本发明公开了一种自动化充填开采系统，包括设备总成系统，还包括数据采集模块、数据处理模块、记录存储模块、反馈控制模块和管理检测模块。本发明通过实时获取整个设备总成系统的数据信息，计算得到各部分的控制量，不仅提高了自动化程度和工作效率，而且减小了一线操作人员的工作量，有助于提高安全性。同时，开采设备它在通过破碎辊进行破碎开采的同时，还能完成二次破碎和初步筛分操作，具有结构简单、成本低等优点。
1.一种自动化充填开采系统，包括设备总成系统，所述设备总成系统包括开采设备、矿石运输设备、磨矿设备、分级设备、选矿设备和物料自动充填设备；所述矿石运输设备用于将开采设备开采的矿石运送至磨矿设备，所述磨矿设备用于将矿石研磨成矿石颗粒，所述分级设备用于对磨矿设备输出的矿石颗粒进行分级，所述选矿设备用于将分级后的矿石颗粒中的不同物质进行分离，所述物料自动充填设备用于将选矿设备分离得到的尾矿制作成充填料浆并输送至充填区域；
其特征在于：所述自动化充填开采系统还包括数据采集模块、数据处理模块、记录存储模块和反馈控制模块；
所述设备总成系统还包括多组通用控制器，所述通用控制器用于控制设备总成系统中的各设备自动运行；
所述数据采集模块用于获取设备总成系统运行过程中的数据信息；
所述数据处理模块用于将数据采集模块获取的数据信息进行处理；
所述反馈控制模块用于根据数据处理模块的处理结果计算控制量，继而将控制量传递给通用控制器；
所述开采设备包括行走装置（1）、安装在行走装置（1）上的机体、安装在机体前端的收集装置（3）、安装在收集装置（3）的前部开口（31）前侧的破碎装置（2）；所述收集装置（3）底部的出料口（32）所对应的矿石存放区域为所述矿石运输设备的上料工作区；
所述破碎装置（2）包括安装在机体上的左右两组支撑部件（22），以及左右两端分别与两组支撑部件（22）的顶部转动连接的破碎辊（21）；
所述支撑部件（22）的中部设有转动关节，所述支撑部件（22）还包括用于推动支撑部件（22）可转动的上半部分向前移动的弹性机构；
所述收集装置（3）包括仓体，所述仓体内部设置有可上下振动的筛分架（4），所述筛分架（4）安装在连接柱（7）上，所述连接柱（7）与所述机体滑动配合；
所述筛分架（4）上还安装有竖直的推板（5）；所述推板（5）通过滑动安装方式安装在筛分架（4）上，以实现相对于筛分架（4）的前后移动；
所述筛分架（4）和推板（5）在同步驱动装置（8）的驱动下同步动作；
所述同步驱动装置（8）包括动力输入轴（88）、转轮（87）、滑动环（86）、转动连接板（84）、 第一连杆（81）、第二连杆（82）和第三连杆（83）；
所述动力输入轴（88）与转轮（87）偏心连接，所述转轮（87）的外圆面与滑动环（86）的内壁相配合，所述滑动环（86）的顶部的内壁为水平设置；所述连接柱（7）的下端与滑动环（86）的上端固定连接；当转轮（87）在动力输入轴（88）的驱动下做偏心转动时，带动所述滑动环（86）、连接柱（7）及筛分架（4）上下移动，实现筛分架（4）的上下振动动作；
所述转轮（87）还与所述转动连接板（84）固定连接；所述第一连杆（81）一端与推板（5）转动连接、另一端与第二连杆（82）的一端转动连接；所述第二连杆（82）的中部通过转动连接轴（85）与机体转动连接，另一端则与第三连杆（83）的一端转动连接；第三连杆（83）的另一端与转动连接板（84）转动连接。
2.如权利要求1所述的自动化充填开采系统，其特征在于：还包括管理检测模块，所述管理检测模块用于检测数据采集模块、数据处理模块、记录存储模块和反馈控制模块的运行状态并管理上述模块的运行。
3.如权利要求1所述的自动化充填开采系统，其特征在于：所述数据采集模块包括：设置在矿石运输设备处的第一称重装置，所述第一称重装置用于检测单位时间内输送的矿石的重量；
设置在选矿设备处的第二称重装置，所述第二称重装置用于检测单位时间内投入到选矿设备中的矿石的重量；
设置在选矿设备处的第三称重装置，所述第三称重装置用于检测单位时间内选矿设备输出的尾矿的重量；
设置在物料自动充填设备处的第四称重装置，所述第四称重装置用于检测单位时间内输入到物料自动充填设备的尾矿的重量；
设置在物料自动充填设备处的流量计量装置，所述流量计量装置用于检测输送出去的充填料浆的流量；
通讯模块，用于与各通用控制器相连接，获取各通用控制器内部的状态数据。
4.如权利要求3所述的自动化充填开采系统，其特征在于：所述反馈控制模块计算控制量时，定义固定时长的时间段，并采用以下计算规则：A、同一时间段内矿石运输设备输送的矿石的重量与投入选矿设备的矿石的重量之比为0.95至1.1；
B、同一时间段内选矿设备输出的尾矿的重量与输入到物料自动充填设备的尾矿的重量之比为0.95至1.1；
C、同一时间段内物料自动充填设备输送出去的充填料浆的总量等于计划输送的充填料浆的总量的100%至105%。
5.如权利要求1所述的自动化充填开采系统，其特征在于：所述仓体上还安装有下料机构（6），它包括设置在仓体底部的沟槽中的螺旋转动轴，所述螺旋转动轴的左右两部分分别设有旋向相反的螺旋板，所述收集装置（3）的出料口（32）位于该沟槽底部的中间位置。
一种自动化充填开采系统
技术领域
[0001] 本发明涉及矿山领域，尤其涉及一种充填开采系统。
背景技术
[0002] 充填开采法是一种在矿体开采过程中，利用充填物将已开采的空区充填，以保持矿山地表稳定，减少环境破坏的开采方法。
[0003] 现有技术中的充填开采系统尚存在一些问题。
[0004] 首先，设备自动化程度不高。在开采过程中操作人员不仅需要操控开采设备行进，而且还要对开采设备的速度等参数进行实时调整，同时还要监控破碎装置等设备的运行状态，效率低下，而且安全隐患大。
[0005] 其次，充填和开采两个环节难以协调。由于设备操作复杂，充填和开采的速度一般并不进行精确控制，这就导致二者无法同步，开采出的矿石所选出的尾矿，或者无法及时满足充填的要求，或者大量堆积，占用大量的井下空间，最终导致开采效率低下，以及大量尾矿的浪费。
发明内容
[0006] 本发明提出了一种自动化充填开采系统，其目的是：一、解决现有充填开采系统自动化程度低、操作效率低下的问题。二、解决现有的充填开采系统中充填和开采两个环节无法协调同步的问题。
[0007] 本发明技术方案如下：
[0008] 一种自动化充填开采系统，包括设备总成系统，所述设备总成系统包括开采设备、矿石运输设备、磨矿设备、分级设备、选矿设备和物料自动充填设备；所述矿石运输设备用于将开采设备开采的矿石运送至磨矿设备，所述磨矿设备用于将矿石研磨成矿石颗粒，所述分级设备用于对磨矿设备输出的矿石颗粒进行分级，所述选矿设备用于将分级后的矿石颗粒中的不同物质进行分离，所述物料充填设备用于将选矿设备分离得到的尾矿制作成充填料浆并输送至充填区域；
[0009] 所述自动化充填开采系统还包括数据采集模块、数据处理模块、记录存储模块和反馈控制模块；
[0010] 所述设备总成系统还包括多组通用控制器，所述通用控制器用于控制设备总成系统中的各设备自动运行；
[0011] 所述数据采集模块用于获取设备总成系统运行过程中的数据信息；
[0012] 所述数据处理模块用于将数据采集模块获取的数据信息进行处理；
[0013] 所述记录存储模块用于存储数据处理模块的处理结果；
[0014] 所述反馈控制模块用于根据数据处理模块的处理结果计算控制量，继而将控制量传递给通用控制器。
[0015] 作为所述自动化充填开采系统的进一步改进：还包括管理检测模块，所述管理检测模块用于检测数据采集模块、数据处理模块、记录存储模块和反馈控制模块的运行状态并管理上述模块的运行。
[0016] 作为所述自动化充填开采系统的进一步改进：所述数据采集模块包括：
[0017] 设置在矿石运输设备处的第一称重装置，所述第一称重装置用于检测单位时间内输送的矿石的重量；
[0018] 设置在选矿设备处的第二称重装置，所述第二称重装置用于检测单位时间内投入到选矿设备中的矿石的重量；
[0019] 设置在选矿设备处的第三称重装置，所述第三称重装置用于检测单位时间内选矿设备输出的尾矿的重量；
[0020] 设置在物料自动充填设备处的第四称重装置，所述第四称重装置用于检测单位时间内输入到物料自动充填设备的尾矿的重量；
[0021] 设置在物料自动充填设备处的流量计量装置，所述流量计量装置用于检测输送出去的充填料浆的流量；
[0022] 通讯模块，用于与各通用控制器相连接，获取各通用控制器内部的状态数据。
[0023] 作为所述自动化充填开采系统的进一步改进：所述反馈控制模块计算控制量时，定义固定时长的时间段，并采用以下计算规则：
[0024] A、同一时间段内矿石运输设备输送的矿石的重量与投入选矿设备的矿石的重量之比为0.95至1.1；
[0025] B、同一时间段内选矿设备输出的尾矿的重量与输入到物料自动充填设备的尾矿的重量之比为0.95至1.1；
[0026] C、同一时间段内物料自动充填设备输送出去的充填料浆的总量等于计划输送的充填料浆的总量的100%至105%。
[0027] 作为所述自动化充填开采系统的进一步改进：所述开采设备包括行走装置、安装在行走装置上的机体、安装在机体前端的收集装置、安装在收集装置的前部开口前侧的破碎装置；所述收集装置底部的出料口所对应的矿石存放区域为所述矿石运输设备的上料工作区。
[0028] 作为所述自动化充填开采系统的进一步改进：所述破碎装置包括安装在机体上的左右两组支撑部件，以及左右两端分别与两组支撑部件的顶部转动连接的破碎辊；
[0029] 所述支撑部件的中部设有转动关节，所述支撑部件还包括用于推动支撑部件可转动的上半部分向前移动的弹性机构。
[0030] 作为所述自动化充填开采系统的进一步改进：所述收集装置包括仓体，所述仓体内部设置有可上下振动的筛分架，所述筛分架安装在连接柱上，所述连接柱与所述机体滑动配合；
[0031] 所述筛分架上还安装有竖直的推板；所述推板通过滑动安装方式安装在筛分架上，以实现相对于筛分架的前后移动。
[0032] 作为所述自动化充填开采系统的进一步改进：所述筛分架在第一驱动装置的驱动下上下移动，所述第一驱动装置相对于机体固定设置；
[0033] 所述推板在第二驱动装置的驱动下上下移动，所述第二驱动装置安装在筛分架上。
[0034] 作为所述自动化充填开采系统的进一步改进：所述筛分架和推板在同步驱动装置的驱动下同步动作；
[0035] 所述同步驱动装置包括动力输入轴、转轮、滑动环、转动连接板、 第一连杆、第二连杆和第三连杆；
[0036] 所述动力输入轴与转轮偏心连接，所述转轮的外圆面与滑动环的内壁相配合，所述滑动环的顶部的内壁为水平设置；所述连接柱的下端与滑动环的上端固定连接；当转轮在动力输入轴的驱动下做偏心转动时，带动所述滑动环、连接柱及筛分架上下移动，实现筛分架的上下振动动作；
[0037] 所述转轮还与所述转动连接板固定连接；所述第一连杆一端与推板转动连接、另一端与第二连杆的一端转动连接架；所述第二连杆的中部通过转动连接轴与机体转动连接，另一端则与第三连杆的一端转动连接；第三连杆的另一端与转动连接板转动连接。
[0038] 作为所述自动化充填开采系统的进一步改进：所述仓体上还安装有下料机构，它包括设置在仓体底部的沟槽中的螺旋转动轴，所述螺旋转动轴的左右两部分分别设有旋向相反的螺旋板，所述收集装置的出料口位于该沟槽底部的中间位置。
[0039] 相对于现有技术，本发明具有以下积极效果：
[0040] 1、本发明基于集中控制的理念，设置数据采集模块、数据处理模块、记录存储模块和反馈控制模块，通过实时获取整个设备总成系统的数据信息，计算得到各部分的控制量，不仅提高了自动化程度和工作效率，而且减小了一线操作人员的工作量，有助于提高安全性。
[0041] 2、本发明对设备总成系统中各个传输环境的重量、流量以及各个设备的状态数据进行监控，根据上述数据依据预设的规则和计划的充填任务量进行计算，改变各个设备的运行速度和动作频次，协调同步开采、输送、充填等环节，既满足了开采和充填的需要，同时也避免了矿石堆积、尾矿不足等问题的出现。
[0042] 3、本发明还提出了一种集成破碎装置、筛分架和推板的开采设备，它在通过破碎辊进行破碎开采的同时，还能完成初步筛分操作，进一步减小矿石的尺寸，方便传输。同时，往复运动的推板可以使尚未通过筛分架的矿石再次靠近破碎辊，充分利用破碎辊进行二次破碎。
[0043] 4、筛分架和推板可以在同步驱动装置的驱动下同步动作，不仅使得二次破碎和筛分的节奏相互一致，而且可以充分利用机体上的动力装置，简化了结构，降低了设备成本和控制难度。
附图说明
[0044] 图1为本发明的整体框架示意图；
[0045] 图2为本发明的自动化开采装置的整体结构示意图；
[0046] 图3为本发明的破碎装置、收集装置和筛分架部分的局部结构示意图；
[0047] 图4为本发明的破碎装置、收集装置、筛分架、推板和同步驱动件装置部分的结构示意图；
[0048] 图5为本发明的图4中A处的放大图；
[0049] 图6为本发明的图4中B处的放大图。
[0050] 图中部件名称：
[0051] 1、行走装置；2、破碎装置；21、破碎辊；22、支撑部件；3、收集仓；31、前部开口；32、出料口；33、喷淋装置；4、筛分架；5、推板；6、下料机构；7、连接柱；8、同步驱动装置；81、第一连杆；82、第二连杆；83、第三连杆；84、连接板；85、转动连接轴；86、滑动环；87、转轮；88、动力输入轴。
具体实施方式
[0052] 下面结合附图详细说明本发明的技术方案：
[0053] 一种自动化充填开采系统，包括设备总成系统，还包括数据采集模块、数据处理模块、记录存储模块、反馈控制模块和管理检测模块。
[0054] 所述设备总成系统包括开采设备、矿石运输设备、磨矿设备、分级设备、选矿设备和物料自动充填设备，还包括多组通用控制器，所述通用控制器用于控制设备总成系统中的各设备自动运行。
[0055] 所述通用控制器优选PLC，它与所在设备的传感器、电动控制阀门、电机、液压站等分别连接，根据预设的程序对设备进行控制，同时也能接收其它控制指令，修改程序中的变量或运行其它控制程序。
[0056] 具体的，所述矿石运输设备用于将开采设备开采的矿石运送至磨矿设备；所述磨矿设备用于将矿石研磨成矿石颗粒；所述分级设备用于对磨矿设备输出的矿石颗粒进行分级；所述选矿设备用于将分级后的矿石颗粒中的不同物质进行分离；所述物料充填设备用于将选矿设备分离得到的尾矿制作成充填料浆并输送至充填区域。
[0057] 进一步的，所述数据采集模块用于获取设备总成系统运行过程中的数据信息。本实施例中，所述数据采集模块包括：
[0058] 1、设置在矿石运输设备处的第一称重装置，所述第一称重装置用于检测单位时间内输送的矿石的重量。
[0059] 2、设置在选矿设备处的第二称重装置，所述第二称重装置用于检测单位时间内投入到选矿设备中的矿石的重量。
[0060] 3、设置在选矿设备处的第三称重装置，所述第三称重装置用于检测单位时间内选矿设备输出的尾矿的重量。
[0061] 4、设置在物料自动充填设备处的第四称重装置，所述第四称重装置用于检测单位时间内输入到物料自动充填设备的尾矿的重量。
[0062] 5、设置在物料自动充填设备处的流量计量装置，所述流量计量装置用于检测输送出去的充填料浆的流量。
[0063] 6、通讯模块，用于与各通用控制器相连接，获取各通用控制器内部的状态数据。
[0064] 进一步的，所述数据处理模块用于将数据采集模块获取的数据信息进行处理，如按时间计算平均值（由于投料、出料等都是间歇动作，某时刻的数值往往没有计算价值，需要换算为指定时间段内的平均值），删除无效数据等。
[0065] 所述记录存储模块用于存储数据处理模块的处理结果。
[0066] 所述反馈控制模块用于根据数据处理模块的处理结果计算控制量，继而将控制量传递给通用控制器。
[0067] 所述反馈控制模块计算控制量时，定义固定时长的时间段，并采用以下计算规则：
[0068] A、同一时间段内矿石运输设备输送的矿石的重量与投入选矿设备的矿石的重量之比为0.95至1.1；
[0069] B、同一时间段内选矿设备输出的尾矿的重量与输入到物料自动充填设备的尾矿的重量之比为0.95至1.1；
[0070] C、同一时间段内物料自动充填设备输送出去的充填料浆的总量等于计划输送的充填料浆的总量的100%至105%。
[0071] 如果当前获取的数据信息经过计算，发现实际重量或流量超出了上述范围，则通过提高或降低相关设备运行速度、运行频率等方式，以使各设备调整自身工作节奏，最终满足上述规则所要求的条件。所计算出的新的运行速度、运行频率被换算为控制参数（即所述控制量），最终被覆写到各通用控制器的程序中，从而使各设备按最新的控制参数运行。所述运行速度包括但不限于运输装置的运行速度、磨矿设备的转速、各设备中搅拌设备的搅拌速度等等。所述运行频率包括但不限于投入物料的频率，倾倒物料的频率等等。上述控制量都是本领域的常规控制参数，具体含义及与设备运行的关系不做赘述。
[0072] 所述管理检测模块用于检测数据采集模块、数据处理模块、记录存储模块和反馈控制模块的运行状态并管理上述模块的运行。
[0073] 进一步的，如图2至4，所述开采设备包括行走装置1、安装在行走装置1上的机体、安装在机体前端的收集装置3、安装在收集装置3的前部开口31前侧的破碎装置2。
[0074] 所述收集装置3包括仓体。所述仓体底部的出料口32所对应的矿石存放区域为所述矿石运输设备的上料工作区。
[0075] 具体的，所述破碎装置2包括安装在机体上的左右两组支撑部件22，以及左右两端分别与两组支撑部件22的顶部转动连接的破碎辊21。所述破碎辊21通过传动带与发动机、液压马达或电机相连接，在高速旋转的同时不断击打岩壁，实现破碎式开采。
[0076] 所述支撑部件22的中部设有转动关节，同时所述支撑部件22还包括用于推动支撑部件22可转动的上半部分（旋转臂）向前移动的弹性机构。本实施例中，所述弹性机构为扭簧。扭簧的一个支腿连接支撑部件22下半部分的底座，扭簧的另一支腿连接旋转臂，扭簧的扭力作用于底座和旋转臂，使旋转臂处于工作位置，并能在破碎辊21自转以对矿石破碎过程中受到的阻力较大时，通过扭簧提供旋转臂适应性的转动，减轻破碎辊21在自转阻力较大时产生的表面磨损。所述弹性机构还可以为弹簧杆等。
[0077] 进一步的，所述仓体内部设置有可上下振动的筛分架4，所述筛分架4安装在连接柱7上，所述连接柱7与所述机体滑动配合。
[0078] 所述筛分架4上还安装有竖直的推板5。所述推板5通过滑杆安装方式安装在筛分架4上，以实现相对于筛分架4的前后移动。
[0079] 对于筛分架4和推板5，其中一种可选的驱动方案为：
[0080] 所述筛分架4在第一驱动装置（如基于偏心块的振动敲击器）的驱动下上下移动，所述第一驱动装置相对于机体固定设置。所述推板5在第二驱动装置的驱动下上下移动，所述第二驱动装置安装在筛分架4上，如往复运动的油缸。
[0081] 对于筛分架4和推板5，优选的驱动方案为：
[0082] 如图5和6，所述筛分架4和推板5在同步驱动装置8的驱动下同步动作。所述同步驱动装置8包括动力输入轴88、转轮87、滑动环86、转动连接板84、 第一连杆81、第二连杆82和第三连杆83。
[0083] 具体的，所述动力输入轴88通过传动带与发动机或电机连接，它还与转轮87偏心连接。所述转轮87的外圆面与滑动环86的内壁相配合，所述滑动环86的顶部的内壁为水平设置。所述连接柱7的下端与滑动环86的上端固定连接。当转轮87在动力输入轴88的驱动下做偏心转动时，带动所述滑动环86、连接柱7及筛分架4上下移动，实现筛分架4的上下振动动作。
[0084] 所述转轮87还与所述转动连接板84固定连接。所述第一连杆81一端与推板5转动连接、另一端与第二连杆82的一端转动连接架。所述第二连杆82的中部通过转动连接轴85与机体转动连接，另一端则与第三连杆83的一端转动连接；第三连杆83的另一端与转动连接板84转动连接。转轮87和转动连接板84转动时，通过第三连杆83带动第二连杆82绕转动连接轴85做往复摆动，继而第二连杆82通过第一连杆81带动推板5前后移动，将筛分架4上残留的大块矿石不断推向破碎辊21进一步破碎，破碎后的小块矿石在振动筛分架4的作用下，通过筛孔掉落到仓体的底部。
[0085] 进一步的，如图3和4，所述仓体上还安装有下料机构6，它包括设置在仓体底部的沟槽中的螺旋转动轴，所述螺旋转动轴的左右两部分分别设有旋向相反的螺旋板。所述收集装置3的出料口32位于该沟槽底部的中间位置。两侧的螺旋板将掉落到沟槽中的小块矿石聚拢到中间位置，然后从出料口32输出。输出的小块矿石沿溜槽到达指定区域，然后由矿石运输设备（包括运输车辆、运输带等等）运送到磨矿设备处。
[0086] 进一步的，所述仓体的顶端还安装有喷淋装置33，用于向破碎辊21向喷射水流，使破碎后的矿石物料形成具有一定比例的含水混合物，以便于矿石物料的运输和破碎过程中的降尘。
