专利名称：氦气平台矿山低空运搬装置的制作方法
技术领域：
本发明属于运输技术领域，特别涉及一种氦气平台矿山低空运搬装置。
背景技术：
露天矿采场运输方式分为汽车运输、铁路运输、带式输送机运输及由各种方式组 合的联合运输方式等，目前国内外露天矿基本都使用以上几种运输方式中的一种，这些运 输方式的工作过程可以概括为通过铲运机、前装机或挖掘机将矿岩铲装至运输设备中，并 经铺设好的线路运至坑外卸矿点或选矿厂，运输作业是露天矿开采工作的重要部分，据统 计矿山运输系统的基建投资占总基建投资的60%以上，运输作业成本约占矿石开采成本的 40% 60%，运输作业的劳动量约占矿石开采总劳动量的50%以上，运输系统的任何改变 都会导致露天开采工艺的重大变化。传统的露天矿采场运输系统存在以下不足1)为了提高产量，运输装备越来越大，运输道路越来越宽，运输道路占用大量土 地，基建费用较高，其中汽车运输效率较低，需要经过环形道路运至目的地，增加了运输距离，还要留出甩 车道等，且随着大型矿用汽车(载重量150 220t)的应用，增加了汽车运输的合理运距， 运输工作受气候影响大。机车运输中，要求线路坡度小，因而运距较长，且铺设的轨道较为固定，随着开采 工作的进行需要不断铺设新的运输线路；2)所需运输装备数量、购置费用、运输费用、维护费用越来越多，其中汽车运输中所需卡车数量多，卡车购置和维护费用较大，运输费用高。带式运输方 式中，皮带磨损比较严重；3)能源问题，使用汽车和火车运输需要消耗大量的能源，环境污染大，二氧化碳排 放量大，不利于建设绿色环保矿山；4)皮带运输需对矿石进行破碎，需设置半移动破碎站，使得运输工作变得复杂，同 时提高了成本。对于胶带运输系统，通风防尘也是难点之一；5)边帮维护量大，随着采深增加，开采境界越来越大，剥采比也越来越大。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种氦气平台矿山低空运搬装置，通过氦 气平台对露天矿进行低空运搬，以达到减少能耗，保护环境的目的。本发明技术方案是这样实现的该装置包括气囊、整流罩、钢架、太阳能电池板、监控设备、照明设备、系留缆绳固定装置、卷扬机、提升缆绳、矿石料斗、系留缆绳、卷扬机电 缆、太阳能传输电缆、装货缆绳、装货机械绞盘、卸货缆绳、固定索套、储缆设备、太阳能控制 器、蓄电池组、供电装置、卷扬机控制室、压力控制室、压力传感器、避雷装置和绞盘。该装置的连接是气囊包裹钢架，整流罩覆盖在气囊上，系留缆绳由多根钢丝绳组成，分别在各个方向连接系留缆绳固定装置，系留缆绳固定装置固定在钢架四周，拉紧和固 定气囊，卷扬机电缆、太阳能传输电缆同系留缆绳一起连接系留缆绳固定装置，为卷扬机、 照明设备提供电能以及传输太阳能电池板产生的电能，在钢架底部固定多个卷扬机，卷扬 机通过提升缆绳连接矿石料斗，在卷扬机上方的钢架上安装监控设备，监控卷扬机的工作 状况，在钢架四周安装照明设备，在氦气平台气囊上方安置太阳能电池板，装货机械绞盘通 过装货缆绳连接提升缆绳，固定索套安装在提升缆绳上，通过卸货缆绳与选矿场连接，储缆 设备、太阳能控制器、蓄电池组、供电装置和卷扬机控制室通过系留缆绳连接系留缆绳固定 装置，绞盘安装在系留缆绳的一端与储缆设备连接，在气囊顶部安装避雷装置。所述的气囊包括主气囊和副气囊，主气囊用于储存升力气体，囊体承受作用在气 球上的外部载荷包括空气动力、重力载荷、惯性载荷和集中载荷，充入内部的气体决定其形 状和刚性。副气囊用于调节球体的压力，使球体始终保持较好的刚性。副气囊储存空气，在 气球升空、滞空和下降的时候，通过充排空气来调整气球的姿态和维持囊体的外形；所述的整流罩用来保护球载设备免受空气动负载和大气的影响，同时提高气球气动性能，整流罩下方装有密封拉链，方便内部安装设备的拆装和维修；所述的钢架用来承载氦气平台上的各种运输装置；所述的压力传感器监控气囊内的压力，并将检测到的数据传至地面的压力控制 室，经过数据分析后通过副气囊调节氦气平台内部压力；所述的监控设备操作人员通过摄像头监控卷扬机的工作状态，并可及时发现问 题；所述的系留缆绳用于系泊和牵引气球，完成球体的升空和回收，给气球平台上设 备供电，同时保持球上与地面的通信，系留缆绳由一条主缆绳及多条副缆绳共同组成；所述的绞盘在绞缆时，气球在绞盘的卷绕力下收回至地面，绞盘放缆时，气球在浮 力下升至高空；所述的储缆设备当绞盘绞缆时卷绕系留缆绳将其存储起来，绞盘放缆的同时.储 缆设备跟随其放出系留缆绳；所述的提升缆绳用于提升矿石，其末端安装挂钩机，勾住矿石料斗后，逐渐放松系 留缆绳，利用氦气平台升力将料斗提起；所述的卷扬机和卷扬机控制室，通过电缆由地表向卷扬机输送电能，并在地表遥 控卷扬机进行工作；所述的供电装置用来在气球正常工作阶段和紧急情况下给球上设备和地面支持 部分提供所需安全连续的电能，它包括电源部分和配电部分，电源部分是气球供电部分的 核心，它是由主电源、应急电源、二次电源以及外部(地面)电源供电插座电源与设备组成； 配电部分主要功能是将电源部分输出电能进行调节变换为地面和球上各用电设备所需的 电能，它由配电器、控制保护装置以及输电网构成；所述的避雷装置，防雷措施可分为球体防护、球载设备防护以及地面设备及人员 的保护三个方面，对球体的防护措施一般采用静电防护、导体笼防护和悬索导线防护；所述的卸货缆绳用于牵引提升绳，在氦气平台将矿石料斗提起后，卸货缆绳将装 有矿石的料斗牵引至选矿场等位置，目的地附近有装货机械绞盘，用于收放卸货缆绳。卸货 缆绳与提升缆绳的连接位置使用固定索套进行固定；
所述的装货缆绳将提升缆绳末端牵引至采场位置，并控制提升缆绳的下放位置， 将提升缆绳末端的挂钩勾住矿石料斗；装货缆绳由装货机械绞盘控制，根据采场位置的移 动而移动；所述的系留缆绳来完成球体的升空和回收；所述的太阳能电池板是太阳能发电部分中的核心，其作用是将太阳的辐射能力转 换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作；所述的太阳能控制器的作用是控制整个装置的工作状态，并对蓄电池起到过充电 保护、过放电保护的作用，在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能，其 他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项；所述的蓄电池组为铅酸电池，其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能 储存起来，到需要的时候再释放出来；本发明的工作过程氦气平台是一种利用充入密度远比空气小的 氦气所产生的浮 力来克服其自身重量及载重重量的浮空装置，露天矿用大型氦气平台运输是将氦气平台气 囊通过系留缆绳固定至露天矿采场上方，利用装货缆绳以及可移动的装货机械绞盘将矿石 料斗牵引至采场，装满矿石后，利用卷扬机以及提升缆绳提升矿石料斗，达到一定高度时， 卸货缆绳牵引固定索套，将矿石料斗牵引至选矿厂，卸下矿石后返回继续装矿作业。本发明的优点由于空中运输不受地形影响，能够大量节约能源，减少二氧化碳排 放量；采用氦气平台低空搬运技术，运输环节大大简化，采用空中运输方式，运输设备少，节 约维修费用以及运输的燃油费用，同时减少管理人员和操作人员的数量，提高了矿山的生 产效率，减少土地占用，氦气平台低空运搬技术可以有效利用太阳能，风能等清洁能源，对 生态环境起到保护作用，使矿产资源得到最大限度的开采，有利于矿山的可持续发展，使矿 产资源得到更充分的利用。
图1本发明采用氦气平台对露天矿进行低空运搬装置结构原理图；图2本发明采用氦气平台对露天矿进行低空运搬装置俯视图；图中1_气囊；2-太阳能电池板；3-监控设备；4-照明设备；5-系留缆绳固定装 置；6-卷扬机；7-提升缆绳；8-矿石料斗；9-系留缆绳；10-电缆；11-装货缆绳；12-装 货机械绞盘；13-卸货缆绳；14-选矿场；15-储缆设备；16-太阳能控制器；17-蓄电池组； 18-供电装置；19-卷扬机控制室；20-固定索套；21-整流罩；22-压力传感器；23-压力控 制室；24-避雷金属网；25-绞盘；
具体实施例方式本发明采用氦气平台对露天矿进行低空运搬装置结合实施例和附图加以说明。本实施例选用某露天矿山，矿坑长2公里，宽1公里，采深400m。设计生产能力为 1500万吨/年。采剥总量6000万吨/年。在矿坑外300m处布置卸矿点。采用6个拉紧绞 盘，即用六条系留缆绳在不同方向上固定氦气平台。氦气平台形状为圆盘形，氦气平台尺寸 为直径250m，高50m。有效充氦体积2400000m3，最大提升重量2400t (包括自重及载重)。 运输装置布置9条提升缆绳，即9个卷扬机，每个缆绳可提升200t矿石，15分钟一个循环。
则其每年可提升矿岩总量为200*9*60/15*24*360 = 6200 万吨。氦气平台距离地面高度为500m。需要将矿石提至离地面高度300m。矿石料斗需 水平运行300-800m至卸矿点。本发明避雷装置采用避雷金属网。该装置包括气囊1、整流罩21、钢架、太阳能电池板2、监控设备3、照明设备4、系 留缆绳固定装置5、卷扬机6、提升缆绳7、矿石料斗8、系留缆绳9、卷扬机电缆、太阳能传输 电缆、装货缆绳11、装货机械绞盘12、卸货缆绳13、固定索套20、储缆设备15、太阳能控制 器16、蓄电池组17、供电装置18、卷扬机控制室19、压力控制室23、压力传感器22、避雷金 属网24和绞盘25。
该装置的连接是如图1和2所示，气囊1包裹钢架，整流罩21覆盖在气囊1上， 系留缆绳9由多根钢丝绳组成，分别在各个方向连接系留缆绳固定装置5，系留缆绳固定装 置5固定在钢架四周，拉紧和固定气囊1，卷扬机电缆、太阳能传输电缆同系留缆绳9 一起 连接系留缆绳固定装置5，为卷扬机6、照明设备4提供电能以及传输太阳能电池板2产生 的电能，在钢架底部固定多个卷扬机6，卷扬机6通过提升缆绳7连接矿石料斗8，在卷扬机 6上方钢架上安装监控设备3，监控卷扬机6的工作状况，在钢架四周安装照明设备4，在气 囊1上方安置太阳能电池板2，装货机械绞盘12通过装货缆绳11连接提升缆绳7，固定索 套20安装在提升缆绳7上，通过卸货缆绳13与选矿场14连接，储缆设备15、太阳能控制 器16、蓄电池组17、供电装置18和卷扬机控制室23通过系留缆绳9连接系留缆绳固定装 置5，绞盘25安装在系留缆绳9的一端与储缆设备15连接，在气囊1顶部安装避雷金属网 24。气囊1由多个氦气填充的独立体组成。圆盘形气球的尺寸根据矿山生产能力而 定。它主要用于提供提升矿石所需的升力；气囊1包括主气囊和副气囊，主气囊用于储存升 力气体氦气，囊体承受作用在气球上的外部载荷包括空气动力、重力载荷、惯性载荷和集中 载荷，充入内部的气体决定其形状和刚性。副气囊用于调节球体的压力，使球体始终保持较 好的刚性。副气囊储存空气，在气球升空、滞空和下降的时候，通过充排空气来调整气球的 姿态和维持囊体的外形。气囊1材料的选择主要考虑轻质、高强度、高气密性、良好的耐候 性、高比强、高模量、高抗曲挠、耐揉搓和耐磨性能良好，尤其是主气囊材料要考虑耐臭氧和 对各种射线(紫外线等)的反射及其它环境因素的影响。整流罩21用来保护球载设备免受空气动负载和大气的影响，同时提高气球气动 性能。整流罩21下方装有密封拉链，方便内部安装设备的拆装和维修，同时提高气球气动 性能。它是一种全新的金属皮加半硬壳式结构。钢架用来承载氦气平台上的各种运输用装置，如卷扬机、系留缆绳固定装置等。气球内的压力传感器22监控气囊1内的压力，并将检测到的数据传至地面的压力 控制室23，经过数据分析后通过副气囊调节氦气平台内部压力；监控设备3保证其提升力卷扬机操作人员通过摄像头监控卷扬机6的工作状态， 并可及时发现问题。系留缆绳9用于系泊和牵引气球，完成球体的升空和回收，帮助气球平台上设备 供电，同时保持球上与地面的通信，系留缆绳9由一条主缆绳及多条副缆绳共同组成。
绞盘25绞缆时，气球在绞盘25的卷绕力下收回至地面，绞盘25放缆时，气球在浮力下升至高空；当绞盘25绞缆时储缆设备15卷绕系留缆绳9将其存储起来，绞盘25放缆的同 时.储缆设备15跟随其放出系留缆绳9。提升缆绳7用于提升矿石，其末端安装挂钩机，勾住矿石料斗后，逐渐放松系留缆 绳9，利用氦气平台升力将料斗提起，考虑提升和下放矿石料斗8的安全性和可靠性，需要 对缆绳收放装置进行可靠的设计，必要时采用双机备份的措施，缆绳选用合成纤维缆绳。卷扬机6和卷扬机控制室19，通过缠绕在系留缆绳9上的电缆10由地表向卷扬 机6输送电能。并在地表遥控卷扬机6进行工作，卷扬机6与提升缆绳7数量为1-10个， 根据矿山生产能力而定。卸货缆绳13用于牵引提升缆绳7，在氦气平台将矿石料斗提起后，卸货缆绳13 将装有矿石的料斗牵引至选矿场位置，目的地附近有装货机械绞盘12，用于收放卸货缆绳 13，卸货缆绳13与提升缆绳7的连接位置使用固定索套20进行固定，卸货缆绳13的材料 与提升缆绳相同，只是所需股数较少。装货缆绳11将提升缆绳7末端牵引至采场位置，并控制提升缆绳7的下放位置， 将提升缆绳7末端的挂钩勾住矿石料斗8。装货缆绳11由装货机械绞盘12控制，根据采场 位置的移动而移动。供电装置18用来在气球正常工作阶段和紧急情况下给球上设备和地面支持部分 提供所需安全连续的电能。它包括电源部分和配电部分，电源部分是气球供电部分的核心， 它是由主电源、应急电源、二次电源以及外部(地面)电源供电插座电源与设备组成；配电 部分主要功能是将电源部分输出电能进行调节变换为地面和球上各用电设备所需的电能， 它由配电器、控制保护装置以及输电网构成。避雷装置，防雷措施可分为球体防护、球载设备防护以及地面设备及人员的保护 三个方面，对球体的防护措施一般采用静电防护、导体笼防护和悬索导线防护。照明设备4用于夜间作业时提供必要的灯光，保证生产连续安全进行。太阳能电池板2是太阳能发电部分中的核心，其作用是将太阳的辐射能力转换为 电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能控制器16的作用是控制整个部分的工作状态，并对蓄电池起到过充电保 护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他 附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项；蓄电池组17为铅酸电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储 存起来，到需要的时候再释放出来。
权利要求
一种氦气平台矿山低空运搬装置，其特征在于该装置包括气囊(1)、整流罩(21)、钢架、太阳能电池板(2)、监控设备(3)、照明设备(4)、系留缆绳固定装置(5)、卷扬机(6)、提升缆绳(7)、矿石料斗(8)、系留缆绳(9)、卷扬机电缆、太阳能传输电缆、装货缆绳(11)、装货机械绞盘(12)、卸货缆绳(13)、固定索套(20)、储缆设备(15)、太阳能控制器(16)、蓄电池组(17)、供电装置(18)、卷扬机控制室(19)、压力控制室(23)、压力传感器(22)、避雷装置和绞盘(25)；该装置的连接是气囊(1)包裹钢架，整流罩(21)覆盖在气囊(1)上，系留缆绳(9)由多根钢丝绳组成，分别在各个方向连接系留缆绳固定装置(5)，系留缆绳固定装置(5)固定在钢架四周，卷扬机电缆、太阳能传输电缆同系留缆绳(9)一起连接系留缆绳固定装置(5)，在钢架底部固定多个卷扬机(6)，卷扬机(6)通过提升缆绳(7)连接矿石料斗(8)，在卷扬机(6)上方的钢架上安装监控设备(3)，在钢架四周安装照明设备(4)，在气囊(1)上方安置太阳能电池板(2)，装货机械绞盘(12)通过装货缆绳(11)连接提升缆绳(7)，固定索套(20)安装在提升缆绳(7)上，通过卸货缆绳(13)与选矿场(14)连接，储缆设备(15)、太阳能控制器(16)、蓄电池组(17)、供电装置(18)和卷扬机控制室(23)通过系留缆绳(9)连接系留缆绳固定装置(5)，绞盘(25)安装在系留缆绳(9)的一端与储缆设备(15)连接，在气囊(1)顶部安装避雷装置。
全文摘要
一种氦气平台矿山低空运搬装置，属于运输技术领域。该装置包括气囊、整流罩、钢架、太阳能电池板、监控设备、照明设备、系留缆绳固定装置、卷扬机、提升缆绳、矿石料斗、系留缆绳、卷扬机电缆、太阳能传输电缆、装货缆绳、装货机械绞盘、卸货缆绳、固定索套、储缆设备、太阳能控制器、蓄电池组、供电装置、卷扬机控制室、压力控制室、压力传感器、避雷装置和绞盘。本发明的优点；能够大量节约能源，减少二氧化碳排放量；运输运输设备少，节约维修费用以及运输的燃油费用，同时减少管理人员和操作人员的数量，提高了矿山的生产效率，减少土地占用，氦气平台低空运搬技术可以有效利用太阳能，风能等清洁能源，对生态环境起到保护作用。
文档编号B65G49/00GK101830341SQ20101016546
公开日2010年9月15日 申请日期2010年5月7日 优先权日2010年5月7日
发明者孙豁然, 安龙, 徐白山, 李少辉, 柳小波, 邵安林 申请人:东北大学