ES2709036A2

ES2709036A2 - Sistema de dirección inercial de la máquina de minería de perforación rotaria

Info

Publication number: ES2709036A2
Application number: ES201990022A
Authority: ES
Inventors: Roy W Tivas; Erik Rasmussen
Original assignee: Mosaic Co
Current assignee: Mosaic Co
Priority date: 2016-09-09
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2019-04-12
Also published as: US10738609B2; RU2019110255A3; WO2018049177A1; CL2019000582A1; US20200370432A1; DE112017004528T5; RU2764971C2; US20180073358A1; RU2019110255A; US11391150B2; CA3035904A1; AR109597A1; ES2709036R1; BR112019004695A2; US20220349304A1; US12012855B2

Abstract

Un sistema de minería con un sistema de guía inercial configurado para permitir la excavación precisa de material geológico sin la necesidad de avanzar una línea de levantamiento sobre una larga distancia y/o una trayectoria de excavación no lineal, maximizando así la productividad de la mina al minimizar un ancho de material no minado necesario para el soporte entre trayectorias de excavación adyacentes y minimizar el tiempo de inactividad del equipo.

Description

SISTEMA DE DIRECCION INERCIAL DE LA MAQUINA DE MINERIA DE PERFORACION

ROTARIA

DESCRIPCION

Solicitud relacionada

La presente solicitud reivindica el beneficio de la Solicitud Provisional de los Estados Unidos No. 62/385,550 presentada el 9 de septiembre de 2016, que se incorpora aqu en su totalidad como referencia.

Campo de la invention

La presente divulgation en general se relaciona con sistemas y metodos para perforar o minar una region subterranea, y mas particularmente con sistemas y metodos de mineria que incorporan un sistema de guia inercial configurado para permitir la excavation precisa de material geologico sin la necesidad de avanzar una lmea de levantamiento sobre una larga distancia y/o una trayectoria de excavacion no lineal.

Antecedentes de la invencion

La mineria es la extraction de minerales u otros materiales geologicos de la tierra a partir de depositos, tales como depositos de cuerpos minerales, vetas, capas, vetas auriferas o localizaciones. Los minerales recuperados por la mineria pueden incluir, por ejemplo, metales, carbon, esquisto bituminoso, piedras preciosas, piedra caliza, piedra de facetas, sal de roca, potasa, grava y arcilla. Se requiere que la mineria obtenga cualquier material que no pueda crecer a traves de procesos agricolas, o que se crea artificialmente en un laboratorio o fabrica. La mineria se puede realizar a traves de una variedad de tecnicas de superficie o subsuelo, dependiendo de la ubicacion del deposito que se va a minar. Se ha desarrollado equipo de mineria para cada tipo diferente de tecnica de mineria. Por ejemplo, para realizar tecnicas de mineria en el subsuelo, se han desarrollado una variedad de motores primarios de accionamiento subterraneo, tal como por ejemplo mineros continuos o de tambor, cabezas guia y maquinas de perforation rotativas.

Especlficamente con respecto a la potasa, la potasa es un mineral que puede emplearse en muchos usos agricolas, tal como los fertilizantes y la alimentacion animal. La potasa se puede encontrar en depositos minerales, tal como los que se encuentran en los antiguos lechos lacustres, y por lo tanto, a menudo se encuentra en vetas horizontales subterraneas. La minerla de potasa implica extraer la potasa de estas vetas, a menudo utilizando minerla de estilo de pilar y habitaculo y equipo asociado, tal como maquinas de minerla de perforacion rotatoria. Este tipo de minerla, en la que se extraen "habitaculos" del deposito mineral mientras se dejan "pilares" intermedios como soportes, permite la extraccion de una gran porcion de la veta.

Las maquinas de minerla de perforacion rotatoria se utilizan en la minerla subterranea de potasa para extraer el mineral KCl concentrado en forma sedimentaria. Las maquinas mineras cortan los materiales de deposito, por ejemplo mineral, forzando cortadores rotativos en la cara de la minerla. En aras de la simplicidad, el material liberado o minado puede denominarse “mineral”, pero no debe limitarse a este. El material liberado se augura en el centro de la maquina mediante rotores de rotacion contraria de los cortadores y se transporta a traves de la parte media de la maquina de minerla hacia atras mediante un transportador de cadena. El transportador de cadena descarga el material liberado en un transportador extensible que se opera detras de la maquina minera y los transportadores consecutivos envlan el material a un eje donde se eleva a la superficie, tal como por un salto, para su posterior procesamiento.

Para maximizar la produccion, el transportador extensible debe instalarse precisamente detras de la maquina minera a medida que avanza la minerla, de modo que la maquinaria del sistema es perpendicular a la direccion de la minerla (es decir, la cara) y se centra en la llnea del transportador. Esta alineacion garantiza que el sistema funcione de manera efectiva al mismo tiempo que minimiza los derrames y danos en la maquinaria debido a que las cintas transportadoras estan descentradas y rozan el lado de la maquinaria. Los transportadores extensibles se instalan utilizando un puente especial que esta acoplado de manera operativa a la maquina minera con enlaces y cilindros hidraulicos, que proporcionan cuatro grados de libertad para permitir que el puente se mueva de lado a lado y se gire hacia la izquierda o hacia la derecha para asegurar que la maquina minera permanezca centrada y alineada perpendicular a la cara de la minerla.

Ademas, con el fin de extraer la mayor porcion posible de los depositos minerales, es preferible maximizar la proportion de espacio a pilar. En consecuencia, el uso de transportadores extensibles da como resultado habitaculos largos con pilares estrechos entre ellos. La colocation de los pilares tambien es importante para prevenir la perdida de apoyo estructural a la mina. Por lo tanto, idealmente, los pilares se hacen lo mas estrechos posible entre los habitaculos, mientras que se colocan con precision con el fin de proporcionar suficiente soporte estructural para garantizar que la mina no se derrumbe. Para colocar los pilares de manera acertada y precisamente, los habitaculos a menudo se excavan usando dispositivos laser de detection de la vista. De lo contrario, la desviacion de un orificio recto causarla que el pilar de un lado del habitaculo se vuelva mas grueso, al tiempo que disminuye el espesor del pilar del otro lado, lo que podrla comprometer la integridad estructural de la mina en general. En los sistemas convencionales, tal como los sistemas de maquinas de minerla rotativa, el control de rumbo consiste en topografos que utilizan teodolitos para hacer avanzar las paletas de control. Un laser de haz de lapiz y un laser rotatorio se colocan detras de las paletas para hacer brillar la luz de laser a traves de cuerdas de plomada suspendidas de las paletas. La luz laser proyecta un objetivo en la parte frontal de la maquina minera que los operadores de las maquinas mineras pueden observar y con el cual controlar la direction para mantener el laser en el objetivo.

Los dispositivos de deteccion laser se han utilizado como objetivo en la parte frontal de las maquinas de minerla, lo que proporciona information de desviacion al controlador logico programable (PLC). El PLC interpreta los datos de desviacion y proporciona control de direccion para mantener automaticamente el encabezado de diseno. Aunque el movimiento del puente extensible se articula desde la maquina de minerla, obtiene la informacion de control del mismo laser que utiliza la maquina de minerla. El laser golpea un par de planos de laser montados en el puente y la informacion de desviacion se traduce en instrucciones lineales y de rotation que ejecuta la hidraulica del puente. El control continuo y el movimiento correctivo mantienen el puente y el transportador extensible en la alineacion correcta cuando se instalan y funcionan correctamente.

Sin embargo, el uso de laseres y elementos de deteccion de laser como gula tiene varias limitaciones. La luz laser pierde fuerza cuanto mas se aleja del objetivo, por lo que la maquina de minerla corta la cara y avanza, a los operadores les resulta cada vez mas diflcil ver la luz laser. Ademas, la costura sedimentaria ondula y la maquina minera debe permanecer dentro de una zona geologica horizontal prescrita. A medida que esta zona horizontal se ondula y en consecuencia, la maquina de minerla corta en mayor o menor medida la luz laser golpea el techo u otra estructura o equipo que impide que la luz laser alcance el objetivo deseado en la parte frontal de la maquina y el puente.

El avance de la llnea de levantamiento y los laseres requiere mucho tiempo y requiere que la maquina de minerla se apague durante aproximadamente una hora o mas mientras se realiza este trabajo. El avance de la llnea de levantamiento se realiza tlpicamente por dos grupos de personas: los topografos y los operadores mineros. Los topografos utilizan equipos de levantamiento sofisticados que son muy precisos y garantizan que las paletas de control esten alineadas de manera correcta y de manera precisa. Los operadores utilizan la luz laser que se encuentra a varios cientos de pies hacia atras para instalar nuevas paletas de control cerca de la maquina minera. Esto es menos preciso que usar un instrumento de levantamiento, ya que la luz laser tiene un espesor de un habitaculo de pulgada y no esta perfectamente alineada con las paletas mas cercanas al laser, por lo que el error se multiplica cuando se proyecta a varios cientos de pies de distancia. Ocasionalmente, puede haber grandes desviaciones que requieren una correccion de rumbo, lo que resulta en problemas de alineacion del transportador.

Los sistemas convencionales, que utilizan laseres y elementos de deteccion laser como los detectores, se han utilizado anteriormente con un exito limitado porque el elemento de deteccion laser montado en la parte frontal de la maquina minera que se uso para el control automatico pierde la vista del laser muy rapidamente a medida que la maquina minera se controla hacia arriba o hacia abajo de acuerdo con la naturaleza ondulada del cuerpo de mineral sedimentario. La constante necesidad de avanzar la llnea de levantamiento y el equipo laser hace que el sistema convencional sea indeseable.

A medida que avanza el equipo de minerla, empujando la cara hacia la veta de potasa para cortar, el sistema de transportador debe poder avanzar y permanecer estrechamente alineado entre si y con el equipo de minerla para evitar o impedir que el material extraldo se caiga del sistema de transportador, lo que podrla crear ineficiencias, retrasos o peligros. Como los sistemas de transporte pueden alcanzar varios kilometros de longitud, puede ocurrir una ligera desalineacion. A menudo, la fuerza de la locomotora para avanzar el transportador hacia la cara se proporciona a traves del equipo de minerla, y el transportador y los puentes deben ser capaces de permanecer lo suficientemente alineados entre si y con el equipo de minerla para funcionar de manera confiable y de manera eficiente.

Ademas, los errores en la alineacion del laser aumentan con la distancia desde la fuente del rayo laser. Los errores en el angulo del rayo laser resultan en un error creciente en el posicionamiento del equipo de minerla, proporcional a la distancia desde la fuente del rayo laser. Los errores en la configuration y la alineacion de la fuente del rayo laser cometidos a medida que avanza el equipo de minerla tambien pueden combinarse entre si para producir cambios en el rumbo, lo que puede causar un desplazamiento en el angulo o la position a lo largo del sistema transportador.

Sigue siendo necesario un sistema de gula mas robusto que reduzca los errores de posicion y, por lo tanto, aumente la eficiencia de la extraction.

Resumen de la invention

Las realizaciones de la presente divulgation proporcionan un sistema de gula inercial para maquinas mineras y metodos de minerla con gula direccional avanzada configurada para permitir la excavation precisa de material geologico sin la necesidad de avanzar una llnea de levantamiento sobre una larga distancia y/o una trayectoria de excavacion no lineal, por lo tanto maximizando la productividad de una mina al minimizar el ancho de material no minado necesario para el soporte entre trayectorias de excavacion adyacentes y minimizar el tiempo de inactividad del equipo. En una realization, el sistema de minerla incluye una maquina de minerla, una cadena transportadora y un sistema de gula inercial.

La maquina minera puede tener un mecanismo de accionamiento orientable configurado para hacer avanzar la maquina minera a lo largo de una trayectoria de excavacion previsto, un mecanismo de corte configurado para separar el material geologico de una pared de la trayectoria de excavacion, un mecanismo de barrena configurado para recolectar el material geologico separado y un mecanismo transportador configurado para transportar el material geologico recolectado a la parte trasera de la maquina minera. La cadena transportadora se puede configurar para transportar el material geologico a una salida de la mina.

El sistema de gula inercial puede configurarse para detectar el movimiento de la maquina minera y proporcionar gula direccional como una ayuda para guiar el mecanismo de accionamiento orientable a lo largo de la trayectoria de excavacion prevista. El sistema de gula inercial puede incluir al menos tres acelerometros, al menos tres giroscopios y un controlador logico programable. Los acelerometros individuales de los al menos tres acelerometros pueden configurarse para detectar la aceleracion a lo largo de los ejes x, y e z, respectivamente. Los giroscopios individuales de los al menos tres giroscopios pueden configurarse para detectar la rotacion alrededor de los ejes x, y e z, respectivamente. El controlador logico programable puede configurarse para recibir datos de aceleracion detectados de los al menos tres acelerometros y/o datos de rotacion de los al menos tres giroscopios. Con estos datos, el controlador logico programable puede determinar que el movimiento de la maquina minera es una funcion del tiempo, y calcular la gula direccional para mantener el avance de la maquina minera a lo largo de la trayectoria de excavacion prevista.

En una realization, el sistema de gula inercial incluye ademas una memoria en la que se almacena el movimiento de la maquina minera como una funcion del tiempo. En una realizacion, el sistema de gula inercial incluye ademas una pantalla. En una realizacion, la pantalla esta configurada para mostrar graficamente el movimiento de la maquina minera como una funcion del tiempo. En una realizacion, la pantalla esta configurada para mostrar graficamente la comparacion de la trayectoria de excavacion prevista con la trayectoria de excavacion real de la maquina minera. En una realizacion, la pantalla esta configurada ademas para mostrar graficamente las trayectorias de excavacion anteriores excavadas por la maquina minera, as! como el material no minado necesario para el soporte de trayectorias de excavacion adyacentes en un formato de mapa. En una realizacion, la pantalla esta configurada para mostrar graficamente la gula direccional calculada a la maquina minera. En una realizacion, el sistema de gula inercial incluye ademas un bus de comunicacion configurado para transmitir la gula direccional calculada al mecanismo de accionamiento orientable. En una realizacion, el mecanismo de accionamiento orientable esta configurado para dirigir automaticamente la maquina minera de acuerdo con la gula direccional.

Otra realizacion de la presente divulgation proporciona un metodo para proporcionar gula direccional a un sistema de minerla, para permitir la excavacion precisa de material geologico sin la necesidad de avanzar una llnea de levantamiento sobre una larga distancia y/o una trayectoria de excavacion no lineal, maximizando as! la productividad de la mina minimizando el ancho del material no minado necesario para el soporte entre trayectorias de excavacion adyacentes y minimizando el tiempo de inactividad del equipo. El metodo puede comprender: proporcionar una maquina de minerla que tenga un sistema de gula inercial que incluya al menos tres acelerometros, en el que al menos uno de los acelerometros configurados para detectar la aceleracion a lo largo de un eje x de la maquina de minerla, esta configurado para detectar aceleracion a lo largo de un eje y de la maquina minera, y al menos un acelerometro esta configurado para detectar la aceleracion a lo largo de un eje z de la maquina minera; al menos tres giroscopios, en los que al menos un giroscopio esta configurado para detectar la rotacion alrededor de un eje x de la maquina minera, al menos un giroscopio esta configurado para detectar la rotacion alrededor de un eje y de la maquina minera, al menos un giroscopio esta configurado para detectar la rotacion alrededor de un eje z de la maquina minera; y un controlador logico programable configurado para recibir datos de aceleracion detectados de los al menos tres acelerometros y datos de rotacion de los menos tres giroscopios, y calcular la gula direccional con el fin de mantener un rumbo predeterminado; avanzar la maquina minera a lo largo de una trayectoria de excavacion prevista; detectar el movimiento de la maquina minera; determinar el movimiento de la maquina minera es una funcion del tiempo; y proporcionar gula direccional para mantener el avance de la maquina minera a lo largo de la trayectoria de excavacion prevista.

Debe entenderse que los pasos individuales utilizados en los metodos de las presentes ensenanzas pueden realizarse en cualquier orden y/o simultaneamente, siempre que la ensenanza permanezca operativa. Ademas, debe entenderse que el aparato y los metodos de las presentes ensenanzas pueden incluir cualquier numero, o todas, las realizaciones descritas, siempre que la ensenanza permanezca operativa.

El resumen anterior no pretende describir cada realization ilustrada o cada implementation de la presente divulgation. Mas bien, las realizaciones se eligen y describen para que otros expertos en la tecnica puedan apreciar y comprender los principios y practicas de la invention. Las figuras y la description detallada que sigue ilustran mas particularmente estas realizaciones.

Breve descripcion de los dibujos

La divulgacion puede entenderse mas completamente en consideration de la siguiente descripcion detallada de varias realizaciones de la divulgacion, en relation con los dibujos adjuntos, en los que:

La FIG. 1 es una vista de mapa que muestra una mina de potasa.

La FIG. 2 es una vista de corte transversal que muestra varios habitaculos de una mina en construction.

La FIG. 3A es una vista de corte transversal que representa un deposito mineral ondulado. La FIG. 3B es una vista de corte transversal que representa un sistema de minerla con gula direccional avanzada, que extrae la veta que se muestra en la Fig. 3A, de acuerdo con una realization de la divulgation.

La FIG. 4A es una vista esquematica que representa una maquina minera de acuerdo con una realizacion de la divulgacion.

La FIG. 4B es una vista esquematica que representa un sistema de gula inercial de la maquina minera de la FIG. 4A.

Si bien las realizaciones de la divulgacion son susceptibles a diversas modificaciones y formas alternativas, se describiran en detalle rasgos especlficos de las mismas mostrados a modo de ejemplo en los dibujos. Sin embargo, debe entenderse que la intention no es limitar la divulgacion a las realizaciones particulares descritas. Por el contrario, la intencion es cubrir todas las modificaciones, equivalentes y alternativas que caigan dentro del esplritu y alcance del tema tal como se define en las reivindicaciones.

Description detallada de los dibujos

De acuerdo con realizaciones, se describen aparatos y metodos para un sistema de minerla, tal como la minerla de habitaculos y pilares. El sistema de gula comprende un sistema inercial, en lugar de o ademas de la gula de rayo laser convencional. Mediante el uso de un sistema de gula inercial, el tiempo de inactividad del equipo de minerla se puede minimizar y el rumbo del equipo de minerla se puede controlar con mayor precision tanto en distancias mas largas como en trayectorias de excavation no lineales.

Haciendo referencia a la FIG. 1, se muestra una vista de mapa de una mina 10 de potasa de ejemplo. Especlficamente, la FIG. 1 representa una mina tipo estructura de habitaculo y pilar, que incluye pozos 12a y 12b de minas, conectada a una red de habitaculos 14 o trayectorias excavadas (representados como regiones sombreadas) con pilares 116 o material no minado necesarios para el soporte (descrito como regiones no sombreadas) ubicados entre los habitaculos 14 adyacentes. Los pozos 12a y 12b de minas tienen a menudo varios cientos de metros de longitud, extendiendose desde la superficie (no se muestra) hasta el material geologico subterraneo y/o los depositos minerales que se encuentran debajo. En algunos casos, los pozos 12a y 12b de minas se extienden sustancialmente de manera vertical, principalmente perpendicular a la vista de mapa representada en la FIG. 1.

Los habitaculos 14 siguen la veta del material geologico subterraneo. Las minas de potasa, en particular, pueden ser bastante extensas en tamano; por ejemplo, una mina de potasa tlpica puede extenderse sobre varios cientos de kilometros cuadrados. A medida que se construye la mina 10 y se excavan las redes de habitaculos 14 y se transporta material geologico a la superficie, los pilares 16 de material no excavado se dejan en su lugar para proporcionar soporte estructural para mantener la integridad de los habitaculos 14. En consecuencia, durante las operaciones mineras, se debe tener cuidado para garantizar que los pilares 16 tengan un tamano suficiente para proporcionar el soporte estructural necesario. Los pilares 16 de tamano insuficiente pueden provocar un colapso, o un colapso parcial, de uno o mas de los habitaculos 14 adyacentes.

Haciendo referencia a la FIG. 2, se representa una vista de corte transversal de una mina 110 en construction. La mina 110 incluye tres habitaculos 114a, 114b y 114c completados, asl como un cuarto habitaculo 114d en construccion. La mina 110 incluye ademas los pilares 116. Un extremo del cuarto habitaculo 114d define una cara 118, que es la portion del habitaculo 114d no terminada desde la cual se esta excavando o separando material geologico de la tierra. Como se muestra, una maquina 120 de minerla esta dispuesta adyacente a la cara 118 para afectar la excavation. Una cadena 122 transportadora que incluye una pluralidad de puentes 124 se coloca en la parte trasera de la maquina 120 de minerla, opuesta a la cara 118, con el fin de transportar el material geologico a una salida de la mina.

Como se muestra en la FIG. 2, los habitaculos 114a-114d adyacentes estan separados entre si por pilares 116. Como se describio anteriormente, los pilares 116 brindan soporte estructural para la mina 110, lo que permite que la excavacion de materiales geologicos se realice de manera segura en los habitaculos 114a-114d. Para maximizar la productividad de la mina mediante la excavacion de la mayor cantidad de material geologico posible, al tiempo que se garantiza un soporte estructural adecuado, generalmente es deseable que los habitaculos 114a-114d se extiendan lo mas cerca posible en paralelo una a otra tanto como sea estructuralmente posible. Por consiguiente, la cara 118 es generalmente sustancialmente perpendicular a la direction en la que se extienden los habitaculos 114a-114d.

Con referencia a las FIGS. 3A-B, se representa una vista de corte transversal de la tierra que representa un deposito mineral subterraneo ondulado. En tal deposito, una veta de material 232 geologico se coloca debajo de una capa de tierra 228 no mineral, que puede variar en profundidad D desde la superficie 230 de la tierra. Por consiguiente, la extraction eficiente de tal deposito puede requerir una trayectoria de excavation no lineal, o una red de habitaculos que varlan en altura para centrarse en la veta de los materiales 232 geologicos.

Como se muestra en la FIG. 3B, una maquina 220 de minerla de acuerdo con una realization de la divulgation puede configurarse para seguir la veta no plana del material 232 geologico. Por consiguiente, la maquina 220 de minerla puede avanzar a lo largo de la veta para separar el material 232 geologico de la cara 218 del habitaculo 214 que se esta excavando. El material 232 geologico separado se puede recoger y transportar a la parte trasera de la maquina 120 de minerla. En la parte posterior de la maquina 120 de minerla, una cadena 222 transportadora, que puede incluir una pluralidad de puentes 224, puede cooperar para mover o transportar el material 232 geologico hacia una salida de la mina, tal como un pozo de mina. Posteriormente, el material 232 geologico puede ser transportado a la superficie 230 de la tierra para su posterior procesamiento y transporte. Por consiguiente, una ventaja de incorporar un sistema de gula inercial de la presente divulgacion, a diferencia de los sistemas convencionales con base en laser de la tecnica anterior, es la capacidad de rastrear los cambios en la velocidad y/o la direccion de la maquina 120 de minerla donde la excavacion no se realiza a lo largo de una llnea recta o trayectoria lineal, reduciendo as! el tiempo de inactividad asociado con el avance de una llnea de levantamiento con base en laser.

Con referencia a las FIGS. 4A-B, una maquina 320 de minerla se representa de acuerdo con una realizacion de la divulgacion. En un ejemplo no limitante, la maquina 320 de minerla se puede usar en la minerla subterranea de potasa para extraer KCl concentrado que contiene mineral en una formation sedimentaria. La maquina 320 de minerla puede ser, por ejemplo, cualquiera de una variedad de motores primarios con un mecanismo de corte o minerla, tal como, por ejemplo, una maquina de minerla de perforation rotatoria, rozadora, minera continua o de tambor, o similares. La altura de la maquina 320 de minerla puede ser complementaria al espesor de la costura o vena del material geologico que se va a extraer.

Por ejemplo, la maquina 320 de mineria puede ser de una altura de 8 pies 2 pulgadas, 8 pies 6 pulgadas o 9 pies. Tambien se contemplan otras alturas de la maquina 320 de mineria.

En una realizacion, la maquina 320 de mineria puede incluir un mecanismo 334 de accionamiento dirigible como un motor primario. Por ejemplo, en una realizacion, el mecanismo 334 de accionamiento dirigible puede incluir ruedas y/o pistas configuradas para hacer avanzar la maquina 320 de mineria a lo largo de una trayectoria de excavacion prevista.

La maquina 320 de mineria puede incluir ademas un mecanismo 336 de corte. El mecanismo 336 de corte puede configurarse para separar el material geologico de una pared o cara de una trayectoria de excavacion. En algunas realizaciones, el mecanismo 336 de corte puede configurarse para moverse con relacion a un cuerpo de la maquina de mineria a traves del intervalo de movimiento tanto de lado a lado lateralmente como verticalmente hacia arriba y hacia abajo para efectuar la separacion del material geologico de una pared de la trayectoria de la excavacion. En algunas realizaciones, la maquina 320 de mineria puede incluir dos o cuatro cabezales de corte de perforation rotatorios, comunmente denominados maquinas de mineria de dos rotores y de cuatro rotores. Tambien se contempla un mecanismo 336 de corte que incluye cantidades alternativas de cabezales de corte o mecanismos de corte alternativos.

La maquina 320 de mineria incluye ademas un mecanismo 338 de barrena configurado para recolectar el material geologico separado para depositarlo en un mecanismo 340 de transporte. El mecanismo 340 de transporte esta configurado para transportar el material geologico colectivo a una parte 321 trasera de la maquina 320 de mineria.

Una cadena 332 transportadora puede acoplarse operativamente a la parte 321 trasera de la maquina 320 de mineria. La cadena 332 transportadora se puede configurar para transportar el material geologico a una salida de la mina, donde se puede elevar a la superficie para su posterior procesamiento y/o transporte. La cadena 332 transportadora puede incluir una o mas secciones 342 de transporte acopladas operativamente entre si por uno o mas puentes 344, configurados para proporcionar cuatro grados de libertad para permitir que la cadena 332 transportadora se mueva de lado a lado (guinada) y/o girado hacia la izquierda o hacia la derecha (balanceo) con el fin de garantizar que permanezca centrada y alineada sustancialmente perpendicular a la cara.

Haciendo referencia a la FIG. 4B, la maquina 320 de minerla puede incluir ademas un sistema 346 de gula inercial. El sistema 346 de gula inercial se puede configurar para detectar el movimiento de la maquina 320 de minerla y proporcionar gula direccional como ayuda para guiar el mecanismo 334 de accionamiento dirigible a lo largo de la trayectoria de excavacion prevista. En algunas realizaciones, la gula direccional se proporciona visualmente o audiblemente a un operador, que manipula los controles para afectar la direction. En otras realizaciones, la gula direccional se proporciona como datos a un controlador 360 de accionamiento dirigible (como se muestra en la Figura 4B) configurado para controlar y/o ayudar de manera autonoma a un operador a dirigir la maquina 320 de minerla.

El sistema 346 de gula inercial puede incluir uno o mas acelerometros 348 y uno o mas giroscopios 350. Como se muestra en la FIG. 4B, el sistema 346 de gula inercial incluye tres acelerometros 348a-c configurados para detectar la aceleracion a lo largo de los ejes x, y e z respectivos de la maquina 320 de minerla. El sistema 346 de gula inercial incluye ademas tres giroscopios 350a-c configurados para detectar la rotation, respectivamente, sobre los ejes x, y e z de la maquina 320 de minerla. Un controlador 352 logico programable puede estar acoplado operativamente a el al menos un acelerometro 348 y giroscopios 350, para recibir la aceleracion detectada y los datos de rotacion. Los datos recibidos pueden utilizarse para determinar el movimiento de la maquina 320 de minerla como una funcion del tiempo. Posteriormente, se puede calcular la gula direccional para mantener el avance de la maquina 320 de minerla a lo largo de una trayectoria de excavacion prevista.

En algunas realizaciones, el sistema 346 de gula inercial puede incluir ademas un bus 354 de comunicacion configurado para comunicar al menos uno de los datos de aceleracion y rotacion detectados, el movimiento determinado de la maquina 320 de minerla es una funcion del tiempo y/o gula direccional computada para mantener el avance de la maquina 320 de minerla a lo largo de una trayectoria de excavacion prevista hacia un receptor externo acoplado comunicativamente, por ejemplo, a un servidor utilizado en la planificacion y ejecucion de operaciones mineras. Se pueden computar varias pantallas graficas a partir de la information comunicada, por ejemplo, el movimiento de la maquina de minerla como una funcion del tiempo, una comparacion de la trayectoria de excavacion prevista con una trayectoria de excavacion real, las excavaciones previas excavadas por la maquina 320 de mineria, asl como material no minado necesario para el soporte en formato de mapa, y gula direccional computada de la maquina 320 de mineria. En una realization, el sistema 346 de gula inercial incluye su propia pantalla 356 para mostrar una o mas pantallas graficas. El sistema 346 de gula inercial puede configurarse ademas con una memoria 358 para almacenar dicha information de forma permanente o de forma temporal para su posterior recuperacion.

En una realizacion, el uno o mas puentes 344 de la cadena 332 transportadora pueden incluir adicionalmente un sistema de gula inercial similar al sistema 346 de gula inercial como se describe anteriormente. En particular, en ciertas realizaciones, el uno o mas puentes 344 se pueden configurar para detectar la aceleracion y la rotation alrededor de los ejes x, y e z respectivos del puente 344, proporcionando asl informacion sobre la capacidad de operation de la cadena 332 transportadora a un operador. Por ejemplo, en una realizacion, el sistema de gula inercial de un puente 344 puede incluir al menos tres acelerometros, al menos tres giroscopios, un controlador logico programable y un bus de comunicacion. En algunas realizaciones, se puede incluir un sistema de gula inercial en cada puente de la cadena 332 transportadora. En otras realizaciones, se puede incluir un sistema de gula inercial en ciertos puentes 344 seleccionados de la cadena transportadora, proporcionando asl una position estimada de toda la cadena 332 transportadora.

Con referencia a las FIGS. 2 y 4A-4B, en funcionamiento, una mina 110 se construye extrayendo material de los habitaculos 114a a 114d, mientras que deja los pilares 116 en su lugar entre y alrededor de los habitaculos 114a a 114d para proporcionar soporte estructural. En consecuencia, la maquina 320 de mineria avanza a lo largo de una trayectoria de excavacion previsto mientras corta material geologico (por ejemplo mineral), forzando un mecanismo 336 de corte en la cara 118 minera. El mineral liberado se puede augurar en el centro de la maquina 320 de mineria, por ejemplo, girando en sentido contrario a los rotores de un mecanismo 338 de barrena, y transportado a traves de la parte media de la maquina 320 de mineria por la section 342 del transportador. El uso de una cadena 332 transportadora tlpicamente resulta en habitaculos 114a-114d largos que tienen pilares 116 de soporte no minados estrechos colocados entre ellos. La longitud de los habitaculos puede ser, por ejemplo, entre aproximadamente 2500 pies y aproximadamente 9000 pies, dependiendo del equipo y el diseno de la mineria. Tal diseno requiere que la maquina 320 de mineria siga de cerca un rumbo prescrito para evitar la invasion en el pilar 116 estrecho que proporciona soporte estructural para los habitaculos 114a-114d.

Luego, el mineral se puede transportar a lo largo de una serie de secciones 342 de transporte, que se pueden vincular entre si y con la maquina 320 de mineria por puentes 344, que se operan detras de la maquina 320 de mineria. La cadena 332 transportadora luego transporta el mineral a un eje (por ejemplo, el eje 12A o 12B de la Fig. 1), donde se eleva a la superficie de la tierra para su posterior transporte y/o procesamiento.

En contraste con los sistemas convencionales que utilizan la tecnologla de detection laser, como se describe en la section Antecedentes, la maquina 320 de mineria, las secciones 342 de transporte y/o los puentes 344 de la presente divulgation se pueden alinear entre si utilizando un sistema 346 de gula inercial que incluye una combination de sensores de movimiento y rotation (por ejemplo, acelerometros 348 y giroscopios 350). A medida que la maquina 320 de mineria avanza hacia la cara 118, los datos de ubicacion de identification se pueden medir con el sistema 346 de gula inercial. Por ejemplo, la maquina 320 de mineria puede determinar la aceleracion y/o la rotacion a lo largo de varias direcciones, como la aceleracion de cabeceo, guinada, balanceo, hacia adelante o hacia atras (en la que "hacia adelante" es hacia la cara 118), aceleracion hacia arriba o hacia abajo (donde "hacia abajo" esta a lo largo del potencial gravitatorio), o aceleracion de izquierda a derecha (en la que izquierda y derecha son las dos direcciones ortogonales hacia adelante y hacia abajo). Estos datos de aceleracion y/o rotacion se pueden utilizar para determinar el movimiento de la maquina 320 de mineria y/o la cadena 332 transportadora como una funcion del tiempo. Al integrar los datos de aceleracion y/o rotacion dos veces, se puede determinar una position de la maquina 320 de mineria y/o la cadena 332 transportadora en el espacio euclidiano.

En algunas realizaciones, el sistema 346 de gula inercial puede registrar el historial de ubicacion para que la cadena 332 transportadora pueda colocarse detras de la maquina 320 de mineria y reducir la cantidad de derrames que de lo contrario podrlan resultar de sistemas desalineados. Es decir, no es necesaria una mira laser para el uso de alineacion del puente 344 como en los sistemas de la tecnica anterior. Se pueden usar dispositivos de deteccion adicionales para calcular la posicion y la rotacion de los puentes 344 y/o cadena 332 transportadora en relation con la maquina 320 de mineria. El sistema 346 de gula inercial puede estar en comunicacion con los puentes 344 para recibir y transmitir datos de posicion. El sistema tambien puede configurarse para proporcionar una pantalla grafica al operador para uso manual o para controlar automaticamente el equipo 120 de mineria. La information generada por el sistema 346 de guia inercial se puede almacenar en una memoria 358 para su posterior recuperation.

En tales sistemas, que utilizan sistemas 346 de guia de inercia (con o sin sistemas de guia de laser), la maquina 320 de mineria y la cadena 332 transportadora no necesitan estar dispuestas a lo largo de una lmea recta o trayectoria lineal. Mas bien, la maquina 320 de mineria se puede conducir a lo largo de una veta de potasa u otro material que permita capturar el material mas geologico y de una manera que mantenga una disposition adecuada de habitaculo y pilar (es decir, que brinde un soporte adecuado), ya sea o no que la trayectoria tomada por el equipo de mineria 320 este a lo largo de un plano o elevation constante. En contraste con los sistemas de mira laser, esto permite que los equipos de mineria sigan ondulaciones en una veta sin detenerse para recalibrar.

En las realizaciones donde se almacena la posicion de la maquina 320 de mineria, las secciones 342 transportadoras de remolque y puentes 344 se pueden enrutar a lo largo de la misma trayectoria que tomo la maquina 320 de mineria, u otra trayectoria que evite el derrame del mineral. En consecuencia, el control del levantamiento solo se necesita al inicio del habitaculo y, por lo tanto, los retrasos de production durante cada turno se pueden reducir o eliminar. En algunas realizaciones, la maquina 320 de mineria se puede controlar automaticamente para dirigir y/o corregir el rumbo sobre largas distancias. Por ejemplo, la maquina 320 de mineria puede operarse sin un operador en la cubierta de control, lo que reduce potencialmente la mano de obra necesaria para operar la maquina 320 de mineria.

En realizaciones, los habitaculos 114a-114d no necesitan ser exactamente paralelos entre sL Por ejemplo, como se representa anteriormente en la FIG. 1, los habitaculos 14 pueden estar dispuestos paralelos entre si, perpendiculares entre si, o en cualquier otra orientation que proporcione suficiente soporte a la parte posterior de la mina y que permita la extraction de materiales como la potasa de la mina. En cualquier caso, la incorporation de un sistema 346 de guia inercial a las operaciones mineras es ventajosa porque permite determinar la ubicacion precisa de la maquina 320 de mineria y/o la cadena 332 transportadora, ya sea que esos elementos esten o no dispuestos a lo largo de una lmea recta como se requiere en los sistemas de mira laser convencionales. Ademas, los sistemas de guia inercial (especialmente aquellos que no viajan a lo largo de una trayectoria recta) pueden permitir que la maquina 320 de minerla funcione durante largos perlodos de tiempo y/o largas distancias sin detenerse para recalibrar la posicion, a diferencia de los sistemas de mira laser que deben ser detenidas para avanzar el laser de vez en cuando.

Se han descrito varias realizaciones de sistemas, dispositivos y metodos aqul. Estas realizaciones se dan solo a modo de ejemplo y no pretenden limitar el alcance de las invenciones reivindicadas. Debe apreciarse, ademas, que las diversas caracterlsticas de las realizaciones que se han descrito pueden combinarse de diversas maneras para producir numerosas realizaciones adicionales. Ademas, aunque se han divulgado diversos materiales, dimensiones, formas, configuraciones y ubicaciones, etc. para su uso con realizaciones descritas, se pueden utilizar otros ademas de los divulgados sin exceder el alcance de las invenciones reivindicadas.

Las personas de experiencia ordinaria en las tecnicas relevantes reconoceran que las realizaciones pueden comprender menos caracterlsticas que las ilustradas en cualquier realization individual descrita anteriormente. Las realizaciones descritas aqul no pretenden ser una presentation exhaustiva de las formas en que se pueden combinar las diversas caracterlsticas. Por consiguiente, las realizaciones no son combinaciones mutuamente excluyentes de caracterlsticas; mas bien, las realizaciones pueden comprender una combination de diferentes caracterlsticas individuales seleccionadas de diferentes realizaciones individuales, segun lo entienden las personas de experiencia ordinaria en la tecnica. Ademas, los elementos descritos con respecto a una realizacion pueden implementarse en otras realizaciones incluso cuando no se describen en tales realizaciones a menos que se indique lo contrario. Aunque una reivindicacion dependiente puede referirse en las reivindicaciones a una combinacion especlfica con una o mas reivindicaciones, otras realizaciones tambien pueden incluir una combinacion de la reivindicacion dependiente con el objeto de cada otra reivindicacion dependiente o una combinacion de una o mas caracterlsticas con otra reivindicacion dependiente o independiente. Tales combinaciones se proponen aqul a menos que se indique que una combinacion especlfica no esta prevista. Ademas, tambien pretende incluir las caracterlsticas de una reivindicacion en cualquier otra reivindicacion independiente, incluso si esta reivindicacion no se hace directamente dependiente de la reivindicacion independiente.

Aunque una reivindicacion dependiente puede referirse en las reivindicaciones a una combinacion especlfica con una o mas reivindicaciones, otras realizaciones tambien pueden incluir una combination de la revindication dependiente con el objeto de cada otra revindication dependiente o una combination de una o mas caracterlsticas con otras reivindicaciones dependientes o independientes. Tales combinaciones se proponen aqul a menos que se indique que una combination especlfica no esta prevista.

Para los fines de interpretar las reivindicaciones, se pretende expresamente que las disposiciones de la Section 112, sexto parrafo de 35 U.S.C. no deben invocarse a menos ^{que los terminos especlficos "medios para" o "paso para" se reciten en una re}v^indication.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de mineria con gula direccional avanzada configurado para permitir la excavacion precisa de material geologico sin la necesidad de avanzar una llnea de levantamiento a larga distancia y/o una trayectoria de excavacion no lineal, donde el sistema de mineria comprende:

una maquina de mineria que tiene un mecanismo de accionamiento orientable configurado para hacer avanzar la maquina de mineria a lo largo de una trayectoria de excavacion prevista, un mecanismo de corte configurado para separar material geologico de una pared de la trayectoria de excavacion, un mecanismo de barrena configurado para recolectar el material geologico separado y un mecanismo transportador configurado para transportar el material geologico recolectado a la parte trasera de la maquina de mineria;

una cadena transportadora configurada para transportar el material geologico a la salida de una mina; y

un sistema de gula inercial configurado para detectar el movimiento de la maquina de mineria y proporcionar gula direccional como ayuda para guiar el mecanismo de accionamiento orientable a lo largo de la trayectoria de excavacion prevista, donde el sistema de gula inicial incluye:

al menos un acelerometro configurado para detectar la aceleracion a lo largo de un eje x de la maquina de mineria, a lo largo de un eje y de la maquina de mineria, y/o a lo largo de un eje z de la maquina de mineria;

al menos un giroscopio configurado para detectar la rotacion alrededor del eje x de la maquina de mineria, la rotacion alrededor del eje y de la maquina de mineria, y/o la rotacion alrededor del eje z de la maquina de mineria; y

un controlador logico programable configurado para recibir datos de aceleracion detectados de los al menos un acelerometro y/o datos de rotacion de el al menos un giroscopio, determina el movimiento de la maquina minera como una funcion del tiempo y calcula la gula direccional para mantener el avance de la maquina de mineria a lo largo de la trayectoria de excavacion prevista.

2. El sistema de mineria de la reivindicacion 1, en el que el sistema de gula inercial incluye ademas una memoria en la que se almacena el movimiento de la maquina de mineria como una funcion del tiempo.

3. El sistema de mineria de la reivindicacion 1 o 2, en el que el sistema de gula inercial incluye ademas una pantalla.

4. El sistema de mineria de la reivindicacion 3, en el que la pantalla esta configurada para mostrar graficamente el movimiento de la maquina de mineria como una funcion del tiempo.

5. El sistema de mineria de la reivindicacion 3, en el que la pantalla esta configurada para mostrar graficamente una comparacion de la trayectoria de excavacion prevista con la trayectoria de excavacion real de la maquina minera.

6. El sistema de mineria de la reivindicacion 3, en el que la pantalla esta configurada para mostrar graficamente las trayectorias de excavacion anteriores excavadas por la maquina de mineria, as! como el material no minado necesario para el soporte estructural entre trayectorias excavadas adyacentes en un formato de mapa.

7. El sistema de mineria de la reivindicacion 3, en el que la pantalla esta configurada para mostrar graficamente la gula direccional calculada de la maquina de mineria.

8. El sistema de mineria de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el sistema de gula inercial incluye ademas un bus de comunicacion configurado para transmitir la gula direccional computada al mecanismo de accionamiento orientable.

9. El sistema de mineria de la reivindicacion 1, en el que el mecanismo de accionamiento orientable esta configurado para dirigir automaticamente la maquina de mineria de acuerdo con la gula direccional.

10. El sistema de mineria de la reivindicacion 1, en el que el sistema de gula inercial incluye ademas dispositivos de detection adicionales configurados para detectar al menos uno de aceleracion y rotation a lo largo de la cadena transportadora.

11. El sistema de mineria de la reivindicacion 1, en el que el sistema de gula inercial comprende tres acelerometros, en el que un primer acelerometro esta configurado para detectar la aceleracion a lo largo del eje x de la maquina de mineria, un segundo acelerometro esta configurado para detectar la aceleracion a lo largo del eje y de la maquina de mineria, y un tercer acelerometro esta configurado para detectar la aceleracion a lo largo del eje z de la maquina de mineria.

12. El sistema de mineria de la reivindicacion 1, en el que el sistema de gula inercial comprende tres giroscopios, en el que al menos un giroscopio esta configurado para detectar la rotacion alrededor del eje x de la maquina de mineria, al menos un giroscopio esta configurado para detectar la rotacion alrededor del eje y de la maquina de mineria, y al menos un giroscopio esta configurado para detectar la rotacion alrededor el eje z de la maquina de mineria

13. Un metodo para proporcionar gula de direction a un sistema de mineria, con el fin de permitir la excavation precisa de material geologico sin la necesidad de avanzar una llnea de levantamiento sobre una larga distancia y/o una trayectoria de excavacion no lineal, donde el metodo comprende:

proporcionar una maquina de mineria que tenga un sistema de gula inercial que incluya:

al menos un acelerometro configurado para detectar la aceleracion a lo largo de un eje x de la maquina de mineria, la aceleracion a lo largo del eje y de la maquina de mineria y/o a lo largo de un eje z de la maquina de mineria;

un controlador logico programable configurado para recibir datos detectados desde el al menos un acelerometro y el al menos un giroscopio y calcular la guia direccional con el fin de mantener un rumbo prescrito;

avanzar la maquina de mineria a lo largo de una trayectoria de excavacion previsto;

detectar el movimiento de la maquina de mineria;

determinar el movimiento de la maquina de mineria como una funcion del tiempo; y

proporcionar guia direccional para mantener el avance de la maquina de mineria a lo largo de la trayectoria de excavacion prevista.

14. El metodo de la reivindicacion 11, en el que el sistema de guia inercial incluye ademas una memoria en la que se almacena el movimiento de la maquina de mineria como una funcion del tiempo.

15. El metodo de la reivindicacion 11 o 12, en el que el sistema de guia inercial incluye ademas una pantalla.

16. El metodo de la reivindicacion 13, que comprende ademas mostrar el movimiento de la maquina de mineria como una funcion del tiempo.

17. El metodo de la reivindicacion 13, que comprende ademas mostrar una comparacion de la trayectoria de excavacion prevista con una trayectoria de excavacion real de la maquina de mineria.

18. El metodo de la reivindicacion 13, que comprende ademas mostrar las trayectorias de excavacion anteriores excavadas por la maquina de mineria, asi como el material no minado necesario para el soporte estructural entre trayectorias excavadas adyacentes en un formato de mapa.

19. El metodo de la reivindicacion 13, que ademas comprende mostrar la guia direccional calculada de la maquina de mineria.

20. El metodo de la reivindicacion 13, que comprende ademas transmitir la gula direccional calculada a un mecanismo de accionamiento orientable.

21. El metodo de la reivindicacion 13, que comprende ademas dirigir automaticamente la maquina de minerla de acuerdo con la gula direccional.

22. El metodo de la reivindicacion 13, que comprende ademas detectar al menos uno de aceleracion y rotacion a traves de dispositivos de detection adicionales a lo largo de una cadena transportadora.

23. El metodo de la reivindicacion 13, en el que el sistema de gula inercial comprende tres acelerometros, en el que un primer acelerometro esta configurado para detectar la aceleracion a lo largo del eje x de la maquina de minerla, un segundo acelerometro esta configurado para detectar la aceleracion a lo largo del eje y de la maquina de minerla y un tercer acelerometro esta configurado para detectar la aceleracion a lo largo del eje z de la maquina de minerla.

24. El metodo de la reivindicacion 13, en el que el sistema de gula inercial comprende tres giroscopios, en el que al menos un giroscopio esta configurado para detectar la rotacion alrededor del eje x de la maquina de minerla, al menos un giroscopio esta configurado para detectar la rotacion alrededor del eje y de la maquina de minerla, y al menos un giroscopio esta configurado para detectar la rotacion alrededor del eje z de la maquina de minerla.