运输和排岩，各工序环节相互衔接、相互影响、相互制约，构成了露天开采的最基本生产周期。铲装运输是耗时长，工作量大，是关系开采成本至关重要的一环。如何采取有效的铲装运输方法，对生产效率的提高、降低开采成本、创造经济效益，意义重大。
当前，主要有公路自卸汽车运输、铁路机车运输、胶带运输等方式，各有优、缺点和适宜的应用条件。公路自卸汽车运输机动灵活，爬坡能力强，但燃油用量大，污染环境，运输成本高；随着开采深度的增大，运距显著增大，台班运输能力降低，适用的经济开采深度一般为200～300m。铁路机车运输量大，但基建投资大、灵活性差、爬坡能力小；随开采深度的增大，运行周期长，且运输效率明显降低，适用的经济开采深度一般为120～150m。胶带运输运输能力大，但受制于提升坡度的限制，最大升坡能力一般16°～18°，且矿岩硬度大时，皮带磨损严重，维护成本高。
中国实用新型专利“一种露天矿端帮提升机”(公开号：CN208220778U)提出了一种可在采场端帮移动的矿岩提升装置，然而，该装置仅限于在采场端部使用，仍然受制于皮带可提升角度的限制，无法实现垂直提升运输；且采场内仍需要挖掘机和自卸汽车等设备配合进行铲装和运输作业，能源消耗大，污染作业环境，智能化水平低。
当前，露天采场矿岩铲装运输自动化水平普遍较低，作业人员劳动强度大。智能矿山就是要构建一种新的生产模式，实现资源与开采环境数字化、技术装备智能化、生产过程控制可视化、信息传输网络化、生产管理与决策科学化。“互联网+矿业”模式的智能矿山是必然发展趋势。
发明内容
为了满足露天矿山凹陷开采的需求，提高露天矿山铲运作业的智能自动化控制水平，降低露天矿山铲装运输成本，减轻生产作业劳动强度，提高生产作业效率，并解决汽车运输尾气引起的环境污染难题，并实现露天采场矿岩铲装运输的智能化、无人化和远程监控可视化，本发明提供了一种用于露天矿山矿岩铲装、运输的智能装备系统，通过远程控制系统、提升吊运系统、支撑系统等，可以实现铲装与运输环节的一体化与连续化，以及全程智能自动化远程控制，实现采场的无人化作业和矿岩的垂直铲装吊运，构建无人化铲装运输作业采场，形成矿岩“智能控制-自动铲装-空中运输-连续化作业”新方法，显著提高铲装运输效率和智能自动化管理水平。
为实现本发明的上述目的，本发明一种用于露天矿山矿岩铲装、运输的智能装备系统通过以下技术方案实现：
本发明一种用于露天矿山矿岩铲装、运输的智能装备系统是由提升吊运系统、智能控制系统组合构成：
所述的提升吊运系统含包含移动梁、转运梁、升降转载装置、铲斗、装运斗、环形吊运缆绳装置、吊运驱动装置、移动梁驱动装置、固定梁、支撑立架，固定梁、移动梁以及转运梁皆采用高强度钢材制成，以满足相应的铲装运输荷载要求；支撑立架为承重结构，环露天采场四周并安装在立架基础上，固定梁安装在支撑立架上并形成完整闭合；移动梁前后活动安装在固定梁的上方并可沿固定梁的左右平移，实现装运斗在环形吊运缆绳装置和转运梁之间的转运工作；转运梁垂直安装在移动梁上方并可沿移动梁前后移动，铲斗悬吊固定在转运梁的下方，铲斗可以围绕升降转载装置在360°范围内自由旋转，以满足不同位置的矿岩铲装要求，提高装载作业效率；支撑滚动轮吊装在固定梁的下方，环形吊运缆绳装置支承在支撑滚动轮上，装运斗吊挂在环形吊运缆绳装置上；在转运梁上装有垂直升降式滑轮机构，升降转载装置通过缆绳与垂直升降式滑轮机构连接，在转运梁上还设有控制升降转载装置、铲斗和转运梁动作并完成装运斗的装载、升降和转运工作的升降铲装转运驱动装置；吊运驱动装置位于露天采场边界一侧稳固的地面上，通过控制线缆与环形吊运缆绳装置连接并控制其运行；移动梁驱动装置与移动梁连接并控制移动梁的左右移动，以控制其在露天采场的位置，满足不同位置爆堆的铲装作业需要。
所述的智能控制系统包括生产中心控制室、手机App智能操作系统、视频监控系统、故障报警系统。通过智能控制系统远程控制采场提升吊运系统、翻斗装置等完成各项工作。
生产中心控制室设有大屏显示器、装有远程控制系统的电脑、手动控制按钮、故障报警灯、办公桌椅凳。
视频监控系统含有高清摄像头、存储硬盘、大屏显示器、传输电缆构成，高清摄像头安装在固定梁上，高清摄像头通过传输电缆与生产中心控制室连接。视频监控系统具有实时查看、回放、记录功能，通过在固定梁上设置的高清摄像头对现场生产动态进行实时采集，通过传输电缆将数据传输到生产中心控制室，通过设置故障报警触发条件，可以准确掌握运行故障发生的全过程，并及时进行报警，将报警信息发送给管理人员。
手机App智能操作系统与生产中心控制室的远程控制系统连接，建立手机App生产管理群；多位生产管理人员通过手机在线掌握采场运行状态，进行视频、语音、文字的沟通交流工作，根据运行状态随时向生产中心控制室发出操作指令。手机App智能操作系统仅限管理员一人可以进行生产系统的控制操作，且管理员为生产中心控制室操作人员；其他人员仅限实时查看、发出指令、沟通交流功能，以免多人操控导致误操作，造成生产系统管控的混乱。
故障报警系统与视频监控系统联控，一旦出现运行故障，立即将报警信息反馈到生产控制中心和手机App智能操作系统；根据视频监控对运行故障发生全过程的监测数据，为生产检修、维护提供技术支持。
本发明之移动梁以固定梁为导轨，在固定梁上进行滑移，运行速度控制在5m/s以内；转运梁以移动梁为轨道，沿移动梁平移，运行速度控制在3m/s以内。通过智能控制系统操作变速器进行运行速度控制。
本发明还设有翻斗装置，翻斗装置安装于固定梁上并位于露天采场外边的矿石/废石堆场的上方，翻斗装置可以控制装运斗的斗口倾斜向下倒出矿石/废石。
在固定梁的两端以及移动梁与固定梁的连接处还设有限位防撞装置。限位防撞装置由多组减振弹簧、减振垫、固定框等组成，防止移动梁运动速度过快造成设备损害，同时可以起到减振缓冲作用。
环形吊运缆绳装置沿固定梁环形布置，采用逆时针或顺时针单方向运转；满载和空载的装运斗悬吊在环形吊运缆绳装置下方的吊钩上，通过吊运缆绳装置的运行，完成装运斗的吊运工作；相邻吊钩间隔6m以上；环形吊运缆绳装置运行速度≤5m/s，由变速器控制；根据采场生产规模情况，可以设置一道或多道环形吊运缆绳装置，相邻环形吊运缆绳装置之间留设20～30cm的安全间距；相邻环形吊运缆绳装置上的装运斗之间错位布置，间隔不小于6m；支撑滚动轮间隔布置，相邻支撑滚动轮的间隔控制在1.0～1.5m；支撑滚动轮可以自行滚动，降低与环形吊运缆绳装置之间的摩擦力。
为了解决矿石/废石在铲装、卸料过程中的粉尘污染，本发明还设有供水管、喷头、控制阀组成的喷淋系统，喷淋系统的喷头设置于铲斗铲矿位置的上方及翻斗装置的斜前方位置。喷淋系统在铲装作业和卸载作业时自动启动，降低露天采场作业面粉尘，创造优良的作业环境。
本发明还设有检修爬梯，检修爬梯为垂直布置的钢梯，采用焊接方式设置在支撑立架上，可以为检修人员提供上下检修设备的通道；在支撑立架的侧边还设置有斜撑，支撑立架通过下方的斜撑和立架基础固定。
本发明一种用于露天矿山矿岩铲装、运输的智能装备系统集“远程铲运控制、全天候连续化作业、实时动态监控”等于一体，通过铲装运输的远程监控，可以构建现场无人化智能生产采场，形成矿岩“智能控制-自动铲装-空中运输-连续化作业”新方法，降低铲运作业成本；通过开发的手机App操作系统，实现生产管理“掌上办公”，随时掌握铲装运输运行状态，显著提高生产管理效率。通过喷淋系统洒水降尘，可以创造优良的作业环境。具体具有以下积极效果：
(1)矿岩由露天采场直达矿岩堆场，与破碎站实现无缝衔接，可以构建未来无人化智能生产采场，实现露天采场矿岩铲装运输的智能化、无人化和远程动态监控，矿岩随装随运，全天候自动化连续化生产，显著提高铲装运输作业效率，降低生产运营成本。
(2)通过开发的手机App智能操作系统，提供了生产管理科学决策的新手段，可以让生产管理人员全天候随时掌握采场铲装运输运行状态，实现生产管理的“掌上办公”，大大提高生产管理效率。
(3)不受露天采场边坡角度的限制，实现矿岩的垂直提升水平运输，克服皮带运输坡度小的弊端；解决汽车运输尾气引起的环境污染难题，消除运输车辆伤害和人员伤害事故；同时通过喷淋系统洒水降尘，可以创造优良的作业环境。
(4)为深凹露天矿山陡帮开采创造铲装运输条件，有助于明显提高采场边坡角，降低矿山岩石剥离费用，创造显著的经济效益。
附图说明
图1是本发明一种用于露天矿山矿岩铲装、运输的智能装备系统平面布置示意图；
图2是本发明一种用于露天矿山矿岩铲装、运输的智能装备系统剖面布置示意图。
附图标记为：1-移动梁；2-转运梁；3-升降转载装置；4-铲斗；5-装运斗；6-环形吊运缆绳装置；7-翻斗装置；8-吊运驱动装置；9-升降铲装转运驱动装置；10-移动梁驱动装置；11-固定梁；12-支撑立架；13-斜撑；14-立架基础；15-检修爬梯；16-限位防撞装置；17-照明灯；18-支撑滚动轮；19-露天采场；20-矿石/废石堆场；21-炮孔；22-爆堆；23-破碎站。
具体实施方式
为更好地描述本发明，下面结合附图对本发明一种用于露天矿山矿岩铲装、运输的智能装备系统做进一步详细描述。
由图1所示的本发明一种用于露天矿山矿岩铲装、运输的智能装备系统平面布置示意图并结合图2看出，本发明一种用于露天矿山矿岩铲装、运输的智能装备系统，是由提升吊运系统、智能控制系统组合构成。所述的提升吊运系统包含移动梁1、转运梁2、升降转载装置3、铲斗4、装运斗5、环形吊运缆绳装置6、翻斗装置7、吊运驱动装置8、移动梁驱动装置10、固定梁11、支撑立架12、斜撑13、检修爬梯15及喷淋系统，固定梁11、移动梁1以及转运梁2皆采用高强度钢材制成。支撑立架12环露天采场19四周并安装在立架基础14上，在支撑立架12的侧边还设置有斜撑13，检修爬梯15为垂直布置的钢梯，采用焊接方式设置在支撑立架12上，可以为检修人员提供上下检修设备的通道；检修爬梯15第一步离地面不大于40cm，上下踏棍间距不大于30cm，均匀布置；外侧设置安全护栏，防止检修人员高处坠落。固定梁11安装在支撑立架12上并形成完整闭合，移动梁1前后活动安装在固定梁11的上方并可沿固定梁11的左右平移，转运梁2垂直安装在移动梁1上方并可沿移动梁1前后移动，铲斗4悬吊固定在转运梁2的下方，铲斗4可以围绕升降转载装置3在360°范围内自由旋转；支撑滚动轮18吊装在固定梁11的下方，环形吊运缆绳装置6支承在支撑滚动轮18上，装运斗5吊挂在环形吊运缆绳装置6上，装运斗5可以采用U形、矩形等断面形式的箱式结构，在四个拐角设有吊环，采用两绳对折单钩悬吊方式，每个装运斗5配有统一编排的唯一身份识别牌；并设有GPS定位系统，在远程控制系统自动显示其实时定位位置；在转运梁2上装有垂直升降式滑轮机构，升降转载装置3通过缆绳与垂直升降式滑轮机构连接，在转运梁2上还设有控制升降转载装置3、铲斗4和转运梁2动作并完成装运斗5的装载、升降和转运工作的升降铲装转运驱动装置9；吊运驱动装置8位于露天采场19边界一侧稳固的地面上，通过控制线缆与环形吊运缆绳装置6连接并控制其运行；移动梁驱动装置10与移动梁1连接并控制移动梁1的左右移动。翻斗装置7安装于固定梁11上并位于露天采场19外边的矿石/废石堆场20的上方。在固定梁11的两端以及移动梁1与固定梁11的连接处还设有限位防撞装置16。喷淋系统由供水管、喷头、控制阀组成，喷淋系统的喷头设置于铲斗4铲矿位置的上方及翻斗装置7的斜前方位置，供水管沿移动梁1和固定梁11敷设，供水管尽头的喷头和控制阀设置于铲斗4上方和翻斗装置7处。
所述的智能控制系统包括生产中心控制室、手机App智能操作系统、视频监控系统、故障报警系统。生产中心控制室位于采场安全警戒范围外。
为了保证在夜晚也能正常作业，在固定梁11上上还装有照明灯17，照明灯17可以采用太阳能灯，由太阳能电池组件、LED灯具、控制箱和灯杆组成，功率不小于1.5kW；照明灯17相邻间隔≤50m。在白天利用太阳能电池板吸收储存太阳能量，根据设置的采场照度参数，在傍晚和夜晚自动启动，为夜晚铲装运输照明使用。
环形吊运缆绳装置6沿固定梁11环形布置，采用逆时针或顺时针单方向运转；满载和空载的装运斗5悬吊在环形吊运缆绳装置6下方的吊钩上，通过环形吊运缆绳装置6的运行，完成装运斗5的吊运工作；相邻吊钩间隔6m以上；环形吊运缆绳装置6运行速度≤5m/s，由变速器控制；根据采场生产规模情况，可以设置一道或多道环形吊运缆绳装置6，相邻环形吊运缆绳装置6之间留设20～30cm的安全间距；相邻环形吊运缆绳装置6上的装运斗5之间错位布置，间隔不小于6m；支撑滚动轮18间隔布置，相邻支撑滚动轮18的间隔控制在1.0～1.5m。
在实际应用中，支撑立架12的高度一般控制在5m以内，采用C40及以上钢筋混凝土或钢管混凝土或高强度钢材制成，需满足上部承担的荷载要求；根据露天采场19生产布置，支撑立架12分布在采场边界稳固的基岩上，或布置在采场中，下部设置可靠的立架基础14，并设有1～2道斜撑13以保证其平衡性；根据支撑立架12之间跨度的不同，在中间设置1个或多个点撑，避免弯矩过大造成失稳。
在升降转载装置3内设有装运斗识别器，自动发送识别信息到生产控制中心室，以确保升降转载装置3内每次只有一个装运斗5进行装载工作。
矿山铲装运输能力与破碎能力和采场爆破规模相匹配；根据铲装运输能力配置相应的装岩铲斗4和装运斗5；装运斗5容积1～6m3，铲斗4容积0.5～3m3，根据露天采场生产规模进行灵活选择。装运斗5可以采用U形、矩形等断面形式的箱式结构，在四个拐角设有吊环，采用两绳对折单钩悬吊方式。每个装运斗5配有统一编排的唯一身份识别牌，以备升降装置内的装运斗识别器进行身份识别；并设有GPS或北斗定位系统，在智能控制系统自动显示其实时定位位置，确保准确到达采场铲装作业标高。
在具体实施中，本发明一种用于露天矿山矿岩铲装、运输的智能装备系统按照以下工艺、步骤实现：
(1)根据爆破设计方案，在露天采场19按照设计的指定位置进行钻孔，形成爆破所需的炮孔21；露天采场19爆破时，通过生产中心控制室的智能控制系统远程操控移动梁驱动装置10，以将移动梁1平移至远离爆区的安全位置；爆破后，再将其移动到爆堆22的上方，进行矿岩的铲装作业。
(2)通过智能控制系统远程操控吊运驱动装置8，以启动环形吊运缆绳装置6的运转，将装运斗5逐个运送至移动梁1上的升降转载装置3中。
(3)远程操控升降铲装转运驱动装置9，实现装运斗5自动摘钩后，由升降转载装置3将装运斗5降落到矿岩装载工作面，然后控制铲斗4进行铲装作业，将矿岩装入装运斗5。
(4)装运斗5装满后，再通过升降转载装置3提升到吊运水平；通过升降铲装转运驱动装置9，控制转运梁2的运行，移动到固定梁11旁，将装运斗5转移到环形吊运缆绳装置6上的吊钩上；通过环形吊运缆绳装置6的运转，完成装运斗5的吊运工作；然后逐个完成各个装运斗5的装载工作。做到随装载随运输的连续作业，提高自动化水平和铲装运输效率。
(5)根据矿石和岩石的不同，满载装运斗5分别运达矿石堆场或者废石堆场上方的翻斗装置7内，完成矿岩的自动卸载工作，再转入设在矿石/废石堆场20边上的破碎站23进行矿岩破碎作业。
(6)卸载后的空载装运斗5随环形吊运缆绳装置6的运转，进行下一循环装载工作。
(7)当出现运行故障发生后，故障报警系统进行响应，立即将报警信息反馈到生产控制中心和手机App操作系统；进而生产管理人员安排检修人员进行设备检修维护工作。
本发明通过铲装运输的远程监控，可以构建智能化、连续化、无人化生产采场，形成矿岩“智能控制-自动铲装-空中运输-连续化作业”新方法，显著提高铲运效率，降低生产作业成本。通过开发的手机App操作系统，可以实现生产管理“掌上办公”，随时掌握铲装运输运行状态，显著提高生产管理效率；同时不受露天采场边坡角度的限制，实现矿岩的垂直提升水平运输，为深凹露天矿山陡帮开采创造铲装运输条件，有助于明显提高采场边坡角，降低矿山岩石剥离费用，创造显著的经济效益。本发明方法可在黑色、有色、黄金、建材等凹陷露天矿山铲装运输作业中广泛应用。
Claims (6)
1.一种用于露天矿山矿岩铲装、运输的智能装备系统，其特征在于它是由提升吊运系统、智能控制系统组合构成：
所述的提升吊运系统包含移动梁(1)、转运梁(2)、升降转载装置(3)、铲斗(4)、装运斗(5)、环形吊运缆绳装置(6)、吊运驱动装置(8)、移动梁驱动装置(10)、固定梁(11)、支撑立架(12)，固定梁(11)、移动梁(1)以及转运梁(2)皆采用高强度钢材制成；支撑立架(12)环露天采场(19)四周并安装在立架基础(14)上，固定梁(11)安装在支撑立架(12)上并形成完整闭合，移动梁(1)前后活动安装在固定梁(11)的上方并可沿固定梁(11)的左右平移，转运梁(2)垂直安装在移动梁(1)上方并可沿移动梁(1)前后移动，铲斗(4)悬吊固定在转运梁(2)的下方，铲斗(4)可以围绕升降转载装置(3)在360°范围内自由旋转；支撑滚动轮(18)吊装在固定梁(11)的下方，环形吊运缆绳装置(6)支承在支撑滚动轮(18)上，装运斗(5)吊挂在环形吊运缆绳装置(6)上；在转运梁(2)上装有垂直升降式滑轮机构，升降转载装置(3)通过缆绳与垂直升降式滑轮机构连接，在转运梁(2)上还设有控制升降转载装置(3)、铲斗(4)和转运梁(2)动作并完成装运斗(5)的装载、升降和转运工作的升降铲装转运驱动装置(9)；吊运驱动装置(8)位于露天采场(19)边界一侧稳固的地面上，通过控制线缆与环形吊运缆绳装置(6)连接并控制其运行；移动梁驱动装置(10)与移动梁(1)连接并控制移动梁(1)的左右移动；
所述的智能控制系统包括生产中心控制室、手机App智能操作系统、视频监控系统、故障报警系统；
生产中心控制室设有大屏显示器、装有远程控制系统的电脑、手动控制按钮、故障报警灯、办公桌椅凳；
视频监控系统含有高清摄像头、存储硬盘、大屏显示器、传输电缆构成，高清摄像头安装在固定梁(11)上，高清摄像头通过传输电缆与生产中心控制室连接；
手机App智能操作系统与生产中心控制室的远程控制系统连接，建立手机App生产管理群；多位生产管理人员通过手机在线掌握采场运行状态，进行视频、语音、文字的沟通交流工作，根据运行状态随时向生产中心控制室发出操作指令；
故障报警系统与视频监控系统联控，一旦出现运行故障，立即将报警信息反馈到生产控制中心和手机App智能操作系统；根据视频监控对运行故障发生全过程的监测数据，为生产检修、维护提供技术支持。
2.如权利要求1所述的一种用于露天矿山矿岩铲装、运输的智能装备系统，其特征在于：它还设有翻斗装置(7)，翻斗装置(7)安装于固定梁(11)上并位于露天采场(19)外边的矿石/废石堆场(20)的上方。
3.如权利要求1或2所述的一种用于露天矿山矿岩铲装、运输的智能装备系统，其特征在于：在固定梁(11)的两端以及移动梁(1)与固定梁(11)的连接处还设有限位防撞装置(16)。
4.如权利要求3所述的一种用于露天矿山矿岩铲装、运输的智能装备系统，其特征在于：环形吊运缆绳装置(6)沿固定梁(11)环形布置，采用逆时针或顺时针单方向运转，空载运输线路和满载运输线路形成闭环；满载和空载的装运斗(5)悬吊在环形吊运缆绳装置(6)下方的吊钩上，通过吊运缆绳装置(6)的运行，完成装运斗(5)的吊运工作；相邻吊钩间隔6m以上；环形吊运缆绳装置(6)运行速度≤5m/s，由变速器控制；根据采场生产规模情况，可以设置一道或多道环形吊运缆绳装置(6)，相邻环形吊运缆绳装置(6)之间留设20～30cm的安全间距；相邻环形吊运缆绳装置(6)上的装运斗(5)之间错位布置，间隔不小于6m；支撑滚动轮(18)间隔布置，相邻支撑滚动轮(18)的间隔控制在1.0～1.5m。
5.如权利要求4所述的一种用于露天矿山矿岩铲装、运输的智能装备系统，其特征在于：它还设有供水管、喷头、控制阀组成的喷淋系统，喷淋系统的喷头设置于铲斗(4)铲矿位置的上方及翻斗装置(7)的斜前方位置。
6.如权利要求5所述的一种用于露天矿山矿岩铲装、运输的智能装备系统，其特征在于：它还设有检修爬梯(15)，检修爬梯(15)为垂直布置的钢梯，采用焊接方式设置在支撑立架(12)上；在支撑立架(12)的侧边还设置有斜撑(13)。
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