EA011331B1 - Способы и устройство для добычи полезных ископаемых - Google Patents

Abstract

Предусматриваются способ и устройство для контроля эксплуатационного горизонта при добыче полезных ископаемых, подрубаемых из пласта. Подрубка вскрывает забой только что подрубленного ископаемого, который наблюдается в положении непосредственно вблизи врубового устройства, и отмечаются любые области температурного контраста по наблюдению инфракрасного излучения между верхним пределом наблюдения и нижним пределом наблюдения. При этом определяется по меньшей мере одна координата положения области температурного контраста по высоте и подается выходной сигнал определенной координаты положения по высоте, который используется для контроля эксплуатационного горизонта.

Description

Настоящее изобретение относится к способам и устройству для добычи полезных ископаемых, и в частности, но не исключительно, к способам и устройству, предназначенным для разработки длинных очистных забоев. Изобретение может использоваться и в других применениях и не ограничивается исключительно разработкой длинными очистными забоями.

Предшествующий уровень техники

Общеизвестно, что до сих пор используются способы и устройства для добычи полезных ископаемых, обеспечивающие управление добычей ископаемого из пласта. Один известный способ разработки длинными очистными забоями предусматривает наблюдение инфракрасного (ИК) излучения только что подрубленного забоя ископаемого из положения непосредственно вблизи врубового устройства в области, где вертикальная стена вруба пересекается с верхней или нижней стеной вруба. Такой способ определяет верхний или нижний предел пласта ископаемого в выработке в зависимости от наличия повышения температуры инфракрасного излучения у пересечения вертикальной стены вруба и либо горизонтальной подошвы вруба, или горизонтальной кровли вруба. Повышение температуры инфракрасного излучения происходит при врезании врубового устройства в слои породы на кровле или подошве непосредственно над или непосредственно под пластом ископаемого. Это происходит потому, что слои породы обычно тверже, чем ископаемое в пласте, и поэтому слои породы нагреваются больше, чем ископаемое во время процесса подрубки. Следовательно, определяя повышение температуры инфракрасного излучения в этой области, можно определить верхний и/или нижний пределы пласта ископаемого в выработке. Сигналы, устанавливающие верхний или нижний предел пласта, могут создаваться для управления проходческим комбайном для предотвращения врезания врубового устройства в вышележащую или нижележащую породу.

Такие способы и устройство являются практичными, однако, имеют свои перебои в работе, и время от времени являются возможными подрубка и добыча нижележащей и вышележащей породы вместе с полезным ископаемым. Это прилагает чрезмерные нагрузки на добывающее оборудование, разбавляет содержание полезного ископаемого и приводит к другим проблемам в добыче, включая увеличение запыленности в пределах выработки, что, в свою очередь, влияет на безопасность персонала внутри выработки.

Цели и сущность изобретения

Существует необходимость усовершенствованного способа и устройства.

Согласно изобретению создан способ контроля эксплуатационного горизонта при добыче полезных ископаемых, подрубаемых из очистного забоя пласта ископаемого, содержащий следующие стадии:

подрубка ископаемого из пласта врубовым устройством, вскрывающим только что подрубленный забой ископаемого;

наблюдение инфракрасного излучения от только что подрубленного забоя ископаемого в положении непосредственно вблизи врубовой машины;

определение любой области температурного контраста по наблюдению инфракрасным излучением между верхним пределом наблюдения и нижним пределом наблюдения;

определение по меньшей мере одной координаты положения по высоте по меньшей мере одной области температурного контраста;

создание выходного сигнала определенной координаты положения по высоте для его использования в качестве исходной координаты для контроля эксплуатационного горизонта.

Способ может включать использование порогового фильтра для отмеченной области температурного контраста и создание выходного сигнала определенной координаты положения по высоте при превышении порога температурой области температурного контраста.

Поле обзора наблюдения инфракрасного излучения может обеспечиваться положением исходной координаты в направлении горизонтальной оси и проходит по направлению вертикальной оси вверх и вниз области исследования инфракрасного излучения, и по меньшей мере одна область температурного контраста по наблюдению инфракрасного излучения определяется при этом положении исходной координаты. Наблюдение может осуществляться цифровой камерой, и положение исходной координаты задается особым месторасположением элементов изображения на цифровом изображении, полученном от цифровой камеры. Области температурного контраста могут определяться отметкой пика серой шкалы значений яркости элементов изображения над многими элементами изображения в положение исходной координаты на цифровом изображении, проходящем в направлении вверх и вниз по высоте области исследования.

Выходной сигнал координаты положения по высоте может быть сигналом, содержащим составляющие координат, задающих положение по меньшей мере одной области температурного контраста в двухмерной системе координат.

Способ может содержать подачу выходного сигнала координаты положения по высоте в цепь управления врубовым устройством проходческого комбайна и управление положением врубового устройства проходческого комбайна с выходным сигналом положения. Область исследования инфракрасного излучения может обеспечиваться положением исходной координаты в направлении горизонтальной оси и проходить в направлении вертикальной оси вверх и вниз по высоте области исследования, и по меньшей мере одна область температурного контраста определяется в данном положении исходной ко

- 1 011331 ординаты, и результаты наблюдения на цифровом изображении и положение исходной координаты задаются особым месторасположением элементов изображения на цифровом изображении, по меньшей мере одна область температурного контраста определяется отметкой пика серой шкалы значений яркости элементов изображения над многими элементами изображения в положении исходной координаты на цифровом изображении.

Способ может дополнительно содержать визуальное наблюдение инфракрасного излучения от только что подрубленного забоя ископаемого, отметку второй области температурного контраста, в общем, на пересечении вертикального вруба стены пласта ископаемого и горизонтального вруба забоя кровли и/или подошвы ископаемого, определение координаты положения по высоте второй температурной области для окружения координаты кровли и/или подошвы пласта ископаемого и создание второго выходного сигнала координаты определенного положения по высоте второй области температурного контраста для его использования с первым выходным сигналом для контроля эксплуатационного горизонта. Результатом наблюдения второй области температурного контраста может быть цифровое изображение второй области исследования, значения серой шкалы всех элементов изображения на цифровом изображении второй области усредняются, и верхний и/или нижний предел для разработки пласта ископаемого отмечается при изменении среднего значения яркости на более высокое значение яркости элемента изображения, чем при подрубке только ископаемого в пласте.

Область исследования инфракрасного излучения может обеспечиваться положением исходной координаты по направлению горизонтальной оси и проходит в вертикальном направлении вверх и вниз по высоте области исследования, по меньшей мере одна область температурного контраста по наблюдению инфракрасного излучения определяется в положении исходной координаты, наблюдение ведется тепловой инфракрасной камерой, положение исходной координаты задается специфическим месторасположением элементов изображения на цифровом изображении, полученном на основании этого, и по меньшей мере одна область температурного контраста определяется отметкой значений яркости элементов изображения серой шкалы над многими элементами изображения в положении исходной координаты в цифровом изображении, проходящем вверх и вниз по высоте обзора.

Наблюдение положения инфракрасного излучения может выполняться во множестве местоположений в только что подрубленном забое ископаемого при перемещении врубового устройства поперек забоя проходки, и многочисленные области температурного контраста определяются во множестве этих мест, при этом применяется фильтр робастного слежения для многочисленных областей температурного контраста для минимизации ошибок, которые, в противном случае, могут быть вызваны низкими уровнями температурного контраста.

Согласно изобретению создано сенсорное устройство для работы с устройством контроля эксплуатационного горизонта проходческого комбайна, содержащее секцию приема и накопления изображений для приема сигналов инфракрасного изображения наблюдаемого положения только что подрубленного забоя добываемого ископаемого непосредственно вблизи врубового устройства проходческого комбайна, блок обработки сигнала для обработки принятых сигналов инфракрасного изображения для отметки по меньшей мере одной области температурного контраста между верхней частью изображения и нижней частью изображения, блок положения по высоте для приема данных по любой области температурного контраста, обработанных блоком обработки сигнала, и определения положения по высоте по меньшей мере одной отмеченной области температурного контраста и блок подачи сигнала для подачи выходного сигнала определенного положения по высоте для устройства контроля эксплуатационного горизонта проходческого комбайна.

Блок обработки сигнала может включать в себя пороговый фильтр для отмеченной области температурного контраста, и блок подачи выходного сигнала способен создавать выходной сигнал определенной координаты положения по высоте, только если температура области температурного контраста превышает порог.

Блок обработки сигнала может иметь возможность перестройки для обеспечения исходного положения области исследования по инфракрасному излучению в положении исходной координаты в направлении горизонтальной оси, которая проходит в направлении вертикальной оси вверх и вниз области исследования, и по меньшей мере одна область температурного контраста, обработанная блоком положения по высоте, имеет возможность определения в положении исходной координаты.

Блок обработки сигнала может быть приспособлен для задания в нем положения исходной координаты специфическим месторасположением элементов изображения в цифровом изображении, которое является результатом наблюдения.

Блок обработки сигнала может иметь возможность перестройки конфигурации для определения области температурного контраста отметки пика значения яркости элементов изображения серой шкалы над многими элементами изображения в положении исходной координаты на изображении цифровой картинки, проходящей в направлении вверх и вниз по высоте области исследования.

Блок выходного сигнала может создавать сигнал координаты положения по высоте, являющийся сигналом, задающим положение области температурного контраста в двухмерной системе координат.

Сенсорное устройство может быть выполнено с возможностью подачи выходного сигнала коорди

- 2 011331 наты положения по высоте на устройство управления положением врубового устройства проходческого комбайна для управления положением врубового устройства проходческого комбайна.

Блок обработки сигнала может иметь возможность перестройки конфигурации для обеспечения области исследования для инфракрасного излучения, которая имеет положение исходной координаты в направлении горизонтальной оси, проходит в направлении вертикальной оси вверх и вниз по высоте поля обзора инфракрасного излучения, и по меньшей мере одна область температурного контраста определяется в этом положении исходной координаты, и имеется тепловая инфракрасная камера для осуществления наблюдения, при этом положение исходной координаты задается специфическим месторасположением элементов изображения в цифровом изображении, полученном из указанной камеры, и область температурного контраста определяется отметкой пика значения яркости элементов изображения серой шкалы над многими элементами изображения в положении исходной координаты в цифровом изображении, которое проходит в направлении вверх и вниз по высоте области обзора.

Секция приема и накопления изображений может быть приспособлена принимать дополнительные сигналы изображения инфракрасного излучения только что подрубленного забоя ископаемого, в общем, на пересечении вертикально подрубленного забоя стены пласта и горизонтально подрубленного забоя кровли и/или подошвы пласта, блок обработки сигнала способен обрабатывать дополнительные сигналы изображения инфракрасного излучения для отметки любой области температурного контраста на пересечении вертикально подрубленного забоя и либо одного, или обоих горизонтально подрубленных забоев кровли или подошвы, блок определения высоты способен определять координату положения по высоте области температурного контраста для определения координаты подошвы и/или кровли пласта ископаемого, и блок выходного сигнала способен второй выходной сигнал, указывающий определенную координату положения по высоте области температурного контраста на пересечении и используемый вместе с выходным сигналом для контроля эксплуатационного горизонта.

Тепловая инфракрасная камера может осуществлять наблюдение второй области температурного контраста, блок положения по высоте способен усреднять значения яркости элементов изображения серой шкалы всех элементов изображения в цифровом изображении и отмечать нижний и/или верхний предел для проходки пласта ископаемого при изменении среднего значения яркости на более высокое среднее значение яркости элементов изображения, чем то, при котором только ископаемое подрубается из пласта.

Блок обработки сигнала может обеспечить положение исходной координаты в направлении горизонтальной оси, которая проходит в направлении вертикальной оси вверх и вниз области исследования для инфракрасного излучения, и область температурного контраста определяется блоком обработки сигнала в этом исходном положении, которое задается специфическим месторасположением элемента изображения в цифровом изображении, полученном от тепловой инфракрасной камеры, причем область температурного контраста определяется отметкой пика значения яркости элемента изображения серой шкалы над многими элементами изображения в исходном положении на цифровом изображении, которое проходит в направлении вверх и вниз по высоте области исследования.

Сенсорное устройство может осуществлять наблюдение положения инфракрасного излучения во множестве месторасположений в только что подрубленном забое ископаемого при перемещении врубового устройства по забою выработки и определять множество областей температурного контраста по указанному множеству месторасположений, причем блок обработки сигнала содержит фильтр робастного слежения за множеством областей температурного контраста для минимизации ошибок, которые, в противном случае, могли быть вызваны низкими уровнями температурного контраста.

Сенсорное устройство может предназначаться для соединения с устройством контроля эксплуатационного горизонта проходческого комбайна.

Согласно изобретению создан способ тепловой идентификации структуры в полезном ископаемом, добываемом из забоя в выработке при подрубке врубовым устройством ископаемого и вскрытии только что подрубленного забоя ископаемого, включающий наблюдение инфракрасного излучения только что подрубленного забоя ископаемого непосредственно вблизи врубового устройства, отметку по меньшей мере одной области температурного контраста по наблюдению инфракрасного излучения и определение структуры в добываемом ископаемом по величине амплитуды по меньшей мере одной области температурного контраста или по температуре области контраста, превышающей температурный порог.

Область исследования для инфракрасного излучения может обеспечиваться положением исходной координаты в направлении горизонтальной оси и проходит в направлении вертикальной оси вверх и вниз по высоте области исследования, и величина амплитуды области температурного контраста определяется в этом положении исходной координаты.

Область исследования для инфракрасного излучения может обеспечиваться положением исходной координаты в направлении горизонтальной оси и проходит в направлении вертикальной оси вверх и вниз по высоте области исследования, по меньшей мере одна область температурного контраста определяется в этом положении исходной координаты, наблюдение осуществляется тепловой инфракрасной камерой, и положение исходной координаты задается особым месторасположением элементов изображения на цифровом изображении в области исследования, и по меньшей мере одна область температурного кон

- 3 011331 траста определяется отметкой пика в значении яркости элемента изображения серой шкалы над многими элементами изображения в положении исходной координаты в цифровом изображении, проходящем в направлении вверх и вниз по высоте области исследования.

Область исследования инфракрасного излучения может обеспечиваться положением исходной координаты в направлении горизонтальной оси и проходит в направлении вертикальной оси вверх и вниз по высоте области исследования, по меньшей мере одна область температурного контраста по наблюдению инфракрасного излучения определяется в этом положении исходной координаты, и наблюдение ведется тепловой инфракрасной камерой, положение исходной координаты задается особым месторасположением элементов изображения на цифровом изображении, полученном таким образом, по меньшей мере одна область температурного контраста определяется отмечанием пика в значении яркости элемента изображения серой шкалы над многими элементами изображения в положении исходной координаты в цифровом изображении, проходящем в направлении вверх и вниз по высоте области исследования.

Согласно изобретению создано также устройство для тепловой идентификации структуры в полезном ископаемом при его добыче из выработки, содержащее секцию приема и накопления изображений для приема сигналов инфракрасного изображения наблюдаемого положения только что подрубленного забоя ископаемого непосредственно вблизи врубового устройства проходческого комбайна, подрубающего ископаемое из выработки, блок обработки сигнала для обработки принятых и накопленных сигналов инфракрасного изображения для определения по меньшей мере одной области температурного контраста, блок обработки изображения для тепловой идентификации структуры в добываемом ископаемом путем определения величины амплитуды по меньшей мере одной области температурного контраста или питем определения величины температуры по меньшей мере одной области температурного контраста над температурным порогом и блок выходного сигнала для создания выходного сигнала, указывающего структуру с возможностью тепловой идентификации в ископаемом.

Краткое описание чертежей

Для более полного понимания изобретения ниже раскрыты варианты осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, основанные на практическом применении в разработке длинными очистными забоями. Как было упомянуто ранее, изобретение не ограничивается практическим применением для разработки с длинными очистными забоями, и следующее описание следует рассматривать только в качестве примера. Для других вариантов практического применения заявленного изобретения принципы, раскрытые в этом документе, могут использоваться сходным образом.

На чертежах показано следующее:

фиг. 1 изображает схематичный вид в перспективе процесса разработки длинными очистными забоями глубоко под землей;

фиг. 2 - схематичный вид, сходный с фиг. 1, показывающий пласт добываемого ископаемого, демонстрирующий область контраста инфракрасного излучения в виде прослойки на только что подрубленном забое ископаемого;

фиг. 3 - схематический вид, показывающий зону обзора камеры инфракрасного излучения для наблюдения только что подрубленного забоя ископаемого в области врубового устройства и между нижним пределом пласта и верхним пределом пласта;

фиг. 4 - график, иллюстрирующий поле обзора камеры инфракрасного излучения, показанной на фиг. 3, и положение исходной координаты для выявления областей температурного контраста;

фиг. 5 - график, иллюстрирующий уровни яркости шкалы серых тонов элементов изображения, замеренные вдоль исходной координаты, показанной на фиг. 4;

фиг. 6 - график, иллюстрирующий зависимость высоты области температурного контраста от положения проходческого комбайна;

фиг. 7 - блок-схему устройства для обработки сигналов инфракрасного изображения контрастной области, полученных от камеры инфракрасного излучения;

фиг. 8 - алгоритм обработки, используемый в устройстве, показанном на фиг. 7;

фиг. 9 - вид, сходный с видом фиг. 3, но показывающим второе наблюдение инфракрасного излучения на только что подрубленном забое ископаемого для определения верхнего или нижнего предела пласта;

фиг. 10 - блок-схему с показанной на фиг. 7, но показывающую добавление блоков для обработки верхнего и/или нижнего предела пласта ископаемого;

фиг. 11 - алгоритм для использования в устройстве, показанном на фиг. 10, при определении верхнего и нижнего пределов пласта;

фиг. 12 - алгоритм, показывающий выходные сигналы для использования при контроле эксплуатационного горизонта проходческого комбайна;

фиг. 13 - блок-схему автоматизированного контроля эксплуатационного горизонта в проходческом комбайне.

Подробное описание примера предпочтительного варианта осуществления изобретения

В следующем описании раскрыто практическое применение изобретения для разработки длинных очистных забоев. Как указано выше, идеи изобретения не должны ограничиваться разработкой длинных

- 4 011331 очистных забоев. Идеи изобретения могут осуществляться в других практических применениях/технологиях.

На фиг. 1 показан пласт 1 добываемого ископаемого 3 в горной выработке. Обычно ископаемым 3 является уголь, но им может быть и иной материал. Уголь, как правило, откладывается в пласте 1 в виде слоев. Пласт 1 ограничивается верхней толщей 5 породы и нижней толщей 7 породы. Уголь может откладываться слоями различных геологических материалов, таких как сам уголь, глина, или зола, или другие материалы, различающимися толщиной и твердостью. Это переслаивание может появляться в виде тонких линейных прослойков в пласте 1 угля. Эти линейные прослойки прочно связаны с профилем пласта 1. Поскольку эти линейные прослойки прочно связаны с профилем пласта 3, понятно, что определением одного или нескольких линейных прослойков можно обеспечить средство для ввода данных контроля эксплуатационного горизонта проходческого комбайна. Обычно прослойки не всегда ясно видны невооруженным глазом и требуется автоматизированный процесс для их обнаружения и подачи выходных сигналов, которые могут использоваться обычным контуром контроля эксплуатационного горизонта для управления положением проходческого комбайна и врубового устройства, расположенного на комбайне.

Фиг. 1 показывает частично разработанную выработку и проходческий комбайн 9 с вращающимся врубовым барабаном 11. Врубовый барабан 11 опирается на рычаг 13, который может подниматься вверх и опускаться вниз относительно проходческого комбайна 9. Проходческий комбайн 9 опирается на рельсовое средство 15, которое перекрывает ширину пласта 1 (или, по меньшей мере, ширину предназначенной к выработке области пласта 1). Проходческий комбайн 9 перемещается вдоль рельсового средства 15, рычаг 13 поднимается или опускается, так что вращающийся врубовый барабан 11 подрубает добываемое ископаемое 3 из пласта 1. В некоторых случаях проходческий комбайн 9 может иметь второй рычаг 13 и врубовый барабан 11, размещенный на другом конце проходческого комбайна 9. В таком случае, один из врубовых барабанов 11 подрубает ископаемое 3 вверху в направлении кровли 17 горной выработки, а другой врубовый барабан 11 подрубает внизу в направлении подошвы 19 горной выработки. Обычно кровля 17 выработки определяется у границы раздела между пластом 1 и верхней толщей 5 породы. Аналогично, подошва 19 определяется у границы раздела между пластом 1 и нижней толщей 7 породы. Нависающая кровля 17 выработки поддерживается множеством костровых крепей 21. Показаны только две костровые крепи 21, но, на практике, используют множество костровых крепей 21, расположенных одна рядом с другой вдоль отрезка рельсового средства 15. Костровые крепи 21 соединены у области своей нижней подошвы с рельсовым средством 15 и могут управляться для толкания рельсового средства 15 вперед к пласту после прохода проходческого комбайна 9. Костровые крепи 21 могут дополнительно управляться для их подтягивания к рельсовому средству 15, перемещая верхние поддерживающие рычаги 23 вблизи только что подрубленного забоя ископаемого 25 пласта 1. Технология для перемещения проходческого комбайна 9, и поднимания и опускания врубовых барабанов 11, и перемещения костровых крепей 21 считается известной в технике разработки пласта длинными очистными забоями и не будет дополнительно подробно описана в данном описании.

Фиг. 2 является детальным видом в перспективе, показывающим пласт 1 добываемого ископаемого 3, показанного на фиг. 1, без верхней толщи 5 породы и нижней толщи 7 породы, проходческого комбайна 9 и костровых крепей 21. На данной фигуре четко показано, что врубовый барабан 11 проходческого комбайна подрубил только забой 25 ископаемого, который содержит вертикальную стену 27, перекрывающую от края до края пласт 1. Он также содержит вертикальную концевую стену 29, заглубление которой в пласт равно ширине врубового барабана 11. Фиг. 2 также показывает предыдущий подрубленный забой 31 ископаемого, проходящий параллельно только что подрубленному забою 25 ископаемого. На фиг. 2 показан одиночный прослоек или объект 33, проходящий через весь пласт 1. На практике, может быть один или несколько прослойков или объектов 33, проходящих приблизительно в параллельных плоскостях. Прослойки или объекты 33, в общем, являются плоскостными, но бывают некоторые наклоны и другие очертания, представленные вследствие природы переслаивания пласта 1. Обычно прослоек или объект 33 формируется из осадка материала, который имеет большую твердость, чем само ископаемое 3. В некоторых случаях прослоек или объект 33 может быть различимым невооруженным глазом, но может быть также невидимым невооруженным глазом.

Обнаружено, что, если наблюдается инфракрасное излучение, испускаемое только что подрубленным забоем 25 ископаемого непосредственно вблизи врубового устройства 11, прослоек или объект 33 показывает более высокий уровень этого излучения, чем уровень окружающего ископаемого 3. Это предположительно происходит потому, что врубовое устройство 11 нагревает материал прослойка или объекта 33 сильнее, чем материал ископаемого 3 во время процесса подрубки/добычи.

Соответственно, с помощью наблюдения инфракрасного излучения от только что подрубленного забоя 25 ископаемого в положении непосредственно вблизи врубового устройства 11 представляется возможным определять любые области температурного контраста по наблюдению инфракрасного излучения между верхним пределом наблюдения и нижним пределом наблюдения. Таким образом, если верхний придел находится, в идеале, непосредственно под границей раздела между пластом 1 и верхней толщей 5 породы и/или нижней толщей 7 породы, тогда любые отмеченные области температурного контраста будут показателем присутствия прослойка или объекта 33. Положение прослойка или объекта

- 5 011331 затем может быть использовано для контроля эксплуатационного горизонта проходческого комбайна 9. Поскольку прослоек или объект 33, в общем, параллелен верхнему или нижнему пределу пласта 1 относительно кровли 17 или подошвы 19, предоставление исходной координаты, основанной на по меньшей мере одной области контраста, позволяет иметь идеальный механизм для ввода данных для управления проходческим комбайном 9.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения использовалась тепловая видеокамера инфракрасного излучения системы РЛЬ с большой длиной волны (8-14 мкм), выполняющая 25 кадров в секунду для получения цифрового изображения только что подрубленного забоя 2 5 ископаемого. Также возможно использование видеокамеры системы ССЭ. которая является чувствительной к коротким волнам длиной (1-3 мкм) теплового инфракрасного излучения для визуального наблюдения только что подрубленного забоя 25 добываемого ископаемого. Устройство получения изображения может быть выбрано надлежащим образом, чтобы подходить к конкретному добываемому ископаемому и условиям разработки. Когда используется видеокамера, анализ полученного цифрового изображения может проводиться для каждого кадра или для отобранных кадров, например каждого 25-го кадра. Альтернативно, могут использоваться тепловая фотокамера инфракрасного излучения и изображения, полученные через заданные промежутки времени в зависимости от скорости перемещения проходческого комбайна 9 поперек забоя пласта 1 во время проходческих работ. В настоящем варианте устройством отображения является тепловая видеокамера, которая наблюдает только что подрубленный забой 25 ископаемого, проходящий поперек ширины разработки пласта 1, и каждый кадр анализируется, поскольку это повышает чувствительность системы к низким тепловым величинам инфракрасного излучения, в сравнении с анализом, например, каждого 25-го кадра. В альтернативном устройстве только что подрубленным забоем ископаемого может быть вертикальная концевая стена 29, представляющая глубину проникновения врубового барабана 11. Эта альтернатива подлежит рассмотрению в объеме изобретения. Желательно, чтобы камера наблюдала исследуемую область только что подрубленного забоя 25 добываемого ископаемого непосредственно вблизи барабана 11 врубовой машины. В этом случае ожидается, что уровень остаточного инфракрасного излучения будет близок к пику и температура еще не рассеется вследствие истечения времени после прохода врубового барабана 11.

Инфракрасная чувствительность тепловой инфракрасной камеры имеет особенное преимущество при добыче полезных ископаемых по сравнению со стандартными камерами для длин волн видимого диапазона. В частности, длинноволновые тепловые инфракрасные камеры весьма нечувствительны к затемнению, вызываемому пылью. Тепловые камеры инфракрасного излучения также могут функционировать в полной темноте, что дополнительно делает эти камеры подходящими для практического применения. Поле 34 обзора камеры, охватывающее область 35 исследования, способно показать важные признаки исследования, которые появляются в тепловом интервале и которые не появляются в видимом интервале. Обычно место установки камеры находится на корпусе проходческого комбайна 9 и ориентируется так, что камера имеет ракурс видимости области исследования врубового барабана 11 и окружающего пласта 1 или толщи 5, 7 породы и является защищенной от тяжелых условий добычи полезных ископаемых.

Фиг. 3 показывает поле 34 обзора, охватывающее область 35 исследования цифровой видеокамеры. В этом случае область 35 исследования имеет трапециевидную форму. Это является следствием угла наклона камеры относительно только что подрубленного забоя 25 ископаемого. Область 35 исследования выбрана внутри изображения 34 выбором конкретных элементов изображения, чтобы задавать площадь области исследования. Фиг. 3 показывает единичный прослоек или объект 33, но другие прослойки или объекты 33 могут присутствовать.

Фиг. 4 показывает установку исходной координаты 37 обзора на расстоянии а от нулевого положения на горизонтальной оси Х. Положение 37 исходной координаты рабочего органа проходит в направлении вертикальной оси Υ вверх и вниз по высоте поля 35 обзора инфракрасного излучения. Фиг. 4 показывает, что положение исходной координаты 37 имеет точку пересечения с прослойком или объектом 33 на высоте Ь в направлении Υ (вертикальном). Следовательно, с помощью определения координаты пересечения положения 37 исходной координаты с прослойком или объектом 33 можно определить позицию прослойка или объекта 33 и использовать координату положения для управления эксплуатационным горизонтом проходческого комбайна 9.

Когда проходческий комбайн 9 перемещается поперек пласта 1, поле 34 обзора также перемещается и положения одного или нескольких прослойков или объектов 33 будут отслеживаться. Следовательно, когда пласт 1 перемещается вверх или вниз, прослоек или объект 33 перемещается одновременно, и можно обеспечить непрерывное управление проходческим комбайном 9 с помощью отметок высоты пересечения положения 37 исходной координаты с прослойком или объектом 33. Следовательно, если положение по высоте прослойка или объекта 33 меняется, то будет иметь место соответствующее изменение координаты положения границы раздела, что может быть использовано для подачи сигнала для управления проходческим комбайном 9.

На фиг. 5 показан график уровней значения яркости элементов изображения, определенный камерой относительно фона в области 35 исследования в поле 34 обзора. В данном варианте положение 37

- 6 011331 исходной координаты задано конкретным положением элементов изображения в цифровой картинке изображения, полученной с цифровой видеокамеры. Фиг. 5 показывает уровни значений яркости шкалы серых тонов элементов изображения вдоль положения 37 исходной координаты, проходящей вверх и вниз по высоте обзора. График показывает пик значений яркости шкалы серых тонов элементов изображения на расстоянии по высоте Ь на фиг. 4. На фиг. 5 расстояние по высоте Ь показано по горизонтальной оси. Здесь локализованный пик 39 появляется в уровне яркости шкалы серых тонов элементов изображения на высоте Ь. Величина локализованного пика 39 показана ординатой б. Фиг. 5 также показывает, что может быть установлена пороговая величина по ординате б_тш. Следовательно, если локализованный пик 39 превышает пороговую величину б_тш, это представляет область температурного контраста относительно окружающего фона, что, в свою очередь, представляет позиционирование по высоте прослойка или объекта 33. Обычно б_тт устанавливается непосредственно над фоновым пороговым уровнем инфракрасного излучения, испускаемого только что подрубленным забоем 25 ископаемого для известного состава ископаемого 3, такого как уголь. Пороговую величину б_тш необходимо учитывать для случаев, где прослоек или объект 33 либо не присутствует или плохо отличается от фона. Если наибольшая величина б вертикальной линии уровня яркости шкалы серых тонов элементов изображения равна или больше, чем данное пороговое значение регистрации порога б_тт, тогда индекс Ь (вдоль горизонтальной оси), связанный с максимальной величиной б, берется, чтобы дать достоверное расположение области температурного контраста (и прослойка или объекта) на изображении. Если величина б меньше, чем пороговое значение б_тш, тогда определение по высоте не подсчитывается.

При любом отслеживании прослойка или объекта 33 нужно принимать во внимание ошибки учета и помехи наблюдению, связанные с регистрацией и/или локализацией процессов. Это особенно важно в случаях, когда прослоек или объект 33 оказывается относительно слабым на изображении инфракрасного излучения. В некоторых случаях значения яркости могут быть настолько высокими относительно фона, что не требуется специальной обработки. В случае, где может быть сравнительно слабый локализованный пик 39 инфракрасного излучения, может применяться отслеживание объекта с робастным фильтром. Фильтр Кальмана представляет собой особенно полезный робастный фильтр и является хорошо известным фильтром для обработки сигнала.

Фильтр Кальмана рекурсивно генерирует расчеты параметров, используя вектор состояния, системную модель и модель наблюдений. Для этого одномерного сценария отслеживания местоположенияскорости вектор состояния дается с помощью вектора (2X1) х(1)=[й(1)] [ν(ΐ)1 который включает в себя истинную высоту 11(1) и скорость ν(ΐ) прослойка или объекта 33 в момент времени 1. Системная модель дается х(1+1)=Ех(1)+ч(1), где

Е=[1 ΔΤ] [0 Τ] является матрицей вида (2x2), описывающей эволюцию системы, ΔΨ представляет время между смежными кадрами изображения, где ч(1) является матрицей (2x1), представляющей системные возмущения, чтобы предоставить возможность отслеживать признаки маркирующего прослойка. Предполагается, что матрица ч(1) подлежит разложению как гауссовский шумовой процесс нулевого среднего с ковариационной матрицей О (2x2). Условное уравнение в уравнивании результатов наблюдения дается Ь(1)=Нх(1)+и(1), где Ь(1) является возможным значением высоты, сгенерированным в процессе обнаружения и определения положения прослойка или объекта 33 в момент времени 1, Н=[1 0] является вектором (1x2), х(1) является вектором состояния, как указано выше, а и(1) представляет неопределенность, связанную с алгоритмом определения положения маркирующего слоя. Величина и(1) предполагается распределенной, как гауссовский шумовой процесс нулевого среднего с переменной В.

Во время запуска процесса отслеживания соответствующие элементы вектора состояния принадлежат текущей высоте и нулевой скорости прослойка или объекта 33, диагональным элементам ковариантной матрицы О системной модели присваивается значение 0,01, представляя хорошую модель для обычно медленно развивающейся динамики прослойка или объекта 33, а переменная, связанная с условным уравнением в уравнивании результатов наблюдения В, устанавливается на относительно большое значение 10,0, следуя текущей практике, чтобы гарантировать конвергенцию. Фильтр Кальмана применяется с использованием стандартных этапов прогнозирования и обновления, подробности которых имеются в опубликованной литературе.

Расчеты, произведенные фильтром Кальмана, обеспечивают точное представление отслеженной динамики прослойка или объекта 33 и показывают высокую помехозащищенность нефильтрованным расчетам. Этап фильтрования Кальмана, хотя не необходимый, оказывается особенно полезным, когда яркость прослойка или объекта 33 сравнительно незаметна (например, при низком соотношении сигнал/помеха), поскольку это представляет грубый детерминистический способ работы с неопределенностью помех и измерения.

Может быть много пиков шкалы яркости серых тонов в элементах изображения вдоль исходной ко

- 7 011331 ординаты, причем каждый пик представляет разный прослоек или объект 33. Дополнительно, эти пики могут иметь разные значения яркости элементов изображения пика. Они могут быть обработаны, чтобы определить, превышают ли они порог и все пики, или отобранные пики могут использоваться для контроля эксплуатационного горизонта.

Фиг. 6 показывает график зависимости высоты прослойка или объекта от положения проходческого комбайна 9. Фактическая отметка координаты высоты прослойка или объекта 33 является, по существу, размером территории. Для работы проходческого комбайна является удобным относить координату по высоте прослойка или объекта 33 к положению вместо времени. Это легко выполняется с помощью отметки значения высоты прослойка или объекта 33 относительно положения проходческого комбайна 9. Фигура 6 иллюстрирует обычный выходной сигнал алгоритма отслеживания (будет описан ниже), показывающий высоту прослойка или объекта 33 как функцию горизонтального положения забоя проходческого комбайна 9 поперек ширины пласта 1.

Фиг. 7 является блок-схемой устройства, используемого для подачи выходных сигналов для управления эксплуатационным горизонтом проходческого комбайна. Здесь устройство применяет концепции, описанные выше в этом документе. Тепловая цифровая видеокамера 41 инфракрасного излучения осматривает только что вырубленный забой 25 ископаемого и имеет поле 34 обзора области 35 исследования. Цифровые выходные сигналы 43 подаются на блок 45 приема и накопления изображения для приема сигналов изображения инфракрасного излучения только что вырубленного забоя 25 ископаемого непосредственно вблизи врубового барабана 11 проходческого комбайна. Сигналы 47 выходят из блока 45 приема и накопления изображения и подаются на блок 49 обработки сигнала, где сигналы инфракрасного изображения области 35 исследования отмечаются для по меньшей мере одной области температурного контраста между верхней частью изображения и нижней частью изображения и между верхним пределом пласта и нижним пределом пласта. Если определена по меньшей мере одна область температурного контраста, то сигналы 51 подаются на блок 53 положения по высоте, где подсчитывается координата положения по высоте по меньшей мере одной области температурного контраста. Сигналы 55 координаты положения по высоте затем подаются на блок 57 выходного сигнала для создания выходного сигнала 59 скалькулированного положения по высоте по меньшей мере одной области температурного контраста так, чтобы выходной сигнал 59 мог быть использован в контуре 61 управления эксплуатационным горизонтом проходческого комбайна. Различные блоки, показанные на фиг. 7, могут быть дискретными блоками или могут быть блоками в составе компьютерного устройства. Обычно блоки компонуются внутри компьютерного устройства, использующего программное обеспечение, предназначенное для цели приспособления компьютера для выполнения требуемых функций. Хотя координаты положения по высоте описаны как одномерные, координаты могут быть двухмерными или трехмерными при надлежащем вводе данных сигналов абсолютного положения проходческого комбайна 9 в выработке. Такие сигналы могут быть получены от блоков инерциальной системы навигации, связанной с проходческим комбайном 9.

Фиг. 8 показывает используемый алгоритм процессов. На этапе 1 определяется положение проходческого комбайна. Подходящее устройство для измерения положения обычно предусматривается на крупном оборудовании добычи угля, таком как очистные комбайны длинного забоя или проходческие комбайны непрерывного действия. Следовательно, на этапе 1 могут быть созданы сигналы, представляющие положение проходческого комбайна 9. Известное независимое средство позиционирования проходческого комбайна может быть применено для подачи сигналов о положении проходческого комбайна, если требуется. На этапе 2 принимаются тепловые инфракрасные изображения с использованием прямого цифрового интерфейса или практическим применением стандартных технологий преобразования аналогового в цифровое в случае, если изображение является аналоговым. Обычное тепловое изображение показано на фиг. 4. Следует заметить, что, с точки зрения приема и накопления данных, выходной сигнал тепловой инфракрасной видеокамеры является аналогичным сигналу стандартной фотокамеры, то есть является последовательностью неподвижных изображений в цифровой или аналоговой форме. Алгоритм, показанный на фиг. 8, обрабатывает каждый кадр изображения последовательно, номинально независимо от частоты приема и накопления. Этот выбор кадров является произвольным выбором и не считается ограничивающим.

На этапе 3 определяется распознавание изменения положения комбайна. Это происходит потому, что, если проходческий комбайн 9 не продвигается поперек забоя пласта 3, не будет необходимости перерабатывать существующее изображение, полученное камерой 41. Следовательно, сигналы от позиционирования комбайна сравниваются, чтобы отметить, переместился ли комбайн 9 так, чтобы сигналы изображения могли обрабатываться на этапе 4. На этапе 4, если присутствует прослоек или объект 33, это указывает объект в области относительно фона. Таким образом, формируется набор данных отслеживанием значения величины элементов изображения в положении 37 исходной координаты. Результатом этого является формирование набора данных, подобных показанным на фиг. 5. На этапе 5 локализованный пик 39 определяется по уровнями яркости элементов изображения шкалы серых тонов вдоль линии исходного горизонта - вверх и вниз высоты обзора поля 34 обзора в положении 37 исходной координаты. Самая яркая точка значения яркости элементов изображения представляет локализованный пик 39. Этап 6 определяет, превосходит ли пик 39 установленный порог, представленный б_тш (фиг. 5). На этапе 7

- 8 011331 практически применяется фильтр робастного отслеживания, такой как фильтр Кальмана, описанный ранее. На этапе 8 определяется высота локализованного пика 39 (высота Ь на фиг. 4). Может быть желательным выразить значение этой высоты в других системах координат, таких как системы координат положения проходческого комбайна. Это может быть достигнуто прямым практическим применением технологии калибровки камеры, зная положение камеры на проходческом комбайне 9.

Вышеприведенное описание относится к регистрации одиночного прослойка или объекта 33 в поле 34 обзора области 35 исследования. Множество прослойков или объектов 33 могут быть обнаружены и обработаны по подходящему алгоритму, чтобы сделать возможным взаимное отслеживание двух или более отмеченных прослойков или объектов 33. Следовательно, один или более отмеченных прослойков или объектов 33 могут быть использованы для контроля эксплуатационного горизонта проходческого комбайна. Это особенно полезно там, где один или несколько прослойков или объектов могут исчезнуть в области 35 исследования, в то время, как другие прослойки или объекты могут остаться.

На этапе 9 координаты по высоте, определенные на этапе 8, трансформируются как функция положения комбайна, как представлено на фиг. 6. Следовательно, выходной сигнал 63 может быть подан на проходческий комбайн 9 для контроля эксплуатационного горизонта.

На фиг. 9 показан вид, сходный с показанным на фиг. 3, но также показывающий инфракрасное изображение второй области 67 исследования. Здесь вторая область 67 исследования выполнена с возможностью охватить пересечение вертикального только что подрубленного забоя 25 с кровлей 17 и подошвой 19. Площадь и положение второй области исследования задаются месторасположением элементов изображения на изображении в поле 34 обзора. Следовательно, вторая область 67 исследования подает дополнительные сигналы инфракрасного изображения для отметки любой области температурного контраста на пересечении вертикально подрубленного забоя 25 (фиг. 2) и либо одного, или обоих горизонтально подрубленных забоев кровли 17 или подошвы 19. Здесь любая отмеченная область температурного контраста задает пересечение пласта 1 с верхней толщей 5 породы и/или нижней толщей 7 породы. Следовательно, сигналы положения по высоте могут создаваться из этих дополнительных сигналов изображения инфракрасного излучения только что подрубленного забоя, чтобы использоваться с сигналами прослойка или объекта 33, описанными ранее, для контроля эксплуатационного горизонта. Следовательно, в этом случае дополнительные сигналы изображения инфракрасного излучения могут обрабатываться, чтобы предоставить положения по высоте пересечения вертикального подрубленного забоя 25 с кровлей 17 и подошвой 19 для ограничения перемещения вверх и/или вниз рычага 13, чтобы, в свою очередь, управлять верхним пределом разработки пласта и нижним пределом разработки пласта. В этом случае подается второй выходной сигнал, указывающий определенную координату положения по высоте области температурного контраста у пересечения.

Фиг. 10 показывает блок-схему системы, имеющей описанное ранее сенсорное устройство прослойка или объекта 33 и устройство для отметки пересечения вертикального подрубленного забоя с кровлей 17 и подошвой 19. В этом варианте одна видеокамера 41 инфракрасного излучения используется для области 35 исследования, а другая видеокамера 69 используется для области 67 исследования. В предшествующем описании единственная видеокамера 41 была использована для охвата обеих областей 35, 67 исследования. В этом варианте вторая видеокамера 69 использовалась, чтобы показывать, что эти концепции требуют ограничиваться применением единственной камеры инфракрасного излучения. Блоки на левой стороне фиг. 10 повторяют блоки, показанные на фиг. 7, и не будут описываться дополнительно. На правой стороне фиг. 10 показана вторая тепловая видеокамера 69 инфракрасного излучения, имеющая поле 67 обзора. Цифровые выходные сигналы 71 подаются на блок 73 приема и накопления изображения. Сигналы 75 подаются с блока 73 приема и накопления изображения и подаются на блок 49 обработки сигнала. Здесь сигналы подаются на блок 53 положения по высоте, где подсчитывается координата положения по высоте областей температурного контраста, которые задают пересечение вертикального подрубленного забоя 25 пласта с кровлей 17 и/или подошвой 19. Сигналы выводятся на блок выхода сигналов для установки сигналов координаты положения, которые подаются на контур 61 управления проходческого комбайна для управления проходческим комбайном.

Фиг. 11 показывает алгоритм обработки данных для обнаружения пересечения только что подрубленного забоя 25 ископаемого с кровлей 17 или подошвой 19. Этот алгоритм требует, чтобы были установлены два параметра во время первоначальной калибровки. Первый параметр соответствует порогу, над которым предполагается достижение границы раздела с кровлей 17 или подошвой 19. Порог обнаружения установлен в 70% значения максимальной яркости и представляет надлежащий первоначальный выбор. Вторым параметром является высота извлечения пласта, которая должна быть легко определена с самого проходческого комбайна 9, с использованием известных процессов.

На этапе 1 положение комбайна выявляется согласно тем же процессам, что описаны в связи с этапом 1 на фиг. 8. На этапе 2 производится прием и накопление изображения, что идентично этапу 2, показанному на фиг. 8, но с другой камеры или области исследования внутри изображения от единственной камеры. На этапе 3 определяется среднее значение яркости всех элементов изображения в изображении поля обзора. Если среднее значение яркости меняется, что отмечается процессом усреднения всех уровней значений яркости элементов изображения в изображении от второй камеры 69, тогда может быть

- 9 011331 определено, что имеет место пересечения врубового барабана 11 с кровлей 17 или подошвой 19. На этапе 4 сохраняется максимальное среднее значение яркости элемента изображения. Такое значение может существенно изменяться, когда врубовый барабан 11 перемещается через сегменты более твердого материала (например, скальной породы) и обеспечивает робастное измерение любого значения яркости теплового излучения. Максимальное среднее значение сохраняется для текущего положения комбайна 9.

На этапе 5 запускается процесс для определения изменения горизонтального положения комбайна, что идентично этапу 4 на фиг. 8. На этапе 6 величина среднего значения яркости, подсчитанная на этапе 6, сравнивается с заданным порогом обнаружения границы раздела. Если среднее значение выше порога обнаружения границы раздела угля, тогда граница раздела угольного пласта считается нарушенной. Наоборот, если среднее значение ниже порога обнаружения границ раздела угля, то предполагается, что проходческий комбайн осуществляет подрубку внутри пласта 1. На этапе 8 подается выходной сигнал положений границ раздела слоя и кровли 17 или подошвы 19. Это обеспечивает максимальную высоту для проходки комбайном или меньшую высоту для разработки пласта. На этапе 9 подается выходной сигнал средней точки, если не определено пересечения угольной границы раздела. Это обеспечивает подходящий сигнал устройства защиты (например, половины высоты извлекаемого пласта) для создания выходного сигнала, подходящего для использования в системе контроля эксплуатационного горизонта. Альтернативно, подходящий сигнал устройства защиты может быть установлен для приведения в действие системы управления проходческого комбайна в режиме открытого контура.

Система отслеживания прослойка или объекта 33, описанная в данном документе, и детектор угольной границы раздела для обнаружения границ раздела вертикального только что подрубленного забоя 25 ископаемого с кровлей 17 или подошвой 19 обеспечивают два комплиментарных измерения на месте работ поведения пласта 1. Хотя выходные сигналы систем могут, практически, применяться независимо, их также можно с пользой комбинировать, чтобы обеспечить робастную предугадывающую реагирующую сенсорную способность для контроля эксплуатационного горизонта проходческого комбайна 9 в режиме реального времени.

Фиг. 12 показывает, как могут быть скомбинированы выходные сигналы систем отслеживания прослойка или объекта 33 и обнаружения границ раздела для обеспечения робастной исходной координаты для контроля эксплуатационного горизонта.

Следовательно, если случится, что первичный и предпочтительный режим работы, использующий прослоек или объект 33, отсутствует, можно работать селектором выходного сигнала, чтобы использовать реактивные (и более грубые) сигналы границ раздела угольного пласта для контроля эксплуатационного горизонта. Если сигналы отслеживания прослойка или объекта 33 подаются и не подаются сигналы пересечения границ раздела, система может подавать сигналы, в зависимости от способа контроля эксплуатационного горизонта на рабочей площадке, выходные сигналы последнего прослойка или объекта 33, сигналы половины извлечения высоты пласта или нулевые сигналы. Здесь, на этапе 1, выполняется оценка маркерного прослойка, чтобы определить, присутствует ли прослоек или объект 33. Если присутствует, выходной сигнал по высоте подается на этапе 2. Если никакой прослоек или объект 33 не определен, то на этапе 3 выполняется оценка того, обнаружена ли угольная граница раздела подошвы. Если она обнаружена, тогда определяется выходной сигнал, чтобы указать высоту подошвы. Если граница раздела подошвы не обнаружена, на этапе 5 выполняется оценка, обнаружено ли пересечение с кровлей. Если оно обнаружено, то подается выходной сигнал, чтобы указать высоту кровли 17. Если никакой границы раздела не обнаружено, тогда на этапе 7 подается последний известный выходной сигнал высоты прослойка.

Для обеспечения контроля эксплуатационного горизонта проходческого комбайна, такого как очистной комбайн длинного очистного забоя, выходной сигнал от системы обнаружения прослойка или объекта 33 подается в существующую систему управления рычагом 13 врубового устройства проходческого комбайна. Управление рычагами 13 является принципиальным способом регулирования положения очистного комбайна длинного очистного забоя, когда он добывает ископаемое 3, такое как уголь. Обычно, практически, применяется корректировка горизонта проходки на каждом цикле перемещения проходческого комбайна вдоль рельсового средства 15. Сигналы по высоте прослойка или объекта 33 могут немедленно воздействовать на систему управления с использованием наблюдаемой высоты. Это потому, что ожидается, что любые вариации высоты бывают минимальными. Требуется, чтобы расположение по высоте в разных положениях вдоль забоя выработки могло сохраняться в памяти и впоследствии находиться на следующих циклах перемещения вперед или назад проходческого комбайна, когда они могут находиться и сравниваться с любыми новыми измеренными положениями прослойков или объектов 33.

Можно принять во внимание динамику системы управления проходческого комбайна 9, отмечая специфические механические ограничения на врубовый барабан 11 и любую желаемую скорость изменения профиля эксплуатационного горизонта для обеспечения безопасного и практичного управления.

Фиг. 13 является блок-схемой устройства автоматизации управления горизонтом проходческого комбайна 9. Желаемое вертикальное месторасположение внутри пласта 1 обычно закрепляется отстоящим от месторасположения по высоте прослойка или объекта 33. Здесь на этапе 1 устанавливается желаемая точка установки эксплуатационного горизонта. На этапе 2 подается командный сигнал (ошибка

- 10 011331 положения) на систему управления положением рабочего органа на этап 3. На этапе 4 определяется фактическое месторасположение внутри пласта проходческого комбайна 9. На этапе 5 комбинированная система обнаружения прослойка или объекта 33 и границы раздела обеспечивает сенсорную способность для вертикального положения, чтобы предусмотреть замкнутую систему автоматического управления.

Система выше упомянутого типа является полезной в автоматизированных системах управления для разработки угля длинными очистными забоями и минимизирует повреждения оборудования при повышении продуктивности и улучшения безопасности персонала. При использовании выполненных способов для добычи полезных ископаемых не требуется внешней базисной инфраструктуры, такой как маяки, маркеры и полосы.

Следовательно, имеет место повышенная практичность и выносливость проходческих комбайнов, использующих настоящее изобретение. Принципы этого документа могут работать либо в режиме реального времени, или с косвенным управлением. Технологии, описанные в этом документе, представляют автоматические, саморегулирующие, в режиме реального времени способы для обнаружения кровли или подошвы и прослойка или объекта 33 для контроля эксплуатационного горизонта. Дополнительно, выходные сигналы координат положения прослойка или объекта 33 или положения границ раздела кровли 17 или подошвы 19 могут быть использованы в маркшейдерских процессах, чтобы усовершенствовать проходческие работы.

Также следует оценить, что система прослойка или объекта 33, описанная в этом документе, может быть применена для идентификации структур с возможностью тепловой идентификации в добываемом ископаемом при добыче из горной выработки. Следовательно, с помощью отметки сигналов инфракрасного изображения наблюдаемого положения только что подрубленного забоя ископаемого непосредственно вблизи проходческого комбайна можно получить сигналы, которые возможно использовать для идентификации структур с возможностью тепловой идентификации в добываемом ископаемом. Структура с возможностью тепловой идентификации может быть идентифицирована либо отмечанием величины амплитуды (т.е. числом элементов изображенияей высокой яркости) по меньшей мере в одной области температурного контраста, или отмечанием амплитуды по меньшей мере в одной области температурного контраста над температурным порогом. Выходной сигнал может быть подан из блока выходного сигнала, чтобы указать структуру с возможностью тепловой идентификации в добываемом ископаемом. В этом примере фиг. 7 показывает необходимые блоки обработки сигнала, когда выходной сигнал 59 дает указание на ископаемое с возможностью тепловой идентификации. Специфическая схема цепи показана на фиг. 14. Здесь видеокамера 41 должна подавать выходные сигналы 43 на блок 45 приема и накопления изображения. Блок 45 приема и накопления изображения обрабатывает сигналы 43 таким же путем, который описан для фиг. 7. Выходные сигналы 47 должны быть поданы на блок 49 обработки сигналов, который может распознать, превосходят ли значения яркости элемента инфракрасного изображения температуры конкретный порог, и подает выходной сигнал 51 на блок 57 выхода сигнала, который должен, в свою очередь, подать выходной сигнал 59, указывающий на присутствие или отсутствие структуры с возможностью тепловой идентификации в добываемом ископаемом. Таким образом, в этом варианте осуществления изобретения блок 49 обработки сигналов может отметить величину амплитуды по меньшей мере одной области температурного контраста, или имеет ли область температурного контраста амплитуду выше температурного порога.

Как ясно специалистам по технике управления проходческими комбайнами, в изобретении могут быть выполнены видоизменения. Эти и другие видоизменения могут быть выполнены без отхода от пределов объема изобретения, сущность которого подлежит определению в вышеизложенном описании.

Claims (30)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ контроля эксплуатационного горизонта при добыче полезных ископаемых, подрубаемых из очистного забоя пласта ископаемого, содержащий следующие стадии:

   подрубка ископаемого из пласта врубовым устройством, вскрывающим только что подрубленный забой ископаемого;

   наблюдение инфракрасного излучения от только что подрубленного забоя ископаемого в положении непосредственно вблизи врубовой машины;

   определение любой области температурного контраста по наблюдению инфракрасным излучением между верхним пределом наблюдения и нижним пределом наблюдения;

   определение по меньшей мере одной координаты положения по высоте по меньшей мере одной области температурного контраста;

   создание выходного сигнала определенной координаты положения по высоте для его использования в качестве исходной координаты для контроля эксплуатационного горизонта.
2. 2. Способ по п.1, который включает использование порогового фильтра для отмеченной области температурного контраста и создание выходного сигнала определенной координаты положения по высоте при превышении порога температурой области температурного контраста.
3. 3. Способ по п.1, в котором поле обзора наблюдения инфракрасного излучения обеспечивается по

   - 11 011331 ложением исходной координаты в направлении горизонтальной оси и проходит по направлению вертикальной оси вверх и вниз области исследования инфракрасного излучения, и по меньшей мере одна область температурного контраста по наблюдению инфракрасного излучения определяется при этом положении исходной координаты.
4. 4. Способ по п.3, в котором наблюдение ведется цифровой камерой, и положение исходной координаты задается особым месторасположением элементов изображения на цифровом изображении, полученном от цифровой камеры.
5. 5. Способ по п.4, в котором области температурного контраста определяются отметкой пика серой шкалы значений яркости элементов изображения над многими элементами изображения в положении исходной координаты на цифровом изображении, проходящем в направлении вверх и вниз по высоте области исследования.
6. 6. Способ по п.1, в котором выходной сигнал координаты положения по высоте является сигналом, содержащим составляющие координат, задающих положение по меньшей мере одной области температурного контраста в двухмерной системе координат.
7. 7. Способ по п.1, который содержит подачу выходного сигнала координаты положения по высоте в цепь управления врубовым устройством проходческого комбайна и управление положением врубового устройства проходческого комбайна с выходным сигналом положения.
8. 8. Способ по п.7, в котором область исследования инфракрасного излучения обеспечивается положением исходной координаты в направлении горизонтальной оси и проходит в направлении вертикальной оси вверх и вниз по высоте области исследования, и по меньшей мере одна область температурного контраста определяется в данном положении исходной координаты, и результаты наблюдения на цифровом изображении и положение исходной координаты задаются особым месторасположением элементов изображения на цифровом изображении, по меньшей мере одна область температурного контраста определяется отметкой пика серой шкалы значений яркости элементов изображения над многими элементами изображения в положении исходной координаты на цифровом изображении.
9. 9. Способ по п.1, который дополнительно содержит визуальное наблюдение инфракрасного излучения от только что подрубленного забоя ископаемого, отметку второй области температурного контраста, в общем, на пересечении вертикального вруба стены пласта ископаемого и горизонтального вруба забоя кровли и/или подошвы ископаемого, определение координаты положения по высоте второй температурной области для окружения координаты кровли и/или подошвы пласта ископаемого и создание второго выходного сигнала координаты определенного положения по высоте второй области температурного контраста для его использования с первым выходным сигналом для контроля эксплуатационного горизонта.
10. 10. Способ по п.9, в котором результатом наблюдения второй области температурного контраста является цифровое изображение второй области исследования, значения серой шкалы всех элементов изображения на цифровом изображении второй области усредняются, и верхний и/или нижний предел для разработки пласта ископаемого отмечается при изменении среднего значения яркости на более высокое значение яркости элемента изображения, чем при подрубке только ископаемого в пласте.
11. 11. Способ по п.10, в котором область исследования инфракрасного излучения обеспечивается положением исходной координаты по направлению горизонтальной оси и проходит в вертикальном направлении вверх и вниз по высоте области исследования, по меньшей мере одна область температурного контраста по наблюдению инфракрасного излучения определяется в положении исходной координаты, наблюдение ведется тепловой инфракрасной камерой, положение исходной координаты задается специфическим месторасположением элементов изображения на цифровом изображении, полученном на основании этого, и по меньшей мере одна область температурного контраста определяется отметкой значений яркости элементов изображения серой шкалы над многими элементами изображения в положении исходной координаты в цифровом изображении, проходящем вверх и вниз по высоте обзора.
12. 12. Способ по п.6, в котором наблюдение положения инфракрасного излучения выполняется во множестве местоположений в только что подрубленном забое ископаемого при перемещении врубового устройства поперек забоя проходки, и многочисленные области температурного контраста определяются во множестве этих мест, при этом применяется фильтр робастного слежения для многочисленных областей температурного контраста для минимизации ошибок, которые в противном случае могут быть вызваны низкими уровнями температурного контраста.
13. 13. Сенсорное устройство для работы с устройством контроля эксплуатационного горизонта проходческого комбайна, содержащее секцию приема и накопления изображений для приема сигналов инфракрасного изображения наблюдаемого положения только что подрубленного забоя добываемого ископаемого непосредственно вблизи врубового устройства проходческого комбайна, блок обработки сигнала для обработки принятых сигналов инфракрасного изображения для отметки по меньшей мере одной области температурного контраста между верхней частью изображения и нижней частью изображения, блок положения по высоте для приема данных по любой области температурного контраста, обработанных блоком обработки сигнала и определенного положения по высоте по меньшей мере одной отмеченной области температурного контраста, и блок подачи сигнала для подачи выходного сигнала опреде

    - 12 011331 ленного положения по высоте для устройства контроля эксплуатационного горизонта проходческого комбайна.
14. 14. Сенсорное устройство по п.13, в котором блок обработки сигнала включает в себя пороговый фильтр для отмеченной области температурного контраста и блок подачи выходного сигнала способен создавать выходной сигнал определенной координаты положения по высоте, только если температура области температурного контраста превышает порог.
15. 15. Сенсорное устройство по п.13, в котором блок обработки сигнала имеет возможность перестройки для обеспечения исходного положения области исследования по инфракрасному излучению в положении исходной координаты в направлении горизонтальной оси, которая проходит в направлении вертикальной оси вверх и вниз области исследования, и по меньшей мере одна область температурного контраста, обработанная блоком положения по высоте, имеет возможность определения в положении исходной координаты.
16. 16. Сенсорное устройство по п.15, в котором блок обработки сигнала приспособлен для задания в нем положения исходной координаты специфическим месторасположением элементов изображения в цифровом изображении, которое является результатом наблюдения.
17. 17. Сенсорное устройство по п.16, в котором блок обработки сигнала имеет возможность перестройки конфигурации для определения области температурного контраста отметки пика значения яркости элементов изображения серой шкалы над многими элементами изображения в положении исходной координаты на изображении цифровой картинки, проходящей в направлении вверх и вниз по высоте области исследования.
18. 18. Сенсорное устройство по п.13, в котором блок выходного сигнала способен создавать сигнал координаты положения по высоте, являющийся сигналом, задающим положение области температурного контраста в двухмерной системе координат.
19. 19. Сенсорное устройство по п.13, которое выполнено с возможностью подачи выходного сигнала координаты положения по высоте на устройство управления положением врубового устройства проходческого комбайна для управления положением врубового устройства проходческого комбайна.
20. 20. Сенсорное устройство по п.19, в котором блок обработки сигнала имеет возможность перестройки конфигурации для обеспечения области исследования для инфракрасного излучения, которая имеет положение исходной координаты в направлении горизонтальной оси, проходит в направлении вертикальной оси вверх и вниз по высоте поля обзора инфракрасного излучения и по меньшей мере одна область температурного контраста определяется в этом положении исходной координаты, и имеется тепловая инфракрасная камера для осуществления наблюдения, при этом положение исходной координаты задается специфическим месторасположением элементов изображения в цифровом изображении, полученном из указанной камеры, и область температурного контраста определяется отметкой пика значения яркости элементов изображения серой шкалы над многими элементами изображения в положении исходной координаты в цифровом изображении, которое проходит в направлении вверх и вниз по высоте области обзора.
21. 21. Сенсорное устройство по п.13, в котором секция приема и накопления изображений приспособлена принимать дополнительные сигналы изображения инфракрасного излучения только что подрубленного забоя ископаемого, в общем, на пересечении вертикально подрубленного забоя стены пласта и горизонтально подрубленного забоя кровли и/или подошвы пласта, блок обработки сигнала способен обрабатывать дополнительные сигналы изображения инфракрасного излучения для отметки любой области температурного контраста на пересечении вертикально подрубленного забоя и либо одного или обоих горизонтально подрубленных забоев кровли или подошвы, блок определения высоты способен определять координату положения по высоте области температурного контраста для определения координаты подошвы и/или кровли пласта ископаемого и блок выходного сигнала способен подавать второй выходной сигнал, указывающий определенную координату положения по высоте области температурного контраста на пересечении и используемый вместе с выходным сигналом для контроля эксплуатационного горизонта.
22. 22. Сенсорное устройство по п.21, в котором тепловая инфракрасная камера способна осуществлять наблюдение второй области температурного контраста, блок положения по высоте способен усреднять значения яркости элементов изображения серой шкалы всех элементов изображения в цифровом изображении и отмечать нижний и/или верхний предел для проходки пласта ископаемого при изменении среднего значения яркости на более высокое среднее значение яркости элементов изображения чем то, при котором только ископаемое подрубается из пласта.
23. 23. Сенсорное устройство по п.22, в котором блок обработки сигнала способен обеспечить положение исходной координаты в направлении горизонтальной оси, которая проходит в направлении вертикальной оси вверх и вниз области исследования для инфракрасного излучения, и область температурного контраста определяется блоком обработки сигнала в этом исходном положении, которое задается специфическим месторасположением элемента изображения в цифровом изображении, полученном от тепловой инфракрасной камеры, причем область температурного контраста определяется отметкой пика значения яркости элемента изображения серой шкалы над многими элементами изображения в исходном положении на цифровом изображении, которое проходит в направлении вверх и вниз по высоте области исследования.

    - 13 011331
24. 24. Сенсорное устройство по п.18, которое способно осуществлять наблюдение положения инфракрасного излучения во множестве месторасположений в только что подрубленном забое ископаемого при перемещении врубового устройства по забою выработки и определять множество областей температурного контраста по указанному множеству месторасположений, причем блок обработки сигнала содержит фильтр робастного слежения за множеством областей температурного контраста для минимизации ошибок, которые в противном случае могли быть вызваны низкими уровнями температурного контраста.
25. 25. Сенсорное устройство по п.13, предназначенное для соединения с устройством контроля эксплуатационного горизонта проходческого комбайна.
26. 26. Способ тепловой идентификации структуры в полезном ископаемом, добываемом из забоя в выработке при подрубке врубовым устройством ископаемого и вскрытии только что подрубленного забоя ископаемого, включающий наблюдение инфракрасного излучения только что подрубленного забоя ископаемого непосредственно вблизи врубового устройства, отметку по меньшей мере одной области температурного контраста по наблюдению инфракрасного излучения и определение структуры в добываемом ископаемом по величине амплитуды по меньшей мере одной области температурного контраста или по температуре области контраста, превышающей температурный порог.
27. 27. Способ по п.26, в котором область исследования для инфракрасного излучения обеспечивается положением исходной координаты в направлении горизонтальной оси и проходит в направлении вертикальной оси вверх и вниз по высоте области исследования, и величина амплитуды области температурного контраста определяется в этом положении исходной координаты.
28. 28. Способ по п.26, в котором область исследования для инфракрасного излучения обеспечивается положением исходной координаты в направлении горизонтальной оси и проходит в направлении вертикальной оси вверх и вниз по высоте области исследования, по меньшей мере одна область температурного контраста определяется в этом положении исходной координаты, наблюдение осуществляется тепловой инфракрасной камерой и положение исходной координаты задается особым месторасположением элементов изображения на цифровом изображении в области исследования, и по меньшей мере одна область температурного контраста определяется отметкой пика в значении яркости элемента изображения серой шкалы над многими элементами изображения в положении исходной координаты в цифровом изображении, проходящем в направлении вверх и вниз по высоте области исследования.
29. 29. Способ по п.26, в котором область исследования инфракрасного излучения обеспечивается положением исходной координаты в направлении горизонтальной оси и проходит в направлении вертикальной оси вверх и вниз по высоте области исследования, по меньшей мере одна область температурного контраста по наблюдению инфракрасного излучения определяется в этом положении исходной координаты и наблюдение ведется тепловой инфракрасной камерой, положение исходной координаты задается особым месторасположением элементов изображения на цифровом изображении, полученном таким образом, по меньшей мере одна область температурного контраста определяется отмечанием пика в значении яркости элемента изображения серой шкалы над многими элементами изображения в положении исходной координаты в цифровом изображении, проходящем в направлении вверх и вниз по высоте области исследования.
30. 30. Устройство для тепловой идентификации структуры в полезном ископаемом при его добыче из выработки, содержащее секцию приема и накопления изображений для приема сигналов инфракрасного изображения наблюдаемого положения только что подрубленного забоя ископаемого непосредственно вблизи врубового устройства проходческого комбайна, подрубающего ископаемое из выработки, блок обработки сигнала для обработки принятых и накопленных сигналов инфракрасного изображения для определения по меньшей мере одной области температурного контраста, блок обработки изображения для тепловой идентификации структуры в добываемом ископаемом определении величины амплитуды по меньшей мере одной области температурного контраста или определении величины температуры по меньшей мере одной области температурного контраста над температурным порогом и блок выходного сигнала для создания выходного сигнала, указывающего структуру с возможностью тепловой идентификации в ископаемом.