CN110912440A - 一种基于摩擦纳米发电机的矿用溜井支护俘能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于摩擦纳米发电机的矿用溜井支护俘能装置，包括摩擦纳米发电机，摩擦纳米发电机包括相互匹配且可摩擦发电的动摩擦层和静摩擦层；承载层，承载层包括衬板和动嵌板，衬板竖直设置，动嵌板设置于衬板一面，并与动嵌板弹性连接；基座层，基座层包括基座板和静嵌板，衬板靠近基座板，并与基座板活动连接，动嵌板位于衬板和基座板之间，静嵌板竖直固定于基座板靠近衬板的一侧对应动嵌板的位置，并与动嵌板相互平行，动摩擦层和静摩擦层分别嵌装于动嵌板和静嵌板相互靠近的一侧。优点：能够有效地对溜井井壁进行支护，且可俘获矿山生产中所产生的能量，结构简单，一体化程度高，造价低，安全可靠，适用范围广。

Description

一种基于摩擦纳米发电机的矿用溜井支护俘能装置

技术领域

本发明涉及矿用溜井支护技术，特别涉及一种基于摩擦纳米发电机的矿用溜井支护俘能装置。

背景技术

在地下矿山采场主溜井中，自溜井口至放矿口，矿石具有巨大的重力势能。在主溜井溜矿段中，矿石下落并对井壁冲击产生冲击能；在贮矿段中，放矿时矿石与溜井井壁挤压摩擦产生摩擦能。矿石对溜井井壁的冲击与摩擦，会造成溜井井壁损坏、垮塌，影响矿山正常生产。传统的溜井支护方式仅能够对溜井井壁进行支护，而无法收集溜放矿石过程中所产生的能量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于摩擦纳米发电机的矿用溜井支护俘能装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于摩擦纳米发电机的矿用溜井支护俘能装置，包括摩擦纳米发电机，上述摩擦纳米发电机包括相互匹配且可摩擦发电的动摩擦层和静摩擦层；承载层，上述承载层包括衬板和动嵌板，上述衬板竖直设置，上述动嵌板设置于上述衬板一面，并与上述动嵌板弹性连接；基座层，上述基座层包括基座板和静嵌板，上述衬板靠近上述基座板，并与上述基座板活动连接，上述动嵌板位于上述衬板和基座板之间，上述静嵌板竖直固定于上述基座板靠近衬板的一侧对应上述动嵌板的位置，并与上述动嵌板相互平行，上述动摩擦层和静摩擦层分别嵌装于上述动嵌板和静嵌板相互靠近的一侧。

本发明的有益效果是：结构设计合理，能够有效地对溜井井壁进行支护，且可俘获矿山生产中所产生的能量，结构简单，一体化程度高，造价低，安全可靠，适用范围广。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，上述衬板为竖直设置的拱形板，其凸出面为正面，其背面靠近上述基座板。

采用上述进一步方案的有益效果是该结构设计合理，一方面为内部结构提供活动空间，另一方面拱形结构为推力结构，能够把受到的压力分解成向下的压力和向两侧的推力，能够分散外部载荷，提高装置整体受载能力。

进一步，上述基座板为与溜井内壁相匹配的拱形板，其凸出面为正面，其凸出面为正面并与溜井的内壁贴合固定，上述基座板的背面与上述衬板的背面相对靠近。

采用上述进一步方案的有益效果是能够与溜井紧密的贴合固定，固定比较牢固。

进一步，上述衬板两侧的上下部分别活动安装有限位钢圈，上述基座板背面对应上述限位钢圈的位置分别设有装配槽，上述装配槽内均安装有与上述限位钢圈活动连接的钢圈支座。

采用上述进一步方案的有益效果是两者之间的连接结构能起到缓冲作用，防止衬板过度变形致使装置内部结构破坏。

进一步，上述衬板的上下端分别向其背面水平延伸有衬板盖板，上述动嵌板置于上下端的上述衬板盖板之间，上述动嵌板的两侧、上下端以及其靠近上述衬板的一侧分别通过弹性件与上述橡胶衬板的背面以及上下端对应的上述衬板盖板连接。

采用上述进一步方案的有益效果是布局合理，使衬板较好的受载能力。

进一步,上述衬板上下端的衬板盖板分别间隔设有两个，相应的上述动嵌板的上下端分别一一对应的通过上述弹性件与每个上述衬板盖板连接，其中，上述动嵌板的两侧分别通过向其两侧外部倾斜延伸的上述弹性件与上述衬板的背面连接，上述动嵌板靠近上述衬板的一侧通过多个与其垂直连接的上述弹性件与衬板连接，上述动嵌板的上下端分别通过竖直设置的上述弹性件与对应的上述衬板盖板连接。

采用上述进一步方案的有益效果是连接比较稳定。

进一步，上述基座板的背面固定有支撑柱，上述静嵌板靠近基座板的一侧与上述支撑柱连接固定。

采用上述进一步方案的有益效果是静嵌板固定比较牢固。

进一步，上述衬板为橡胶板。

采用上述进一步方案的有益效果是具有一定吸能作用，耐磨，不易在碰撞过程中发生大幅度损坏。

进一步，上述基座板为橡胶板。

采用上述进一步方案的有益效果是具有一定吸能作用，耐磨，不易在碰撞过程中发生大幅度损坏。

进一步，上述基座板上贯穿设有用于导线穿过的引线孔槽。

采用上述进一步方案的有益效果是方便接线。

附图说明

图1为本发明的基于摩擦纳米发电机的矿用溜井支护俘能装置的正视图；

图2为图1中沿A-A面的断面示意图；

图3为本发明的基于摩擦纳米发电机的矿用溜井支护俘能装置设置的俯视结构示意图；

图4为图3中沿B-B面的断面结构示意图；

图5为本发明的基于摩擦纳米发电机的矿用溜井支护俘能装置在溜井中支护的结构示意图；

图6为本发明的基于摩擦纳米发电机的矿用溜井支护俘能装置在溜井中支护的俯视结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

2、承载层，3、基座层，4、限位钢圈，5、引线孔槽，11、动摩擦层， 12、静摩擦层，21、衬板，22、动嵌板，23、弹性件，31、基座板，32、静嵌板，211、衬板盖板，311、钢圈支座，312、支撑柱。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例：如图1、2、3、4所示，本实施例的基于摩擦纳米发电机的矿用溜井支护俘能装置包括摩擦纳米发电机，上述摩擦纳米发电机包括相互匹配且可摩擦发电的动摩擦层11和静摩擦层12；承载层2，上述承载层2包括衬板21和动嵌板22，上述衬板21竖直设置，上述动嵌板22设置于上述衬板21一面，并与上述动嵌板22弹性连接；基座层3，上述基座层3包括基座板31和静嵌板32，上述衬板21靠近上述基座板31，并与上述基座板 31活动连接，上述动嵌板22位于上述衬板21和基座板31之间，上述静嵌板32竖直固定于上述基座板31靠近衬板21的一侧对应上述动嵌板22的位置，并与上述动嵌板22相互平行，上述动摩擦层11和静摩擦层12分别嵌装于上述动嵌板22和静嵌板32相互靠近的一侧。

如图5和图6所示，本实施例的矿用溜井支护俘能装置呈周向固定于溜井内壁上，并沿溜井长度方向铺满，工作原理：

矿石受到铲运机作用，自溜矿口进入溜井时，具有水平方向的初速度，且从溜矿口至放矿口，矿石具有巨大的重力势能。在重力和铲运机共同作用下，矿石进入主溜。在主溜井溜矿段，矿石速度方向与井壁成一定夹角，与溜井井壁发生碰撞、冲击。在本装置的支护保护下，矿石直接作用在承载层 2的衬板21凸出面，同时，带动动嵌板22发生周期性振动，嵌在动嵌板22 上的动摩擦层11也随之振动，并与固定在静嵌板32上的静摩擦层12发生摩擦、挤压，摩擦纳米发电机工作产生电能。多块矿石下溜并周期性作用于装置上，实现持续发电，所产生的电能经由传输电线传至蓄能装置，完成溜矿段俘能过程。

主溜井贮矿段，打开放矿闸门，矿石在重力作用下下放。矿石运移过程中不断对贮矿段井壁进行摩擦、挤压。在本装置保护下，矿石直接作用在承载层2的衬板21上。单个装置竖向尺寸为1m，为一般主溜井放矿矿石合格块度的2倍左右，且矿石之间存在间隙，则可实现矿石下放过程中对本装置周期性挤压和摩擦，实现持续发电。本装置在矿石作用下按照上述工作过程产生电能，最终经由传输电线传至蓄能装置，完成贮矿段俘能过程，整个装置设计合理，能够有效地对溜井井壁进行支护，且可俘获矿山生产中所产生的能量，结构简单，一体化程度高，造价低，安全可靠，适用范围广。

其中，动摩擦层11，为具有纳米孔的铝(Al)薄膜作为接触面和电极，动摩擦层11安置在承载层的动嵌板22正面嵌槽中；静摩擦层12为上表面具有通过刻蚀技术在聚四氟乙烯(PTFE)制作的PTFE纳米线薄层121，PTFE 背面的镀铜(Cu)薄膜层122作为另一电极，静摩擦层12安置在基座层的静嵌板32正面嵌槽中，静摩擦层12与动摩擦层11之间存在间距，上述承载层2的衬板21在受矿石冲击、摩擦作用后发生弹性变形和位移后，通过动嵌板22带动动摩擦层11振动，与静摩擦层12实现接触—分离及摩擦，从而产生电流，再经传输电线传至蓄能装置完成贮矿段俘能过程。

作为一种优选的实施方式，上述衬板21为竖直设置的拱形板，其凸出面为正面，其背面靠近上述基座板31，该衬板21的拱形结构设计一方面为内部结构提供活动空间，另一方面拱形结构为推力结构，其特点在于把受到的压力分解成向下的压力和向两侧的推力，能够分散外部载荷，提高装置整体受载能力。

作为一种优选的实施方式，上述基座板31为与溜井内壁相匹配的拱形板，其凸出面为正面，其凸出面为正面并与溜井的内壁贴合固定，上述基座板31的背面与上述衬板21的背面相对靠近，基座板31的垂直母线向侧端设置有铆钉孔，用于通过铆钉将整个装置固定于溜井岩壁，上述基座板31 曲面的曲率半径与溜井井壁半径相同，便于其与溜井井壁紧密贴合，固定比较牢固。

作为一种优选的实施方式，上述衬板21两侧的上下部分别活动安装有限位钢圈4，上述基座板31背面对应上述限位钢圈4的位置分别设有装配槽，上述装配槽内均安装有与上述限位钢圈4活动连接的钢圈支座311，当承载层2受到矿石加载作用较小时，超过限位钢圈4自由位移的范围时，限位钢圈4进入限位状态，约束承载层2结构的变位，此时限位钢圈4主要以弯曲变形为主，限位刚度不大，同时也起到缓冲作用；当承载层2受到矿石加载作用较大时，限位钢圈4变形向弹性拉伸变形转变，限位刚度快速增大，限位钢圈4进入充分拉伸状态，防止衬板21过度变形致使装置内部结构破坏。

作为一种优选的实施方式，如图3所示，上述衬板21的上下端分别向其背面水平延伸有衬板盖板211，上述动嵌板22置于上下端的上述衬板盖板 211之间，上述动嵌板22的两侧、上下端以及其靠近上述衬板21的一侧分别通过弹性件23与上述橡胶衬板21的背面以及上下端对应的上述衬板盖板 211连接，衬板盖板211一方面用以保护摩擦纳米发电机(自上向下起到遮挡防护作用)，另一方面衬板盖板211内侧设有的切向限位弹性件(动嵌板 22上下端的弹性件23)与法向限位弹性件(动嵌板22靠近上述衬板21一侧的弹性件23)以及侧向限位弹性件(动嵌板22的两侧的弹性件23)共同作用，一方面约束动嵌板运动，另一方面为动嵌板提供周期性振动，该设计在承载层2受石块碰撞事能够通过动嵌板22良好有效的带动动摩擦层11震动，从而有效的摩擦挤压静摩擦层12发电。

作为一种优选的实施方式，如图1、3、4所示，上述衬板21上下端的衬板盖板211分别间隔设有两个，相应的上述动嵌板22的上下端分别一一对应的通过上述弹性件23与每个上述衬板盖板211连接，其中，上述动嵌板22的两侧分别通过向其两侧外部倾斜延伸的上述弹性件23与上述衬板21 的背面连接，上述动嵌板22靠近上述衬板21的一侧通过多个与其垂直连接的上述弹性件23与衬板21连接，上述动嵌板22的上下端分别通过竖直设置的上述弹性件23与对应的上述衬板盖板211连接，该结构比较稳固，使得动嵌板22能够更为良好的振动。

其中，上述弹性件23均为弹簧。

作为一种优选的实施方式，上述基座板31的背面固定有支撑柱312，上述静嵌板32靠近基座板31的一侧与上述支撑柱312连接固定，使得静嵌板 32连接固定稳固。

作为一种优选的实施方式，上述衬板21为橡胶板，需要说明的是：本装置承载层2的衬板21会在矿石长期冲击、磨蚀作用下出现一定程度的磨损，根据磨损程度，可将拱形橡胶衬板21部分拆卸并进行更换。

作为一种优选的实施方式，上述基座板31为橡胶板，具有一定吸能作用，耐磨，不易在碰撞过程中发生大幅度损坏。

本装置需定时检修，以免装置中各连接部位发生不同程度的疲劳损伤，出现不可逆破坏。

作为一种优选的实施方式，上述基座板31上贯穿设有用于导线穿过的引线孔槽5，在布置时，将蓄能装置安装于溜井内，每个支护俘能装置中与静摩擦层12连接传输电线均穿过引线空槽，沿溜井内壁引至蓄能装置处相互连接，布线方式简单，能改善线路交错杂乱的现象。

本发明成本低廉，结构简单，易于装卸，耐磨降噪，承载层对于矿石冲击、摩擦的缓冲作用，使得溜井岩壁得到保护加固，且能够俘获矿山生产过程中所产生的能量，符合节能减排，绿色环保的可持续发展理念。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于摩擦纳米发电机的矿用溜井支护俘能装置，其特征在于，包括：

摩擦纳米发电机，所述摩擦纳米发电机包括相互匹配且可摩擦发电的动摩擦层(11)和静摩擦层(12)；

承载层(2)，所述承载层(2)包括衬板(21)和动嵌板(22)，所述衬板(21)竖直设置，所述动嵌板(22)设置于所述衬板(21)一面，并与所述动嵌板(22)弹性连接；

基座层(3)，所述基座层(3)包括基座板(31)和静嵌板(32)，所述衬板(21)靠近所述基座板(31)，并与所述基座板(31)活动连接，所述动嵌板(22)位于所述衬板(21)和基座板(31)之间，所述静嵌板(32)竖直固定于所述基座板(31)靠近衬板(21)的一侧对应所述动嵌板(22)的位置，并与所述动嵌板(22)相互平行，所述动摩擦层(11)和静摩擦层(12)分别嵌装于所述动嵌板(22)和静嵌板(32)相互靠近的一侧。

2.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的矿用溜井支护俘能装置，其特征在于：所述衬板(21)为竖直设置的拱形板，其凸出面为正面，其背面靠近所述基座板(31)。

3.根据权利要求2所述的一种基于摩擦纳米发电机的矿用溜井支护俘能装置，其特征在于：所述基座板(31)为与溜井内壁相匹配的拱形板，其凸出面为正面，其凸出面为正面并与溜井的内壁贴合固定，所述基座板(31)的背面与所述衬板(21)的背面相对靠近。

4.根据权利要求3所述的一种基于摩擦纳米发电机的矿用溜井支护俘能装置，其特征在于：所述衬板(21)两侧的上下部分别活动安装有限位钢圈(4)，所述基座板(31)背面对应所述限位钢圈(4)的位置分别设有装配槽，所述装配槽内均安装有与所述限位钢圈(4)活动连接的钢圈支座(311)。

5.根据权利要求3所述的一种基于摩擦纳米发电机的矿用溜井支护俘能装置，其特征在于：所述衬板(21)的上下端分别向其背面水平延伸有衬板盖板(211)，所述动嵌板(22)置于上下端的所述衬板盖板(211)之间，所述动嵌板(22)的两侧、上下端以及其靠近所述衬板(21)的一侧分别通过弹性件(23)与所述橡胶衬板(21)的背面以及上下端对应的所述衬板盖板(211)连接。

6.根据权利要求4所述的一种基于摩擦纳米发电机的矿用溜井支护俘能装置，其特征在于：所述衬板(21)上下端的衬板盖板(211)分别间隔设有两个，相应的所述动嵌板(22)的上下端分别一一对应的通过所述弹性件(23)与每个所述衬板盖板(211)连接，其中，所述动嵌板(22)的两侧分别通过向其两侧外部倾斜延伸的所述弹性件(23)与所述衬板(21)的背面连接，所述动嵌板(22)靠近所述衬板(21)的一侧通过多个与其垂直连接的所述弹性件(23)与衬板(21)连接，所述动嵌板(22)的上下端分别通过竖直设置的所述弹性件(23)与对应的所述衬板盖板(211)连接。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种基于摩擦纳米发电机的矿用溜井支护俘能装置，其特征在于：所述基座板(31)的背面固定有支撑柱(312)，所述静嵌板(32)靠近基座板(31)的一侧与所述支撑柱(312)连接固定。

8.根据权利要求1至6任一项所述的一种基于摩擦纳米发电机的矿用溜井支护俘能装置，其特征在于：所述衬板(21)为橡胶板。

9.根据权利要求1至6任一项所述的一种基于摩擦纳米发电机的矿用溜井支护俘能装置，其特征在于：所述基座板(31)为橡胶板。

10.根据权利要求1至6任一项所述的一种基于摩擦纳米发电机的矿用溜井支护俘能装置，其特征在于：所述基座板(31)上贯穿设有用于导线穿过的引线孔槽(5)。

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