CN114423925A - 用于采矿导航的设备、凿岩机和方法 - Google Patents

Abstract

设备、凿岩机、方法和计算机程序，用于为矿井隧道中的凿岩机执行导航。所述凿岩机(5)被定位在轮次(8)的工作面(9)处，并且在开始钻凿之前被导航。所述导航在没有预定隧道线(10)的情况下执行。所实现的隧道线是通过组合若干轮次的导航数据形成的。下一次待钻凿的轮次的长度和方向可根据需要进行调整。

Description

用于采矿导航的设备、凿岩机和方法

技术领域

本发明涉及一种用于在采矿隧道中对凿岩机进行导航的设备。

本发明还涉及一种实施该设备的凿岩机，并且还涉及一种用于在采矿隧道中对凿岩机进行导航的方法和计算机程序，该采矿隧道以若干接连的轮次(rounds)推进。

本发明的领域更具体地限定在独立权利要求的前序部分中。

背景技术

在矿井中，地下隧道是利用钻凿和爆破方法来挖掘的，其中岩石材料在若干接连的轮次中被移除。采矿隧道可以是生产隧道或连接隧道。如今，采矿隧道是根据在办公室中设计的预定隧道线推进的。然后，对于每一轮次，定位和导航凿岩机，从而实现所计划的隧道。通常，导航是基于在岩石表面作出的简单标记。目前的工作方式关于可调节性和提供有用监测数据的能力方面存在一些缺点。

发明内容

本发明的一个目的是为采矿导航提供一种新颖且改进的解决方案。

根据本发明的设备的特征在于第一独立设备权利要求的特征部分的特征。

根据本发明的凿岩机的特征在于第二独立设备权利要求的特征部分的特征。

根据本发明的计算机程序产品的特征在于第三独立设备权利要求的特征部分的特征。

根据本发明的方法的特征在于独立方法权利要求的特征部分的特征。

所公开的解决方案的思想是，所公开的设备包括一个或多个数据处理装置，用于执行至少一个导航程序，以便在采矿隧道中对凿岩机进行导航。该设备被提供定位数据，该定位数据涉及凿岩机相对于先前的挖掘轮次的确定位置和方向。该设备响应于输入数据而确定每个后续的新轮次的方向和长度，并在导航中采取所选择的方向和长度。该设备还通过将每个接连的轮次的导航结果逐一组合来生成采矿隧道的隧道线。该设备还执行凿岩机的机器坐标系和矿井坐标系之间的坐标变换，并在矿井坐标系中呈现并且存储所产生的采矿隧道线。因此，在本解决方案中，所实现的采矿隧道线随着采矿进行而被创建并且存储起来。

所公开的解决方案的一个优点在于，关于所实现的接连轮次的数据被组合成更大实体，并且所收集的与每个单独轮次相关的数据仍可用于详细检查。每一轮次的位置(positions)和地点(locations)在矿井坐标系统中都是已知的，并且所有与每一轮次相关的数据都可以在以后出于任何原因进行分析。这样，具有地点数据的有价值的钻凿特定的数据是可用的，并且可以被存储起来以备以后使用，例如用于在钻凿和爆破之后执行后续的采矿程序。还可以分析与地点相关的数据，以生成关于钻凿过程成功的数据，并改进未来的挖掘措施和过程。当检查组合数据时，可以更容易地注意到偏差。可以针对检测到的地点和问题采取纠正措施和特殊布置。例如，可以检查与安全相关的问题，并且可以进行通知。总之，不仅为雇员，而且为矿井的拥有者和其它合作者提供了更可靠、更通用的所实现的后续数据。

根据一个实施例，通过钻凿和爆破方法形成的每个新轮次被附加在一串先前形成的轮次的延长部上。该新轮次可能在侧向方向上以及在高度上偏离先前的轮次，并且当该新轮次被组合到该一串先前形成的轮次时，该新轮次的方向选择被顺畅地考虑在内。

根据一个实施例，在没有预先设计的隧道线来确定轮次的确切方向和地点的情况下执行导航。在本解决方案中，可以在过程开始时使用初始方向或初步隧道线，但是所实现的采矿隧道线是在挖掘措施期间生成的，由此它是动态形成的。

根据一个实施例，该解决方案通过将接连实现的轮次的导航数据组合起来来确定所实现的采矿隧道的采矿隧道线。因此，该设备将导航数据拼接在一起，并生成加载有期望的额外数据元素的采矿隧道线。在采矿隧道通过在若干接连的轮次上利用钻凿和爆破方法推进的同时，采矿隧道线与凿岩机一起被更远地拖动。

根据一个实施例，该设备被提供专用于各个单独轮次的数据。该设备还被配置用以将轮次特定的所述数据与所产生的采矿隧道线相组合。

根据一个实施例，该解决方案包括将在钻凿同时测量的数据与所实现的采矿隧道的数据组合。凿岩机并且特别是凿岩单元设有用于感测钻凿操作的若干传感器和测量装置。所收集的有价值数据被关联到地点数据，并且可以在以后进行分析并且显示出来。

根据一个实施例，地质数据与所实现的采矿隧道的数据相组合。可以从感测装置收集地质数据，或者可替代地是或附加地是，由操作者进行的目视或其它检测可被存储作为地质数据。例如，操作者可以目视关注矿脉方向，并且可以将该观察结果存储作为地质数据。此外，如果该轮次在爆破时坍塌，则表明该轮次的岩石材料质量非常差，并且也可以记录该观察结果。

根据一个实施例，关于先前轮次的爆破的成功的数据可以通过检查矿井隧道的工作面来检测。然后，可以确定所谓的爆破效率因子。例如，爆破效率因子可以指示岩石材料体积被爆破和移除的效果如何。例如，可以根据钻孔的数量来检查爆破效率。可以为每一轮次存储爆破效率，并且稍后可以分析不期望的爆破效率因子的原因，以便可以改进未来的钻凿图案计划和装药规划设计。

根据一个实施例，所产生的感测数据和地点数据被捆绑在一起。然后，可以沿着隧道推进来执行所改进的分析，由此可以记录过程和岩石材料的趋势。此外，可以以直观方式为不同方(例如承包商、合作者和投资者)可视化所实现的隧道和相关数据。

根据一个实施例，所实现的加固孔的数量以及它们的位置数据可以存储作为轮次特定的数据。这样，可以促进后续加固措施，并提供适当的文件记载。轮次特定的数据可以与其它轮次的数据组合，并且也可以作为更大实体进行检查。

根据一个实施例，该设备被配置用以将所产生的采矿隧道线与所实现的钻孔和轮次特定的数据一起显示在显示装置上。这样，可以为不同的相关方提供关于矿井隧道的有价值的视觉信息。

根据一个实施例，该设备被提供分析程序，并且该设备被配置用以根据在采矿隧道线上的专用轮次的地点数据来分析所收集的轮次的钻凿数据。该分析程序可以自动检测所选定的关注或关键的问题，并且可以在超过预定标准时生成警报和消息。分析程序还可以生成关于采矿隧道的当前状况的报告和视觉呈现。

根据一个实施例，在每一轮次的导航过程中确定采矿隧道的方向。然后，该设备根据接收到的手动控制命令来调整轮次的方向。

根据一个实施例，该设备设有呈现在显示装置上的可视用户界面，并且该用户界面包括指示并且调整每一轮次的侧向角度和仰角的元素。

根据一个实施例，先前实施例中提到的用户界面还包括用于指示并且调整每一轮次的长度的元素。

根据一个实施例，基于在先前轮次已被挖掘之后暴露的地质问题确定待钻凿的下一轮次的方向。针对预期方向，用户可以通过目视检查注意到矿脉方向改变，并且该目视观察可在决定新轮次的方向时加以考虑。对矿脉的目视观察也可影响到下一轮次的选定长度。

根据一个实施例，可以在钻凿现场针对每一轮次单独决定挖掘的方向，由此挖掘的方向不是在采矿工程师的办公桌上预先决定的。如果矿脉突然改变其方向，则可以在工作现场立即作出方向决定。因此，该解决方案针对矿井中不断变化的环境保证了最大的操作灵活性和可调整性。

根据一个实施例，在轮次的每一次爆破之后，需要根据最近一次的被爆破的轮次来对凿岩机进行导航。由于导航程序，凿岩机的位置和方位是已知的，并且坐标数据被关联到矿井坐标系。此后，可以继续在相同方向上推进采矿隧道，或者，可以进行期望的调整并将挖掘航向引导到期望方向。

根据一个实施例，该设备被配置用以通过将钻凿单元移动为指向所修改的方向，为操作者演示新轮次的调整方向。因此，为操作者提供了实用的方向可视化。这种解决方案可以提高调整的准确性，并且可以防止错误选择。

根据一个实施例，该设备被配置用以在显示装置上呈现图形输入元素，从而允许在针对待钻凿的后续的新轮次完成对凿岩机的导航之前，改变水平方向并且改变竖直方向。

根据一个实施例，该设备设有图形用户界面，并且包括用于改变方向(即改变罗盘方向角度)的图形输入元素。

根据一个实施例，该设备设有图形用户界面，并包括用于改变仰角(即改变倾斜角度)的图形输入元素。

根据一个实施例，改变的水平方向和竖直方向通过凿岩单元指示给控制系统。然后，与凿岩单元的改变的位置相关的所实现的感测数据被输入到该设备。换句话说，凿岩单元被用作物理指示器，用于指示先前轮次和待钻凿的新轮次之间的方向变化。

根据一个实施例，该设备被配置用以响应于下一轮次的水平方向和竖直方向的输入变化而引导该轮次的钻凿图案。随着挖掘的进一步进行，动态地作出关于方向变化的决定。

根据一个实施例，如果没有对方向进行改变，则该设备将钻凿图案指向新隧道线的方向。换句话说，继续相同方向，直到将新方向数据输入到设备为止。

根据一个实施例，如果需要弯曲隧道部分或者当矿脉方向转弯时，可以在弯曲隧道线上生成新轮次。

根据一个实施例，该设备被提供关于该轮次的修改长度的输入数据，由此该设备被配置用以响应于修改长度的输入数据来调整下一轮次的钻凿图案的长度。

根据一个实施例，当在前面有短曲率半径的相对急的弯道时，以及还有当例如岩石质量、矿石含量和其它地质特性发生突然变化时，可以调整该轮次的长度。

根据一个实施例，该设备位于凿岩机上，由此在凿岩机的操作过程中，在钻凿现场生成采矿隧道线。该设备包括数据通信装置，用于将所生成的采矿隧道线从钻凿现场以一定间隔传送到至少一个外部电子装置。换句话说，采矿隧道线首先在钻凿现场生成，然后被传输到服务器，而不是反过来。

根据一个实施例，该设备被配置用以在导航期间将预先设计的钻凿图案附加到每一轮次，其中钻凿图案包括关于待钻凿的钻孔的数据。该设备被配置用以执行凿岩机、钻凿图案和矿井的坐标系之间的坐标变换。

根据一个实施例，该设备被配置用以产生扩充的采矿隧道线，该扩充的采矿隧道线被提供组合的附加数据。在本文档中公开了组合数据或关联数据的示例。

根据一个实施例，在导航程序期间，该设备被提供包围凿岩机的岩石表面的扫描数据，由此扫描数据包括关于每个先前的轮次的已实现的形状和尺寸的数据。该设备被配置用以将扫描数据与所生成的采矿隧道线相组合。扫描数据可以在以后检查所挖掘的采矿隧道时使用。

根据一个实施例，该设备被提供已爆破的先前轮次的隧道坑壁表面和坑顶表面的3D扫描数据。该实施例的优点在于，采矿隧道线可包括关于采矿隧道的表面的3D模型。

根据一个实施例，3D扫描数据可以包括具有坐标数据的若干点的点云。扫描可以基于例如激光扫描或ToF装置(飞行时间)。

根据一个实施例，所生成的轮次的概况数据可以在随后的其它采矿操作中使用。加固措施(比如岩石打锚杆)可利用这种解决方案。

根据一个实施例，该解决方案涉及一种对采矿隧道中的凿岩机进行导航的方法，该采矿隧道以若干接连的轮次推进。该方法包括：将凿岩机定位在接连轮次的工作面处；对于每一轮次，在借助凿岩机开始钻凿之前执行导航；在导航中，将凿岩机的坐标系附加到矿井坐标系；以及通过组合若干接连的已实现的轮次的导航数据，确定所实现的采矿隧道的采矿隧道线，由此在没有预定的采矿隧道线的情况下执行所述导航。

根据一个实施例，该方法包括仅在导航之后决定每个新轮次的方向。

根据一个实施例，该方法包括仅在导航之后决定每个新轮次的长度。

根据一个实施例，该方法包括在采矿隧道中的操作期间生成感测数据。该解决方案还包括将所生成的感测数据关联到导航数据，从而产生轮次特定的感测数据。

根据一个实施例，该方法包括分析所实现的采矿隧道线和轮次特定的数据。该解决方案还响应于所执行的分析在显示装置上呈现至少一个关注点。

可以组合以上公开的实施例，以形成具有上述特征中的所需的特征的合适解决方案。

附图说明

在附图中更详细地描述了一些实施例，在附图中

图1是与采矿隧道的挖掘相关的一些问题的示意图，

图2是采矿导航的步骤的示意图，

图3是设备及其部件的示意图，

图4是输入到设备的数据的示意图，

图5是用于调整轮次的侧向方向和高度的用户界面和图形输入元素的示意图，以及

图7至9显示了被提供组合数据的采矿隧道线的一些示意性示例。

为了清楚起见，附图以简化方式示出了所公开解决方案的一些实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

图1公开了钻凿图案1和采矿计划2可以由采矿工程师3在办公室4设计。钻凿图案1被传输到凿岩机5，凿岩机5包括可移动载具6和一个或多个钻凿单元7。在钻凿和爆破方法中，在若干接连的轮次8a-8d中产生矿井隧道8。凿岩机5被定位在下一轮次的工作面9处，并且被关联到矿井的坐标系统。凿岩机根据设计的钻凿图案1钻凿爆破孔，其中在该轮次8a爆破之后，破碎的岩石材料被移除。然后，形成新的工作面，并且凿岩机5再次被定位并且被导航，用于钻凿下一轮次8b。若干接连的轮次8a-8d一起形成采矿隧道线10，其在图1中以高度简化方式示出。采矿隧道线10可设有标桩编号11，标桩编号11指示沿采矿隧道线的距离。如可注意到的是，采矿隧道线10的方向可以改变，由此采矿隧道线10可以包括例如弯道。如在本文档中所讨论的那样，可以由凿岩机5的操作者在钻凿现场调整轮次的方向和长度。凿岩机5设有机载控制单元CU，并且它还可以与一个或多个外部控制单元CU通信。在本文档中公开的设备可以定位成与机载控制单元或外部控制单元相连。

图1进一步公开了在操作期间产生导航数据，并且可存储该导航数据并将其与感测和监测数据相关联。此外，凿岩机的操作者可以进行目视观察和其它观察，并且可以将目视观察和其它观察与其它的轮次特定的数据联系起来。凿岩机5还可以设有一个或多个扫描装置S，用于产生关于所实现的采矿隧道M的扫描数据。

图2公开了所公开的动态和增强的采矿导航过程的步骤和动作。所公开的问题已经在本文档中在上面进行了讨论。

图3示出了所公开的设备12的基本特征。设备12包括一个或多个数据处理装置13，用于执行计算机程序产品14，以执行所公开的采矿导航。输入数据(诸如将在下面的图4中公开的输入数据)可借助输入装置15输入到设备12。此外，操作者可以经由输入装置15输入参数并执行选择。数据处理装置执行采矿导航程序或算法，并将若干单独轮次与它们的轮次特定的数据组合在一起，从而形成采矿隧道线10。最终结果可以借助输出装置16进一步传送。所产生的采矿隧道线及其附加数据可以显示在显示装置17上，可以存储在存储装置18中，并且可以借助数据通信装置19传输到远程的电子终端装置或服务器。

图5公开了显示在显示装置17上的图形用户界面UI的视图。为凿岩机的操作者提供用于调整方向和高度的直观图形装置。在所示的示例中，水平变化(即方向变化DC)被选择成向左14.5°，并且竖直变化(即高度变化EC)被选择为向上2.2°。例如，操作者可简单地通过指点装置或箭头键来调整选择。

图6展示了本解决方案的基本原理。如可注意到的是，若干轮次8被引导成使得它们遵循矿脉OL的方向。在点20a和20b处，矿脉方向发生突然变化，并且至少在这些点处，采矿导航中需要主动方向调整。当该调整可在工地上进行时，矿石就可得到充分利用，并且挖掘变得更加有效。

图7示出了一个数据示例，其可例示为此时数据被关联到专用轮次，该专用轮次在矿井中的地点由于所公开的采矿导航程序而是已知的。在图7中示出了一个选定的轮次的所实现的爆破孔。

图8示出了从上方看的与分析结果一起提供的采矿隧道线。该设备可配置用以根据选取的原则检查各个轮次，并且可以产生所进行的分析的结果的可视化。在图8中，该设备还指示了关注点POI，用于指示偏差或其它值得注意的问题。

图9公开了采矿隧道线以及关于所实现的爆破和加固孔的关联信息的示例。例如，该解决方案使得可以准备极好且内容丰富的演示。

附图和相关描述仅旨在说明本发明的思想。在本发明的细节上，本发明可以在权利要求书的范围内变化。

Claims (16)

1.一种设备(12)，所述设备(12)包括至少一个数据处理装置(13)，所述至少一个数据处理装置(13)用于执行至少一个导航程序(14)，以便在采矿隧道(M)中对凿岩机(5)进行导航；

其中所述采矿隧道(M)以若干接连的轮次(8)推进，并且在借助于所述凿岩机(5)开始钻凿之前，对每一轮次(8)执行导航；

并且其中

所述设备(12)被提供定位数据，所述定位数据涉及所述凿岩机(5)相对于先前的挖掘轮次(8)的确定位置和方向；

所述设备(12)被配置用以响应于输入数据而确定每个后续的新轮次(8)的方向和长度，并且所述设备(12)被配置成在导航中采取所选择的所述方向和长度；

所述设备(12)被配置用以通过将每个接连的轮次(8)的导航结果逐一组合而生成所述采矿隧道(M)的隧道线(10)：

所述设备(12)被配置用以执行所述凿岩机(5)的机器坐标系和矿井坐标系之间的坐标转换；并且

所述设备(12)被配置用以在所述矿井坐标系中呈现所产生的采矿隧道线(10)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，

所述设备(12)被提供专用于各个单独轮次(8)的数据；并且

所述设备(12)被配置用以将轮次特定的所述数据与所产生的所述采矿隧道线(10)组合。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，

所述设备(12)被配置用以将所产生的所述采矿隧道线(10)与所实现的钻孔和轮次特定的数据显示在显示装置(17)上。

4.根据前述权利要求1-3中任一项所述的设备，其特征在于，

在每一轮次(8)的导航过程中，确定所述采矿隧道(M)的方向；并且

所述设备(12)被配置用以基于所接收到的手动控制命令来调整所述轮次(8)的方向。

5.根据前述权利要求1-4中任一项所述的设备，其特征在于，

所述设备(12)被配置用以在显示装置(17)上呈现图形输入元素，从而允许在针对待钻凿的所述后续的新轮次(8)完成对所述凿岩机(5)的导航之前，改变水平方向(DC)并且改变竖直方向(EC)。

6.根据前述权利要求1-5中任一项所述的设备，其特征在于，

所述设备(12)被提供关于所述轮次(8)的修改长度的输入数据，由此所述设备(12)被配置用以响应于所述修改长度的所述输入数据，针对下一轮次(8)调整钻凿图案(1)的长度。

7.根据前述权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，

所述设备(12)位于凿岩机(5)上，由此在所述凿岩机(5)的操作期间，在钻凿现场生成所述采矿隧道线(10)；并且

所述设备(12)包括数据通信装置(19)，所述数据通信装置(19)用于将所生成的所述采矿隧道线(10)以一定间隔从所述钻凿现场传送到至少一个外部电子装置(CU)。

8.根据前述权利要求1-7中任一项所述的设备，其特征在于，

所述设备(12)被配置用以在所述导航期间将预先设计的钻凿图案(1)附加到每一轮次(8)，其中所述钻凿图案(1)包括关于待钻凿的钻孔的数据；并且

其中所述设备(12)被配置用以执行所述凿岩机(5)、所述钻凿图案(1)和矿井的坐标系之间的坐标变换。

9.根据前述权利要求1-8中任一项所述的设备，其特征在于，

所述设备(12)被提供在所述导航程序期间包围所述凿岩机(5)的岩石表面的扫描数据，由此所述扫描数据包括关于每个先前的轮次(8)的已实现的形状和尺寸的数据；并且

所述设备(12)被配置用以将所述扫描数据与所生成的所述采矿隧道线(10)组合。

10.一种凿岩机(5)，包括：

可移动的载具(6)；和

至少一个钻臂，所述至少一个钻臂被以可移动方式连接到所述载具(6)，并且配备有钻凿单元(7)；

其特征在于，

所述凿岩机(5)设有根据前述权利要求1-9中任一项所述的设备(12)。

11.一种在采矿隧道(M)中对凿岩机(5)进行导航的方法，所述采矿隧道(M)以若干接连的轮次(8)推进；

将所述凿岩机(5)定位在所述接连的轮次(8)的工作面(9)处；

对于每一轮次(8)，在借助所述凿岩机(5)开始钻凿之前执行导航；

在所述导航中，将所述凿岩机(5)的坐标系附加到矿井坐标系；和

通过组合若干接连的已实现的轮次(8)的导航数据来确定所实现的所述采矿隧道(M)的采矿隧道线(10)，由此在没有预定采矿隧道线(10)的情况下执行所述导航。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，

包括：仅在所述导航之后决定每个新轮次(8)的方向。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，

包括：仅在所述导航之后决定每个新轮次(8)的长度。

14.根据前述权利要求11-14中任一项所述的方法，其特征在于，包括：

在所述采矿隧道(M)中的操作期间，生成感测数据；和

将所生成的所述感测数据关联到所述导航数据，从而产生轮次特定的感测数据。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，

包括：分析所实现的所述采矿隧道线(10)和所述轮次特定的数据；和

响应于所执行的分析，在显示装置(17)上呈现至少一个关注点(POI)。

16.一种用于为矿井中的凿岩机(5)执行采矿导航的计算机程序产品(14)，其中所述计算机程序产品(14)包括程序代码装置，所述程序代码装置被配置用以当在计算机或数据处理装置(13)上运行时执行前述权利要求中公开的步骤和程序。

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