改进的开采机和方法技术

改进的开采机和方法。本发明专利技术涉及一种开采机，该开采机包括：回采装置；至少2D坐标位置确定装置，该至少2D坐标位置确定装置用于基于不同于期望坐标位置的所确定的开采机的当前坐标位置根据预期截割曲线生成开采机的将来路径；并且用于生成待截割矿层的矿层模型和/或已截割矿层的截割模型。该开采机还包括收集矿层的表征数据的传感器，该表征数据形成矿层模型和/或截割模型的一部分，并且该开采机包括生成矿层模型和/或截割模型并控制开采机的参数的处理器。该处理器基于矿层模型和/或截割模型的分析来控制机器参数，以随着开采机沿着矿层模型内的预期截割曲线前进预计开采情况的变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及开采机(mining machine)和可以控制开采机跨或沿着含有待开采材料的矿层移动的方法。
技术介绍
在矿物和煤的开采中，已经开发从矿层中回采这些材料的处理。一种具体方法称为长壁开采处理。在该处理中，其它部件当中，可移动轨道被放置为跨越煤矿层。开采机设置有至少一个挖矿头(shearing head)，并且开采机被移动以从矿层的侧到侧沿着轨道横切(traverse)，并且上下操纵挖矿头，以从矿层的面挖煤。贯穿每次通过，在开采机的路径后面朝向矿层向前移动轨道。然后，为了重复剪切过程，使得开采机沿相反方向在矿层上横切。在该返回横切期间，若需要，则还可以向上向下操纵挖矿头，以从矿层进一步移除煤。重复该过程，直到完成所计划的回采盘区中的所有煤为止。由此，通过在各次通过之后使轨道装置朝向矿层向前前进适当距离，可以随着各通过以近似相等的截割深度渐进地移动到矿层中。然而，矿层高度、深度以及组成并不均匀，由此可见，不管回采是使用长壁开采技术还是使用回采装置和矿层的空间位置对于能够高效且有效地移除材料方面是重要的其他回采方法，仍然需要矿层的高效和有效回采的改进。本说明书中所包括的文档、动作、材料、装置、物品等的任意讨论不被当作这些内容中的任意或全部随着本公开出现在该申请的各权利要求的优先日期之前而形成现有技术基础的一部分或是与本公开有关的领域中的公知常识的许可。贯穿本说明书，措辞“包括”或变体将被理解为意指包括所叙述的元件、整体或步骤、或元件组、整数组或步骤组，但不排除任意其他元件、整体或步骤、或元件组或整数组或步骤组。
技术实现思路
在本专利技术的第一方面中，提供了一种用于开采机，该开采机包括：A.回采装置，该回采装置用于从矿层移除材料；B.至少2D坐标位置确定装置，该至少2D坐标位置确定装置用于确定在所述开采机的空间中的坐标位置，所述位置确定装置生成当前坐标位置输出数据信号，该当前坐标位置输出数据信号用于：i.基于不同于期望坐标位置的所确定的所述开采机的当前坐标位置生成根据预期截割曲线而确定的所述开采机的将来路径；并且ii.生成待截割矿层的矿层模型和/或已截割矿层的截割模型；C.一个或更多个传感器，该一个或更多个传感器不同于所述至少2D坐标位置确定装置，该一个或更多个传感器收集将要回采材料的矿层或该矿层附近的表征数据，所述表征数据形成所述矿层模型和/或截割模型的一部分，所述表征数据的所述坐标位置参考所述开采机的空间中的所述坐标位置而确定，所述传感器从其提供当前矿层表征数据输出信号；D.处理器，该处理器被连接成从所述位置确定装置和所述一个或更多个传感器接收输出数据信号，以生成所述矿层模型和/或截割模型，并且进一步生成控制所述开采机的一个或更多个参数的输出数据信号；E.存储器存储装置，该存储器存储装置存储所述矿层模型和/或所述截割模型，其中，所述处理器基于所述矿层模型和/或截割模型的分析来控制所述开采机的所述一个或更多个参数，以随着所述开采机沿着所述矿层模型内的所述预期截割曲线前进预计开采情况的变化。当前坐标位置可以是绝对坐标位置，并且可以用绝对空间定位坐标提供的之前所获取的探测和勘测数据可以集成到该矿层模型中。在一些实施方式中，存储装置可以访问中央存储器存储装置，使得截割模型和矿层模型数据可以跨多个开采机访问，或使得截割模型和矿层模型数据可以被分析以使得处理器算法可以被更新为反映开采机的期望性能和实际性能的变化。在优选实施方式中，矿层模型和截割模型这两者由处理器来分析，以预计开采情况的变化。借助于把来自位置确定装置的空间定位信息与关于待开采矿层特征的信息组合的集成，可以提高开采机性能。与使用传感器来反应性地控制开采机对比，本专利技术的开采机利用用矿层模型和/或截割模型和所含有的所存储的输出数据，以由处理器分析来确保控制信号使用更大的信息宽度和深度。本专利技术的开采机能够在被开采的目标材料的边界内更精确地控制从矿层回采。预期截割曲线可以与矿层模型更好地对齐，使得开采机可以基于对开采机的位置、开采机的部件以及矿层(包括矿层变化的组成特征和物理特征)的更好理解而优化操作设置。矿层表征数据的坐标位置优选地使用几何(例如，三角测量和/或三边测量)技术以及一个或更多个传感器和至少2D坐标位置确定装置的相对位置来确定。在一些实施方式中，一个或更多个传感器和至少2D坐标位置确定装置聚集在同一近似位置内。可以使用测距传感器(诸如2D或3D基于激光或射频传感器)来提供用于确定矿层表征数据的坐标位置的测量结果。另选地，或附加地，可以使用已知的开采机部件与矿层之间的标称距离。优选的是，截割模型包括已开采的矿层的坐标位置和标记(即，空间地登记矿层表征数据)到各位置的至少一个矿层表征数据。优选的是，截割模型包括已开采的矿层的坐标位置和标记到各位置的至少一个开采机表征数据。通过创建已回采的矿层以及开采机与矿层之间的相互作用的模型(优选地为3D模型)，该矿层模型信息可以用于预测矿层模型内开采机与矿层的相互作用。另选地，或附加地，该矿层模型可以包括将要开采的矿层的坐标位置以及标记到各位置的至少一个矿层表征数据。所预计的开采情况的变化优选地参考截割模型、矿层模型或其组合来确定。使用截割模型信息和矿层模型信息这两者来确定所预计的开采情况的变化的优点是矿层模型信息可以仅延伸到要开采的矿层的表面(即，整个矿层的子集)。因此，截割模型信息和矿层模型信息的组合可以用于外推所预计的开采情况的变化以将要回采的矿层的体积包括在内。开采机可以包括长壁采矿机(miner)(包括所关联的轨道、顶部支撑件、驱动器、输送机、分段装载机以及破碎机)、连续开采机、巷道掘进机、梭车、柔性输送机列车(flexible conveyor train)、刨矿机、表面采矿机或具有从矿层移除材料的回采装置的任意其他开采机。开采机可以在地下或在地面上操作。在一些实施方式中，开采机为长壁采矿机，并且矿层模型的特征在尾采区顺槽和主采区顺槽处进一步表征。在该实施方式内，在沿着采区顺槽的矿层表征数据与矿层表面上的矿层表征数据之间可以使用内插和/或外推来确定所预计的开采情况的变化以把将要回采的矿层的体积包括在内。矿层表征数据矿层表征数据可以为以要确定的雷达、光学成像、热成像、地质成像、地球物理学成像、放射性测量成像或光谱成像的形式表征矿层的特征，诸如，矿层的密度、尺寸、体积、热特征、组成特征以及其他物理特征。这些参数的变化可以用于用信号通知矿层的组成梯度的变化或目标矿层与非目标矿层之间的边界。在煤矿层的情况下，煤矿层与非目标矿层(例如，除了煤之外的矿物)之间的边界可以采取密度(包括孔隙检测)、热数据或组成数据的形式。矿层表征数据可以比照校准后读数的库来参考，使得可以实现准确的数据解析。因为附近的材料提供关于将不被回采的材料(例如，下浮岩层、夹泥层、覆盖层或规范外目标材料)的信息以及关于开采机正在经过的矿层的稳定性的信息，所以矿层表征数据优选地涵盖待回采矿层附近的材料。矿层表征传感器提供该矿层表征数据。可以使用包括热红外传感器(组成边界)、伽马辐射传感器(密度、得到组成边界)、雷达传感器(材料辨别)、地球物理学传感器(组成边界和材料辨别)以及激光传感器(表面/体积分析)在内的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开采机，该开采机包括：A.回采装置，该回采装置用于从矿层移除材料；B.至少2D坐标位置确定装置，该至少2D坐标位置确定装置用于确定在所述开采机的空间中的坐标位置，所述位置确定装置生成当前坐标位置输出数据信号，该当前坐标位置输出数据信号用于：i.基于不同于期望坐标位置的所确定的所述开采机的当前坐标位置生成根据预期截割曲线而确定的所述开采机的将来路径；并且ii.生成待截割矿层的矿层模型和/或已截割矿层的截割模型；C.一个或更多个传感器，该一个或更多个传感器不同于所述至少2D坐标位置确定装置，该一个或更多个传感器收集将要从其回采材料的矿层或该矿层附近的表征数据，所述表征数据形成所述矿层模型和/或截割模型的一部分，所述表征数据的坐标位置参考所述开采机的空间中的所述坐标位置来确定，所述传感器根据所述表征数据的坐标位置提供当前矿层表征数据输出信号；D.处理器，该处理器被连接成从所述位置确定装置和所述一个或更多个传感器接收输出数据信号，以生成所述矿层模型和/或截割模型，并且进一步生成用于控制所述开采机的一个或更多个参数的输出数据信号；E.存储器存储装置，该存储器存储装置存储所述矿层模型和/或所述截割模型，其中，所述处理器基于所述矿层模型和/或截割模型的分析来控制所述开采机的所述一个或更多个参数，以随着所述开采机沿着所述矿层模型内的所述预期截割曲线前进预计开采情况的变化。...

【技术特征摘要】
2015.05.28 AU 20159019781.一种开采机，该开采机包括：A.回采装置，该回采装置用于从矿层移除材料；B.至少2D坐标位置确定装置，该至少2D坐标位置确定装置用于确定在所述开采机的空间中的坐标位置，所述位置确定装置生成当前坐标位置输出数据信号，该当前坐标位置输出数据信号用于：i.基于不同于期望坐标位置的所确定的所述开采机的当前坐标位置生成根据预期截割曲线而确定的所述开采机的将来路径；并且ii.生成待截割矿层的矿层模型和/或已截割矿层的截割模型；C.一个或更多个传感器，该一个或更多个传感器不同于所述至少2D坐标位置确定装置，该一个或更多个传感器收集将要从其回采材料的矿层或该矿层附近的表征数据，所述表征数据形成所述矿层模型和/或截割模型的一部分，所述表征数据的坐标位置参考所述开采机的空间中的所述坐标位置来确定，所述传感器根据所述表征数据的坐标位置提供当前矿层表征数据输出信号；D.处理器，该处理器被连接成从所述位置确定装置和所述一个或更多个传感器接收输出数据信号，以生成所述矿层模型和/或截割模型，并且进一步生成用于控制所述开采机的一个或更多个参数的输出数据信号；E.存储器存储装置，该存储器存储装置存储所述矿层模型和/或所述截割模型，其中，所述处理器基于所述矿层模型和/或截割模型的分析来控制所述开采机的所述一个或更多个参数，以随着所述开采机沿着所述矿层模型内的所述预期截割曲线前进预计开采情况的变化。2.根据权利要求1所述的开采机，其中，所述处理器通过生成用于操作员改变或监测所述开采机的所述一个或更多个参数的警报来控制所述开采机的所述一个或更多个参数。3.根据权利要求1或2所述的开采机，其中，使用几何技术以及所述一个或更多个传感器与所述至少2D坐标位置确定装置之间的相对位置来确定所述矿层表征数据的所述坐标位置。4.根据权利要求1至3中任一项所述的开采机，其中，所述截割模型包括已开采矿层的坐标位置和标记到至少一个位置并且优选地标记到各位置的至少一个矿层表征数据。5.根据前述权利要求中任一项所述的开采机，其中，所述截割模型包括已开采矿层的坐标位置和标记到至少一个位置并且优选地标记到各位置的至少一个开采机表征数据。6.根据前述权利要求中任一项所述的开采机，其中，所述一个或更多个传感器位于一个或更多个顶部支撑件上。7.根据前述权利要求中任一项所述的开采机，其中，所述矿层模型包括将要开采的矿层的坐标位置和标记到至少一个位置并且优选地标记到各位置的至少一个矿层表征数据。8.根据前述权利要求中任一项所述的开采机，其中，参考所述截割模型、所述矿层模型或其组合来确定所述开采情况的所预计的变化。9.根据前述权利要求中任一项所述的开采机，其中，所述开采机的所述一个或更多个参数从由顶部支撑件压力、开采机横切速度以及回采装置位置、电流、振动和/或回采装置速度组成的组选择。10.根据前述权利要求中任一项所述的开采机，其中：a.所述回采装置为安装在可移动车架上的挖矿机机头；并且b.所述一个或更多个传感器包括矿层表征传感器。11.根据权利要求10所述的开采机，所述开采机还包括用于使所述挖矿机机头朝向矿层边界在大致竖直平面内移动的致动器，其中，矿层边界检测传感器向所述处理器提供当前矿层表征数据输出信号，所述处理器产生用于所述致动器使所述挖矿机机头根据预期截割曲线朝向所述矿层边界在大致竖直平面内移动一段距离的进一步信号。12.根据前述权利要求中任一项所述的开采机，所述开采机还包括用于所述开采机跨所述矿层来回横切的轨道，所述传感器收集所述矿层的表征数据，以产生第一次横切的矿层模型，以形成第二次横切时的预期截割曲线的基础。13.根据权利要求10至12中任一项所述的开采机，其中，所述矿层表征传感器包括矿层边界检测器，并且优选地红外光谱仪、伽马射线发射检测器或探地雷达。14.根据权利要求12或13所述的开采机，其中，所述开采机的所述第二次横切包括所述传感器从所述矿层收集表征数据，以生成与所述第一次横切时生成的所述矿层模型至少部分交叠的矿层模型，所述矿层模型的交叠部分的所述表征数据用于验证并在...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·威廉·海恩斯沃，大卫·查尔斯·里德，乔纳松·凯里·罗尔斯顿，查德·欧文·哈格雷夫，M·T·杜恩，P·B·里德，J·P·汤普逊，
申请(专利权)人：联邦科学和工业研究组织，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU