一种实验室自动检测岩石混入的放矿系统装置的制作方法

本发明涉及地下金属矿山无底柱分段崩落法采矿领域，尤其涉及一种实验室放矿实验过程中检测岩石混入率的实验装置。

背景技术：

无底柱分段崩落法是目前国内外地下金属矿山广泛使用的采矿方法，其主要缺点之一就是矿石损失贫化较大，因此充分认识并研究不同条件下以及不同的出矿过程所导致的不同岩石混入率，对于改进矿山的相关结构参数、降低岩石的混入率、形成科学合理的覆盖岩层具有重要的意义。目前，在现有的放矿实验中，均是人工出矿、人工分选、人工称重、人工记录等，因此在放矿实验过程中劳动强度较大、实验工序较繁琐，且测定的岩石混入率受人为因素的影响较大，这在一定程度上降低了实验精度不利于对放矿实验的科学研究。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种实验室自动检测岩石混入的放矿系统装置，实现了自动化出矿、分选、数据收集与处理分析和整个过程的自动化控制，并且实时显示岩石混入率，动态监测每次的出矿过程。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种实验室放矿实验过程中检测岩石混入率的实验装置，包括自上而下设置的放矿箱体、出矿装置、分选装置、称重装置，还包括显示装置、PLC控制系统；PLC控制系统通过电路连接并控制上述装置，在放矿实验中自动检测岩石混入率及其变化。所述放矿箱体为箱体式结构，其右面下部设有出矿口，出矿口两侧设有刻度条；左面设有活动插板、封盖；放矿箱体、出矿巷道安装在出矿巷道底板上，出矿巷道底板设有卸矿口，出矿巷道顶部设有活动盖板。所述出矿装置包活直线导轨、出矿铲、导向机构、气动装置；出矿铲上部与直线导轨连接，下部与导向机构连接，端部与气动装置连接；直线导轨位于出矿铲的两端并通过螺栓、螺母固定于出矿巷道的左右两侧；导向机构通过螺栓、螺母安装在出矿巷道底板的卸矿口处。所述出矿铲由铲身与铲盖两部分组成，气动装置由气缸、气泵、气管组成，气缸通过螺栓、螺母与出矿铲的铲身连接；气缸伸缩带动出矿铲在出矿巷道内沿直线导轨做循环往复直线运动，并且在导向机构的共同作用下，使出矿铲在指定位置底部自动打开与闭合。所述分选装置包括磁滚筒、电机、震动电机、支架、变频器、溜槽；其外部设有防护罩，防护罩通过螺栓安装在放矿箱体下部，防护罩外部设有梯子；变频器位于控制柜内。所述称重装置包括称重电子秤、称重仪表、电源；所述称重电子秤分别位于分选装置的两个溜槽出口处，称重仪表固定于控制柜外部。所述显示装置由触摸屏和计算机组成，触摸屏固定于控制柜外部。所述PLC控制系统由PLC、电源模块、输入模块、输出模块、交换机、空气开关、继电器、接触器、接近开关、磁性开关、压力控制器、编程软件、监控软件组成，上述部件除软件外均固定于控制柜内；包括实验前检测控制、实验过程控制、实验结束控制三部分；PLC控制系统控制着每部分的启动与停止以及各部分装置运行的先后顺序，动态监测每次的出矿效果和整个系统的运作状态，实时采集相关数据，使这各部分形成一个整体并且统一协调配合运作。

所述实验室自动检测岩石混入的放矿系统装置的工作方法，在工作中，系统装置启动后，PLC控制系统首先检查装置各部分，当各部分均处于正常状态时，在PLC控制系统的控制下先启动分选装置，然后出矿装置启动；出矿装置铲取放矿箱体中的矿岩并将其卸入分选装置中，分选装置分离矿石和岩石并输送到接收容器中，称重装置分别称量接收容器中的矿石和岩石重量，显示装置将接收到的重量值计算处理分析后以一定的形式在显示器中显示，实现放矿实验中对岩石混入率的自动检测；实验结束时，先停出矿装置然后停分选装置，并保存相关实验数据，等待下一次实验或关闭系统装置；如PLC控制系统检查到装置处于非正常状态或在工作中出现非正常操作，装置将终止工作并发出故障警报信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)将传统的放矿实验与传感器技术、自动化控制技术等相结合，实现了放矿实验过程中自动检测岩石混入率。

2)该系统装置采用机械化出矿，自动化控制，使出矿标准化，极大的降低了人为因素对岩石混入率的影响，尤其是在每次出矿时的铲取量、铲取深度和铲取方式对测定值的影响，使放矿实验的效率和准确性都有了极大的改善和提高。

3)该系统装置记录和监测整个放矿过程，实时采集相关实验数据使放矿过程数据实时化，方便对实验现象进行分析与总结。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明放矿箱体结构示意图；

图3是本发明出矿装置结构示意图；

图4是本发明放矿系统流程图；

图5是本发明控制系统流程图；

图6是本发明实验流程图。

图中：1-放矿箱体 2-出矿装置 3-分选装置 4-称重装置 5-防护罩 6-梯子 7-接收容器 8-料斗 9-磁滚筒 10-溜槽 11-活动插板 12-刻度条 13-活动盖板 14-封盖15-中部活动插板 16-直线导轨 17-气缸 18-气泵 19-压力控制器 20-电磁阀 21-气管 22-磁性开关 23-出矿巷道底板 24-出矿巷道 25-出矿口 26-卸矿口 27-矿岩散体 28-铲身 29-铲盖 30-导向机构 31-plc控制系统 32-显示装置 33-出矿铲34-气动装置

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，一种实验室放矿实验过程中检测岩石混入率的实验装置，包括自上而下设置的放矿箱体1、出矿装置2、分选装置3、称重装置4，还包括显示装置32、PLC控制系统31；PLC控制系统31通过电路连接并控制上述装置，在放矿实验中自动检测岩石混入率及其变化。

如图2所示，本发明的放矿箱体1，为箱体式结构，其右面下部设有出矿口25，左面设有活动插板11、封盖14；放矿箱体1、出矿巷道24安装在出矿巷道底板23上，出矿巷道底板23设有卸矿口26，出矿巷道24顶部设有活动盖板13。活动插板11、封盖14主要作用是为了方便装矿、检修、以及实验结束后装置的清理工作。在距离出矿口25，60mm处设有插槽，用于装矿岩时分割矿岩以免提前混杂，并通过抽取中部活动插板15来模拟矿山爆破过程。为了在实验过程中便于观察矿岩的流动规律、矿岩的降落高度以及矿岩混入的状况等，整个箱体采用透明的亚克力材料制作，在出矿口25的两侧设有刻度条12。

如图3所示，本发明的出矿装置包括直线导轨16、出矿铲33、导向机构30、气动装置34；出矿铲33上部与直线导轨16连接，下部与导向机构30连接，端部与气动装置34连接；直线导轨16位于出矿铲33的两端并通过螺栓、螺母固定于出矿巷道24的左右两侧；导向机构30通过螺栓、螺母安装在出矿巷道底板23的卸矿口26处。出矿铲33由铲身28与铲盖29两部分组成，出矿铲33是用来铲矿和卸矿的一种机构，其大小和铲取深度决定着铲取量的大小；导向机构30保证出矿铲33在指定位置自动打开与闭合，且导向机构30调控出矿铲33铲取深度的大小；直线导轨16使出矿铲33做直线运动，并保证出矿铲33底部与出矿巷道24紧密接触，防止出矿铲33跑偏或卡死。所述气动装置34由气缸17、气泵18、气管21组成；气泵18与气缸17通过气管21连接，气缸17通过螺栓、螺母与出矿铲33的铲身28连接；气泵18提供气源，气缸17实现往复运动。

出矿铲33的卸矿方式采用后卸式，在气缸17的作用下，出矿铲33开始向前运动。出矿铲33运动到出矿口25处时执行铲取任务，当出矿铲33达到要求的铲取深度时改变运动方向，出矿铲33开始向后运动。当出矿铲33运动到卸矿口26时，在导向机构30的作用下出矿铲33底部将缓慢的打开，矿岩散体27倒入下部的分选装置3中。当矿岩散体27均倒出后，出矿铲33在外力的作用下改变运动方向，同时出矿铲33底部在导向机构30与气缸17的共同作用下将缓慢的闭合，继续运行且循环往复执行铲取任务。

如图1所示，本发明的分选装置3由磁滚筒9、电机、震动电机、支架、变频器等组成。该部分位于出矿装置2下部，其外部设有防护罩5，防护罩5通过螺栓安装在放矿箱体1下部，防护罩5外部设有梯子6，变频器位于控制柜内。工作原理是依据磁滚筒9对磁铁矿具有吸引力而对废石无吸引力的原理，当磁铁矿和岩石接触磁滚筒后，下落时的旋转半径不同将落在不同的位置，在这些位置处分别放置矿石接收容器7和岩石接收容器7用来接收分开的矿石和废石。振动电机是防止矿岩在料斗中堵塞，安装在分选装置接收料斗8侧部。变频器作用是调控电机的转速使不同粒径的矿岩散体27得到较好的分离。工作流程为，出矿装置2将矿岩倒入分选装置3的接收料斗8中，接收料斗8的底部有开口且开口可调，此时矿岩从接收料斗8的开口处流出到达分选装置3的磁滚筒9上，经磁滚筒9的分选将矿岩分离并到达各自的溜槽10内，溜槽10有一定的倾角，矿岩散体27在重力的作用下分别流入各自的接收容器7中

称重装置4由称重电子秤、称重仪表、电源等组成。称重电子秤分别位于分选装置3的两个溜槽10出口处。称重仪表固定于控制柜外部。电子称称量接收容器中7的重量信号，将实际的重量值转化为电信号，电信号然后传入称重仪表并转化为标准的4—20MA的电流信号，接着传入到PLC中。

显示装置32由触摸屏和计算机组成。触摸屏固定于控制柜外部。显示装置32将接收来的电信号转化为相对应的重量值，然后将这些重量值处理分析后以一定的形式在显示器中显示，并将这些数值和曲线记录保存打印。

控制系统由PLC、电源模块、输入\输出模块、交换机、空气开关、继电器、接触器、接近开关、磁性开关22、压力控制器19、编程软件、监控软件等组成。该部分除软件外均固定于控制柜内。为满足实验需求，控制系统可分为三个部分，实验前检测控制、实验过程控制、实验结束控制。

实验流程如图6所示，其中实验前检测控制主要作用是在实验前检测是否有设备处于正常状态，或是有些运动设备是否到达指定位置。该部分包括气泵18气压的检测、气缸17行程位置的检测、电机转动检测，该部分的检测通过检测元件完成，检测元件包括压力控制器19、磁性开关22、接近开关。实验过程控制主要作用是实现放矿实验的顺利进行以及对数据的采集。该部分包括通过变频器控制分选电机的转速、启动与停止、通过继电器、接触器控制振动电机的启动与停止、通过电磁阀20控制气缸17的排气与充气、通过继电器、接触器启动或关闭气泵18，以及PLC对称重传感器输出的信号进行处理与分析。实验结束控制主要作用是实验结束后的停止工作。包括分选电机、振动电机的停止以及数据的保存。

系统流程如图4所示，控制系统流程如图5所示，各部分控制内容如下：

(1)实验前检测控制

当系统启动后，首先选择实验是手动还是自动，选择好后会将指令传到PLC中，PLC开始检测设备。

第一步，PLC控制变频器使分选电机转动一圈，此时检测元件(接近开关)检测电机是否转动，有转动信号执行第二步，否则故障警报。

第二步，PLC控制继电器、接触器使气泵18启动，当检测气压元件(压力控制器19)检测到压力信号时，气泵18停止，并执行第三步，当检测元件长时间(20min)未检测到压力信号时，故障警报。

第三步，PLC通过磁性开关22检测气缸17是否在原点，如在原点执行实验过程，否则通过控制电磁阀20使气缸17回到原点。

(2)实验过程控制

当PLC未检测到任何故障时，可执行该部分。在执行该部分时，首先输入实验参数。参数包括电机的转速、矿石品位、废石品位、实验次数(或截止混入率)。其中实验次数和截止混入率为实验结束的条件，当实验次数达到设定次数或实验结果所得混入率达到截止混入率时实验停止。手动实验相当于实验次数为1。

第一步，按下实验开始按钮，PLC通过控制变频器启动分选电机，电机启动后执行第二步。在实验过程中，检测元件(接近开关)实时检测电机是否转动，如未转动，实验停止并发出故障报警。

第二步，PLC通过继电器、接触器启动振动电机，振动电机的启动延迟3秒。启动后，执行第三步。

第三步，PLC通过电磁阀给气缸17充气，此时磁性开关检测气缸17行程，当检测到气缸17到达最大行程时，执行第四步。

第四步，PLC通过电磁阀20使气缸17排气，此时磁性开关22检测气缸行程，当检测到气缸17到达原点时，执行第五步。此时完成了一次出矿。

第五步，矿岩散体经过分选后到达矿石容器和岩石容器内，此时称重传感器将重量信号好转化为电信号传到仪表，仪表输出标准的4—20MA的电流信号并传到PLC中。PLC转化、记录、处理、显示所得实验数据，执行第六步。数据的保存是在下一次实验开始。混入率的计算如下，包括当次岩石混入率和岩石混入率。

${\mathrm{\γ}}_d=\frac{M_y}{M_k+M_y}\×100\%$

式中：γ_d—当次岩石混入率。

M_y—当次出矿经分选后测得的岩石重量。

M_k—当次出矿经分选后测得的矿石重量。

$\mathrm{\γ}=\frac{{\mathrm{\ΣM}}_y}{{\mathrm{\ΣM}}_k+{\mathrm{\ΣM}}_y}\×100\%$

式中：γ—当前实验测得的岩石混入率。

∑M_y—当前出矿实验经分选后测得的岩石总重量。

∑M_k—当前出矿实验经分选后测得的矿石总重量。

第六步，检测元件(压力控制器19)检测气泵18压力值，如达到实验压力要求则执行第七步，否则气泵18启动，直到气泵18输出的气压达到实验要求。

第七步，检验实验结果是否满足实验条件，如果满足(达到设定的实验次数或是达到截止品位)进入实验结束阶段，否则执行第三步，直到实验结果满足实验条件。并且在此过程中检测元件实时监测设备是否处于工作状态或是设备是否在指定位置，如有特殊情况，PLC发出警报信号，需实验人员检查故障设备。

(3)实验结束控制

第一步，PLC控制继电器、接触器使气泵18停止工作。

第二步，PLC通过控制继电器、接触器停止振动电机，并执行第三步。

第三步，PLC通过控制变频器停止分选电机，并执行第四步。

第四步，保存实验数据，实验结束，并执行第五步。

第五步，等待下一次实验或关闭系统装置。

实施例：

系统装置启动前，需按照一定的比列根据矿山结构参数装填矿石和岩石(矿石指磁铁矿，岩石指不含磁性的石英岩或白云岩)，然后启动系统装置。系统装置启动后，PLC控制系统31首先对各部分装置进行检测，当检测结果均正常后进入工作部分，否则PLC控制系31统发出故障警报。实验开始前，需输入实验相关参数并将称重装置清零，然后点击实验开始按钮。实验开始后，分选装置3先启动，然后出矿装置2启动。出矿装置2铲取放矿箱体1中的矿岩散体27并将其卸入到分选装置3中，接着分选装置3将卸入的矿石和岩石分离并分别输送到各自的接收容器7中，然后称重装置4分别称取接收容器7中的矿石和岩石的重量值，显示装置32将接收到的重量值处理计算分析后以一定的形式在显示器中显示，并将这些数值和曲线记录保存。当实验结果满足输入的实验参数或是控制系统发出停止命令时，实验结束，否则系统将继续运行且循环往复执行放矿任务。实验结束时，先停出矿装置2然后停分选装置3，接着保存相关实验数据，等待下一次实验或关闭系统装置。如PLC控制系统31检查到装置处于非正常状态或在工作中出现非正常操作，系统装置将终止实验并发出故障警报信号。

其中放矿箱体1的主要作用是按一定的比例来模拟矿山结构参数及其崩落矿石和松散覆盖岩层在采场内的赋存状态，其下部只有一个出矿口25，可用来研究单一放出口放矿时矿岩散体的运动规律、放出体参数以及发育过程、矿石损失和贫化发生的机理等问题。出矿装置2用来模拟矿山铲取矿岩的过程，将放矿箱体1中的矿岩散体27铲出并将其运到分选装置3中，该部分控制着铲取深度、铲取量及出矿铲速度等，出矿装置2是放矿系统装置中的核心组成部分。分选装置3作用是依据磁滚筒9对磁铁矿产生吸引力而对废石无吸引力的原理将矿石和岩石的混合物分开，然后把矿石和岩石分别输送到各自的接收容器7中，该部分是计算岩石混入率的关键，决定着实验的准确性和结果的精度。称重装置4的作用是称量接收容器中的重量值，即把已经铲出并分好的矿石和岩石的重量信号分别转化为相应的电信号，且将该信号传输到接收仪器中。显示装置32就是把接收来的电信号转化为相对应的重量值，然后将这些重量值处理分析后以一定的形式在显示器中显示，并将这些数值和曲线记录保存打印。PLC控制系统31实现装置的自动控制，动态监测每次的出矿效果和整个系统的运作状态，实时采集相关数据，控制着每部分的启动与停止以及各部分装置运行的先后顺序使这六部分形成一个整体统一协调配合运作。梯子6是方便实验过程中装矿与实验后的清理工作。防护罩5主要是为了降低尘源的扩散以及对实验人员起到安全保护的作用。该放矿系统装置实现了自动化出矿、分选、数据收集与处理分析和整个过程的自动化控制，并且实时显示岩石混入率，动态监测每次的出矿过程。

以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。