CN105697015B - 用于采矿机的引导系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种采矿机，该采矿机包括：底盘，该底盘包括第一端部、第二端部和在第一端部与第二端部之间延伸的纵向轴线，该底盘还包括底侧、顶侧和在底侧与顶侧之间延伸的偏航轴线；切割头，其连接至所述底盘的第一端部；驱动机构，其连接至所述底盘并支撑所述底盘以在矿井底板上运动；第一光线发射器，其在靠近所述第一端部的位置连接至所述底盘，所述第一光线发射器发射的光线背离所述底盘并沿着平行于所述偏航轴线的方向；第二光线发射器，其在靠近所述第二端部的位置连接至所述底盘，所述第二光线发射器发射的光线背离所述底盘并沿着平行于所述偏航轴线的方向。本发明还涉及一种用于操作采矿机的方法。

Description

用于采矿机的引导系统
技术领域
本发明涉及采矿设备，尤其涉及地下连续采矿机。
背景技术
远程控制连续采矿机通常由场外人工操作者使用远程控制装置进行操作。操作者位于采矿机后方，并通过观察引导机器的运行。该操作者必须保证采矿机总是与矿层或矿脉对准，因为一旦采矿机偏移，则很难矫正采矿机的定向。在很多情况中，矿脉在三个维度上各不一样，使得采矿机难以跟随矿层。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供了用于开采矿层的引导系统，该矿层限定出矿层面，该引导系统包括采矿机、托架以及引导组件。采矿机包括切割头，并限定出延伸过采矿机的长度的滚转轴线、从采矿机一侧向另一侧延伸的俯仰轴线、以及从采矿机顶侧向底侧延伸的偏航轴线。所述托架包括第一发射器、第二发射器以及第三发射器。第一发射器发射出与矿层面对准的第一激光，第二发射器发射出第二激光，而第三发射器发射出第三激光。所述引导组件包括第一指示器和标靶。第一指示器和第二激光对准，标靶与第三激光对准。第一指示器相对于第二激光以及标靶相对于第三激光的相对位置指示滚转轴线、俯仰轴线和偏航轴线相对于矿层面的定向。
在另一个实施例中，本发明提供了用于在矿层开采期间引导采矿机的激光发射器托架。该矿层限定出矿层面。该激光发射器组件包括基座、第一发射器和第二发射器。第一激光发射器连接到基座，并发出与矿层面对准的第一平面激光。第二激光发射器连接到基座，并发射出用于对准采矿机的第二平面激光。
在又一实施例中，本发明提供了用于在矿层开采期间引导采矿机的方法。采矿机包括第一端和第二端，第一端包括有切割头，并且矿层限定了矿层面，该方法包括:提供第一激光、第二激光和第三激光；提供位于采矿机的第二端上的第一指示器，以及位于采矿机附近的标靶；使第一激光对准矿层面；使第二激光对准第一指示器；使第三激光对准标靶；以及操作采矿机开采矿层中的材料，使第一指示器保持与第二激光对准，且使标靶保持与第三激光对准。
在又一个实施例中，本发明提供一种采矿机，该采矿机包括：底盘；切割头；驱动机构，其连接至所述底盘并支撑所述底盘在矿井底板上运动；第一光线发射器；和第二光线发射器。所述底盘包括第一端部、第二端部和在两者之间延伸的纵向轴线，该底盘还包括底侧、顶侧和在两者之间延伸的偏航轴线；所述切割头连接至所述底盘的第一端部。所述第一光线发射器靠近所述第一端部连接至所述底盘，并发射背离所述底盘并朝向平行于所述偏航轴线的方向的光线；所述第二光线发射器靠近所述第二端部连接至所述底盘，并发射背离所述底盘并朝向平行于所述偏航轴线的方向的光线。
在又一个实施例中，一种采矿机包括：底盘；切割头；驱动机构，其连接至所述底盘并支撑所述底盘在矿井底板上运动；光线发射器，其连接至所述底盘。所述底盘包括第一端部、第二端部和在两者之间延伸的纵向轴线，该底盘还包括底侧、顶侧和在两者之间延伸的偏航轴线。所述切割头连接至所述底盘的第一端部。所述光线发射器连接至底盘并发射背离所述底盘并沿着平行于所述偏航轴线的方向的扇形激光。所述扇形激光发射直线在矿井表面，其中，当所述驱动机构使所述底盘前移时，所述直线保持平行于预定方向。
在又一个实施例中，提供了一种用于操作采矿机的方法，所述采矿机包括底盘和连接至该底盘的切割头，所述方法包括：在矿井顶板形成测线，该测线平行于预定的前行方向；朝所述矿井顶板发射第一扇形激光，该扇形激光发射第一直线在矿井顶板上；朝所述矿井顶板发射第二扇形激光，所述扇形激光发射第二直线在矿井顶板上；朝所述前行方向使所述采矿机前行，以使得所述第一直线和第二直线保持平行于所述测线。
通过考虑详细说明以及附图，本发明的其它方面将变得清楚。
附图说明
图1为根据本发明的一个实施例的引导系统的透视图
图2为采矿机的透视图。
图3为激光发射器托架的透视图。
图4为图2中采矿机右侧的放大透视图。
图5为第一标靶的透视图。
图6为第二标靶的透视图。
图7为后部指示器的透视图。
图8为图1中的引导系统的透视图。
图9为图2的采矿机的端部的后视图。
图10为图6中第二标靶的后视图。
图11为包括根据另一个实施例的引导系统的采矿机的透视图；
图12为图11中的采矿机的一部分的放大透视图；
图13为图11中的采矿机的一部分的放大透视图；
图14为图11中的采矿机在被定位成靠近矿井墙壁时的透视图。
具体实施例
在详细说明本发明的任意实施例之前，需要理解的是，本发明的应用并不局限于在以下说明中阐述的或者在以下附图中说明的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其他实施例，并且能够以各种方式来实践或执行。同时，将明白，本文使用的措辞或者术语是为了说明的目的，不应被视作是限定性的。本文使用的“包括”和“包含”及其变形意在包含此后所列举的物品及其等同以及额外的物品。本文中使用“由...组成”及其变形意在仅包含此后所列举的物品及其等同。除非另外规定或限定，术语“安装”、“连接”、“支撑”、以及“联接”及其变形被在广泛意义上使用，且涵盖直接或间接的安装、连接、支撑以及联接。
图1示出了采矿引导系统10，采矿引导系统10包括连续采矿机14、激光发射器手推车或托架18、以及连接到连续采矿机14的引导组件26。采矿机14接合矿层34的工作面30(图8)。如图2所示，采矿机14包括底盘或主体38、连接到主体38的切割头42、以及用于移动主体38的驱动系统46。主体38限定了滚转轴线50、俯仰轴线54和偏航轴线58。滚转轴线50纵向地延伸穿过主体38。俯仰轴线54横向地延伸穿过主体38，且偏航轴线58竖向地延伸穿过主体38。在所示实施例中，驱动系统46包括在主体38任一侧上的成对履带82。其他实施例可使用轮子来移动采矿机14。
如图3所示，激光发射器托架18包括基座90、调整组件94、第一激光发射器98、第二激光发射器102以及第三激光发射器106。基座90包括:用于移动托架18的四个轮子；以及用于将托架18相对于矿井底板固定的多个固定螺杆110。调整组件94包括用于使激光发射器98、102、106中的每一个相对于基座90枢转的齿轮箱118。在所示实施例中，第一激光发射器98发射第一平面激光122。第一平面激光122向着矿层34以平面方式延伸。第二激光发射器102发射向着矿层34的工作面30延伸的第二平面激光126。第三激光发射器106发射向着工作面30延伸的激光束130。调整组件94允许每一激光发射器98、102、16在三个维度上枢转，从而允许操作者高精度地定位平面激光122、126以及激光束130。在一个实施例中，激光发射器98、102、106能够在直至100米的距离内进行精确调整。
如图4-7所示，引导组件26包括第一标靶146(图4)、第二标靶150(图4)以及水平指示器154(图7)。参考图4和5，第一标靶146在采矿机14一侧连接到采矿机14。第一标靶146背离采矿机14延伸，且包括十字准线指示器162。参考图4和6，第二标靶150连接到采矿机14。第二标靶150与第一标靶146对准，并包括竖槽170。在所示实施例中，标靶146、150两者都安装在采矿机14的右侧，其中第一标靶146布置为靠近切割头，而第二标靶布置为靠近与切割头42相反的一端166。如图7所示，水平指示器154布置在采矿机14的端部166上，且形成为延伸经过采矿机14的端部166的线性标记。在其他实施例中，第一标靶146和第二标靶150可以相对于采矿机14安装在其他位置，且标靶146、150和水平指示器154可包括其他的标记构型。
图8显示了工作中的引导系统10。托架18布置在采矿机14以及矿层34的工作面30的后方。托架18通过将固定螺杆110插入到矿井底板中而固定在适当位置。第一平面激光122对准矿层34的有效中面。该有效中面是允许通过开采工作开采出最佳矿产量的平面。识别有效中面的方法是本领域技术人员公知的，且该特征的进一步说明是不必要的。第二平面激光126与水平指示器154对准，且激光束130对准以穿过第二标靶150的竖槽170(图4)并碰到第一标靶146上的十字准线指示器162(图4)。采矿机14继而被调整到相邻于工作面30的位置上，并开始从工作面30开采材料。
随着采矿机14行进穿过矿层34，操作者监控三个激光投射122、126和130，以保证每个激光投射保持对准，使得采矿机14开采出最佳产量。通过远程控制来操作采矿机14，操作者参考激光投射122、126和130的位置作为用于调整采矿机14的位置和定向的引导。在前进期间且在开始后续的切割步骤之前，检查激光投射122、126和130的位置，并且如有需要，调整采矿机14的定向以保证精确的指向控制以及保持定位。
对于水平指示器154上的第二平面激光126的观察提供了有关采矿机14相对于俯仰轴线50的定向信息。例如，如果采矿机14左侧下沉至第二平面激光126下方，如图9所示，操作者操纵采矿机14以提升左侧。该动作使采矿机14在方向180上旋转，直到第二平面激光126与水平指示器154对准。
对于在第一标靶146和第二标靶150上的激光束130的观察，提供了关于采矿机14相对于滚转轴线54(图2)和偏航轴线58(图2)的定向的信息。如果采矿机14脱离适当位置，则激光束130会照到第二标靶150上，从而指示如何修正采矿机14的定向。例如，参考图10，如果激光束130位于第二标靶50的顶部右角上，则操作者使采矿机14向左转向。该移动使得第二标靶150在方向184上移动，直到激光束130与竖槽170对准。如果激光束130然后照到第一标靶146上且在十字准线指示器162的中心上方，则操作者使采矿机14的前部向上转变角度。该动作使第一标靶146相对于激光束130向上移动。当激光束130照射穿过第二标靶150的竖槽170并且碰到十字准线指示器162的中心时，采矿机14被对准并开始开采操作。第三激光发射器106相对于开放面的距离决定了切割的宽度。
切割完成之后，激光发射器98、102、106被再次移动或调整，以为下一阶段的开采操作提供引导。通过在激光投射122、126、130和引导组件26之间建立起对准，引导系统10确保采矿机14保持“矿层对准”，或者与矿层34的有效中面对准，即便是矿层34已经以某角度倾斜也是如此。
图11-14示出了引导系统410的另一个实施例。为简洁起见，仅详细描述引导系统410与引导系统10之间的区别。类似的部件以相同的附图标记加上400来识别。
如图11所示，引导系统410包括第一光线发射器498和第二光线发射器502。第一光线发射器498在靠近第一或前向端部40(即靠近切割头42)的位置处连接至采矿机14，而第二光线发射器502被定位成靠近采矿机14的第二或后向端部44。在图示的实施例中，采矿机14包括靠近前向端部40的一对前部起升器(jack)192和靠近后向端部44的一对后部起升器194。起升器192和194可朝平行于偏航轴线58的方向伸展，以相对矿井底板或矿井顶板升起主体38并支撑采矿机14。
在所示的实施例中，第一光线发射器498被定位于驱动系统46的前方并且被定位成靠近前部起升器192，而第二光线发射器502被定位成位于驱动系统46的后方并靠近后部起升器194。此外，在所示的实施例中，第一光线发射器498和第二光线发射器502均位于主体38的右侧。在其他的实施例中，发射器498和502可被定位于另一侧或者被定位于左侧和右侧之间。此外，可以有额外的发射器连接至主体38。第一光线发射器498发射第一激光投射522，第二光线发射器502发射第二激光投射526。
在所示的实施例中，光线发射器498和502为扇形激光器，从而第一投射522和第二投射526具有平面形状。在所示的实施例中，第一投射522和第二投射526相互成列，从而第一投射522和第二投射526落入同一平面内。在所示的实施例中，由第一投射522和第二投射526限定的平面被定向成平行于纵向轴线或滚转轴线50，并且从滚动轴线50垂直地朝着顶壁或矿井顶板196(图14)延伸。换句话说，第一投射522和第二投射526可垂直于滚转轴线50和俯仰轴线54两者延伸(图11)。在一些实施例中，由投射522和526限定的平面平行于偏航轴线58延伸(图11)。由第一投射522和第二投射526限定的平面大致平行于采矿机14的前行方向。
如最佳地在图14中所示，投射522，526各自均在顶板196上形成直线532。根据激光投射522，526的尺寸，直线532，536可彼此重叠，并显示为连续的实线或者被一个或多个缺口分隔开的独立的直线段。
在采矿作业之前，线200(图14)被画在顶板196上，并与采矿机14的预定的切割方向或前行方向对准。操作人员可使用该线200，或者产生与该线200平行的第二条线(例如利用喷雾器)。在图14所示的实施例中，采矿机14被定位成使得投射522，526与直线200对准，以使采矿机与前行方向对准。在作业过程中，操作人员监控投射522，526相对于直线200的位置，以确保采矿机保持对准。直线200延伸足够的距离，以确保采矿机14能开启和完成整个切割循环。
引导系统410为在采矿机10前行通过矿层时对准采矿机提供了简单而直接的系统。该引导系统410减少了校准和设置的时间，因此减少了采矿机在切割循环之间的停机时间。
因此，本发明除其他之外还提供了用于采矿机的引导系统。本发明的各种特征和优点在所附的权利要求中予以阐释。

Claims (16)

1.一种采矿机，其特征在于，所述采矿机包括：
底盘，所述底盘包括第一端部、第二端部和在所述第一端部与第二端部之间延伸的纵向轴线，所述底盘还包括底侧、顶侧和在所述底侧与顶侧之间延伸的偏航轴线；
切割头，所述切割头连接至所述底盘的第一端部；
驱动机构，所述驱动机构连接至所述底盘，并且支撑所述底盘在矿井底板上运动；
第一光线发射器，所述第一光线发射器在靠近所述第一端部的位置连接至所述底盘，所述第一光线发射器发射的光线背离所述底盘并沿着平行于所述偏航轴线的方向；
第二光线发射器，所述第二光线发射器在靠近所述第二端部的位置连接至所述底盘，所述第二光线发射器发射的光线背离所述底盘并沿着平行于所述偏航轴线的方向。
2.根据权利要求1所述的采矿机，其特征在于，由所述第一光线发射器发射的光线在矿井表面上投影出第一直线，由所述第二光线发射器发射的光线在矿井表面上投影出第二直线，其中所述第一直线和第二直线是共线的。
3.根据权利要求2所述的采矿机，其特征在于，所述第一直线和第二直线被配置为平行于画在矿井顶板上的测线。
4.根据权利要求1所述的采矿机，其特征在于，所述第一光线发射器发射出限定第一扇形平面的第一光线投射，第二光线发射器发射出限定第二扇形平面的第二光线投射，所述第二扇形平面平行于所述第一扇形平面。
5.根据权利要求1所述的采矿机，其特征在于，所述底盘进一步包括右侧、左侧以及在所述右侧与左侧之间延伸的俯仰轴线，其中所述第一光线发射器和第二光线发射器在靠近所述右侧和左侧之一的位置连接至所述底盘。
6.根据权利要求1所述的采矿机，其特征在于，所述采矿机进一步包括连接至所述底盘的起升器，所述起升器可沿平行于所述偏航轴线的方向伸展，所述起升器被定位成靠近所述第一光线发射器。
7.根据权利要求2所述的采矿机，其特征在于，所述第一直线和第二直线显示为由至少一个缺口分隔开的独立的直线段。
8.一种采矿机，其特征在于，所述采矿机包括：
底盘，所述底盘包括第一端部、第二端部和在所述第一端部与第二端部之间延伸的纵向轴线，所述底盘还包括底侧、顶侧和在所述底侧与顶侧之间延伸的偏航轴线；
切割头，所述切割头连接至所述底盘的第一端部；
驱动机构，所述驱动机构连接至所述底盘，并且支撑所述底盘在矿井底板上运动；
连接至所述底盘的光线发射器，所述光线发射器发射的扇形激光背离所述底盘并沿着平行于所述偏航轴线的方向，该扇形激光在矿井表面上投射出第一直线；
其中，当所述驱动机构使所述底盘前移时，所述第一直线保持平行于预定方向。
9.根据权利要求8所述的采矿机，其特征在于，所述光线发射器是被定位成靠近所述底盘的第一端部的第一光线发射器，并且所述采矿机进一步包括在靠近所述第二端部的位置连接至所述底盘的第二光线发射器，所述第二光线发射器发射出的扇形激光背离所述底盘并沿着平行于所述偏航轴线的方向。
10.根据权利要求9所述的采矿机，其特征在于，由所述第二光线发射器发出的光线在矿井表面上投射出第二直线，其中所述第一直线和第二直线是共线的。
11.根据权利要求9所述的采矿机，其特征在于，所述底盘进一步包括右侧、左侧以及在所述右侧与左侧之间延伸的俯仰轴线，其中所述第一光线发射器和第二光线发射器在靠近所述右侧和左侧之一的位置连接至所述底盘。
12.根据权利要求9所述的采矿机，其特征在于，所述采矿机进一步包括在靠近所述第一光线发射器的位置连接至所述底盘的第一起升器，以及在靠近所述第二光线发射器的位置连接至所述底盘的第二起升器，所述第一起升器和第二起升器可沿着平行于所述偏航轴线的方向伸展。
13.根据权利要求10所述的采矿机，其特征在于，所述第一直线和第二直线显示为由至少一个缺口分隔开的独立的直线段。
14.根据权利要求10所述的采矿机，其特征在于，所述第一直线和第二直线被配置为平行于画在矿井顶板上的测线。
15.一种用于操作采矿机的方法，所述采矿机包括底盘和连接至该底盘的切割头，所述方法包括：
在矿井顶板上形成测线，该测线平行于预定的前行方向；
朝所述矿井顶板发射第一扇形激光，该扇形激光在矿井顶板上投射出第一直线；
朝所述矿井顶板发射第二扇形激光，所述扇形激光在矿井顶板上投射出第二直线；
使所述采矿机沿着所述前行方向前行，使得所述第一直线和第二直线保持平行于所述测线。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，使采矿机前行包括在所述第一直线或第二直线变得相对所述测线不对准时调整所述底盘的方向。
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