本發(fā)明屬于深部礦床開采領域，具體設計一種基于軌道行走裝置的深井高效提升系統(tǒng)及方法。

背景技術：

礦井提升裝置是礦床地下開采中是不可或缺的，經(jīng)過發(fā)展，提升機從單繩纏繞式提升機發(fā)展到多繩摩擦式提升機。在常規(guī)深度礦山開采中，多繩摩擦式提升機被大規(guī)模應用與地下礦山的開采中。

國家十三五規(guī)劃綱要中，對地球深部礦物資源，能源資源的勘探與開發(fā)利用已被提升到國家發(fā)展戰(zhàn)略高度。2016年已經(jīng)成為我國開展礦業(yè)“深地”探索的關鍵年，作為十三五國家項目《深部金屬礦建井與提升關鍵技術》和《深部金屬礦安全高效開采技術》先后啟動，中國礦業(yè)的“深地”探索已經(jīng)全面拉開了大幕。在我國，有些金屬礦已經(jīng)進入了深部開采，開采深度和豎井達到了1500多米。而在國外超過1000米的金屬礦山達90多座，其中3000米以上的有5座。而最深的礦井是南非卡里頓維爾金礦，采深達3800米，豎井延深達4164米。由此可見，深部開采已經(jīng)成為礦業(yè)發(fā)展的趨勢。但在進行深部開采的同時會面臨很多技術問題，礦井提升裝置和效率的提高是制約礦床深部開采一個重要的方面。例如在國外，豎井的設計深度一般小于2000米，超過2000米時改為兩段豎井提升。根據(jù)資料顯示，當豎井深1700米，采用纏繞式提升機時，深井的有效提升量只有25%，其中75%是作的無用功，消耗在提升鋼絲繩了。所以，深井的礦石提升成本相當高，井越深，成本越高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是：提供一種基于軌道行走裝置的深井高效提升系統(tǒng)及方法，提高深井礦石提升效率，降低成本。

本發(fā)明為解決上述技術問題所采取的技術方案為：一種基于軌道行走裝置的深井高效提升系統(tǒng)，其特征在于：它包括：

齒輪軌道，從地面至井底地設置在深井井筒的井壁上，共有至少3根周向均布在井壁上；

提升裝置，提升裝置中設有電機，電機通過電線和電刷從深井井筒中的導電桿取電，電機依次通過傳動軸、變向齒輪箱和減速齒輪與所述的齒輪軌道嚙合，提升裝置的底部四周還設有與所述的齒輪軌道嚙合的導向齒輪；

運輸箕斗，運輸箕斗的頂部與提升裝置的底部連接，運輸箕斗的下部設有卸礦口；

控制系統(tǒng)，包括信號采集單元、輸入單元、控制單元和執(zhí)行單元；信號采集單元包括用于采集提升裝置和運輸箕斗之間連接狀態(tài)的圖像采集設備、用于確定提升裝置位置的定位裝置；執(zhí)行單元包括齒輪制動裝置和卸礦口開閉裝置；控制單元用于根據(jù)信號采集單元采集的信息和/或輸入單元的指令輸入，給電機執(zhí)行單元輸出控制指令。

按上述方案，所述的提升裝置的底部設有箕斗固定裝置，箕斗固定裝置包括由所述的控制單元控制伸縮的剛性桿；所述的運輸箕斗包括箕斗上部和箕斗下部，箕斗上部和箕斗下部之間設有與所述的剛性桿匹配的卡槽。

按上述方案，所述的運輸箕斗的底部為向所述的卸礦口傾斜的傾斜面。

按上述方案，所述的信號采集單元還包括用于采集提升裝置速度的速度傳感器、采集深井井筒內(nèi)溫度的溫度傳感器。

按上述方案，所述的控制系統(tǒng)還包括顯示裝置，用于顯示實時的參數(shù)，參數(shù)包括提升裝置和運輸箕斗之間連接狀態(tài)的圖像、提升裝置的位置。

所述的基于軌道行走裝置的深井高效提升系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：它包括以下步驟：

s1、當運輸箕斗裝好礦石，提升裝置與運輸箕斗頂部連接；

s2、啟動電機，提升裝置帶動運輸箕斗以設定的提升速度提升至地面卸礦點；

s3、打開卸礦口到卸礦門打開位置，進行卸礦；

s4、卸礦完成后，提升裝置帶動運輸箕斗以設定的下降速度下降至井底，解除提升裝置與運輸箕斗的連接，進行礦石裝載。

按上述方法，在控制的過程中，將采集的數(shù)據(jù)實時顯示。

本發(fā)明的有益效果為：

1、通過用齒輪軌道和提升裝置的結(jié)構(gòu)，替代了傳統(tǒng)的纏繞式提升機，運輸箕斗只需要安裝在提升裝置下即可，從而能夠增加運輸箕斗的容量，提高礦石的運輸效率；減小無用功，增加了能量利用率，由于在傳統(tǒng)的深井提升中，75%的能量消耗在繩子的提升中，因此利用齒輪軌道進行提升可以使能量的利用率增加到50%以上，最終實現(xiàn)降低成本。

2、在傳統(tǒng)的多繩摩擦式提升機中，一旦繩子超負荷生產(chǎn)疲勞斷裂或大型卷揚機發(fā)生故障后，會給提升裝置造成極大的損害；本發(fā)明通過信號采集單元獲取實時的工作狀態(tài)，能夠?qū)ΦV石運輸進行全過程監(jiān)控，一旦發(fā)生提升裝置及箕斗急速下降就會啟動齒輪制動裝置，使設備停止或以安全速度下降，以保證提升裝置和箕斗的安全。

3、本系統(tǒng)除了能運輸?shù)V石，也可以用來提升運輸設備和工作人員，使用起來靈活方便。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例的控制框圖。

圖2為本發(fā)明一實施例的提升裝置示意圖。

圖3為深井井壁鑲齒軌道鋪設示意圖。

圖4為周圍齒輪布置示意圖。

圖5為減速齒輪和導向齒輪與軌道輪齒咬合示意圖。

圖6為箕斗形狀及卸礦口示意圖。

圖7為圖6的左視圖。

圖中：1-電機；2-傳動軸；3-變向齒輪箱；4-減速齒輪；5-電機擋板；6-導向齒輪；7-提升裝置；8-輪齒軌道；9-深井井筒；10-定位裝置；11-電刷；12-導電桿；13-電線；14-圖像采集設備；15-箕斗固定裝置；16-齒輪軸承；17-制動裝置；18-箕斗上部；19-箕斗下部；20-卡槽；21-卸礦門打開位置；22-卸礦口。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實例和附圖對本發(fā)明做進一步說明。

本發(fā)明提供一種基于軌道行走裝置的深井高效提升系統(tǒng)，如圖1至圖5所示，它包括：

齒輪軌道8，從地面至井底地設置在深井井筒9的井壁上，共有至少3根周向均布在井壁上；本實施例中為4根，相互之間的夾角是90^o。

提升裝置7，提升裝置7中設有電機1，電機1通過電線13和電刷11從深井井筒9中的導電桿12取電，電機1依次通過傳動軸2、變向齒輪箱3和減速齒輪4與所述的齒輪軌道8嚙合，提升裝置7的底部四周還設有與所述的齒輪軌道8嚙合的導向齒輪6。本實施例中，電機1為滿足提升要求的大功率雙軸電機，通過電機擋板5固定在提升裝置7上，在傳動軸2的兩端分別連接一個變向齒輪箱3，與變向齒輪箱3相連接的是與輪齒軌道8相嚙合的減速齒輪4。另外兩側(cè)各連接一個與輪齒軌道8相嚙合的用于穩(wěn)定提升裝置的導向齒輪6，在提升裝置7的底部四周各安裝一個與輪齒軌道8相咬合的用來穩(wěn)定提升裝置的導向齒輪，因此減速齒輪4共2個，導向齒輪6共6個。所述的提升裝置7的底部設有箕斗固定裝置15，箕斗固定裝置15包括由所述的控制單元控制伸縮的具有高強度的剛性桿，用來連接提升裝置7和運輸箕斗。

運輸箕斗，運輸箕斗的頂部與提升裝置7的底部連接，運輸箕斗的下部設有卸礦口22；如圖6和圖7所示，所述的運輸箕斗具有一定容量，滿足礦山設計產(chǎn)量，呈圓柱形，運輸箕斗包括箕斗上部18和箕斗下部19，箕斗上部18直徑略大于箕斗下部19的直徑，本實施例中箕斗下部19圓柱半徑小于箕斗上部18半徑20cm，箕斗上部18和箕斗下部19之間設有與所述的剛性桿匹配的卡槽20。所述的運輸箕斗的底部為向所述的卸礦口22傾斜的傾斜面，本實施例的傾斜角度為45^o，當運輸箕斗運行到卸礦點時，打開卸礦口22至卸礦門打開位置21，礦石可以通過自身重力自行倒入儲存庫中。

控制系統(tǒng)，包括信號采集單元、輸入單元、控制單元和執(zhí)行單元；信號采集單元包括用于采集提升裝置和運輸箕斗之間連接狀態(tài)的圖像采集設備14、用于確定提升裝置位置的定位裝置10；執(zhí)行單元包括齒輪制動裝置17和卸礦口開閉裝置；控制單元用于根據(jù)信號采集單元采集的信息和/或輸入單元的指令輸入，給電機執(zhí)行單元輸出控制指令。

所述的信號采集單元還包括用于采集提升裝置7速度的速度傳感器、采集深井井筒9內(nèi)溫度的溫度傳感器。所述的控制系統(tǒng)還包括顯示裝置，用于顯示實時的參數(shù)，參數(shù)包括提升裝置7和運輸箕斗之間連接狀態(tài)的圖像、提升裝置7的位置。本實施例中，在提升裝置7的上方設置一個提升裝置7在深井井筒9中的定位裝置10，用來定位提升裝置7和運輸箕斗在深井井筒9中的位置，還可以用來監(jiān)測提升裝置7和運輸箕斗提升和降落的速度，并實時傳輸給控制單元。在電機擋板5的下方安裝一個紅外的圖像采集設備14，用來實時采集提升裝置7和運輸箕斗的連接狀態(tài)，確保運輸和提升安全。在八個齒輪（2個減速齒輪4和6個導向齒輪6）附近各安裝一個紅外的圖像采集設備14用來監(jiān)測各個齒輪的狀態(tài)，并將采集的數(shù)據(jù)實時傳輸給控制單元。以及在減速齒輪4和導向齒輪6及電機1的附近安裝溫度傳感器用來監(jiān)測這些裝置的工作溫度，保證提升系統(tǒng)的安全運行。

本控制系統(tǒng)包括控制電機1的啟動和停止、控制提升裝置7的上升和下降、提升裝置7的定位測速裝置、防止提升裝置7及運輸箕斗掉落的齒輪制動裝置17、提升裝置7和運輸箕斗在深井井筒9中運行的數(shù)字化顯示裝置、數(shù)據(jù)采集裝置及傳輸系統(tǒng)等。齒輪制動裝置17設置在減速齒輪4和導向齒輪6的齒輪軸承16上。通過定位裝置10、紅外的圖像采集設備14及溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)通過有線或者無線傳輸?shù)娇刂茊卧M行處理，利用虛擬現(xiàn)實技術將提升裝置7在深井井筒9中的位置及各個部位的工作狀態(tài)顯示在屏幕中。工作人員就可以對本系統(tǒng)各個部位的工作狀態(tài)進行監(jiān)測，并根據(jù)顯示的信息對提升系統(tǒng)發(fā)出指令保證運輸?shù)捻樌M行。

電機1的運行控制、卸礦控制、施油啟動控制、箕斗連接控制、制動啟動控制及提升速度控制，是利用數(shù)字化屏幕顯示的信息，通過控制系統(tǒng)來進行操作的。電機1通過導電桿12和電線13獲得電能，帶動傳動軸2轉(zhuǎn)動，通過變向齒輪箱3改變減速齒輪4的轉(zhuǎn)動方向，利用減速齒輪4使高速轉(zhuǎn)動的傳動軸2速度減到適合的速度。

減速齒輪4和導向齒輪6的模數(shù)及直徑相同，和齒輪軌道8的輪齒要完全吻合。在齒輪上安裝齒輪制動裝置17，當提升裝置7失去動力急速下降，下降速度超過設定的值，啟動齒輪制動裝置17使提升裝置7及運輸箕斗下降速度降到適宜速度或停止。

所述的基于軌道行走裝置的深井高效提升系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

s1、當運輸箕斗裝好礦石，提升裝置7與運輸箕斗頂部連接；本實施例中利用伸縮的剛性桿卡住運輸箕斗的卡槽20即可實現(xiàn)連接。

s2、啟動電機1，提升裝置7帶動運輸箕斗以設定的提升速度提升至地面卸礦點；

s3、打開卸礦口到卸礦門打開位置21，進行卸礦；

s4、卸礦完成后，提升裝置帶動運輸箕斗以設定的下降速度下降至井底，解除提升裝置與運輸箕斗的連接，進行礦石裝載。

在控制的過程中，將采集的數(shù)據(jù)實時顯示。實時監(jiān)測齒輪的工作狀態(tài)，一旦在監(jiān)測屏幕上發(fā)現(xiàn)齒輪變形、卡齒、斷裂時，要立即停止電機1并對系統(tǒng)進行維修。根據(jù)齒輪材料的質(zhì)量，在沒有發(fā)生上述事故時，也要定期對齒輪的狀態(tài)進行檢查或者更換，確保提升過程的安全。并且定期給鑲嵌輪齒軌道和齒輪施加潤滑油，以減小齒輪和軌道的磨損，延長齒輪使用壽命。

以上實施例僅用于說明本發(fā)明的設計思想和特點，其目的在于使本領域內(nèi)的技術人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，本發(fā)明的保護范圍不限于上述實施例。所以，凡依據(jù)本發(fā)明所揭示的原理、設計思路所作的等同變化或修飾，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。