CN107355221A - 长壁开采系统中的流体输送系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于长壁采掘机的流体输送系统。所述流体输送系统包括：流量控制装置和电子处理器。所述流体控制装置与位于采掘机上的喷嘴流体连通，并且与流体源流体连通。所述电子处理器被连接至所述流量控制装置。所述电子处理器被配置成：接收能力参数的量值；并且基于所述能力参数的量值确定模型流体流量。所述能力参数对应于采掘机的沿采矿工作面的位置。所述电子处理器还被配置成：基于所述模型流体流量，设置所述流量控制装置的操作参数；以及以所述设置的参数来操作所述流量控制装置。

Description

长壁开采系统中的流体输送系统和方法
技术领域
本发明涉及长壁开采系统中的流体输送。
背景技术
采掘工业使用各种采掘系统来开采矿物。在某些采掘系统中，采用的采掘机械包括流体输送系统，以在采掘机的采掘执行机构附近喷洒流体。流体可以驱散在开采区域产生的有害气体和/或可燃气体，抑制灰尘以及加强冷却。
发明内容
在某一实施例中，本发明提供一种长壁采掘机系统，所述长壁采掘机系统包括采掘机、电子控制器和流体分配系统。所述采掘机被配置成沿采矿工作面行进。所述采掘机包括：采掘机主体；切割滚筒，所述切割滚筒被连接至所述采掘机主体；以及喷嘴，所述喷嘴在所述切割滚筒上。所述电子控制器被配置成测量长壁采掘机操作的能力参数。所述能力参数对应于所述采掘机沿所述采矿工作面的位置。所述流体输送系统包括流量控制装置和电子处理器。所述流体控制系统与所述喷嘴及流体源流体连通。所述电子处理器被连接至所述流量控制装置。所述电子处理器被配置成：接收所述能力参数的量值(measure)；基于所述能力参数的量值，确定模型流体流量；基于所述模型流体流量，设置所述流量控制装置的操作参数；以及以所述设置的操作参数来操作所述流量控制装置。
在另一实施例中，本发明提供一种控制用于长壁采掘机系统的流体输送系统的方法。所述方法包括：确定能力参数的量值，并且基于所述能力参数的量值，用电子处理器确定模型流体流量。所述能力参数对应于采掘机沿采矿工作面的位置。所述方法还包括：用所述电子处理器设置流量控制装置的参数，以经由位于所述采掘机的切割滚筒上的喷嘴来输送所述模型流体流量；以及经由所述电子处理器，以所述设置的参数来操作所述流量控制装置，从而经由所述喷嘴喷射流体。所述流量控制装置与所述喷嘴流体连通，并且与流体源流体连通。
在另一实施例中，本发明还提供一种用于长壁采掘机的流体输送系统。所述流体输送系统包括：流量控制装置和电子处理器。所述流体控制系统与位于所述采掘机上的喷嘴流体连通，并且与流体源流体连通。所述电子处理器被连接至所述流量控制装置。所述电子处理器被配置成：接收能力参数的量值，并且基于所述能力参数的量值，确定模型流体流量。所述电子处理器还被配置成：基于所述模型流体流量，设置所述流量控制装置的操作参数；以及以改变的参数来操作所述流量控制装置。所述能力参数对应于采掘机沿采矿工作面的位置。
通过考虑具体实施方式和附图，本发明的其它方面会变得更为清晰。
附图说明
图1示出了根据本发明某一实施例的长壁开采系统。
图2是图1所示长壁开采系统的长壁采掘机的侧面透视图。
图3是图2所示长壁采掘机的暴露轮廓图。
图4是图2所示长壁采掘机的顶侧透视图。
图5A-B示出了穿过煤层时的长壁采掘机。
图6是用于图2所示采掘机的采掘机控制系统的示意图。
图7是用于图2所示采掘机的流体分配系统的示意图。
图8是示出了操作流体分配系统的方法的流程图。
图9是示出了控制流体分配系统的主流量控制装置的方法的流程图。
图10是示出了确定用于主流量控制装置的模型流体流量的方法的流程图。
图11是示出了控制流体分配系统的第二流量控制装置的方法的流程图。
图12是示出了确定用于第二流量控制装置的模型流体流量的方法的流程图。
图13是根据本发明某一实施例的长壁监控系统的示意图。
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说明中所阐述和在以下附图中所示出的结构细节和部件排布。本发明可具有其它实施例，并且能够以各种不同的方式来实现或实施本发明。
另外，应当明白，本发明的实施例可以包括硬件、软件以及电子元件或模块，为了讨论目的，它们被展示和描述成就像只以硬件实施大部分元件。然而，本领域技术人员在阅读具体实施方式的基础上可以认识到，在至少一个示例中，可以能够由一个或多个处理器执行的软件(例如，存储在非易失性计算机可读介质中)中实施本发明的、基于电子的方面。据此，应当注意，可以使用多个基于硬件和软件的装置，以及多个不同结构的部件来实施本发明。此外，如下述段落所述，附图中展示的具体机械结构只意在举例说明本发明的实施例。然而，可能有其它可供选择的机械结构。例如，说明书中描述的“控制器”和“模块”可以包括标准处理元件，例如一个或多个处理器、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入/输出接口、以及连接各元件的各种连接(例如，系统总线)。在一些示例中，控制器和模块可以被实施成通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)以及现场可编程门阵列(FPGA)中一个或多个，这些控制器和模块能够执行指令或者实施其在本申请中描述的功能。
图1展示了长壁开采系统100。长壁开采系统100包括长壁采掘机系统105和监控系统110。长壁开采系统100被配置成以高效方式从矿藏提取产品或矿物，例如煤炭。长壁采掘机系统105以物理方法从地下矿藏提取矿物(例如，煤炭)，并且就长壁采掘机系统105的运行与监控系统110通信。
如图1所示，长壁采掘机系统105包括顶板支架115和长壁采掘机120。顶板支架115通过电气和液压连接而互连且平行于采煤工作面(未显示)。进一步，顶板支架115遮蔽采掘机120，以防止其受到覆盖的地质层的影响。长壁采掘机系统105中使用的顶板支架115的数量取决于被开采的采煤工作面的宽度，因为顶板支架115意在保护采煤工作面的整个宽度免受地质层的影响。通过刮板输送机(AFC)125使采掘机120沿着采煤工作面传送，AFC 125具有用于采掘机120的专用齿条，这些齿条在采矿工作面和顶板支架115之间平行于采煤工作面延伸。AFC 125还包括平行于采掘机齿条延伸的部分，从而挖掘的开采物料(例如，煤炭)能够落到输送机125上而被运离采煤工作面。输送机和AFC 125的齿条由位于主门135和尾门140的AFC驱动器130驱动。主门135和尾门140指的是AFC 125的远端。AFC驱动器130使输送机125能够持续地向主门135运输开采物料(图1的左侧)，并且使采掘机120能够沿着AFC 125的齿条被拖曳而双向地穿过采煤工作面。根据具体的矿藏布置，长壁采掘机系统105的布置也可能与上面描述的不同，例如，主门135可以位于AFC 125的右侧远端，而尾门140可以位于AFC 125的左侧远端。
长壁采掘机系统105还包括梁式分段装载机(BSL)145，BSL 125被垂直安置在AFC125的主门135端。当得到的开采物料被AFC 125拖曳到主门135时，开采物料通过90°转弯而被发送到BSL 145上。在一些实施例中，BSL 145以倾斜角(例如，非直角)与AFC 125互连。BSL 145然后准备并将开采物料装载到主门输送机(未显示)上，主门输送机将煤炭运输至地面。开采物料被准备好被破碎机(或分拣机)150装载，破碎机150使开采物料破碎，从而改善在主门输送机上的装载。与AFC 125的输送机相似，BSL 125的输送机也由BSL驱动器(未显示)驱动。
监控系统110与长壁采掘机系统105交换以下信息：例如，矿井的物理尺寸、长壁采掘机系统105的操作速度、长壁采掘机系统105的流体分配系统210(图2)的操作以及长壁采掘机系统105的其它操作功能。在一些实施例中，监控系统110向长壁采掘机系统105发送控制信号，以改变长壁采掘机系统105的操作。图6更详细地描述了监控系统110。
图2-4展示了采掘机120。图2展示了采掘机120的侧向透视图。采掘机120包括伸长的中心外壳205，中心外壳205支持和保护用于采掘机120的操作控制。在展示的实施例中，中心外壳205还包括用于流体分配系统210的控制。在中心外壳205下面延伸的是制动靴(skid shoe)215和捕获靴(trapping shoe)220(图3)。制动靴215将采掘机120支撑在AFC125的采煤工作面侧(例如，最靠近采煤工作面的那侧)，而捕获靴220将采掘机120支撑在AFC 125的采空区侧(goaf side)。具体而言，捕获靴220及拖曳链轮与AFC 125的齿条啮合，以使采掘机120能够沿着AFC 125和采煤工作面推进。如图2所示，右摇臂225和左摇臂230从中心外壳205延伸出来。分别通过右臂液压子系统225和左臂液压子系统234(图6)提升或降低右摇臂225和左摇臂230。液压子系统233、234(图6)包括附接至右摇臂225和左摇臂230底侧的液压缸，以提升和/或降低摇臂225、230。
如图2-4所示，右摇臂225在其远端支撑右切割滚筒235。类似地，左摇臂230在其远端支撑左切割滚筒240。分别通过马达245、247(图3所示)驱动各个切割滚筒235、240。马达245、247经由摇臂225、230中的轮系来驱动右切割滚筒235和左切割滚筒240。切割滚筒235、240中的每一个均具有多个开采钻头243(例如，切削截齿)，当切割滚筒235、240旋转时，开采钻头245会磨削采煤工作面，从而将开采物料切离。切割滚筒235、240中的每一个均还包括多个喷嘴250。喷嘴250中的每一个均对应于开采钻头243中的一个，因此其位置被设置成周向围绕切割滚筒235、240并靠近开采钻头243。在开采过程中，喷嘴会喷出液体(例如，水)，以便驱散在挖掘现场产生的一种或多种有毒和/或易燃气体，抑制灰尘，以及加强冷却。喷嘴250与流体分配系统210流体连通，而流体分配系统210控制在采掘机120操作期间喷出的流体量。图3展示了采掘机120的暴露的轮廓图，其中采掘机120包括沿着AFC 125驱动采掘机120的右拖曳电机255和左拖曳电机260。
图4是采掘机120的顶侧透视图。如图4所示，采掘机120还包括各种传感器，以在开采操作期间允许自动控制采掘机120。例如，采掘机120包括右臂倾斜计265、左臂倾斜计270、右拖曳齿轮传感器275和左拖曳齿轮传感器280。在所示的实施例中，采掘机120还包括俯仰角和横摇角传感器285。图4示出了各种传感器的大致位置。在其它实施方式中，传感器可以位于采掘机120的其它位置。倾斜计265、270提供关于摇臂225、230的角度或斜率的信息。在一些实施例中，作为倾斜计265、270的补充或代替，采掘机120包括线性换能器，其被安装在各个摇臂225、230与中心壳体205之间，以提供关于摇臂225、230的位置的信息。拖曳齿轮传感器275、280提供关于沿AFC 125的采掘机120的位置以及采掘机120的移动速度和方向的信息。在展示的实施例中，采掘机120还包括与右拖曳电机255相关联的右转速计287，以及与左拖曳电机相关联的左转速计290。来自右转速计287和左转速计290的输出信号可用于估计沿着AFC 125的采掘机120的速度。在其它实施例中，右转速计287和左转速计290代替拖曳齿轮传感器275、280。在一些实施例中，右转速计287、左转速计290、左拖曳齿轮传感器275和右拖曳齿轮传感器280能够通过检测右拖曳电机255和左拖曳电机260的位置和/或旋转而感测采掘机120的速度和位置。
俯仰和横摇角传感器285提供关于中心壳体205的角度对准的信息。如图4所示，采掘机120的俯仰是指朝向和离开采矿工作面的角度倾斜，而采掘机120的横摇是指采掘机120的右侧与采掘机120的左侧之间的角度差，通过图4中的轴可以更清楚地显示。
图5A-B示出了穿过矿层(例如煤层)时的采掘机120。如图5A所示，尽管采掘机120不需要进行双向切割，但是采掘机120能够沿着采矿工作面300以双向的方式横向移位。例如，在一些采矿操作中，采掘机120沿着采矿工作面300双向推进，但是仅在一个方向行进时剪切矿物。可供选择地，采掘机120可以被配置为在每次正向通过和返回通过期间均提取一层矿物，从而执行双向切割操作。图5B以工作面端部视角示出了穿过采矿工作面300时的采掘机120。如图5B所示，右切割滚筒235和左切割滚筒240相互错开，以适应正在开采的矿层的整个高度。具体而言，当采掘机120沿着AFC 125水平移动时，右切割滚筒235被示出为从采矿工作面300的顶部(例如，上半部分)切下矿物，而左切割器滚筒240被示出为从采矿工作面300的底部切下矿物。
根据煤层的高度不同，右切割滚筒235和左切割滚筒240可能不会从采矿工作面剪切相同数量的开采物料。相反，切割滚筒235、240中的一个可以比相对的那个切割滚筒235、240切割更多或更少的开采物料。另外，右切割滚筒235和左切割滚筒240例如可以基于采掘机120沿着采矿工作面300的位置而剪切不同数量的矿物。例如，采掘机120在剪切工作面运行(run-of-face)部分时，比剪切主门部分或尾门部分时剪切更多的物料。采矿工作面300的主门部分是指采矿工作面300的、最靠近AFC 125主门135的部分。在一个实例中，采矿工作面的主门部分是指最靠近AFC 125主门135的20个顶板支架115，而采矿工作面的尾门部分是指最靠近AFC 125尾门140的20个顶板支架115。工作面运行部分是指采矿工作面的、在主门部分和尾门部分之间的部分。例如，如果长壁采掘机系统105包括从主门135开始以1-100进行索引的总共100个顶板支架，那么采矿工作面的与顶板支架1-20相对应的部分是主门部分，与顶板支架21-80相对应的部分是工作面运行部分，而采矿工作面的与顶板支架81-100相对应的部分是尾门部分。在一些实施例中，例如可以基于与采矿工作面300特定区域中的顶板支架相对应的索引号码，进一步细分工作面运行部分。例如，采矿工作面可以包括主门部分、第一工作面运行部分、第二工作面运行部分和尾门部分。
图6是用于控制采掘机120操作的采掘机控制系统400的示意图。采掘机控制系统400包括主控制器405。主控制器405包括硬件(例如，电子处理器)和软件(例如，存储在主控制器405的存储器中)，以执行本地存储的指令/逻辑，从而基于来自操作者的无线电指令和/或基于从监控系统110的不同处理器传送的指令，或者基于上述指令的组合来控制采掘机120。主控制器405与各种采掘机传感器265、270、275、280、285、287、290进行通信，以接收指示采掘机120的位置和/或移动的输出信号。主控制器405使用接收的输出信号，以将控制信号提供至右拖曳电机255、左拖曳电机260、右臂液压子系统233、左臂液压子系统234和流体分配系统210。在所示的实施例中，主控制器405还将来自传感器265、270、275、280、285、287、290的传感器输出信号发送至流体分配系统210。流体分配系统210可以向主控制器405提供综合的操作信息。例如，主控制器405确定切割滚筒235、240中的哪一个将从采矿工作面切割矿物的顶部，以及切割滚筒235、240旋转的速度。主控制器405还将相应的信号发送到右臂液压子系统233、左臂液压子系统234、右拖曳电机255和左拖曳电机260，以实现期望的切割高度和速度。在一些实施例中，主控制器405还控制液压系统，以操作顶板支架115和相关联的设备(例如，顶棚、防护柱等)。在一些实施例中，采掘机控制系统400可以结合到地下长壁控制系统1005中(图11)。
图7是示例性流体分配系统210的示意图。流体分配系统210基于从例如采掘机控制系统400接收的至少一个能力参数，从而监控和控制由切割滚筒235、240上的喷嘴250喷出的流体(例如水)的量。流体分配系统210包括电子处理器600、主流量控制装置605、第一流量计610、流量歧管615、一组次流量控制装置(即，第二流量控制装置625和第三流量控制装置635)、第二流量计620和第三流量计630。在图7的示图中，实线表示流体的流通线路，虚线表示数据和/或控制信号的通信线路。主流量控制装置605被连接到电子处理器600，以接收来自电子处理器600的控制信号。主流量控制装置605与流体源640、第一流量计610和流量歧管615流体连通。当主流量控制装置605接收来自电子处理器600的启动信号时，主流量控制装置605将流体从流体源640传送到流量歧管615，以用于在第一切割滚筒235和第二切割滚筒240的喷嘴250之间分配流体。主流量控制装置605例如可以是变速泵和/或可变流量阀。控制信号向主流量控制装置605指示从流体源640传递到流量歧管615的特定量或流速。当主流量控制装置605包括变速泵时，控制信号可以指示变速泵的运行速度。当主流量控制装置605包括可变流量阀时，控制信号可以指示可变流量阀的入口尺寸。
流量歧管615位于主流量控制装置605与第二和第三流量控制装置625、635之间。当主流量控制装置605被来自电子处理器600的控制信号激活(例如，打开)时，流量歧管615从主流量控制装置605接收流体。然后，流量歧管615将来自主流量控制装置605的流体分配到通向右切割滚筒235上的喷嘴250的第一路径645和通向左切割滚筒240上的喷嘴250的第二路径650。具体地，流量歧管615将流体从主流量控制装置605传递到第二流量控制装置625和第三流量控制装置635。
次级流量控制装置625、635位于主流量控制装置605和流量歧管615的下游。第二流量控制装置625被连接到电子处理器600、流量歧管615和右切割滚筒235上的喷嘴250。特别地，第二流量控制装置625位于流量歧管615与右切割滚筒235上的喷嘴250之间。第二流量控制装置625从电子处理器600接收控制信号，该控制信号指示传送到右切割滚筒235上的喷嘴250的特定量或流速。根据接收到的控制信号，第二流量控制装置625控制从流量歧管615到右切割滚筒235上的喷嘴250的流速。
第三流量控制装置635被连接到电子处理器600、流量歧管615和左切割器滚筒240上的喷嘴250。第三流量控制装置635位于流量歧管615与左切割滚筒240上的喷嘴250之间。第三流量控制装置635接收来自电子处理器600的控制信号，该控制信号指示传送到左切割滚筒240上的喷嘴250的特定流量。根据接收到的控制信号，第三流量控制装置635控制从流量歧管615到左切割器滚筒240上的喷嘴250的流速。
在所示的实施例中，第二流量控制装置625和第三流量控制装置635包括可变流量阀。然而，在其它实施例中，第二流量控制装置625和第三流量控制装置635可以包括其它类型的流量控制装置，例如变速泵。此外，由于第二流量控制装置625和第三流量控制装置635两者都被连接到流量歧管615，通过调节例如第二流量控制装置625的操作参数，流向第三流量控制装置635的流速被自动调节。类似地，通过调节第三流量控制装置635的操作参数，流向第二流量控制装置625的流速被自动调节。
第一流量计610位于主流量控制装置605与流量歧管615之间。第一流量计610测量流体分配系统210的主流速。第一流量计610连接到电子处理器600，以向电子处理器600提供对流体分配系统210的主流速的指示。第二流量计620位于流量歧管615和第二流量控制装置625之间。第二流量计620测量流量分配系统210的第一路径645的流速。也就是说，第二流量计620测量指向右切割滚筒235上的喷嘴250的流速。第二流量计620也被连接到电子处理器600，以提供对流体分配系统210的第一路径645的流速的指示。第三流量计630位于流量歧管615与第三流量控制装置635之间。第三流量计630测量流体分配系统210的第二路径650的流速。也就是说，第三流量计630测量指向左切割滚筒240上的喷嘴250的流速。第三流量计630也被连接到电子处理器600，以向电子处理器提供对流体分配系统210的第二路径650的流速的指示。
电子处理器600被连接到采掘机控制系统400的主控制器405、主流量控制装置605、第一流量计610、第二流量计620、第三流量计630、第二流量控制装置625和第三流量计流量控制装置635。在所示的实施例中，电子处理器600从采掘机控制系统400(例如，主控制器405)接收能力参数。能力参数是指与被开采的(例如，获得的)矿物(例如，煤)的量相关联的参数。随着更多的矿物被采掘机120开采，可能释放更多的有毒气体。因此，随着开采矿物量的增加，流体分配系统210也增大了通过右切割滚筒235和左切割滚筒240的喷嘴250的流体的流速。能力参数向电子处理器600指示在特定时间开采的矿物的大概量。在所示的实施例中，能力参数包括：例如，沿着采矿工作面300的采掘机120的位置(例如，采矿工作面300的、采掘机120当前正在剪切矿物的部分)、沿着采矿工作面的采掘机120的行进速度、每个切割滚筒235、240的高度、沿着采矿工作面300的采掘机120的行进方向，以及采掘机120的切割深度。采掘机120沿着采矿工作面移动得越快，采掘机120获得的矿物越多。类似地，随着切割滚筒235、240的切割高度和/或采掘机120的切割深度增加，所获得的矿物量也增加。采掘机120的位置也影响由采掘机120获得的矿物量。例如，当采掘机120在主门135或尾门140处改变方向时，采掘机120不会提取同样多的矿物。然而，当采掘机行进通过采矿工作面300的其余部分(例如，工作面运行部分)时，采掘机120提取更多的矿物。此外，采掘机120的行进方向也改变由采掘机120所获得的矿物量。例如，当采掘机120以单向方式剪切矿物时(例如，只在其从主门135行进到尾门140时才剪切矿物)，在一个行进方向上获得的矿物量显著地大于在相对的行进方向上获得的矿物量。在一些实施例中，能力参数可以包括与所获得的矿物量相关的采掘机120的其它量值。基于所接收的能力参数以及从第一、第二和第三流量计610、620、630接收的流速，电子处理器600生成用于主流量控制装置605、第二流量控制装置625和第三流量控制装置635中的每一个的控制信号。
图8是示出操作流体分配系统210的方法655的流程图。首先，流体分配系统210的采掘机控制系统(即，主控制器405)和/或电子处理器600确定不同能力参数的量值(框图670)。在一些实施例中，流体分配系统210的电子处理器600通过从主控制器405和/或从采掘机传感器265、270、275、280、285接收的能力参数的量值来确定能力参数的量值。在其它实施例中，电子处理器600通过基于从采掘机传感器265、270、275、280、285、287、290接收的输出信号来执行计算，从而确定能力参数的量值。电子处理器600然后基于第一能力参数的量值而控制主流量控制装置605(框图675)。电子处理器600还基于第二能力参数的量值而控制一组次流量控制装置625、635(框图680)。通过控制主流量控制装置605和次级流量控制装置625、635，电子处理器600控制由右切割滚筒235和左切割滚筒240上的喷嘴250喷射的流体量。
图9是示出控制主流量控制装置605的方法700的流程图。具体地，可以使用方法700来实施图8的框图675。首先，如图8的框图670所描述的，电子处理器600确定能力参数的量值。在所示的实施例中，电子处理器600确定沿着采矿工作面300的采掘机120的速度，以及沿着采矿工作面300的采掘机120的位置。然后，基于采掘机120的速度，电子处理器600确定模型流体流量(框图710)。模型流体流量指示主流量控制装置605的期望流量，从而能在提供足够流体以驱散有害气体的同时，减少流体的浪费。电子处理器600基于模型流体流量来继续设置主流量控制装置605的操作参数(例如，变速泵的速度或可变流量阀的孔径尺寸)(框图715)。在一个示例中，电子处理器600基于由第一流量计610、第二流量计620和/或第三流量计630测量的、通过流体分配系统210的当前流体流量，从而通过首先计算操作参数的变化来设置操作参数。电子处理器600然后以设定的操作参数来操作主流量控制装置605(框图720)。电子处理器600继续监控能力参数以控制流体分配系统210的当前流体流量，直到当例如采掘机120不工作时禁用流体分配系统210。因此，流体分配系统210基于测量的能力参数来调节提供给右切割滚筒235和左切割滚筒240的喷嘴250的流体(例如水)的量。
图10是示出确定用于主流量控制装置605的模型流体流量的示例性方法800的流程图。具体地，可以使用方法800来实施图9的框图710。如上所述，在所示的实施例中，电子处理器600确定沿着采矿工作面300的采掘机120的速度的量值，以及沿着采矿工作面300的采掘机120的位置的量值(图8的框图670)。电子处理器600然后确定与接收到的采掘机120的速度相对应的第一流体流量(或流速)(框图805)，并且确定与接收到的采掘机120的位置相对应的流体流量(或流速)的偏移(框图810)。电子处理器600然后将第一流体流量与该流体流量偏移结合(例如，相加)，以产生组合的流体流量(框图820)。因此，组合的流体流动既基于沿着采矿工作面300的采掘机120的速度，也基于沿着采矿工作面300的采掘机120的位置。在一个示例中，由于采掘机120的速度变化所产生的模型流体流量的变化比由于采掘机120的位置变化所产生的模型流体流量的变化更显著。然而，在其它示例中，采掘机120的速度变化比沿着采矿工作面的采掘机120的位置变化具有相同的或更小的影响。
在所示的实施例中，在框图805中，电子处理器600访问第一查找表，第一查找表存储与对应流体流相关联的多个采掘机速度。在框图810中，电子处理器600还访问第二查找表，第二查找表存储与对应流体流量偏移相关联的、沿着采矿工作面300的多个采掘机位置。在所示的实施例中，沿着采矿工作面300的采掘机120的位置可以是主门部分、尾门部分和工作面运行部分中的一个。在所示的实施例中，基于采掘机120的速度的第一流体流量和基于沿着采矿工作面300的采掘机120的位置的流体流量偏移受到最小流量的限制。最小流量对应于由流体分配系统210输送到右切割滚筒235上的喷嘴250和左切割滚筒240上的喷嘴250的最小流体流量。因此，第一查找表存储与最小流量相对应的最低流体流量，或者在一些实施例中，与大于最小流量的流体流量相对应。存储在第二查找表中的最低流体流量偏移与流体流动偏移相对应，当与第一查找表中存储的最低流体流量结合时，生成大于或等于最小流量的流体流量。
电子处理器600基于第一流体流量与流体流动偏移的组合以及流体分配系统210的当前流体流动而继续确定流体流量的变化(框图825)。电子处理器600然后确定流体流量的变化是否高于预定的最小变化阈值(框图830)。预定的最小变化阈值是指可由主流量控制装置605执行的最小阶跃变化。在所示的实施例中，预定的最小变化阈值对应于大约每分钟一到五升。在其它实施例中，例如基于主流量控制装置605的规格，预定的最小变化阈值可以更高或更低。
当由电子处理器600确定的流体流量的变化超过预定的最小变化阈值时，电子处理器600基于流体流量的变化来确定用于主流量控制装置605的模型流体流量(框图835)。另一方面，当流体流量的变化不超过(例如，等于或小于)预定的最小变化阈值时，电子处理器600基于预定的最小变化阈值来确定模型流体流量(框图840)。电子处理器600继续监控流体分配系统210的能力参数和当前流量，以更新通过喷嘴250的流速。
图11是示出控制次级流量控制装置625、635的方法850的流程图。具体地，可以使用方法850来实施图8的框图680。首先，如图8的框图670所描述的，电子处理器600确定能力参数的量值。在控制次流量控制装置625、635时确定的能力参数不同于用于控制主流量控制装置605的能力参数。当电子处理器600基于采掘机的速度和/或沿着采矿工作面300的采掘机的位置(例如，第一能力参数)来控制主流量控制器605时，电子处理器600基于右切割滚筒235的切割高度、左切割滚筒240的切割高度、采掘机120的切割深度以及采掘机120的行进方向(例如，第二能力参数)来控制次级流量控制装置625、635。因此，通过基于不同的能力参数独立地控制第二和第三流量控制装置625、626，对主流量控制装置605的控制能够大致调节由喷嘴250喷射的流体，与此同时，电子处理器600更精细地调节右切割滚筒235和左切割滚筒240上的喷嘴250喷射的流体。如图8所讨论的，可以从例如采掘机控制系统400接收这些能力参数。
使用右切割滚筒235和左切割滚筒240的切割高度、采掘机120的切割深度和采掘机120的行进方向，电子处理器600定制流向流体分配系统210的第一路径645和第二路径650的流量。换句话说，基于采掘机120的行进方向、切割高度和切割深度，电子处理器600确定用于第一路径645的第二模型流体流量(框图855)，并且确定用于第二路径650的第三模型流体流量(框图860)。如图9所描述的，模型流体流量指示用于第二流量控制装置625和第三流量控制装置635的期望流量，以在喷射足够流体以驱散有毒气体的同时减少流体的浪费。电子处理器600基于第二模型流体流量来继续设定第二流量控制装置625的操作参数(例如，可变控制阀的孔径尺寸)(框图865)。在一个示例中，电子处理器600基于第一路径645的模型流体流量和由第二流量计620测量的第一路径645的当前流体流量来确定第二流量控制装置625的操作参数的变化。电子处理器600还基于第三模型流体流量来设置第三流量控制装置635的操作参数(例如，可变控制阀的孔径尺寸)(框图870)。在一个示例中，电子处理器600基于第二路径650的模型流体流量和由第三流量计630测量的第二路径650的当前流体流量，从而通过首先确定第三流量控制装置635的操作参数的变化来设置操作参数。电子处理器600然后在设定的操作参数上操作第二流量控制装置625和第三流量控制装置635(框图875)。电子处理器600还继续监控流体分配系统210的当前流量和能力参数，以根据需要周期性地调节第二和第三流量控制装置，直到流体分配系统210被禁用(例如，停用)。
图12是示出确定用于右切割器滚筒235上的喷嘴250的第二模型流体流量(例如，用于第一路径645)和用于左切割滚筒240上的喷嘴250的第三模型流体流量(例如，用于第二路径650)的方法900的流程图。换句话说，方法900可以用于实施图11的框图855和860。首先，如上有关图8的框图670所述，电子处理器确定能力参数的量值。电子处理器600确定右切割滚筒235上的喷嘴250的流体流量(或流速)，其对应于接收的右切割滚筒235的切割高度、采掘机120的切割深度和采掘机120的行进方向(框图905)。电子处理器600还确定左切割滚筒240上的喷嘴250的流体流量(或流速)，其对应于接收的左切割滚筒240的切割高度、采掘机120的切割深度和采掘机120的行进方向(框图910)。在一个示例中，电子处理器600访问查找表，该查找表存储与行进方向和对应的流体流量相关联的多个切割高度。电子处理器600可以从查找表中确定用于右切割滚筒235的流体流量和用于左切割滚筒240的流体流量。基于所确定的流体流量，电子处理器600确定流向右切割滚筒235上的喷嘴250的流体流量的变化，以实现与右切割滚筒235的切割高度、采掘机120的行进方向以及采掘机120的切割深度相对应的确定的流体流量(框图915)。
不同的能力参数不同地影响流体流量。在一个示例中，当行进方向朝向主门时以及采掘机120的切割高度增加时，电子处理器600增大流向第一路径645或第二路径650的流体流量。类似地，当采掘机的切割高度减小时，电子处理器600可以减小流向第一或第二路径645、650的流体流量。然而，当采掘机120朝主门行进(其通常将增加流速)但减少采掘机120的切割高度和/或切割深度时，则流向第一或第二路径645、650的流体流量可以稍微减少或保持不变。电子处理器600基于各个能力参数的变化和与能力参数相关联的相对优先级而对能力参数进行优先级排序，并改变流向第一或第二路径645、650的流体流量。换句话说，例如，采掘机120的切割高度的变化所导致的流向第一或第二路径645、650的流体流量的变化与例如沿采掘机120方向的变化不同。在一个示例中，采掘机120的切割高度和/或切割深度的变化对流向第一或第二路径645、650的流体流量的影响比在采掘机120行进方向上的变化更加显着。
电子处理器600然后确定流向右切割滚筒235的流体流量的变化是否超过最小增量阈值(框图925)。预定的最小增量阈值是指可由第二流量控制装置625执行的最小阶跃变化。在一个示例中，最小增量阈值与图10的最小变化阈值相同。在其它实施例中，由于例如主流量控制装置605与次级流量控制装置625、635之间的差异，最小增量阈值和最小变化阈值对应于不同的值。
当第一路径645的流体流量的变化超过最小增量阈值时，电子处理器600使用由电子处理器600确定的流体流量的变化来确定第一路径645的模型流体流量(框图930)。然而，当流向第一路径645的流体流量的变化不超过最小增量阈值时，电子处理器600使用最小增量阈值来确定第一路径645的模型流体流量，而不是使用所确定的流体流量的变化(框图935)。
基于确定的第二路径650的流体流量，电子处理器600确定流向第二路径650的流体流量的变化，以实现与左切割滚筒240的切割高度、采掘机120的行进方向以及采掘机120的切割深度相对应的确定的流体流量(框图940)。如上关于第一路径645的流体流量所讨论的，不同的能力参数可能会不同地影响流体流量。电子处理器600然后确定第二路径650的流体流量的变化是否超过最小增量阈值(框图950)。第一路径645所使用的最小增量阈值可以与第二路径650所使用的最小增量阈值相同或不同。当流向左切割滚筒240的流体流量的变化超过最小增量阈值时，电子处理器600使用所确定的流体流量的变化来确定用于第二路径650的模型流体流量(框图955)。另一方面，当第二路径650的流体流量的变化不超过最小增量阈值时，电子处理器600基于最小增量阈值来确定第二路径650的模型流体流量，而不是使用确定的流体流量的变化(框图960)。
如上面关于图8至12所讨论的，流体分配系统210(例如，电子处理器600)基于各种能力参数来控制三个不同的流量控制装置605、625、635。从采掘机控制系统400(例如，主控制器405)接收能力参数，或由电子处理器600计算和/或确定能力参数。通过控制三个流量控制装置605、625、635，流体分配系统210被配置成实现用于第一路径645的模型流体流量(例如，流向右切割滚筒235)以及用于第二路径650的不同的模型流体流量(例如，流向左切割滚筒240)。此外，在该示例中，被考虑用于控制主流量控制装置605的能力参数与被考虑用于控制第二流量控制装置625和第三流量控制装置635的能力参数不同。在一些实施方式中，用于控制主流量控制装置605和次级流量控制装置625、635中的每一个的能力参数的组合可以不同于上面关于图8至图12所描述的那些参数组合。通常，主流量控制装置605和次级流量控制装置625,635使用不同的能力参数组合来控制(例如，第一组合控制主流控制装置605，第二组合控制第二流控制装置625，并且第三组合控制第三流量控制装置635)，尽管不同组合中的每一个可能会出现一些重叠。
在所示的实施例中，采掘机控制系统400和流体分配系统与监控系统110通信，以向远离采矿现场的用户提供对长壁采掘机系统105的操作数据的访问。图13是可用于控制和/或监控流体分配系统210以及开采系统100的其它方面的长壁监控系统110的示意图。长壁监控系统110与地下长壁控制系统1005及流体分配系统210通信。在所示的实施例中，采掘机控制系统400被结合到地下长壁控制系统1005中。在一些实施例中，流体分配系统210也可以结合到地下长壁控制系统1005中。
长壁监控系统110包括网络交换机1015、地面计算机1020、远程服务器1025和远程终端1030。地下长壁控制系统1005位于采矿现场，并且包括采掘机120的各种部件和控制。在一些实施例中，长壁控制系统1005还包括顶板支架115、AFC 125等的各种部件和控制。长壁控制系统1005经由网络交换机1015和以太网或类似网络1035与地面计算机1020通信，网络交换机1015和以太网或类似网络1035也可以位于采矿现场。
流体分配系统210还经由网络交换机1015与地下长壁制系统1005和地面计算机1020通信。在所示的实施例中，流体分配系统210被独立地连接到网络交换机1015和地下长壁控制系统1005。然而，在其它实施例中，流体分配系统210连接到地下长壁控制系统1005，但不连接到网络交换机1015。不管流体分配系统210是直接地还是间接地与网络交换机1015进行通信，地面计算机1020、远程服务器1025和/或远程终端1030可以访问与流体分配系统210有关的信息(例如，主流量控制装置605、第二流控制装置625和/或第三流量控制装置635的能力参数和/或流速)，并且可以被配置为改变流体分配系统210使用的参数和/或阈值。在其它实施例中，流体分配系统210可以与地下长壁控制系统1005(例如，一部分)集成。
网络交换机1015将数据从长壁控制系统1005传送到地面计算机1020。地面计算机1020还与远程服务器1025通信，远程服务器1025可以包括用于处理从地面计算机1020接收的数据的各种计算设备和处理器1040。远程服务器1025还可以包括用于存储从地面计算机1020接收的数据的各种数据库1045。远程服务器1025存储和处理从地面计算机1020接收的数据。远程服务器1025还为远程终端1030提供对数据库1045的访问。在一些实施例中，远程服务器1025还可以基于从表面计算机1020接收的数据来生成与长壁开采系统的操作相关的警报。
监控系统110中的每个部件均可通信地连接，以用于双向通信。监控系统110的任何两个部件之间的通信路径可以是有线的(例如，经由以太网电缆或其它方式)、无线的(例如，经由Wi-Fi，蜂窝，蓝牙协议)或其组合。在一些实施例中，采掘机控制系统400和流体分配系统210可以不与监控系统110通信。
在所附权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (19)

1.一种长壁采掘机系统，其特征在于，所述长壁采掘机系统包括：
采掘机，所述采掘机被配置成沿采矿工作面行进，所述采掘机包括：
采掘机主体；
切割滚筒，所述切割滚筒被连接至所述采掘机主体；以及
喷嘴，所述喷嘴位于所述切割滚筒上；
电子控制器，所述电子控制器被配置成测量长壁采掘机操作的能力参数，所述能力参数对应于所述采掘机的沿所述采矿工作面的位置；
流体输送系统，所述流体输送系统包括：
流量控制装置，所述流量控制装置与所述喷嘴和流体源流体连通；以及
电子处理器，所述电子处理器被连接至所述流量控制装置，所述电子处理器被配置成：
接收所述能力参数的量值；
基于所述能力参数的量值而确定模型流体流量；
基于所述模型流体流量，设置所述流量控制装置的操作参数；以及
以所述设置的操作参数来操作所述流量控制装置。
2.根据权利要求1所述的长壁采掘机系统，其特征在于，所述流体输送系统还包括：
第二流量控制装置，所述第二流量控制装置被连接到所述第一流量控制装置与所述喷嘴之间；
其中所述电子处理器还被连接至所述第二流量控制装置，并且所述电子处理器还被配置成：
接收第二能力参数的量值，所述第二能力参数不同于所述第一能力参数；
基于所述第二能力参数的量值而确定第二模型流体流量；
基于所述第二模型流体流量，改变所述第二流量控制装置的第二操作参数；以及
以所述改变的参数来操作所述第二流量控制装置。
3.根据权利要求2所述的长壁采掘机系统，其特征在于，所述第二能力参数选自下列项目组成的组中的至少一项：所述采掘机的行进方向、所述采掘机的切割滚筒的切割高度和所述采掘机的切割深度。
4.根据权利要求1所述的长壁采掘机系统，其特征在于，所述采掘机的沿所述采矿工作面的位置包括选自下列项目组成的组中的至少一项：尾门部分、主门部分和工作面运行部分。
5.根据权利要求1所述的长壁采掘机系统，其特征在于，所述切割滚筒为第一切割滚筒，所述采掘机包括第二切割滚筒和第二喷嘴，所述第二喷嘴位于所述第二切割滚筒上，并且所述流体输送系统还包括：
第二流量控制装置，所述第二流量控制装置被连接至所述第一喷嘴；
第三流量控制装置，所述第三流量控制装置被连接至所述第二喷嘴；
歧管，所述歧管被配置成将所述第一流量控制装置连接至所述第二流量控制装置和所述第三流量控制装置；
其中所述电子处理器被配置成：
确定第二能力参数的量值，所述第二能力参数与所述第一切割滚筒相关联；
确定第三能力参数的量值，所述第三能力参数与所述第二切割滚筒相关联；
基于所述第二能力参数而确定第二模型流体流量；
基于所述第三能力参数而确定第三模型流体流量，所述第三模型流体流量不同于所述第二模型流体流量；
根据所述第二模型流体流量，改变所述第二流量控制装置的第一操作参数；
根据所述第三模型流体流量，改变所述第三流量控制装置的第二操作参数；
以所述改变的参数操作所述第二流量控制装置和所述第三流量控制装置。
6.根据权利要求5所述的长壁采掘机系统，其特征在于，所述第二能力参数包括所述第一切割滚筒的切割高度，当所述采掘机的行进方向朝向主门并且所述采掘机的切割高度增加时，所述电子处理器增加所述第二模型流体流量。
7.根据权利要求1所述的长壁采掘机系统，其特征在于，所述切割滚筒包括多个开采钻头，所述多个开采钻头沿周向排列在所述第一切割滚筒上，并且所述多个喷嘴沿周向排列在所述第一切割滚筒上，从而使每个喷嘴均对应于所述多个开采钻头中的一个开采钻头。
8.一种控制用于长壁采掘机系统的流体输送系统的方法，其特征在于，所述方法包括：
确定能力参数的量值，所述能力参数对应于采掘机的沿采矿工作面的位置；
基于所述能力参数的量值，用电子处理器确定模型流体流量；
基于所述模型流体流量，用所述电子处理器设置流量控制装置的参数，所述流量控制装置与位于所述采掘机的切割滚筒上的喷嘴流体连通，并且与流体源流体连通；以及
经由所述电子处理器，以所述设置的参数来操作所述流量控制装置，从而经由所述喷嘴喷射流体。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
用所述电子处理器确定第二能力参数的量值，所述第二能力参数不同于所述第一能力参数；
基于所述第二能力参数的量值而确定第二模型流体流量；
基于所述第二模型流体流量，改变连接在所述第一流量控制装置与所述喷嘴之间的第二流量控制装置的第二操作参数；以及
以所述改变的参数来操作所述第二流量控制装置。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
用所述电子处理器确定第二能力参数的量值，所述第二能力参数与所述采掘机的第一切割滚筒相关联；
确定第三能力参数的量值，所述第三能力参数与所述采掘机的第二切割滚筒相关联；
基于所述第二能力参数而确定第二模型流体流量；
基于所述第三能力参数而确定第三模型流体流量，所述第三模型流体流量不同于所述第二模型流体流量；
改变第二流量控制装置的第一操作参数，所述第二流量控制装置被连接至位于所述采掘机的第一切割滚筒上的第一喷嘴；
改变第三流量控制装置的第二操作参数，所述第三流量控制装置被连接至位于所述采掘机的第二切割滚筒上的第二喷嘴；以及
以所述改变的参数来操作所述第二流量控制装置和所述第三流量控制装置。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，确定所述第二能力参数的步骤包括：当所述采掘机的行进方向朝向主门并且所述第一切割滚筒的切割高度增加时，增加所述第二模型流体流量。
12.一种用于长壁采掘机的流体输送系统，其特征在于，所述流体输送系统包括：
流量控制装置，所述流体控制装置与位于所述采掘机上的喷嘴流体连通，并且与流体源流体连通；
电子处理器，所述电子处理器被连接至所述流量控制装置，所述电子处理器被配置成：
接收能力参数的量值，所述能力参数对应于采掘机的沿采矿工作面的位置；
基于所述能力参数的量值而确定模型流体流量；
基于所述模型流体流量，设置所述流量控制装置的操作参数；以及
以所述设置的操作参数来操作所述流量控制装置。
13.根据权利要求12所述的流体输送系统，其特征在于，所述流体输送系统还包括：
第二流量控制装置，所述第二流量控制装置被连接至所述第一流量控制装置与所述喷嘴之间；
其中所述电子处理器还被连接至所述第二流量控制装置，并且所述电子处理器还被配置成：
接收第二能力参数的量值，所述第二能力参数不同于所述第一能力参数；
基于所述第二能力参数的量值而确定第二模型流体流量；
基于所述第二模型流体流量，改变所述第二流量控制装置的第二操作参数；以及
以所述改变的参数来操作所述第二流量控制装置。
14.根据权利要求13所述的流体输送系统，其特征在于，所述第二能力参数选自下列项目组成的组中的至少一项：所述采掘机的行进方向、所述采掘机的切割滚筒的切割高度和所述采掘机的切割深度。
15.根据权利要求12所述的流体输送系统，其特征在于，所述采掘机的沿所述采矿工作面的位置包括选自下列项目组成的组中的至少一项：尾门部分、主门部分和工作面运行部分。
16.根据权利要求12所述的流体输送系统，其特征在于，所述切割滚筒为第一切割滚筒，并且所述流体输送系统还包括：
第二流量控制装置，所述第二流量控制装置被连接至所述第一喷嘴；
第三流量控制装置，所述第三流量控制装置被连接至第二喷嘴，所述第二喷嘴位于所述采掘机的第二切割滚筒上；
歧管，所述歧管将所述第一流量控制装置连接至所述第二流量控制装置和所述第三流量控制装置；
其中所述电子处理器被配置成：
确定第二能力参数的量值，所述第二能力参数与所述第一切割滚筒相关联；
确定第三能力参数的量值，所述第三能力参数与所述第二切割滚筒相关联；
基于所述第二能力参数而确定第二模型流体流量；
基于所述第三能力参数而确定第三模型流体流量，所述第三模型流体流量不同于所述第二模型流体流量；
根据所述第二模型流体流量，改变所述第二流量控制装置的第一操作参数；
根据所述第三模型流体流量，改变所述第三流量控制装置的第二操作参数；
以所述改变的参数来操作所述第二流量控制装置和所述第三流量控制装置。
17.根据权利要求16所述的流体输送系统，其特征在于，当行进方向朝向主门并且所述采掘机的切割高度增加时，所述电子处理器增加选自下列项目组成的组中的至少一项：所述第二模型流体流量和所述第三模型流体流量。
18.根据权利要求12所述的流体输送系统，其特征在于，所述电子处理器被配置成通过以下步骤确定所述模型流体流量：
基于所述能力参数的量值而确定第一流体流量；
基于所述采掘机的沿所述采矿工作面的行进速度而确定第二流体流量；
基于所述第一流体流量和第二流体流量而确定流体流量的净变化；
基于所述流体流量的净变化而确定所述模型流体流量。
19.根据权利要求18所述的流体输送系统，其特征在于，所述电子处理器还被配置成：
确定所述流体流量的净变化是否超过最小变化阈值；
当所述净变化超过所述最小变化阈值时，基于所述净变化确定所述模型流体流量；
当所述净变化小于或等于所述最小变化阈值时，基于所述最小变化阈值确定所述模型流体流量。
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