CN105386764A - 长壁剪切系统的底盘俯仰控制 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在长壁挖掘系统中监控长壁剪切挖掘机械的系统和相应的方法，其中，所述剪切挖掘机械包括剪切机，所述剪切机具有切割滚筒；所述方法包括：通过处理器获取期望的俯仰角信息；通过所述处理器接收表示所述剪切机当前俯仰位置的俯仰角。所述方法还包括：通过所述处理器确定所述俯仰角是否在期望的俯仰角范围之内；以及基于所述俯仰角是否在期望的俯仰角范围之内，通过所述处理器控制所述切割滚筒的位置。所述期望的俯仰角范围基于所述期望的俯仰角信息。

Description

长壁剪切系统的底盘俯仰控制

技术领域

本发明涉及对长壁挖掘系统(longwallminingsystem)的剪切机(shearer)的位置进行监控。

背景技术

长壁挖掘系统使用剪切机从矿藏开采矿石或者其他矿物，所述剪切机沿着平行于矿面的轨道行进。所述剪切机沿着所述轨道前进，沿途从所述矿面刨取矿物。在所述剪切机走完了煤面的宽度并移除一层矿物之时或之后，所述剪切机所行进的所述轨道向前靠近新暴露的矿面。所述轨道在之前被剪切机从所述矿物刨切开的地面上前行。如果所述剪切机在一个或多个通过的期间将地面刨切得太高或太低，所述轨道和所述剪切机可能会分别变得倾斜或歪斜，并且无法与待开采的矿层对齐。

发明内容

在一个实施方式中，本发明提供一种监控长壁挖掘系统中的长壁剪切挖掘机械的方法，所述剪切挖掘机械包括剪切机，所述剪切机具有切割滚筒(cutterdrum)，所述方法包括：通过处理器获取期望的俯仰(pitch)角信息；通过所述处理器接收表示所述剪切机的当前俯仰位置的俯仰角。所述方法还包括：通过所述处理器确定所述俯仰角是否在期望的俯仰角范围之内。所述期望的俯仰角范围基于所述期望的俯仰角信息。所述方法还进一步包括：基于所述俯仰角是否在所述期望的俯仰角范围之内，通过所述处理器控制所述切割滚筒的位置。

在另一实施方式中，本发明提供一种用于长壁挖掘系统的监控装置，所述长壁挖掘系统包括剪切机，所述剪切机具有切割滚筒和和用于确定所述剪切机的俯仰位置的传感器，所述监控装置包括：在处理器上实现的监控模块，所述监控模块与所述剪切机进行通讯以获取期望的俯仰角信息以及接收表示所述剪切机当前俯仰位置的俯仰角。所述监控模块包括：分析模块，所述分析模块被配置成确定所述俯仰角是否在期望的俯仰角范围内。所述俯仰角范围基于所述期望的俯仰角信息。所述监控模块还包括校正模块，所述校正模块被配置成基于所述俯仰角是否在所述期望的俯仰角范围内控制所述切割滚筒的位置。

通过参考本详细说明和附图，本发明的其它方面将变得更加明显。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的开采系统的示意图。

图2A-B示出了图1的开采系统的长壁挖掘系统。

图3示出了当矿物从所述矿层移除时地质层的塌陷。

图4示出了所述长壁挖掘系统的动力顶部支撑。

图5示出了所述长壁挖掘系统的所述顶部支撑的另一视图。

图6A-B示出了所述长壁挖掘系统的长壁剪切机。

图7A-B示出了穿过矿层时的长壁剪切机。

图8示出了设置在所述长壁挖掘系统的所述剪切机中的传感器的大概位置。

图9是图6A-B的所述剪切机的控制器的示意图。

图10是所述长壁挖掘系统的监控模块的示意图。

图11是示出了用于所述长壁挖掘系统的所述剪切机的监控阈值的示意图。

图12是示出了监控俯仰剪切机位置的方法的流程图。

图13是图1中示出的所述开采系统的安全监控系统的示意图。

图14是图13的所述安全监控系统的长壁控制系统的示意图。

图15示出了示例性的电子邮件警示。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施例之前，应当明白，本发明的应用不限于在以下描述中所讨论的以及在附图中所示出的有关部件的构造和排布的细节。本发明能够具有其它的实施方式，并能够以各种不同的方式来实践或实施。

此外，应当明白，本发明的实施方式可包括硬件、软件和电子部件或模块，这些硬件、软件和电子部件或模块为了描述的目的而被示出或描述成好像这些零部件的大部分仅仅是以硬件的形式来实施。然而，本领域技术人员基于对本文的详细描述的理解将明白，在至少一个实施方式中，本发明的以电子为基础的方面可通过以一个或多个处理器来执行的软件(比如存储在非易失的计算机可读介质中)来实施。因此，应当注意，多个基于硬件和软件的设备以及多个不同结构的部件可用来实施本发明。此外，如同在下面的段落中描述的，附图中展示的具体的机械构造意图对本发明的实施方式进行举例说明。然而，可以存在其他可供选择的机械构造。例如，在说明书中所描述的“控制器”和“模块”可包括一个或多个处理器、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入/输出界面和连接所述部件的不同连接装置(比如系统总线)。在一些实施方式中，所述控制器和模块可作为一个或多个通用处理器、数字信号处理器(DSPs)、专用集成电路(ASICs)以及现场可编程门阵列(FPGAs)进行实施，以执行指令或者以其他方式执行本申请中描述的所述控制器和模块的功能。

图1示出了开采系统100。所述开采系统100包括长壁挖掘系统200以及安全监控系统400。所述开采系统100被配置成以高效的方式从矿藏开采矿石或矿物，例如煤炭。在其他实施方式中，所述开采系统100用于开采其他矿石和/或矿物。例如，在其他实施方式中，天然碱，一种陆相蒸发矿物，使用长壁挖掘系统被开采出来。所述长壁挖掘系统200包括工具，例如剪切机300，以物理的方式从地下矿藏开采煤炭或其他矿物。所述安全监控系统400监控长壁挖掘系统200的操作，用以例如确保矿物的开采维持高效和检测设备故障等等。

长壁挖掘从识别待开采的矿层开始，然后通过围绕各矿板的周边挖掘巷道将所述矿层“封闭”成矿板。在矿层的挖掘(例如煤炭挖掘)期间，不会挖掘相邻矿板之间选择好的矿柱，以助于支撑上方地质层。所述矿板通过长壁挖掘系统200挖掘，并且所述开采的矿物被运送至所述矿藏的表面。

如图2A至2B所示，所述长壁挖掘系统200包括顶部支撑205、长壁剪切机300以及装甲表面输送机(AFC)215。所述长壁挖掘系统200的位置通常平行于矿面216(参见图3)。所述顶部支撑205通过电气和液压连接互联，并且平行于矿面216(参见图3)。进一步，所述顶部支撑205遮蔽所述剪切机300以隔开上方的地质层218(参见图3)。在所述挖掘系统200中使用的顶部支撑205的数量取决于被挖掘的所述矿面216的宽度，因为所述顶部支撑205意图保护所述矿面216的全宽免受地质层218的影响。

所述剪切机300通过所述AFC215沿所述矿面216前进，所述AFC215包括用于所述剪切机300的专用轨道，并且所述专用轨道平行于所述矿面216延伸。所述剪切机轨道的位置位于所述矿面216本身与所述顶部支撑205之间。当所述剪切机300沿所述矿面216的横向行进时，会移除一层矿物，所述顶部支撑205自动前进以支撑地质层218新暴露部分的顶部。

图3示出了当所述剪切机300将矿物从所述矿面216移除时，所述挖掘系统200穿过所述矿层217前进。图3示出的所述矿面216垂直于附图的平面延伸。当所述挖掘系统200穿过所述矿层217(图3右边)前进时，所述地质层218允许在所述挖掘系统200的后方塌陷，以形成废矿219。所述挖掘系统200继续前向前进并且刨取更多矿物直至到达矿层217的端部。

当所述剪切机300沿着所述矿面216的侧面行进时，被开采的矿物落到传送机上，所述传送机位于所述AFC215中且平行于所述剪切机轨道。通过所述传送机将所述矿物从所述矿面216运走。所述AFC215通过所述顶部支撑205朝向所述矿面216的方面前进，前进的距离等于所述矿层之前被所述剪切机300移除的深度。所述AFC215的前进允许来自下一个剪切机通过的被挖掘的矿物落到所述传送机上，并且也允许所述剪切机300与所述矿面216接触以继续刨取矿物。所述传送机和所述AFC215的轨道由位于主门221和尾门222的AFC驱动器220驱动，所述主门221和尾门222位于所述AFC215的尾端。所述AFC驱动器220允许所述传送机持续向主门221(图2A左侧)传输矿物，并且允许沿着所述AFC215的轨道拉动所述剪切机300以双向横穿所述矿面216。

所述长壁挖掘系统200还包括梁式装料传送机(BSL)225，所述BSL225垂直于所述AFC215的主门端进行设置。图2B示出了所述长壁挖掘系统200的透视图以及所述BSL225的展开图。当所述被开采的矿物被AFC215拖拉至主门221时，所述矿物绕90°转弯的路径来到所述BSL225上。在一些实施方式中，所述BSL225与所述AFC215相连接的角度并非刚好是90°角。所述BSL225然后将所述矿物准备并装载到主门传送机(未显示)上，所述主门传送机将所述矿物运送到表面。所述矿物通过破碎机230来准备装载，所述破碎机230碎开所述矿物以改善在所述主门传送机上的装载。与所述AFC215的传送机相似，所述BSL225的传送机由BSL驱动器驱动。

图4示出了沿所述矿面216的方向观察到的所述长壁挖掘系统200。所述顶部支撑205被示出通过其悬伸顶盖236遮蔽所述剪切机300，以隔开上方的地质层218。所述顶盖236通过液压支柱250和252(图4中只显示了其中一根)进行垂直位移(例如移向所述地质层218或从所述地质层218移开)。所述顶盖236因此通过向所述液压支柱250和252施加不同的压力，在地质层218上施加一系列向上的力。在所述顶盖236的工作面端部安装导向板或防护板242，图中显示的是对矿面进行支撑的位置。然而，所述防护板242也可以通过防护臂244完全展开，如阴影部分所示。当所述矿层被刨走时，连接于基部248的前向驱压装置246允许所述顶部支撑205被拉向所述矿面216。图5示出了所述顶部支撑205的另一视图。图5示出了支撑所述顶盖的左侧液压支柱250和右侧液压支柱252。左侧液压支柱250和右侧液压支柱252都包含支撑所述顶盖236的承压流体。

图6A至6B示出了剪切机300。图6A示出了所述剪切机300的透视图。所述剪切机300具有延长的中心壳体305，所述壳体305容纳用于所述剪切机300的操控装置。滑靴310从所述壳体305的下部延伸，所述滑靴310将所述剪切机300支撑在所述AFC215上。特别地，所述滑靴310啮合所述AFC215的轨道，以允许所述剪切机300沿所述矿面216前进。右侧切割臂315和左侧切割臂320分别从所述壳体305的侧面延伸，所述右侧切割臂315和所述左侧切割臂320通过安装在右臂马达壳体325和左臂马达壳体330内的液压缸可移动地被驱动。所述液压缸是配置用于连接所述右侧切割臂315的右臂液压系统386的一部分以及配置用于连接所述左侧切割臂320的左臂液压系统388的一部分。

所述右侧切割臂315的远端(相对所述壳体305)为右侧切割器335，所述左侧切割臂320的远端为左侧切割器340。切割器335和340都具有复数个挖掘截齿(miningbits)345，当所述切割器335和340转动时，所述挖掘截齿345磨损所述矿面246，从而将所述矿物切割出来。所述挖掘截齿345也可从其尖端喷射流体，例如，将在挖掘点所产生的有害和/或可燃气体驱散。通过右侧切割马达355驱动(例如，旋转)所述右侧切割器335，同时通过左侧切割马达350驱动(例如，旋转)所述左侧切割器340。所述液压系统386和388被配置成分别垂直移动所述右侧切割臂315和所述左侧切割臂320，从而分别改变所述右侧切割器335和所述左侧切割器340的垂直位置。

所述切割器335和340的垂直位置为所述切割臂315和320关于所述主壳体305的角度的函数。改变所述切割臂315和320关于所述主壳体305的角度相应地增大或减小了所述切割器335和340的垂直位置。例如，当所述左侧切割臂320从水平面提升至20°时，所述切割器340可能经历了例如0.5米垂直位置正向变化，同时当所述左侧切割臂320从水平面降低至-20°时，所述左侧切割器340可能经历了例如-0.5米的垂直位置的负向变化。因此，基于所述切割臂315和320关于所述水平面的角度，可以测量和控制所述切割器335和340的垂直位置。图6B示出了剪切机300的侧视图，所述剪切机包括：切割器335和340；切割臂315和320；滑靴310；以及壳体305。图6B还示出了左侧臂马达350和右侧臂马达355的细节，左侧臂马达壳体330和左侧臂马达壳体325分别封闭所述左侧臂马达350和所述右侧臂马达355。

尽管所述剪切机300没有必要双向切割矿物，但是所述剪切机300能够以双向的方式沿着所述矿面216进行横向位移。例如，在一些挖掘操作中，能够沿着所述矿面216双向牵引所述剪切机300，但是只在一个方向行进时才刨取矿物。例如，可操作所述剪切机300在其第一次前行穿过所述矿面216宽度的过程中切割矿物，但是在其返回穿过时不切割矿物。作为替换方式，所述剪切机300可以配置成在前行和返回穿过的过程中都切割矿物，从而执行双向切割操作。图7A至7B用端视图示出了穿过所述矿面216的所述长壁剪切机300。如图7A至7B所示，所述左侧切割器340和所述右侧切割器335交错开从而增加所述剪切机每次穿过时被切割的所述矿面216的面积。特别地，当所述剪切机300沿着所述AFC215水平移位时，所述左侧切割器340被示出从所述矿面216的下半部(例如，下部)刨取矿物，并且在本申请中可被称为下位切割器(floorcutter)，同时，所述右侧切割器335被示出从所述矿面216的上半部(例如，上部)采走矿物。本申请中所述右侧切割器可被称为上位切割器(roofcutter)。应当理解，在一些实施方式中，所述左侧切割器340切割所述矿面216的上部，同时所述右侧切割器335切割所述矿面216的下部。

所述剪切机300还包括控制器384和各种传感器，以能自动控制所述剪切机300。例如，所述剪切机300包括左侧摇臂角度传感器360、右侧摇臂角度传感器365、左侧牵引齿轮传感器370、右侧牵引齿轮传感器375以及俯仰和横摇(roll)传感器380。图8示出了这些传感器的大概位置，尽管在一些实施方式中，所述传感器设置在所述剪切机300的其他位置。所述角度传感器360和365提供关于所述切割臂315和320的倾斜角的信息。因此，可以使用来自所述角度传感器360和365的信息，并结合例如已知的所述剪切机300的尺寸(例如，切割臂315的长度)，来估计所述右侧切割器335和所述左侧切割器340的相对位置。所述牵引齿轮传感器370和375提供关于所述剪切机300位置的信息，以及提供所述剪切机300移动速度和移动方向的信息。所述俯仰和横摇传感器380提供关于所述剪切机300的角度对准的信息。

如图8所示，所述剪切机300的俯仰指的是朝向所述矿面216或远离所述矿面206的有角度的倾斜。正向俯仰指的是所述剪切机300远离所述矿面216的倾斜(即，当所述剪切机300的正面高于所述剪切机300的采空面)，而反向俯仰指的是剪切机300朝向所述矿面216倾斜(即，当所述剪切机300的正面低于所述剪切机300的采空面)。所述剪切机300的俯仰位置受所述AFC215的位置影响。由于当每个剪切机通过后所述AFC215向前行进，所述剪切机300的俯仰角至少部分地是由矿物的开采所形成(即，通过所述上位切割器335和下位切割器340)并且所述AFC215所落置的地平面确定的。也就是说，当向前推动所述剪切机300穿过所述矿面216并且开采所述矿物时，所述上位切割器340执行的开采就是从地面移走矿物，而所述AFC215将在其下一次通过时定位在所述地面上。如果从一个剪切行程到下一个剪切行程(即，当所述剪切机300向前穿过所述矿层217时)，所述下位切割器340的位置没有发生变化，所述剪切机300的俯仰角从一个剪切行程到下一个剪切行程时应当保持大致相同，因为所述下位切割器340持续切割相同的地面或大致相同的地面。然而，如果所述下位切割器340的位置通过提高或降低下位切割器340而发生变化，那么当所述AFC215在刚被所述下位切割器340切割的地面上前行时，所述剪切机300的俯仰角也会立刻发生变化。此外，矿层不齐以及其他因素可能导致在所述AFC215之下的地面的角度具有意想不到的或者不期望的朝向或者远离所述矿面216的角度，该角度会传递至所述剪切机300(被所述AFC支撑)从而影响所述剪切机的俯仰角。

例如，如果降低所述下位切割器340(即，在所述AFC215底部以下切割)，所述下位切割器340从所述矿面216的一部分(该部分位于所述AFC215的当前平面之下)开采矿物或物料。因此，当所述AFC215向前行进时，至少所述AFC215的正面部分会位于较低的地面上，这将改变所述剪切机300的俯仰角(例如，减小所述剪切机300的俯仰角)。类似地，如果升起所述下位切割器340(即，在所述AFC215的底部上方切割)，所述下位切割器340将所述矿面216的一部分(该部分位于所述AFC215的当前平面之上)留下来(即，不开采)。因此，当所述AFC215向前行进时，至少所述AFC215的正面部分会位于较高的地面，这将改变所述剪切机300的俯仰角(例如，增大所述剪切机300的俯仰角)。

因此，所述剪切机300的当前俯仰角取决于支撑所述AFC215的地面，并且所述剪切机300的未来的俯仰角取决于所述下位切割器340的垂直位置，因为所述下位切割器340从所述矿面216将所述AFC215将要前进越过的地面挖开。例如，当所述AFC215前进时，降低所述下位切割器340会减小所述剪切机300的俯仰角，而升高所述下位切割器340会增大所述剪切机300的俯仰角。当所述剪切机的俯仰太小时，所述剪切机300有撞上所述矿面216并停机的风险。然而，当所述剪切机300的俯仰太大时，所述剪切机300反而会向后倾覆。因此，当所述剪切机300在期望的俯仰范围之外运行时，所述剪切机300增加了产生故障停机甚至损坏所述剪切机300或者所述挖掘系统200其他部分(例如，所述顶部支撑205)的风险。对所述剪切机300位置的监控还使得所述长壁挖掘系统200的故障停机时间最小化，并且使产生开采问题的可能性最小化，所述挖掘问题例如为矿物材料的降解、矿面齐整性的恶化、因为破坏上方的矿岩层而形成空腔，而且在一些情况下缺乏监控可能会损坏所述长壁挖掘系统200。

如图8所示，所述剪切机300的横摇指的是所述剪切机300的右侧(例如，所述尾门)与所述剪切机300左侧(例如，所述主门)之间的角度差异。正向横摇指的是所述剪切机300朝向所述尾门倾斜，而反向横摇指的是所述剪切机300朝向所述主门且远离所述尾门倾斜。所述剪切机300的俯仰和横摇都以角度进行测量。俯仰或横摇为零表示所述剪切机300是水平的。

所述传感器360、365、370、375和380向所述控制器384提供信息，从而使所述剪切机300保持高效运行。如图9所示，所述控制器384还与有关所述剪切机300的其他系统进行通讯。例如，所述控制器384与右臂液压系统386和左臂液压系统388进行通讯。基于从所述各种传感器360、365、370、375和380接收的信息，所述控制器384监测并且控制所述液压系统386、388以及马达350、355的运行。例如，基于从所述各种传感器360、365、370、375和380接收的信息，所述控制器384改变所述液压系统386、388以及马达350、355的运行。

特别地，所述控制器384监控有关所述剪切机300的俯仰信息，以及基于所述剪切机300的俯仰位置控制所述切割器335和340的位置。如图10所示，所述控制器384包括监控模块430，所述监控模块430监测通过所述传感器360、365、370、375和380获得的所述剪切机位置数据。所述监控模块430包括分析模块434，所述分析模块434接收所述位置数据，所述位置数据包括关于所述剪切机300的位置的信息，并将所述剪切机300的位置与期望的剪切机位置进行比较。例如，如图11所示，所述分析模块434将所述剪切机300的当前俯仰角500与期望的俯仰角504和期望的俯仰角范围508进行比较。所述监控模块430也包括校正模块438，所述校正模块438控制所述剪切机300的运行并且执行校正动作从而使得所述剪切机的俯仰位置接近所述期望的剪切机俯仰位置。

在一些实施方式中，所述控制器384还监控所述剪切机300的其他运行和参数。例如，在一些实施方式中，通过离线软件设施的使用，限定初始切割顺序(例如，沿所述矿面216的行程)以及开采高度(例如，所述切割器335和340的高度)，随后将所述切割顺序和切割高度作为切割配置(cuttingprofile)被装载到所述剪切机控制系统上。一旦所述剪切机控制器384获得所述初始切割顺序和所述开采高度，所述控制器384控制所述剪切机300使得所述剪切机300自动复制所述预定义的切割配置直到矿层217的情况发生变化。当矿层情况发生变化时，所述剪切机300的操作员对所述切割器335和340进行超驰控制，同时所述控制器384记录所述新的顶部/地面高度作为新的切割配置。

此外，所述切割配置可以定义沿所述矿面216的不同部分的不同的切割高度。为了参考目的，可基于顶部支撑将将所述矿面216分割成各部分。举一个简单的例子，所述长壁系统沿所述矿面216可以包括一百个顶部支撑，用于单个剪切机的通过的所述切割配置可规定每十个顶部支撑的切割高度。在该例子中，十个不同的切割高度(每一个切割高度用于十个顶部支撑部分)将被包括于用于单个剪切行程的切割配置中，以定义整个长壁的切割高度。所述部分的尺寸(即，每个部分的顶部支撑的数量)根据期望的精度和其他因素发生变化。

图12示出了通过所述分析模块434和所述校正模块438执行的方法，所述方法将所述剪切机300维持在期望的俯仰位置参数范围内运行。如图12所示，所述分析模块434首先接收俯仰角信息(图框600)。所述俯仰角信息是电子数据，接收自例如操作员或用户手动输入的数据(例如，通过键盘、鼠标、触屏或其他用户界面)、矿层建模软件提供的所述数据、通过实时矿层监控系统输出的所述数据、在所述矿藏位点之外的远程检查员/操作员(例如，通过远程监控系统400)、以上的组合或者其他来源。所述俯仰角信息包括或被用于计算期望的俯仰角的范围，所述范围可以通过高阈值和低阈值进行限定。

在一些实施方式中，所述接收的俯仰角信息呈期望的俯仰角504以及期望的俯仰角公差(tolerance)512的形式。例如，基于所述矿层217的平面图，用户可以测量位于所述挖掘位点的期望的俯仰角504，并且基于所述矿藏的位置的地形类型以及特殊的剪切机300的运行参数，用于可为实际应用确定适当的俯仰角公差512。所述用户然后将所述期望的俯仰角504(例如，20°)以及所述公差512(例如30°)输入所述分析模块434。在一些实施方式中，在步骤600，所述用户输入一些俯仰角信息，而所述分析模块434从另一来源获取剩余的俯仰角信息。例如，所述用户输入所述期望的俯仰角504，但是所述分析模块434从在配置阶段或制造时期预先存储的内存中(例如，所述控制器384的内存或者所述远程监控系统400的内存)访问所述期望的俯仰角公差512。

收到后，所述分析模块434使用所述期望的俯仰角504和所述期望的俯仰角公差512确定高俯仰角阈值516和低俯仰角阈值520，以限定期望的俯仰角范围508(图框604)。这样做的话，所述分析模块434首先计算所述俯仰角公差508的一半。在所述示出的示例中，所示例的30°的俯仰角公差508的一半相当于15°。所述分析模块434然后把所述俯仰角公差508的一半加到所述期望的俯仰角504上以计算所述高俯仰阈值516。在所述示出的示例中，所述高俯仰阈值516计算得到35°(例如，20°加上15°)。为计算所述低俯仰阈值520，所述分析模块434从所述期望的俯仰角504减去所述俯仰角公差508的一半。在所述示出的示例中，所述低俯仰阈值520计算得到5°(例如，20°减去15°)。

如图11所示，由于计算了所述低俯仰阈值520和所述高俯仰阈值516，所述期望的俯仰角504相当于所述低俯仰阈值520和所述高俯仰阈值516的中点。所述低俯仰阈值520和所述高俯仰阈值516从而限定所述期望的俯仰角范围508。在所述示出的示例中，所述期望的俯仰角范围508为5°至35°。在一些实施方式中，所述分析模块434没有计算所述高俯仰阈值516和/或低俯仰阈值520。然而，通过所述分析模块434接收的所述俯仰角信息，除了所述期望的俯仰角504和所述期望的俯仰角公差512外还包括所述高俯仰阈值516和所述低俯仰阈值520，或者用所述高俯仰阈值516和所述低俯仰阈值520替代所述期望的俯仰角504和所述期望的俯仰角公差512。

所述分析模块434然后从所述俯仰和横摇传感器380接收所述当前俯仰角500(图框608)。所述分析模块434继续确定所述当前俯仰角500是否在所述期望的俯仰角范围508内。为此，所述分析模块434确定所述当前俯仰角500是否超过所述高俯仰阈值516(图框612)。如果所述分析模块434确定了所述当前俯仰角500超过所述高俯仰阈值516，所述校正模块438继续计算俯仰校正高度(图框616)。所述俯仰校正高度指示了所述下位切割器340的期望的垂直位置，所述期望的垂直位置会使得所述剪切机300的俯仰接近所述期望的俯仰角504和/或使得所述剪切机300的俯仰在所述期望的俯仰角范围508内进行操作。所述校正模块438通过计算所述当前俯仰角500与最接近的俯仰阈值516和520之间的差异确定所述俯仰校正高度，将角度的变化转换成所述下位切割器340的垂直位置的变化(例如，-0.5米)，并且确定所述下位切割器340的期望的垂直位置(例如，从0.5米的所述当前垂直位置向下0米)。

在所述示出的示例中，当所述当前俯仰角500超过所述高俯仰阈值516时，所述校正模块438计算所述当前俯仰角500与所述高俯仰阈值516之间的差异，并且将该差异转换成所述下位切割器340垂直位置的变化(例如，-0.5米)。所述校正模块438然后确定所述下位切割器340的所述期望的垂直位置，所述期望的垂直位置相当于为引起所计算出的俯仰角的变化所需要的垂直位置的变化。例如，所述校正模块438可以确定，为了使所述剪切机300的所述俯仰角位于所述期望的俯仰角范围508内，应当将所述下位切割器340从0.5米的所述当前垂直位置向下移动到例如0米的期望垂直位置。在图框620，所述校正模块438与左臂液压系统388进行通讯，以改变所述下位切割器340的垂直位置，从而所述左臂液压系统388使所述下位切割器340降至所述俯仰校正高度(例如，所述下位切割器340的所述期望的垂直位置)。一旦降低了所述下位切割器340并且所述AFC215向前行进，所述剪切机300的俯仰角在下一次行程时减小，并且开始在所述期望的俯仰范围508内进行操作。所述分析模块434然后继续监控所述剪切机300的俯仰角(图框608)。

另一方面，如果所述分析模块434确定所述当前俯仰角500没有超过所述高俯仰阈值516，所述分析模块434继续确定所述当前俯仰角500是否低于所述低俯仰阈值520(图框624)。如果所述分析模块434确定所述当前俯仰角500低于所述低俯仰阈值520，所述校正模块438接着计算所述俯仰校正高度。在该情况下，所述校正模块438通过计算所述当前俯仰角500与低俯仰阈值520之间的差异、将所述角度的差异转换成必要的高度变化以及确定所述下位切割器340的期望的垂直位置，确定所述俯仰校正高度。所述校正模块438与左臂液压系统388进行通讯，以改变所述下位切割器340的垂直位置，从而所述左臂液压系统388将所述下位切割器340升至所述俯仰校正高度(图框632)。一旦将所述下位切割器340升至所述期望的垂直位置，例如，1米，并且所述AFC215向前行进，所述剪切机300的俯仰角在下一次行程时也会增加并且开始在所述期望的俯仰角范围508内进行操作。所述分析模块434然后继续监控所述剪切机300的俯仰角(图框608)。另一方面，如果所述分析模块434确定所述当前俯仰角500不低于所述低俯仰阈值520(即，所述当前俯仰角500在所述期望的俯仰角范围508内)，所述分析模块434简单地继续监控所述当前俯仰角500(关于所述期望的俯仰角范围508)，并且所述下位切割器340的位置不会变化。

通常，所述当前俯仰角500超过所述高俯仰阈值516或者低于所述低俯仰阈值520越多，用以校正所述剪切机300俯仰角的所述下位切割器340的垂直位置的必要变化就越大。然而，由于所述剪切机300的物理尺寸(例如，所述切割臂315和320的长度)和所述AFC215的物理尺寸(例如，所述AFC215的深度)，所述切割器335和340可能被限制于最大垂直高度(例如3米)以及最小垂直高度(例如-1米)。因此，所述下位切割器340的期望的垂直位置不超过所述最大垂直高度或者所述最小垂直高度。换句话说，尽管所述校正模块438计算所述下位切割器340的期望的垂直位置为高于所述最大垂直高度或者低于所述最小垂直高度，所述校正模块438会酌情确定在这种情况下的所述期望的垂直位置等于所述最大垂直高度或者所述最小垂直高度。然而，在这些情况下，就算所述下位切割器340被移至所述期望的垂直位置，垂直位置的变化不足以将所述剪切机300带到所述期望的俯仰角504。因此，在这种情况下，用于所述剪切机300的所述俯仰角需要多次通过才能校正所述俯仰角500。

所述俯仰角检测和校正动作部分地依赖于尾随所述剪切机300主体的所述下位切割器340。换句话说，其部分地依赖于设置在所述剪切机300的在刨取期间与运行方向相反的一端的所述下位切割器340。相应地，当所述控制器384确定所述当前俯仰角500在所述期望的俯仰角范围508外时，所述下位切割器340还没有从所述矿面216的在所述(过分倾斜的)剪切机300之前的部分刨取矿物。这种安排允许所述控制器384确定所述当前俯仰角500是否在所述期望的俯仰角范围508内，以及在所述下位切割器340到达所述矿面216的相关部分前适当地调整所述尾随的下位切割器340的垂直位置。在该实施方式中，所述控制器384持续监控所述剪切机300的所述当前俯仰角500，并且在单个剪切机行程的过程中采取相应的校正动作(降低/升高所述下位切割器340)。在下一个剪切机行程之前，所述AFC215向前行进越过刚刚使用俯仰角校正技术进行刨取的表面。然后，在下一个剪切机穿过时，所述剪切机300至少部分地实现了所述俯仰角校正，因为所述AFC216位于刚被刨取的表面。

然而，所述剪切机300的俯仰角在所述矿面216的一些部分可能于所述期望的俯仰角范围508之外进行操作，而在另一些部分则于所述期望的俯仰角范围508之内进行操作。因此，在单个剪切机穿过的过程中，所述控制器384可能不止一次地改变所述下位切割器340的垂直位置。例如，在一个示例中，所述控制器384确定所述当前俯仰角500超过所述高俯仰角阈值516，并且降低所述下位切割器340。对于例如25个顶部支撑来说，所述当前俯仰角500继续超过所述高俯仰角阈值516。然后，所述当前俯仰角500减小并且所述剪切机300在所述期望的俯仰角范围508内进行操作。接着，所述控制器384通过将所述下位切割器340带回至其原始垂直位置或编程垂直位置以停止所述校正动作。将所述下位切割器340设置到其原始垂直位置或编程垂直位置的步骤，尽管在图12中未显示，会发生在检测到所述当前俯仰角500位于所述期望的俯仰角范围508以内之后(步骤624中的“否”判定)以及返回到步骤608之前。所述俯仰角500可进一步沿着所述矿面216再次位于所述期望的俯仰角范围508之外。例如，所述当前俯仰角500可能趋向位于所述低俯仰阈值以下，然后所述控制器384会通过提高所述下位切割器340来采取校正动作。

尽管图12的步骤以连续发生的方式进行示出，但是可以同时执行一个或多个步骤。例如，图12的所述分析步骤可以同时发生，从而检查所有情况。因此，所述控制器384阻止所述剪切机300以不充分的俯仰角进行操作，并且提供校正动作来自动改变所述下位切割器的位置以影响所述剪切机300的俯仰角。所述控制器384也可以监控所述剪切机300的其他操作和/或特征，例如，所述切割器335和340的速度、所述横摇角、所述切割器335和340的不依赖于所述剪切机300俯仰的位置等。尽管图11示出的俯仰角阈值都是正值，在一些实施方式中，一个或两个所述俯仰阈值是负的(例如，-5°)。

关于所述当前俯仰角500与所述俯仰角阈值516和520之间的比较，“超过”的意思是大于或者是大于或等于，“低于”的意思是小于或者是小于或等于。

所述开采系统100还包括安全监控系统400，所述安全监控系统400监控所述长壁系统200的一般操作。如图13所示，所述安全监控系统400包括长壁控制系统405、地表计算机410、网络交换机415、监控系统420以及服务中心425。在示出的实施方式中，所述长壁控制系统405位于所述矿藏位点。所述长壁控制系统405包括各种组件和控制装置，所述各种部件和控制装置用于所述长壁挖掘系统200的组件。例如，所述长壁控制系统405可以包括各种组件和控制装置，所述各种组件和控制装置用于所述剪切机300、所述顶部支撑205以及所述AFC215等。如图14所示，所述长壁控制系统405包括：主控制器475，所述主控制器475配置成与剪切机控制器384进行通讯；AFC控制器406；以及顶部支撑控制器407。在其他实施方式中，配置的所述长壁控制系统405能够使所述主控制器475与有关所述AFC215、所述顶部支撑205以及剪切机300的传感器和系统进行直接通讯。在该实施方式中，可以省略所述剪切机控制器384，并且所述传感器360、365、370、375和380、所述液压系统386和388以及所述切割马达350和355与所述主控制器475进行直接通讯。

如图13所示，所述长壁控制系统405通过所述网络交换机415与所述地表计算机410进行通讯，所述网络交换机415和所述地表计算机都可以位于所述矿藏位点。来自所述长壁控制系统405的数据被传递到地表计算机410，从而使得，例如，所述网络交换机415接收并路由来自所述控制器474的数据，和/或来自所述剪切机300、所述顶部支撑205以及所述AFC215的单独控制系统的数据。所述地表计算机410进一步与远程监控系统420进行通讯，所述远程监控系统420可以包括处理从所述地表计算机410接收到的数据(比如，在所述地表计算机与所述各种长壁控制系统405之间进行通讯的数据)的各种计算装置和处理器421以及各种服务器423或用于存储所述数据的数据库。基于控制逻辑，所述远程监控系统420将从所述地表计算机410接收的所述数据进行处理和存档，通过所述远程监控系统420的一种或多种计算装置和处理器421可以执行所述控制逻辑。在远程监控系统进行执行的所述特殊的控制逻辑可以包括各种方法，所述方法用于处理来自每个挖掘系统组件(即，所述顶部支撑205,、所述AFC215以及所述剪切机300等)的数据。所述远程监控系统420将存储的规则和算法运用到从所述地表计算机410接收的所述数据，以确定所述长壁系统200是否在所述规定的参数内进行操作。如果所述远程监控系统420确定所述长壁系统200没有在规定的参数内进行操作，所述远程监控系统420将该发生的事情标记为事件，并且形成警示。在一些实施方式中，所述远程监控系统420可与所述服务中心425进行通讯，以将所述长壁系统200的运行通知给所述服务中心425。用户也可以联系所述服务中心425，以直接查询特定的长壁系统200。

所述安全监控系统400的各个组件可通讯地耦合，以进行双向通讯。所述安全监控系统400的任意两个组件之间的通讯线路可以是有线的(例如，通过以太网电缆或者其他)、无线的(例如，通过蜂窝、协议)或者两者的结合。尽管图13只描绘了地下的长壁挖掘系统200和单一的网络交换机415，但是可将地下的和有关地表的(替代长壁挖掘)额外挖掘机械通过所述网络交换机415耦合至所述地表计算机410。同样地，可以包括额外的网络交换机415或者连接器，以在所述地下长壁控制系统405(也可以是其他系统)与所述地表计算机410之间提供替换的通讯线路。此外，所述安全监控系统400可以包括额外的地表计算机410、远程监控系统420以及服务中心425。

如上文解释的，所述控制器475接收有关所述长壁挖掘系统200的各种组件的信息。所述控制器475可以集合所述接收的数据并且在内存里存储所述集合的数据，所述内存包括专用于所述控制器475的内存。定期地将所述集合的数据作为数据文件通过所述网络交换机415输出到地表计算机410。来自所述地表计算机410的数据被传递给所述远程监控系统420，在此处，根据特别用于分析自从之前的所述数据文件被发送后所集合的数据的控制逻辑能够来对所述数据进行处理和存储。基于长壁系统200的所述传感器360、365、370、375和380以及其他传感器获取数据的时间，也可以对所述集合的数据进行时间标记。然后基于获取的时间，对获取的数据进行组织。例如，每三分钟对带有传感器数据的新数据文件进行发送。所述数据文件包括先前三分钟窗口期所集合的传感器数据。在一些实施方式中，用于集合数据的所述时间窗口可对应于为完成一个剪切机周期所需的时间。在一些实施方式中，所述控制器475不集合数据，而是在实时接收数据后发送数据。在该实施方式中，所述远程监控系统420配置成当从所述控制器475接收数据时集合数据。基于存储的集合数据或者从所述控制器475实时接收的调平控制数据，所述远程监控系统420然后可以分析所述剪切机数据。

在一些实施方式中，当所述剪切机300在规定的参数以外进行操作时，所述远程监控系统420，尤其是所述远程处理器421，还会产生警示或警告。例如，所述警示或警告可以包括有关所述事件的一般信息，所述一般信息包括，例如，当所述事件发生时，所述事件的位置、与所述事件有关的参数的指示(例如，剪切机的俯仰角和下位切割器的位置)，以及产生所述事件/警示的时间。可将所述警示存档在所述远程监控系统420，或者输出至所述服务中心425或其他地方。例如，所述远程监控系统420可将所述警示进行存档，以在以后输出用于报告目的。所述警示可以具有多种形式(例如，电子邮件、文字短信等)。在例示的实施例中，所述警示为如图15所示的电子邮件。在示出的实施方式中，所述电子邮件警示530包括文本534，所述文本534含有有关所述警示的一般信息。在一些实施方式中，所述电子邮件警示530也可以包括附加的图像文件538。在示出的实施方式中，所述附加的图像文件538是便携式网络图形(.png)文件，所述便携式网络图形文件包括当所述剪切机300从所述矿面216刨取矿物时所述剪切机300运行的图形描绘。

应当理解，虽然所述剪切机300的控制器384被描述为执行有关监控所述剪切机300俯仰位置的功能，但是在一些实施方式中，由所述安全监控系统400监控所述剪切机300的俯仰位置并且向所述控制器384发送关于所述下位切割器340位置变化的指示。在该实施方式中，所述剪切机300的所述控制器384可将信息路由到所述长壁控制系统405并且随后路由到所述远程监控处理器421。所述远程监控处理器421然后执行图12所示的方法，并且向所述处理器384发回指示，从而以规定的方式改变所述下位切割器340的位置。

在其他的实施方式中，所述长壁控制器475执行对所述剪切机300俯仰位置的监控。在该实施方式中，所述剪切机300的控制器384再次将来自所述传感器360、365、370、375和380的数据路由至所述长壁控制器475。如果需要的话，所述长壁控制器475确定所述校正动作(即，如果所述下位切割器340的位置需要改变)并向所述剪切机300的所述控制器384发送指示，以改变所述下位切割器340的位置。在另外的实施方式中，可以忽略所述剪切机300的所述控制器384，而是像有关图11和图12描述的那样，由所述安全监控系统400，例如所述长壁控制器475、所述远程监控处理器421或者其组合，对所述剪切机的俯仰位置进行监控。

还应当注意，所述远程监控系统420可以运行有关所述俯仰角所描述的分析，也可以运行其他分析，不管这些分析是在调平数据上进行的还是在长壁组件系统数据上进行的。可以通过所述处理器421或者所述安全监控系统400的另一个指定的处理器执行所述分析。例如，所述远程监控系统420可以对来自所述长壁挖掘系统200的其他组件的被监控参数(被收集的数据)进行分析。在一些实施方式中，例如，所述远程监控系统420对从传感器360、365、370、375和380收集而来的数据执行其他的分析，并且产生警示。该警示可以包括关于触发所述警示的情况的详细信息。

因此，本发明其中提供了用于在长壁挖掘系统中的监控剪切机的俯仰角的系统和方法。本发明的各种特征和优点将在权利要求中进行阐述。

Claims (20)

1.一种监控在长壁挖掘系统中的长壁剪切挖掘机械的方法，所述剪切挖掘机械包括剪切机，所述剪切机具有切割滚筒，所述方法包括：

通过处理器获取期望的俯仰角信息；

通过所述处理器接收表示所述剪切机当前俯仰位置的俯仰角；

通过所述处理器确定所述俯仰角是否在期望的俯仰角范围之内，所述期望的俯仰角范围基于所述期望的俯仰角信息；以及

基于所述俯仰角是否在所述期望的俯仰角范围之内，通过所述处理器控制所述切割滚筒的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述期望的俯仰角信息包括期望的俯仰角、期望的俯仰角阈值和期望的俯仰角公差中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述期望的俯仰角范围通过高俯仰角阈值和低俯仰角阈值中的至少一个进行限定。

4.根据权利要求3所述的方法，其中控制所述切割滚筒的位置包括：基于所述俯仰角与所述高俯仰角阈值或低俯仰角阈值之间的差异，改变所述切割滚筒的垂直位置。

5.根据权利要求4所述的方法，其中控制所述切割滚筒的垂直位置包括以下至少一种：当所述俯仰角超过所述高俯仰角阈值时，降低所述切割滚筒的位置；以及当所述俯仰角低于所述低俯仰角阈值时，提高所述切割滚筒的位置。

6.根据权利要求3所述的方法，其中确定所述俯仰角是否在所述期望的俯仰角范围内包括：通过所述处理器将所述俯仰角与所述高俯仰角阈值和低俯仰角阈值中的至少一个进行比较。

7.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：基于所述俯仰角与所述高俯仰角阈值和低俯仰角阈值中的至少一个之间的差异，通过所述处理器计算俯仰校正高度；并且其中控制所述切割滚筒的位置包括：基于所述俯仰校正高度，降低所述切割滚筒和/或提高所述切割滚筒。

8.根据权利要求1所述的方法，其中获取期望的俯仰角信息包括：通过所述处理器接收期望的俯仰角；以及使用所述期望的俯仰角和期望的俯仰角公差，通过所述处理器计算高俯仰角阈值和低俯仰角阈值中的至少一个；其中所述期望的俯仰角范围通过所述高俯仰角阈值和低俯仰角阈值中的至少一个进行限定。

9.根据权利要求1所述的方法，其中获取期望的俯仰角信息包括通过所述处理器接收高俯仰角阈值和低俯仰角阈值中的至少一个，其中所述期望的俯仰角范围通过所述高俯仰角阈值和低俯仰角阈值中的至少一个进行限定；并且其中确定所述俯仰角是否在所述期望的俯仰角范围内包括：通过所述处理器将所述俯仰角与所述高俯仰角阈值和低俯仰角阈值中的至少一个进行比较。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述切割滚筒为下位切割滚筒，所述下位切割滚筒用于切割矿层的较低部分，并且其中所述剪切机进一步包括上位切割滚筒，所述上位切割滚筒用于切割所述矿层的较高部分。

11.一种用于长壁挖掘系统的监控装置，所述长壁挖掘系统包括剪切机，所述剪切机具有切割滚筒和用于确定所述剪切机的俯仰位置的传感器，所述监控装置包括：

在处理器上实现的监控模块，所述监控模块与所述剪切机进行通讯以获取期望的俯仰角信息以及接收表示所述剪切机当前俯仰位置的俯仰角，所述监控模块包括：

分析模块，所述分析模块被配置成确定所述俯仰角是否在期望的俯仰角范围内，所述俯仰角范围基于所述期望的俯仰角信息；以及

校正模块，所述校正模块被配置成基于所述俯仰角是否在所述期望的俯仰角范围内控制所述切割滚筒的位置。

12.根据权利要求11所述的监控装置，其中所述期望的俯仰角信息包括期望的俯仰角、期望的俯仰角阈值和期望的俯仰角公差中的至少一个。

13.根据权利要求11所述的监控装置，其中所述期望的俯仰角范围通过高俯仰角阈值和低俯仰角阈值中的至少一个进行限定。

14.根据权利要求13所述的监控装置，其中所述校正模块被配置成：基于所述俯仰角与所述高俯仰角阈值或低俯仰角阈值之间的差异，改变所述切割滚筒的垂直位置。

15.根据权利要求14所述的监控装置，其中所述校正模块被配置成执行以下一种：当所述俯仰角超过所述高俯仰角阈值时，降低所述切割滚筒的位置；以及当所述俯仰角低于所述低俯仰角阈值时，提高所述切割滚筒的位置。

16.根据权利要求13所述的监控装置，其中所述分析模块被配置成：基于所述俯仰角与所述高俯仰角阈值和低俯仰角阈值中的至少一个之间的差异，计算俯仰校正高度；并且其中所述校正模块被配置成，基于所述俯仰校正高度，执行降低所述切割滚筒和提高所述切割滚筒中的至少一种。

17.根据权利要求13所述的监控装置，其中所述分析模块被配置成：将所述俯仰角与所述高俯仰角阈值和低俯仰角阈值中的至少一个进行比较，以确定所述俯仰角是否在所述期望的俯仰角范围内。

18.根据权利要求11所述的监控装置，其中所述监控模块被配置成：接收期望的俯仰角；使用所述期望的俯仰角和期望的俯仰角公差计算高俯仰角阈值和低俯仰角阈值中的至少一个；其中所述期望的俯仰角范围通过所述高俯仰角阈值和低俯仰角阈值中的至少一个进行限定。

19.根据权利要求11所述的监控装置，其中所述监控模块配置成接收高俯仰角阈值和低俯仰角阈值中的至少一个，其中所述期望的俯仰角范围通过所述高俯仰角阈值和低俯仰角阈值中的至少一个进行限定，并且其中所述分析模块将所述俯仰角与所述高俯仰角阈值和低俯仰角阈值中的至少一个进行比较，以确定所述俯仰角是否在所述期望的俯仰角范围内。

20.根据权利要求11所述的监控装置，其中所述切割滚筒为下位切割滚筒，所述下位切割滚筒用于切割矿层的较低部分，并且其中所述剪切机进一步包括上位切割滚筒，所述上位切割滚筒用于切割所述矿层的较高部分。