一种地下矿物采矿装置及矿物分析方法与流程

1.本发明涉及采矿领域，尤其涉及一种使矿物脱离矿层的机械以及地下采矿方法。


背景技术：

2.矿物是现代工业的主要原料，经济和工业的发展均离不开采矿。目前，工业中需要使用的矿物的种类非常多，同类的矿物在成分、硬度等特性上也不完全一致，因此，采矿行业中所采用的采矿机械非常多样；整体来看，现有技术中的采矿机械均是大型设备，主要用途都是大规模采矿。但是在实际采矿时，随着采矿进度的增加，矿坑或者矿层中的矿物会发生变化，技术人员需要在很多地方进行小批量的采矿，现有技术中的大型采矿设备则难以用于多点小批量采矿。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是提供一种方便移动且自动化程度高的采矿机械和地下采矿方法，以满足小批量采矿的需求。
4.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种地下矿物采矿装置，包括采矿小车、采矿机构、驱动机构和固定装置；采矿小车用于承装开采出来的矿物，采矿小车可以自带动力也可以采用牵引式小车，采矿小车底部设置有安装筒，采矿机构和驱动机构均安装在安装筒内，驱动机构为采矿机构提供动力，采矿机构用于开采矿物并运输至采矿小车内；采矿机构进行采矿作业时会产生较大的反作用力，普通的采矿小车无法为采矿机构提供稳定的基础，因此本发明的采矿装置配置了固定装置，固定装置包括基础支架、敲打电机、摆动座、敲打锤和固定锚，所述安装筒的表面设置有竖槽，基础支架的一端安装在竖槽内，摆动座的一端与基础支架铰接，另一端与敲打锤铰接，敲打电机驱动摆动座旋转，固定锚安装在基础支架上；敲打锤随着摆动座的旋转而敲打固定锚，在敲打锤的反复敲打下，固定锚逐渐钻入矿层，实现采矿小车的固定；本发明的采矿装置整体体积小且自动化程度高，可以实现全程自动采矿，尤其适合在地下坑道等恶劣环境中采矿，整个过程无需人工跟随操作，非常适合小批量采矿。
5.进一步的，所述固定锚包括外锚套、锚芯、锁紧电机和锁紧齿轮，所述锚芯呈圆锥形，锚芯位于外锚套内，外锚套设置有竖直方向的引导槽，锚芯的表面设置有引导条，引导条位于引导槽内；锚芯的顶部与锁紧齿轮螺纹连接，锁紧电机驱动锁紧齿轮旋转；引导条和引导槽的作用是确保锚芯只能竖直方向移动而不能旋转，当锁紧电机驱动锁紧齿轮旋转时，锚芯将上下移动；由于锚芯呈圆锥形，当锚芯向下移动时，锚芯将使得外锚套膨胀，以便外锚套在矿层内更加稳固。
6.具体的，所述采矿机构包括钻头和套管，套管位于安装筒内，钻头安装在套管的一端，钻头和套管的内部空心，所述驱动机构驱动套管旋转和升降。
7.进一步的，所述采矿机构还包括直线驱动器和升降杆，升降杆位于套管内，升降杆的底部铰接片状倒刺，直线驱动器驱动升降杆升降，所述钻头的内部设置有倾斜指向钻头中心的引导板，引导板的底部设置有爪齿；当钻头旋转时，钻头破碎矿物并利用引导板将矿物汇聚至中心，升降杆下降时底部的片状倒刺插入矿物中，升降杆上升后矿物随着片状倒刺上升进入采矿小车内。
8.进一步的，所述驱动机构包括驱动电机、传动组件、升降驱动轮和旋转驱动轮，所述升降驱动轮和旋转驱动轮均安装在安装筒上，驱动电机通过传动组件驱动升降驱动轮和旋转驱动轮旋转，升降驱动轮和旋转驱动轮均与套管的表面贴合，升降驱动轮驱动套管升降，旋转驱动轮驱动套管自转。
9.进一步的，所述传动组件包括蜗杆、蜗轮和皮带轮组，驱动电机连接蜗杆，蜗杆连接蜗轮，蜗轮连接升降驱动轮，皮带轮组连接蜗杆和旋转驱动轮。
10.进一步的，采矿装置还包括大齿圈，所述传动组件还包括小齿轮，小齿轮安装在蜗杆上，所述驱动机构的数量为多个，所有驱动机构内的小齿轮均与大齿圈啮合；大齿圈的作用是确保所有驱动机构内的蜗杆同步，进而确保所有的升降驱动轮和旋转驱动轮同步；所述升降驱动轮的表面设置有第一过渡轮，第一过渡轮的中轴线与升降驱动轮的中轴线垂直，所述旋转驱动轮的表面设置有第二过渡轮，第二过渡轮的中轴线与旋转驱动轮的中轴线垂直；由于套管本身既有旋转运动也有升降运动，在升降驱动轮的表面设置第一过渡轮以及在旋转驱动轮的表面设置第二过渡轮可以避免套管与升降驱动轮和旋转驱动轮产生滑动摩擦。
11.进一步的，采矿装置还包括矿物分析仪，所述矿物分析仪安装在采矿小车上；矿物分析仪属于成熟产品，根据功能不同具有多种产品，例如矿石品位在线检测仪、手持式硬度检测器、气相色谱仪、在线红外水分测试仪等；根据具体安装的矿物分析仪，本发明的采矿装置可以现场测试矿物的硬度等特性。
12.本发明还提供了一种利用地下矿物采矿装置进行矿物分析的方法，包括如下步骤：步骤1：利用敲打锤将固定锚敲入矿层中；步骤2：利用锚芯撑开外锚套，使得整个采矿小车固定；步骤3：驱动钻头旋转采矿，将矿物汇聚至钻头中心；步骤4：升降杆反复升降将钻头中心的矿物提升至采矿小车内；步骤5：矿物分析仪自动分析采矿小车内的矿物。
13.重复步骤1至步骤5即可实现地下自动采矿以及现场测试矿物硬度或者其他特性。
14.有益效果：本发明的地下矿物采矿装置利用固定装置将采矿小车固定在矿层中，利用采矿机构使得矿物完全脱离矿层，采矿装置整体体积小且自动化程度高，可以实现全程自动采矿，尤其适合在地下坑道等恶劣环境中采矿，整个过程无需人工跟随操作，非常适合小批量采矿。
附图说明
15.图1是实施例1采矿装置的立体图。
16.图2是实施例1采矿装置的立体图（隐藏采矿小车）。
17.图3是实施例1中固定装置的立体图。
18.图4是实施例1中固定装置的剖视图。
19.图5是实施例1中驱动机构的立体图。
20.图6是实施例1中采矿机构的立体图。
21.图7是实施例1中采矿机构的剖面图。
22.其中：100、采矿小车；110、安装筒；111、竖槽；200、采矿机构；210、钻头；211、引导板；212、爪齿；220、套管；230、直线驱动器；240、升降杆；241、倒刺；300、驱动机构；310、驱动电机；320、传动组件；321、蜗杆；322、蜗轮；323、皮带轮组；324、小齿轮；330、升降驱动轮；331、第一过渡轮；340、旋转驱动轮；341、第二过渡轮；400、固定装置；410、基础支架；420、敲打电机；430、摆动座；440、敲打锤；450、固定锚；451、外锚套；451-1、引导槽；452、锚芯；452-1、引导条；453、锁紧电机；454、锁紧齿轮；500、大齿圈；600、矿物分析仪；610、矿物在线红外水分测试仪；620、气象色谱仪、630、手持式硬度测试仪。
具体实施方式
23.下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
24.实施例1如图1至图7所示，本实施例的地下矿物采矿装置包括采矿小车100、采矿机构200、驱动机构300、固定装置400、大齿圈500和矿物分析仪600；采矿小车100用于承装开采出来的矿物，本实施例的采矿小车100为牵引式小车，在实际使用时配置额外的动力小车牵引；采矿小车100底部设置有如图2和图3所示的安装筒110，采矿机构200、驱动机构300和固定装置400均安装在安装筒110上；如图3至图4所示，固定装置400包括基础支架410、敲打电机420、摆动座430、敲打锤440和固定锚450，所述安装筒110的表面设置有竖槽111，基础支架410的一端安装在竖槽111内，摆动座430的一端与基础支架410铰接，另一端与敲打锤440铰接，敲打电机420驱动摆动座430旋转，固定锚450安装在基础支架410上，敲打锤440随着摆动座430的旋转而敲打固定锚450；固定锚450包括外锚套451、锚芯452、锁紧电机453和锁紧齿轮454，所述锚芯452呈圆锥形，锚芯452位于外锚套451内，外锚套451设置有竖直方向的引导槽451-1，锚芯452的表面设置有引导条452-1，引导条452-1位于引导槽451-1内；锚芯452的顶部与锁紧齿轮454螺纹连接，锁紧电机453驱动锁紧齿轮454旋转；引导条452-1和引导槽451-1的作用是确保锚芯452只能竖直方向移动而不能旋转，当锁紧电机453驱动锁紧齿轮454旋转时，锚芯452将上下移动；如图6和图7所示，采矿机构200包括钻头210、套管220、直线驱动器230和升降杆240，套管220位于安装筒110内，钻头210安装在套管220的一端，钻头210和套管220的内部空心，升降杆240位于套管220内，升降杆240的底部铰接片状倒刺241，直线驱动器230驱动升降杆240升降，直线驱动器230采用液压缸；钻头210的内部设置有倾斜指向钻头210中心的引导板211，引导板211的底部设置有爪齿212；当钻头210旋转时，钻头210破碎矿物并利用引导板211将矿物汇聚至中心，升降杆240下降时底部的片状倒刺241插入矿物中，升降杆240上升后矿物随着片状倒刺241上升进入采矿小车100内；
如图5所示，驱动机构300包括驱动电机310、传动组件320、升降驱动轮330和旋转驱动轮340，升降驱动轮330和旋转驱动轮340均安装在安装筒110上，驱动电机310通过传动组件320驱动升降驱动轮330和旋转驱动轮340旋转，升降驱动轮330和旋转驱动轮340均与套管220的表面贴合，升降驱动轮330驱动套管220升降，旋转驱动轮340驱动套管220自转，升降驱动轮330的表面设置有第一过渡轮331，第一过渡轮331的中轴线与升降驱动轮330的中轴线垂直，所述旋转驱动轮340的表面设置有第二过渡轮341，第二过渡轮341的中轴线与旋转驱动轮340的中轴线垂直；由于套管220本身既有旋转运动也有升降运动，在升降驱动轮330的表面设置第一过渡轮331以及在旋转驱动轮340的表面设置第二过渡轮341可以避免套管220与升降驱动轮330和旋转驱动轮340产生滑动摩擦；传动组件320包括蜗杆321、蜗轮322、皮带轮组323和小齿轮324，驱动电机310连接蜗杆321，蜗杆321连接蜗轮322，蜗轮322连接升降驱动轮330，皮带轮组323连接蜗杆321和旋转驱动轮340；小齿轮324安装在蜗杆321上；本实施例中共有四个驱动机构300，所有驱动机构300内的小齿轮324均与套在安装筒110上的大齿圈500啮合；大齿圈500的作用是确保所有驱动机构300内的蜗杆321同步，进而确保所有的升降驱动轮330和旋转驱动轮340同步；矿物分析仪600安装在采矿小车100上，本实施例的矿物分析仪包括型号为psd-w100的矿物在线红外水分测试仪610、gc8100plus气象色谱仪620和手持式硬度测试仪630，这些矿物分析设备用于现场测试矿物的硬度或者其他特性。
25.本实施例的采矿装置整体体积小且自动化程度高，可以实现全程自动采矿和自动矿物分析，非常适合应用在地下坑道等恶劣环境中，整个过程无需人工跟随操作，具体的采矿和矿物分析步骤是：（1）配置动力小车将采矿小车100牵引至目标矿层；（2）如图4所示的敲打电机420启动，敲打锤440随着摆动座430的旋转而敲打固定锚450，在敲打锤440的反复敲打下，固定锚450逐渐钻入矿层；（3）锁紧电机453驱动锁紧齿轮454旋转，锚芯452向下移动，锥形的锚芯452使得外锚套451膨胀，外锚套451在矿层内更加稳固；（4）如图5所示的驱动电机310驱动升降驱动轮330和旋转驱动轮340旋转，套管220和钻头210一边旋转一边下降；（5）如图6所示的钻头210破碎矿物并利用引导板211将矿物汇聚至中心；（6）如图7所示的升降杆240下降，升降杆240底部的片状倒刺241插入矿物中，升降杆240上升后矿物随着片状倒刺241上升进入采矿小车100内；（7）矿物分析仪600现场自动测试矿物的硬度、元素成分等特性。
26.本发明可以很方便地搭配矿物分析仪600，可以现场测试矿物硬度或者其他特性，有助于采矿企业对当前的矿层进行分析，随时调整采矿计划。
27.虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种地下矿物采矿装置，其特征在于：包括采矿小车（100）、采矿机构（200）、驱动机构（300）和固定装置（400）；所述采矿小车（100）底部设置有安装筒（110），采矿机构（200）和驱动机构（300）均安装在安装筒（110）内；所述固定装置（400）包括基础支架（410）、敲打电机（420）、摆动座（430）、敲打锤（440）和固定锚（450），所述安装筒（110）的表面设置有竖槽（111），基础支架（410）的一端安装在竖槽（111）内，摆动座（430）的一端与基础支架（410）铰接，另一端与敲打锤（440）铰接，敲打电机（420）驱动摆动座（430）旋转，固定锚（450）安装在基础支架（410）上；敲打锤（440）随着摆动座（430）的旋转而敲打固定锚（450）。2.根据权利要求1所述的地下矿物采矿装置，其特征在于：所述固定锚（450）包括外锚套（451）、锚芯（452）、锁紧电机（453）和锁紧齿轮（454），所述锚芯（452）呈圆锥形，锚芯（452）位于外锚套（451）内，外锚套（451）设置有竖直方向的引导槽（451-1），锚芯（452）的表面设置有引导条（452-1），引导条（452-1）位于引导槽（451-1）内；锚芯（452）的顶部与锁紧齿轮（454）螺纹连接，锁紧电机（453）驱动锁紧齿轮（454）旋转。3.根据权利要求2所述的地下矿物采矿装置，其特征在于：所述采矿机构（200）包括钻头（210）和套管（220），套管（220）位于安装筒（110）内，钻头（210）安装在套管（220）的一端，钻头（210）和套管（220）的内部空心，所述驱动机构（300）驱动套管（220）旋转和升降。4.根据权利要求3所述的地下矿物采矿装置，其特征在于：所述采矿机构（200）还包括直线驱动器（230）和升降杆（240），升降杆（240）位于套管（220）内，升降杆（240）的底部铰接片状倒刺（241），直线驱动器（230）驱动升降杆（240）升降。5.根据权利要求4所述的地下矿物采矿装置，其特征在于：所述钻头（210）的内部设置有倾斜指向钻头（210）中心的引导板（211），引导板（211）的底部设置有爪齿（212）。6.根据权利要求5所述的地下矿物采矿装置，其特征在于：所述驱动机构（300）包括驱动电机（310）、传动组件（320）、升降驱动轮（330）和旋转驱动轮（340），所述升降驱动轮（330）和旋转驱动轮（340）均安装在安装筒（110）上，驱动电机（310）通过传动组件（320）驱动升降驱动轮（330）和旋转驱动轮（340）旋转，升降驱动轮（330）和旋转驱动轮（340）均与套管（220）的表面贴合，升降驱动轮（330）驱动套管（220）升降，旋转驱动轮（340）驱动套管（220）自转。7.根据权利要求6所述的地下矿物采矿装置，其特征在于：所述传动组件（320）包括蜗杆（321）、蜗轮（322）和皮带轮组（323），驱动电机（310）连接蜗杆（321），蜗杆（321）连接蜗轮（322），蜗轮（322）连接升降驱动轮（330），皮带轮组（323）连接蜗杆（321）和旋转驱动轮（340）。8.根据权利要求7所述的地下矿物采矿装置，其特征在于：还包括大齿圈（500），所述传动组件（320）还包括小齿轮（324），小齿轮（324）安装在蜗杆（321）上，所述驱动机构（300）的数量为多个，所有驱动机构（300）内的小齿轮（324）均与大齿圈（500）啮合；所述升降驱动轮（330）的表面设置有第一过渡轮（331），所述旋转驱动轮（340）的表面设置有第二过渡轮（341）。9.根据权利要求8所述的地下矿物采矿装置，其特征在于：还包括矿物分析仪（600），所述矿物分析仪（600）安装在采矿小车（100）上。
10.一种应用如权利要求9所述地下矿物采矿装置进行矿物分析的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：利用敲打锤（440）将固定锚（450）敲入矿层中；步骤2：利用锚芯（452）撑开外锚套（451）；步骤3：驱动钻头（210）旋转采矿，将矿物汇聚至钻头（210）中心；步骤4：升降杆（240）反复升降将钻头（210）中心的矿物提升至采矿小车（100）内；步骤5：矿物分析仪（600）自动分析采矿小车（100）内的矿物。

技术总结
本发明公开了一种地下矿物采矿装置，包括采矿小车、采矿机构、驱动机构和固定装置；采矿小车底部设置有安装筒，采矿机构和驱动机构均安装在安装筒内，固定装置包括基础支架、敲打电机、摆动座、敲打锤和固定锚，所述安装筒的表面设置有竖槽，基础支架的一端安装在竖槽内，摆动座的一端与基础支架铰接，另一端与敲打锤铰接，敲打电机驱动摆动座旋转，固定锚安装在基础支架上，敲打锤随着摆动座的旋转而敲打固定锚。本发明利用固定装置将采矿小车固定在矿层中，利用采矿机构使得矿物完全脱离矿层，采矿装置整体体积小且自动化程度高，可以实现全程自动采矿，尤其适合在地下坑道等恶劣环境中小批量采矿，整个过程无需人工跟随操作。整个过程无需人工跟随操作。整个过程无需人工跟随操作。


技术研发人员：孙洪宾 王英 于小翠
受保护的技术使用者：山东省煤田地质局第五勘探队
技术研发日：2022.02.10
技术公布日：2022/3/8