UA89535C2 - Спосіб контролю горизонту при розробці родовища та пристрій для його здійснення, спосіб ідентифікації структури корисної копалини та пристрій для його здійснення - Google Patents

Abstract

Спосіб та пристрій для контролю горизонту при розробці родовища. Підрубуванням копалини (3) з пласта (1) оголюють свіжу поверхню копалини (25), яку обстежують безпосередньо біля врубового пристрою. Реєструють будь-яку ділянку температурного контрасту від інфрачервоного випромінювання між верхньою та нижньою границею спостереження. Визначають принаймні одну координату по висоті ділянки (33) температурного контрасту і подають вихідний сигнал, що вказує визначену координату по висоті, який і використовують для контролю горизонту.

Description

виконання з посиланням на супровідні креслення на основі розробки з довгими забоями. Як зазначено перед цим, винахід не повинен обмежуватися розробками з довгими забоями і подальший опис слід розглядати як приклад. Для інших способів розробки родовища, подібним чином можуть використовуватися викладені тут принципи.

На кресленнях:

Фіг.1 зображає схематичний вид перспективи процесу розробки з глибокими забоями глибоко в землі;

Фіг2 зображає схематичну діаграму, подібну до зображеної на фіг.1, яка показує пласт видобутої копалини, який показує ділянку температурного контрасту інфрачервоного випромінювання у формі смуги на свіжій поверхні після виймання копалини; фіг.3 зображає схематичний вид, який показує зону обзору інфрачервоної камери, що оглядає на місці свіжу поверхню після виймання копалини на ділянці врубувального пристрою та між нижньою границею пласту та верхньою границею пласту; фіг.4 зображає діаграму, яка показує зону обзору інфрачервоної камери, як це зображено на Ффіг.3, проте, яка показує первинну координату для визначення ділянок температурного контрасту;

Ффіг.5 зображає графік, який показує рівні інтенсивності сірих пікселів зображення, виміряні вздовж лінії, зображеної на фіг.4; фіг.б6 зображає графік, який показує висоту ділянки температурного контрасту в залежності від положення гірничого комбайну;

Фіг.7 показує схему функціонального блоку, яка відображає пристрій для обробки сигналів зображення ділянки температурного контрасту інфрачервоного випромінювання, одержаних від інфрачервоної камери, яка візуально оглядає інфрачервоне випромінювання свіжої поверхні після виймання копалини; фіг.8 зображає алгоритм обробки, використовуваний з пристроєм, схематично зображеним на Фіг.7; фіг.9 зображає вид, подібний до виду на Фіг.3, проте який показує друге спостереження інфрачервоного випромінювання свіжої поверхні після виймання копалини для визначення верхньої або нижньої границі пласту;

Фіг.10 зображає блок-схему, подібну до блок-схеми, зображеної на Фіг.7, проте, яка показує додавання блоків для обробки інформації про верхню і/або нижню границю пласту копалини; фіг.11 зображає алгоритм для використання з пристроєм, зображеним на Фіг.10 до міри, необхідної для визначення верхньої і/або нижньої границі пласту,

Фіг.12 зображає алгоритм, який показує вихідні сигнали для застосування при контролі горизонту гірничого комбайну, і

Фіг.13 зображає функціональну схему, яка показує автоматизований контроль горизонту в гірничому комбайні.

В наступному описі обговорюється розробка з довгими забоями. Як зазначено перед цим, винахідницькі ідеї не повинні обмежуватися розробкою з довгими забоями. Винахідницькі ідеї можуть практикуватися в інших шахтних застосуваннях/підходах, а винахід повинен розглядатися як той, що також поширюється на інші шахтні застосування/підходи.

Фіг.1 зображає схематичний вид перспективи, який показує пласт 1 копалини З в шахті. Типово, копалина

З є вугіллям, проте вона може бути іншим матеріалом. Вугілля зазвичай відкладається в шарах пласту 1.

Пласт 1 обмежений верхніми шарами 5 та нижніми шарами 7. Вугілля може відкладатися в шарах різних геологічних матеріалів, таких як саме вугілля, глина або зола або інший матеріал змінної товщини та твердості. Ця шаруватість може з'являтися у вигляді тонких горизонтальних лінійних смуг в пласті 1 вугілля. Ці лінійні смуги сильно зв'язані з профілем пласту 1. Через те, що ці лінійні смуги сильно зв'язані з профілем пласту 3, ми зрозуміли, що реєструючи одну або більшу кількість цих лінійних смуг, ми можемо надати засіб для одержання первинної координати для контролю горизонту гірничого комбайну. Типово, смуги не завжди чітко видимі неозброєним оком і, потрібен деякий автоматизований процес для виявлення однієї або більшої кількості смуг, і для формування вихідних сигналів, що можуть використовуватися традиційною схемою контролю горизонту гірничого комбайну для контролю положення горизонту гірничого комбайну та, таким чином, встановленого врубувального пристрою. фіг.1 зображає частково вириту шахту, де гірничий комбайн 9 має обертальний врубувальний пристрій 11.

Врубувальний пристрій 11 встановлений на важелі 13, що може гойдатися вгору і вниз відносно гірничого комбайну 9. Гірничий комбайн 9 встановлений на рейкових засобах 15, що простягаються по ширині пласту 1 (або принаймні по ширині передбаченої розроблюваної ділянки пласту 1). Гірничий комбайн 9 рухається по рейкових засобах 15, а важіль 13 піднімається або опускається так, що обертальний врубувальний пристрій 11 виймає копалину З з пласту 1. В деяких випадках, гірничий комбайн У може мати другий важіль 13 та врубувальний пристрій 11, розташований на іншому кінці гірничого комбайну 9. У цьому випадку, один з ножових валів 11 виймає копалину З з пласту 1 вгору в напрямку покрівлі 17 шахти, а інший врубувальний пристрій 11 виймає вниз до підошви 19 шахти. Типово, покрівля 17 знаходиться в стику між пластом 1 та верхніми шарами 5. Подібним чином, підошва 19 знаходиться в стику між пластом 1 та нижніми шарами 7.

Нависаюча покрівля 17 утримується великою кількістю кострових кріплень 21. Зображені тільки два кострові кріплення 21, проте на практиці присутні багато кострових кріплень 21, розташованих одне біля одного по довжині рейкових засобів 15. Кострові кріплення 21 з'єднуються своїми нижніми опорними ділянками з рейковими засобами 15 і ними можна маніпулювати для проштовхування рейкових засобів 15 вперед в напрямку до пласту після проходження гірничого комбайну 9. Костровими кріпленнями 21 можна додатково маніпулювати для подальшого штовхання їх в напрямку до рейкових засобів 15, які рухають верхні кріпильні плечі 23 впритул до свіжої поверхні 25 після виймання копалини з пласту 1. Спосіб для переміщення гірничого комбайну 9 і гойдання ножових валів 11 та переміщення кострових кріплень 21 розглядаються як відомі самі по собі в області розробки з довгими забоями і тут далі детально описуватися не будуть. фіг.2 зображає вид перспективи пласту 1 копалини З в розробленому стані, як це зображено на фіг.1 без верхніх шарів 5, нижніх шарів 7, гірничого комбайну 9 та кострових кріплень 21. Тут, чітко показано, що врубувальний пристрій 11 гірничого комбайну вирубав свіжу поверхню 25 копалини, яка має вертикальну стінку 27, що проходить від однієї сторони до іншої вздовж пласту 1. Вона також має вертикальну торцеву стінку 29, що заглиблена в пласт, на глибину, яка дорівнює глибині занурення врубувального пристрою 11.

Ффіг.2 також показує попередньо поверхню 31 врубу копалини, що проходить паралельно свіжій поверхні 25 врубу копалини. Ффіг.2 також показує єдину смугу або характеристику 33, що проходить крізь увесь пласт 1. На практиці, може бути одна або більша кількість смуг або характеристик 3, які усі приблизно проходять в площинах, паралельних одна одній. Смуги або характеристики 33 є головним чином плоскими, проте існують деякі нахили і інші контури, присутні внаслідок природи шаруватості пласту 1. Типово, смуга або характеристика 33 складається з покладів матеріалу, що має твердість, більшу за твердість копалини З як такої. В деяких випадках, смуга або характеристика 33 може візуально розрізнятися неозброєним оком, проте вона може також бути невидимою для неозброєного ока.

Ми виявили, що, якщо спостерігається інфрачервоне випромінювання, випущене з свіжої поверхні 25 після виймання копалини біля врубувального пристрою 11, то смуга або характеристика 33 показує рівень інфрачервоного випромінювання, вищій за рівень інфрачервоного випромінювання оточуючої копалини 3. Це ймовірно відбувається через те, що врубувальний пристрій 11 нагріває матеріал смуги або характеристики 33 сильніше за матеріал копалини З під час процесу виймання/розробки. Відповідно, спостерігаючи інфрачервоне випромінювання свіжої поверхні 25 після виймання копалини в місці безпосередньо біля врубувального пристрою 11, можна визначати будь-які ділянки температурного контрасту із спостереження інфрачервоного випромінювання між верхньою границею спостереження та нижньою границею спостереження. У цей спосіб, якщо верхня границя ідеально знаходиться саме під стиком між пластом 1 та верхніми шарами 5 і/або нижніми шарами 7, то будь-які визначені ділянки температурного контрасту будуть вказувати наявність смуги або характеристики 33. Положення смуги або характеристики 33 може потім використовуватися для контролю горизонту в гірничому комбайні 9. Оскільки смуга або характеристика 33 головним чином паралельна верхній або нижній границі пласту 1, що стосується покрівлі 17 або підошви 19, то надання первинної координати на основі принаймні однієї ділянки температурного контрасту дозволяє використовувати ідеальний механізм для установки на задану позицію горизонту для контролю гірничого комбайну 9.

В прикладі переважного варіанту виконання, теплова інфрачервона відеокамера, яка працює з довгими хвилями системи РАЇ (8-14 мікрон) зі швидкістю 25 кадрів/с, використовується для надання цифрового зображення свіжої поверхні 25 після виймання копалини. Також може бути можливим використовувати відеокамеру дисплею, яка керується обчислювальною машиною, яка чутлива до коротких хвиль (1-3 мікрон) теплового інфрачервоного випромінювання для візуального спостереження свіжої поверхні 25 після виймання копалини. Пристрій для отримання зображення може належним чином вибиратися для узгодження з конкретною копалиною, яка видобувається, та гірничим обладнанням. Коли використовується відеокамера, то аналіз одержуваного цифрового зображення може проводитися в кожному кадрі або у вибраних кадрах, інакше кажучи в кожному 25-му кадрі. Альтернативно, може використовуватися теплова інфрачервона фотозйомна камера та зображення, згенеровані в наперед визначені часові інтервали, які залежать від швидкості руху гірничого комбайну 9 по поверхні пласту 1 під час розробки родовища. В представленому прикладі, відображальний пристрій є цифровою тепловою інфрачервоною камерою, що оглядає свіжу поверхню 25 після виймання копалини, яка проходить по ширині розробки пласту 1, і аналізується кожний кадр, оскільки це підвищує чутливість системи до малих показників теплового інфрачервоного випромінювання порівняно з аналізом кожного так званого 25-го кадру. В альтернативному варіанті виконання, свіжа поверхня після виймання копалини може бути вертикальною торцевою стінкою 29, яка представляє глибину врубу врубувального пристрою 11. Ця альтернатива повинна розглядатися в рамках винаходу.

Бажано, щоб камера оглядала досліджувану ділянку на свіжій поверхні 25 після виймання копалини в безпосередній близькості біля врубувального пристрою 11. У цей спосіб, залишкове інфрачервоне випромінювання буде досягати майже максимального рівня, де температура не буде спадати протягом певного періоду часу після проходження врубувального пристрою 11.

Чутливість до інфрачервоного випромінювання теплової інфрачервоної камери має особливу перевагу по відношенню до стандартних камер, які сприймають видиме світло, в операціях по розробці родовища.

Зокрема, теплові інфрачервоні камери, які сприймають довгі хвилі, сильно чутливі до оклюзій, спричинених пилом. Теплові інфрачервоні камери можуть також працювати у повній темряві, що додатково робить їх придатними до практичного застосування. Зона спостереження 34, яка охоплює досліджувану ділянку 35 камери, ймовірно повинна показувати важливі досліджувані ознаки, що появляються в тепловій області, яка іншим чином може не з'являтися у видимій області. Типовим положенням для встановлення камери є положення на корпусі гірничого комбайну 9 і вона орієнтована так, що камера має оглядуваний об'єкт на досліджуваній ділянці врубувального пристрою 11 і будь-якому оточуючому пласті 1 або шарах 5, 7, і так, що вона захищена від суворих робочих умов видобування.

Ффіг.3 зображає зону спостереження 34, яка охоплює досліджувані ділянку 35 цифрової відеокамери. У цьому випадку, досліджувана ділянка 35 має дещо трапецевидну форму. Це залежить від кута нахилу камери відносно свіжої поверхні 25 після виймання копалини. Досліджувана ділянка 35 вибирається в зоні спостереження 34 шляхом вибору конкретних пікселів для визначення її площі. фФіг.3 показує єдину смугу або характеристику 33, проте можуть бути присутніми інші смуги або характеристики 33. фіг.4 показує установку початкового положення 37 обзору на відстані "а" від нульового положення на горизонтальній осі "Х". Рівень початкового положення 37 рухається по вертикальній осі "у" вгору та вниз по висоті зони спостереження 35 інфрачервоного випромінювання. Фіг.4 показує, що рівень початкового положення 37 має точку перетину із смугою або характеристикою 33 на висоті "р" в напрямку "У" (вертикаль).

Таким чином, визначаючи координату, яка відноситься до перетину рівня початкового положення 37 із смугою або характеристикою 33, можна визначити положення смуги або характеристики 33 і використовувати положення координати для контролю горизонту гірничого комбайну 9.

Слід відмітити, що, коли гірничий комбайн 9 рухається по пласту 1, то зона спостереження 34 також буде рухатися і буде відслідковуватися положення однієї або більшої кількості смуг або характеристик 33. Таким чином, коли пласт 1 рухається вгору або вниз, то смуга або характеристика 33 повинна рухатися в унісон, і може здійснюватися безперервний контроль гірничого комбайну 9 шляхом визначення висоти місця перетину рівня вихідного положення 37 зі смугою або характеристиками 33. Таким чином, якщо положення по висоті смуги або характеристики 33 змінюється, то буде мати місце відповідна зміна в положенні координати перетину, яке може використовуватися для надання сигналу для контролю гірничого комбайну 9.

Посилаючись тепер на Ффіг.5, бачимо графік рівнів інтенсивності інфрачервоних пікселів, визначених з камери відносно фону на досліджуваній ділянці 35 в зоні спостереження 34. В прикладі, ордината вихідного положення 37 визначається спеціальними розташуваннями пікселів в цифровому зображенні, одержаного з цифрової відеокамери. Фіг.5 зображає рівні інтенсивності пікселів сірого кольору вздовж ординати вихідного положення 37, яка проходить вгору та вниз по висоті спостереження. На фіг.4 графік показує максимум серед значень інтенсивності сірих пікселів на відстані "р" по висоті. На Ффіг.5 відстань "р" по висоті зображена вздовж горизонтальної осі. Тут, локалізований максимум 39 з'являється серед значень інтенсивності сірих пікселів на висоті "Б". Величина локалізованого максимуму 39 зображена ординатою "а". Фіг.5 також показує, що може встановлюватися порогова величина, яка має ординату "Отіп". Таким чином, якщо локалізований максимум 39 перевищує порогову величину тії, то це потім представляє ділянку температурного контрасту відносно оточуючого фону. Це, у свою чергу, представляє висоту розміщення смуги або характеристики 33. Типово, дОтіп встановлюється вищою порогового рівня фону інфрачервоного випромінювання, випущеного свіжою поверхнею 25 після виймання копалини, для відомого складу копалини 3, такого як вугілля. Порогова величина, представлена величиною агтіп, необхідна для визначення, наприклад, того, де знаходиться смуга або характеристика 33, або чи вона відсутня або слабко відрізняється від фону. Якщо найбільше значення "а" даних інтенсивності сірих пікселів вертикальної лінії дорівнює або більше за задану мінімальну порогову величину дОтіп виявлення смуги, то індекс "р" (по горизонтальній осі), пов'язаний з максимальною величиною "а" береться як реальне положення ділянки температурного контрасту (і смуги або характеристики) на зображенні. Якщо величина "4" менша за поргогову величину аОтіп, то висота не обраховується.

Будь-яке відслідковування смуги або характеристики 33 потребує взяття до уваги похибок і шуму спостереження, пов'язаного з виявленням і/або способами локалізації. Це особливо важливо у випадках, де смуга або характеристика 33 з'являється на інфрачервоному зображенні відносно слабкою. В деяких випадках, значення інтенсивності можуть бути такими великими відносно фону, що спеціальна обробка може бути непотрібною. У випадку, де може бути відносно слабкий максимум локалізованого інфрачервоного випромінювання, то може застосовуватися робастний фільтр, який відслідковує ознаку. Фільтр "Калмана" представляє особливо корисний робастний фільтр і добре відомий для обробки сигналів.

Фільтр Калмана рекурсивно генерує оцінки параметру, використовуючи вектор стану, модель системи та модель спостережень. Для цього одновимірного варіанту відслідковування положення в залежності від швидкості, вектор стану задається вектором (2хХ1) що

ЇМ(Ю) який містить істинну висоту Н(Ї) і швидкість м) смуги або характеристики 33 в момент часу Її. Модель системи задається рівнянням х((-1)-ЕХх()-к(), де

Е-Г АТ

Ю ті є матрицею (2х2) моделі, яка описує еволюцію системи, АТ представляє проміжок часу між сусідніми кадрами зображення, і де м() є матрицею (2х1), яка представляє збурення системи для надання можливості відслідковування ознаки смуги маркера. Припускається, що елементи матриці м) розподілені як Гаусівський шум з нульовим середнім та коваріаційною матрицею О розміру (2х2). Рівняння спостереження має вигляд

Б(0-Нх(дО-щ(0), де Б() представляє оцінку висоти, згенеровану смугою або детектором характеристики 33 і процесом локалізації в момент часу Її, Н-Г1 0) є вектором розміру (1х2), х() є вищезгаданим вектором стану, а щ() представляє похибку, пов'язану з алгоритмом знаходження смуги маркера. Значення щі) вважається розподіленим як Гаусівський шум з нульовим середнім та коваріацією В.

Під час ініціювання процесу відслідковування, відповідним елементам вектора стану присвоюються значення висоти положення поточної смуги або характеристики 33 або нульової швидкості, при цьому діагональним елементам коваріаційної матриці ОО моделі системи присвоєно значення 0,01, яке представляє гарну модель для типово повільно задіюваної динаміки смуги або характеристики 33, а коваріація В, пов'язана з рівнянням обзору, є відносно великою величиною, що дорівнює 10,0, що відповідає поточній практиці, для забезпечення збіжності. Фільтр Калмана реалізується з використанням стандартних етапів прогнозу та корекції, деталі яких широко доступні в публічній літературі.

Оцінки, одержані фільтром Калмана, забезпечують краще представлення динаміки виявленої смуги або характеристики 33 і показують високу стійкість до шуму для невідфільтрованих оцінок. Етап фільтрування

Калмана, хоча й не є суттєвим, підтверджує особливу корисність у випадках, де інтенсивність смуги або характеристики 33 є відносно слабкою (тобто, низьке відношення сигнал/шум), оскільки він представляє стійкий та детермінований спосіб, який має справу з шумом та похибкою вимірювання.

Слід зазначити, що може існувати багато максимумів інтенсивності сірих пікселів вздовж вихідного рівня, кожен з яких представляє іншу смугу або характеристику 33. Окрім того, ці максимуми можуть мати різні значення інтенсивності пікселів максимумів. Все це може оброблятися для визначення того, чи перевищують вони порогову величину, і усе це або вибрані серед них значення використовуються для контролю горизонту. фіг.б показує графік смуги або характеристики 33 в залежності від положення гірничого комбайну 9.

Реальна реєстрація координати по висоті смуги або характеристики 33 по своїй суті є визначенням розміру ділянки. Під час роботи гірничого комбайну вигідно посилатися на координату по висоті смуги або характеристики 33 як функцію від положення замість часу. Це легко здійснюється реєстрацією значень висоти положення смуги або характеристики 33 відносно положення гірничого комбайну 9. Фіг.б ілюструє типові вихідні дані з алгоритму відслідковування (на нього будуть посилатися пізніше), який показує висоту положення смуги або характеристики 33 як функцію горизонтального положення поверхні гірничого комбайну 9 по ширині пласту 1.

Фіг.7 зображає блок-схему, яка показує блоки пристрою, використовуваного для надання вихідного сигналу для контролю горизонту гірничого комбайну. Тут, пристрій використовує вищеописані принципи.

Теплова інфрачервона цифрова відеокамера 41 оглядає свіжу поверхню 25 після виймання копалини і має зону спостереження 34, яка охоплює досліджувану ділянку 35. Цифрові вихідні сигнали 43 надсилаються до блоку 45 для одержання зображень для прийому сигналів інфрачервоного зображення свіжої поверхні 25 після виймання копалини безпосередньо біля врубувального пристрою 11 гірничого комбайну. Сигнали 47 є вихідними сигналами з блоку 45 для одержання зображень і надсилаються до блоку 49 для обробки сигналів, де сигнали інфрачервоного зображення на досліджуваній ділянці 35 реєструються для принаймні однієї ділянки температурного контрасту між верхньою частиною зображення та нижньою частиною зображення, і між верхньою границею пласту та нижньою границею пласту. Якщо реєструється принаймні одна ділянка температурного контрасту, то сигнали 51 надсилаються до блоку 53 для визначення положення по висоті, де координата положення по висоті обраховується для принаймні однієї вибраної ділянки температурного контрасту. Сигнали 55, які відображають координату положення по висоті, потім надсилаються до блока 57 для вихідних сигналів для надання вихідного сигналу 59, який вказує обраховане положення по висоті принаймні однієї ділянки температурного контрасту так, що вихідний сигнал 59 може використовуватися в схемі 61 контролю горизонту гірничого комбайну. Різні блоки, позначені на Фіг.7, можуть бути окремими блоками або можуть бути блоками в комп'ютерному пристрої. Типово, блоки конфігуруються в комп'ютерному пристрої, який використовує програмне забезпечення, передбачене для конфігурування комп'ютера для здійснення бажаних функцій. Хоча координата положення по висоті була описана як одномірна координата, вона може бути двовимірною або тривимірною шляхом відповідного введення інформаційних сигналів абсолютної величини вектора положення гірничого комбайну 9 в шахті. Такі сигнали можуть одержуватися з інерційних навігаційних блоків, зв'язаних з гірничим комбайном 9.

Ффіг.8 показує алгоритм виконуваних процесів. Тут, етап 1 визначає положення гірничого комбайну.

Придатний пристрій для визначення положення зазвичай встановлюється на найбільшому обладнанні для видобутку вугілля, такому як виймальні комбайні для довгих забоїв або виймальні комбайни неперервної дії.

Таким чином, на етапі 1 можуть генеруватися сигнали, які представляють положення гірничого комбайну 9.

Незалежні відомі засоби позиціонування гірничого комбайну можуть використовуватися для формування, в разі потреби, сигналів, які вказують положення гірничого комбайну. На етапі 2, теплові інфрачервоні зображення приймаються з використанням прямого цифрового інтерфейсу або застосуванням стандартного аналога способам цифрового перетворення у випадку, коли зображення є аналоговим. Типове теплове зображення показане тут на Фіг.4. Слід зазначити, що від точки одержання даних вихідна інформація з теплової інфрачервоної відеокамери є аналогічною до інформації стандартної камери для кадрових зображень, тобто, до послідовності кадрових зображень в цифровій або аналоговій формі. Алгоритм, зображений на Ффіг.8, послідовно обробляє кожен кадр зображення, номінально не беручи до уваги швидкість одержання. Цей вибір кадру є довільним і не є обмежувальним.

На етапі 3, визначається зміна положення комбайну. Саме через це, незважаючи на те, що гірничий комбайн 9 просунувся по поверхні пласту 3, повинна бути потреба в повторній обробці існуючого зображення, одержаного камерою 41. Таким чином, сигнали з процесу позиціонування комбайну порівнюються для реєстрації переміщення комбайну 9 і, таким чином того факту, що сигнали зображення можуть оброблятися на етапі 4. На етапі 4, в разі присутності смуги або характеристики 33, вона вказує місцеву ознаку відносно місцевого фону. Таким чином, множина даних формується відслідковуванням величини пікселя зображення на ординаті вихідного положення 37. Це призводить до генерування множини даних, подібної до зображеної на Фіг.5. На етапі 5, локалізований максимум 39 визначається рівнями інтенсивності значень сірих пікселів по вертикальній лінії вихідного положення і вниз по висоті обзору зони спостереження 34 на ординаті вихідного положення 37. Найяскравіша точка серед величин інтенсивності пікселів представляє локалізований максимум 39. Етап 6 визначає, чи перевищує максимум 39 встановлений поріг, представлений величиною авіп (фіг.5). На етапі 7, застосовується робастний відслідковуючий фільтр, такий як попередньо описаний фільтр

Калмана. На етапі 8, визначається висота локалізованого максимуму 39 (висота "Б" на Фіг.4). Може бути бажаним виразити це значення висоти в іншій координатній системі, такій як координатна система гірничого комбайну. Це може досягатися прямим застосуванням способів калібрування камери, у яких положення камери на гірничому комбайні 9 є відомими.

Тут слід зазначити, що опис на даний момент відноситься до виявлення єдиної смуги сигналу або характеристики 33 в зоні спостереження 34 досліджуваної ділянки 35. Множина смуг або характеристик 33 може виявлятися, а алгоритм належним чином сформульований для надання можливості відповідного відслідковування двох або більшої кількості зареєстрованих смуг або характеристик 33. Таким чином, одна або більша кількість зареєстрованих смуг або характеристик 33 може використовуватися для контролю горизонту гірничого комбайну. Це особливо корисно там, де одна або більша кількість смуг або характеристик

З3 може зникати на досліджуваній ділянці 35, тоді як інші смуги або характеристики можуть залишатися незачепленими.

На етапі 9, координати по висоті, визначені на етапі 8, перетворюються як функція положення комбайну, як це тут представлено на Фіг.б6. Таким чином, вихідний сигнал 63 може надсилатися до гірничого комбайну 9 для контролю горизонту.

Посилаючись тепер на Фіг.9, бачимо вид, подібний до зображеного на Фіг.3, проте, який також зображає другу досліджувану ділянку інфрачервоного зображення 67. Тут, друга досліджувана ділянка 67 розташована з охопленням місця перетину свіжої вертикальної поверхні 25 врубу із покрівлею 17 або підошвою 19. Площа та положення другої досліджуваної ділянки ідентифікується розташуванням пікселів в зображенні зони спостереження 34. Таким чином, друга досліджувана ділянка 67 надсилає додаткові сигнали інфрачервоного зображення для реєстрації будь-якої ділянки температурного контрасту в місці перетину вертикальної поверхні 25 врубу (дивіться фіг.2) або горизонтальної поверхні покрівлі 17 або підошви 19 врубу пласта. Тут, будь-яка зареєстрована ділянка температурного контрасту інфрачервоного випромінювання визначає місце перетину пласту 1 з верхніми шарами 5 і/або нижніми шарами 7. Таким чином, сигнали, які вказують положення по висоті, можуть генеруватися цими додатковими сигналами інфрачервоного зображення від свіжої поверхні після виймання копалини, які використовуються з сигналами попередньо описаної смуги або характеристик 33 для контролю горизонту. Таким чином, у цьому випадку, додаткові сигнали інфрачервоного зображення можуть оброблятися для надання положень по висоті місця перетину вертикальної поверхні 25 врубу з покрівлею 17 або підошвою 19 для обмеження ділянки руху вгору і/або вниз важеля 13 для, у свою чергу, контролю верхньої границі розробки пласту та нижньої границі розробки пласту. У цьому випадку, генерується другий вихідний сигнал, який вказує визначене координатне положення по висоті ділянки температурного контрасту в місці перетину.

Ффіг.10 зображає блок-схему обладнання, яке має попередньо описаний пристрій, який визначає смугу або характеристику 33, і пристрій для реєстрації місця перетину вертикальної поверхні врубу з покрівлею 17 або підошвою 19. У цьому прикладі, використовується одна інфрачервона відеокамера 41 для досліджуваної ділянки 35, а додаткова інфрачервона відеокамера 69 використовується для другої досліджуваної ділянки 67.

В попередньому обговоренні, єдина інфрачервона камера 41 використовувалась для охоплення обох досліджуваних ділянок 35, 67. У цьому прикладі, друга інфрачервона відеокамера 69 використовувалась для відображення того факту, що принципи не повинні обмежуватися простим застосуванням єдиної інфрачервоної камери. Лівосторонні блоки з фіг.10 дублюють блоки, зображені на Фіг.7, і далі описуватися не будуть. Праворуч на Ффіг.10 зображена друга теплова інфрачервона відеокамера 69, яка має досліджувану ділянку 67. Цифрові вихідні сигнали 71 надсилаються до блоку 73 для одержання зображень. Сигнали 75 є вихідними сигналами з блоку 73 для одержання зображень і надсилаються до блоку 49 для обробки сигналів.

Тут сигнали надсилаються до блоку 53 для визначення положення по висоті, де обраховуються координатні положення по висоті ділянок температурного контрасту, що визначають місце перетину вертикальної поверхні врубу пласту з покрівлею 17 і/або підошвою 19. Тут, сигнали надсилаються до блоку для вихідних сигналів для визначення сигналів, які вказують координатне положення, які надсилаються до схеми 61 контролю гірничого комбайну для контролю гірничого комбайну. фіг.11 зображає алгоритм обробки для виявлення перетину свіжої поверхні 25 після виймання копалини з покрівлею 17 або підошвою 19. Цей алгоритм вимагає двох параметрів, які встановлюються під час початкового калібрування. Перший параметр відповідає пороговій величині, вище якої досягається стик вугільного пласту з покрівлею 17 або підошвою 19. Поріг виявлення встановлюється рівним 7090 максимального значення інтенсивності і представляє відповідний початковий вибір. Другий параметр є висотою виймання пласту, яка може легко визначатися гірничим комбайном 9, який сам використовує відомі способи.

На етапі 1, положення комбайну визначається згідно з тими ж способами, описаними для етапу 1 на Ффіг.8.

На етапі 2, здійснюється одержання зображень і це знову ідентично з етапом 2, зображеним на фіг.8, проте з іншої камери або досліджуваної ділянки в зображенні від єдиної камери. На етапі 3, визначається середня величина інтенсивності усіх пікселів на зображенні зони спостереження. Якщо середнє значення інтенсивності змінюється, як це відзначено процесом осереднення усіх рівнів величини інтенсивності пікселів на зображенні від другої камери 69, то може визначатися місце перетину врубувального пристрою 11 з покрівлею 17 або підошвою 19. На етапі 4, зберігається максимальна середня величина інтенсивності пікселів. Така величина може значно змінюватися, коли врубувальний пристрій 11 рухається крізь сегменти твердішого матеріалу (наприклад, камінь) і забезпечує робастне вимірювання будь-яких величин інтенсивності теплового випромінювання. Максимальна середня величина зберігається для поточного положення комбайну 9.

На етапі 5, процес використовується для визначення того факту, чи змінилося горизонтальне положення комбайну. Це ідентично до етапу 4 на Ффіг.8. На етапі 6, величина середньої інтенсивності, обрахована на ньому, порівнюється з наперед визначеною пороговою величиною виявлення стику. Якщо середня величина вища за порогову величину виявлення стику вугілля, то стик вугільного пласту вважається пройденим. навпаки, якщо середнє значення нижче порогової величини вугільного стику, то вважається, що гірничий комбайн врубується в пласт 1. На етапі 8, вихідний сигнал містить інформацію про положення стику пласту з покрівлею 17 або підошвою 19. Це забезпечує максимальну висоту для видобутку копалини комбайном або малу висоту для розробки пласту. На етапі 9, генерується вихідний сигнал середньої точки, якщо не визначається перетин вугільного стику. Це забезпечує придатний індикаторний сигнал (наприклад, половину вийнятої висоти пласту) для надання вихідної інформації, придатної для застосування в системі контролю горизонту. Альтернативно, придатний індикаторний сигнал може встановлюватися для запуску системи контролю гірничого комбайну в режимі без зворотного зв'язку.

Тут описана система, яка відслідковує, смугу або характеристику 33, а детектор вугільного стику для виявлення стику вертикальної свіжої поверхні 25 після виймання копалини з покрівлею 17 або підошвою 19 забезпечує два компліментарні місцеві визначення поведінки пласту 1. Хоча вихідні сигнали систем можуть використовуватися незалежно, вони також можуть корисно поєднуватися для забезпечення робастної завбачуваної-зворотної сенсорної здатності для застосування в контролі горизонту гірничого комбайну 9 в реальному часі.

Фіг.12 показує як вихідні сигнали системи виявлення стику та відслідковування смуги або характеристики

З3 можуть поєднуватися для надання робастної ординати вихідного положення для контролю горизонту.

Таким чином, якщо повинно відбутися так, що основний та переважний режим роботи, який використовує смугу або характеристику 33, не доступний, то потім вихідний селектор може експлуатуватися для використання сигналів граничного стику хімічно активного (і крупнішого) вугільного пласту для контролю горизонту. Якщо формуються сигнали, які відслідковують смугу або характеристику 33, і не формуються сигнали перетину стику, то система може видавати, в залежності від спеціальної стратегії керування горизонтом місця розробки родовища, вихідні сигнали останньої смуги або характеристики 33, сигнали, які вказують висоту виймання половини пласту або нульові сигнали. Тут, на етапі 1, робиться оцінка смуги маркера для визначення присутності смуги або характеристики 33. Якщо вона присутня, то на етапі 2 формується вихідний сигнал, який вказує висоту. Якщо не визначається смуга або характеристика 33, то потім на етапі З робиться оцінка відносно того, чи виявлено стик вугільної підошви. Якщо він виявлений, то визначається вихідний сигнал для вказання висоти підошви. Якщо не виявлено стик підошви, то на етапі 5 робиться оцінка щодо того, чи виявлено перетин покрівлі. Якщо це виявлено, то формується вихідний сигнал для вказання висоти покрівлі 17. Якщо стик не виявлено, то на етапі 7 формують вихідні сигнали, які вказують останню відому висоту положення смуги.

Для здійснення контролю горизонту гірничого комбайну, такого як виймальний комбайн для розробки довгими забоями, вихідний сигнал системи, яка відслідковує смугу або характеристику 33, надсилається в існуючу контрольну систему важеля 13 гірничого комбайну для розробки довгими забоями. Важелі 13 є основним засобом регулювання положення горизонту (горизонталі) виймального комбайну 9 для розробки довгими забоями, коли він виймає копалину 3, таку як вугілля. Поправки до горизонту розробки родовища зазвичай застосовуються на кожному зворотному і прямому лінійному циклі гірничого комбайну 9 вздовж рейкових засобів 15. Сигнали які вказують висоту положення смуги або характеристики 33, можуть миттєво контролюватися контрольною системою, використовуючи виявлені висоти. Ось чому будь-яка зміна висоти очікується як цілком мінімальна. Якщо потрібно, то висоти в різних місцях вздовж поверхні шахти можуть зберігатися в запам'ятовуючому пристрої і потім братися з пам'яті на наступному зворотному або прямому лінійному циклі гірничого комбайну 9, де вони можуть братися з пам'яті і порівнюватися з будь-якими заново виміряними значеннями висоти положення смуг або характеристик 33.

Може братися до уваги динаміка контрольної системи гірничого комбайну 9, яка реєструє спеціальні механічні обмеження врубувального пристрою 11 і будь-яку бажану швидкість зміни профілю горизонту для забезпечення безпечного та практичного контролю.

Ффіг.13 зображає блок-схему, яка показує головну схему для автоматизації контролю горизонту в гірничому комбайні 9. Бажане вертикальне положення в пласті 1 є типово зафіксованим зміщенням від положення по висоті смуги або характеристики 33. Тут на етапі 1, встановлюють контрольну точку бажаного горизонту. На етапі 2, командний сигнал (похибка положення) надсилається до системи контролю положення важеля на етапі 3. На етапі 4, в пласті визначається реальне вертикальне положення гірничого комбайну 9. На етапі 5, об'єднані система виявлення положення смуги або характеристики 33 і система виявлення стику забезпечують здатність визначення вертикального положення для надання контуру керування.

Система вищезгаданого типу використовується в автоматизованих контрольних системах для видобування вугілля при розробці довгими забоями і мінімізує пошкодження обладнання з одночасним збільшенням продуктивності та покращенням безпеки персоналу. Використовуючи тут ці способи, для роботи буде не потрібна зовнішня еталонна інфраструктура, така як радіомаяки, маркери, смуги. Таким чином, існує підвищений практицизм і надійність гірничих комбайнів, які використовують наведені тут принципи. Наведені тут принципи можуть використовуватися або в реальному часі або автономно. Розкриті тут способи представляють автоматичні, оперативні, саморегулюючі способи виявлення покрівлі або підошви та виявлення смуги або характеристики 33 для контролю горизонту. Окрім того, вихідні сигнали, які вказують координати положень смуги або характеристики 33 або положення стику покрівлі 17 або підошви 19, можуть використовуватися в процесах спостереження розробки родовища для значного покращення операцій по його розробці.

Також слід відзначити, що описана тут система для виявлення положення смуги або характеристики 33 може використовуватися для ідентифікації ідентифіковуваної по температурі структури у видобутій копалині під час видобутку неї з шахти. Таким чином, реєструючи сигнали інфрачервоного зображення оглянутого положення свіжої поверхні після виймання копалини безпосередньо біля врубувального пристрою гірничого комбайна, можна одержати сигнали, які можуть використовуватися для ідентифікації ідентифіковуваної по температурі структури у видобутій копалині. Ідентифіковувана по температурі структура може ідентифікуватися або реєстрацією розміру (тобто номер пікселя високої інтенсивності) принаймні однієї ділянки температурного контрасту або реєстрацією розміру принаймні однієї ділянки температурного контрасту, температура якої вища за порогову величину. Вихідний сигнал може надсилатися від вихідного блоку для вказання ідентифіковуваної по температурі структури у видобутій копалині. У цьому прикладі, Фіг.7 показує необхідні блоки для обробки сигналів, де вихідний сигнал 59 забезпечує вказання ідентифіковувану по температурі копалину. Спеціальна діаграма схеми показана на Ффіг.14. Тут, цифрова відеокамера 41 буде надавати вихідні сигнали 43 для блоку 45 для одержання зображень. Блок 45 для одержання зображень буде обробляти сигнали 43 у той же спосіб, як це пояснено для Ффіг.7. Вихідні сигнали 47 будуть надсилатися до блоку 49 для обробки сигналів, який може визначати перевищення величиною інтенсивності температурних пікселів інфрачервоного випромінювання певної порогової величини, і надсилати вихідний сигнал 51 до блоку 57 для вихідних сигналів, який буде, у свою чергу, формувати вихідний сигнал 59, який вказує присутність або відсутність ідентифіковуваної по температурі структури у видобутій копалині. Таким чином, у цьому варіанті виконання, блок 49 для обробки сигналів може реєструвати або розмір принаймні однієї ділянки температурного контрасту або перевищення температурою ділянки температурного контрасту порогової величини температури.

У винахід можуть вноситися модифікації, як це повинно бути очевидним фахівцям у галузі контролю роботи гірничих комбайнів. Ці та інші модифікації можуть вноситися без виходу за рамки винаходу, суть якого повинна визначатися з вищезгаданого опису.

шин о Ід ---Я Кс та я ЩІ і нет НИ и «ох пе КИ : - я ; ння одн Хуан, Є о я оон ; ГА з ї ! Шк інн ж у нин хо ЕІ ето ких ж : я Шик: бус ев ки Повна

ОКХ Ма ф сссеннни й о ен - Ла х; ож п - со ге, 5 . нки

З й зок тю" оо - ж пт ХМ - ; 19 7 ях Ши 4 я Ї ти я

Фіг. 1 о-нт 55 !

Фіг.2

Фіг. З чі ! що І Ше -щ, а х

Фіг.4 : н їй | х яти 9 т- пня ннначтеноикитнной --г птнєтнекпкаклання чи под киткннпнж ек стирня ро.

Фіг.5

Положення А смуги по висоті -к

Положення комбайну

Фіг.6 45 ї- Камера «щі в 67 і І ! ! рили лок для і

У я я й ВШ і

В як Ко і з й і ї 45 В; БУ я ї

І - Ь3ф9 7 55 пеня І бпок дов : блок для І і феформування їх визначення положення і

Ї ї вихідних сигналів па висо | Н рр вя | ше кові

І х 1 |. ї і

Е ії і ї за- я Схева ковтволю я В горизонту прияичого і комбайну

Фіг.7

; Положення Ї м Одержують теплове Е комбайну Ж інфрачерконе зображення жи від'камени (3) «Положення я. ТАК і - й комбайну ; нич

За. ВМНВЮСЬ сш у ТАК 1 формують вертикатьммй о пфрокіль нт аненннаст ї о Знаходяте максимум у | показник на префікт. :

Максимум " НІ «. ВЕЛИЧИН. ж У їй "ее ТАК І ї 7 пасток робастний З щ-й Твідслідховуючий фільтр

Я Ї Візражають висоту піксеів ! АД фруєвтовй системі Е координат і

Ї ГЕВмражеють вікогу як ЩІ сте тез функцію від полОоження

Жомбейну 634

Фіг.8 що Й | -687

Фіг.9

М дк тн «р о

Фдержання Ор ння : 87 одьр бпок для - зображень й ! 45. / блоклля | "блоюдня формування ссннйфнто визначення І вихідних сигнал поепаження по висот - т -Б/ 4 сжмакон кни схема контролю горизонту приичого комбайну

Фіг.10

Одержують теплове : (2) фрачересне зображення: ; від камери дбчиспюють середнє

З Р значення мтенсивності «І Збертають максимальну 1 і І середню величиму ! і Положення -. тенет смпеолкнжтннннй (1 комбайну Ї (и Положення С НІ й плн не комбайну й ; : чок кінні с ВМІНИпОСЯ ре ! ! « ЕВиражають середню (6) величину вк функцію від ! попоження комбайну. ) «Береднятчс ; ! (З величина Б НІ !

Бонн х ее перевищує З еданачення Ї і

АТАК Надають середнє Є : Й ва Змачення ВиФоти Й

ГВ. Надаютетраничну висоту вийнятого пласту

Фіг.11

Ста

Й ї а о п ЗИ сеансу 7 те ТАК Надаютьвиссту і я Омугу знайдено ; ; положення смуги до: ф--я чу « : контрольної системи я Диввнено б ; пса ; ; я верхній йно ТАК Надають мінімальну висоту : а вугільний | 1щесту до хомтральмої ; ; з. шар р гистеми ож Виявлено ек, ТАК Надають максимальну висоту. верхній ее що пласту до кавтропьнаї с.

Ше виїльний ар р системи І , Надають останню відому пнпннннн , ше висоту положення маркера

Фіг.12

Ф р (8

Гуля (х) . пннннчня БОЖЕНА. - в : ковбай Е

Бажане Б У Реальне вертикальне п і вертикальне тапоження й положення в пласт І рин : ян виш

Ї Система . - | вемзначання ;

Вишряне знаходження смуги вертикальне м счЦ положення (5) в'яласті

Фіг.13

- щей . злнйлиька я ! , ; «з пн в) в/в? й А речення т і і ! і ення ВО ! же | блок для Ї

Іо рОдержання се обробки сипнали ! зображення Ї і 747 55 її ффермування - се ! / І внхдних синалІВ ! ! І і і; Е і ; : і |:

І і ! | і

ТМ дені хіжнни зо піду пполеюнкі чо цк хковжуюк что ійєтві тот пог пою пото жеекн окт чнк во чех по пні тт яті ен Фіг.14