BR112019004695B1 - Sistema de mineração com orientação direcional avançada e método de fornecer orientação direcional para um sistema de mineração - Google Patents

Abstract

Um sistema de mineração com um sistema de orientação inercial configurado para permitir a escavação precisa de material geológico sem a necessidade de avançar uma linha de levantamento ao longo de uma longa distância e/ou caminho de escavação não-linear, maximizando a produtividade da mente minimizando a largura do material não minerado necessário para o suporte entre os caminhos de escavação adjacentes e minimizar o tempo de inatividade do equipamento.

Description

PEDIDO RELACIONADO

[0001] O presente pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório US 62/385.550, depositado em 9 de setembro de 2016, que é aqui incorporado em sua totalidade por referência.

CAMPO DA INVENSÃO

[0002] A presente revelação geralmente se refere a sistemas e métodos para perfuração ou mineração de uma região subterrânea, e mais particularmente a sistemas e métodos de mineração incorporando um sistema de orientação inercial configurado para permitir a escavação precisa de material geológico sem a necessidade de avançar uma linha de levantamento através de uma longa distância e/ou um trajeto de escavação não linear.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0003] Mineração é a extração de minerais ou outros materiais geológicos da terra a partir de depósitos como um corpo de minério, veio de minério, veio, estrato geológico, recife ou plácer. Os minérios recuperados pela mineração podem incluir, por exemplo, metais, carvão, xisto betuminoso, pedras preciosas, calcário, rochas ornamentais, sal-gema, potassa, cascalho e argila. A mineração é necessária para obter qualquer material que não possa ser cultivado por meio de processos agrícolas ou criado artificialmente em um laboratório ou fábrica. A mineração pode ser realizada através de uma variedade de técnicas de superfície ou subsuperfície, dependendo da localização do depósito a ser extraído. Equipamentos de mineração foram desenvolvidos para cada tipo diferente de técnica de mineração. Por exemplo, para a execução de técnicas de mineração de subsuperfície, uma variedade de motores principais de acionamento abaixo do solo, como, por exemplo, mineradores contínuos ou de tambor, roadheaders, máquinas de perfuração rotativas, foram desenvolvidas.

[0004] Especificamente em relação à potassa, a potassa é um mineral que pode ser empregado em muitos usos agrícolas, como fertilizantes e ração animal. A potassa pode ser encontrada em depósitos minerais, tais como localizados em antigos leitos de lagos, e, portanto, é frequentemente localizada em veios horizontais subterrâneos. A mineração de potassa envolve extrair a potassa desses veios, muitas vezes usando mineração ao estilo de câmaras e pilares e equipamentos associados, como máquinas de mineração rotativa. Este tipo de mineração, no qual as “câmaras” são extraídas a partir do depósito mineral, deixando “pilares” intermediários como suportes, permite a extração de uma grande porção do veio.

[0005] Máquinas de mineração de perfuração rotativa são usadas na mineração subterrânea de potassa para extrair o mineral KCl concentrado em uma forma sedimentar. As máquinas de mineração cortam os materiais de depósito, por exemplo, minério, forçando cortadores rotativos na face de mineração. Por uma questão de simplicidade, o material extraído ou liberado pode ser referido como “minério”, mas não deve ser limitado a ele. O material liberado é introduzido no centro da máquina por rotores de rotação contrária dos cortadores e é transportado através do meio da máquina de mineração para a parte traseira por uma corrente transportadora. A corrente transportadora de corrente despeja o material liberado em um transportador extensível que é operado atrás da máquina de mineração e transportadores consecutivos entregam o material a um eixo onde é içado para a superfície, tal como por uma caçamba, para processamento adicional.

[0006] Para maximizar a produção, o transportador extensível precisa ser instalado precisamente atrás da máquina mineradora à medida que a mineração avança, de modo que as ferragens do sistema estejam perpendiculares à direção da mineração (ou seja, face) e sejam centralizadas na linha transportadora. Esse alinhamento garante que o sistema funcione de maneira eficaz, minimizando o derramamento e o dano às ferragens, devido à correia(s) transportadora(s) estar descentralizada e friccionada na lateral das ferragens. Os transportadores extensíveis são instalados usando uma ponte especial que é operavelmente acoplada à máquina de mineração com articulações e cilindros hidráulicos, que fornecem quatro graus de liberdade para permitir que a ponte seja movida de lado a lado e girada para a esquerda ou para a direita para garantir que a máquina de mineração permaneça centralizada e alinhada perpendicularmente à face de mineração.

[0007] Além disso, a fim de extrair a maior parte dos depósitos minerais possíveis, é preferível maximizar a taxa de câmara para pilar. Consequentemente, o uso de transportadores extensíveis resulta em câmaras longas com pilares estreitos entre elas. A colocação dos pilares também é importante na prevenção da perda de suporte estrutural para a mina. Assim, idealmente, os pilares são feitos o mais estreito possível entre as câmaras, sendo precisamente colocados de forma a fornecer apoio estrutural suficiente para garantir que a mina não desmorone. Para colocar pilares de forma acurada e precisa, as câmaras são frequentemente escavadas usando dispositivos de detecção de visão a laser. Caso contrário, o desvio a partir de um furo reto faria com que o pilar de um lado da câmara ficasse mais espesso, enquanto diminuía a espessura do pilar do outro lado, comprometendo potencialmente a integridade estrutural da mina em geral. Em sistemas convencionais, como sistemas de máquinas de mineração rotativa, o controle de rumo consiste em topógrafos usando teodolitos para avançar os spads de controle. Um laser de feixe pontual e um laser rotativo estão posicionados atrás dos spads de modo a brilhar a luz do laser através de cordas de prumo suspensas dos spads. A luz de laser projeta um alvo na frente da máquina de mineração que os operadores da máquina de mineração podem observar e controlar a direção para manter o laser no alvo.

[0008] Os dispositivos sensores de laser foram usados como o alvo na frente das máquinas de mineração que fornece informações de desvio para o controlador lógico programável (PLC). O PLC interpreta os dados de desvio e fornece controle de direção para manter automaticamente o rumo do projeto. Embora o movimento de ponte extensível seja articulado a partir da máquina de mineração, ele obtém as informações de controle a partir do mesmo laser que a máquina de mineração usa. O laser atinge um par de planos a laser montados na ponte e as informações de desvio são traduzidas em instruções lineares e rotacionais que o sistema hidráulico da ponte executa. O monitoramento contínuo e o movimento corretivo mantêm a ponte e o transportador extensível no alinhamento adequado quando instalados e funcionando corretamente.

[0009] No entanto, o uso de lasers e elementos sensores de laser para orientação tem várias limitações. A luz de laser perde força quanto mais longe está do alvo, de modo que a máquina de mineração corta a face e avança, os operadores têm cada vez mais dificuldade de ver a luz de laser. Além disso, o estrato geológico sedimentar ondula e a máquina de mineração é obrigada a permanecer dentro de uma zona horizontal geológica prescrita. Como esta zona horizontal ondula e a máquina de mineração corta acima ou abaixo em conformidade, a luz de laser atinge o teto ou outra estrutura ou equipamento que impede que a luz de laser alcance o alvo desejado na frente da máquina de mineração e ponte.

[00010] O avanço da linha de levantamento e dos lasers é demorado e exige que a máquina de mineração seja desligada por aproximadamente uma hora ou mais enquanto esse trabalho é feito. O avanço da linha de levantamento é tipicamente feito por dois grupos de pessoas: os topógrafos e os operadores de mineradoras. Os topógrafos usam equipamentos de levantamento sofisticados que são muito precisos e garantem que os spads de controle estejam alinhados corretamente e com precisão. Os operadores usam a luz laser que está a várias centenas de metros de volta para instalar novos spads de controle perto da máquina de mineração. Isso é menos preciso do que usar um instrumento de pesquisa, pois a luz do laser tem um quarto de polegada (0,00635 m) de espessura e não está perfeitamente alinhada com os spads mais próximos dos lasers e, portanto, o erro é multiplicado quando projetado a várias centenas de pés de distância. Ocasionalmente, pode haver grandes desvios que exigem uma correção de avanço, o que resulta em problemas de alinhamento do transportador.

[00011] Sistemas convencionais, usando lasers e elementos de detecção a laser, como detectores, foram usados anteriormente com pouco sucesso porque o elemento de detecção a laser montado na frente da máquina de mineração que foi usada para controle automatizado perde a visão do laser muito rapidamente conforme a máquina de mineração é controlada para cima ou para baixo de acordo com a natureza ondulante do corpo de minério sedimentar. A necessidade constante de avançar a linha de levantamento e equipamentos a laser torna o sistema convencional indesejável.

[00012] À medida que o equipamento de mineração avança, empurrando a face de volta para o veio da potassa para corte, o sistema transportador deve ser capaz de seguir e permanecer estreitamente alinhado entre si e com o equipamento de mineração para evitar ou inibir que o material minerado caia do sistema transportador, o que poderia criar ineficiências, atrasos ou perigos. Como os sistemas transportadores podem atingir vários quilômetros de comprimento, um leve desalinhamento pode ocorrer com facilidade. Frequentemente, a força de locomotiva para avançar o transportador em direção à face é fornecida através do equipamento de mineração, e o transportador e as pontes devem ser capazes de permanecer suficientemente alinhados uns com os outros e com o equipamento de mineração para operar de maneira confiável e eficiente.

[00013] Além disso, os erros no alinhamento do laser aumentam com a distância da fonte do feixe de laser. Erros no ângulo do feixe de laser resultam em erro crescente no posicionamento do equipamento de mineração, proporcional à distância da fonte do feixe de laser. Erros na configuração e no alinhamento da fonte do feixe de laser feitos à medida que o equipamento de mineração é avançado também podem compor um ao outro para resultar em mudanças no avanço, o que pode causar deslocamento no ângulo ou na posição ao longo do sistema transportador.

[00014] Permanece a necessidade de um sistema de orientação mais robusto que reduza os erros de posição e, portanto, aumente a eficiência da mineração.

SUMARIO DA INVENÇÃO

[00015] As modalidades da presente revelação fornecem um sistema de orientação inercial para máquinas de mineração e métodos de mineração com orientação direcional avançada configurada para permitir a escavação precisa de material geológico sem a necessidade de avançar uma linha de levantamento por uma longa distância e/ou um trajeto de escavação não linear, desta forma maximizando a produtividade de uma mina ao minimizar uma largura do material não minerado necessário para o suporte entre os trajetos de escavação adjacentes e minimizando o tempo de inatividade do equipamento. Em uma modalidade, o sistema de mineração inclui uma máquina de mineração, uma corrente transportadora e um sistema de orientação inercial.

[00016] A máquina de mineração pode ter um mecanismo de acionamento dirigível configurado para avançar a máquina de mineração ao longo de um trajeto de escavação pretendido, um mecanismo de corte configurado para separar material geológico a partir de uma parede do trajeto de escavação, um mecanismo de trado configurado para coletar o material geológico separado, e um mecanismo transportador configurado para transportar o material geológico coletado para uma parte traseira da máquina de mineração. A corrente transportadora pode ser configurada para transportar o material geológico para uma saída de mina.

[00017] O sistema de orientação inercial pode ser configurado para detectar o movimento da máquina de mineração e fornecer orientação direcional como um auxílio na orientação do mecanismo de acionamento dirigível ao longo do trajeto de escavação pretendido. O sistema de orientação inercial pode incluir pelo menos três acelerômetros, pelo menos três giroscópios e um controlador lógico programável. Acelerômetros individuais dos pelo menos três acelerômetros podem ser configurados para detectar aceleração ao longo dos eixos geométricos x, y e z respectivamente. Giroscópios individuais dos pelo menos três giroscópios podem ser configurados para detectar a rotação em torno dos eixos x, y e z respectivamente. O controlador de lógica programável pode ser configurado para receber dados de aceleração detectados a partir dos pelo menos três acelerômetros e/ou dados de rotação a partir dos pelo menos três giroscópios. Com esses dados, o controlador lógico programável pode determinar o movimento da máquina de mineração em função do tempo, e calcular a orientação direcional para manter o avanço da máquina de mineração ao longo do trajeto de escavação pretendido.

[00018] Em uma modalidade, o sistema de orientação inercial inclui ainda uma memória na qual o movimento da máquina de mineração em função do tempo é armazenado. Em uma modalidade, o sistema de orientação inercial inclui ainda um visor. Em uma modalidade, o visor está configurado para exibir graficamente o movimento da máquina de mineração como uma função de tempo. Em uma modalidade, o visor é configurado para exibir graficamente comparação do trajeto de escavação desejado para um trajeto de escavação atual da máquina de mineração. Em uma modalidade, o visor está ainda configurado para exibir graficamente os trajetos de escavação anteriores escavados pela máquina de mineração, bem como o material não minerado necessário para suportar trajetos de escavação adjacentes em um formato de mapa. Em uma modalidade, o visor é configurado para exibir graficamente a orientação direcional calculada para a máquina de mineração. Em uma modalidade, o sistema de orientação inercial inclui ainda um barramento de comunicação configurado para transmitir a orientação direcional calculada ao mecanismo de acionamento dirigível. Em uma modalidade, o mecanismo de acionamento dirigível é configurado para dirigir automaticamente a máquina de mineração de acordo com a orientação direcional.

[00019] Outra modalidade da presente revelação fornece um método para fornecer orientação direcional a um sistema de mineração, de modo a permitir a escavação precisa de material geológico sem a necessidade de avançar uma linha de levantamento por uma longa distância e/ou um trajeto de escavação não linear, maximizando a produtividade da mina, minimizando a largura do material não minerado necessário para o suporte entre os trajetos de escavação adjacentes e minimizando o tempo de inatividade do equipamento. O método pode compreender: fornecer uma máquina de mineração tendo um sistema de orientação inercial incluindo pelo menos três acelerômetros, em que pelo menos um acelerômetro é configurado para detectar aceleração ao longo de um eixo geométrico x da máquina de mineração, pelo menos um acelerômetro é configurado detectar aceleração ao longo de um eixo geométrico y da máquina de mineração, e pelo menos um acelerômetro é configurado para detectar aceleração ao longo do eixo geométrico z da máquina de mineração; pelo menos três giroscópios, em que pelo menos um giroscópio é configurado para detectar rotação em torno de um eixo geométrico x da máquina de mineração, pelo menos um giroscópio é configurado para detectar rotação em torno de um eixo geométrico y da máquina de mineração, pelo menos um giroscópio é configurado para detectar rotação em torno de um eixo geométrico z da máquina de mineração; e um controlador lógico programável configurado para receber dados de aceleração detectados a partir dos pelo menos três acelerômetros e dados de rotação a partir dos pelo menos três giroscópios, e calcular a orientação direcional para manter um rumo prescrito; avançar a máquina de mineração ao longo de um trajeto de escavação pretendido; detectar o movimento da máquina de mineração; determinar o movimento da máquina de mineração como uma função do tempo; e fornecer orientação direcional para manter o avanço da máquina de mineração ao longo do trajeto de escavação pretendido.

[00020] Deve ser entendido que as etapas individuais usadas nos métodos dos presentes ensinamentos podem ser realizadas em qualquer ordem e/ou simultaneamente, desde que o ensinamento permaneça operável. Além disso, deve ser entendido que o aparelho e os métodos dos presentes ensinamentos podem incluir qualquer número, ou todos, das modalidades descritas, desde que o ensinamento permaneça operável.

[00021] O sumário acima não pretende descrever cada modalidade ilustrada ou cada implementação da presente revelação. Pelo contrário, as modalidades são escolhidas e descritas de modo a que outros técnicos no assunto possam apreciar e compreender os princípios e práticas da invenção. As figuras e a descrição detalhada que se seguem exemplificam mais particularmente estas modalidades.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00022] A revelação pode ser mais completamente entendida tendo em consideração a seguinte descrição detalhada de várias modalidades da revelação, em conexão com os desenhos anexos, em que: A FIG. 1 é uma vista de mapa representando uma mina de potassa.

[00023] A FIG. 2 é uma vista em corte transversal mostrando várias câmaras de uma mina em construção.

[00024] A FIG. 3A é uma vista em corte transversal representando um depósito mineral ondulante.

[00025] A FIG. 3B é uma vista em corte transversal que representa um sistema de minas com orientação direcional avançada, minando o veio mostrado na Fig. 3A, de acordo com uma modalidade da revelação.

[00026] A FIG. 4A é uma vista esquemática representando uma máquina de mineração de acordo com uma modalidade da revelação.

[00027] FIG. 4B é uma vista esquemática que representa um sistema de orientação inercial da máquina de mineração da FIG. 4A.

[00028] Embora as modalidades da revelação sejam passíveis a várias modificações e formas alternativas, especificidades dos mesmos mostrados a título de exemplo nos desenhos serão descritos em detalhe. Deve ser entendido, no entanto, que a intenção não é limitar a revelação às modalidades particulares descritas. Pelo contrário, a intenção é cobrir todas as modificações, equivalentes e alternativas que caibam dentro do espírito e escopo da matéria, conforme definido pelas reivindicações.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

[00029] De acordo com modalidades, são divulgados aparelhos e métodos para um sistema de mineração, tal como mineração de câmara e pilar. O sistema de orientação compreende um sistema inercial, em vez de ou em adição à orientação convencional do raio laser. Ao usar um sistema de orientação inercial, o tempo de inatividade para equipamentos de mineração pode ser minimizado, e o avanço dos equipamentos de mineração pode ser controlado com maior precisão em distâncias mais longas e trajetos de escavação não lineares.

[00030] Referindo a FIG. 1, uma vista de mapa de uma mina de potassa 10 de exemplo é representada. Especificamente, a FIG. 1 representa uma mina de tipo de estrutura de câmara e pilar, incluindo os veios de mina 12a e 12b, conectados a uma rede de câmaras 14 ou trajetos escavados (representados como regiões sombreadas) com pilares 116 ou material não minerados necessários para suporte (representado como regiões não sombreadas) posicionadas entre câmaras adjacentes 14. Os veios de mina 12a e 12b têm muitas vezes centenas de metros de comprimento, estendendo-se desde a superfície (não mostrada) até ao material geológico subterrâneo e/ou depósitos minerais abaixo. Em alguns casos, os veios de mina 12a e 12b prolongam-se substancialmente verticalmente, principalmente perpendicularmente à vista de mapa representada na FIG. 1

[00031] As câmaras 14 seguem o veio do material geológico subterrâneo. As minas de potassa, em particular, podem ser bastante extensas em tamanho; por exemplo, uma típica mina de potassa pode se estender por várias centenas de quilômetros quadrados. À medida que a mina 10 é construída, e a rede de câmaras 14 é escavada e o material geológico é transportado para a superfície, pilares 16 de material não escavado são deixados no lugar para fornecer suporte estrutural para manter a integridade das câmaras 14. Assim, durante as operações de mineração, deve-se ter cuidado para garantir que os pilares 16 tenham um tamanho suficiente para fornecer o suporte estrutural necessário. Pilares 16 de tamanho insuficiente podem levar a um colapso, ou colapso parcial, de uma ou mais das câmaras adjacentes 14.

[00032] Referindo a FIG. 2, é mostrada uma vista em corte de uma mina 110 em construção. A mina 110 inclui três câmaras concluídas 114a, 114b e 114c, bem como uma quarta câmara 114d em construção. A mina 110 inclui ainda os pilares 116. Uma extremidade da quarta câmara 114d define uma face 118, que é a porção da câmara inacabada 114d da qual material geológico está a ser escavado ou separado da terra. Como representado, uma máquina de mineração 120 é disposta adjacente à face 118 para afetar a escavação. Uma corrente transportadora 122 incluindo uma pluralidade de pontes 124 está posicionada na parte traseira da máquina de mineração 120, oposta à face 118, para transportar o material geológico para uma saída de mina.

[00033] Como representado na FIG. 2, as câmaras adjacentes 114a-114d são separadas umas das outras pelos pilares 116. Como descrito anteriormente, os pilares 116 fornecem suporte estrutural para a mina 110, permitindo assim a escavação de materiais geológicos com segurança nas câmaras 114a-114d. Para maximizar a produtividade da mina escavando o máximo possível de material geológico, assegurando ao mesmo tempo suporte estrutural adequado, é geralmente desejável que as câmaras 114a-114d se estendam tão próximas umas das outras como é estruturalmente possível. Por conseguinte, a face 118 é geralmente substancialmente perpendicular à direção na qual as câmaras 114a-114d se estendem.

[00034] Referindo as Figs. 3A-B, é representada uma vista em corte transversal da terra representando um depósito mineral subterrâneo ondulante. Nesse depósito, um veio de material geológico 232 é posicionada por baixo de uma camada de terra não mineral 228, que pode variar em profundidade D a partir da superfície da terra 230. Assim, a mineração eficiente de tal depósito pode exigir um trajeto de escavação não linear, ou uma rede de câmaras que variam em elevação, de modo a serem centradas no veio de materiais geológicos 232.

[00035] Como representado na FIG. 3B, uma máquina de mineração 220 de acordo com uma modalidade da revelação pode ser configurada para seguir o veio não-planar do material geológico 232. Por conseguinte, a máquina de mineração 220 pode ser avançada ao longo do veio para separar o material geológico 232 da face 218 da câmara 214 a ser escavada. O material geológico separado 232 pode então ser recolhido e transportado para uma parte traseira da máquina de mineração 120. Na parte traseira da máquina de mineração 120, uma corrente transportadora 222, que pode incluir uma pluralidade de pontes 224, pode cooperar para mover ou transportar o material geológico 232 em direção a uma saída de mina, tal como um veio de mina. Depois disso, o material geológico 232 pode ser transportado para a superfície da terra 230 para posterior processamento e transporte. Por conseguinte, uma vantagem de incorporar um sistema de orientação inercial da presente revelação, em oposição aos sistemas convencionais baseados em laser do estado da técnica, é a capacidade de rastrear mudanças na velocidade e/ou direção da máquina de mineração 120 onde a escavação não ocorre ao longo de uma linha reta ou trajeto linear, reduzindo assim o tempo de inatividade associado ao avanço de uma linha de levantamento baseada em laser.

[00036] Referindo as Figs. 4A-B, uma máquina de mineração 320 é representada de acordo com uma modalidade da revelação. Em um exemplo não limitativo, a máquina de mineração 320 pode ser usada na mineração de potassa subterrânea para extrair minério concentrado contendo KCl em uma formação sedimentar. A máquina de mineração 320 pode ser, por exemplo, qualquer uma de uma variedade de motores principais com um mecanismo de corte ou mineração, como, por exemplo, uma máquina de mineração de perfuração rotativa, roadheader, minerador contínuo ou de tambor, ou similar. A altura da máquina de mineração 320 pode ser complementar à espessura do estrato geológico ou veio do material geológico a ser extraído. Por exemplo, a máquina de mineração 320 pode ter uma altura de 8 pés e 2 polegadas (2,49 m), 8 pés e 6 polegadas (2,59 m) ou 9 pés (2,74 m). Outras alturas da máquina de mineração 320 são também contempladas.

[00037] Em uma modalidade, a máquina de mineração 320 pode incluir um mecanismo de acionamento dirigível 334 como um motor primário. Por exemplo, em uma modalidade, o mecanismo de acionamento dirigível 334 pode incluir rodas e/ou lagartas configuradas para avançar a máquina de mineração 320 ao longo de um percurso de escavação pretendido.

[00038] A máquina de mineração 320 pode ainda incluir um mecanismo de corte 336. O mecanismo de corte 336 pode ser configurado para separar material geológico a partir de uma parede ou face de um trajeto de escavação. Em algumas modalidades, o mecanismo de corte 336 pode ser configurado para se mover em relação a um corpo da máquina de mineração através da faixa de movimento lateralmente lado a lado e verticalmente para cima e para baixo para efetuar a separação de material geológico a partir de uma parede do trajeto de escavação. Em algumas modalidades, a máquina de mineração 320 pode incluir duas ou quatro cabeças de corte de perfuração rotativa, comumente referidas como máquinas de mineração de dois rotores e quatro rotores. Um mecanismo de corte 336 incluindo quantidades alternativas de cabeças de corte ou mecanismos de corte alternativos é também contemplado.

[00039] A máquina de mineração 320 inclui ainda um mecanismo de trado 338 configurado para coletar o material geológico separado para depósito em um mecanismo transportador 340. O mecanismo transportador 340 está configurado para transportar o material geológico coletado para uma traseira 321 da máquina de mineração 320.

[00040] Uma corrente transportadora 322 pode ser operativamente acoplada à traseira 321 da máquina de mineração 320. A corrente transportadora 322 pode ser configurada para transportar o material geológico para uma saída de mina, onde pode ser içada para a superfície para posterior processamento e/ou transporte. A corrente transportadora 322 pode incluir uma ou mais seções transportadoras 342 operativamente acopladas uma à outra por uma ou mais pontes 344, configuradas para fornecer quatro graus de liberdade para permitir que a corrente transportadora 322 seja movida de lado a lado (guinada) e/ou rotacionada para a esquerda ou para a direita (rolagem) para garantir que permaneça centralizada e alinhada substancialmente na perpendicular à face.

[00041] Referindo a FIG. 4B, a máquina de mineração 320 pode ainda incluir um sistema de orientação inercial 346. O sistema de orientação inercial 346 pode ser configurado para detectar o movimento da máquina de mineração 320 e fornecer orientação direcional como um auxílio na orientação do mecanismo de acionamento dirigível 334 ao longo do trajeto de escavação pretendido. Em algumas modalidades, a orientação direcional é fornecida visualmente ou audivelmente a um operador, que manipula controles para afetar a direção. Em outras modalidades, a orientação direcional é fornecida como dados para um controlador de acionamento dirigível 360 (como representado na FIG. 4B) configurado para controlar e/ou auxiliar autonomamente um operador na direção da máquina de mineração 320.

[00042] O sistema de orientação inercial 346 pode incluir um ou mais acelerômetros 348 e um ou mais giroscópios 350. Como representado na FIG. 4B, o sistema de orientação inercial 346 inclui três acelerômetros 348a-c configurados para detectar a aceleração ao longo dos respectivos eixos geométricos x, y e z da máquina de mineração 320. O sistema de orientação inercial 346 inclui adicionalmente três giroscópios 350a-c configurados para detectar rotação respectivamente em torno dos três eixos geométricos x, y e z da máquina de mineração 320. Um controlador lógico programável 352 pode ser operacionalmente acoplado ao pelo menos um acelerômetro 348 e giroscópios 350, de modo a receber os dados de aceleração e rotação detectados. Os dados recebidos podem ser utilizados para determinar o movimento da máquina de mineração 320 em função do tempo. Posteriormente, a orientação direcional para manter o avanço da máquina de mineração 320 ao longo de um trajeto de escavação pretendido pode ser calculada.

[00043] Em algumas modalidades, o sistema de orientação inercial 346 pode ainda incluir um barramento de comunicação 354 configurado para comunicar pelo menos um dos dados de aceleração e rotação detectados, o movimento de determinação da máquina de mineração 320 sendo uma função do tempo, e/ou orientação direcional calculada para manter o avanço da máquina de mineração 320 ao longo de um trajeto de escavação pretendido para um receptor externo comunicativamente acoplado a, por exemplo, um servidor utilizado no planejamento e execução de operações de mineração. Diversas exibições gráficas podem ser calculadas a partir das informações comunicadas, por exemplo, o movimento da máquina de mineração em função do tempo, uma comparação do trajeto de escavação pretendido até um trajeto de escavação atual, trajetos de escavação anteriores escavados pela máquina de mineração 320, bem como material não minerado necessário para suporte em um formato de mapa, e orientação direcional calculada da máquina de mineração 320. Em uma modalidade, o sistema de orientação inercial 346 inclui o seu próprio visor 356 para exibição de uma ou mais exibições gráficas. O sistema de orientação inercial 346 pode ainda ser configurado com uma memória 358 para armazenar de forma permanente ou temporária essa informação para posterior recuperação.

[00044] Em uma modalidade, a uma ou mais pontes 344 da corrente transportadora 322 podem adicionalmente incluir um sistema de orientação inercial semelhante ao sistema de orientação inercial 346 como descrito acima. Em particular, em certas modalidades, a uma ou mais pontes 344 podem ser configuradas para detectar aceleração e rotação em torno dos respectivos eixos geométricos x, y e z da ponte 344, fornecendo assim informação relativa à operacionalidade da corrente transportadora 322 para um operador. Por exemplo, em uma modalidade, o sistema de orientação inercial de uma ponte 344 pode incluir pelo menos três acelerômetros, pelo menos três giroscópios, um controlador lógico programável e um barramento de comunicação. Em algumas modalidades, um sistema de orientação inercial pode ser incluído em cada ponte da corrente transportadora 322. Em outras modalidades, um sistema de orientação inercial pode ser incluído em certas pontes selecionadas 344 da corrente transportadora, fornecendo assim uma posição estimada de toda a corrente transportadora 322.

[00045] Com referência às FIGS. 2 e 4A-4B, em funcionamento, uma mina 110 é construída pela extração de material das câmaras 114a-114d, deixando os pilares 116 em posição entre e ao redor das câmaras 114a-114d para fornecer suporte estrutural. Por conseguinte, a máquina de mineração 320 é avançada ao longo de um trajeto de escavação pretendido ao mesmo tempo que corta material geológico (por exemplo, minério), forçando um mecanismo de corte 336 na face de mineração 118. O minério liberado pode então ser introduzido no centro da máquina de mineração 320, por exemplo, por rotores de contra rotação de um mecanismo de trado 338, e transportado através do meio da máquina de mineração 320 pela seção de transportador 342. A utilização de uma corrente transportadora 322 resulta tipicamente em câmaras longas 114a-114d tendo pilares de suporte estreitos não minerados 116 posicionados entre os mesmos. O comprimento das câmaras pode ser, por exemplo, entre cerca de 2.500 pés (762 m) e cerca de 9.000 pés (2.743,2 m), dependendo do equipamento de mineração e layout. Tal disposição requer que a máquina de mineração 320 siga de perto um rumo prescrito para impedir a intrusão no pilar estreito 116 que fornece suporte estrutural para as câmaras 114a-114d.

[00046] O minério pode então ser transportado ao longo de uma série de seções transportadoras 342, que podem ser ligadas entre si e com a máquina de mineração 320 pelas pontes 344, que é operada por trás da máquina de mineração 320. A corrente transportadora 322 transporta então o minério para um veio (por exemplo, veios de mina 12A ou 12B da Fig. 1), onde é içado para a superfície da terra para posterior transporte e/ou processamento.

[00047] Em contraste com os sistemas convencionais que utilizam tecnologia de detecção a laser, como descrito na seção Antecedentes, a máquina de mineração 320, seções transportadoras 342 e/ou pontes 344 da presente revelação podem ser alinhadas uma com a outra utilizando um sistema de orientação inercial 346 incluindo uma combinação de sensores de movimento e rotação (por exemplo, acelerômetros 348 e giroscópios 350 ).À medida que a máquina de mineração 320 avança em direção à face 118, a identificação dos dados de localização pode ser medida pelo sistema de orientação inercial 346. Por exemplo, a máquina de mineração 320 pode determinar a aceleração e/ou rotação ao longo de várias direções, tais como passo, guinada, rolagem, aceleração para a frente ou para trás (em que para frente é em direção à face 118), aceleração para cima ou para baixo (em que para baixo é ao longo do potencial gravitacional), ou aceleração da esquerda para a direita (em que esquerda e direita são as duas direções ortogonais para ambas as direções para frente e para baixo). Estes dados de aceleração e/ou rotação podem ser utilizados para verificar o movimento da máquina de mineração 320 e/ou da corrente transportadora 322 em função do tempo. Ao integrar os dados de aceleração e/ou rotação duas vezes, pode ser determinada uma posição da máquina de mineração 320 e/ou da corrente transportadora 322 no espaço euclidiano.

[00048] Em algumas modalidades, o sistema de orientação inercial 346 pode registrar o histórico de localização de modo que a corrente transportadora 322 possa ser posicionada atrás da máquina de mineração 320 e reduzir a quantidade de derramamento que poderia resultar de sistemas desalinhados. Isto é, não é necessária visão a laser para o uso de alinhamento da ponte 344 como nos sistemas do estado da técnica. Dispositivos sensores adicionais podem ser utilizados para calcular a posição e rotação das pontes 344 e/ou da corrente transportadora 322 em relação à máquina de mineração 320. O sistema de orientação inercial 346 pode estar em comunicação com as pontes 344 para receber e transmitir dados posicionais. O sistema pode ainda ser configurado para fornecer uma exibição gráfica ao operador para uso manual ou para controlar automaticamente o equipamento de mineração 120. A informação gerada pelo sistema de orientação inercial 346 pode ser armazenada em uma memória 358 para ser recuperada mais tarde.

[00049] Em tais sistemas, utilizando sistemas de orientação inercial 346 (com ou sem sistemas de orientação por laser), a máquina de mineração 320 e a corrente transportadora 322 não precisam de ser dispostas ao longo de uma linha reta ou de um trajeto linear. Pelo contrário, a máquina de mineração 320 pode ser conduzida ao longo de um veio de potassa ou outro material que resulta na captura do material mais geológico e de uma maneira que mantenha um arranjo adequado de câmara e pilar (ou seja, fornece suporte adequado), se ou não, o trajeto tomado pelo equipamento de mineração 320 é ao longo de um plano ou elevação constante. Em contraste com os sistemas de visão a laser, isso permite que o equipamento de mineração siga as ondulações em um veio sem parar para recalibrar.

[00050] Em modalidades onde a posição da máquina de mineração 320 é armazenada, as seções de transportadores de arrasto 342 e as pontes 344 podem ser encaminhadas ao longo do mesmo trajeto que foi tomado pela máquina de mineração 320 ou outro trajeto que evite o derramamento do minério. Por conseguinte, o controle de levantamento só é necessário no início da câmara e, por conseguinte, os atrasos de produção durante cada turno podem ser reduzidos ou eliminados. Em algumas modalidades, a máquina de mineração 320 pode ser controlada automaticamente para dirigir e/ou corrigir rumo em longas distâncias. Por exemplo, a máquina de mineração 320 pode ser operada sem um operador na tenda de controle, reduzindo potencialmente o trabalho necessário para operar a máquina de mineração 320.

[00051] Em modalidades, as câmaras 114a a 114d não precisam de ser exatamente paralelas uma à outra. Por exemplo, como anteriormente descrito na FIG. 1, as câmaras 14 podem ser dispostas paralelos uma a outra, perpendiculares entre si, ou em qualquer outra orientação que forneça suporte suficiente para os fundos da mina e permitindo a extração de materiais como a potassa da mina. Em qualquer caso, a incorporação de um sistema de orientação inercial nas operações de mineração é vantajosa na medida em que permite determinar a localização precisa da máquina de mineração 320 e/ou da corrente transportadora 322, estejam ou não esses elementos dispostos ao longo de uma linha reta necessária em sistemas convencionais de mira a laser. Além disso, sistemas de orientação inercial (especialmente aqueles que não viajam ao longo de um trajeto reto) podem permitir que a máquina de mineração 320 opere por longos períodos de tempo e/ou longas distâncias sem parar para recalibrar a posição, diferentemente dos sistemas de mira a laser que devem ser interrompidos para avançar o laser de vez em quando.

[00052] Várias modalidades de sistemas, dispositivos e métodos foram aqui descritas. Estas modalidades são dadas apenas a título de exemplo e não pretendem limitar o escopo das invenções reivindicadas. Deve ser apreciado, além disso, que as várias características das modalidades que foram descritas podem ser combinadas de várias maneiras para produzir numerosas modalidades adicionais. Além disso, enquanto vários materiais, dimensões, formas, configurações e localizações, etc. foram descritos para utilização com as modalidades reveladas, outros além dos revelados podem ser utilizados sem exceder o escopo das invenções reivindicadas.

[00053] Técnicos no assunto no estado da técnica relevante reconhecerão que as modalidades podem compreender menos características do que as ilustradas em qualquer modalidade individual descrita acima. As modalidades aqui descritas não pretendem ser uma apresentação exaustiva das maneiras pelas quais as várias características podem ser combinadas. Por conseguinte, as modalidades não são combinações mutuamente exclusivas de características; em vez disso, as modalidades podem compreender uma combinação de diferentes características individuais selecionadas a partir de diferentes modalidades individuais, como entendido por técnicos no assunto. Além disso, os elementos descritos em relação a uma modalidade podem ser implementados em outras modalidades, mesmo quando não descritos em tais modalidades, salvo indicação ao contrário. Embora uma reivindicação dependente possa referir-se nas reivindicações a uma combinação específica com uma ou mais outras reivindicações, outras modalidades também podem incluir uma combinação da reivindicação dependente com a matéria de cada outra reivindicação dependente ou uma combinação de uma ou mais características com outras reivindicações dependentes ou independentes. Tais combinações são propostas aqui, a menos que seja declarado que uma combinação específica não é pretendida. Além disso, pretende-se incluir também as características de uma reivindicação em qualquer outra reivindicação independente, mesmo que essa reivindicação não seja diretamente dependente da reivindicação independente.

[00054] Embora uma reivindicação dependente possa referir-se nas reivindicações a uma combinação específica com uma ou mais outras reivindicações, outras modalidades também podem incluir uma combinação da reivindicação dependente com a matéria de cada outra reivindicação dependente ou uma combinação de uma ou mais características com outras reivindicações dependentes ou independentes. Tais combinações são propostas aqui, a menos que seja declarado que uma combinação específica não é pretendida.

[00055] Para fins de interpretação das reivindicações, pretende-se expressamente que as disposições da Seção 112, sexto parágrafo da 35 USC, não sejam invocadas, a menos que os termos específicos “meios para” ou “etapas de” sejam recitados em uma reivindicação.

Claims (24)

1. Sistema de mineração com orientação direcional avançada configurada para permitir a escavação precisa de material geológico (232) sem a necessidade de avançar uma linha de levantamento por uma longa distância e/ou um trajeto de escavação não linear, o sistema de mineração caracterizado pelo fato de que compreende: uma máquina de mineração (320) com mecanismo de acionamento dirigível (334) configurado para avançar a máquina de mineração (320) ao longo de um trajeto de escavação não linear pretendido, um mecanismo de corte (336) configurado para separar material geológico (232) a partir de uma parede do trajeto de escavação, um mecanismo de trado (338) configurado para coletar o material geológico (232) separado, e um mecanismo transportador (340) configurado para transportar o material geológico (232) coletado para uma parte traseira da máquina de mineração (120); uma corrente transportadora (122,222,322) compreendendo uma pluralidade de seções transportadoras (342) configuradas para transportar o material geológico (232) para uma saída de mina (10,110); e uma ponte (124,224,324) que acopla a corrente transportadora (122,222,322) à máquina de mineração (320), em que a ponte (124,224,324) é configurada para fornecer graus de liberdade para permitir que porções da corrente transportadora (122,222,322) seja movida de lado a lado e seja rotacionada da esquerda para a direita para alinhar a corrente transportadora (122,222,322) perpendicular a uma face de mineração (118), e alinhar o mecanismo transportador (340) e a corrente transportadora (122,222,322); e um sistema de orientação inercial (346) operacionalmente acoplado à ponte (124,224,324), o sistema de orientação inercial (346) compreendendo: pelo menos um acelerômetro (348) configurado para detectar a aceleração ao longo de um eixo geométrico x da máquina de mineração (320), ao longo de um eixo geométrico y da máquina de mineração (320), e ao longo de um eixo geométrico z da máquina de mineração (320); pelo menos um giroscópio (350) configurado para detectar rotação em torno do eixo geométrico x da máquina de mineração (320), rotação em torno do eixo geométrico y da máquina de mineração (320) e rotação em torno do eixo geométrico z da máquina de mineração (320); e um controlador lógico programável (352) configurado para receber dados de aceleração detectados a partir do pelo menos um acelerômetro (348) e dados de rotação a partir do pelo menos um giroscópio (350), determinar o movimento da máquina de mineração (320) como uma função do tempo, e calcular a orientação direcional para manter o avanço da máquina de mineração (320) ao longo do trajeto de escavação não linear pretendido.

2. Sistema de mineração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de orientação inercial (346) inclui ainda uma memória (358) na qual o movimento da máquina de mineração (320) em função do tempo é armazenado.

3. Sistema de mineração, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o sistema de orientação inercial (346) inclui ainda um visor (356) que exibe informações sobre a orientação direcional.

4. Sistema de mineração, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o visor (356) é configurado para exibir graficamente o movimento da máquina de mineração (320) como uma função do tempo.

5. Sistema de mineração, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o visor (356) é configurado para exibir graficamente uma comparação do trajeto de escavação não linear pretendido para um trajeto de escavação atual da máquina de mineração (320).

6. Sistema de mineração, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o visor (356) é configurado para exibir graficamente trajetos de escavação anteriores escavados pela máquina de mineração (320), bem como material não minerado necessário para suporte estrutural entre trajetos escavados adjacentes em um formato de mapa.

7. Sistema de mineração, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o visor (356) é configurado para exibir graficamente a orientação direcional calculada da máquina de mineração (320).

8. Sistema de mineração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o sistema de orientação inercial (346) inclui ainda um barramento de comunicação (354) configurado para transmitir a orientação direcional calculada ao mecanismo de acionamento dirigível (334).

9. Sistema de mineração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de acionamento dirigível (334) é configurado para dirigir automaticamente a máquina de mineração (320) de acordo com a orientação direcional.

10. Sistema de mineração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de orientação inercial (346) inclui ainda dispositivos sensores adicionais configurados para detectar pelo menos um dentre aceleração e rotação ao longo da corrente transportadora (122,222,322).

11. Sistema de mineração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de orientação inercial (346) compreende três acelerômetros (348), em que um primeiro acelerômetro (348) é configurado para detectar aceleração ao longo do eixo geométrico x da máquina de mineração (320), um segundo acelerômetro (348) é configurado para detectar aceleração ao longo do eixo geométrico y da máquina de mineração (320), e um terceiro acelerômetro (348) é configurado para detectar a aceleração ao longo do eixo geométrico z da máquina de mineração (320).

12. Sistema de mineração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de orientação inercial (346) compreende três giroscópios (350), em que pelo menos um giroscópio (350) está configurado para detectar rotação em torno do eixo geométrico x da máquina de mineração (320), pelo menos um giroscópio (350) é configurado para detectar rotação em torno do eixo geométrico y da máquina de mineração (320), e pelo menos um giroscópio (350) é configurado para detectar a rotação em torno do eixo geométrico z da máquina de mineração (320).

13. Método de fornecer orientação direcional para um sistema de mineração, de modo a permitir a escavação precisa de material geológico (232) sem a necessidade de avançar uma linha de levantamento por uma longa distância e/ou um trajeto de escavação não linear, o método caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer uma máquina de mineração (320) com um mecanismo de acionamento dirigível (334), um mecanismo de corte (336), um mecanismo de trado (338), um mecanismo transportador (340), uma ponte (124,224,324) e um sistema de orientação inercial (346), a ponte (124,224,324) acoplando o mecanismo transportador (340) à máquina de mineração (320) e o sistema de orientação inercial (346) operacionalmente acoplado à ponte (124,224,324), o sistema de orientação inercial (346) incluindo: pelo menos um acelerômetro (348) configurado para detectar aceleração ao longo de um eixo geométrico x da máquina de mineração (320), aceleração ao longo do eixo geométrico y da máquina de mineração (320), e ao longo de um eixo geométrico z da máquina de mineração (320); pelo menos um giroscópio (350) configurado para detectar rotação em torno do eixo geométrico x da máquina de mineração (320), rotação em torno do eixo geométrico y da máquina de mineração (320) e rotação em torno do eixo geométrico z da máquina de mineração (320); e um controlador lógico programável (352) configurado para receber dados detectados a partir do pelo menos um acelerômetro (348) e do pelo menos um giroscópio (350) e calcular a orientação direcional de modo a manter um avanço prescrito; avançar a máquina de mineração (320) ao longo de um trajeto de escavação não linear pretendido; detectar movimento da máquina de mineração (320); determinar o movimento da máquina de mineração (320) como uma função do tempo; e fornecer orientação direcional para manter o avanço da máquina de mineração (320) ao longo do trajeto de escavação pretendido.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o sistema de orientação inercial (346) inclui ainda uma memória (358) na qual o movimento da máquina de mineração (320) como uma função do tempo é armazenado.

15. Método, de acordo com reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que o sistema de orientação inercial (346) inclui ainda um visor (356).

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a exibição do movimento da máquina de mineração (320) como uma função do tempo.

17. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a exibição de uma comparação do percurso de escavação não linear pretendido com um percurso de escavação atual da máquina de mineração (320).

18. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a exibição de trajetos de escavação anteriores escavados pela máquina de mineração (320), bem como o material não minerado necessário para o suporte estrutural entre trajetos escavados adjacentes em um formato de mapa.

19. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a exibição da orientação direcional calculada da máquina de mineração (320).

20. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a transmissão da orientação direcional calculada para um mecanismo de acionamento dirigível (334).

21. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a dirigir automaticamente a máquina de mineração (320) de acordo com a orientação direcional.

22. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a detecção de pelo menos um dentre aceleração e rotação através de dispositivos sensores adicionais ao longo de uma corrente transportadora (122,222,322).

23. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o sistema de orientação inercial (346) compreende três acelerômetros (348), em que um primeiro acelerômetro (348) é configurado para detectar aceleração ao longo do eixo geométrico x da máquina de mineração (320), um segundo acelerômetro (348) é configurado para detectar aceleração ao longo do eixo geométrico y da mineração máquina, e um terceiro acelerômetro (348) é configurado para detectar a aceleração ao longo do eixo geométrico z da máquina de mineração (320).

24. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o sistema de orientação inercial (346) compreende três giroscópios (350), em que pelo menos um giroscópio (350) é configurado para detectar a rotação em torno do eixo geométrico x da máquina de mineração (320), pelo menos um giroscópio (350) é configurado para detectar rotação em torno do eixo geométrico y da máquina de mineração (320), e pelo menos um giroscópio (350) é configurado para detectar a rotação em torno do eixo geométrico z da máquina de mineração (320).