CN207336035U - 一种竖井内提升容器安全状态监测*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种竖井内提升容器安全状态监测***，包括竖井内刚性罐道上沿竖直方向设置的多个振动传感器，设于提升容器上的加速度及陀螺仪传感器组，设于竖井井口的第一信号接收发送器，所述振动传感器、加速度及陀螺仪传感器组均通过第一信号接收发送器和信号处理站电连接，信号处理站与上位机电连接。本实用新型能够对提升容器在竖井内的运动过程和刚性罐道的稳定性进行实时监测，为***的安全稳定运行以及井筒装备间隙合理配置提供依据，工作可靠性高，抗干扰能力强。

Description

一种竖井内提升容器安全状态监测***

技术领域

本实用新型特别涉及一种竖井内提升容器安全状态监测***。

背景技术

竖井是矿山的“咽喉要道”，竖井内设有刚性罐道，提升容器位于刚性罐道内，当提升容器上下移动时，刚性罐道对提升容器起到导向作用。

竖井内提升容器之间、提升容器与井壁之间的安全间隙是衡量“咽喉要道”是否畅通以及确保提升***安全运行的一个重要指标。虽然国家标准、行业标准、专业规范规程中都有严格的规定，但这些规定都是几十年来一直沿用下来的标准。我国金属与非金属矿山安全规程，对竖井内提升容器之间、提升容器与井壁或罐道梁之间的最小间隙的规定都是几十年来一直沿用下来的标准，在原来普通深度、常规提升速度下能满足要求，随着我国矿山资源的不断开发，深井开采是必然趋势。

根据有关资料，国外非煤矿山中深度超过1000m的矿山有80多座；南非金矿的平均开采深度在2500m以上，但超深竖井、大提升量、高提升速度情况下提升容器之间及提升容器与井壁之间的安全间隙的研究资料不太完善，各国的国情也有所不同，标准规范也不尽相同。目前国内外缺少提升容器在井筒中的运动时的监测***，因此在确定提升容器运行时是否安全时缺乏相关实际依据。

随着深井的开采，对提升容器的安全运行要求更加严格。由于目前缺乏有效的手段对提升容器的安全运行状态进行监测与评估，因此有必要开发一套测量精度高、能够监测提升容器在井筒中运动规律的监测***，实时监控提升容器的运动状态，保证矿山开采的安全运行。

发明内容

现有技术中缺乏对竖井内提升容器安全状态进行监测的***，本实用新型的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种竖井内提升容器安全状态监测***，能够对提升容器在竖井内的运动过程和刚性罐道的稳定性进行实时监测，为***的安全稳定运行以及井筒装备间隙合理配置提供依据，工作可靠性高，抗干扰能力强。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种竖井内提升容器安全状态监测***，其结构特点是包括竖井内刚性罐道上沿竖直方向设置的多个振动传感器，设于提升容器上的加速度及陀螺仪传感器组，设于竖井井口的第一信号接收发送器，所述振动传感器、加速度及陀螺仪传感器组均通过第一信号接收发送器和信号处理站电连接，信号处理站与上位机电连接。

借由上述结构，利用振动传感器对刚性罐道的振动情况进行实时监测，利用加速度及陀螺仪传感器组对提升容器的运动轨迹和空间位置进行实时监测，从而可以实时得知提升容器运动过程中刚性罐道和提升容器的状态，实时监测提升容器之间、提升容器与井壁之间的间隙是否满足安全规程，当提升容器之间或者提升容器与井壁之间的间隙过小时，保证了***的安全运行；同时，还可以为矿井提升***提供大量的检测数据，为相关安全规范的制定和井筒装备的合理配置提供依据。

在本实用新型中，信号处理站将接收到的振动信号、加速度信号、角速度信号转化为空间位置信号，涉及到的信号处理方法均属于现有技术，因此本实用新型不涉及到程序或方法的改进，属于实用新型的保护客体。

进一步地，竖井各开采中段均设有一第二信号接收发送器，各振动传感器均通过距离自身最近的第二信号接收发送器与第一信号接收发送器电连接。

借由上述结构，振动传感器测得的信号采取分段传递的方式，由第二信号接收发送器对接收到的振动信号先进行滤波、降噪和放大处理，再传送给井口的第一信号接收发送器，降低了井筒中复杂环境条件对振动信号的减弱和干扰，提高了***的稳定性和工作可靠性。

进一步地，各提升容器罐笼顶部均设有一第三信号接收发送器，加速度及陀螺仪传感器组均通过相应的第三信号接收发送器与第一信号接收发送器电连接。

借由上述结构，加速度及陀螺仪传感器组测得的信号首先发送至第三信号接收发送器，再传送给井口的第二信号接收发送器，降低了井筒中复杂环境条件对振动信号的减弱和干扰，提高了***的稳定性和工作可靠性。

作为一种优选方式，竖井各开采中段均设有一第一电源，各振动传感器均与距离自身最近的第一电源电连接。

借由上述结构，各振动传感器的用电均通过各开采中段进行提供，避免了长距离供电问题，提供了***工作可靠性。

作为一种优选方式，各提升容器顶部均设有一第二电源，加速度及陀螺仪传感器组、第三信号接收发送器均与相应的第二电源电连接。

作为一种优选方式，第二电源为移动充电式电源。

提升容器顶部配备可充电式电源，当提升容器停于井口平台或者电量不足时，可对其进行充电，满足加速度及陀螺仪传感器组、第三信号接收发送器的用电需求。

进一步地，还包括用于计量提升容器载重的称重传感器，称重传感器通过第一信号接收发送器与信号处理站电连接。

提升中段进车侧安装称重传感器，用于实现对提升设备提升重量的检测，从而可以将提升***的速度、载重量、振动幅度值、空间位置进行多信号融合，从多个角度对提升容器的工作状态进行监测和分析，分别获得相关因素对***平稳性和振动状态的影响，为相关安全规范的制定和井筒装备的合理配置提供依据，节省矿山建设投资。

作为一种优选方式，所述振动传感器的接触头与刚性罐道外侧壁相抵接，振动传感器通过连接板与井筒钢梁可拆卸相连。

上述安装结构便于振动传感器的检修与拆卸。

作为一种优选方式，刚性罐道外侧壁上对应提升容器相遇区域的位置布置3个振动传感器，该3个振动传感器分别安装在开始汇合位置、中间位置、汇合结束位置；对于刚性罐道外侧壁上对应提升容器相遇区域之外的位置，每隔50m安装一个振动传感器。

本实用新型能够对提升容器在竖井内的运动过程和刚性罐道的稳定性进行实时监测，为***的安全稳定运行以及井筒装备间隙合理配置提供依据，工作可靠性高，抗干扰能力强。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图。

图2为提升容器顶部结构示意图。

图3为刚性罐道上振动传感器的安装结构示意图。

图4为矿车称重传感器安装结构示意图。

图5为本实用新型的电路结构示意图。

其中，1为振动传感器，2为加速度及陀螺仪传感器组，3为第一信号接收发送器，4为信号处理站，5为上位机，6为第二信号接收发送器，7为第三信号接收发送器，8为第一电源，9为第二电源，10为称重传感器，11为接触头，12为连接板，13为井筒钢梁，14为螺栓，15为刚性罐道，16为提升容器，17为矿车，18为钢轨，19为阻车器，20为开采中段，21为提升机。

具体实施方式

如图1至图5所示，本实用新型的一实施例包括多路传感器，分别检测提升容器16的加速度、角速度、提升重量、提升容器16位置、罐道振动，并将多路检测信号进行处理和融合，动态反映提升容器16在井筒中的空间运动规律，同时反映提升容器16之间、提升容器16与井壁之间的间隙变化规律，为井筒的合理配置提供依据，为提升***的安全运行提供了保证。

本实用新型包括竖井内刚性罐道15上沿竖直方向设置的多个振动传感器1，设于提升容器16上的加速度及陀螺仪传感器组2，设于竖井井口的第一信号接收发送器3，所述振动传感器1、加速度及陀螺仪传感器组2均通过第一信号接收发送器3和信号处理站4电连接，信号处理站4与上位机5电连接。

刚性罐道15上安装有振动传感器1，用以检测在提升容器16运动过程中刚性罐道15的振动。每根刚性罐道15都安装了振动传感器1，自井口开始，振动传感器1每隔50m安装一个。在两个提升容器16相遇区域需要布置3个振动传感器1，分别安装在开始汇合位置、中间位置和汇合结束位置，用于深入检测提升容器16之间空气动力学对刚性罐道15的振动影响，为提升容器16之间的间隙理论研究提供现场数据。

井筒环境复杂，存在雨水和噪声，尤其在有色金属矿山领域，部分有色金属会对监测***存在干扰，为了提高***的可靠性，本***采取冗余配置，在每个提升容器16顶部安装有六个加速度传感器和六个三自由度陀螺仪，加速度传感器和陀螺仪每三个为一组，几何位置成斜置布局，通过上位机5处理各元件的输出信息。即使有2个加速度传感器和2个陀螺仪损坏，***也能正常工作，可靠性大大提高。

竖井各开采中段20均设有一第二信号接收发送器6，各振动传感器1均通过距离自身最近的第二信号接收发送器6与第一信号接收发送器3电连接。根据开拓***布置，振动传感器1的布置及信号传递方式采取按组传递，每两个开采中段20之间的振动传感器1作为一个组，在每个开采中段20马头门安装第二信号接收发送器6（在井筒施工中，在井壁上预留有第二信号接收发送器6安装壁坑），用以接收各开采中段20布置的振动传感器1信号，同时对接收到的信号进行滤波、降噪和放大等处理，再将信号传送给井口，提高了信号的传送效率和精确度，降低了信号的衰减和干扰。

各提升容器16罐笼顶部均设有一第三信号接收发送器7，加速度及陀螺仪传感器组2均通过相应的第三信号接收发送器7与第一信号接收发送器3电连接，加速度及陀螺仪传感器组2检测到的信号通过第三信号接收发送器7实时发送给地面的第一信号接收发送器3。

第一信号接收发送器3、第二信号接收发送器6和第三信号接收发送器7均为无线信号接收发送器。

竖井各开采中段20均设有一第一电源8，各振动传感器1均与距离自身最近的第一电源8电连接。

各提升容器16顶部均设有一第二电源9，加速度及陀螺仪传感器组2、第三信号接收发送器7均与相应的第二电源9电连接。第二电源9为移动充电式电源。当提升容器16停于井口平台或者电量不足时，对其进行充电，满足检测传感器和无线装置的用电需求。

本实用新型还包括用于计量提升容器16载重的称重传感器10，称重传感器10通过第一信号接收发送器3与信号处理站4电连接。振动传感器1测得的数据还可以用于评估罐道的状态和寿命，降低了人工检修的劳动强度。当为箕斗提升时，提升重量可以直接通过计量漏斗下的称重传感器10得到；当为罐笼提升矿车17时，在罐笼的进车侧钢轨18下安装应变片式压力传感器，压力传感器的布置间距为矿车17轴距，根据矿车17进车侧阻车器19的位置确定矿车17的停车位置，在矿车17停车位置的正下方安装应变片式压力传感器。当矿车17提升时，能够获得提升矿车17的实际装载量，该计量准确，能够为矿山的实际生产调度提供依据，改变以往通过计量矿车17装载车辆数来预估装载量。

所述振动传感器1的接触头11与刚性罐道15外侧壁直接相抵接，用以检测刚性罐道15的振动幅度值，振动传感器1通过连接板12与井筒钢梁13可拆卸相连，连接板12与井筒钢梁13之间通过螺栓14进行连接，便于振动传感器1的检修与拆卸。

井口的第一信号接收发送器3中的接收模块由振动信号接收模块、空间位置信号接收模块、称重信号接收模块组成，接收到的信号传送给操作室的信号处理站4。信号处理站4由振动信号处理模块、空间位置求解模块、数据存储模块、多传感器信息融合模块、通信模块组成。信号处理站4内核采用TMS320C80型号DSP芯片，该芯片具有4个并行的DSP处理芯片，能够大大提高运行处理速度。振动信号处理和运算模块、提升容器空间位置处理运算模块由两块TMS320C82型号的DSP芯片单独组成，经处理的信号传送给TMS320C80主芯片，主芯片将称重信号、速度信号、提升容器空间位置信号进行融合，对提升***运行状态进行评估，并将数据传递给上位机5进行集中显示与存储、查询，同时对提升过程中的安全隐患进行报警。

上位机5通过图形和数据相结合的形式显示提升容器16运动过程状态，实时显示提升容器16的运动轨迹，提升容器16间和提升容器16与井壁间的间隙，当间隙过小时，提供报警，为***的安全运行提供保证；当罐道振动幅度值异常时，在上位机5监控***中提供报警。若刚性罐道15振动幅度过大，则提升容器16运行不平稳，刚性罐道15出现变形。通过对大量罐道振动数据的分析，利用D-S证据理论，评估罐道的状态和寿命，降低了人工检修的劳动强度，保证了***的安全运行。

本实施例中涉及到的数据处理过程和工作原理如下：提升容器16通过加速度传感器检测提升容器16的加速度变化，通过对加速度进行一次和二次积分，可分别得到提升容器16的速度和位置，将该速度和位置值与提升机21中通过旋转编码器测得的速度和位置进行修正，通过陀螺仪检测到的角速度，与加速度传感器两者信号进行融合，对数据进行mathony互补滤波，对数据进行空间状态转换，得到提升容器16的空间状态位置坐标点随提升过程变化数据。通过对数据点进一步处理，可以得到提升容器16在井筒中的运动轨迹以及提升容器16之间的相对运动轨迹，通过图形显示，可形象得到井筒中提升容器16之间间隙变化以及容器与井筒之间间隙，实时检测提升容器16的运行状态，当提升容器16之间间隙过小，通过上位机5进行报警，提示***存在安全风险。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种竖井内提升容器安全状态监测***，其特征在于，包括竖井内刚性罐道（15）上沿竖直方向设置的多个振动传感器（1），设于提升容器（16）上的加速度及陀螺仪传感器组（2），设于竖井井口的第一信号接收发送器（3），所述振动传感器（1）、加速度及陀螺仪传感器组（2）均通过第一信号接收发送器（3）和信号处理站（4）电连接，信号处理站（4）与上位机（5）电连接。

2.如权利要求1所述的竖井内提升容器安全状态监测***，其特征在于，竖井各开采中段（20）均设有一第二信号接收发送器（6），各振动传感器（1）均通过距离自身最近的第二信号接收发送器（6）与第一信号接收发送器（3）电连接。

3.如权利要求1所述的竖井内提升容器安全状态监测***，其特征在于，各提升容器（16）罐笼顶部均设有一第三信号接收发送器（7），加速度及陀螺仪传感器组（2）均通过相应的第三信号接收发送器（7）与第一信号接收发送器（3）电连接。

4.如权利要求1至3任一项所述的竖井内提升容器安全状态监测***，其特征在于，竖井各开采中段（20）均设有一第一电源（8），各振动传感器（1）均与距离自身最近的第一电源（8）电连接。

5.如权利要求3所述的竖井内提升容器安全状态监测***，其特征在于，各提升容器（16）顶部均设有一第二电源（9），加速度及陀螺仪传感器组（2）、第三信号接收发送器（7）均与相应的第二电源（9）电连接。

6.如权利要求5所述的竖井内提升容器安全状态监测***，其特征在于，第二电源（9）为移动充电式电源。

7.如权利要求1至3任一项所述的竖井内提升容器安全状态监测***，其特征在于，还包括用于计量提升容器（16）载重的称重传感器（10），称重传感器（10）通过第一信号接收发送器（3）与信号处理站（4）电连接。

8.如权利要求1至3任一项所述的竖井内提升容器安全状态监测***，其特征在于，所述振动传感器（1）的接触头（11）与刚性罐道（15）外侧壁相抵接，振动传感器（1）通过连接板（12）与井筒钢梁（13）可拆卸相连。

9.如权利要求1至3任一项所述的竖井内提升容器安全状态监测***，其特征在于，刚性罐道（15）外侧壁上对应提升容器（16）相遇区域的位置布置3个振动传感器（1），该3个振动传感器（1）分别安装在开始汇合位置、中间位置、汇合结束位置；对于刚性罐道（15）外侧壁上对应提升容器（16）相遇区域之外的位置，每隔50m安装一个振动传感器（1）。