ИНЕРЦИАЛЬНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЕМ ДВИЖЕНИЯ РОТОРНОЙ ГОРНОПРОХОДЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2022 года по МПК E21C35/24 

Данная заявка испрашивает приоритет предварительной патентной заявки США 62/385,550, поданной ранее, 9 сентября 2016 г., полное содержание которой включено в данный документ посредством ссылки.

Область техники изобретения

Настоящее изобретение в общем относится к системам и способам проходки или разработки подземной зоны и, конкретнее, к системам и способам горной разработки с применением инерциальной системы наведения, выполненной с возможностью обеспечения точной выемки горной породы, не требующей продвижения визирной линии по протяженному и/или нелинейному пути выработки.

Уровень техники

Горная разработка представляет собой извлечение минералов или других горных пород из залежи в земле, такой как рудное тело, жильная толща, жила, пропласток, рудная жила или россыпные отложения. Руды, извлекаемые при разработке, могут включать в себя, например, металлы, уголь, нефтяной сланец, драгоценные камни, известняк, штучный камень, каменную соль, поташ, гравий и глину. Горная разработка требуется для получения любого материала, который не может быть выращен способами сельского хозяйства или создан искусственно в лаборатории или на фабрике. Горную разработку можно выполнять с помощью различных наземных или подземных методик в зависимости от местоположения залежи, подлежащей разработке. Создано оборудование для каждой из методик горной разработки отличающихся типов, создано соответствующее проходческое оборудование. Например, для методик подземной проходки разработаны подземные горные машины с различными первичными приводами, такие, например, как выемочные комбайны непрерывного действия или барабанного типа, проходческие комбайны и роторные проходческие машины.

Конкретно по поташу, поташ является минералом, который можно применять во многих случаях в сельском хозяйстве, например, для удобрений и корма для животных. Поташ можно обнаруживать в месторождениях полезных ископаемых в пластах древних озер, часто залегающим в горизонтальных подземных жилах. Горная разработка поташа включает извлечение поташа из данных жил, часто с применением камерно-столбового способа разработки и соответствующего оборудования, такого как роторные горнопроходческие машины. Разработка данного типа, в которой извлекают породу из ʺкамерʺ месторождения полезных ископаемых, оставляя ʺстолбыʺ между ними в качестве опор, обеспечивает извлечение большой части жилы.

Роторные горнопроходческие машины применяют в подземной добыче поташа для извлечения концентрированного минерала KCl в осадочной форме. Горные машины режут породы залежи, например, руду, вдавливая вращающиеся резцы в очистной забой. Для упрощения разрабатываемую или высвобождаемую породу можно называть ʺрудойʺ без ограничения этим. Высвобождаемый материал подается шнековым транспортером в центр машины с помощью роторов встречного вращения и передается через среднюю часть горной машины назад цепным конвейером. Цепной конвейер разгружает высвобождаемый материал на выдвижной конвейер, который работает сзади горной машины, и ряд конвейеров подают материал до шахтного ствола, где его поднимают на поверхность, например, скиповым подъемником для дальнейшей переработки.

Для максимизации добычи выдвижной конвейер требует точной установки за горной машиной по ходу разработки, чтобы комплектующее оборудование системы располагалось перпендикулярно направлению разработки (т.е., забою) и центрировалось на конвейерной линии. Данное совмещение обеспечивает эффективную эксплуатацию системы с минимизацией утечек и повреждений комплектующего оборудования от внецентренного перемещения конвейерной ленты (лент) и ее трения сбоку о комплектующее оборудование. Выдвижные конвейеры устанавливают с применением специального отвального моста, который функционально соединен c горной машиной рычажными механизмами и гидравлическими цилиндрами, которые обеспечивают четыре степени свободы для обеспечения отвальному мосту поперечного перемещения и поворотов влево и вправо, обеспечивая сохранение горной машины по центру и выставленной перпендикулярно очистному забою.

Кроме того, для извлечения наибольшей возможной части полезных ископаемых залежи предпочтительным является максимизации соотношения камер к столбам. Как следствие, применение выдвижных конвейеров дает длинные камеры с узкими столбами между ними. Расположение столбов также является важным для предотвращения потери структурной прочности опорной конструкции горной разработки. Таким образом, в идеале, столбы выполняют между камерами возможно более узкими, с точной установкой для обеспечения достаточной структурной опорной конструкции, исключающей обрушение горной разработки. Для правильного и точного расположения столбов часто выемку камер производят, применяя вырабатывающие команды лазерные прицельные устройства. Без этого, отклонение ствола от прямой обуславливает утолщение столба с одной стороны камеры и уменьшение толщины столба с другой стороны, что потенциально нарушает конструктивную целостность всей горной разработки. В обычных системах, таких как системы роторных горных машин, управление по курсу осуществляют маркшейдеры, применяющие теодолиты для продвижения вперед маркшейдерских знаков. Лазер с остронаправленным пучком и поворотный лазер устанавливают сзади маркшейдерских знаков для подсветки лазерным излучением, проходящим через темно-фиолетовые отвесные струны, свисающие с маркшейдерских знаков. Лазерное излучение подсвечивает мишень на фронте горной машины, что операторы горной машины могут наблюдать и управлять направлением движения, удерживая лазер на мишени.

Лазерные датчики применяют, как мишень, на передней части горных машин, что обеспечивает информацию по отклонению в программируемый логический контроллер (ПЛК). ПЛК интерпретирует данные отклонения и обеспечивает управление направлением движения для автоматического выдерживания проектного направления проходки. Хотя движением выдвижного моста управляют с горной машины, информацию для управления получают с того-же лазера, который применяет горная машина. Лазер воздействует на пару плоскостей воздействия лазера, смонтированных на мосту, и информация по отклонению преобразуется в инструкции линейного перемещения и поворота, которые исполняет гидравлика моста. Непрерывный мониторинг и коррекция поддерживают мост и выдвижной конвейер совмещенными при установке и работающими надлежащим образом.

Вместе с тем, применение лазеров и лазерных сенсорных элементов для наведения имеет несколько ограничений. Лазерное излучение теряет силу с удалением от мишени, поэтому, когда горная машина подрубает забой и продвигается вперед, операторы получают растущие затруднения в наблюдении лазерного излучения. Дополнительно, осадочный пропласток имеет волнообразную форму, и горной машины необходимо оставаться в заданной геологической горизонтальной зоне. Когда данная горизонтальная зона залегает волнообразно, и горная машина ведет проходку выше или ниже, соответственно, лазерное излучение воздействует на кровлю или другую структуру или на оборудование, которое предотвращает достижение лазерным излучением требуемой мишени на передней части горной машины и на мосту.

Продвижение вперед визирной линии и лазеров требует затрат времени и остановки горной машины приблизительно на час или больше во время выполнения данной работы. Продвижение вперед визирной линии обычно выполняют две группы людей: маркшейдеры и горнорабочие. Маркшейдеры применяют сложное геодезическое оборудование, которое является высокоточным и обеспечивает правильное и точное выставление маркшейдерских знаков. Операторы применяют пучки лазеров, установленных на несколько сот футов (фут=0,3 м) сзади от вновь установленных маркшейдерских знаков вблизи горной машины. Данное является менее точным, чем применение геодезических приборов, поскольку лазерный пучок имеет толщину четверть дюйма (6 мм) и не совпадает идеально с маркшейдерскими знаками, самыми ближними к лазерам, и при этом ошибка умножается при подсветке на удаление несколько сот футов (фут=0,3 м). Периодически могут иметь место большие отклонения, что требует правильной коррекции направления проходки, что приводит к проблемам выставления конвейера.

Обычные системы с применением лазеров и лазерных сенсорных элементов, таких как детекторы, применяют давно и с ограниченным успехом, поскольку лазерный сенсорный элемент, смонтированный на передней части горной машины и применяемый для автоматизированного управления, теряет из виду лазер очень быстро, когда горную машину направляют вверх или вниз вследствие волнообразной формы осадочного рудного тела. Требование постоянного продвижения вперед визирной линии и лазерного оборудования делает обычную систему неприемлемой.

Когда проходческое оборудование продвигается вперед, проталкивая забой в несущую поташ жилу для проходки, конвейерная система должна быть способна следовать за ним и сохранять тесное совмещение с элементами и проходческим оборудованием для предотвращения или уменьшения выпадения добытой породы из конвейерной системы, что может уменьшать производительность, создавать задержки или опасности. Поскольку конвейерные системы могут достигать нескольких километров в длину, небольшое рассогласование может легко возникнуть. Часто движущую силу для продвижения вперед конвейера к забою обеспечивает проходческое оборудование, и конвейер и мосты должны быть способны сохранять достаточное совмещение друг с другом и с проходческим оборудованием для надежной и эффективной работы.

Кроме того, ошибки в лазерном совмещении увеличиваются с расстоянием от источника лазерного пучка. Ошибки в угле лазерного пучка приводят к увеличению ошибки в позиционировании проходческого оборудования пропорционально расстоянию от источника лазерного пучка. Ошибки в установке и совмещении источника лазерного пучка, получаемые при продвижении вперед проходческого оборудования, могут накладываться друг на друга, приводя к изменениям в направлении проходки, которые могут обуславливать смещение угла или позиции вдоль конвейерной системы.

Поэтому требуется создание более простой и надежной системы наведения, которая уменьшает ошибки позиционирования и, благодаря этому увеличивает производительность проходки.

Раскрытие изобретения

Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают инерциальную систему наведения для горных машин и способы горной разработки с усовершенствованным направляющим наведением для обеспечения точной выемки горной породы, не требующие продвижения вперед визирной линии по протяженному и/или нелинейному пути выработки, максимизирующие продуктивность рудника, благодаря минимизации ширины не добываемой породы, необходимой для создания опор между смежными путями выработки и минимизации простоя оборудования. В одном варианте осуществления система горной разработки включает в себя горную машину, конвейерную цепь и инерциальную систему наведения.

Горная машина может иметь управляемый по направлению движения приводной механизм, выполненный с возможностью продвижения вперед горной машины по заданному пути выработки, режущий механизм, выполненный с возможностью отделения горной породы от стенки пути выработки, шнековый механизм, выполненный с возможностью подбора отделенной горной породы, и конвейерный механизм, выполненный с возможностью перемещения подобранной горной породы к задней части горной машины. Конвейерная цепь может быть выполнена с возможностью перемещения горной породы к выходу рудника.

Инерциальная система наведения может быть выполнена с возможностью обнаружения перемещения горной машины и обеспечения направляющего наведения, как содействия в наведении управляемого по направлению движения приводного механизма по заданному пути выработки. Инерциальная система наведения может включают в себя по меньшей мере три акселерометра, по меньшей мере три гироскопа и программируемый логический контроллер. Индивидуальные акселерометры, по меньшей мере три акселерометра, могут быть выполнены с возможностью обнаружения ускорение по осям x, y и z соответственно. Индивидуальные гироскопы, по меньшей мере три гироскопа, могут быть выполнены с возможностью обнаружения поворота вокруг осей x, y и z соответственно. Программируемый логический контроллер может быть выполнен с возможностью приема данных обнаруженного ускорения по меньшей мере с трех акселерометров и/или данных поворота по меньшей мере с трех гироскопов. С указанными данными программируемый логический контроллер может определять перемещение горной машины, как функцию времени, и вычислять направляющее наведение для продвижения вперед горной машины по заданному пути выработки.

В одном варианте осуществления инерциальная система наведения дополнительно включает в себя запоминающее устройство, в котором сохраняется перемещение горной машины, как функция времени. В одном варианте осуществления инерциальная система наведения дополнительно включает в себя дисплей. В одном варианте осуществления дисплей выполнен с возможностью графического отображения перемещения горной машины, как функции времени. В одном варианте осуществления дисплей выполнен с возможностью графического отображения сравнения заданного пути выработки с фактическим путем выемки горной машины. В одном варианте осуществления дисплей дополнительно выполнен с возможностью графического отображения предыдущих путей выработки, вынутых горной машиной, а также не добытой породы, необходимой для поддержки смежных путей выработки, в формате карты. В одном варианте осуществления дисплей выполнен с возможностью графического отображения вычисленного направляющего наведения для горной машины. В одном варианте осуществления инерциальная система наведения дополнительно включает в себя шину связи, выполненную с возможностью передачи вычисленного направляющего наведения на управляемый по направлению движения приводной механизм. В одном варианте осуществления управляемый по направлению движения приводной механизм выполнен с возможностью автоматического управления направлением движения горной машины согласно направляющему наведению.

Другой вариант осуществления настоящего изобретения предлагает способ, который обеспечивает направляющее наведение системы горной разработки для обеспечения точной выемки горной породы, не требующей продвижения вперед визирной линии по протяженному и/или нелинейному пути выработки, максимизирующий продуктивность рудника, благодаря минимизации ширины не добываемой породы, необходимой для создания опор между смежными путями выработки и минимизации простоя оборудования. Способ может содержать этапы, на которых: обеспечивают горную машину с инерциальной системой наведения, включающую в себя по меньшей мере три акселерометра, при этом по меньшей мере один акселерометр, выполнен с возможностью обнаружения ускорения по оси x горной машины, по меньшей мере один акселерометр выполнен с возможностью обнаружения ускорения по оси y горной машины, и по меньшей мере один акселерометр выполнен с возможностью обнаружения ускорения по оси z горной машины; по меньшей мере три гироскопа, при этом по меньшей мере один гироскоп выполнен с возможностью обнаружения поворота вокруг оси x горной машины, по меньшей мере один гироскоп выполнен с возможностью обнаружения поворота вокруг оси y горной машины, по меньшей мере один гироскоп выполнен с возможностью обнаружения поворота вокруг оси z горной машины; и программируемый логический контроллер, выполненный с возможностью приема данных обнаруженного ускорения по меньшей мере с трех акселерометра и данных поворота по меньшей мере с трех гироскопов, а также вычисления направляющего наведения для выдерживания заданного направления проходки; продвигают вперед горную машину по заданному пути выработки; обнаруживают перемещение горной машины; определяют перемещение горной машины, как функцию времени; и обеспечивают направляющее наведение для осуществления продвижения вперед горной машины по заданному пути выработки.

Понятно, что индивидуальные этапы, применяемые в способах представленных идей, можно выполнять в любом порядке и/или одновременно, если идея остается работоспособной. Кроме того, понятно, что устройство и способы представленных идей могут включать в себя любое количество или все, что описано в вариантах осуществления, если идея остается работоспособной.

Приведенное раскрытие изобретения не служит для описания каждого показанного варианта осуществления или реализации настоящего изобретения. Напротив, варианты осуществления выбраны и описаны, чтобы специалистам в данной области техники в технике были ясны и понятны принципы и методики изобретения. Ниже в подробном описании с прилагаемыми фигурами варианты осуществления описаны, как примеры, более подробно.

Краткое описание чертежей

Раскрытие можно полнее понять, принимая во внимание следующее подробное описание различные варианты осуществления в соединении с прилагаемыми чертежами, на которых показано следующее.

На фиг. 1 показана карта калийного рудника.

На фиг. 2 показано сечение нескольких камеры рудника в процессе строительства.

На фиг. 3A показано сечение волнообразной залежи полезных ископаемых.

На фиг. 3B показано сечение системы горной разработки с усовершенствованным направляющим наведением, проходка жилы на фиг. 3A показана по варианту осуществления изобретения.

На фиг. 4A схематично показана горная машина по варианту осуществления изобретения.

На фиг. 4B схематично показана инерциальная система наведения горной машины фиг. 4A.

Хотя варианты осуществления изобретения могут иметь различные модификации и принимать альтернативные формы, их специфика, показанная в виде примера на чертежах, описана подробно ниже. Следует понимать, вместе с тем, что задача ограничить изобретение описанными частными вариантами осуществления не ставится. Напротив, задачей является охват всех модификаций, эквивалентов и альтернатив в сущности и объеме объекта изобретения, определенного формулой изобретения.

Подробное описание чертежей

Согласно вариантам осуществления, раскрыты устройство и способы для системы горной разработки, такой как камерно-столбовая система разработки. Система наведения содержит инерциальную систему, вместо или в дополнение к обычному лазерному наведению. Благодаря применению инерциальной системы наведения, можно минимизировать простой проходческого оборудования, и направление проходки проходческого оборудования можно контролировать более точно как для увеличенных расстояний, так и для нелинейных путей выработки.

На фиг. 1 показана карта примера калийного рудника 10. Конкретно, на фиг. 1 показан рудник, относящийся к типу с камерно-столбовой структурой, включающий в себя шахтные стволы 12a и 12b, соединенные с сетью камер 14 или выемочными путями (показаны, как затененные зоны) со столбами 116 или не добытой породой, необходимой для создания опоры (показаны, как не затененные зоны) установленными между смежными камерами 14. Шахтные стволы 12a и 12b часто имеют дину несколько сот метров, проходят от поверхности (не показано) до подземной горной породы и/или залежей полезных ископаемых, расположенных в глубине. В некоторых случаях, шахтные стволы 12a и 12b проходят, по существу, вертикально, в основном перпендикулярно карте, показанной на фиг. 1.

Камеры 14 следуют жилам подземной горной породы. Калийные рудники, в частности, могут быть весьма экстенсивными по размеру; например, обычный калийный рудник может занимать сотни квадратных километров. Когда рудник 10 строится, производится выемка сети камер 14, и горная порода транспортируется на поверхность, столбы 16 не вынимаемой породы остаются на месте для обеспечения структурной опорной конструкции для поддержания целостности камер 14. Соответственно, во время проходки, следует обеспечивать сохранение столбов 16 с размером, достаточным для обеспечения требуемой прочности структурной опорной конструкции. Столбы 16 недостаточного размера могут приводить к обрушению или частичному обрушению одной или нескольких смежных камер 14.

На фиг. 2 показано сечение рудника 110 в процессе строительства. Рудник 110 включает в себя три завершенных камеры 114a, 114b, и 114c, а также четвертую камеру 114d в процессе строительства. Рудник 110 дополнительно включает в себя столбы 116. Один конец четвертой камеры 114d образует забой 118, который является частью незавершенной камеры 114d, из которой вынимают горную породу или отделяют породу от геологической среды. Как показано, горная машина 120 расположена смежно с забоем 118 для выполнения выемки. Конвейерная цепь 122, включающая в себя множество мостов 124, установлена сзади горной машины 120, на противоположной от забоя 118 стороне для транспортировки горной породы к выходу из рудника.

Как показано на фиг. 2, смежные камеры 114a-114d отделены друг от друга столбами 116. Как описано выше, столбы 116 обеспечивают структурную опорную конструкцию для рудника 110, при этом обеспечивая безопасную выемку горной породы в камерах 114a-114d. Для максимизации продуктивности рудника с максимально возможной выемкой горной порода и обеспечением адекватной структурной опорной конструкции, в общем желательно, чтобы камеры 114a-114d проходили параллельно друг другу настолько точно, насколько конструктивно возможно. Соответственно, забой 118 является в общем, по существу, перпендикулярным направлению, в котором проходят камеры 114a-114d.

На фиг. 3A-B показано сечение геологической среды с волнообразной залежью полезных ископаемых. В такой залежи под слоем не содержащего минерала грунта 228 расположена жила горной породы 232, который может иметь переменную глубину D от земной поверхности 230. Соответственно, эффективная проходка такой залежи может требовать нелинейного пути выработки или сети камер с меняющимися отметками для центровки на жилах горной породы 232.

Как показано на фиг. 3B, горная машина 220 варианта осуществления изобретения может быть выполнена с возможностью следования по не планарной жиле горной породы 232. Соответственно, горная машина 220 может продвигаться вперед вдоль жилы для отделения горной породы 232 от забоя 218 камеры 214, выемка которой производится. Отделенную горную породу 232 можно затем подбирать и перемещать к задней части горной машины 120. В задней части горной машины 120 конвейерная цепь 222, которая может включать в себя множество мостов 224, может взаимодействовать с ними для перемещения или передачи горной породы 232 к выходу рудника, такому как шахтный ствол. Затем горную породу 232 можно транспортировать на земную поверхность 230 для дальнейшей переработки и транспортировки. Соответственно, преимуществом внедрения инерциальной системы наведения настоящего изобретения, в противоположность обычной лазерной системе существующей техники является возможность отслеживания изменений в скорости и/или направлении горной машины 120, где выемка производится не по прямой линии или линейному пути, при этом уменьшается простой, связанный с продвижением вперед лазерной визирной линии.

На фиг. 4A-B показана горная машина 320 варианта осуществления изобретения. В одном не ограничивающем примере горную машину 320 можно применять в подземной добыче поташа для извлечения содержащей концентрированный KCl руды в осадочном пласте. Горная машина 320 может являться, например, любой из различных машин с первичным приводом с режущим или выполняющим проходку механизмом, например, горной машиной роторного бурения, проходческим комбайном, проходческим комбайном непрерывного действия или барабанной проходческой машиной, или т.п. Высота горной машины 320 может быть комплементарной толщине пропластка или жилы горной породы, подлежащей извлечению. Например, горная машина 320 может иметь высоту 8 футов 2 дюйма (2,5 м), 8 футов 6 дюймов (2,6 м) или 9 футов (2,8 м). Другие высоты горной машины 320 также предусмотрены.

В одном варианте осуществления горная машина 320 может включают в себя управляемый по направлению движения приводной механизм 334, как механизм первичного привода. Например, в одном варианте осуществления управляемый по направлению движения приводной механизм 334 может включать в себя колеса и/или гусеницы, выполненные с возможностью продвижения вперед горной машины 320 по заданному пути выработки.

Горная машина 320 может дополнительно включать в себя режущий механизм 336. Режущий механизм 336 может быть выполнен с возможностью отделения горной породы от стенки или забоя пути выработки. В некоторых вариантах осуществления, режущий механизм 336 может быть выполнен с возможностью перемещения относительно корпуса горной машины в некотором диапазоне перемещений, как поперечных, из стороны в сторону, так и вертикальных, вверх и вниз для отделения горной породы от стенки пути выработки. В некоторых вариантах осуществления горная машина 320 может включать в себя два или четыре вращающихся буровых режущих головки, такую машину обычно называют двухроторной или четырехроторной. Также возможен режущий механизм 336 с альтернативные числом режущих головок или альтернативные режущие механизмы.

Горная машина 320 дополнительно включает в себя шнековый механизм 338, выполненный с возможностью подбора отделенной горной породы для укладки на конвейерный механизм 340. Конвейерный механизм 340 выполнен с возможностью перемещения собранной горной породы к задней части 321 горной машины 320.

Конвейерная цепь 322 может быть функционально соединена c задней частью 321 горной машины 320. Конвейерная цепь 322 может быть выполнена с возможностью перемещения горной породы к выходу из рудника, где порода может быть поднята на поверхность для дальнейшей переработки и/или транспортировки. Конвейерная цепь 322 может включать в себя одну или несколько конвейерных частей 342, функционально соединенных друг с другом одним или несколькими мостами 344, выполненными с возможностью обеспечения четырех степеней свободы для обеспечения конвейерной цепи 322 поперечного перемещения (поворота вокруг вертикальной оси) и/или поворота влево или вправо (поворота вокруг продольной оси) для обеспечения сохранения центровки и выставления, по существу, перпендикулярно забою.

Как показано на фиг. 4B, горная машина 320 может дополнительно включать в себя инерциальную систему 346 наведения. Инерциальная система 346 наведения может быть выполнена с возможностью обнаружения перемещения горной машины 320 и обеспечения направляющего наведения, как содействия в наведении управляемого по направлению движения приводного механизма 334 по заданному пути выработки. В некоторых вариантах осуществления направляющее наведение обеспечено визуальными или звуковыми сигналами оператору, который манипулирует органами управления направлением движения. В других вариантах осуществления направляющее наведение обеспечено, данными, передаваемыми на контроллер 360 управления направлением движения (как показано на фиг. 4B), выполненный с возможностью автономного управления и/или помощи оператору в управлении направлением движения горной машины 320.

Инерциальная система 346 наведения может включать в себя один или несколько акселерометров 348 и один или несколько гироскопов 350. Как показано на фиг. 4B, инерциальная система 346 наведения включает в себя три акселерометра 348a-c, выполненных с возможностью обнаружения ускорения по соответствующим осям x, y и z горной машины 320. Инерциальная система 346 наведения дополнительно включает в себя три гироскопа 350a-c, выполненных с возможностью обнаружения поворота, соответственно, вокруг осей x, y и z горной машины 320. Программируемый логический контроллер 352 может быть функционально соединен по меньшей мере с одним акселерометром 348 и гироскопами 350 для приема обнаруженных данных ускорения и поворота. Принятые данные можно использовать для определения перемещения горной машины 320, как функции времени. Затем можно вычислить направляющее наведение для осуществления продвижения вперед горной машины 320 по заданному пути выработки.

В некоторых вариантах осуществления инерциальная система 346 наведения может дополнительно включать в себя шину 354 связи, выполненную с возможностью передачи по меньшей мере одного из данных обнаруженных ускорения и поворота, определенного перемещений горной машины 320, как функции времени, и/или вычисленного направляющего наведения для осуществления продвижения вперед горной машины 320 по заданному пути выработки, на наружный приемник, соединенный линией связи, например, с сервером, используемым в планировании и исполнении проходки. Различные графические изображения могут быть вычислены по переданной информации, например, перемещение горной машины, как функции времени, сравнение заданного пути выработки с фактическим путем выемки предыдущих путей выработки вынутых горной машиной 320, а также не добытой породы, необходимой для создания опоры, в формате карты, и вычисленного направляющего наведения горной машины 320. В одном варианте осуществления инерциальная система 346 наведения включает в себя свой собственный дисплей 356 для отображения одного или нескольких графических изображений. Инерциальная система 346 наведения может дополнительно быть выполнена с запоминающим устройством 358 для постоянного или временного сохранения такой информации для последующих запросов.

В одном варианте осуществления один или несколько мостов 344 конвейерной цепи 322 могут дополнительно включать в себя инерциальную систему наведения, аналогичную инерциальной системе 346 наведения, описанной выше. В частности, в некоторых вариантах осуществления один или несколько мостов 344 могут быть выполнены с возможностью обнаружения ускорения и поворота вокруг соответствующий оси x, y и z моста 344, при этом оператору обеспечивают информацию, касающуюся работоспособности конвейерной цепи 322. Например, в одном варианте осуществления инерциальная система наведения моста 344 может включать в себя по меньшей мере три акселерометра, по меньшей мере три гироскопа, программируемый логический контроллер и шину связи. В некоторых вариантах осуществления инерциальная система наведения может быть включена в каждый мост конвейерной цепи 322. В других вариантах осуществления инерциальная система наведения может включена в некоторые выбранные мосты 344 конвейерной цепи, при этом обеспечивают расчетное положение всей конвейерной цепи 322.

Как показано на фиг. 2 и 4A-4B, в процессе эксплуатации рудник 110 строят, извлекая материал из камер 114a-114d и оставляя столбы 116 на месте между камерами 114a-114d и вокруг них для обеспечения структурной опорной конструкции. Соответственно, горная машина 320 продвигается вперед по заданному пути выработки, подрубая горную породу (например, руду), с помощью вдавливания режущего механизма 336 в очистной забой 118. Высвобождаемую руду могут затем подавать шнеком в центр горной машины 320, например, с помощью роторов встречного вращения шнекового механизма 338, и перемещать через среднюю часть горной машины 320 конвейерной частью 342. Применение конвейерной цепи 322 обычно приводит к созданию длинных камер 114a-114d с узкими, не добываемыми опорными столбами 116, установленными между ними. Длина камер может иметь величину, например, от около 2500 футов (750 м) до около 9000 футов (3600 м), в зависимости от проходческого оборудования и проекта. Такой проект требует, чтобы горная машина 320 строго следовала заданному направлению проходки для предотвращения нарушения на узком столбе 116, обеспечивающем структурную опорную конструкцию для камеры 114a-114d.

Руду можно затем транспортировать по ряду конвейерных частей 342, которые можно соединять друг с другом и с горной машиной 320 мостами 344, которые эксплуатируют сзади горной машины 320. Конвейерная цепь 322 затем перемещает руду до ствола шахты (например, ствола 12A или 12B фиг. 1), где ее поднимают на земную поверхность для дальнейшей транспортировки и/или переработки.

В отличие от обычных систем, где применяют технику лазерного обнаружения, описанную в разделе уровень техники, горная машина 320, конвейерные части 342 и/или мосты 344 настоящего изобретения можно совмещать друг с другом, применяя инерциальную систему 346 наведения, включающую в себя комбинацию датчиков перемещения и поворота (например, акселерометров 348 и гироскопов 350). Когда горная машина 320 продвигается вперед к забою 118, данные идентификации местоположения можно измерять с помощью инерциальной системы 346 наведения. Например, горная машина 320 может определять ускорение и/или повороты по различным направлениям, такие как отклонение от осевой линии, поворот в горизонтальной плоскости, угол крена, направленное вперед или назад ускорение (где ʺвпередʺ направлено к забою 118), направленное вверх или вниз ускорение (где ʺвнизʺ по направлению силы тяжести), или ускорение влево и вправо (где направления влево и вправо ортогональны обоим направлениям, вперед и вниз). Данные ускорения и/или данные поворота можно применять для установления перемещений горной машины 320 и/или конвейерной цепи 322, как функции времени. Посредством двукратного интегрирования данных ускорения и/или поворота, можно определить положение горной машины 320 и/или конвейерной цепи 322 в евклидовом пространстве.

В некоторых вариантах осуществления инерциальная система 346 наведения может записывать статистику местоположения так, что конвейерная цепь 322 может быть установлена сзади горной машины 320 и уменьшать количество утечек, которые могут в ином случае происходить от рассогласования систем. То есть никакой лазерный прицел не требуется для выставления моста 344, как в системах существующей техники. Дополнительные измерительные датчики можно применять для вычисления положения и поворота мостов 344 и/или конвейерной цепи 322 относительно горной машины 320. Инерциальная система 346 наведения может поддерживать связь с мостами 344 для приема и передачи данных позиционирования. Система может дополнительно быть выполнена с возможностью обеспечения графического отображения оператору для ручного или автоматического управления проходческим оборудованием 120. Информацию, генерируемую инерциальной системой 346 наведения, можно сохранять в запоминающем устройстве 358 для дальнейших запросов.

В таких системах, использующих инерциальные системы 346 наведения (с лазерными системами наведения или без них), горная машина 320 и конвейерная цепь 322 не требуют расположения по прямой линии или линейному пути. Вместо этого горная машина 320 может перемещаться вдоль жилы поташа или другого материала, что приводит к захвату большей части горной породы в конфигурации с поддержанием подходящего камерно-столбового устройства (т.e., обеспечением адекватной опоры), как в случае выбора пути проходческим оборудованием 320 вдоль некоторой плоскости или постоянной отметки. В отличие от систем с лазерными прицелами, указанное обеспечивает проходческому оборудованию следование волнообразным участкам в жила без остановки для перенастройки.

В вариантах осуществления, где позиция горной машины 320 сохраняется, задние конвейерные части 342 и мосты 344 можно прокладывать по тому же пути, который был выбран для горной машины 320, или другому пути, который предотвращает утечку руды. Соответственно, маркшейдерский контроль требуется только в начале проходки камер и поэтому перерывы в добыче во времени каждой смены можно уменьшить или исключить. В некоторых вариантах осуществления горная машина 320 может иметь автоматическое управление направлением движения и/или корректировку правильного направления проходки большой протяженности. Например, горную машину 320 можно эксплуатировать без оператора в кабине управления, потенциально уменьшая число работников, требуемых для эксплуатации горной машины 320.

В вариантах осуществления от камер 114a-114d не требуется строгой параллельности друг другу. Например, как описано выше и показано на фиг. 1, камеры 14 могут располагаться параллельно друг другу, перпендикулярно друг другу, или в любой другой ориентации, обеспечивающей достаточную опору кровле рудника и обеспечивающей извлечение материалов, таких как поташ, из рудника. В любом случае, включение в состав инерциальной системы 346 наведения для горной разработки является предпочтительным в том, что обеспечивает определенную точную локацию горной машины 320 и/или конвейерную цепи 322, как если данные элементы расположены по прямой, что требуется для обычной системы с лазерным визированием, так и не по прямой линии. Кроме того, инерциальные системы наведения (в особенности такие, которые не перемещаются по прямому пути) могут обеспечивать горной машине 320 продолжительную эксплуатацию и/или эксплуатацию по пути большой протяженности без остановки для перенастройки позиционирования, в отличие от систем с лазерным визированием, которые требуют частых остановок для продвижения вперед лазера.

В данном документе описаны варианты осуществления различных систем, устройств и способов. Данные варианты осуществления приведены только в виде примера и не служат для ограничения объема заявленных изобретений. Следует понимать, кроме того, что различные признаки описанных вариантов осуществления можно комбинировать различными способами для получения многочисленных дополнительных вариантов осуществления. Кроме того, хотя различные материалы, размеры, формы, конфигурации, и местоположения и т.д. описаны для применения с раскрытыми вариантами осуществления, другое, кроме раскрытого, можно использовать без превышения объема заявленных изобретений.

Специалист в данной области техники должен знать, что варианты осуществления могут содержать меньше признаков, чем показано любом индивидуальном варианте осуществления, описанном выше. Варианты осуществления, описанные в данном документе, не являются исчерпывающим представлением путей, которыми можно комбинировать различные признаки. Соответственно, варианты осуществления не являются взаимоисключающими комбинациями признаков; напротив, варианты осуществления могут содержать комбинации отличающихся индивидуальных признаков, выбранных из отличающихся индивидуальных вариантов осуществления, что понятно специалисту в данной области техники. Кроме того, элементы, описанные для одного варианта осуществления, можно реализовать в других вариантах осуществления, даже когда они не описаны в таком варианте осуществления, если иное специально не оговорено. Хотя зависимый пункт может относиться в формуле изобретения к конкретной комбинации с одним или несколькими другими пунктами, другие варианты осуществления могут также включать в себя комбинацию зависимого пункта с объектом изобретения каждого другого зависимого пункта или комбинацию одного или нескольких признаков с другими зависимыми или независимыми пунктами. Такие комбинации предложены в данном документе, если не указано, что специфическая комбинация не предложена. Кроме того, предполагается также включать признаки одного пункта в любой другой независимый пункт, даже если данный пункт не напрямую выполнен зависимым от независимого пункта.

Хотя зависимый пункт может относиться в формуле изобретения к специфической комбинации с одним или несколькими другими пунктами, другие варианты осуществления могут также включать в себя комбинацию зависимого пункта с объектом изобретения каждого другого зависимого пункта или комбинацию одного или нескольких признаков с другими зависимыми или независимыми пунктами. Такие комбинации предложены в данном документе, если не указано, что специфическая комбинация не предполагается.

Для интерпретации формулы изобретения, однозначно предполагается, что нормы Section 112, sixth paragraph of 35 U.S.C., не следует применять, если специфические термины ʺ means forʺ или ʺstep forʺ не противопоставлены в пункте формулы изобретения.

Изобретение относится к системам и способам горной разработки с применением инерциальной системы наведения, выполненной с возможностью обеспечения точной выемки горной породы, не требующей продвижения визирной линии по протяженному и/или нелинейному пути выработки. Система горной разработки содержит горную машину, имеющую управляемый по направлению движения приводной механизм, выполненный с возможностью продвижения вперед горной машины по заданному пути выработки, режущий механизм, выполненный с возможностью отделения горной породы от стенки пути выработки, шнековый механизм, выполненный с возможностью подбора отделенной горной породы, и конвейерный механизм, выполненный с возможностью перемещения подобранной горной породы к задней части горной машины. Конвейерное устройство выполнено с возможностью перемещения горной породы от задней части машины к выходу из рудника. Мост функционально соединен с горной машиной, причем мост сконфигурирован с возможностью выставления позади горной машины, чтобы облегчить установку оборудования конвейерного устройства за горной машиной. Инерциальная система наведения выполнена с возможностью обнаружения перемещения горной машины и обеспечения направляющего наведения как содействия в наведении горной машины по заданному пути выработки и выставления моста по существу перпендикулярно забою. Инерциальная система наведения включает в себя по меньшей мере один акселерометр, выполненный с возможностью обнаружения ускорения по оси x горной машины, по оси y горной машины и и/или по оси z горной машины, по меньшей мере один гироскоп, выполненный с возможностью обнаружения поворота вокруг оси x горной машины, поворота вокруг оси y горной машины и/или поворота вокруг оси z горной машины, и программируемый логический контроллер, выполненный с возможностью приема данных обнаруженного ускорения по меньшей мере с одного акселерометра и/или данных поворота по меньшей мере с одного гироскопа, определения перемещения горной машины как функции времени и вычисления направляющего наведения для продвижения вперед горной машины по заданному пути выработки. Инерциальная система наведения сконфигурирована для обеспечения направляющего наведения для облегчения обслуживания моста и конвейерного устройства при выставлении с горной машиной. Техническим результатом является увеличение производительности проходки за счет надежной системы наведения. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система горной разработки с усовершенствованным направляющим наведением, выполненная с возможностью обеспечения точной выемки горной породы, не требующая продвижения вперед визирной линии по протяженному и/или нелинейному пути выработки, причем система горной разработки содержит:

горную машину, имеющую управляемый по направлению движения приводной механизм, выполненный с возможностью продвижения вперед горной машины по заданному пути выработки, режущий механизм, выполненный с возможностью отделения горной породы от стенки пути выработки, шнековый механизм, выполненный с возможностью подбора отделенной горной породы, и конвейерный механизм, выполненный с возможностью перемещения подобранной горной породы к задней части горной машины;

конвейерное устройство, выполненное с возможностью перемещения горной породы от задней части машины к выходу из рудника;

мост, функционально соединенный с горной машиной, причем мост сконфигурирован с возможностью выставления позади горной машины, чтобы облегчить установку оборудования конвейерного устройства за горной машиной;

и инерциальную систему наведения, выполненную с возможностью обнаружения перемещения горной машины и обеспечения направляющего наведения как содействия в наведении горной машины по заданному пути выработки и выставления моста по существу перпендикулярно забою, причем инерциальная система наведения включает в себя:

по меньшей мере один акселерометр, выполненный с возможностью обнаружения ускорения по оси x горной машины, по оси y горной машины и и/или по оси z горной машины;

по меньшей мере один гироскоп, выполненный с возможностью обнаружения поворота вокруг оси x горной машины, поворота вокруг оси y горной машины и/или поворота вокруг оси z горной машины; и

программируемый логический контроллер, выполненный с возможностью приема данных обнаруженного ускорения по меньшей мере с одного акселерометра и/или данных поворота по меньшей мере с одного гироскопа, определения перемещения горной машины как функции времени и вычисления направляющего наведения для продвижения вперед горной машины по заданному пути выработки,

причем инерциальная система наведения также сконфигурирована для обеспечения направляющего наведения для облегчения обслуживания моста и конвейерного устройства при выставлении с горной машиной.

2. Система горной разработки по п. 1, в которой инерциальная система наведения дополнительно включает в себя запоминающее устройство, в котором сохраняется перемещение горной машины как функция времени.

3. Система горной разработки по п. 1 или 2, в которой инерциальная система наведения дополнительно включает в себя дисплей.

4. Система горной разработки по п. 3, в которой дисплей выполнен с возможностью графического отображения перемещения горной машины как функции времени.

5. Система горной разработки по п. 3, в которой дисплей выполнен с возможностью графического отображения сравнения заданного пути выработки с фактическим путем выемки горной машины.

6. Система горной разработки по п. 3, в которой дисплей выполнен с возможностью графического отображения предыдущих путей выработки, вынутых горной машиной, а также не добытой породы, требуемой для структурной опорной конструкции между смежными вынутыми путями, в формате карты.

7. Система горной разработки по п. 3, в которой дисплей выполнен с возможностью графического отображения вычисленного направляющего наведения горной машины.

8. Система горной разработки по любому из пп. 1-3, в которой инерциальная система наведения дополнительно включает в себя шину связи, выполненную с возможностью передачи вычисленного направляющего наведения на управляемый по направлению движения приводной механизм.

9. Система горной разработки по п. 1, в которой управляемый по направлению движения приводной механизм выполнен с возможностью автоматического управления направлением движения горной машины согласно направляющему наведению.

10. Система горной разработки по п. 1, в которой инерциальная система наведения содержит три акселерометра, при этом первый акселерометр выполнен с возможностью обнаружения ускорения по оси x горной машины, второй акселерометр выполнен с возможностью обнаружения ускорения по оси y горной машины, и третий акселерометр выполнен с возможностью обнаружения ускорения по оси z горной машины.

11. Система горной разработки по п. 1, в которой инерциальная система наведения содержит три гироскопа, при этом по меньшей мере один гироскоп выполнен с возможностью обнаружения поворота вокруг оси x горной машины, по меньшей мере один гироскоп выполнен с возможностью обнаружения поворота вокруг оси y горной машины, и по меньшей мере один гироскоп выполнен с возможностью обнаружения поворота вокруг оси z горной машины.

12. Способ обеспечения направляющего наведения системы горной разработки для обеспечения точной выемки горной породы, не требующего продвижения вперед визирной линии по протяженному и/или нелинейному пути выработки, способ содержит этапы, на которых:

обеспечивают горную машину, имеющую управляемый по направлению движения приводной механизм, выполненный с возможностью продвижения вперед горной машины по заданному пути выработки, режущий механизм, выполненный с возможностью отделения горной породы от забоя по пути выработки, и

инерциальную систему наведения, включающую в себя:

по меньшей мере один акселерометр, выполненный с возможностью обнаружения ускорения по оси x горной машины, ускорения по оси y горной машины и/или по оси z горной машины;

по меньшей мере один гироскоп, выполненный с возможностью обнаружения поворота вокруг оси x горной машины, поворота вокруг оси y горной машины и/или поворота вокруг оси z горной машины; и

программируемый логический контроллер, выполненный с возможностью приема обнаруженных данных по меньшей мере с одного акселерометра и по меньшей мере одного гироскопа и вычисления направляющего наведения для выдерживания заданного направления проходки;

мост, функционально соединенный с задней частью горной машиной, причем мост сконфигурирован с возможностью выставления позади горной машины, и по существу перпендикулярно забою;

продвигают вперед горную машину по заданному пути выработки;

обнаруживают перемещение горной машины;

определяют перемещение горной машины как функцию времени; и

обеспечивают направляющее наведение от инерциальной системы наведения для осуществления продвижения вперед горной машины по заданному пути выработки; и

обеспечивают направляющее наведение от инерциальной системы наведения для поддержания моста в выставлении с горной машиной и по существу перпендикулярно забою.

13. Способ по п. 12, в котором инерциальная система наведения дополнительно включает в себя запоминающее устройство, в котором сохраняется перемещение горной машины как функция времени.

14. Способ по п. 12 или 13, в котором инерциальная система наведения дополнительно включает в себя дисплей.

15. Способ по п. 14, в котором дополнительно отображают перемещение горной машины как функцию времени.

16. Способ по п. 14, в котором дополнительно отображают сравнение заданного пути выработки с фактическим путем выемки горной машины.

17. Способ по п. 14, в котором дополнительно отображают предыдущие пути выработки, вынутые горной машиной, а также не добытую породу, требуемую для структурной опорной конструкции между смежными вынутыми путями, в формате карты.

18. Способ по п. 14, в котором дополнительно отображают вычисленное направляющее наведение горной машины.

19. Способ по п. 14, в котором дополнительно передают вычисленное направляющее наведение на управляемый по направлению движения приводной механизм.

20. Способ по п. 12, в котором дополнительно автоматически управляют направлением движения горной машины согласно направляющему наведению.

21. Способ по п. 12, в котором инерциальная система наведения содержит три акселерометра, при этом первый акселерометр выполнен с возможностью обнаружения ускорения по оси x горной машины, второй акселерометр выполнен с возможностью обнаружения ускорения по оси y горной машины, и третий акселерометр выполнен с возможностью обнаружения ускорения по оси z горной машины.

22. Способ по п. 12, в котором инерциальная система наведения содержит три гироскопа, при этом по меньшей мере один гироскоп выполнен с возможностью обнаружения поворота вокруг оси x горной машины, по меньшей мере один гироскоп выполнен с возможностью обнаружения поворота вокруг оси y горной машины, и по меньшей мере один гироскоп выполнен с возможностью обнаружения поворота вокруг оси z горной машины.