一种露天矿边帮开采系统的制作方法

本发明涉及露天矿边帮开采技术领域，具体为一种露天矿边帮开采系统。

背景技术：

随着我国露天煤矿生产与建设快速发展，边帮压煤量已达到5亿吨，大量的露天边帮压煤资源如果不能做到安全高效开采，将造成极大的资源浪费和环境破坏。露天煤矿边帮开采技术是在最小程度地破坏地表岩土覆盖及地面植被的前提下，最大程度地开采边帮压煤资源，该技术基本不会对环境和其它资源造成不良影响，可取得很好的经济效益。

对于露天煤矿边帮压煤、残煤开采技术，欧美发达国家技术发展较早，也较为成熟。对露天煤矿边帮开采，主要有螺旋钻机开采方法、边帮采煤机开采方法和连续采煤机边帮开采方法。上世纪40年代开始，欧美主要煤炭生产国利用螺旋钻机对露天边坡压煤资源进行回收，利用螺杆钻钻入边坡，螺旋线将煤导出，该设备结构简单，成本低，但生产效率低，开采深度较浅。美国shm公司1994年正式推出用于开采露天矿边坡压煤及露头煤的边帮采煤机，该设备集开采、运输、监控等功能于一体，开采中无须支护及大量矿建。目前，该设备在美国及俄罗斯等国已有50多台投入生产。1997年,bhp联合有限公司采用久益12cml2b连续采煤机配套多段式搭接皮带机有规律地挖掘设计在边坡上的煤巷，采煤机的控制平台紧靠边坡压煤壁放置在掘采煤巷外面，该开采系统在国外取得了良好的使用业绩。但是，国外成套边帮开采设备造价昂贵，在使用过程中很难完全适应我国煤田地质条件和露天矿生产组织，这些都限制了在我国露天矿边帮压煤开采中的使用。

国内对于露天煤矿边帮压煤开采技术研究较为滞后，国内露天煤矿边帮压煤多数成弃采状态，即使开采也仅是依赖靠帮人工炮采等手段，开采效率低，安全性差。山西天地煤机装备有限公司与内蒙乌兰煤矿合作，利用国产连续采煤机配套多段搭接式皮带转载机进行边帮压煤开采，证明了连续采煤机在边帮开采中的可行性。

但该系统以连续采煤机牵引作为唯一行走动力，开采深度有限，边帮压煤资源回采率较低；设备无自救能力，人员需进入无支护巷道进行设备修复，安全性差；各皮带转载机装配拆解困难，人员劳动强度大，整机前进后退要求台阶平盘宽度预留量大；巷道粉尘通过除尘风道直接排放到大气，开采现场粉尘污染严重；系统掘进采用激光指向，不具有导航功能，在开采深度逐渐增大后无法精确保证中间预留煤柱的安全宽度。该套系统无法满足露天矿端帮压煤安全高效绿色开采的要求。

针对上述问题，急需一种露天矿边帮开采系统，解决我国露天矿边帮压煤安全高效绿色开采的技术难题，填补国内露天矿边帮开采成套系统开发和使用的空白。

技术实现要素：

本发明为了解决露天矿边帮压煤安全高效绿色开采，满足露天矿边帮开采的需求，有效提高边帮压煤的回采率的问题，提供一种露天矿边帮开采系统。

本发明采取以下技术方案：一种露天矿边帮开采系统，包括进行巷道式掘采的边帮连续采煤机、进行快速运输的多单元速连胶带运输系统、进行外部推进和整体移动的步进式行走平台、进行外部运输的移动式卸料部、进行巷道通风除尘的抽出式通风除尘系统、进行远程精确控制和边坡稳定性监测的导航及稳定性监测系统以及进行远程控制的远程控制平台，边帮连续采煤机设置在硐室内，多单元速连胶带运输系统连接硐室内的边帮连续采煤机以及硐室外的步进式行走平台，步进式行走平台外设置移动式卸料部，硐室内设置有抽出式通风除尘系统，边帮连续采煤机上设置导航及稳定性监测系统，远程控制平台控制导航及稳定性监测系统。

进一步的，步进式行走平台位于开采硐室外部，包括上平台、下底盘和迈步机构，上平台与下底盘通过迈步机构连接形成一整体，上平台布置有电气系统、液压系统和卷电缆滚筒，下底盘上部为工作平台，所述的下底盘工作平台用于运输单元装配拆解及推进回撤。

进一步的，步进式行走平台的下底盘包括铲板、中间主梁和端头，中间主梁通过螺栓与前后两端的端头连接为一体，铲板通过销轴连接在端头的前端，共同形成工作平台，铲板上面板、前端的端头上面板以及中间主梁上盖板布置有导向条，前端的端头两侧设置有导向面，导向条与端头两侧导向面共同形成导向区域；中间主梁中部安装有中部运输槽，中部运输槽用于将多单元速连胶带运输系统输送的物料转运到后部的移动式卸料部，中间主梁内部布置有运输单元推移机构和推移油缸，运输单元推移机构通过上下导轨限位，只能在掘进方向前后移动，运输单元推移机构上部通过销轴连接有可90度转动的挡块组件；上平台包括前平台和后平台，前平台与后平台中间通过高强螺栓连接成一体，上平台四周布置有前防护、端头防护和两侧防护；所述的迈步机构包括前后两组，每组迈步机构分别包括左右两组迈步立柱组件和底部导轨，迈步立柱组件包括立柱外套筒组件和立柱内套筒组件，柱外套筒组件和立柱内套筒组件组成套筒结构，套筒结构内部装有立柱升降油缸，立柱外套筒组件通过高强螺栓连接于端头两侧，立柱内套筒组件通过下部滑块组件与底部导轨组成滑块结构，底部导轨与立柱内套筒组件之间安装有迈步油缸。

进一步的，步进式行走平台上布置有锚固机构和回撤顶锚机构，步进式行走平台通过锚固机构可拆分地固定在开采硐室外部地面，所述的锚固机构（51）包括螺旋钻机、钻孔导轨、锚固钢棒、钻孔推进油缸和锚固升降油缸，钻孔导轨、钻孔推进油缸和锚固升降油缸固定于立柱外套筒组件外部，前端的端头两侧安装有锚固固定耳，锚固钢棒插入深孔并与锚固固定耳共同作用实现平台锚固；所述的回撤顶锚机构固定于铲板两侧，回撤顶锚机构通过顶锚油缸作用与前端的稳定盘固定，前端的稳定盘与硐口煤壁压紧。

进一步的，多单元速连胶带运输系统包括多段运输单元连接而成，各运输单元运输部单独驱动，且相互通过快换连接装置连接，所述的快换连接装置包括前端单耳连接块、后端双耳连接块、连接销和快插块，前端单耳连接块以及后端双耳连接块分别设置在各运输单元的两端，所述的前端单耳连接块上设置有可以让连接销穿过的圆孔i以及可以让后端双耳连接块插入的凹槽，圆孔i与凹槽十字交叉设置且圆孔i穿过凹槽，所述的后端双耳连接块包括设置两侧的耳板，两侧耳板之间通过销轴连接，销轴卡在凹槽内，快插块同时插在凹槽内，快插块上设置有与圆孔i对应的圆孔ii，连接销插在圆孔i和圆孔ii内。

进一步的，凹槽底部为半圆形结构，且半圆形结构的直径与销轴直径相同，销轴卡在半圆形结构内，半圆形结构外侧设有开角，所述的快插块端设置有弧形槽，弧形槽卡在后端双耳连接块的销轴上，快插块上下两侧与凹槽之间设置有限位角，所述的限位角范围是±6°。

进一步的，运输单元两侧设置有多组成对的推移作用块，外部步进式行走平台两侧的推移油缸共同作用在推移作用块上，运输单元底部布置有两组钢轮组件，钢轮组件前后安装有滑靴组件。

进一步的，导航及边坡稳定性监测系统包括边帮连采机机身安装的导航系统数据采集箱，导航系统数据采集箱内置陀螺仪和加速度计，实时获得当前设备的位置、角度和俯仰数据，步进式行走平台布置有gps定位仪。

进一步的，抽出式通风除尘系统包括抽出式风机、正压风筒、升缩式骨架风筒和布袋除尘器，抽出式风机固定于边帮连续采煤机侧端，正压风筒悬挂于各运输单元上方，在各运输单元进行连接时进行相应连接，伸缩式骨架风筒后端固定于布袋除尘器进风口，前端与运输单元连接，随运输单元进退而伸缩，布袋除尘器固定于步进式行走平台后端的端头上部，将巷道抽出粉尘进行收集，减小外部粉尘污染，显著改善开采现场粉尘污染。

进一步的，远程控制平台采用商用车车载形式，内置远程控制平台。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明一种露天矿边帮开采系统，与现有技术相比，可实现边帮压煤资源的安全高效绿色开采，显著提高我国露天矿边帮开采技术实力，给企业带来显著经济和社会效益。

本发明一种露天矿边帮开采系统，系统具有远程控制功能和设备自救功能，利用导航技术、数据采集技术、远程控制技术，可实现工作面的智能化，人员无需进入开采硐室和边坡危险区域，同时系统配置有边坡稳定性监控系统，与现有技术相比，安全性显著提高。

本发明一种露天矿边帮开采系统，系统掘采推进动力由连续采煤机牵引力和步进式行走平台的推进力组成，系统掘采深度与现有技术相比大幅提高，可显著提高边帮压煤资源回采率。

本发明一种露天矿边帮开采系统，设备配置有惯性导航系统，随着采硐深度增大，可精确保证预留煤柱的安全宽度，显著提高边帮压煤资源回采率和开采安全性。

本发明一种露天矿边帮开采系统，各运输单元装配和拆卸均在步进式行走平台工作平台完成，拆装效率高，连续采煤机可整体退到步进式行走平台，系统整体移动完成搬家作业，操控简单，生产效率高，同时对工作平盘宽度要求小，系统适应性强。

本发明一种露天矿边帮开采系统，巷道粉尘通过抽出式通风除尘系统将粉尘收集到布袋式除尘器，开采现场粉尘污染显著改善。

附图说明

图1是露天矿边帮开采系统总体排布图；

图2是边帮连续采煤机整体结构图；

图3是多单元速连胶带运输系统结构图；

图4是运输单元结构图；

图5是步进式行走平台结构总图；

图6是下底盘结构图；

图7是中间主梁结构图；

图8是上平台结构图；

图9是迈步机构结构图；

图10是锚固机构结构图；

图11为快换连接装置的局部分解视图；

图12为快换连接装置的剖视图；

图中：1-边帮连续采煤机，2-多单元速连胶带运输系统，3-步进式行走平台，4-移动式卸料部，5-抽出式通风除尘系统，6-导航及稳定性监测系统，7-远程控制平台，8-开采硐室，9-截割部，10-行走部，11-内循环水冷却系统，12-运输单元，13-单耳连接块，14-双耳连接块，15-水平连接销，16-竖直锁定销，17-推移作用块，18-钢轮组件，19-滑靴组件，20-上平台，21-下底盘，22-迈步机构，23-铲板，24-中间主梁，25-前后端头，26-导向条，27-导向面，28-叉车，29-存放区，30-中部运输槽，31-推移机构，32-推移油缸，33-导轨，34-挡块组件，35-前平台，36-后平台，37-卷电缆滚筒，38-液压泵站，39-电气控制箱，40-爬梯，41-前防护，42-端头防护，43-两侧防护，44-迈步立柱组件，45-底部导轨，46-立柱外套筒组件，47-立柱内套筒组件，48-立柱升降油缸，49-滑块组件，50-迈步油缸，51-锚固机构，52-螺旋钻机，53-钻孔导轨，54-锚固钢棒。55-钻孔推进油缸，56-锚固升降油缸，57-锚固固定耳，58-回撤顶锚机构，59-顶锚油缸，60-稳定盘，61-抽出式风机，62-正压风筒，63-升缩式骨架风筒，64-布袋除尘器，65-商用车,66-圆孔i，67-凹槽，68-圆孔ii，69-弧形槽，70-快插块，71-限位角。

具体实施方式

如图1所示，一种露天矿边帮开采系统，包括进行巷道式掘采的边帮连续采煤机1、进行快速运输的多单元速连胶带运输系统2、进行外部推进和整体移动的步进式行走平台3、进行外部运输的移动式卸料部4、进行巷道通风除尘的抽出式通风除尘系统5、进行远程精确控制和边坡稳定性监测的导航及稳定性监测系统6以及进行远程控制的远程控制平台7，边帮连续采煤机1设置在硐室内，多单元速连胶带运输系统2连接硐室内的边帮连续采煤机1以及硐室外的步进式行走平台3，步进式行走平台3外设置移动式卸料部4，硐室内设置有抽出式通风除尘系统5，边帮连续采煤机1上设置导航及稳定性监测系统6，远程控制平台7控制导航及稳定性监测系统6。

如图2所示，本发明的边帮连续采煤机1，其中截割部9为横轴式滚筒，巷道式掘采一次成巷，行走部10动力与巷道外部步进式行走平台3推移油缸32协同控制，作为系统整体驱动力，冷却系统为内循环水冷却系统11，无需外供水源，操控平台位于开采硐室8外部，可进行无人化远程精确操控。

如图3所示，本发明的多单元速连胶带运输系统2由多段运输单元12连接而成，各运输单元12运输部单独驱动，首尾胶带上下搭接，通过增加和减少运输单元数量满足系统掘进深度要求，各运输单元装配和拆卸均在步进式行走平台工作平台完成，拆装效率高，同时对工作平盘宽度要求小，系统对露天矿采场适应性强。

如图11、12所示，所述的多单元速连胶带运输系统2包括多段运输单元12连接而成，各运输单元12运输部单独驱动，且相互通过快换连接装置连接，所述的快换连接装置包括前端单耳连接块13、后端双耳连接块14、连接销15和快插块70，前端单耳连接块13以及后端双耳连接块14分别设置在各运输单元12的两端，所述的前端单耳连接块13上设置有可以让连接销15穿过的圆孔i66以及可以让后端双耳连接块14插入的凹槽67，圆孔i66与凹槽67十字交叉设置且圆孔i66穿过凹槽67，所述的后端双耳连接块14包括设置两侧的耳板，两侧耳板之间通过销轴连接，销轴卡在凹槽67内，快插块70同时插在凹槽67内，快插块70上设置有与圆孔i66对应的圆孔ii68，连接销15插在圆孔i66和圆孔ii68内。凹槽67底部为半圆形结构，且半圆形结构的直径与销轴直径相同，销轴卡在半圆形结构内，半圆形结构外侧设有开角，所述的快插块70端设置有弧形槽69，弧形槽69卡在后端双耳连接块14的销轴上，快插块70上下两侧与凹槽67之间设置有限位角71，所述的限位角71范围是±6°。

其中相连接运输单元在竖直方向绕连接销15可进行有限相对转动，该有限相对转动量很小，在满足煤层起伏的前提下，保证外部步进式行走平台3所提供推进力沿各运输单元12长度方向向前传递不发生折起。其中相连接运输单元12在水平方向为近似刚性连接，不具有相对转动能力，可保证系统沿直线推进。

如图4所示，本发明中运输单元12两侧具有多组成对推移作用块17，外部步进式行走平台3两侧推移油缸32共同作用于推移作用块17实现多单元速连胶带运输系统2配合边帮连续采煤机1进行前进和后退，运输单元12底部布置有两组钢轮组件18，钢轮组件18前后安装有滑靴组件19，可避免钢轮组件18陷入煤泥中。

如图5所示，本发明的步进式行走平台3位于开采硐室8外部，由上平台20、下底盘21和迈步机构22组成，上平台20与下底盘21通过迈步立柱组件44连接，形成一整体，上平台20布置有电气系统和液压系统，下底盘21上部为工作平台，运输单元12装配拆解及推进回撤在下底盘21工作平台完成，当前开采硐室8开采完成后，边帮连续采煤机1可回撤到步进式行走平台3之上，通过迈步机构22作用，整体移动到下一开采硐室，系统搬家作业效率可显著提高。

如图6所示，本发明中下底盘21由铲板23、中间主梁24和前后端头25组成，中间主梁24通过螺栓与前后端头25连接为一体，铲板23通过销轴与前端头25连接，共同形成工作平台，铲板23上面板、前端头25上面板和中间主梁24上盖板布置有导向条26，与前端头25两侧导向面27共同形成导向区域，运输单元12通过叉车28从存放区29移动到工作平台，通过导向区域作用实现精确装配，下底盘21中部安装有中部运输槽30，用于将多单元速连胶带运输系统2输送的物料转运到后部的移动式卸料部4。

如图7所示，本发明中中间主梁24内部布置有运输单元推移机构31和推移油缸32，运输单元推移机构31通过上下导轨33限位，只能在掘进方向前后移动，运输单元推移机构31上部通过销轴连接有挡块组件34，挡块组件34可90度转动，满足推进和回撤要求。推移油缸配合连续采煤机牵引力协同作业，共同提供系统整体推进力，系统掘采深度与现有技术相比大幅提高，可显著提高边帮压煤资源回采率。

如图8所示，本发明中上平台20由前平台35和后平台36组成，中间通过高强螺栓连接成一体，上平台20上部安装有卷电缆滚筒37、液压泵站38和电气控制箱39，人员通过爬梯40可方便进入上平台20进行设备调试和维护，上平台20四周布置有前防护41、端头防护42和两侧防护43，共同作用使下底盘21工作平台始终处于安全区域，防止边坡散落物进入设备和人员活动区域。

如图9所示，本发明中的迈步机构22由前后两组组成，每组迈步机构22分别由左右两组迈步立柱组件44和底部导轨45组成，迈步立柱组件44由立柱外套筒组件46和立柱内套筒组件47组成套筒结构，内部装有立柱升降油缸48，立柱外套筒组件46通过高强螺栓连接于前后端头25两侧，立柱内套筒组件47通过下部滑块组件49与底部导轨45组成滑块结构，底部导轨45与立柱内套筒组件47之间安装有迈步油缸50。

本发明中的四组立柱升降油缸48同时作用，立柱内套筒组件47伸出，底部导轨45与地面接触，可将步进式行走平台3整体撑起，保持平台整体撑起状态，前后两组迈步油缸50同时作用或分别作用，步进式行走平台3整体通过滑块组件49与底部导轨45发生相对运动，可实现步进式行走平台3整体平移和转动，当迈步油缸50达到最大行程后，立柱升降油缸48收回，前后端头25着地，立柱内套筒组件47带动底部导轨45离地，迈步油缸50带动底部导轨45收回，可进行下一组迈步循环作业。

如图10所示，本发明的步进式行走平台布置有锚固机构51，锚固机构51将步进式行走平台3可拆分地固定在开采硐室8外部地面，抵御多单元速连胶带运输系统2前进产生的向后推力，锚固机构51由螺旋钻机52、钻孔导轨53、锚固钢棒54、钻孔推进油缸55和锚固升降油缸56组成，钻孔导轨53、钻孔推进油缸55和锚固升降油缸56固定于迈步机构立柱外套筒组件46外部，前端头25两侧安装有锚固固定耳57，锚固钢棒54插入螺旋钻机52所钻深孔，与锚固固定耳57共同作用实现平台锚固。

如图5所示，本发明的步进式行走平台布置有回撤顶锚机构58，回撤顶锚机构58固定于下底盘铲板23两侧，通过顶锚油缸59作用，将前端稳定盘60与硐口煤壁压紧，抵御多单元速连胶带运输系统2回撤过程中产生的向前拉力，回撤工况包括正常设备回撤、边帮连续采煤机1行走故障回撤以及开采硐室8发生冒顶设备回撤。

如图1所示，本发明中的移动式卸料部4在系统采煤过程中固定于步进式行走平台3后部，与中部运输槽30上下搭接，将采出物料转运到已开采硐室8外部场地，当步进式行走平台3进行迈步平移时，移动式卸料部4进行相应移动。

如图1所示，本发明的抽出式通风除尘系统5，由抽出式风机61、正压风筒62、升缩式骨架风筒63和布袋除尘器64组成，抽出式风机61固定于边帮连续采煤机1侧端，正压风筒62悬挂于各运输单元12上方，在各运输单元12进行连接时进行相应连接，伸缩式骨架风筒63后端固定于布袋除尘器64进风口，前端与运输单元12连接，随运输单元12进退而伸缩，布袋除尘器64固定于步进式行走平台3后端头25上部，将巷道抽出粉尘进行收集，减小外部粉尘污染，显著改善开采现场粉尘污染。

如图1所示，本发明的导航及边坡稳定性监测系统6，其中边帮连采机1机身安装有导航系统数据采集箱，内置陀螺仪和加速度计，可实时获得当前设备的位置、角度和俯仰数据，在步进式行走平台布置有gps定位仪，每开采一个硐室需要对陀螺仪进行相应定位，从而获得边帮连续采煤机1掘采过程中的准确位置信息，随着采硐深度增大，采用惯性导航系统可精确保证预留煤柱的安全宽度，显著提高边帮压煤资源回采率和开采安全性。通过在所采边坡观测点布置相应gps定位仪，可获得观测点实时位置信息，作为边坡稳定性判定依据，对边坡稳定性进行实时监测，使人员始终处于安全区域。

如图1所示，本发明的远程控制平台7，采用商用车65车载形式，内置远程控制平台，平台整体移动灵活，人员操作位于边坡危险区域以外，可将设备运行视频、工作参数、设备导航参数和边坡稳定性参数传输到远程控制平台进行实时监测，通过交互式操作台可对掘采过程进行远程精确控制，实现工作面智能化，人员无需进入开采硐室和边坡危险区域，与现有技术相比，安全性显著提高。