操作开采提升机的方法与流程

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操作开采提升机的方法

背景技术：

1.本发明大体上涉及开采，更具体地涉及一种将开采材料提高至表面的地下矿井提升机。
2.矿井生产提升机通常基于许多提升机操作参数(其中一些参数包括矿石有效载荷、提升绳速度、电机循环加速率和减速率以及其他参数(统称为占空比参数))被设计用于特定的定义矿石生产率。这些定义的操作参数被用于矿井提升机机械设计过程中，以进一步定义提升机设计的具体机械特征，包括例如提升机中使用的钢的厚度、提升机竖井的直径、焊接类型和用于构建提升机的螺栓的强度等。
3.假设提升机在其寿命内正常护理和维护，当提升机在定义的占空比参数内操作时，预计矿井提升机将在需要重大维护或更换之前达到其设计寿命。另一方面，如果提升机以超出定义的设计参数的占空比参数操作，则提升机的寿命可能会发生更改。例如，如果矿井提升机以高于原始设计参数的占空比参数操作，则预计矿井提升机寿命将低于原始设计预期。然而，如果矿井提升机以低于原始设计参数的占空比参数操作，则提升机的寿命可以被增加。
4.通常，用于操作矿井提升机的占空比参数由各种互连的控制系统(例如提升机控制系统、提升机驱动系统和装载袋控制系统，统称为控制器或控制系统)固定。互连的控制系统确保提升机以原始设计占空比参数操作，以便矿井提升机在重大维护或更换之前达到预期寿命。

技术实现要素：

5.本发明被描述用于提高矿井提升机的效率和寿命。
6.在矿井提升机系统中，开采材料的输入速率和/或输出速率被监测。
7.然后矿井提升机的操作基于输入速率和/或输出速率来改变。因此，矿井提升机可以以比设计生产率低的生产率在至少部分时间内操作。本发明还可以包括下面在书面描述或附图中描述的任何其他方面及其任何组合。
附图说明
8.本发明可以通过结合附图阅读以下内容来更充分地理解，其中：
9.图1是地下开采系统的示意图；以及
10.图2是操作地下矿井提升机的方法的流程图。
具体实施方式
11.矿石生产提升机通过其各种互连控制系统确保系统按照最初设计的固定占空比参数操作，以确保矿井提升机提供最初预期的矿石生产率，同时实现提升机的预期设计寿命。
12.然而，在许多情况下，可能期望以不同于原始设计的生产率来操作矿井提升机。
13.例如，地下开采率和地上铣削速率的变化可能影响矿井提升机的必要生产率。矿井提升机的地下输入速率和地上输出速率可以基于许多因素而变化，包括工作调度、设备故障和维护、矿石市场需求等。例如，如果矿石市场需求减少导致矿井提升机对矿石生产的要求较低，矿井提升机的寿命可能通过在低于其设计占空比参数的情况下操作矿井提升机来延长。
14.相反，如果矿石市场需求增加，需要矿井提升机的矿石生产较高，则矿井提升机可以在高于其原始设计占空比参数操作，这可能会导致预期寿命降低。
15.矿井提升机以其操作的矿井提升机占空比参数通常由各种控制系统(互连的提升机控制系统、提升机驱动系统和装载袋控制系统，统称为控制器)固定。在常规系统中，自动和动态地改变占空比参数以匹配矿石生产要求是不容易或正常的。
16.矿井提升机速度、加速率和减速率通常被固定在矿井提升机控制系统内。矿井提升机有效载荷通常被固定在提升容器装载系统内。这些固定值是在矿井提升机调试期间设置的，并且在常规系统中既不容易改变，也不期望改变。
17.在下面描述的优选矿井提升机系统中，该系统可以被用于自动且动态地改变和调整矿井提升机占空比参数，以允许矿井提升机根据馈送给矿井提升机的地下输入速率和由矿井提升机供应的地上输出速率的变化来更有效地操作。
18.这可以允许矿井提升机的寿命通过在低于一个或多个设计占空比参数的情况下操作矿井提升机来增加，同时仍然满足地下输入速率和地上输出速率。自动且动态地改变和调整矿井提升机占空比参数的系统可以提供许多优点。例如，当不需要设计的矿石生产率时，生产提升机的寿命可以通过允许提升机以较低的矿石生产率操作来延长。例如，当矿石市场需求较低时，这可能会发生。通过尽可能延长生产提升机的寿命，矿石市场需求较高时对生产提升机寿命的负面影响可以被抵消。自动且动态地调整矿石生产率也可以被用于匹配下游处理铣床的吞吐率。电气成本也可能被降低，特别是在降低每个矿井提升机加速循环结束时发生的峰值需求电流方面。
19.位于互联的提升机控制系统、提升机驱动系统和有效载荷控制系统内的矿井提升机操作占空比参数通常在调试阶段期间来固定。因此，不容易改变操作参数。
20.例如，提升机有效载荷通常由装载袋控制系统固定。在操作矿井提升机时通常不会改变。即，当所需生产率小于原始设计生产率时，提升机将以原始设计速率操作，但时间段更短。如果需要更高的生产率，则提升机将操作更长的周期，这潜在地减少了可用于执行日常维护的时间。
21.在优选系统中，控制系统可以从上游和下游矿石流系统接收实时操作参数。这种可能参数的示例包括下游铣床吞吐率、下游表面料仓储存水平、上游地下料仓储存水平、上游开采速率或提升机功耗。然后，控制系统可以分析操作参数，并且确定最优占空比参数以降低矿井提升机的生产率并且潜在地降低机械应力和功耗(即，峰值或rms)。可以被调整的可能的占空比参数包括提升容器有效载荷、提升机速度和驱动电机加速和/或减速率。
22.控制系统可以将调整后的占空比参数转发给各种互连的控制系统，诸如提升容器装载输送机控制系统(有效载荷控制)、提升机控制系统或提升机驱动系统。
23.转到图1，示出了地下矿井生产提升机系统10的示例。系统10包括地下竖井12，该地下竖井12从陆地的表面14延伸到表面14下方的开采区域16。在图1中，出于图示，表面14、
开采区域16和竖井12被浓缩示出；
24.然而，要理解的是，竖井12的长度可以是1000至10000英尺，使得表面14和开采区域16之间存在显著的距离。还要理解的是，陆地的表面14在本文中是指这种表面14可以是开采材料被提高以供进一步处理的地下开采区域16上方的任何表面14。因此，从技术上讲，表面14可以是地下的、在洞或某个其他位置中，该位置与开采材料被提高到的开采区域16相比位置更高。诸如绳索和滑轮等驱动机构18延伸通过地下竖井12，并且被连接至一个或多个提升容器20(有时称为箕斗或矿石输送工具)。通常位于驱动机构18顶部的电机22驱动机构18，以在开采区域16和表面14之间提高和降低竖井12内的提升容器20。
25.系统10还可以包括靠近开采区域16的地下储存仓24和靠近铣床28的地上储存仓26。因此，在开采操作期间，开采材料从开采区域16收集，并且被填充到地下储存仓24中，例如利用输送机30。开采材料然后被装载到提升容器20中，例如利用输送机32和装载机34。一旦提升容器20被填充，电机22和驱动机构18将提升容器20提高到表面14，其中提升容器20被排空到地上储存仓26中。然后，开采材料从地上储存仓26移除，例如利用输送机36。然后，材料通常被处理，例如利用辊磨机28。
26.在优选系统中，控制器40被提供，以控制提升机10的生产率(即，从提升容器20填充、提高和排空的开采材料的速率)。进一步地，传感器42、44可以被提供在地下储存仓24和/或地上储存仓26中，以测量其中的开采材料的水平。然后，控制器40可以使用传感器数据来确定地下输入速率(例如地下储存仓24被填充或排空的速率)和地上输出速率(例如地上储存仓26正被填充或排空的速率)。地下输入速率或开采速率还可以从监测开采活动的其他传感器确定，并且地上输出速率或铣削速率从监测开采活动的其他传感器确定。基于地下输入速率和/或地上输出速率，然后控制器40改变提升机10的生产率。例如，生产率可以通过改变被装载到提升容器20中的开采材料的有效载荷来改变。即，提升容器20可以在提高和排空提升容器20之前仅被填充90％、80％、70％等，而不是总是将提升容器20完全装载到100％的容量。也可以通过改变提升容器20的加速度和减速度(例如通过控制电机22)来调整提升机10的生产率。
27.控制器40可以用于改变提升机10的生产率的控制算法的示例如图2所示。在流程图中，q
ug
指的是地下输入速率(例如开采速率和/或填充地下储存仓24的速率)，q
mill
指地上输出速率(例如铣削速率和/或排空地上储存仓26的速率)，qh指提升机10的生产率(例如提升容器20的有效载荷或提升容器20的加速度/减速度)，g
surf
指的是地上储存仓26的填充水平，并且g
ug
指的是地下储存仓24的填充水平。
28.在控制提升机10的一个步骤中，地下输入速率q
ug
与地上输出速率q
mill
进行比较(46)。如果地下输入速率q
ug
大于或等于地上输出速率q
mill
，则控制器40切换至生产率qh最初被设置为最大提升机生产率q
hmax
(或至少大于地上输出速率q
mill
的生产率qh)的方法的储存仓填充分支(48)。另一方面，如果地下输入速率q
ug
小于地上输出速率q
mill
，则控制器40切换至生产率qh最初被设置为地上输出速率q
mill
的方法的储存仓排空分支(58)。在该阶段中，生产率qh也可以小于最大生产率q
hmax
并且大于地下输入速率q
ug
(58)。在该方法的储存仓填充分支中，提升机10的生产率qh保持大于地上输出速率q
mill
(或保持设置为q
hmax
)，直到地上储存仓26的填充水平g
surf
达到储存仓26的容量g
surf_max
为止(50)。然后，提升机10的生产率qh被设置为地上输出速率q
mill
(52)。在该阶段中，提升机生产率qh也可以小于地下输入速率qug
(52)。提升机10的生产率qh保持在该速率，直到地下储存仓24的填充水平gug达到储存仓24的容量g
ug_max
为止(54)。此时，两个储存仓24、26都已满，这意味着地下输入速率q
ug
必须减慢到地上输出速率q
mill
(或者备选地开采活动可以停止)(56)。提升机10的生产率qh将保持设置为地上输出速率q
mill
，只要开采材料从地上储存仓26移除即可。要理解的是，虽然流程图示出了地下输入速率q
ug
和地上输出速率q
mill
在填充和排空分支完成之后被再次比较，但是这种重新测试不需要等到相应分支完成，也可以在分支序列期间被重复进行。
29.在排空分支中，提升机10的生产率qh保持设置为地上输出速率q
mill
，直到地下储存仓24的填充水平g
ug
达到储存仓24的底部g
ug_min
为止(60)。然后，提升机10的生产率qh被设置为地下输入速率q
ug
(62)。在该阶段中，提升机生产率qh也可以小于地上输出速率q
mill
(62)。提升机10的生产率qh保持在该速率，直到地上储存仓26的填充水平g
surf
达到储存仓26的底部g
surf_min
为止(64)。此时，两个储存仓24、26都已空，这意味着地上输出速率q
mill
必须减慢到地下输入速率q
ug
(或者备选地铣床28可以被停止)(66)。提升机10的生产率qh将保持设置为地下输入速率q
ug
，只要开采材料被填充到地下储存仓24中即可。
30.虽然本发明的优选实施例已被描述，但应该理解的是，本发明不被限于此，并且修改可以在不脱离本文的本发明的情况下进行。虽然本文描述的每个实施例可以仅指某些特征，并且可以不具体指关于其他实施例描述的每个特征，但是应该认识到，除非另外描述，否则本文描述的特征是可互换的，即使没有参照具体特征。还应该理解，上述优点不一定是本发明的唯一优点，并且不一定预计所有所描述的优点都将通过本发明的每个实施例实现。本发明的范围由所附权利要求限定，并且在权利要求的含义内的所有设备和方法都旨在被包含在其中，无论是字面上的还是等效的。

技术特征：

1.一种操作地下矿井提升机(10)的方法，包括：监测开采材料的地下输入速率(q
ug
)和/或地上输出速率(q
mill
)；利用所述开采材料填充地下的提升容器(20)；朝向陆地的表面(14)提高所述提升容器(20)；以及从所述提升容器(20)排空所述开采材料；其中所述开采材料被填充、提高和排空的速率(q
h
)响应于所述地下输入速率(q
ug
)和/或所述地上输出速率(q
mill
)而变化。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述地下输入速率(q
ug
)是开采速率，并且所述地上输出速率(q
mill
)是铣削速率。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述开采材料被填充、提高和排空的所述速率(q
h
)通过改变所述提升容器(20)中填充的所述开采材料的有效载荷来改变。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中当所述提升容器(20)被提高时，所述开采材料被填充、提高和排空的所述速率(q
h
)通过改变所述提升容器(20)的加速度或减速度来改变。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述开采材料的所述地下输入速率(q
ug
)和所述地上输出速率(q
mill
)被监测。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中当所述地下输入速率(q
ug
)大于所述地上输出速率(q
mill
)时，所述开采材料被填充、提高和排空的所述速率(q
h
)小于所述开采材料的所述地下输入速率(q
ug
)。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中当所述地下输入速率(q
ug
)大于所述地上输出速率(q
mill
)时，所述开采材料被填充、提高和排空的所述速率(q
h
)与所述开采材料的所述地上输出速率(q
mill
)相匹配。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中当所述地上输出速率(q
mill
)大于所述地下输入速率(q
ug
)时，所述开采材料被填充、提高和排空的所述速率(q
h
)小于所述开采材料的所述地上输出速率(q
mill
)。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中当所述地上输出速率(q
mill
)大于所述地下输入速率(q
ug
)时，所述开采材料被填充、提高和排空的所述速率(q
h
)与所述开采材料的所述地下输入速率(q
ug
)相匹配。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述开采材料从所述提升容器(20)被排空到地上储存仓(26)中，所述地上输出速率(q
mill
)是所述开采材料从所述地上储存仓(26)的移除的速率，并且当所述地下输入速率(q
ug
)大于所述地上输出速率(q
mill
)时，所述开采材料被填充、提高和排空的所述速率(q
h
)大于所述地上输出速率(q
mill
)，直到所述地上储存仓(26)达到最大填充(g
surf_max
)为止。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述开采材料从地下储存仓(24)被填充到所述提升容器(20)中，所述地下输入速率(q
ug
)是所述开采材料到所述地下储存仓(24)中的填充的速率，并且当所述地上输出速率(q
mill
)大于所述地下输入速率(q
ug
)时，所述开采材料被填充、提高和排空的所述速率(q
h
)小于填充、提高和排空所述提升容器(20)的最大速率(q
hmax
)，并且大于所述地下输入速率(q
ug
)，直到所述地下储存仓(24)达到最小填充(g
ug_min
)为止。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述开采材料从地下储存仓(24)被填充到所述提升容器(20)中，所述地下输入速率(q
ug
)是所述开采材料到所述地下储存仓(24)中的填充的速率，并且当所述地上输出速率(q
mill
)大于所述地下输入速率(q
ug
)时，所述开采材料被填充、提高和排空的所述速率(q
h
)与所述地上输出速率(q
mill
)相匹配，直到所述地下储存仓(24)达到最小填充(g
ug_min
)为止。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中第一传感器(42)监测所述地下输入速率(q
ug
)，并且第二传感器(44)监测所述地上输出速率(q
mill
)，控制器(40)响应于所述第一传感器(42)和第二传感器(44)来改变所述开采材料被填充、提高和排空的所述速率(q
h
)。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中当开采材料的所述地下输入速率(q
ug
)或所述地上输出速率(q
mill
)小于填充、提高和排空所述提升容器(20)的最大速率(q
hmax
)时，所述开采材料被填充、提高和排空的所述速率(q
h
)小于填充、提高和排空所述提升容器(20)的所述最大速率(q
hmax
)。15.一种地下矿井提升机(10)，包括：地下竖井(12)，从陆地的表面(14)延伸到所述表面(14)下方的开采区域(16)；驱动机构(18)，在所述地下竖井(12)内延伸；提升容器(20)，被连接至所述驱动机构(18)；电机(22)，驱动所述驱动机构(18)以在所述开采区域(16)与所述陆地的所述表面(14)之间提高和降低所述地下竖井(12)内的所述提升容器(20)；传感器(42，44)，监测开采材料的地下输入速率(q
ug
)和/或地上输出速率(q
mill
)；以及控制器(40)，响应于所述地下输入速率(q
ug
)和/或所述地上输出速率(q
mill
)来改变利用所述提升容器(20)填充、提高和排空所述开采材料的速率(q
h
)。

技术总结

提供了一种地下矿井提升机和操作矿井提升机的方法。与常规的地下矿井提升机不同，该提升机可以以比设计的最大生产率小的生产率在至少一部分时间内操作，以提高提升机的寿命和操作效率。为了改变提升机生产率，开采材料的输入速率和/或输出速率被监测，并且提升机生产率基于这种监测来改变。生产率基于这种监测来改变。生产率基于这种监测来改变。