ES2340496T3 - Detectores que se guian geologicamente para maquinas continuas del tipo de barrenado. - Google Patents
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Abstract
Sistema de control de minería, que comprende: una máquina minadora (48) que tiene por lo menos dos cuchillas rotatorias, teniendo cada cuchilla rotatoria un rotor (8, 9) dotado de brazos (16, 17) del rotor; un detector gamma (10, 11), por lo menos, sobre cada una de dichas dos cuchillas rotatorias (8, 9) para recibir emisiones gamma emitidas naturalmente desde una formación geológica, en el que cada detector gamma (10, 11) está montado en uno de los brazos (16, 17) de la cuchilla rotatoria, por lo que el elemento de detección gamma en el detector (10, 11) ha sido conformado y orientado para permitir que el campo de visión sea pequeño en la dirección necesaria para identificar los límites (41-46) de los estratos en la formación geológica, al tiempo que sea grande en la dirección paralela a los estratos de la formación geológica; un acelerómetro (34) y un giroscopio (33), en el que el acelerómetro (34) y el giroscopio (33) correlacionan las emisiones gamma recibidas con posiciones, por lo menos, de dichas dos cuchillas rotatorias; y un módulo central, en el que el módulo central utiliza las lecturas correlacionadas para determinar si se deberían desplazar las cuchillas.
Description
Detectores que se guían geológicamente para
máquinas minadoras continuas del tipo de barrenado.
Esta solicitud reivindica el beneficio de la
solicitud provisional U.S.A. número 60/490.443, presentada el 29 de
julio de 2003, cuya totalidad se incorpora como referencia en la
presente descripción.
Durante muchos años, se han hecho intentos para
controlar máquinas minadoras continuas de tipo rotatorio (de tipo
barrenado) mediante la utilización de detectores gamma y de otros
sensores distintos. En el caso de las formaciones que contienen
perfiles de radiación característicos, tales como formaciones de
potasa, los detectores gamma se han mostrado prometedores para
controlar o ayudar a los operarios a controlar el corte. No
obstante, los resultados han sido, de modo general, peores de lo
deseado debido a los defectos en los detectores gamma, a la falta
de capacidad del sistema y a la manera en la que se ha utilizado el
equipo.
Tiene un gran valor económico el poder extraer
minerales de mayor calidad al tiempo que se dejan en la mina los
minerales de menor calidad. No solamente existe un coste asociado
con el corte y la separación de materiales no deseados, sino que
los materiales satisfactorios deben ser separados de los materiales
residuales y estos últimos se deben desechar. Existe asimismo la
necesidad de calcular la calidad de la mena en la que se extrae
mineral. Los intentos anteriores para medir la calidad de una mena
con detectores gamma no han sido efectivos por algunas de las
mismas razones por las que no ha sido eficaz el control del corte.
La medición de la calidad requiere poder medir activamente el
grosor de los estratos, el nivel de radiación de cada estrato, y
calcular la cantidad de material que se está extrayendo de cada
estrato. Los enfoques anteriores y los utilizados actualmente no
proporcionan suficiente precisión para realizar cálculos precisos,
por las razones que se van a explicar más adelante.
El estudio de los intentos convencionales para
controlar los procesos de corte de una máquina minadora continua de
tipo barrenado utilizando detectores gamma ha mostrado que cuando se
han utilizado detectores gamma, no han sido situados apropiadamente
para poder realizar las mediciones necesarias. A menudo, los
detectores están situados sobre el armazón de la máquina minadora,
de 6 a 12 pies respecto a la cara de la formación que se está
cortando. Los detectores situados a muchos pies de la cara están
midiendo por donde ya ha pasado la cuchilla en vez de donde se está
moviendo la misma. Si se toma la decisión de desplazar hacia arriba
o hacia abajo los cabezales de la cuchilla, antes de que los
detectores gamma puedan medir el efecto de la decisión, la máquina
minadora, o máquina de orugas, habrá subido o bajado por el piso
cortado recientemente que resulta de la decisión de corte.
Haciéndolo de este modo, los efectos de la decisión de corte se
amplificarán y las condiciones se establecen a continuación para
una respuesta incluso más exagerada. Además, una cierta dinámica
operativa, si no se corrige, dará como resultado pequeñas
desviaciones de la trayectoria ideal, incluso si la formación es
relativamente constante. Además, los detectores, al estar sobre la
carrocería de la máquina minadora, están situados en posiciones
fijas. Serían necesarios numerosos detectores de posición fija, que
tuvieran campos de visión especialmente seleccionados, para adquirir
datos precisos de la radiación procedente de los estratos a
observar. Las limitaciones físicas impiden la utilización del número
necesario de detectores y hace imposible esencialmente conseguir
los campos de visión ideales.
Se piensa que existen muchas razones prácticas
por las que los detectores gamma no se colocan cerca de las
cuchillas rotativas de las máquinas minadoras continuas o sobre
dichas cuchillas. En primer lugar, está la dificultad de montar un
detector en los rotores, dadas las limitaciones de espacio evidentes
y la geometría. Se utilizan dos o cuatro rotores, y los mismos
están intercalados cuando giran. Si los detectores son
suficientemente pequeños como para ajustarse en el espacio
disponible, sin interferencia con el rotor opuesto, puede que no
sean suficientemente sensibles. Otro obstáculo es que la mayoría de
detectores gamma industriales no pueden soportar el choque, la
vibración y la abrasión asociados con estar cerca de la cuchilla o
sobre la misma. Incluso si no se rompen debido al entorno, dichos
detectores son propensos a producir falsos recuentos cuando están
sometidos a choques o a vibraciones elevadas. Estos falsos recuentos
reducen el rendimiento. Tampoco es un tema sencillo proteger
apropiadamente los detectores gamma, manteniendo al mismo tiempo un
campo de visión suficientemente amplio, tengan una resolución
espacial satisfactoria donde sea necesario y sean suficientemente
pequeños para estar situados apropiadamente sobre un rotor.
Son necesarios sensores de movimiento u otros
sensores adecuados, tales como sensores de posición, y
microcontroladores o procesadores asociados para correlacionar las
mediciones con la posición en la formación de la que se extrae
mineral y para procesar mediciones procedentes de múltiples estratos
de mena. Otra necesidad especial que se debe cubrir cuando se sitúa
el equipo sobre el rotor es dotar de energía suficiente a los
sensores y a los transmisores sobre el rotor. Dotar de energía a
los detectores sobre los rotores requiere módulos de batería o
generadores accionados por gravedad sobre los rotores, escobillas
(anillos deslizantes) para transferir energía a través del eje
rotativo que soporta los rotores o algún otro mecanismo adecuado.
Otro desafío es la transmisión de datos desde los detectores hasta
los sistemas de control sobre la carrocería de la máquina minadora.
En conjunto, tener que realizar estas y otras disposiciones
especiales, además de las limitaciones fundamentales de los
detectores disponibles, han disuadido de la utilización de un
sistema de detectores gamma montados en el rotor o han dado como
resultado fallos decepcionantes.
Sigue existiendo la necesidad de un sistema
eficaz de minería continua de tipo barrenado. Los detectores gamma
montados en el rotor y el hardware asociado pueden producir un
sistema de control más eficaz, pero presentan muchos problemas
nuevos a resolver.
La patente U.S.A. número 6.435.619, por ejemplo,
incluye ciertas innovaciones dirigidas, de modo general, a la
minería de galerías y puntales o a la minería de paredes largas
utilizando una máquina minadora continua del tipo de tambor.
El documento U.S.A. 3.591.235 A, que se
considera la técnica anterior más relevante, da a conocer un cabezal
de corte para una máquina minadora de minerales que comprende una
cuchilla rotatoria dotada de una fuente y un detector de
radiaciones electromagnéticas situados a lo largo de su periferia.
Están dispuestos asimismo medios sobre la cuchilla para relacionar
la señal de salida del detector con la posición angular de la fuente
o del detector.
Aunque algunos aspectos de la presente invención
son susceptibles de ser utilizados en la extracción de minerales de
numerosos tipos de menas, la presente invención se describirá
principalmente haciendo referencia a la extracción de potasa, pero
se puede aplicar a otros tipos de extracción en los que existe
radiación en la formación. Son ejemplos la extracción subterránea
de carbón y trona.
El control vertical de una máquina minadora
continua en una formación de potasa requiere conocer la relación de
la máquina minadora con los estratos de soporte de minerales en la
formación, así como conocer la calidad de la mena en esos estratos.
La radiación de la potasa es proporcional, de modo general, a su
concentración en el estrato mineral. Cuando existe una
concentración mayor de potasa, el nivel de radiación es asimismo
mayor. Midiendo la cantidad de radiación que emana de los estratos
de mineral por los que está cortando la máquina minadora, se puede
determinar la posición de dicha máquina con relación a dichos
estratos. Se pueden utilizar asimismo datos procedentes de dichas
mediciones para determinar la calidad de la mena en la que se
extrae el mineral.
Dado que el grosor de los estratos minerales
varía, la determinación la posición de la máquina minadora con
relación a un único estrato no es una base suficiente para un buen
control. Se requiere asimismo una información precisa sobre el
grosor de los estratos. O, dicho de otro modo, es necesario conocer
la posición de los límites de una serie de estratos que está
cortando la máquina minadora. Asimismo, es importante conocer la
calidad de la mena en los estratos de la parte superior (denominada
asimismo el "techo" o la "parte trasera") y en la parte
inferior (denominada asimismo el "suelo") del túnel. El
conocimiento de la posición y la calidad de la mena permite el
guiado sistemático de la máquina minadora a través de la formación
geológica para optimizar la calidad del mineral que se está
extrayendo.
Se necesita asimismo controlar la rodadura para
mantener la máquina minadora alineada con el suelo, que a menudo
está inclinado de un lado al otro. A efectos de conseguir el control
de la rodadura, es decir, de la inclinación de un lado al otro, se
requiere el conocimiento de la relación de la máquina minadora con
los estratos minerales a ambos lados de dicha máquina. Si se
utilizan las mediciones gamma como la base del control de la
rodadura, es necesario obtener datos gamma procedentes de las
paredes en cada lado de la máquina minadora, de manera que los
cabezales de la cuchilla pueden estar situados para corresponderse
con la inclinación del estrato. Una vez hecho esto, la máquina
minadora avanzará sobre el suelo cortado recientemente, que tiene
una inclinación diferente, de un lado al otro, y de este modo
quedará alineada de nuevo con el estrato. A medida que la
inclinación de la máquina minadora cambia para coincidir con la de
los estratos en los que se extrae mineral, los cabezales de la
cuchilla rotatoria volverán a su orientación nominal con relación a
la carrocería de la máquina minadora. A efectos de conseguir un
buen control, los cabezales de la cuchilla deben estar fabricados
para responder a la información sobre la formación en la cuchilla,
situada delante de la máquina minadora.
Dado que el equipo de minería, incluyendo
cualquier detector gamma utilizado, está sometido a radiación por
todas las superficies expuestas de la formación en la que se extrae
mineral, los sensores deben estar protegidos con respecto a las
direcciones distintas de la zona objetivo del estrato de interés. En
otras palabras, el sensor debe buscar la radiación que procede
solamente de la dirección de la zona objetivo deseada y no ver la
radiación procedente del resto de direcciones.
Los minerales, tales como potasa, existen en
capas o estratos. Las mediciones realizadas lateralmente hacia el
interior del plano de un estrato producirán datos que son más
fáciles de interpretar que las mediciones realizadas
perpendicularmente a un estrato. Cuando se mira perpendicularmente a
los estratos, es difícil determinar qué parte de la radiación tiene
su origen en el estrato más cercano al detector y la que procede de
los estratos más alejados. Esto se puede superar, hasta cierto
punto, utilizando datos gamma espectrales, en lugar de solamente
recuentos de gamma en bruto.
Una disposición ideal, si se pudiera conseguir,
sería instalar un pequeño detector cerca de los extremos de un
brazo sobre cada rotor, de manera que los detectores podrían medir
la radiación que llega en un plano desde los estratos en la cara
que se está cortando. Con esta configuración, los detectores
estarían mirando exclusivamente hacia delante de la cuchilla. Si se
pudiera conseguir tener detectores situados de este modo, debería
permitir un control vertical satisfactorio. No obstante, existen
problemas prácticos con la puesta en práctica de dicha disposición
ideal. Sería muy difícil, si no poco útil, fijar sensores de manera
que se pudieran extender y retraer junto con las cuchillas en los
rotores. Son necesarias cuchillas extensibles para evitar que las
cuchillas se queden atascadas entre el techo y el suelo debido al
combado natural del techo a medida que se corta el túnel. Además,
para proporcionar un campo de visión (FOV) pequeño, que abarque un
ángulo sólido pequeño independientemente de la posición del rotor,
se requiere un dispositivo de colimación de longitud considerable, a
menos que el elemento de centelleo sea de tamaño pequeño. La
adición de un gran tubo de colimación hace incluso más difícil el
trabajo de montaje cerca de los extremos. Pero, si el elemento de
centelleo es de tamaño pequeño de manera que el tubo de colimación
protegido sea pequeño, el régimen de recuento es demasiado reducido
para proporcionar datos estadísticamente precisos. Además, si el
FOV es de tamaño pequeño comparado con el elemento de centelleo, la
relación del ángulo sólido que abarca la zona objetivo en la
formación es muy pequeña comparada con el ángulo sólido del resto
de direcciones. Entonces, llega a ser necesaria una gran cantidad de
protección para reducir los recuentos de fondo. En conjunto, estas
consideraciones hacen poco práctico situar un detector gamma cerca
de los extremos, mirando hacia la cara.
Al afrontar el problema anterior, se podría
elegir colocar un detector más hacia abajo sobre el brazo del
rotor, más cercano al centro. Esto no es satisfactorio puesto que
los requisitos de colimación aumentan, así como la protección para
el colimador, y ni el espacio ni la posición permiten que los
detectores habituales sean situados de tal manera que sean
eficaces. Se percibe que el problema es demasiado difícil de
superar, particularmente si se utilizan detectores gamma,
industriales, convencionales. A efectos de superar los problemas
anteriores, se requiere una combinación especial de diseño del
hardware y de estrategia del sistema.
Existe un método y una arquitectura del sistema
que producirá resultados excelentes. Un detector puede estar
situado sobre un brazo del rotor de tal manera que esté mirando en
la dirección radial hacia la superficie de la trayectoria circular
que la cuchilla rotatoria está cortando. Si el detector tiene un
perfil reducido y no se extiende mucho hacia abajo del brazo del
rotor en la dirección del centro, se ajustará bien a la superficie
del mineral y estará próximo a la misma. Esta posición es ideal para
utilizar un detector que tenga una relación relativamente grande
entre la longitud y el diámetro, debido a varias razones
importantes. En primer lugar, es importante proporcionar un campo
de visión estrecho en la dirección perpendicular a los estratos,
pero es igualmente importante tener una zona de visión
suficientemente grande para proporcionar una sensibilidad adecuada.
Un tamaño del elemento de centelleo que es adecuado para esta
aplicación es 2 pulgadas por 10 pulgadas y debería estar orientado
de manera que su eje mayor fuese paralelo a los estratos minerales.
Al tener esta forma, es más fácil configurar la protección para
producir un FOV que sea estrecho en una dirección, la dirección en
la que se necesita una resolución espacial satisfactoria, y ancho en
la otra dirección en la que la resolución espacial es mucho menos
importante. Cuando el brazo del rotor es horizontal y el detector
está mirando horizontalmente hacia los estratos, lateralmente, el
campo de visión estrecho es importante para el rechazo de la
radiación desde los estratos por encima y por debajo del que se
está midiendo. Cuando el brazo es vertical, se desea una resolución
satisfactoria para detectar el cruce de la superficie de contacto en
el techo. Al tener un FOV ancho la dirección de delante hacia
atrás, paralela a los estratos minerales, aumenta la sensibilidad
sin reducir la resolución en la dirección tangencial para todas las
posiciones del rotor.
Otra ventaja importante de utilizar un elemento
de centelleo que tenga una forma alargada es que no requiere mucho
espacio por encima del brazo del rotor. Esto es particularmente
importante en el caso de los diseños de rotor que tienen poco
espacio entre rotores opuestos. Además, la forma permite que todo el
detector sea colocado cerca del extremo del brazo del rotor de
manera que esté más allá de la trayectoria del extremo del brazo en
el rotor opuesto, excepto un tramo que puede ser suficientemente
bajo para no entrar en colisión con el brazo en el rotor opuesto.
Si se utiliza una configuración de cristales convencional, que tiene
una superficie redonda expuesta a la radiación, se requiere un tubo
de colimación redondo. Esta longitud del tubo debe ser al menos dos
veces el diámetro del cristal, y tal vez considerablemente más
larga, para conseguir una resolución espacial aceptable. En cambio,
un detector, tal como se ha propuesto en este documento, que tiene
un diámetro relativamente reducido proporciona una resolución
espacial satisfactoria y deja asimismo espacio para añadir más
protección a efectos de reducir la radiación de fondo, mejorando de
esta manera la relación señal-ruido.
Pueden ser útiles algunas explicaciones para
entender mejor el efecto del detector FOV sobre la sensibilidad. La
sensibilidad total para un detector de un tamaño y un tipo dados es
la integración de la zona de visión sobre la zona del cristal. Es
más correcto decir que la sensibilidad es la integración del volumen
de mineral que emite radiación al detector sobre el volumen del
detector. Dado que los rayos gamma tienen una amplia gama de
energías, particularmente después de ser dispersados durante su
trayecto desde su fuente hasta el detector, algunos serán detenidos
y contados cerca de la superficie del elemento de centelleo. Los
rayos de mayor energía tenderán a penetrar además en el elemento de
centelleo antes de ser detectados. Algunos pasarán en realidad a
través del elemento de centelleo y no serán contados. Por lo tanto,
la sensibilidad total de un detector está determinada tanto por su
área superficial expuesta como por su volumen efectivo. Con el
objetivo de estimar y comentar, es suficientemente preciso comparar
configuraciones basadas en zonas en lugar de en volúmenes, en tanto
los grosores promedio de los elementos de centelleo que se están
comparando sean razonablemente similares.
Esta mayor sensibilidad es crítica para un
detector montado en el rotor, puesto que la visión se está moviendo
constantemente mientras el rotor gira. Los datos procedentes de cada
segmento de la pared, del techo y del suelo del túnel se deben
recoger y sumar con el paso del tiempo para adquirir suficientes
datos a efectos de superar la naturaleza estadística de la
radiación. Los detectores menos sensibles requieren más tiempo para
adquirir el conjunto de datos necesario.
A efectos de entender mejor la importancia del
factor de forma para un detector, un comentario simplificado de la
relación de la forma del detector y la forma deseada del FOV muestra
la importancia de los factores. Se considera un detector gamma
industrial, habitual, que tiene un elemento de centelleo de 4
pulgadas de diámetro por 2 pulgadas de grosor. En muchos diseños
del rotor de las máquinas minadoras, no hay espacio para montar un
detector protegido apropiadamente que contenga un cristal de 4
pulgadas de diámetro. Pero, suponiendo que haya espacio para un
detector de ese tamaño, comenzando con el cristal de 4 pulgadas de
diámetro, añadiendo los materiales necesarios para soportar y
proteger el mismo del entorno de vibraciones y añadiendo a
continuación una protección gruesa sobre el detector y sobre el
tubo de colimación, se tiene como resultado una altura adicional
por lo menos de 3 a 4 pulgadas. Además, el tubo de colimación debe
ser adecuadamente largo para limitar suficientemente el FOV en la
dirección tangencial, haciendo que el detector tenga al menos 8
pulgadas de altura, y probablemente más. Es razonable suponer que
la longitud del tubo de colimación es por lo menos dos veces el
diámetro del elemento de centelleo. Esto fuerza a que el centro del
elemento de centelleo esté aproximadamente 20 pulgadas alejado de
la superficie del mineral. A 20 pulgadas, el FOV principal, la zona
sobre la superficie del mineral que está a la vista de toda la
superficie frontal del elemento de centelleo, es aproximadamente de
20 pulgadas cuadradas, o un círculo que tiene aproximadamente 5
pulgadas de diámetro. De modo más importante, el FOV parcial que ve
por lo menos el 50% del volumen del elemento de centelleo es
aproximadamente de 75 pulgadas cuadradas y es un círculo
aproximadamente de 10 pulgadas de diámetro. El área superficial en
sección transversal de dicho cristal de 4 pulgadas de diámetro sería
aproximadamente 12,6 pulgadas cuadradas. La sensibilidad del FOV
parcial se referirá aproximadamente al producto del FOV parcial de
75 pulgadas cuadradas y la zona de 12,6 pulgadas cuadradas.
En comparación, un detector de 2 pulgadas por 10
pulgadas diseñado apropiadamente tiene un área superficial de 20
pulgadas cuadradas. El volumen del cristal largo es asimismo un 25%
mayor que un cristal de 4 pulgadas de diámetro por 2 pulgadas de
grosor. No obstante, se puede colocar aproximadamente a 10 a 11
pulgadas de la superficie del mineral. Su altura será sólo
aproximadamente de un 65% de la del detector industrial de 4
pulgadas. El FOV parcial del 50% de este detector largo en la
dirección tangencial se puede obligar fácilmente a que sea sólo de
9 pulgadas, o menos si se desea, mientras su FOV parcial del 50% en
la dirección longitudinal, paralela al plano del estrato, puede ser
tanto como 40 pulgadas. Un FOV de 9 pulgadas por 40 pulgadas
proporciona 360 pulgadas cuadradas de zona de visión que se puede
integrar sobre una superficie del cristal de 20 pulgadas cuadradas.
El FOV parcial para este cristal está asimismo aproximadamente
relacionado con el producto de 360 y 20. Después de tener en cuenta
los factores de distancia, es evidente que el cristal alargado es
mucho más sensible. Dada esta sensibilidad muy mejorada, si se
compara con el elemento de centelleo de 4 pulgadas de diámetro, el
FOV del elemento de centelleo de 2 pulgadas por 10 pulgadas se puede
reducir más, según sea necesario, en la dirección longitudinal y
seguir manteniendo una sensibilidad adecuada. Pero, por el
contrario, para reducir el campo de la visión parcial del detector
de 4 pulgadas, se debe aumentar la longitud del tubo de colimación,
cuando su longitud ya es un problema principal al menos para algunos
diseños del rotor. Haciéndolo de este modo, se reduciría más su ya
reducida sensibilidad.
Un detector gamma debe tener un dispositivo de
detección de la luz, tal como un tubo fotomultiplicador (PMT), para
convertir flashes luminosos, producidos mediante el elemento de
centelleo, en señales eléctricas. Este PMT aumenta más la longitud
del detector gamma, cuando la longitud es ya un grave problema. Una
opción que se podría considerar sería colocar el PMT en el interior
del tubo de colimación, entre el elemento de centelleo y la fuente
de la radiación. Aunque esto es factible, evidentemente no es
deseable puesto que bloquea la radiación entrante, particularmente
la radiación de menor energía. Estas consideraciones fuerzan de
nuevo a considerar la utilización de un cristal más pequeño,
produciendo un detector globalmente más pequeño y causando una
pérdida seria de sensibilidad del detector. De nuevo, existe una
ventaja al utilizar la forma del cristal propuesta en este
documento, puesto que el diámetro más pequeño hace posible utilizar
un PMT más pequeño, que tiene una cara más pequeña para que entre
la luz. Esto se mejora todavía más colocando el PMT en el interior
del cuerpo envolvente cerrado de forma hermética, con el cristal de
centelleo, de manera que se pueden eliminar la ventana intermedia y
un acoplador óptico. Otras características especiales de diseño del
detector permiten reducir más su longitud.
Tal como se puede comprender a partir de los
comentarios anteriores, existe una fuerte competencia entre el
espacio disponible, el campo de visión necesitado, los requisitos de
colimación, un elemento de centelleo suficientemente grande y los
requisitos de protección. Un detector industrial habitual, que tiene
una cara circular de centelleo rodeada por un tubo de colimación,
no es adecuado para satisfacer los requisitos de configuración,
comportamiento y fiabilidad. Los comentarios anteriores eran en base
a un hipotético elemento de centelleo de 4 pulgadas de diámetro
para hacer una comparación más comprensible. En realidad, la mayoría
de los detectores industriales, si no todos, que se utilizan
actualmente en máquinas minadoras continuas de tipo barrenado,
están en posiciones fijas sobre la carrocería de la máquina
minadora, y tienen elementos de centelleo que tienen solamente 2 ó
3 pulgadas de diámetro. Aunque estos tamaños son más fáciles de
integrar en un rotor, su sensibilidad es una seria limitación.
Dado que un detector sobre un rotor se mueve
rápidamente, de manera habitual aproximadamente 90º por segundo, la
cantidad de radiación gamma que se puede medir en una única
revolución no es suficiente para el control de la máquina minadora.
Incluso para una configuración y una posición de un detector
altamente sensible tal como se ha dado a conocer ya, sigue siendo
necesario acumular datos gamma con el paso del tiempo para cada
segmento de interés. Una máquina minadora de este tipo avanza de
manera habitual lentamente, entre 1 y 2 pies por minuto, y los
cambios en la inclinación de la formación ocurren lentamente, en
muchos pies de desplazamiento, por lo que se pueden combinar las
lecturas a partir de muchas revoluciones del rotor. Además, los
desplazamientos no deseables de la máquina minadora debido a la
dinámica operativa son habitualmente pequeños en un período de 1 a
2 minutos. Por lo tanto, es factible combinar datos gamma para una
serie de revoluciones. Para combinar los datos de muchas
revoluciones, se requiere un método para correlacionar cada recuento
gamma con una posición y sumar las mediciones realizadas para cada
posición. Esto se describirá con más detalle más adelante.
Algunos materiales de centelleo, tales como el
yoduro sódico, son muy frágiles y se pueden dañar fácilmente. Se
sabe asimismo que los elementos de centelleo gamma producen falsos
recuentos bajo vibración e impactos, lo que requiere que se realice
un envase especial libre de ruidos. A efectos de fabricar un
elemento de centelleo, particularmente uno que tenga una relación
relativamente grande entre la longitud y el diámetro, tal como un
diámetro de 2 pulgadas por una longitud de 10 pulgadas, se requiere
un envase especial por múltiples razones. Esto se describirá con
detalle más adelante. A efectos de guardar espacio, el detector debe
ser de un tamaño tan pequeño como sea posible, mientras se siga
proporcionando un elemento de centelleo dimensionado de manera
adecuada. Se han hecho disposiciones en esta invención para fabricar
el detector tan compacto como sea posible, tal como se describirá
con detalle más adelante.
Un detector gamma bien diseñado para esta
aplicación mantiene los tubos fotomultiplicadores (los PMT), u otros
dispositivos de detección de luz, de modo que estén directamente
acoplados al cristal de centelleo con un elemento de acoplamiento
de anillo engrasado o algún otro acoplamiento fiable de rendimiento
elevado. La eliminación de la ventana, que normalmente existe entre
el PMT y el cristal, ayuda a conseguir el comportamiento más elevado
posible. El diseño debe ser un diseño compacto, muy robusto, que es
crucial para conseguir el comportamiento preciso en el espacio
limitado disponible. Dicho diseño debe soportar las fuerzas de la
extracción de mineral, los impactos, la vibración y la abrasión. El
soporte del PMT crítico/elemento de centelleo en el interior del
detector se puede conseguir mediante soportes metálicos (tales como
manguitos flexibles). Unos manguitos flexibles similares, de un
tipo doble especial, soportan los elementos electrónicos y los
sensores de movimiento en la armadura. Estos dispositivos
proporcionan propiedades dinámicas excelentes y ocupan un espacio
mínimo. El manguito flexible para el elemento de centelleo tiene
intersticios que minimizan la atenuación de la radiación gamma
entrante. El elemento de detección de la luz, tal como un PMT, debe
ser de tipo robusto. Esta armadura debería estar rellena de plomo,
o estar fabricada mediante un metal resistente de densidad elevada
tal como volframio, para reducir la radiación de fondo. En la
armadura se utiliza una ventana no metálica de alta resistencia
para proteger el elemento de centelleo y otro hardware de la mena en
la que se extrae mineral, al tiempo que proporciona poca atenuación
de los rayos gamma entrantes.
Se utilizan giroscopios verificados para
determinar la dirección hacia la que están señalando los detectores,
de manera que se pueden correlacionar los recuentos gamma con la
posición. Se utiliza un acelerómetro para eliminar la desviación, o
el desplazamiento, a largo plazo de las salidas del giroscopio y
para relacionar las posiciones de los rotores con respecto a la
gravedad. Un método alternativo para eliminar la desviación a largo
plazo de las mediciones del giroscopio puede incluir conmutadores
magnéticos o conmutadores mecánicos, conmutadores de proximidad,
haces láser, indicadores de posición del eje, sensores acústicos,
etc. Por ejemplo, puede colocarse un imán sobre el rotor opuesto,
de tal manera que active un sensor magnético en el conjunto de
detectores en el momento en que el rotor opuesto se aproxima al
rotor sobre el que está situado el conjunto de detectores. Es
posible colocar dicho imán en otras posiciones sobre la máquina
minadora. Técnicamente se prefiere la utilización del acelerómetro
puesto que es una medida independiente con relación a la gravedad,
puede estar contenido totalmente en el conjunto de detectores y no
requiere ningún soporte exterior.
Cada detector contiene dispositivos
electrónicos, en el interior del módulo de control, precisos para
adquirir y transmitir datos y/o decisiones a la máquina minadora y
entre sí. Habitualmente, dichos dispositivos electrónicos incluyen
por lo menos tres microprocesadores, para control gamma, control de
movimiento y control lógico. La sección de control lógico adquiere
datos procedentes de los otros dos, toma decisiones lógicas y envía
a continuación las decisiones y los datos a la máquina minadora,
según sea necesario. Si un detector es el principal y el otro el
subordinado, la mayor parte de la toma de decisiones se hace en el
principal. Se prefieren microcontroladores PIC para realizar estas
funciones de procesamiento debido a sus requisitos de pequeño tamaño
y reducida potencia.
El paso de datos desde un detector, denominado a
veces detector subordinado, hasta otro detector, denominado
detector principal, se puede conseguir mediante técnicas diferentes.
Los transmisores y receptores de RF están disponibles en tamaños
muy pequeños y se pueden integrar en los detectores con este
objetivo. Además, los datos se pueden enviar desde un detector a
través de escobillas, anillos deslizantes o conjuntos de
codificadores hasta el armazón de la máquina minadora y se pueden
enviar a continuación a través de un segundo conjunto de
escobillas, anillos deslizantes o conjuntos de codificadores hasta
el detector sobre el otro rotor. La información se puede transmitir
en ambas direcciones, utilizando dichas técnicas, según sea
necesario. Unos elementos de generación de señales están incluidos
en el módulo de control para asegurar una relación
señal-ruido adecuada de los datos transmitidos
mediante cualquiera de estas técnicas. Además, los datos y/o las
decisiones de corte procedentes de los detectores se pueden enviar
a la máquina minadora de manera similar.
Además de enviar decisiones de corte a los
dispositivos hidráulicos de control de la máquina minadora, se
pueden transmitir datos para presentarlos al operario. El módulo de
control dividirá la rotación completa del rotor en muchos segmentos
alrededor de la circunferencia. Un segmento habitual sería de 4
pulgadas a lo largo de la circunferencia. Se registra continuamente
la radiación gamma y se correlacionan los recuentos gamma con el
segmento en su campo de visión. Si se añade un detector al segundo
rotor con el objetivo de controlar el rodamiento, los datos
procedentes de dicho detector se asociarán automáticamente con el
segmento apropiado, que estará en una posición diferente en el
ciclo del segundo rotor. Una vez en cada rotación, el detector de
radiación enviará los datos, junto con las decisiones de guiado,
recogidos en la revolución anterior del rotor mediante un enlace
RF. Si se utiliza un enlace RF, para ahorrar energía, el transmisor
RF solamente puede estar conectado durante un tiempo breve en cada
revolución y en el momento en que el rotor está en la mejor
posición para la transmisión. Si la máquina minadora está equipada
con anillos deslizantes para cada eje del rotor, que sería la
disposición preferente, se elimina la necesidad de equipo
RF.
RF.
Se puede requerir una fuente especial de energía
para las partes del sistema de guiado geológico sobre el rotor.
Esto se puede conseguir mediante un conjunto de baterías de
níquel-cadmio que están en otra caja blindada
situada cerca del detector. Ejemplos de otros medios para dotar de
energía al sistema son utilizar un sistema accionado por gravedad,
o disponer unos medios para transferir energía desde la máquina
minadora a través del eje hasta el rotor.
En un aspecto, la invención da a conocer un
detector para una máquina minadora, que comprende un elemento de
detección gamma y un elemento de detección de la luz acoplado a
dicho elemento de detección gamma. La invención da a conocer además
que el detector está montado en una cuchilla rotatoria de una
máquina minadora continua del tipo de barrenado, de tal manera que
el elemento de detección gamma tiene una visión de una formación
geológica de la que se extrae mineral.
En otro aspecto, la invención da a conocer un
sistema de control de minería, que comprende una máquina minadora
que tiene por lo menos dos cuchillas rotatorias, un detector gamma,
por lo menos, sobre cada una de dichas dos cuchillas rotatorias
para recibir emisiones gamma desde una formación geológica, y un
acelerómetro y un giroscopio, en el que el acelerómetro y el
giroscopio correlacionan las emisiones gamma recibidas con
posiciones de por lo menos dichas dos cuchillas rotatorias. La
invención da a conocer además un módulo central, en la que el
módulo central utiliza las lecturas correlacionadas para determinar
si se deben desplazar las cuchillas.
Aún en otro aspecto, la invención da a conocer
un sistema de control de minería, que comprende una máquina
minadora que tiene por lo menos dos cuchillas rotatorias y un
detector gamma, por lo menos, sobre cada una de dichas dos
cuchillas rotatorias. La invención da a conocer asimismo unos medios
para correlacionar las lecturas de los rayos gamma con las
posiciones de las cuchillas, y unos medios para combinar las
lecturas de los rayos gamma correlacionadas en posición a efectos
de determinar si por lo menos dichas dos cuchillas rotatorias se
deberían desplazar hacia arriba o hacia abajo para colocar dicha
máquina minadora en una mena de mayor calidad.
Por lo tanto, la invención da a conocer un
aparato y un método para utilizar el aparato que cubren una
necesidad en la industria minera. Estas y otras características y
ventajas de la invención se entenderán más claramente a partir de
la descripción y de los dibujos detallados que siguen de
realizaciones preferentes de la presente invención.
La figura 1 es una vista que muestra detectores
sobre los brazos de una máquina minadora continua de doble rotor de
acuerdo con una realización de la invención.
La figura 2 es una vista, en sección
transversal, de un detector de la figura 1 que indica un campo de
visión.
La figura 3 es una vista, en sección
transversal, de un detector de la figura 1 que indica un campo de
visión.
La figura 4 es una vista, en sección
transversal, de un detector de acuerdo con una realización de la
invención.
La figura 5 es una vista superior de un detector
de acuerdo con una realización de la invención.
La figura 6 es un esquema del flujo de
datos.
Tal como se ha descrito anteriormente, los
detectores gamma son buenos candidatos para ser utilizados a efectos
de guiar geológicamente máquinas minadoras continuas del tipo de
barrenado para barrenar a través de formaciones de soporte de
minerales o de soporte de menas. Dos de las consideraciones más
importantes al crear un método preciso para guiar geológicamente
una máquina minadora a través de una formación geológica, que tiene
estratos minerales de grosor variable y calidades distintas, es la
posición de los detectores gamma y su campo de visión. El objetivo
es dirigir las cuchillas de la máquina minadora (figura 1) en
respuesta a mediciones realizadas en la formación a través de la
que está barrenando o cortando la máquina minadora. El enfoque que
se ha tomado tradicionalmente es montar detectores sobre el armazón
de la máquina minadora a distancias de 4 a 12 pies por detrás de la
cara que se está cortando y medir la radiación gamma desde la parte
superior, la parte inferior y los lados del túnel. Dado que los
estratos minerales son variables en grosor y la posición de la
máquina minadora con relación a dichos estratos es cambiante,
debido a decisiones de guiado intencionadas o debido a cambios en
la propia formación, serían necesarios muchos detectores gamma para
medir con precisión la posición de los límites de los estratos si
están en posiciones fijas. Además, los FOV de dichos detectores
tendrían que ser muy precisos, un requisito que impone algunas
restricciones muy serias en el tamaño de los detectores y en su
sensibilidad. Se requerirían algoritmos extremadamente complejos
para separar la mayoría de variables que crearía dicho enfoque. En
vista de estos serios obstáculos, el enfoque tradicional es utilizar
unos pocos detectores diseñados convencionalmente e intentar sólo
realizar aproximaciones generales sobre los límites de los estratos
y la posición de la máquina minadora con relación a los mismos. Una
solución mucho mejor es montar los detectores gamma, que están
diseñados de manera adecuada para este entorno, en las cuchillas
rotatorias de tal manera que estén viendo la radiación que procede
de los estratos y hacer esto con unos FOV que están optimizados
para este objetivo. Sigue a continuación una explicación a título de
ejemplo de la manera como se puede conseguir lo anterior.
Las máquinas minadoras continuas de tipo
barrenado separan minerales de una formación mineral barrenando un
túnel. Tal como se muestra en las figuras 1 y 6, dos detectores
(10), (11) están montados en los brazos (16), (17) del rotor en una
máquina minadora (48) que avanza en una dirección perpendicular al
plano que incluye los detectores (10), (11). Un rotor (8) gira en
el sentido de las agujas del reloj y el otro rotor (9) gira en
sentido contrario al de las agujas del reloj. Aunque algunas
máquinas minadoras continuas de tipo barrenado tienen cuatro
rotores, los comentarios que siguen se aplican a ambos tipos. En el
caso de una máquina minadora de cuatro rotores, los comentarios se
referirán a los dos rotores exteriores.
La formación indicada en la figura 1 se supone
que está compuesta por capas (1) a (7), o estratos, cada uno de los
cuales tiene una composición mineral de distinta calidad. Dichas
capas (1) a (7) varían algo en grosor y pueden estar inclinadas en
cualquier dirección, y la inclinación puede variar algo
frecuentemente. Es importante de este modo delimitar el grosor, la
posición y la calidad de las diversas capas (1) a (7) cuando la
máquina minadora corta a través de la formación, de manera que se
pueden tomar decisiones sobre si la máquina minadora debería estar
cortando más alto o más bajo para separar la mena de calidad más
elevada.
Al colocar los detectores (10), (11) en el
extremo de tramos rígidos, respectivamente, de los brazos (16),
(17) del rotor, los mismos están aproximadamente a unas 11 pulgadas
de la superficie del mineral y muy cerca de la cara hacia la que
están avanzando las cuchillas. El elemento de detección gamma en el
detector ha sido conformado y orientado para permitir que el campo
de visión (FOV) sea pequeño en la dirección necesaria para
identificar los límites (41) a (46) de los estratos, al tiempo que
sea grande en la dirección paralela a los estratos. La combinación
de hacer que el elemento de detección sea pequeño en dirección
tangencial y de colocar el elemento próximo a la superficie del
mineral permite medir la superficie en pequeños segmentos a medida
que los rotores (8), (9) giran. Igualmente importante, la
combinación de hacer que el elemento de detección tenga diez
pulgadas de longitud y hacer que el FOV tenga la dimensión mayor en
el plano de los límites (41) a (46) de los estratos, proporciona
asimismo una sensibilidad elevada a cada estrato cuando se da un
barrido hasta más allá del mismo. Esta sensibilidad es esencial
para tener un régimen de recuentos suficientemente elevado con el
que se pueda conseguir una resolución espacial elevada. Utilizando
esta disposición, los requisitos contrapuestos con respecto al
detector, el FOV reducido y la sensibilidad elevada, quedan ambos
satisfechos.
A efectos de identificar los límites (41) a (46)
de los estratos, es necesario tener regímenes de recuentos en cada
lado de cada límite (41) a (46) que sean claramente diferentes de
los del otro lado de los límites. Cuando el FOV del detector da un
barrido hasta más allá de los límites de los estratos, el cambio en
los regímenes gamma se debe medir con precisión y resolución
suficientes para permitir tomar decisiones de corte precisas. Si se
utilizan detectores gamma industriales configurados
convencionalmente, y si están situados, quizás, a 20 pulgadas de la
superficie, particularmente si la superficie de detección situada
frente a la formación es circular, la resolución espacial se reduce
seriamente y/o se pierde mucha sensibilidad, y no parecería
factible de esta manera utilizar este enfoque. Dado que la radiación
es estadística por naturaleza, si el régimen de recuentos es
reducido, no es posible distinguir un lado del límite del otro lado.
De hecho, esta cuestión desafiante ha sido una limitación principal
en enfoques anteriores y ha sido, probablemente, uno de los
elementos de disuasión de otros intentos de montar detectores gamma
en los rotores.
Un detector gamma blindado (10), (11),
configurado para medir la radiación que se emite desde la formación
(6) en la que se extrae mineral, está situado sobre un brazo (16),
(17) de cada rotor (8), (9). La razón para tener dos detectores y
el modo en el que cooperan se comentarán más adelante, a
continuación del comentario de ciertos detalles, la mayoría de los
cuales es aplicable a cualquiera de los detectores (10), (11). El
comentario está dirigido a un detector, pero el comentario es
aplicable a ambos. Se presenta una excepción cuando un detector se
convierte en un detector principal y el otro en un detector
subordinado. En este caso, el detector subordinado puede tener una
capacidad algo reducida.
El campo principal del detector (10) mostrado en
la figura 2 está viendo un segmento (14) de la superficie que ha
quedado expuesta mediante la operación de minería. En el interior
del detector (10) está el elemento de detección gamma (18), que
tiene de manera habitual aproximadamente 2 pulgadas de diámetro por
10 pulgadas de longitud. Obsérvese que el FOV principal, el FOV que
subtiende un área que es completamente visible para la sección
transversal del elemento de centelleo (10), es solamente un segmento
pequeño de la superficie cortada mediante el rotor (8), (9). Cuando
los rotores (8), (9) giran una revolución completa, se puede
imaginar que la superficie que está cortando cada rotor (8), (9)
tiene muchos segmentos (14), uno adyacente al otro. Una disposición
habitual sería dividir la circunferencia total del rotor (8), (9) en
75 a 100 segmentos, cada uno de 3 a 4 pulgadas de longitud.
Haciendo referencia a la figura 3, se puede ver que la longitud del
FOV "completo", una vista que deja al descubierto toda la
longitud del cristal, es aproximadamente de 24 pulgadas.
Los detectores gamma (10), (11) están
configurados de manera que pueden ser montados en el extremo de la
parte rígida de los brazos (16), (17). Esto ayudará a clarificar
que los extremos (24) de todos los brazos del rotor, incluyendo los
brazos (16), (17), en los que están montados los detectores (10),
(11), se pueden retraer. Cuando la máquina minadora hace una pausa
o deja de cortar, estos extremos se retraen de manera que el
asentamiento de la parte superior del túnel cortado recientemente
no atrapará o aprisionará los rotores (8), (9) entre el techo
combado del túnel y el suelo. Cuando los rotores empiezan a girar,
los extremos se extienden para hacer que los rotores (8), (9)
tengan su tamaño completo para el corte. Por lo tanto, los
detectores (10), (11) deben estar montados en la parte rígida de
los brazos (16), (17).
Haciendo referencia a las figuras 2 a 5, el
detector (10) incluye una parte central que tiene un elemento de
centelleo (18) que produce un flash de luz o centelleo cuando los
rayos gamma (20) procedentes de la formación alcanzan el mismo. El
elemento de centelleo está encerrado habitualmente en un elemento de
protección (26), que estará cerrado de forma hermética si se
utiliza un cristal de yoduro sódico u otro cristal higroscópico. El
flash luminoso creado mediante los rayos gamma (20) se convierte en
un impulso eléctrico mediante un dispositivo, tal como un tubo
fotomultiplicador (no mostrado en la figura). Se prefiere que este
PMT esté situado en el interior del cuerpo envolvente con el
cristal de centelleo acoplado directamente al cristal para un
rendimiento máximo y un tamaño mínimo. No obstante, dicho PMT puede
ser exterior al cuerpo envolvente del cristal, o elemento de
protección, y recibir los flashes luminosos a través de una ventana.
Los soportes dinámicos de los elementos detectores incluyen
manguitos flexibles (25), (27). Un cilindro de plomo (22), que tiene
una abertura en ventana para que los rayos gamma (20) pasen a su
través hasta el elemento de centelleo (18), está rodeando el
elemento de centelleo. La armadura (21) está rodeando el plomo
(22). Se recomienda un grosor de una pulgada de plomo (22) y una
armadura (21) de acero de una pulgada para un efecto pantalla y una
protección adecuada contra los materiales de minería. La abertura
en ventana está cubierta con un material resistente no metálico
(19), tal como poliéter éter cetona (PEEK), para impedir que los
minerales extraídos alcancen el elemento de protección (26)
alrededor del elemento de centelleo (18). Esta cubierta (19) de la
ventana impide asimismo que los materiales interfieran con el
funcionamiento de los manguitos flexibles (25), (27) que lo protegen
contra la vibración y los impactos. Un suministro (47) de energía a
alta tensión, mostrado en la figura 6, suministra energía al
conjunto de PMT/centelleo (18).
Con un detector del tipo descrito anteriormente
montado en cada rotor y situado para mirar en la dirección radial,
se dispondrá de una sensibilidad y de una resolución espacial
excelentes. Incluso aunque las necesidades más básicas están
completamente cubiertas, estas capacidades no pueden producir por sí
solas datos utilizables con el objetivo del control. Dado que los
rotores están constantemente en movimiento, las lecturas gamma que
se hacen no son útiles a menos que se conozca el lugar al que están
mirando los detectores cuando se cuenta cada rayo gamma. Están
disponibles giroscopios robustos de estado sólido que pueden
proporcionar una medición precisa del movimiento del rotor. Leyendo
apropiadamente un giroscopio, la revolución completa de los rotores
se puede dividir en segmentos angulares que se corresponden con
segmentos espaciales a lo largo de la superficie del túnel que se
está excavando mediante los rotores. Los recuentos gamma obtenidos
mientras un detector está apuntando hacia un segmento se pueden
registrar y se asocian a continuación con dicho segmento.
Un giroscopio (33), mostrado en la figura 2, es
el dispositivo más adecuado para este objetivo. No obstante, el
giroscopio (33) mide la velocidad de rotación, no la posición. A
efectos de obtener datos sobre cada segmento (1) a (7) de la
formación, es necesario conocer la posición angular de los rotores
(8), (9) para saber el momento en el que los detectores (10), (11)
están apuntando hacia cada segmento (1) a (7) y midiendo la
radiación (20) desde dicho segmento. Se debe proporcionar un método
para identificar una referencia fiable desde la que se puede
integrar la salida del giroscopio (33) con el paso del tiempo para
calcular la posición de los rotores. El método preferente para
conseguir una referencia de posición es utilizar un acelerómetro
(34). Merece la pena observar que es posible determinar la posición
de los rotores utilizando únicamente el acelerómetro, sin la
utilización de un giroscopio, pero no será tan preciso debido a los
efectos de la vibración y de los impactos.
Una sección del detector blindado mostrada en la
figura 2 incluye un módulo de control (30). El giroscopio (33), el
acelerómetro (34) y los procesadores o microcontroladores PIC (37),
mostrados en la figura 6, están incluidos en el interior del módulo
de movimiento (30). Dichos procesadores PIC (37) leen los cambios en
la posición medidos mediante el giroscopio (33) y leen asimismo los
recuentos gamma producidos mediante el elemento de centelleo (18).
Cuando se leen los recuentos gamma, se correlacionan con el segmento
(1) a (7) que se está viendo en ese momento. Las posiciones (16),
(17) de los brazos del rotor están referenciadas respecto a la
gravedad utilizando el acelerómetro (34). Cuando el acelerómetro
(34) está apuntando hacia el techo del túnel, lee el valor máximo y
cuando está apuntando horizontalmente, lee el valor nulo. Procesadas
apropiadamente, las salidas desde el acelerómetro (34) permiten la
determinación de las orientaciones del rotor (8), (9). Debido a las
vibraciones, las lecturas del acelerómetro (34) se deben filtrar o
promediar y se realizan ajustes a continuación para considerar el
retardo en los resultados, producido por el filtrado o el
promediado. Las lecturas procedentes del giroscopio son integradas
con el paso del tiempo y utilizadas para "envío de
alimentación" a los rotores (8), (9). El control de la rodadura
requiere conocer la posición de la máquina minadora con relación a
los estratos minerales en cada lado de dicha máquina, que se
consigue por las mediciones del movimiento y el cálculo. Un único
detector realiza las decisiones finales de corte, utilizando la
información procedente de ambos detectores. Los datos que son
recogidos y procesados mediante el detector subordinado (11) se
transmiten al detector principal (10) en una base continua, en
tiempo real, y son correlacionados a continuación con las
formaciones mediante el detector principal (10). En la figura 6 se
indica este flujo de datos a través de enlaces RF o de anillos
deslizantes. A efectos de que los brazos intercalados de los rotores
(8), (9) no entren en colisión, son bloqueados de manera sincrónica
mediante disposiciones en la máquina minadora. Si no existe un
juego excesivo en los rotores, es por lo tanto una cuestión de
determinar la relación relativa entre la dirección hacia la que
está apuntando cada detector y de cambiar a continuación los datos,
de manera que los segmentos de ambos lados se correspondan con la
misma altura a ambos lados. Esto se consigue en el detector
principal (10), junto con el procesamiento de los datos, según se
requiera. Una vez que el sistema puede correlacionar con precisión
las mediciones por ambos lados de la máquina minadora, se puede
calcular la orientación de la máquina minadora respecto a su eje de
desplazamiento, con relación a los estratos minerales, y los
cabezales de la cuchilla se pueden situar para que coincidan. A
medida que la máquina minadora sube por el suelo ajustado a la
rodadura, el cabezal volverá de nuevo a su posición nominal a menos
que la inclinación del suelo siga cambiando. El detector
subordinado puede estar configurado para incluir un giroscopio y un
acelerómetro que determinan independientemente la orientación del
rotor sobre el que está instalado.
El módulo de control (30) realiza todo el
procesamiento de los datos gamma y de los datos de movimiento para
llegar a decisiones de corte. Tal como se indica en la figura 6, el
módulo gamma (40) recibe impulsos eléctricos desde el conjunto de
detectores de centelleo gamma (18). Dichos impulsos se guardan según
sus niveles de energía y se cuentan. Los recuentos totales en el
interior de cada acumulador, correspondientes a niveles de energía,
así como el número total de recuentos por período de tiempo, se
transmiten a continuación al módulo lógico cuando son pedidos
mediante dicho módulo.
Simultáneamente, las mediciones realizadas
mediante el acelerómetro y el giroscopio se envían al módulo de
movimiento (35) tal como se indica en la figura 6. Después del
procesamiento mediante el módulo de movimiento, la posición actual
del FOV con relación al rotor de la máquina minadora se transmite al
módulo lógico (36). El módulo lógico (36) correlaciona a
continuación los datos gamma con la posición y aplica algoritmos
para determinar la posición de la máquina minadora (48) con
relación a los estratos (1) a (7) de la formación. Dada la posición
de la máquina minadora (48) con relación a los estratos (1) a (7),
se toman decisiones para alinear la máquina minadora (48) con los
estratos y para situar verticalmente la máquina minadora (48) a
efectos de permanecer en el interior de la formación para extraer
el mineral de la calidad más elevada. Estas decisiones de corte se
implementan dando órdenes a los rotores (8), (9) para que sean
levantados o bajados mediante los dispositivos hidráulicos (46)
utilizando el panel de control (44) de la máquina minadora. En el
caso del carbón, el objetivo, en general, es barrenar en la
dirección de los niveles de radiación gamma más reducidos, mientras
que en el caso de la potasa, el objetivo es barrenar en la dirección
de la radiación gamma más elevada. Los datos, incluyendo las
decisiones de corte, se proporcionan asimismo al operario mediante
una pantalla (45). El operario puede ajustar el modo en que la
máquina minadora (48) responde a los datos y las decisiones
procedentes del detector principal (10) y/o de ambos detectores
(10), (11).
Se aplican otros algoritmos para determinar la
calidad total de la mena de la que se extrae mineral, para las
decisiones de los productos posteriores. Cada uno de los tres
módulos electrónicos (34), (35), (36) incluye un microcontrolador
PIC (37) que realiza el procesamiento requerido.
Dado que se han hecho disposiciones para contar
rayos gamma y procesar estas lecturas a efectos de determinar la
intensidad relativa de la radiación para cada segmento en una
revolución, se debe actuar sobre esta información. Los
microcontroladores PIC (37) en el módulo de control (30) aplican una
estrategia del sistema para analizar, comparar y tomar decisiones
de corte sobre dichos datos. Las decisiones de corte se envían a
continuación a la máquina minadora mediante diversos medios
posibles. Si los ejes de los rotores de la máquina minadora están
equipados con anillos deslizantes adecuados, la misma sería la
puesta en práctica más sencilla del intercambio de información
requerido. Se puede utilizar tecnología de rf/datos de alta
velocidad si la máquina minadora no está equipada de esta manera.
Se puede conseguir una supervisión remota del comportamiento de la
máquina minadora una vez que los datos se han enviado a la
misma.
En resumen, el diseño de detectores que tengan
forma, tamaño y FOV adecuados, que sean altamente compactos pero
estén bien protegidos, que estén de manera adecuada libres de
impactos y vibraciones, y la colocación de esos detectores sobre
los rotores de una máquina minadora continua es la primera etapa en
la recogida de los datos adecuados y precisos. La siguiente etapa
principal es proporcionar unos medios para correlacionar las
mediciones gamma con la posición en la formación. El procesamiento
de los datos adquiridos de cada segmento de la superficie del túnel
hace entonces posible determinar la posición de los límites de los
estratos y la calidad de la mena en los estratos. Finalmente, se
pueden aplicar algoritmos a los datos correlacionados espacialmente
para optimizar la trayectoria de la máquina minadora a través de la
formación y las decisiones lógicas tomadas mediante estos
algoritmos se pueden enviar a los controles que accionan el cabezal
de la cuchilla. El resultado es un guiado geológico eficaz de la
máquina minadora.
Aunque la invención se ha descrito con detalle
en relación con realizaciones preferentes conocidas en la
actualidad, se debería entender fácilmente que la invención no está
limitada a dichas realizaciones dadas a conocer. Más bien, la
invención se puede modificar para incorporar cualquier número de
variaciones, modificaciones, sustituciones o disposiciones
equivalentes no descritas hasta ahora, pero que están dentro del
ámbito de la invención, tal como se define en las reivindicaciones
que siguen.
Claims (7)
1. Sistema de control de minería, que
comprende:
una máquina minadora (48) que tiene por lo menos
dos cuchillas rotatorias, teniendo cada cuchilla rotatoria un rotor
(8, 9) dotado de brazos (16, 17) del rotor;
un detector gamma (10, 11), por lo menos, sobre
cada una de dichas dos cuchillas rotatorias (8, 9) para recibir
emisiones gamma emitidas naturalmente desde una formación geológica,
en el que cada detector gamma (10, 11) está montado en uno de los
brazos (16, 17) de la cuchilla rotatoria, por lo que el elemento de
detección gamma en el detector (10, 11) ha sido conformado y
orientado para permitir que el campo de visión sea pequeño en la
dirección necesaria para identificar los límites
(41-46) de los estratos en la formación geológica,
al tiempo que sea grande en la dirección paralela a los estratos de
la formación geológica;
un acelerómetro (34) y un giroscopio (33), en el
que el acelerómetro (34) y el giroscopio (33) correlacionan las
emisiones gamma recibidas con posiciones, por lo menos, de dichas
dos cuchillas rotatorias; y
un módulo central, en el que el módulo central
utiliza las lecturas correlacionadas para determinar si se deberían
desplazar las cuchillas.
2. Sistema de control de minería, según la
reivindicación 1, en el que el módulo central compara lecturas
correspondientes a posiciones de por lo menos dichas dos cuchillas
rotatorias y determina el modo en el que se deberían desplazar por
lo menos dichas dos cuchillas rotatorias para mantener la máquina
minadora (48) alineada hacia arriba y hacia abajo con los estratos
minerales (1-7) de la formación geológica.
3. Sistema de control de minería, según la
reivindicación 1, en el que el módulo central transmite señales a
cilindros hidráulicos para desplazar por lo menos dichas dos
cuchillas rotatorias en una dirección requerida para guiar la
máquina minadora (48) en el interior de la formación geológica.
4. Sistema de control de minería, según la
reivindicación 1, que comprende además una pantalla (45) que
presenta a un operario o a un monitor remoto los recuentos gamma
con respecto a la orientación de la cuchilla.
5. Sistema de control de minería, según la
reivindicación 1, en el que el campo de visión, para ser pequeño en
la dirección necesaria para identificar los límites
(41-46) de los estratos en la formación geológica,
define una serie de segmentos de visión adyacentes que están
dispuestos de tal manera que la circunferencia total de la cuchilla
rotatoria está dividida en 75 a 100 segmentos y en el que la
comparación de las emisiones gamma emitidas naturalmente desde cada
segmento adyacente de visión permite que el módulo central distinga
los límites de los estratos.
6. Sistema de control de minería, según la
reivindicación 5, en el que el módulo central combina datos
procedentes de segmentos seleccionados para calcular la calidad de
una mena en la que se extrae mineral.
7. Sistema de control de minería, según la
reivindicación 1, en el que cada detector gamma (10, 11) está
montado en la cuchilla rotatoria correspondiente, por lo que cada
detector gamma está situado a unos 28 cm (11 pulgadas) de una cara
de la formación geológica que se está cortando mediante la cuchilla
rotatoria.
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