CN114991245B - 一种矿用水仓清淤系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种矿用水仓清淤系统，属于煤矿清淤技术领域，包括：水仓内清淤装置，用于挖掘和运送水仓巷道内的煤泥水混合物，并输送至清仓机；清仓机，定点安置于水仓口，用于收集水仓内清淤装置输送的煤泥水混合物并通过输送管路输送给煤泥水固液分离系统。本发明将清仓机定点安置于水仓口，通过水仓内清淤装置，自动将淤泥清理并输送到清仓机，使得清仓机在工作中无需铺设或回收煤泥水输送管道及动力电路、清洗水管路等，减人增效，保障安全。

Description

一种矿用水仓清淤系统

技术领域

本发明属于煤矿清淤技术领域，具体涉及一种矿用水仓清淤系统。

背景技术

随着煤矿行业的不断发展以及环境问题重视，矿井水仓的清淤工作，成为当前行业内重点研究问题之一。而清仓机作为必不可少的设备，其在整个清淤作业过程中起到关键的作用。传统清仓机进行作业时，随着水仓清淤作业不断推进，与此同时，需要在清仓机后不断延伸煤泥输送管路、动力线路以及清洗水管等，输送管路过长会产生人工接管及拆卸管道造成的成本提升、安全隐患、效率低下等方面的问题。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供一种矿用水仓清淤系统，以解决上述技术问题。

本发明提供一种矿用水仓清淤系统，包括：

水仓内清淤装置，用于挖掘和运送水仓巷道内的煤泥水混合物，并输送至清仓机；

清仓机，定点安置于水仓口，并可以在多条水仓巷道之间进行转移，用于收集水仓内清淤装置输送的煤泥水混合物并通过输送管路输送给煤泥水固液分离系统。

进一步地，所述的水仓内清淤装置包括：

搅拌模块，用于搅动水仓内的煤泥沉淀混合物，增强煤泥水混合物的流动性；

转运模块，利用水仓巷道将经搅拌模块搅拌后的煤泥水混合物运送至定点安置于水仓口的清仓机。

进一步地，所述搅拌模块采用人工清挖或采用有轨或无轨机械设备，所述转运模块采用手推车或者有轨或无轨机械设备。

进一步地，还包括控制模块；所述的搅拌模块与转运模块均连接至控制模块，所述控制模块用于通过通信模块控制所述搅拌模块和转运模块的行走路径和工作状态，实现无人化的自动清仓作业。

进一步地，所述搅拌模块采用采泥机器人，所述转运模块采用引流机器人；采泥机器人和引流机器人上设置行走驱动装置，行走驱动装置包括履带、轮胎、轮轨、以及淤泥环境的摩擦螺旋中的一者，行走驱动装置还包括防爆柴油机、防爆电池组合或有源电路供电的电动机、气马达中的一者；

其中轮轨驱动的轨道设置于水仓巷道底部或顶部采泥机器人和引流机器人的运行轨道设置于水仓巷道底部或顶部。

进一步地，所述控制模块设置有路径规划单元；所述路径规划单元，用于根据水仓巷道轮廓扫描信息或预置煤矿水仓巷道建设模型或图纸，构建采泥机器人和和引流机器人的3D作业空间及路径规划。

进一步地，所述的控制模块设置有运行状态检测及故障自诊断单元；

所述的运行状态检测及故障自诊断单元用于：检测采泥机器人和引流机器人当前运行状态信息，并对采泥机器人和引流机器人的作业工效进行统计；

所述的运行状态检测及故障自诊断单元还用于：根据采泥机器人和引流机器人的作业工效和预设的工效，确定是否需要向控制模块发送故障请求；

所述的运行状态检测及故障自诊断单元还用于：确定清仓机器人在水仓巷道内的行走速度和预设的耗油量，根据清仓机器人的当前位置，确定是否要添加油料及耗材，所述预设的耗油量为保证清仓机器人从当前位置返回预定停机位置的耗油量及耗材类型；

所述的运行状态检测及故障自诊断单元，根据采泥机器人和引流机器人的作业工效与清仓机或煤泥水固液分离系统的功效对比，确定作业效率差距，根据作业效率差距确定需要中断或添加引流机器人的数量并根据引流机器人的数量重新优化设定每个引流机器人的工作范围。

进一步地，所述通信模块还包括至少一个无线通信分站；

在水仓巷道顶部按照预设的密度设置无线通信分站的位置，且在巷道拐角处加设无线通信分站；

进一步地，在水仓巷道的拐角处加设引流机器人，通过设定、缩短加设的引流机器人的有效工作范围，引流机器人的无线通信设备可兼做无线通信的分站。

进一步地，搅拌模块与转运模块布置有传感器；所述的采泥机器人和引流机器人在前、后、左、右四个方向安装有矿用本安型物位传感器，其中：

左右两侧的物位传感器用于辅助采泥机器人和引流机器人完成作业行进过程中避障的自主路径规划，实现与水仓巷道立面保持安全距离；

前后两侧的物位传感器分两个方向的探测，沿机器人前进后退方向的物位传感器，实现多个机器人之间的停障，保障机器人作业安全；沿采泥机器人前方分别设置上下两个物位传感器，测试采泥作业前后的煤泥高度差，实现采泥机器人在淤积煤泥突然坍塌时报警并紧急后撤。

本发明的有益效果在于，本发明提供的一种矿用水仓清淤系统，将清仓机定点安置于水仓口，通过水仓内清淤装置，自动将淤泥清理并输送到清仓机，使得清仓机在工作中无需铺垫或回收煤泥输送管道、动力管线及清洗水管道等，减人增效，保障安全。此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例的清淤系统俯视图；

图2为本发明实施例提供的整个清淤系统的工作流程示意图；

1、采泥机器人；2、引流机器人；3、清仓机；4、水仓巷道；5、无线通信方式的控制模块；6、有线通信方式的控制模块；7、煤泥水固液分离粗分设备；8、煤泥水固液分离细分设备；9、上料机；10、接力泵送设备；11、分离用电控箱；12、泵送用电控箱。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种矿用水仓清淤系统水仓内清淤装置，用于挖掘和运送水仓巷道内的煤泥水混合物，并输送至清仓机；清仓机，定点安置于水仓口，并可以在多条水仓巷道之间进行转移，用于收集水仓内清淤装置输送的煤泥水混合物并通过输送管路输送给煤泥水固液分离系统。

所述清仓机可以包括接收部、集料部、运输部等主要功能的部件，可以实现接收运输来的煤泥水混合物，然后进行短暂停留后，并通过与运输管路的连接的出口将存储的煤泥水混合物运输出去；其中集料部不可以较深的池、箱，否则煤泥水会再次沉淀，本实施例不针对清仓机的具体结构进行限定，任何实现收集功能的设备均属于本发明的清仓机的保护范围。

本申请实施例提供一种矿用水仓清淤系统，通常清仓机会随着水仓内清淤装置清仓的动作进行移动，在此前提下清仓机需要附带煤泥水输送管路，随着清淤工作的推进，煤泥水输送管路以及动力线路、清洗水管等需要不断前进延伸，且清淤完成后管路还需要收回，而管路延伸及回撤时的人工操作，存在劳动强度大、效率低、危险性高、管道残留及淤泥清除不彻底等问题。所以清仓机安置于水仓口的指定位置，在清淤的过程中无需移动，而水仓内清淤装置主动的进行清淤，并且将处理后的煤泥水混合物运送到清仓机；清仓机通过全程密闭的输送管路，远程泵送到位于井下煤舱口或胶带大巷等矿用固液分离系统接收的地方。

如图2所示，本申请中煤泥水固液分离系统包括：煤泥水固液分离粗分设备7和煤泥水固液分离细分设备8，以及设置在煤泥水固液分离粗分设备7和煤泥水固液分离细分设备8出料端的上料机9，上料机9向外输出固态物料；其中，煤泥水固液分离粗分设备7包括两级振动旋流分筛型固液分离机，煤泥水固液分离细分设备8包括离心沉降式精细固液分离机、板框式压滤机、带式压滤机中的至少一者；在水仓巷道4内设有为整个矿用水仓清淤系统提供动力的接力泵送设备10，分离用电控箱11，用于为煤泥水固液分离粗分设备7和煤泥水固液分离细分设备8和上料机9进行供电，泵送用电控箱12用于为接力泵送设备10供电。

可选地，作为本发明一个实施例，所述的水仓内清淤装置包括：搅拌模块，用于搅动水仓内的煤泥沉淀混合物，增强煤泥水混合物的流动性；转运模块，利用水仓巷道将经搅拌模块搅拌后的煤泥水混合物运送至定点安置于水仓口的清仓机。

在本实施例中，将所述的水仓内清淤装置按照功能分为搅拌模块1和转运模块2，其中，搅拌模块1用于搅动主水仓巷道4内的煤泥沉淀混合物，增强煤泥水的流动性，便于后续将煤泥水在水仓巷道4的搬运；转运模块2用于在水仓巷道4内将流动性好的煤泥水混合流体，沿水仓巷道4运送到水仓口的清仓机3前。

可选地，作为本发明一个实施例，所述搅拌模块采用人工清挖或采用有轨或无轨机械设备，所述转运模块采用手推车或者有轨或无轨机械设备。

本申请给出水仓内清淤装置中除清仓机器人之外其他实现方式，搅拌模块1可以采用人工或除机器人之外的常规机械设备进行采泥，转运模块2可以采用传送带或推车的方式运输煤泥水混合物；值得说明的是，无论水仓内清淤装置采取什么方式，只要水仓内清淤装置利用水仓巷道作为煤泥流动通道主动运输煤泥到清仓机3所在位置，都在本申请的保护范围之内。

可选地，作为本发明一个实施例，还包括控制模块；所述的搅拌模块与转运模块均连接至控制模块，所述控制模块用于通过通信模块控制所述搅拌模块和转运模块的行走路径和工作状态，实现无人化的自动清仓作业。

在本实施例中，通过控制模块实现智能化操作控制，便于根据施工的现场要求进行工艺参数的修改及优化，并且可实现与矿山信息化系统无缝集成；控制模块基于作业现场要求布置在水仓口合适的位置，也可以布置在井上或用户的中央控制室。

可选地，作为本发明一个实施例，所述搅拌模块1采用采泥机器人，所述转运模块2采用引流机器人；采泥机器人和引流机器人上设置行走驱动装置，行走驱动装置包括履带、轮胎、轮轨、以及淤泥环境的摩擦螺旋中的一者，行走驱动装置还包括防爆柴油机、防爆电池组合或有源电路供电的电动机、气马达中的一者；其中轮轨驱动的轨道设置于水仓巷道底部或顶部采泥机器人和引流机器人的运行轨道设置于水仓巷道底部或顶部。

在一种实现方式中，所述的搅拌模块1和转运模块2采用清仓机器人；清仓机器人可以根据用户要求选装采用防爆柴油机动力驱动模式，该模式下清仓机器人续航能力强，行走驱动模式有顶置轨道(单轨或双轨)、底部钢轨、履带及履带轮胎、沼泽淤泥环境用的摩擦螺旋等多种模式；优选履带行走驱动模式，保证了水仓清理的连续高效作业。

可选地，作为本发明一个实施例，所述控制模块设置有路径规划单元；所述路径规划单元，用于根据水仓巷道轮廓扫描信息或预置煤矿水仓巷道建设模型或图纸，构建采泥机器人和和引流机器人的3D作业空间及路径规划。

本实施例中，通过预置的煤矿水仓和相关通行及转场巷道建设的图纸模型，或进行水仓及上述巷道建成后的实际轮廓扫描,构建采泥机器人和引流机器人准结构化的3D作业空间；实际清仓作业过程中，通过实时探测采泥机器人和引流机器人自身具体巷道内壁的上下左右的空间距离，以及两个分工不同清仓机器人之间的距离，合理的自主规划作业路线，并实现主动避障。

可选地，作为本发明一个实施例，所述的控制模块设置有运行状态检测及故障自诊断单元；所述的运行状态检测及故障自诊断单元用于：检测采泥机器人和引流机器人当前运行状态信息，并对采泥机器人和引流机器人的作业工效进行统计；例如，运行状态信息包括行走距离、行走速度、沉淀煤泥搅动前至煤泥转运后的前后高度差等；作业工效包括采泥机器人的搅拌效率、引流机器人的运输速度等。

所述的运行状态检测及故障自诊断单元还用于：根据采泥机器人和引流机器人的作业工效和预设的工效，确定是否需要向控制模块发送故障请求；例如引流机器人的运输速度低于预设的运输速度，则向控制模块发送“引流机器人运输故障”的请求。

所述的运行状态检测及故障自诊断单元还用于：确定清仓机器人在水仓巷道内的行走速度和预设的耗油量，根据清仓机器人的当前位置，确定是否要添加油料及耗材，所述预设的耗油量为保证清仓机器人从当前位置返回预定停机位置的耗油量及耗油类型；例如采泥机器人的搅拌效率为每小时处理30方的煤泥沉积物，且每小时预设的耗油量为10升，当班工作完成后，及时检测油箱的剩余油量并反馈给中控台；当遇到油量不足的情况时，可以自行停止清仓作业并返回停机位置等待处理。所述耗油类型包括润滑油、废气清洗冷却水耗材。

所述的运行状态检测及故障自诊断单元，根据采泥机器人和引流机器人的作业工效与清仓机3或煤泥水固液分离系统的功效对比，确定作业效率差距，根据作业效率差距确定需要中断或添加引流机器人的数量并根据引流机器人的数量重新优化设定每个引流机器人的工作范围。

可选地，作为本发明一个实施例，所述通信模块还包括至少一个无线通信分站；在水仓巷道顶部按照预设的密度设置无线通信分站的位置，且在巷道拐角处加设无线通信分站。

在本实施例中，为了实现无线信号的控制，在控制模块5上设置无线信号主模块，并在水仓内清淤装置设置无线信号分模块，无线信号分模块和无线信号主模块之间发送信号，完成水仓内清淤装置的控制和清淤工作相关信息的上传；但是煤泥水固液分离系统放置的位置是按用户矿井建设及现场要求来部署的，若在煤泥水固液分离系统上设置无线信号接受点，且矿井巷道内部的各种金属的构件和管道等会对无线信号的干扰等。所以在水仓巷道顶部按照预设的密度设置无线通信分站的位置，例如每3米设置一个无线通信分站，在巷道拐角处加设无线通信分站，避免拐角处的信号盲区。

可选地，作为本发明一个实施例，在水仓巷道的拐角处加设引流机器人，通过设定、缩短加设的引流机器人的有效工作范围，引流机器人的无线通信设备可兼做无线通信的分站。

在本实施例中，可以在水仓巷道拐角位置附近，通过添加引流机器人，增加引流机器人的布设密度，同时限制、缩短其有效工作范围，引流机器兼做无线通信分站，无需额外花费成本设置无线通信分站。

可选地，作为本发明一个实施例，搅拌模块与转运模块布置有传感器；所述的采泥机器人和引流机器人在前、后、左、右四个方向安装有矿用本安型物位传感器，其中：左右两侧的物位传感器用于辅助采泥机器人和引流机器人完成作业行进过程中避障的自主路径规划，实现与水仓巷道立面保持安全距离；前后两侧的物位传感器分两个方向的探测，沿机器人前进后退方向的物位传感器，实现多个机器人之间的停障，保障机器人作业安全；沿采泥机器人前方分别设置上下两个物位传感器，测试采泥作业前后的煤泥高度差，实现采泥机器人在淤积煤泥突然坍塌时报警并紧急后撤。

在本实施例中，清仓机器人四个方向安装有矿用本安型物位传感器，实时探测自身与水仓巷道4内壁的上下左右的空间距离，其中左右两侧传感器辅助清仓机器人完成作业行进过程中避障的自主路径规划，保证与巷道4立面的安全距离，前后两侧传感器测量前后两个清仓机器人的相对距离，保障机器人以安全的相对距离进行作业。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内或任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种矿用水仓清淤系统，其特征在于，包括：

水仓内清淤装置，用于挖掘和运送水仓巷道内的煤泥水混合物，并输送至清仓机；所述的水仓内清淤装置包括：搅拌模块，用于搅动水仓内的煤泥沉淀混合物，增强煤泥水混合物的流动性；转运模块，利用水仓巷道将经搅拌模块搅拌后的煤泥水混合物运送至定点安置于水仓口的清仓机；搅拌模块与转运模块布置有传感器；所述搅拌模块采用采泥机器人，所述转运模块采用引流机器人；采泥机器人和引流机器人上设置行走驱动装置，行走驱动装置包括履带、轮胎以及淤泥环境的摩擦螺旋中的一者，行走驱动装置还包括防爆柴油机、防爆电池组合或有源电路供电的电动机、气动马达中的一者；

清仓机，定点安置于水仓口，并可以在多条水仓巷道之间进行转移，用于收集水仓内清淤装置输送的煤泥水混合物并通过输送管路输送给煤泥水固液分离系统；

控制模块，所述的搅拌模块与转运模块均连接至控制模块，所述控制模块用于通过通信模块控制所述搅拌模块和转运模块的行走路径和工作状态，实现无人化的自动清仓作业。

2.根据权利要求1所述的矿用水仓清淤系统，其特征在于，所述控制模块设置有路径规划单元；所述路径规划单元，用于根据水仓巷道轮廓扫描信息或预置煤矿水仓巷道建设模型或图纸，构建采泥机器人和引流机器人的3D作业空间及路径规划。

3.根据权利要求1所述的矿用水仓清淤系统，其特征在于，所述的控制模块设置有运行状态检测及故障自诊断单元；

所述的运行状态检测及故障自诊断单元用于：检测采泥机器人和引流机器人当前运行状态信息，并对采泥机器人和引流机器人的作业工效进行统计；

所述的运行状态检测及故障自诊断单元还用于：根据采泥机器人和引流机器人的作业工效和预设的工效，确定是否需要向控制模块发送故障请求；

所述的运行状态检测及故障自诊断单元，根据采泥机器人和引流机器人的作业工效与清仓机或煤泥水固液分离系统的功效对比，确定作业效率差距，根据作业效率差距确定需要中断或添加引流机器人的数量并根据引流机器人的数量重新优化设定每个引流机器人的工作范围。

4.根据权利要求1所述的矿用水仓清淤系统，其特征在于，所述通信模块还包括至少一个无线通信分站；

在水仓巷道顶部按照预设的密度设置无线通信分站的位置，且在巷道拐角处加设无线通信分站。

5.根据权利要求4所述的矿用水仓清淤系统，其特征在于，在水仓巷道的拐角处加设引流机器人，通过设定、缩短加设的引流机器人的有效工作范围，引流机器人的无线通信设备可兼做无线通信的分站。

6.根据权利要求3所述的矿用水仓清淤系统，其特征在于，所述的采泥机器人和引流机器人在前、后、左、右四个方向安装有矿用本安型物位传感器，其中：

左右两侧的物位传感器用于辅助采泥机器人和引流机器人完成作业行进过程中避障的自主路径规划，实现与水仓巷道立面保持安全距离；

前后两侧的物位传感器分两个方向的探测，沿机器人前进后退方向的物位传感器，实现多个机器人之间的停障，保障机器人作业安全；沿采泥机器人前方分别设置上下两个物位传感器，测试采泥作业前后的煤泥高度差，实现采泥机器人在淤积煤泥突然坍塌时报警并紧急后撤。