CN106194230B - 采掘机和用于控制采掘机的方法 - Google Patents

采掘机和用于控制采掘机的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106194230B
CN106194230B CN201610365523.5A CN201610365523A CN106194230B CN 106194230 B CN106194230 B CN 106194230B CN 201610365523 A CN201610365523 A CN 201610365523A CN 106194230 B CN106194230 B CN 106194230B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mining machine
track
traverse
distance
roof
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610365523.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106194230A (zh
Inventor
大卫·查尔斯·里德
乔纳松·凯里·罗尔斯顿
查德·欧文·哈格雷夫
M·T·杜恩
P·B·里德
J·P·汤普逊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Original Assignee
Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from AU2015901986A external-priority patent/AU2015901986A0/en
Application filed by Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO filed Critical Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Publication of CN106194230A publication Critical patent/CN106194230A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106194230B publication Critical patent/CN106194230B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D23/00—Mine roof supports for step- by- step movement, e.g. in combination with provisions for shifting of conveyors, mining machines, or guides therefor
    • E21D23/12—Control, e.g. using remote control
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C25/00—Cutting machines, i.e. for making slits approximately parallel or perpendicular to the seam
    • E21C25/16—Machines slitting solely by one or more rotating saws, cutting discs, or wheels
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C29/00—Propulsion of machines for slitting or completely freeing the mineral from the seam
    • E21C29/02—Propulsion of machines for slitting or completely freeing the mineral from the seam by means on the machine exerting a thrust against fixed supports
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C35/00—Details of, or accessories for, machines for slitting or completely freeing the mineral from the seam, not provided for in groups E21C25/00 - E21C33/00, E21C37/00 or E21C39/00
    • E21C35/20—General features of equipment for removal of chippings, e.g. for loading on conveyor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C41/00—Methods of underground or surface mining; Layouts therefor
    • E21C41/16—Methods of underground mining; Layouts therefor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C41/00—Methods of underground or surface mining; Layouts therefor
    • E21C41/16—Methods of underground mining; Layouts therefor
    • E21C41/18—Methods of underground mining; Layouts therefor for brown or hard coal
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D23/00—Mine roof supports for step- by- step movement, e.g. in combination with provisions for shifting of conveyors, mining machines, or guides therefor
    • E21D23/0004—Mine roof supports for step- by- step movement, e.g. in combination with provisions for shifting of conveyors, mining machines, or guides therefor along the working face
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D23/00—Mine roof supports for step- by- step movement, e.g. in combination with provisions for shifting of conveyors, mining machines, or guides therefor
    • E21D23/08—Advancing mechanisms
    • E21D23/10—Advancing mechanisms with advancing devices separate from the supporting construction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明涉及采掘机和用于控制采掘机的方法。该采掘机包括安装在轨道上的托架上的剪切头、顶板支架和至少二维位置确定系统。该采掘机进一步包括处理器，该处理器用于接收绝对位置信号，在第一横动过程中确定移动顶板支架中的一个顶板支架的距离，在第一横动过程中确定可移动托架是否已经经过该顶板支架，以及产生用于连接至该顶板支架的移动元件的控制信号，以使该顶板支架在所述第一横动过程中移动在所述第一横动过程中确定的距离，使得当连接至多个顶板支架中的一个顶板支架的移动元件移动所述轨道时，所述轨道采取期望轮廓。

Description

采掘机和用于控制采掘机的方法
技术领域
本公开内容涉及一种采掘机和方法，该采掘机能够由该方法控制而横跨含有待开采矿产的矿层移动，本公开内容例如但不限于涉及煤炭的长壁开采。
背景技术
在煤的开采中，已经研发出了被称作长壁开采过程的过程。在这些过程中，将可移动轨道放置成横跨煤矿层。采掘机设有剪切头，并且采掘机被移动成沿着轨道从矿层的一侧到另一侧横动，并且将剪切头向上和向下操纵以将更多的煤从矿层移除。重复该过程，直到完成计划采掘盘区(extraction panel)中的所有煤。因而，通过在每次经过之后使轨道朝向矿层向前前进适当距离，每次经过都可以以近似相等的截割深度逐渐地移动到矿层内。
在实践中，由于移动轨道的动力顶板支架前进系统的滑移而使随后每次经过都产生不精确性，从而导致截割深度横跨矿层端面发生变化。这又导致生产量下降，并且在轨道和动力顶板支架前进系统上导致不必要的机械载荷和应力。这种不精确性在很大程度上归因于动力顶板支架前进系统每次经过都以设定递增量向前移动轨道。因而，因为动力顶板支架前进系统的滑移，在采掘机多次经过之后积累了不精确性。预期轨道跟随在一些实施例中在直线上延伸的期望轮廓，但是因为滑移，轨道逐渐被移动成使得该轨道最终具有曲线路径。这又导致停机以试图将轨道重新定位从而校正这些积累的不精确性。
已经研发出了许多系统来将轨道重新定位并维持在横跨矿层工作面的期望轮廓上。简单的系统使用标线(string line)。其他系统使用光学装置，这些光学装置产生由策略性地放置在矿层两侧的反射器反射的光束。还已经提出的雷达系统。没有一个被证明是令人满意的，因为它们都需要时间来设立并且需要对动力顶板支架中的一些或全部进行手工调整。
除了以上之外，煤矿层遵循地层结构中的等高线(contour)和褶皱而变化，因此煤矿层不具有可预测形状。这又导致了在使剪切头在每次经过时基于可预测基础精确遵循煤矿层中遇到困难。如果剪切头尝试越过煤矿层边界剪切到硬得多得顶板和底板岩石材料，则这会在剪切头的驱动马达上产生不必要和不期望的载荷，并且导致产量下降和矿产稀释。
因此，期望的是对于每次连续剪切都知道在横跨矿层工作面的足够的点处采掘机的绝对坐标位置，使得能够预测竖直等高线(即层位)，并且能够控制剪切头的竖直上下运动并对该运动进行动态调整以使采掘机遵循起伏的煤矿层(层位控制)。现有的层位控制方法包括根据检测剪切头上升或下降超过煤矿层时截割滚筒马达上的增加载荷并对该增加载荷做出反应的反应法。这种反应技术由于包含非煤材料而导致机械应力和矿产稀释。另一种被称为“模拟截割”的方法使用传感器来记录在手动控制下在横跨长壁面的完整经过中剪切器头的竖直极限。系统然后尝试在整个下一经过中自动复制该剪切模式。该方案没有考虑到在长壁延续方向上矿层中的起伏。还已经提出了雷达和天然伽马传感器作为检测煤矿层边界的装置。然而，这些系统并不总是合适，而且在任何情况下都需要人的介入。
已经包含在本说明书中的文献、惯例、材料、装置、文章等的任何讨论都不应该被认为是承认这些内容的任何部分或全部由于其存在于该申请的每个权利要求的优先权日之前而形成现有技术基础或与本公开内容相关的领域中的公知常识。
在整个该说明书中，措辞“包括”或其变形“包含”或“含有”将被理解为是指包含所阐述的元件、整数、步骤、或元件、整数或步骤构成的组，但是不排除任何其他元件、整数或步骤，或元件、整数或步骤构成的组。
发明内容
提供了一种采掘机，该采掘机包括：
安装在可移动托架上的剪切头，所述剪切头用于随着所述可移动托架在横跨矿层从一侧到另一侧延伸的轨道上横跨所述矿层的开采面从一侧到另一侧横动时从所述矿层开采矿产；
多个顶板支架，所述多个顶板支架用于在从所述矿层开采矿产之后支撑矿井顶板，所述多个顶板支架中的每个顶板支架都通过相应的移动元件连接至所述轨道；
至少二维坐标位置确定系统，所述至少二维坐标位置确定系统用于确定在第一横动过程中在沿着所述轨道的一个或多个位点处的所述可移动托架在空间中绝对坐标位置，所述一个或多个位点中的每个位点都与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联，所述位置确定系统根据所述绝对坐标位置提供绝对坐标位置输出数据信号；
处理器，该处理器用于：
接收所述绝对坐标位置输出数据信号；
在所述可移动托架的第一横动过程中，基于在所述第一横动过程中确定的所述绝对坐标位置并基于期望轮廓，确定朝向所述矿层移动所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架的距离；
在所述第一横动过程中确定所述可移动托架是否已经经过所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架；并且
当在所述第一横动过程中确定所述可移动托架已经经过所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架时，产生用于连接至所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架的移动元件的控制信号，以使所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架在所述第一横动过程中移动在所述第一横动过程中确定的距离，使得当连接至所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架的所述移动元件移动所述轨道时，所述轨道采取所述期望轮廓。
在大多数长壁开采情况下，所述顶板支架在所述剪切头经过它们之后立即向前移动，以防止顶板坍塌在所述轨道上。另外，所述顶板支架的前进距离限定了所述轨道的位点。然而，当所述剪切头到达矿层末端时立即针对整个轨道计算所需距离。这意味着只能在下一个横动中采用这些距离，而这会引入不精确性。相反，上述的处理器实时地即在同一横动中计算并采用这些距离。这意味着所述顶板支架基于轨迹的最新位置来立即前进。结果，所述采掘机的优点在于，与现有采掘机相比，轨道的校正更精确并且更接近地类似于期望轮廓。
在一个实施例中，所述多个顶板支架中的每个顶板支架都具有接合状态，在该接合状态下，该顶板支架与所述矿井顶板接合，使得该顶板支架提供固定位置以供所述移动元件移动所述轨道，
所述多个顶板支架中的每个顶板支架都具有分离状态，在该分离状态下，在所述轨道提供固定位置以供所述移动元件移动该顶板支架的同时，该顶板支架能由该移动元件移动；并且
产生控制信号包括产生这样的控制信号，使得所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架在所述第一横动过程中在使所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架移动在所述第一横动过程中确定的所述距离时采取所述分离状态，而在所述第一横动过程中移动所述轨道以采取用于第二横动的所述期望轮廓时采取所述接合状态。
连接至所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架的移动元件可以将所述轨道移动与所述绝对坐标位置无关的预定距离。
所述至少二维坐标位置确定系统可以位于任何适当的位置，从该位置，它能够确定在沿着所述轨道的一个或多个位点处的所述可移动托架在空间中的绝对坐标位置。优选地，所述二维坐标位置确定系统位于所述采掘机、轨道或顶板支架结构上。更优选地，所述二维坐标位置确定系统位于所述可移动托架上。
所述处理器优选具有地下位点，该地下位点优选位于所述可移动托架横动的主巷道和尾巷道之间。更优选地，所述处理器位于距离所述采掘机10米以内。当所述处理器和所述采掘机紧密接近时，所述处理器和所述采掘机之间的无线通信变得更为有效。
所述采掘机可以进一步包括用于将所述至少二维坐标位置确定系统连接至所述处理器的电缆。
所述处理器可以安装至所述采掘机。
有利的是不需要与地上计算机的任何数据连接。这降低了用于电缆的成本，并且还降低电缆被开采操作切断的危险。另外，采掘机接近处理器使得带宽更高。结果，可以将更多测量值提供给所述处理器以确定更精确的前进距离。
所述处理器可以安装至所述可移动托架。
与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联的所述一个或多个位点可以包括与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联的多于5个的位点，使得所述距离是基于多于5个的位点确定的。
与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联的所述一个或多个位点可以包括与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联的多于100个的位点，使得所述距离是基于多于100个的位点确定的。
与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联的所述一个或多个位点可以包括与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联的5到2000个位点，使得所述距离是基于5到2000个位点确定的。
所述至少二维坐标位置确定系统可以包括第一里程计和第二里程计，并且所述第一里程计的距离测量值的第一分辨率低于所述第二里程计的距离测量值的第二分辨率。
所述第一(低分辨率)里程计的分辨率为每米少于10个距离测量值，并且所述第二(高分辨率)里程计的分辨率为每米多于100个距离测量值。第二里程计的分辨率优选地为每米至少500个距离测量值，并且更优选地为每米至少1000个距离测量值。
所述第一里程计可以提供绝对距离测量值，并且所述第二里程计可以提供增量距离测量值。
所述第一里程计可以提供绝对距离测量值，并且所述第二里程计可以提供绝对距离测量值。
在一个实施方式中，仅仅设置了高分辨率里程计(即每米多于100个距离测量值)。在该实施方式中，所述里程计可以提供增量距离测量值和绝对距离测量值。
所述位置确定系统可以确定与每个距离测量值相关联的方位角，并且可以基于所述距离测量值和相关联的方位角来确定所述绝对坐标位置。
有利的是，通过与方位角相关联的更多里程计读数，所确定的绝对位置更精确，因此，与仅仅使用单个分辨率里程计时相比，所述轨道的位置更接近期望轮廓。
还提供了一种用于控制采掘机的方法，该采掘机包括：
安装在可移动托架上的剪切头，所述剪切头用于随着所述可移动托架在横跨矿层从一侧到另一侧延伸的轨道上横跨所述矿层的开采面从一侧到另一侧横动时从所述矿层开采矿产；
多个顶板支架，所述多个顶板支架用于在从所述矿层开采矿产之后支撑矿井顶板，所述多个顶板支架中的每个顶板支架都通过相应的移动元件连接至所述轨道；
所述方法包括：
从至少二维坐标位置确定系统接收绝对坐标位置输出数据信号，所述至少二维坐标位置确定系统用于确定在第一横动过程中在沿着所述轨道的一个或多个位点处的所述可移动托架在空间中的绝对坐标位置，所述一个或多个位点中的每个位点都与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联，所述至少二维坐标位置确定系统：
在所述可移动托架的所述第一横动过程中，基于在所述第一横动过程中确定的绝对坐标位置并基于期望轮廓，确定朝向所述矿层移动所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架的距离；
在所述第一横动过程中确定所述可移动托架是否已经经过所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架；并且
当在所述第一横动过程中确定所述可移动托架已经经过所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架时，产生用于连接至所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架的所述移动元件的控制信号，以使所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架在所述第一横动过程中移动在所述第一横动过程中确定的距离，使得当连接至所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架的所述移动元件移动所述轨道时，所述轨道采取所述期望轮廓。
产生用于所述移动元件的控制信号可以包括产生这样的控制信号，使得当连接至所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架的所述移动元件移动所述轨道时，所述轨道在所述第一横动之后立即采取用于第二横动的所述期望轮廓。
产生用于所述移动元件的控制信号可以包括产生这样的控制信号，使得当连接至所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架的所述移动元件移动所述轨道时，所述轨道采取用于所述第一横动的剩余部分的所述期望轮廓。
可以在确定所述可移动托架已经经过所述多个顶板支架的任何随后顶板支架之前进行所述控制信号的产生。
确定朝向所述矿层移动所述多个顶板支架中的一个顶板支架的距离可以包括：基于与所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架相关联的一个或多个选定位点处的所述绝对坐标位置并且与和所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架相关联的所述选定位点以外的位点处的所述绝对坐标位置无关地确定该距离。
还提供了一种在由计算机执行时使该计算机执行以上描述的方法的软件。
根据一个方面，提供了一种采掘机，该采掘机包括：
两个或更多个剪切头，每个剪切头都安装在经由可旋转接头连接至可移动托架的臂上，所述剪切头用于随着所述可移动托架在横跨矿层从一侧到另一侧延伸的轨道上横跨所述矿层的开采面从一侧到另一侧横动时从所述矿层开采矿产；
多个顶板支架，所述多个顶板支架用于在从所述矿层开采矿产之后支撑矿井顶板，所述多个顶板支架中的每个顶板支架都通过相应的移动元件连接至所述轨道，其特征在于，所述采掘机进一步包括：
至少二维坐标位置确定系统，所述至少二维坐标位置确定系统用于确定在第一横动过程中在沿着所述轨道的一个或多个位点处的所述可移动托架在空间中的绝对坐标位置，所述一个或多个位点中的每个位点都与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联，所述至少二维坐标位置确定系统根据所述绝对坐标位置提供绝对坐标位置输出数据信号；
处理器，该处理器包括：
绝对坐标位置输出数据信号接收单元，该绝对坐标位置输出数据信号接收单元从所述至少二维坐标位置确定系统接收所述绝对坐标位置输出数据信号；
距离确定单元，该距离确定单元在所述可移动托架的第一横动过程中基于所接收的绝对坐标位置输出数据信号并基于期望轮廓确定朝向所述矿层移动所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架的距离；
经过确定单元，该经过确定单元在所述第一横动过程中确定所述可移动托架是否已经经过所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架；以及
控制信号产生单元，当所述经过确定单元在所述第一横动过程中确定所述可移动托架已经经过所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架时，所述控制信号产生单元产生用于连接至所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架的所述移动元件的控制信号，以使所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架在所述第一横动过程中移动由所述距离确定单元确定的所述距离，使得当连接至所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架的所述移动元件移动所述轨道时，所述轨道采取所述期望轮廓。
在一个实施方式中，所述多个顶板支架中的每个顶板支架都具有接合状态，在该接合状态下，该顶板支架与所述矿井顶板接合，使得该顶板支架提供固定位置以供所述移动元件移动所述轨道，并且所述多个顶板支架中的每个顶板支架具有分离状态，在该分离状态下，在所述轨道提供固定位置以供所述移动元件移动该顶板支架的同时，该顶板支架能由该移动元件移动。
在一个实施方式中，连接至所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架的所述移动元件使所述轨道移动与所述绝对坐标位置无关的预定距离。
在一个实施方式中，所述处理器位于距离所述采掘机10米以内。
在一个实施方式中，所述采掘机包括用于将所述至少二维坐标位置确定系统连接至所述处理器的电缆。
在一个实施方式中，所述处理器安装至所述采掘机。
在一个实施方式中，所述处理器安装至所述可移动托架。
在一个实施方式中，与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联的所述一个或多个位点包括与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联的多于5个的位点，使得所述距离是基于多于5个的位点确定的。
在一个实施方式中，与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联的所述一个或多个位点包括与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联的多于100个的位点，使得所述距离是基于多于100个的位点确定的。
在一个实施方式中，与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联的所述一个或多个位点包括与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联的5到2000个位点，使得所述距离是基于5到2000个位点确定的。
在一个实施方式中，所述至少二维坐标位置确定系统包括第一里程计和第二里程计，并且所述第一里程计的距离测量值的第一分辨率低于所述第二里程计的距离测量值的第二分辨率，并且所述第一里程计和所述第二里程计可以包括连接至轴的正交编码器，所述轴连接至变速器，该变速器通过与行进机构相互作用而被物理驱动。
在一个实施方式中，所述第一里程计每行进0.1m就提供一个正交脉冲，并且所述第二里程计每行进0.01米就提供一个正交脉冲。
在一个实施方式中，所述第一里程计用来提供绝对距离测量值，并且所述第二里程计用来提供增量距离测量值。
在一个实施方式中，所述第一里程计用来提供绝对距离测量值，并且所述第二里程计用来提供绝对距离测量值。
在一个实施方式中，所述至少二维坐标位置确定系统用于确定与每个距离测量值相关联的方位角，并且用于基于所述距离测量值和相关联的方位角来确定所述绝对坐标位置。
所描述的所述采掘机的可选特征在合适的情况下同样适合于也在这里描述的方法和软件。
附图说明
将参照如下附图描述实施例：
图1图示了煤矿层的示意图，示出了煤矿层中的起伏以及煤矿层的高度(elevation)沿着其长度的相对变化。
图2图示了示意图，示出了煤矿层和在横跨矿层的横动过程中的典型剪切机。
图3图示了详细近视图，示出了矿层与长壁采掘机。
图4图示了用于控制采掘机的计算机系统。
图5图示了用于控制采掘机的方法。
图6(a)至图6(h)以示意形式图示了平面图，示出了在几次经过过程中的现有技术的采掘机。
图7(a)至图7(e)更详细地图示了顶板支架。
图8图示了横动过程中的采掘机的实施例的平面图。
图9(a)至图9(c)图示了开采到矿层内的采掘机的一系列横动的平面图。
图9(d)至图9(f)图示了示意图，示出了轨道的轮廓和运动，采掘机在该轨道上移动。
图9(g)图示了在两个点处轨道上的当前位置和新位置之间的角度。
图10(a)和图10(b)图示了可以确定采掘机的坐标位置的位点。
图11图示了长壁开采的总体方法。
图12图示了采掘机的传动系。
具体实施方式
首先参照图1，示出了相对于X、Y和Z平面的煤矿层1。图1是示意性的并且示出了矿层1的向上倾斜以及遍及矿层1的褶皱和等高线。矿层下方和上方的地层没有示出。矿层1具有长壁面3和由厚度5表示的竖直深度或厚度。深度或厚度5典型地在整个矿层1中基本均匀。
当开采矿层1时，采掘机试图横跨矿层进行一系列从一边到另一个的截割。每个截割都由横跨矿层1的窄线标记表示。换言之，随着每个连续的从一边到另一边的截割，长壁面3被逐渐地暴露出。能够看到，随着在大体正交于长壁面3的方向上(即在Y方向上)从一边到另一边的截割的进行，层位面(horizon aspect)向上变化。这仅仅是示例性的，因为在其他实施例中，该层位面可以向下延伸。另外，矿层1被示出为具有沿着X轴的大体水平的面。该矿层可以具有沿着X轴的倾斜。换言之，图1仅仅示出了一个可能类型的矿层1构造。需要预测这种变化以提高采掘过程中的效率。
现在参照图2，示意性地示出了承载剪切头9的采掘机7如何能够横跨矿层1的长壁面3移动。因此，采掘机7在矿层1下方的地层11的上表面之上和在矿层1上方的地层13的下表面之下移动。随着采掘机在每次从一边到另一边经过之后在由箭头15表示的方向上向前行进，采掘机逐渐地开采矿层1中的煤或其他矿产。
图3以近视详细示出了采掘机7和矿层1的布置。采掘机7包括安装在可移动托架17上的剪切头9。剪切头9用来随着可移动托架17横跨矿层1的开采面从一边到另一边的横动而从矿层1开采矿产。可移动托架17在轨道19上横动，该轨道19横跨矿层1从一边延伸到另一边。
图3还示出了多个顶板支架23，这些顶板支架支撑上覆地层13的下层表面的地层矿井顶板。顶板支架23位于矿井顶板和下层地层11之间，从而在从矿层1开采矿产之后对矿井顶板进行支撑，多个顶板支架中的每个顶板支架都通过相应的移动元件25连接至轨道19。每个移动元件25都可独立地移动。在图3中，故意没有示出若干顶板支架23，以便清楚地暴露出采掘机7。然而，应该理解，在实际使用中，多个顶板支架23以基本相等间隔开的间隔沿着轨道19的长度延伸。
至少二维坐标位置确定系统300由可移动托架17承载。在一个实施例中，坐标位置确定系统300诸如通过永久固定(例如通过焊接)坐标位置确定系统300的壳体而安装在可移动托架17上。在其他实施例中，该壳体可以可移除地附接至可移动托架17。坐标位置确定系统300能够确定在第一横动过程中在沿着轨道19的一个或多个位点(见图10(a)和图10(b)中的500)处的可移动托架17在空间中的绝对坐标位置。该绝对坐标位置可以为至少二维的，且典型地在X和Y方向上。所述一个或多个位点500中的每个位点与多个顶板支架23中的一个相关联。位置确定系统300提供绝对坐标位置输出数据信号供计算机系统100的处理器102接收。
图4图示了在图3中图示的采掘机构造中的计算机系统100，计算机系统100计算供多个顶板支架23前进的距离27。计算机系统100包括连接至程序存储器104、数据存储器106、作为输入端口的第一数据端口108和作为输出端口的第二数据端口110的处理器102。第一数据端口108和第二数据端口110可以为同一数据端口。该处理器还连接至用户接口112，用户接口112将处理器102与由决策者116操作的显示器114联接。在一个实施例中，程序存储器104为非暂时性计算机可读介质，诸如硬盘驱动器、固态盘或CD-ROM。
存储在程序存储器104上的软件(该软件为包括计算机可执行指令的可执行程序)使处理器102执行图5中的方法，也就是说，处理器102确定多个顶板支架23中的每个顶板支架朝向开采面3前进的距离27。存储在程序存储器104上的软件将计算机系统100转换成用于顶板支架23前进的距离27的实际计算器。
应理解的是，可以使用任何类型的数据端口来接收和发送数据，诸如网络连接、存储器接口、处理器102的芯片封装的引脚、或逻辑端口，诸如IP套接字(socket)或存储在程序存储器104上并由处理器102执行的函数的参数。处理器102可以通过所有这些接口接收数据，这包括对易失性存储器(如高速缓存或RAM)或非易失性存储器(如光盘驱动器、硬盘驱动器、存储服务器或云存储)的存储器访问。
在一个实施例中，处理器102通过定位确定系统300和输入端口108之间的直接电缆连接从位置确定系统300接收作为输出数据信号的位置信息，将该信息存储在数据存储器106上，并且确定多个顶板支架23中的一个顶板支架朝向开采面3移动的距离27。处理器102将距离27存储在数据存储器106上，并且处理器102然后从存储器106请求该距离供稍后使用。处理器102能够重复该过程。
之后，例如，处理器102从存储器106请求距离27以处理供多个顶板支架23中的一个顶板支架接收的输出信号。处理器102然后经由通信端口108(在该实施例中，通过通信端口108与多个顶板支架23之间的直接电缆连接)将所确定的输出信号发送给多个顶板支架23中的一个顶板支架。
在一个更一般的实施例中，处理器102包括：从所述位置确定系统300接收绝对坐标位置输出数据信号的绝对坐标位置输出数据信号接收单元，如输入端口108；距离确定单元，该距离确定单元在可移动托架17的第一横动过程中基于所接收的绝对坐标位置输出数据信号并基于期望轮廓确定朝向矿层移动多个顶板支架23中的一个顶板支架的距离；经过确定单元，该经过确定单元在第一横动过程中确定可移动托架17是否已经经过多个顶板支架23中的所述一个顶部支架；以及控制信号产生单元，当所述经过确定单元在第一横动过程中确定可移动托架17已经经过多个顶板支架23中的一个顶板支架时，该控制信号产生单元产生用于连接至多个顶板支架23中的所述一个顶板支架的移动元件25的控制信号，以使多个顶板支架23中的所述一个顶板支架在第一横动过程中移动由所述距离确定单元确定的距离，从而当连接至多个顶板支架23的所述一个顶板支架的移动元件25移动轨道19时，轨道19采区所述期望轮廓。
在一个实施例中，处理器102产生图形用户界面112，诸如描绘多个顶板支架23的状态的视图，并且通过将适当的命令和数据发送到显示装置114而将图形用户界面112实现在显示装置114上。决策者116可以观看图形用户界面112并且相应地计划采掘机7的控制。
在一个实施方式中，处理器102从位置确定系统300实时地接收和处理作为输出数据信号的位置信息。在上下文中，“实时”是指每次从位置确定系统300接收位置信息时处理器102都确定朝向开采面3移动多个顶板支架23中的一个顶板支架的距离27，并且在位置确定系统300发送下一个位置信息更新之前完成该计算。
应理解的是，在整个该公开内容中，除非另有说明，变量和模型等是指物理地存储在数据存储器106或由处理器102处理的数据结构。此外，为了简洁起见，当提及具体变量名称如“坐标位置”或“距离”时，应该将其理解为是指作为物理数据存储在计算机系统100中的变量的值。
图5示出了用于控制采掘机的方法200。处理器102执行方法200。在步骤202，处理器102从二维坐标位置确定系统300接收绝对坐标位置输出数据信号。步骤204在可移动托架17的第一横动过程中确定朝向矿层1移动多个顶板支架23中的一个顶板支架的距离27。距离27基于在步骤202中接收的绝对坐标位置和用于可移动托架17的运动的期望轮廓。
在步骤206，处理器102在第一横动过程中确定可移动托架17是否已经经过多个顶板支架23中的一个顶板支架。一旦从步骤206确定可移动托架17已经经过多个顶板支架23中的一个顶板支架时，处理器102产生208用于使连接至多个顶板支架23中的一个顶板支架的移动元件25在第一横动过程中移动的控制信号。移动元件25移动的距离27是这样的，使得当移动单元25使轨道19移动预定距离(参见图7(e)的404)时，轨道19采取期望轮廓。
在一个实施例中，方法200是反应性校正方法，使得轨道19采取用于第二横动的期望轮廓。在另一个实施例中，该方法是预测性校正方法，使得轨道19采取用于第一横动的剩余部分的期望轮廓。在这种情况下，处理器102确定期望轮廓和托架已经经过的第一横动的位点的测量位置之间的误差，并且校正托架前方的轨道的托架将经过的位置，以便针对该误差进行补偿。尽管该误差是估计值，但是这种前向误差校正可以得到比没有前向误差校正更大的总体精度。前向校正和后向校正可以进行组合，以进一步增加轨道位置的精度。
产生控制信号可以是所发送的包括所确定的距离的单个信号，并且由顶板支架23接收该控制信号表示移动元件25的运动应该尽可能快地开始。另选地，该控制信号可以包括所确定的距离和将来时间的定时信息，移动元件25应该基于该定时信息而开始。另外，控制信号可以被分离成多个消息。
图5应该被理解为用于采掘机软件程序的计划图，并且可以逐步地实现，使得图5中的每个步骤都由编程语言(如C++或Java)中的函数表示。所得到的源代码然后进行编译并且作为计算机可执行指令存储在程序存储器104上。
注意，对于大部分人来说，手动即在没有计算机帮助的情况下执行方法200在实践上将是不可能的。因此，使用计算机是本公开内容的实质的一部分，并且允许进行由于所涉及的大量数据和大量计算而在其他情况下不可能的必要计算。
在现有技术中，当采掘机7一遍一遍地前进到矿层1内时，顶板支架23从支撑矿井顶板分别释放，并且在剪切头9经过它们之后立即朝向矿层1向前移位以防止顶板坍塌到轨道19上。顶板支架23的前进距离限定轨道19的位点。然而，该前进距离是在剪切头9到达矿层末端时同时针对整个轨道计算的。这样，在每个横动结束时计算的距离只能被应用于下一个横动。这引入了不精确性，因为用于计算前进距离的信息并不是最新的信息。与现有技术相反，该公开内容通过确保在实时计算前进距离中使用最新的坐标位置信息来减少不精确性。
图6(a)至图6(h)图示了一系列平面视图，这些视图示出了典型的长壁开采过程。图6(a)至图6(h)中的每幅图都进行注释以便示出了在采掘机7横跨开采面3经过时的各种阶段。图6(h)示出了在现有技术中发生的极端条件，其中，随着轨道在多次经过中多次移动之后，在多次经过之后由于轨道位置的不精确确定和顶板支架的滑移而形成了曲线形或蛇形路径。如上所述，过去使用的用于定位轨道19和用于控制采掘机7的各种系统已经导致开采技术效率低下。本公开内容通过确定第一横动过程中轨道19的至少二维坐标位置并且然后计算将轨道19放置在用于下一次经过的期望轮廓中所需的运动来克服现有技术的困难，。
图7(a)至图7(e)更详细地图示了顶板支架23。顶板支架23可以以半自动控制模式操作，使得顶板支架23能够从处理器12和从用户操作手动控制器(例如液压控制器)接收控制信号。顶板支架23也可以以基本全自动模式操作，使得只有顶板支架23能够仅从处理器接收控制信号。在另一个实施例中，采掘机7外部的用户借助于外部用户界面来监测顶板支架23，并且能够利用该用户界面将控制信号发送给顶板支架。在又一个实施例中，顶板支架23的自动化借助于处理器102与剪切器9的控制器相连。
图7(a)图示了作为多个顶板支架中的一个顶板支架的示例性顶板支架23处于接合状态，其中顶板支架23的蓬盖400与作为上覆地层13的下表面的矿井顶板接合。在该状态下，蓬盖400支撑矿井顶板，并且顶板支架23的液压臂402伸出并在矿井顶板上施加压力。液压臂402可以由位于顶板支架23上或顶板支架23附近的动力单元系统供应动力。在另一个实施例中，顶板支架包括挡流板，所述挡流板是安装在顶板支架23的蓬盖400上的防护板。挡流板防止过多的煤从开采面3掉落。当顶板支架23朝向矿层1前进时，挡流板抵靠开采面3放置。挡流板维持与可移动托架17的安全距离，并且当剪切器9接近顶板支架23时，挡流板向后折叠到蓬盖400内以避免损坏。
如在步骤206中描述的，一旦处理器102确定可移动托架17已经完全经过顶板支架23，使得可移动托架17的尾端已经经过顶板支架23的前边缘，处理器102产生用于使连接至顶板支架23的移动元件25移动距离27的控制信号。该控制信号传送到顶板支架23以采取如图7(b)中所示的分离状态。在分离状态下，顶板支架23的蓬盖400不与矿井顶板接触。在该状态下，蓬盖400不支撑矿井顶板，并且顶板支架23的液压臂402释放矿井顶板上的压力，蓬盖400下降。顶板支架23可由移动元件25移动，并且轨道19提供了固定位置供移动元件25移动顶板支架23，使得顶板支架23从固定轨道19移动距离27。这在图7(c)中示出，其中处于分离状态的顶板支架23朝向矿层1移动距离27。顶板支架23前进的距离27有助于轨道19在随后阶段采取期望轮廓。处理器102产生的控制信号还传送到顶板支架23以采取图7(d)所示的接合状态。在该接合状态下，顶板支架23用作固定位置供移动元件25移动轨道19，使得轨道19从接合的顶板支架23向前移动预定距离404。移动元件25如图7(e)所示推动了轨道19，其中该示例性的顶部支架23处于接合状态，而轨道19移动预定距离404以采取用于下一个横动的期望轮廓。预定距离404与轨道19的绝对坐标位置无关。
在本公开内容中，处理器102实时地即在同一横动中计算顶板支架23前进的距离27。这意味着顶板支架23的即将的前进基于轨道19的最新位置，这是因为顶板支架23前进的距离27部分地基于可移动托架17的绝对坐标位置，并由此基于轨道19的绝对坐标位置。
图8是如以上描述的本公开内容的实施例的平面图，其中示出了沿着横动的不同阶段。顶板支架23”已经前进距离27，并且轨道19”已经随后被推动。顶板支架23’已经前进距离27，但是移动元件25还没有推动轨道19’。采掘机7的位于平面图右侧的顶部支架23尚未前进或被推动，因为可移动托架17还没有经过，这样移动元件还没有从处理器102接收控制信号，并且顶板支架23位于与之前横动相同的位置。
图9(a)至图9(g)图示了本公开内容的简化实施例。与图6(a)至图6(h)中的类似，示出了矿层1的一系列平面图。轨道19横跨开采面3延伸，并且采掘机7沿着轨道19横动。图9(a)至图9(c)中的每个视图都是平面图，示出了位于近似水平延伸平面中的矿层1和轨道19。应该认识到，煤矿层典型地在大体水平延伸的平面中横向地延伸，然而，如图1和图2中例示性所示，有起伏和倾斜。
图9(a)图示了在使用采掘机7开始开采之前的具有开采面3的矿层1。能够看到，轨道19在开采面3前方延伸。典型地，轨道的轮廓应是直线。采掘机7被示出为位于在到达矿层1右手侧之前的矿层1的最左手侧。能够看到，开采面3具有与轨道19的轮廓不同的轮廓。在图9(a)中，至少二维坐标定位系统300确定开始剪切之前的采掘机7的二维坐标位置。这典型地为采掘机的北向和东向坐标位置，并且该初始二维坐标位置用作采掘机7开始剪切的基点。
图9(b)示出采掘机7的第一次经过之后的布置。这里，能够看到，开采面3的轮廓重复了轨道19的轮廓，因为轨道19移动以采取期望轮廓。为达到该期望轮廓，可能需要几次经过和轨道19的对应运动，这是因为顶板支架23只有有限的运动能力。这意味着用于每次横动的期望轮廓可能不是最终的期望轮廓，而仅仅是在下一经过中能够实现的最佳轮廓。可能沿着直线延伸的最终期望轮廓是这样的，即采掘机7每次横动都以近似相等截割深度前进到开采面3内。
图9(c)示出了轨道的轮廓已经通过在横跨开采面3的横动过程中在采掘机7后面的各个位点适当地移动轨道19而被调整为期望轮廓，在这种情况下，该期望轮廓为直线。可以通过获知采掘机7沿着轨道19的各个位点的坐标位置来采取轨道19的期望轮廓和开采面3的对应轮廓。这是因为采掘机7由轨道19承载，并且采掘机7的坐标位置与这些位点处的轨道19的位置直接相关。因而，优选从采掘机7上的固定点确定坐标位置，并且轨道19的当前位置与该固定点相关。在一个变型中，可以使用直接安装在轨道上而不是安装在可移动采掘机上的坐标确定系统来确定坐标位置。这些位点500可以精确对应于多个顶板支架23与轨道10相连的位置，或者可以存在许多中间位点。
换言之，沿着轨道19的位点的数量(确定采掘机7在所述位点的坐标位置)可以远远大于多个顶板支架23的数量。图10(a)和图10(b)图示了位点500，可以确定采掘机7在该位点500的坐标位置。图10(a)图示了每个顶板支架23一个位点，而图10(b)图示了与多个顶板支架23中的一个顶板支架相关的多于5个位点。
在图10(a)中，处理器102基于一个位点确定距离27，也就是说，处理器102实质上将该位点确定为选择采掘机最接近或刚刚经过哪个顶板支架。另选地，如图10(b)所示，处理器102基于多于5个位点来确定距离27，也就是说，处理器102能够以更大精度确定该位置，这是由于顶板支架23沿着轨道延伸的距离被分成五个不同位置。
在另一个实施例中，确定距离27基于与多个顶板支架23中的一个顶板支架相关的多于100个位点来进行。在又一个实施例中，确定距离27基于与多个顶板支架中的一个顶板支架相关的5到2000个位点来进行。
假定每个顶板支架23朝向矿层1前进而使得轨道19采取期望轮廓的距离27为在顶板支架23没有任何滑移的情况下的所需距离。然而，在实践中可能发生一些滑移，位置确定系统300使得其将一直能够确定采掘机7在各种位点的当前位置，并因而所需距离27的任何计算都将一直基于该当前位置而不是预期位置。因而，本公开内容的技术使得轨道19在多次经过之后采取非期望的曲线或蛇形路径的问题最小化。除此之外，不必在多次经过之后为了试图调节轨道19而关闭采掘机7(就像现有技术系统中的情况那样)，因为轨道19的轮廓或者与期望轮廓相同或与其近似。
在本公开内容的另一个实施例中，能够利用系统进行小的调整，以使轨道19相对于开采面3倾斜，以便以转向方式布置向左或向右移动轨道19并因此移动采掘机7，以补偿采掘机7和轨道19向矿层1的一侧的任何渐进蠕动。例如，如果采掘机7试图开采诸如图1中所示的具有急剧向上倾斜的矿层。
图9(d)图示了类似于图9(a)的轨道19的轮廓。图9(d)还图示了沿着轨道19的长度的多个位点500X1、X2、X3……XN。图9(e)图示了轨道19的期望轮廓19’，并且以Y1、Y2、Y3……YN示出了位于与图9(d)中的X1、X2、X3……XN相同增量的位点处的多个位点。假定△X和△Y为两个相邻位点之间的差并且△X和△Y均保持恒定。那么，在由向量X1、X2、X3……XN表示的每个位点处，采掘机的航向(heading)能够用来按照如下确定这些位点的坐标：
Xn＝Xn-1+ΔX∠θn
其中ΔX∠θn为以极坐标形式表示的具有幅值ΔX和角度∠θn的向量，其中∠θn为位点Xn-1和Xn之间整个实际路径中采掘机的航向的适当常数值表示。优选地，将坐标确定为东向和北向。于是能够确定位移长度A1、A2、A3……AN以将轨道19放置在所需位置，从而将获得期望轮廓19’。这在图9(f)和图9(g)中示出。
在任何给定点，位移长度An可以表示如下：
An＝|Yn-Xn|
其中|X|表示向量X的幅值。
然后能够将以上简单的系统扩展到三维坐标系统，其中位置确定系统300确定在各个位点X1、X2、X3……XN处采掘机7的方位(altitude)。通过获知各个位点X1、X2、X3……XN的三维坐标，可以存储矿层1的三维轮廓。在该公开内容中，对“至少二维”的提及包括三维。
在本公开内容的实施例中，使用惯性导航系统(INS)确定采掘机7在三个维度上的位置和取向。优选地，这三个维度中的每个都基于X、Y和Z坐标。典型地，陀螺仪系统测量在这三个坐标中的每个坐标中的角速度。该陀螺仪系统又可以与加速度计相关联，该加速度计测量在同一坐标维度上的三维加速度(线性)。位置确定系统300进一步包括第一里程计和第二里程计以提高INS的精度和稳定性，其中所述里程计提供关于采掘机系统的线性位移的信息。第一里程计的距离测量值的第一分辨率小于第二里程计的距离测量值的第二分辨率，例如第一里程计具有小于每米10个距离测量值的分辨率，而第二里程计具有每米多于100个距离测量值的分辨率。
在本公开内容的一个实施例中，第一里程计提供绝对距离测量值，而第二里程计提供增量距离测量值。在另一个实施例中，第一和第二里程计都提供绝对距离测量值。
位置确定系统300于是针对三个维度中的每个维度对信号进行处理，并且提取线性位置和角转动。这独特地确定了采掘机7和轨道19在三维空间中的精确位置。位置确定系统300确定与每个距离测量值相关的方位角，并使用距离测量值和相关的方位角来确定采掘机7和轨道19的绝对坐标位置。
如果采掘机不沿着直线行进则可能产生不精确性，也就是说，采掘机的方位角在方位角的随后测量值之间发生改变。以上过程通过假定沿着直线而不是弯曲路径运动这一估计来近似绝对坐标位置。如果更频繁地测量方位角和距离(即沿着轨迹具有更高分辨率)，则可以降低误差。在一个实施例中，托架承载作为采掘机的标准设备的一部分的低分辨率绝对里程计。在上下文中，“绝对”是指里程计提供了从首先开始使用里程计时开始的总距离。
托架还可以进一步承载改进型高分辨率增量里程计。在上下文中，“增量”是指里程计提供与上一个测量值的距离。例如，里程计仅仅提供从低升到高的二进制信号。数据存储器106存储与高分辨率里程计相关的距离，使得处理器102都能够确定：每次该处理器102检测到里程计信号的上升沿，托架已经移动该距离。例如，如果已知该里程计的分辨率为每米100个测量值，则每个上升沿的相关距离为1cm。
每次处理器102检测到上升沿时，处理器102都基于高分辨率里程计的距离和方位角来确定绝对坐标位置。由于现在增加了托架路径的采样率，因此降低了位点误差。另外，对具有高分辨率的增量里程计的改进相对廉价，而使用绝对里程计限制了由增量里程计测量值引起的积累误差。换言之，绝对和增量里程计的组合具有低成本高精度的特别优点。
如在图10(b)中看到的，多个位点500与每个顶板支架23相关联。在一个实施例中，处理器102选择相对于水平位置最接近移动元件25的位点，以便确定移动轨道的距离。在一个实施例中，处理器102在移动元件任一侧的两个最接近位点之间进行插值。在这些实施例中，确定距离与所述一个或两个最接近位置以外的位点无关。注意，尽管只选择了一个或两个位点来确定前进距离，但是使用更大量的位点来确定距离增加了如上所述确定的位置的精度。
在典型的实施例中，安装在采掘机7上的线性横动驱动马达系统控制采掘机7在X方向上即横跨矿层1横向的所需运动。通过调节剪切器头9的下限，能够控制采掘机7在Z方向上的所需运动。由于该下限限定了随后将安置轨道的地面，该下限确定了轨道在Y方向上的轮廓。上限仅从最大开采角度来说才比较重要。
各种手段都能够确定该下限，例如马达转矩、伽马检测、模拟截割、视觉参考。在这方面，如上所述的INS在一起使用时提高了这些技术的精度、稳定性和总体效率。
可移动托架17承载可摆动臂21，该可摆动臂21又支撑位于可移动托架17的各个端部的剪切头9。臂21能够向上和向下摆动，同时可移动托架17能够沿着轨道19横动。一旦确定下限，则可以采用适当的驱动系统(诸如液压马达)来在采掘机7的随后横向经过中摆动臂21，使得剪切头9在每次经过过程中将所有可能相关材料从矿层1移除，而不会不适当地开采地层11或地层13。
安装在采掘机上的惯性运动传感器测量采掘机7在Y方向上的运动，其中Y方向为开采进行方向。处理器102使用对采掘机7的期望三维绝对位置和沿着轨道19行进距离的获知以及矿层1在Y方向上的上限和下限来产生输出控制信号以相对于轨道19适当地移动采掘机7，并相对于采掘机7适当地移动剪切头9，从而进行精确开采控制。
因而，处理器102提供了使轨道向前运动到预选绝对位置的输出信号。另外，处理器102提供给顶板支架23的这些输出信号可以是这样的，即：使得采掘机7相对于剪切头以预选绝对大地航向或角度进行截割，从而使得采掘机7相对于轨道向矿层1内的向前行进以预选绝对大地航向或角度对开采面3进行截割。
处理器102包括程序存储器104和数据存储器106，数据存储器106存储关于由至少二维位置确定系统300在采掘机7沿着轨道19横动的整个过程中的各个点处提供的电信号的信息。处理器102然后请求、找回并使用存储在存储器104和106中的信号来计算所需的轨道运动。
在另一个实施例中，位置确定系统300提供X、Y和Z平面中的每个平面中的信号，并且存储剪切头9沿着轨道19的每个横动过程中的位置的轮廓，使得在随后的经过当中，剪切头位置控制系统(例如，液压马达)控制剪切头9的运动。剪切头位置控制系统可以将剪切头9向上或向下移动到致使该剪切头9以与最后横动相似的轮廓但是以从轨道19的向前位置确定的剪切深度横动的位置。这使得剪切头位置控制系统能够在随后的任何经过过程中预测剪切头9的可能或预期位置，使得剪切头9能够遵循矿层1的预先发现的褶皱或轮廓。当每次横动经过时，轮廓都可能发生改变，然而能够针对接下来的截割或一系列切割预测这种改变。因此，与已知的现有技术系统相比，这实现了对开采的更为严格的控制。
以上概括的位置确定系统仅仅是能够使用的典型位置确定系统的示例性形式，不应该被认为是限制性的。图11图示了电气方框电路图，该图示出了三维坐标定位系统300的处理的电气部分的功能元件。在该实施例中，INS确定采掘机7的位置。第一和第二里程计测量采掘机7在轨道19上行进的距离，并且稳定和提高INS的精度。这又确定采掘机横跨开采面的位置，使得能够确定X1、X2、X3……XN。
处理器102从INS和里程计接收输出信号。在一个实施例中，处理器102安装在可移动托架17上，诸如通过焊接将处理器102所在的计算机系统100的壳体永久固定。在其他实施例中，该壳体可以被可移除地附接至可移动托架17。在又一个实施例中，处理器102紧邻采掘机7定位和距离采掘机7为10米内。在另一个实施例中，采掘机7包括将坐标定位确定系统300连接至处理器102的电缆。处理器102处理输入信号并将它们存储在数据存储器106中。处理器102随后调用并处理这些信号，并且计算顶板支架23前进的距离27。
处理器102然后利用数据存储器106中的信息来处理用于所需顶板支架23移动的信号。与每个顶板支架23相关联的每个移动元件25从处理器102接收电信号输出，从而使顶板支架23移动距离27。轨道19随后移动预定距离404。用于使顶板支架23移动以支撑矿井顶板的各个控制电路适当地接口至处理器102。
图11是软件流程图，示出了在开采活动期间从长壁开采过程开始到长壁开采过程结束的软件过程。该过程步骤是容易理解的，唯一例外是功能“已经按压退出键？”。该功能是为了确定是否已经按压采掘机上的停止按钮(退出键)，因而终止开采活动。
图12图示了采掘机的传动系1200。传动系1200包括行进机构，诸如连接至变速器1204的电动马达1202，变速器1204连接至轴1206。在使用时，轴1206通过经由变速器1204与马达1202相互作用而被驱动。第一里程计1208和第二里程计1210安装在轴1206上。
第一里程计1208包括连接至轴1206的正交编码器1212、光源1214(如LED)、透镜1216和光电检测器1218。如图12所示，正交编码器1212包括交替的透明区段(以白色示出)和遮蔽区段(以黑色示出)。外环1220包括四个区段，而内环1222包括八个区段。来自LED1214的光被透镜1216聚焦并传送穿过正交编码器1212。当正交编码器1212与轴1206一起旋转时，光交替地被阻挡或投射过，这在光电检测器1218的输出处导致方波。方波的频率与轴1206的转速直接相关。
由于正交编码器具有两个环1220和1222，所以光电检测器1218输出两个方波，其中一个方波的频率为另一个方波的频率的两倍。图4中的处理器102连接至光电检测器1218并接收所述方波。通过检测两个方波之间的关系，处理器102能够确定旋转方向以及转速。
更具体地说，在方波的每个上升沿或下降沿，处理器102确定采掘机已经移动预定距离。例如，采掘机的轮子的圆周为0.8m，结果，轴的每转都涉及0.8m的移动距离。由于内环1222包括位于透明区段和遮挡区段之间的八个过渡部，因此与内环1222相关联的方波的每个边沿都相当于0.1m的移动，也就是说，里程计1208每行进0.1m就提供一个正交脉冲。
第二里程计1210包括与第一里程计1208类似的部件。具体而言，第二里程计1210包括正交编码器1230，正交编码器1230包括外环1232和内环1234。如能够在图12中看到的，第二里程计1210的外环1232和内环1234的扇区数量明显高于第一里程计1208的外环1220和内环1222的扇区数量。结果，第一里程计1208的距离测量值的分辨率低于第二里程计1208的距离测量值的分辨率。在一个实施例中，内环1222包括80个扇区，结果，第二里程计每行进0.01m就提供一个正交脉冲。
本领域技术人员应认识到，在不脱离如在权利要求中限定的范围的情况下可以对这些具体实施方式进行各种改动和/或修改。
应该理解，本公开内容的技术可以使用各种工艺实现。例如，这里描述的方法可以通过驻留在合适的计算机可读介质上的一系列计算机可执行指令来实现。合适的计算机可读介质可以包括易失性(例如RAM)和/或非易失性(例如，ROM、磁盘)存储器、载波和传输介质。示例性的载波可以采取沿着局域网或可公共访问网络(如因特网)传送数字式数据流的电信号、电磁信号或光学信号的形式。
还应该理解，如从如下讨论清楚的，除非另有明确说明，在整个描述中，应该认识到使用诸如“估计”或“处理”或“计算”或“估算”、“优化”或“确定”或“显示”或“最大化”之类的术语的讨论是指计算机系统或类似电子计算装置的动作和过程，该计算机系统或类似电子计算装置对在计算机系统的寄存器和存储器中表示为物理(电子)量的数据进行处理并将其转换成在计算机系统存储器或寄存器内或其他这种信息存储器、传送或显示装置内类似地表示为物理量的其他数据。
因此，当前实施方式在所有方面都应该被认为是示例性而非限制性的。
相关申请的交叉参考
本申请要求2015年5月28日提交的澳大利亚临时专利申请第2015901986号的优先权，通过参考将该澳大利亚临时专利申请的内容结合于本文。

Claims (19)

1.一种采掘机，该采掘机包括：
安装在可移动托架上的剪切头，所述剪切头用于随着所述可移动托架在横跨矿层从一侧到另一侧延伸的轨道上横跨所述矿层的开采面从一侧到另一侧横动时从所述矿层开采矿产；
多个顶板支架，所述多个顶板支架用于在从所述矿层开采矿产之后支撑矿井顶板，所述多个顶板支架中的每个顶板支架都通过相应的移动元件连接至所述轨道；
至少二维坐标位置确定系统，所述至少二维坐标位置确定系统用于确定在第一横动过程中在沿着所述轨道的一个或多个位点处的所述可移动托架在空间中的绝对坐标位置，所述一个或多个位点中的每个位点都与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联，所述至少二维坐标位置确定系统根据所述绝对坐标位置提供绝对坐标位置输出数据信号；
处理器，该处理器用于：
接收所述绝对坐标位置输出数据信号；
在所述可移动托架的所述第一横动过程中，基于在所述第一横动过程中确定的所述绝对坐标位置并基于期望轮廓，确定朝向所述矿层移动所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架的距离；
在所述第一横动过程中确定所述可移动托架是否已经经过所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架；并且
当在所述第一横动过程中确定所述可移动托架已经经过所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架时，产生用于连接至所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架的所述移动元件的控制信号，以使所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架在所述第一横动过程中移动在所述第一横动过程中确定的所述距离，使得当连接至所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架的所述移动元件移动所述轨道时，所述轨道采取所述期望轮廓。
2.根据权利要求1所述的采掘机，其中：
所述多个顶板支架中的每个顶板支架都具有接合状态，在该接合状态下，该顶板支架与所述矿井顶板接合，使得该顶板支架提供固定位置以供所述移动元件移动所述轨道；
所述多个顶板支架中的每个顶板支架都具有分离状态，在该分离状态下，在所述轨道提供固定位置以供所述移动元件移动该顶板支架的同时，该顶板支架能由该移动元件移动；并且
产生控制信号包括产生这样的控制信号，使得所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架在所述第一横动过程中在使所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架移动在所述第一横动过程中确定的所述距离时采取所述分离状态，而在所述第一横动过程中移动所述轨道以采取用于第二横动的所述期望轮廓时采取所述接合状态。
3.根据权利要求2所述的采掘机，其中，连接至所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架的所述移动元件使所述轨道移动与所述绝对坐标位置无关的预定距离。
4.根据前述权利要求中任一项所述的采掘机，其中，所述处理器位于距离所述采掘机10米以内。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的采掘机，所述采掘机进一步包括用于将所述至少二维坐标位置确定系统连接至所述处理器的电缆。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的采掘机，其中，所述处理器安装至所述采掘机或所述可移动托架。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的采掘机，其中，与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联的所述一个或多个位点包括与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联的多于5个的位点，使得所述距离是基于多于5个的位点确定的。
8.根据权利要求7所述的采掘机，其中，与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联的所述一个或多个位点包括与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联的多于100个的位点，使得所述距离是基于多于100个的位点确定的。
9.根据权利要求8所述的采掘机，其中，与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联的所述一个或多个位点包括与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联的5到2000个位点，使得所述距离是基于5到2000个位点确定的。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的采掘机，其中，所述至少二维坐标位置确定系统包括第一里程计和第二里程计，并且所述第一里程计的距离测量值的第一分辨率低于所述第二里程计的距离测量值的第二分辨率。
11.根据权利要求10所述的采掘机，其中，所述第一里程计的分辨率为每米少于10个距离测量值，并且所述第二里程计的分辨率为每米多于100个距离测量值。
12.根据权利要求10所述的采掘机，其中，所述第一里程计用来提供绝对距离测量值，并且所述第二里程计用来提供增量距离测量值。
13.根据权利要求10所述的采掘机，其中，所述第一里程计用来提供绝对距离测量值，并且所述第二里程计用来提供绝对距离测量值。
14.一种用于控制采掘机的方法，该采掘机包括：
安装在可移动托架上的剪切头，所述剪切头用于随着所述可移动托架在横跨矿层从一侧到另一侧延伸的轨道上横跨所述矿层的开采面从一侧到另一侧横动时从所述矿层开采矿产；
多个顶板支架，所述多个顶板支架用于在从所述矿层开采矿产之后支撑矿井顶板，所述多个顶板支架中的每个顶板支架都通过相应的移动元件连接至所述轨道；
所述方法包括：
从至少二维坐标位置确定系统接收绝对坐标位置输出数据信号，所述至少二维坐标位置确定系统用于确定在第一横动过程中在沿着所述轨道的一个或多个位点处的所述可移动托架在空间中的绝对坐标位置，所述一个或多个位点中的每个位点都与所述多个顶板支架中的一个顶板支架相关联，所述位置确定系统；
在所述可移动托架的所述第一横动过程中，基于在所述第一横动过程中确定的绝对坐标位置并基于期望轮廓，确定朝向所述矿层移动所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架的距离；
在所述第一横动过程中确定所述可移动托架是否已经经过所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架；并且
当在所述第一横动过程中确定所述可移动托架已经经过所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架时，产生用于连接至所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架的所述移动元件的控制信号，以使所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架在所述第一横动过程中移动在所述第一横动过程中确定的距离，使得当连接至所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架的所述移动元件移动所述轨道时，所述轨道采取所述期望轮廓。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，产生用于所述移动元件的控制信号包括产生这样的控制信号，使得当连接至所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架的所述移动元件移动所述轨道时，所述轨道在所述第一横动之后立即采取用于第二横动的所述期望轮廓。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，产生用于所述移动元件的控制信号包括产生这样的控制信号，使得当连接至所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架的所述移动元件移动所述轨道时，所述轨道采取用于所述第一横动的剩余部分的所述期望轮廓。
17.根据权利要求14或15所述的方法，其中，在确定所述可移动托架已经经过所述多个顶板支架的任何随后顶板支架之前进行所述控制信号的产生。
18.根据权利要求14或15所述的方法，其中，确定朝向所述矿层移动所述多个顶板支架中的一个顶板支架的距离包括：基于与所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架相关联的一个或多个选定位点处的所述绝对坐标位置并且与和所述多个顶板支架中的所述一个顶板支架相关联的所述选定位点以外的位点处的所述绝对坐标位置无关地确定该距离。
19.一种使计算机执行权利要求14至18中任一项所述的方法的计算机可读介质。
CN201610365523.5A 2015-05-28 2016-05-27 采掘机和用于控制采掘机的方法 Active CN106194230B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2015901986A AU2015901986A0 (en) 2015-05-28 Mining machine
AU2015901986 2015-05-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106194230A CN106194230A (zh) 2016-12-07
CN106194230B true CN106194230B (zh) 2020-05-15

Family

ID=55920726

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610365523.5A Active CN106194230B (zh) 2015-05-28 2016-05-27 采掘机和用于控制采掘机的方法
CN201620502169.1U Active CN205778973U (zh) 2015-05-28 2016-05-27 采掘机

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201620502169.1U Active CN205778973U (zh) 2015-05-28 2016-05-27 采掘机

Country Status (2)

Country Link
CN (2) CN106194230B (zh)
AU (1) AU2016200780B1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108007461B (zh) * 2017-11-13 2021-08-06 西安理工大学 油田井下设备运动轨迹的定位装置及绘制方法
GB2576171A (en) * 2018-08-07 2020-02-12 Caterpillar Global Mining Gmbh Self-advancing roof support for a longwall mining system
CN112983417B (zh) * 2021-03-15 2023-12-12 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司 一种煤矿采掘装备数据分析预警方法
CN113404490B (zh) * 2021-06-27 2022-02-18 中国矿业大学 一种深部煤炭流态化管道输送系统
CN113818880B (zh) * 2021-10-13 2023-08-08 郑州恒达智控科技股份有限公司 采煤工作面自动调斜装置及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4134270A (en) * 1975-12-23 1979-01-16 Gullick Dobson Limited Mine roof support control
US4887935A (en) * 1987-12-23 1989-12-19 Bochumer Eisenhutte Heintzmann Gmbh & Co. Kg Method of controlling the movement of a longwall excavation front, especially the face or breast of a coal seam
US5020860A (en) * 1988-10-31 1991-06-04 Consolidation Coal Company Methods and apparatus for maintaining longwall face alignment
DE4142165A1 (de) * 1991-09-24 1993-04-08 Hemscheidt Maschf Hermann Verfahren zum abbau von kohlefloezen durch schraemen
US5275469A (en) * 1991-05-30 1994-01-04 Hermann Hemscheidt Maschinenfabrik Gmbh Method of working coal seams to a defined preset depth of cutting during ploughing with a cutter
CN1396982A (zh) * 2000-04-26 2003-02-12 联邦科学和工业研究组织 采掘机及采掘方法
CN102661162A (zh) * 2012-05-10 2012-09-12 北京天地玛珂电液控制系统有限公司 一种采煤工作面直线度控制方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009026011A1 (de) * 2009-06-23 2010-12-30 Bucyrus Europe Gmbh Verfahren zur Bestimmung der Position oder Lage von Anlagekomponenten in Bergbau-Gewinnungsanlagen und Gewinnungsanlage
CN104058215B (zh) * 2014-06-05 2015-12-09 中国矿业大学 基于采煤机绝对运动轨迹的刮板输送机动态校直方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4134270A (en) * 1975-12-23 1979-01-16 Gullick Dobson Limited Mine roof support control
US4887935A (en) * 1987-12-23 1989-12-19 Bochumer Eisenhutte Heintzmann Gmbh & Co. Kg Method of controlling the movement of a longwall excavation front, especially the face or breast of a coal seam
US5020860A (en) * 1988-10-31 1991-06-04 Consolidation Coal Company Methods and apparatus for maintaining longwall face alignment
US5275469A (en) * 1991-05-30 1994-01-04 Hermann Hemscheidt Maschinenfabrik Gmbh Method of working coal seams to a defined preset depth of cutting during ploughing with a cutter
DE4142165A1 (de) * 1991-09-24 1993-04-08 Hemscheidt Maschf Hermann Verfahren zum abbau von kohlefloezen durch schraemen
CN1396982A (zh) * 2000-04-26 2003-02-12 联邦科学和工业研究组织 采掘机及采掘方法
CN102661162A (zh) * 2012-05-10 2012-09-12 北京天地玛珂电液控制系统有限公司 一种采煤工作面直线度控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
AU2016200780B1 (en) 2016-05-12
CN106194230A (zh) 2016-12-07
CN205778973U (zh) 2016-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106194230B (zh) 采掘机和用于控制采掘机的方法
EP1276969B1 (en) Mining machine and method
AU2010264551B2 (en) Determination of route for arranging automatic control of mobile mining machine
CN205918424U (zh) 采矿机器
EP2631729B1 (en) Apparatus and method for drive path search
CN104838072A (zh) 取料机三维体积速率控制器
RU2681007C1 (ru) Способ контролирования позиции врубовой машины в длинном забое на основе геоинформационной системы угольного пласта
CN112412453A (zh) 控制自动化长壁工作面的方法和装置
CN109715887B (zh) 基础工程装置和基础工程方法
CN101737030A (zh) 矿床钻探定位井深控制方法
US20220349304A1 (en) Rotary boring mining machine inertial steering system
CA3028825C (en) Apparatus and method for positioning rock drilling rig
Reid et al. A practical inertial navigation solution for continuous miner automation
JP2019082003A (ja) シールド掘進機の方向制御システム
WO2009145694A1 (en) Method and device for calculating the reliability of an estimated position
JP2004138422A (ja) トンネル孔内測量方法及びトンネル孔内測量システム
CN114739394A (zh) 悬臂式掘进机自动导航和定位截割的方法和系统
CN112443328B (zh) 控制方法、装置、采掘设备和计算机可读存储介质
CN112431635A (zh) 基于大地坐标序列综采工作面自动找直方法、装置及系统
AU2001252023B2 (en) Mining machine and method
JP4834273B2 (ja) 採掘機械および方法
US20240125180A1 (en) Mobility Control for Mobile Drilling Rig
JP7334550B2 (ja) シールド掘削機の掘進方向調整方法及びシールド掘進機の方向制御システム
CN115900698A (zh) 采煤工作面设备位姿实时计算方法、系统、设备及介质
CN102506770A (zh) 一种掘进机偏向角检测装置及检测方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant