本公開內(nèi)容涉及一種采掘機和方法，該采掘機能夠由該方法控制而橫跨含有待開采礦產(chǎn)的礦層移動，本公開內(nèi)容例如但不限于涉及煤炭的長壁開采。

背景技術(shù)：

在煤的開采中，已經(jīng)研發(fā)出了被稱作長壁開采過程的過程。在這些過程中，將可移動軌道放置成橫跨煤礦層。采掘機設(shè)有剪切頭，并且采掘機被移動成沿著軌道從礦層的一側(cè)到另一側(cè)橫動，并且將剪切頭向上和向下操縱以將更多的煤從礦層移除。重復(fù)該過程，直到完成計劃采掘盤區(qū)(extraction panel)中的所有煤。因而，通過在每次經(jīng)過之后使軌道朝向礦層向前前進適當距離，每次經(jīng)過都可以以近似相等的截割深度逐漸地移動到礦層內(nèi)。

在實踐中，由于移動軌道的動力頂板支架前進系統(tǒng)的滑移而使隨后每次經(jīng)過都產(chǎn)生不精確性，從而導(dǎo)致截割深度橫跨礦層端面發(fā)生變化。這又導(dǎo)致生產(chǎn)量下降，并且在軌道和動力頂板支架前進系統(tǒng)上導(dǎo)致不必要的機械載荷和應(yīng)力。這種不精確性在很大程度上歸因于動力頂板支架前進系統(tǒng)每次經(jīng)過都以設(shè)定遞增量向前移動軌道。因而，因為動力頂板支架前進系統(tǒng)的滑移，在采掘機多次經(jīng)過之后積累了不精確性。預(yù)期軌道跟隨在一些實施例中在直線上延伸的期望輪廓，但是因為滑移，軌道逐漸被移動成使得該軌道最終具有曲線路徑。這又導(dǎo)致停機以試圖將軌道重新定位從而校正這些積累的不精確性。

已經(jīng)研發(fā)出了許多系統(tǒng)來將軌道重新定位并維持在橫跨礦層工作面的期望輪廓上。簡單的系統(tǒng)使用標線(string line)。其他系統(tǒng)使用光學(xué)裝置，這些光學(xué)裝置產(chǎn)生由策略性地放置在礦層兩側(cè)的反射器反射的光束。還已經(jīng)提出的雷達系統(tǒng)。沒有一個被證明是令人滿意的，因為它們都需要時間來設(shè)立并且需要對動力頂板支架中的一些或全部進行手工調(diào)整。

除了以上之外，煤礦層遵循地層結(jié)構(gòu)中的等高線(contour)和褶皺而變化，因此 煤礦層不具有可預(yù)測形狀。這又導(dǎo)致了在使剪切頭在每次經(jīng)過時基于可預(yù)測基礎(chǔ)精確遵循煤礦層中遇到困難。如果剪切頭嘗試越過煤礦層邊界剪切到硬得多得頂板和底板巖石材料，則這會在剪切頭的驅(qū)動馬達上產(chǎn)生不必要和不期望的載荷，并且導(dǎo)致產(chǎn)量下降和礦產(chǎn)稀釋。

因此，期望的是對于每次連續(xù)剪切都知道在橫跨礦層工作面的足夠的點處采掘機的絕對坐標位置，使得能夠預(yù)測豎直等高線(即層位)，并且能夠控制剪切頭的豎直上下運動并對該運動進行動態(tài)調(diào)整以使采掘機遵循起伏的煤礦層(層位控制)?，F(xiàn)有的層位控制方法包括根據(jù)檢測剪切頭上升或下降超過煤礦層時截割滾筒馬達上的增加載荷并對該增加載荷做出反應(yīng)的反應(yīng)法。這種反應(yīng)技術(shù)由于包含非煤材料而導(dǎo)致機械應(yīng)力和礦產(chǎn)稀釋。另一種被稱為“模擬截割”的方法使用傳感器來記錄在手動控制下在橫跨長壁面的完整經(jīng)過中剪切器頭的豎直極限。系統(tǒng)然后嘗試在整個下一經(jīng)過中自動復(fù)制該剪切模式。該方案沒有考慮到在長壁延續(xù)方向上礦層中的起伏。還已經(jīng)提出了雷達和天然伽馬傳感器作為檢測煤礦層邊界的裝置。然而，這些系統(tǒng)并不總是合適，而且在任何情況下都需要人的介入。

已經(jīng)包含在本說明書中的文獻、慣例、材料、裝置、文章等的任何討論都不應(yīng)該被認為是承認這些內(nèi)容的任何部分或全部由于其存在于該申請的每個權(quán)利要求的優(yōu)先權(quán)日之前而形成現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)或與本公開內(nèi)容相關(guān)的領(lǐng)域中的公知常識。

在整個該說明書中，措辭“包括”或其變形“包含”或“含有”將被理解為是指包含所闡述的元件、整數(shù)、步驟、或元件、整數(shù)或步驟構(gòu)成的組，但是不排除任何其他元件、整數(shù)或步驟，或元件、整數(shù)或步驟構(gòu)成的組。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

提供了一種采掘機，該采掘機包括：

安裝在可移動托架上的剪切頭，所述剪切頭用于隨著所述可移動托架在橫跨礦層從一側(cè)到另一側(cè)延伸的軌道上橫跨所述礦層的開采面從一側(cè)到另一側(cè)橫動時從所述礦層開采礦產(chǎn)；

多個頂板支架，所述多個頂板支架用于在從所述礦層開采礦產(chǎn)之后支撐礦井頂板，所述多個頂板支架中的每個頂板支架都通過相應(yīng)的移動元件連接至所述軌道；

至少二維坐標位置確定系統(tǒng)，所述至少二維坐標位置確定系統(tǒng)用于確定在第一橫 動過程中在沿著所述軌道的一個或多個位點處的所述可移動托架在空間中絕對坐標位置，所述一個或多個位點中的每個位點都與所述多個頂板支架中的一個頂板支架相關(guān)聯(lián)，所述位置確定系統(tǒng)根據(jù)所述絕對坐標位置提供絕對坐標位置輸出數(shù)據(jù)信號；

處理器，該處理器用于：

接收所述絕對坐標位置輸出數(shù)據(jù)信號；

在所述可移動托架的第一橫動過程中，基于在所述第一橫動過程中確定的所述絕對坐標位置并基于期望輪廓，確定朝向所述礦層移動所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架的距離；

在所述第一橫動過程中確定所述可移動托架是否已經(jīng)經(jīng)過所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架；并且

當在所述第一橫動過程中確定所述可移動托架已經(jīng)經(jīng)過所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架時，產(chǎn)生用于連接至所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架的移動元件的控制信號，以使所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架在所述第一橫動過程中移動在所述第一橫動過程中確定的距離，使得當連接至所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架的所述移動元件移動所述軌道時，所述軌道采取所述期望輪廓。

在大多數(shù)長壁開采情況下，所述頂板支架在所述剪切頭經(jīng)過它們之后立即向前移動，以防止頂板坍塌在所述軌道上。另外，所述頂板支架的前進距離限定了所述軌道的位點。然而，當所述剪切頭到達礦層末端時立即針對整個軌道計算所需距離。這意味著只能在下一個橫動中采用這些距離，而這會引入不精確性。相反，上述的處理器實時地即在同一橫動中計算并采用這些距離。這意味著所述頂板支架基于軌跡的最新位置來立即前進。結(jié)果，所述采掘機的優(yōu)點在于，與現(xiàn)有采掘機相比，軌道的校正更精確并且更接近地類似于期望輪廓。

在一個實施例中，所述多個頂板支架中的每個頂板支架都具有接合狀態(tài)，在該接合狀態(tài)下，該頂板支架與所述礦井頂板接合，使得該頂板支架提供固定位置以供所述移動元件移動所述軌道，

所述多個頂板支架中的每個頂板支架都具有分離狀態(tài)，在該分離狀態(tài)下，在所述軌道提供固定位置以供所述移動元件移動該頂板支架的同時，該頂板支架能由該移動元件移動；并且

產(chǎn)生控制信號包括產(chǎn)生這樣的控制信號，使得所述多個頂板支架中的所述一個頂 板支架在所述第一橫動過程中在使所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架移動在所述第一橫動過程中確定的所述距離時采取所述分離狀態(tài)，而在所述第一橫動過程中移動所述軌道以采取用于第二橫動的所述期望輪廓時采取所述接合狀態(tài)。

連接至所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架的移動元件可以將所述軌道移動與所述絕對坐標位置無關(guān)的預(yù)定距離。

所述至少二維坐標位置確定系統(tǒng)可以位于任何適當?shù)奈恢?，從該位置，它能夠確定在沿著所述軌道的一個或多個位點處的所述可移動托架在空間中的絕對坐標位置。優(yōu)選地，所述二維坐標位置確定系統(tǒng)位于所述采掘機、軌道或頂板支架結(jié)構(gòu)上。更優(yōu)選地，所述二維坐標位置確定系統(tǒng)位于所述可移動托架上。

所述處理器優(yōu)選具有地下位點，該地下位點優(yōu)選位于所述可移動托架橫動的主巷道和尾巷道之間。更優(yōu)選地，所述處理器位于距離所述采掘機10米以內(nèi)。當所述處理器和所述采掘機緊密接近時，所述處理器和所述采掘機之間的無線通信變得更為有效。

所述采掘機可以進一步包括用于將所述至少二維坐標位置確定系統(tǒng)連接至所述處理器的電纜。

所述處理器可以安裝至所述采掘機。

有利的是不需要與地上計算機的任何數(shù)據(jù)連接。這降低了用于電纜的成本，并且還降低電纜被開采操作切斷的危險。另外，采掘機接近處理器使得帶寬更高。結(jié)果，可以將更多測量值提供給所述處理器以確定更精確的前進距離。

所述處理器可以安裝至所述可移動托架。

與所述多個頂板支架中的一個頂板支架相關(guān)聯(lián)的所述一個或多個位點可以包括與所述多個頂板支架中的一個頂板支架相關(guān)聯(lián)的多于5個的位點，使得所述距離是基于多于5個的位點確定的。

與所述多個頂板支架中的一個頂板支架相關(guān)聯(lián)的所述一個或多個位點可以包括與所述多個頂板支架中的一個頂板支架相關(guān)聯(lián)的多于100個的位點，使得所述距離是基于多于100個的位點確定的。

與所述多個頂板支架中的一個頂板支架相關(guān)聯(lián)的所述一個或多個位點可以包括與所述多個頂板支架中的一個頂板支架相關(guān)聯(lián)的5到2000個位點，使得所述距離是基于5到2000個位點確定的。

所述至少二維坐標位置確定系統(tǒng)可以包括第一里程計和第二里程計，并且所述第一里程計的距離測量值的第一分辨率低于所述第二里程計的距離測量值的第二分辨率。

所述第一(低分辨率)里程計的分辨率為每米少于10個距離測量值，并且所述第二(高分辨率)里程計的分辨率為每米多于100個距離測量值。第二里程計的分辨率優(yōu)選地為每米至少500個距離測量值，并且更優(yōu)選地為每米至少1000個距離測量值。

所述第一里程計可以提供絕對距離測量值，并且所述第二里程計可以提供增量距離測量值。

所述第一里程計可以提供絕對距離測量值，并且所述第二里程計可以提供絕對距離測量值。

在一個實施方式中，僅僅設(shè)置了高分辨率里程計(即每米多于100個距離測量值)。在該實施方式中，所述里程計可以提供增量距離測量值和絕對距離測量值。

所述位置確定系統(tǒng)可以確定與每個距離測量值相關(guān)聯(lián)的方位角，并且可以基于所述距離測量值和相關(guān)聯(lián)的方位角來確定所述絕對坐標位置。

有利的是，通過與方位角相關(guān)聯(lián)的更多里程計讀數(shù)，所確定的絕對位置更精確，因此，與僅僅使用單個分辨率里程計時相比，所述軌道的位置更接近期望輪廓。

還提供了一種用于控制采掘機的方法，該采掘機包括：

安裝在可移動托架上的剪切頭，所述剪切頭用于隨著所述可移動托架在橫跨礦層從一側(cè)到另一側(cè)延伸的軌道上橫跨所述礦層的開采面從一側(cè)到另一側(cè)橫動時從所述礦層開采礦產(chǎn)；

多個頂板支架，所述多個頂板支架用于在從所述礦層開采礦產(chǎn)之后支撐礦井頂板，所述多個頂板支架中的每個頂板支架都通過相應(yīng)的移動元件連接至所述軌道；

所述方法包括：

從至少二維坐標位置確定系統(tǒng)接收絕對坐標位置輸出數(shù)據(jù)信號，所述至少二維坐標位置確定系統(tǒng)用于確定在第一橫動過程中在沿著所述軌道的一個或多個位點處的所述可移動托架在空間中的絕對坐標位置，所述一個或多個位點中的每個位點都與所述多個頂板支架中的一個頂板支架相關(guān)聯(lián)，所述至少二維坐標位置確定系統(tǒng)：

在所述可移動托架的所述第一橫動過程中，基于在所述第一橫動過程中確定的 絕對坐標位置并基于期望輪廓，確定朝向所述礦層移動所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架的距離；

在所述第一橫動過程中確定所述可移動托架是否已經(jīng)經(jīng)過所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架；并且

當在所述第一橫動過程中確定所述可移動托架已經(jīng)經(jīng)過所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架時，產(chǎn)生用于連接至所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架的所述移動元件的控制信號，以使所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架在所述第一橫動過程中移動在所述第一橫動過程中確定的距離，使得當連接至所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架的所述移動元件移動所述軌道時，所述軌道采取所述期望輪廓。

產(chǎn)生用于所述移動元件的控制信號可以包括產(chǎn)生這樣的控制信號，使得當連接至所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架的所述移動元件移動所述軌道時，所述軌道在所述第一橫動之后立即采取用于第二橫動的所述期望輪廓。

產(chǎn)生用于所述移動元件的控制信號可以包括產(chǎn)生這樣的控制信號，使得當連接至所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架的所述移動元件移動所述軌道時，所述軌道采取用于所述第一橫動的剩余部分的所述期望輪廓。

可以在確定所述可移動托架已經(jīng)經(jīng)過所述多個頂板支架的任何隨后頂板支架之前進行所述控制信號的產(chǎn)生。

確定朝向所述礦層移動所述多個頂板支架中的一個頂板支架的距離可以包括：基于與所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架相關(guān)聯(lián)的一個或多個選定位點處的所述絕對坐標位置并且與和所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架相關(guān)聯(lián)的所述選定位點以外的位點處的所述絕對坐標位置無關(guān)地確定該距離。

還提供了一種在由計算機執(zhí)行時使該計算機執(zhí)行以上描述的方法的軟件。

根據(jù)一個方面，提供了一種采掘機，該采掘機包括：

兩個或更多個剪切頭，每個剪切頭都安裝在經(jīng)由可旋轉(zhuǎn)接頭連接至可移動托架的臂上，所述剪切頭用于隨著所述可移動托架在橫跨礦層從一側(cè)到另一側(cè)延伸的軌道上橫跨所述礦層的開采面從一側(cè)到另一側(cè)橫動時從所述礦層開采礦產(chǎn)；

多個頂板支架，所述多個頂板支架用于在從所述礦層開采礦產(chǎn)之后支撐礦井頂板，所述多個頂板支架中的每個頂板支架都通過相應(yīng)的移動元件連接至所述軌道，其特征在于，所述采掘機進一步包括：

至少二維坐標位置確定系統(tǒng)，所述至少二維坐標位置確定系統(tǒng)用于確定在第一橫動過程中在沿著所述軌道的一個或多個位點處的所述可移動托架在空間中的絕對坐標位置，所述一個或多個位點中的每個位點都與所述多個頂板支架中的一個頂板支架相關(guān)聯(lián)，所述至少二維坐標位置確定系統(tǒng)根據(jù)所述絕對坐標位置提供絕對坐標位置輸出數(shù)據(jù)信號；

處理器，該處理器包括：

絕對坐標位置輸出數(shù)據(jù)信號接收單元，該絕對坐標位置輸出數(shù)據(jù)信號接收單元從所述至少二維坐標位置確定系統(tǒng)接收所述絕對坐標位置輸出數(shù)據(jù)信號；

距離確定單元，該距離確定單元在所述可移動托架的第一橫動過程中基于所接收的絕對坐標位置輸出數(shù)據(jù)信號并基于期望輪廓確定朝向所述礦層移動所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架的距離；

經(jīng)過確定單元，該經(jīng)過確定單元在所述第一橫動過程中確定所述可移動托架是否已經(jīng)經(jīng)過所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架；以及

控制信號產(chǎn)生單元，當所述經(jīng)過確定單元在所述第一橫動過程中確定所述可移動托架已經(jīng)經(jīng)過所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架時，所述控制信號產(chǎn)生單元產(chǎn)生用于連接至所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架的所述移動元件的控制信號，以使所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架在所述第一橫動過程中移動由所述距離確定單元確定的所述距離，使得當連接至所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架的所述移動元件移動所述軌道時，所述軌道采取所述期望輪廓。

在一個實施方式中，所述多個頂板支架中的每個頂板支架都具有接合狀態(tài)，在該接合狀態(tài)下，該頂板支架與所述礦井頂板接合，使得該頂板支架提供固定位置以供所述移動元件移動所述軌道，并且所述多個頂板支架中的每個頂板支架具有分離狀態(tài)，在該分離狀態(tài)下，在所述軌道提供固定位置以供所述移動元件移動該頂板支架的同時，該頂板支架能由該移動元件移動。

在一個實施方式中，連接至所述多個頂板支架中的所述一個頂板支架的所述移動元件使所述軌道移動與所述絕對坐標位置無關(guān)的預(yù)定距離。

在一個實施方式中，所述處理器位于距離所述采掘機10米以內(nèi)。

在一個實施方式中，所述采掘機包括用于將所述至少二維坐標位置確定系統(tǒng)連接至所述處理器的電纜。

在一個實施方式中，所述處理器安裝至所述采掘機。

在一個實施方式中，所述處理器安裝至所述可移動托架。

在一個實施方式中，與所述多個頂板支架中的一個頂板支架相關(guān)聯(lián)的所述一個或多個位點包括與所述多個頂板支架中的一個頂板支架相關(guān)聯(lián)的多于5個的位點，使得所述距離是基于多于5個的位點確定的。

在一個實施方式中，與所述多個頂板支架中的一個頂板支架相關(guān)聯(lián)的所述一個或多個位點包括與所述多個頂板支架中的一個頂板支架相關(guān)聯(lián)的多于100個的位點，使得所述距離是基于多于100個的位點確定的。

在一個實施方式中，與所述多個頂板支架中的一個頂板支架相關(guān)聯(lián)的所述一個或多個位點包括與所述多個頂板支架中的一個頂板支架相關(guān)聯(lián)的5到2000個位點，使得所述距離是基于5到2000個位點確定的。

在一個實施方式中，所述至少二維坐標位置確定系統(tǒng)包括第一里程計和第二里程計，并且所述第一里程計的距離測量值的第一分辨率低于所述第二里程計的距離測量值的第二分辨率，并且所述第一里程計和所述第二里程計可以包括連接至軸的正交編碼器，所述軸連接至變速器，該變速器通過與行進機構(gòu)相互作用而被物理驅(qū)動。

在一個實施方式中，所述第一里程計每行進0.1m就提供一個正交脈沖，并且所述第二里程計每行進0.01米就提供一個正交脈沖。

在一個實施方式中，所述第一里程計用來提供絕對距離測量值，并且所述第二里程計用來提供增量距離測量值。

在一個實施方式中，所述第一里程計用來提供絕對距離測量值，并且所述第二里程計用來提供絕對距離測量值。

在一個實施方式中，所述至少二維坐標位置確定系統(tǒng)用于確定與每個距離測量值相關(guān)聯(lián)的方位角，并且用于基于所述距離測量值和相關(guān)聯(lián)的方位角來確定所述絕對坐標位置。

所描述的所述采掘機的可選特征在合適的情況下同樣適合于也在這里描述的方法和軟件。

附圖說明

將參照如下附圖描述實施例：

圖1圖示了煤礦層的示意圖，示出了煤礦層中的起伏以及煤礦層的高度(elevation)沿著其長度的相對變化。

圖2圖示了示意圖，示出了煤礦層和在橫跨礦層的橫動過程中的典型剪切機。

圖3圖示了詳細近視圖，示出了礦層與長壁采掘機。

圖4圖示了用于控制采掘機的計算機系統(tǒng)。

圖5圖示了用于控制采掘機的方法。

圖6(a)至圖6(h)以示意形式圖示了平面圖，示出了在幾次經(jīng)過過程中的現(xiàn)有技術(shù)的采掘機。

圖7(a)至圖7(e)更詳細地圖示了頂板支架。

圖8圖示了橫動過程中的采掘機的實施例的平面圖。

圖9(a)至圖9(c)圖示了開采到礦層內(nèi)的采掘機的一系列橫動的平面圖。

圖9(d)至圖9(f)圖示了示意圖，示出了軌道的輪廓和運動，采掘機在該軌道上移動。

圖9(g)圖示了在兩個點處軌道上的當前位置和新位置之間的角度。

圖10(a)和圖10(b)圖示了可以確定采掘機的坐標位置的位點。

圖11圖示了長壁開采的總體方法。

圖12圖示了采掘機的傳動系。

具體實施方式

首先參照圖1，示出了相對于X、Y和Z平面的煤礦層1。圖1是示意性的并且示出了礦層1的向上傾斜以及遍及礦層1的褶皺和等高線。礦層下方和上方的地層沒有示出。礦層1具有長壁面3和由厚度5表示的豎直深度或厚度。深度或厚度5典型地在整個礦層1中基本均勻。

當開采礦層1時，采掘機試圖橫跨礦層進行一系列從一邊到另一個的截割。每個截割都由橫跨礦層1的窄線標記表示。換言之，隨著每個連續(xù)的從一邊到另一邊的截割，長壁面3被逐漸地暴露出。能夠看到，隨著在大體正交于長壁面3的方向上(即在Y方向上)從一邊到另一邊的截割的進行，層位面(horizon aspect)向上變化。這僅僅是示例性的，因為在其他實施例中，該層位面可以向下延伸。另外，礦層1被示出為具有沿著X軸的大體水平的面。該礦層可以具有沿著X軸的傾斜。換言之，圖 1僅僅示出了一個可能類型的礦層1構(gòu)造。需要預(yù)測這種變化以提高采掘過程中的效率。

現(xiàn)在參照圖2，示意性地示出了承載剪切頭9的采掘機7如何能夠橫跨礦層1的長壁面3移動。因此，采掘機7在礦層1下方的地層11的上表面之上和在礦層1上方的地層13的下表面之下移動。隨著采掘機在每次從一邊到另一邊經(jīng)過之后在由箭頭15表示的方向上向前行進，采掘機逐漸地開采礦層1中的煤或其他礦產(chǎn)。

圖3以近視詳細示出了采掘機7和礦層1的布置。采掘機7包括安裝在可移動托架17上的剪切頭9。剪切頭9用來隨著可移動托架17橫跨礦層1的開采面從一邊到另一邊的橫動而從礦層1開采礦產(chǎn)?？梢苿油屑?7在軌道19上橫動，該軌道19橫跨礦層1從一邊延伸到另一邊。

圖3還示出了多個頂板支架23，這些頂板支架支撐上覆地層13的下層表面的地層礦井頂板。頂板支架23位于礦井頂板和下層地層11之間，從而在從礦層1開采礦產(chǎn)之后對礦井頂板進行支撐，多個頂板支架中的每個頂板支架都通過相應(yīng)的移動元件25連接至軌道19。每個移動元件25都可獨立地移動。在圖3中，故意沒有示出若干頂板支架23，以便清楚地暴露出采掘機7。然而，應(yīng)該理解，在實際使用中，多個頂板支架23以基本相等間隔開的間隔沿著軌道19的長度延伸。

至少二維坐標位置確定系統(tǒng)300由可移動托架17承載。在一個實施例中，坐標位置確定系統(tǒng)300諸如通過永久固定(例如通過焊接)坐標位置確定系統(tǒng)300的殼體而安裝在可移動托架17上。在其他實施例中，該殼體可以可移除地附接至可移動托架17。坐標位置確定系統(tǒng)300能夠確定在第一橫動過程中在沿著軌道19的一個或多個位點(見圖10(a)和圖10(b)中的500)處的可移動托架17在空間中的絕對坐標位置。該絕對坐標位置可以為至少二維的，且典型地在X和Y方向上。所述一個或多個位點500中的每個位點與多個頂板支架23中的一個相關(guān)聯(lián)。位置確定系統(tǒng)300提供絕對坐標位置輸出數(shù)據(jù)信號供計算機系統(tǒng)100的處理器102接收。

圖4圖示了在圖3中圖示的采掘機構(gòu)造中的計算機系統(tǒng)100，計算機系統(tǒng)100計算供多個頂板支架23前進的距離27。計算機系統(tǒng)100包括連接至程序存儲器104、數(shù)據(jù)存儲器106、作為輸入端口的第一數(shù)據(jù)端口108和作為輸出端口的第二數(shù)據(jù)端口110的處理器102。第一數(shù)據(jù)端口108和第二數(shù)據(jù)端口110可以為同一數(shù)據(jù)端口。該處理器還連接至用戶接口112，用戶接口112將處理器102與由決策者116操作的顯 示器114聯(lián)接。在一個實施例中，程序存儲器104為非暫時性計算機可讀介質(zhì)，諸如硬盤驅(qū)動器、固態(tài)盤或CD-ROM。

存儲在程序存儲器104上的軟件(該軟件為包括計算機可執(zhí)行指令的可執(zhí)行程序)使處理器102執(zhí)行圖5中的方法，也就是說，處理器102確定多個頂板支架23中的每個頂板支架朝向開采面3前進的距離27。存儲在程序存儲器104上的軟件將計算機系統(tǒng)100轉(zhuǎn)換成用于頂板支架23前進的距離27的實際計算器。

應(yīng)理解的是，可以使用任何類型的數(shù)據(jù)端口來接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，諸如網(wǎng)絡(luò)連接、存儲器接口、處理器102的芯片封裝的引腳、或邏輯端口，諸如IP套接字(socket)或存儲在程序存儲器104上并由處理器102執(zhí)行的函數(shù)的參數(shù)。處理器102可以通過所有這些接口接收數(shù)據(jù)，這包括對易失性存儲器(如高速緩存或RAM)或非易失性存儲器(如光盤驅(qū)動器、硬盤驅(qū)動器、存儲服務(wù)器或云存儲)的存儲器訪問。

在一個實施例中，處理器102通過定位確定系統(tǒng)300和輸入端口108之間的直接電纜連接從位置確定系統(tǒng)300接收作為輸出數(shù)據(jù)信號的位置信息，將該信息存儲在數(shù)據(jù)存儲器106上，并且確定多個頂板支架23中的一個頂板支架朝向開采面3移動的距離27。處理器102將距離27存儲在數(shù)據(jù)存儲器106上，并且處理器102然后從存儲器106請求該距離供稍后使用。處理器102能夠重復(fù)該過程。

之后，例如，處理器102從存儲器106請求距離27以處理供多個頂板支架23中的一個頂板支架接收的輸出信號。處理器102然后經(jīng)由通信端口108(在該實施例中，通過通信端口108與多個頂板支架23之間的直接電纜連接)將所確定的輸出信號發(fā)送給多個頂板支架23中的一個頂板支架。

在一個更一般的實施例中，處理器102包括：從所述位置確定系統(tǒng)300接收絕對坐標位置輸出數(shù)據(jù)信號的絕對坐標位置輸出數(shù)據(jù)信號接收單元，如輸入端口108；距離確定單元，該距離確定單元在可移動托架17的第一橫動過程中基于所接收的絕對坐標位置輸出數(shù)據(jù)信號并基于期望輪廓確定朝向礦層移動多個頂板支架23中的一個頂板支架的距離；經(jīng)過確定單元，該經(jīng)過確定單元在第一橫動過程中確定可移動托架17是否已經(jīng)經(jīng)過多個頂板支架23中的所述一個頂部支架；以及控制信號產(chǎn)生單元，當所述經(jīng)過確定單元在第一橫動過程中確定可移動托架17已經(jīng)經(jīng)過多個頂板支架23中的一個頂板支架時，該控制信號產(chǎn)生單元產(chǎn)生用于連接至多個頂板支架23中的所述一個頂板支架的移動元件25的控制信號，以使多個頂板支架23中的所述一個頂板 支架在第一橫動過程中移動由所述距離確定單元確定的距離，從而當連接至多個頂板支架23的所述一個頂板支架的移動元件25移動軌道19時，軌道19采區(qū)所述期望輪廓。

在一個實施例中，處理器102產(chǎn)生圖形用戶界面112，諸如描繪多個頂板支架23的狀態(tài)的視圖，并且通過將適當?shù)拿詈蛿?shù)據(jù)發(fā)送到顯示裝置114而將圖形用戶界面112實現(xiàn)在顯示裝置114上。決策者116可以觀看圖形用戶界面112并且相應(yīng)地計劃采掘機7的控制。

在一個實施方式中，處理器102從位置確定系統(tǒng)300實時地接收和處理作為輸出數(shù)據(jù)信號的位置信息。在上下文中，“實時”是指每次從位置確定系統(tǒng)300接收位置信息時處理器102都確定朝向開采面3移動多個頂板支架23中的一個頂板支架的距離27，并且在位置確定系統(tǒng)300發(fā)送下一個位置信息更新之前完成該計算。

應(yīng)理解的是，在整個該公開內(nèi)容中，除非另有說明，變量和模型等是指物理地存儲在數(shù)據(jù)存儲器106或由處理器102處理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。此外，為了簡潔起見，當提及具體變量名稱如“坐標位置”或“距離”時，應(yīng)該將其理解為是指作為物理數(shù)據(jù)存儲在計算機系統(tǒng)100中的變量的值。

圖5示出了用于控制采掘機的方法200。處理器102執(zhí)行方法200。在步驟202，處理器102從二維坐標位置確定系統(tǒng)300接收絕對坐標位置輸出數(shù)據(jù)信號。步驟204在可移動托架17的第一橫動過程中確定朝向礦層1移動多個頂板支架23中的一個頂板支架的距離27。距離27基于在步驟202中接收的絕對坐標位置和用于可移動托架17的運動的期望輪廓。

在步驟206，處理器102在第一橫動過程中確定可移動托架17是否已經(jīng)經(jīng)過多個頂板支架23中的一個頂板支架。一旦從步驟206確定可移動托架17已經(jīng)經(jīng)過多個頂板支架23中的一個頂板支架時，處理器102產(chǎn)生208用于使連接至多個頂板支架23中的一個頂板支架的移動元件25在第一橫動過程中移動的控制信號。移動元件25移動的距離27是這樣的，使得當移動單元25使軌道19移動預(yù)定距離(參見圖7(e)的404)時，軌道19采取期望輪廓。

在一個實施例中，方法200是反應(yīng)性校正方法，使得軌道19采取用于第二橫動的期望輪廓。在另一個實施例中，該方法是預(yù)測性校正方法，使得軌道19采取用于第一橫動的剩余部分的期望輪廓。在這種情況下，處理器102確定期望輪廓和托架已 經(jīng)經(jīng)過的第一橫動的位點的測量位置之間的誤差，并且校正托架前方的軌道的托架將經(jīng)過的位置，以便針對該誤差進行補償。盡管該誤差是估計值，但是這種前向誤差校正可以得到比沒有前向誤差校正更大的總體精度。前向校正和后向校正可以進行組合，以進一步增加軌道位置的精度。

產(chǎn)生控制信號可以是所發(fā)送的包括所確定的距離的單個信號，并且由頂板支架23接收該控制信號表示移動元件25的運動應(yīng)該盡可能快地開始。另選地，該控制信號可以包括所確定的距離和將來時間的定時信息，移動元件25應(yīng)該基于該定時信息而開始。另外，控制信號可以被分離成多個消息。

圖5應(yīng)該被理解為用于采掘機軟件程序的計劃圖，并且可以逐步地實現(xiàn)，使得圖5中的每個步驟都由編程語言(如C++或Java)中的函數(shù)表示。所得到的源代碼然后進行編譯并且作為計算機可執(zhí)行指令存儲在程序存儲器104上。

注意，對于大部分人來說，手動即在沒有計算機幫助的情況下執(zhí)行方法200在實踐上將是不可能的。因此，使用計算機是本公開內(nèi)容的實質(zhì)的一部分，并且允許進行由于所涉及的大量數(shù)據(jù)和大量計算而在其他情況下不可能的必要計算。

在現(xiàn)有技術(shù)中，當采掘機7一遍一遍地前進到礦層1內(nèi)時，頂板支架23從支撐礦井頂板分別釋放，并且在剪切頭9經(jīng)過它們之后立即朝向礦層1向前移位以防止頂板坍塌到軌道19上。頂板支架23的前進距離限定軌道19的位點。然而，該前進距離是在剪切頭9到達礦層末端時同時針對整個軌道計算的。這樣，在每個橫動結(jié)束時計算的距離只能被應(yīng)用于下一個橫動。這引入了不精確性，因為用于計算前進距離的信息并不是最新的信息。與現(xiàn)有技術(shù)相反，該公開內(nèi)容通過確保在實時計算前進距離中使用最新的坐標位置信息來減少不精確性。

圖6(a)至圖6(h)圖示了一系列平面視圖，這些視圖示出了典型的長壁開采過程。圖6(a)至圖6(h)中的每幅圖都進行注釋以便示出了在采掘機7橫跨開采面3經(jīng)過時的各種階段。圖6(h)示出了在現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)生的極端條件，其中，隨著軌道在多次經(jīng)過中多次移動之后，在多次經(jīng)過之后由于軌道位置的不精確確定和頂板支架的滑移而形成了曲線形或蛇形路徑。如上所述，過去使用的用于定位軌道19和用于控制采掘機7的各種系統(tǒng)已經(jīng)導(dǎo)致開采技術(shù)效率低下。本公開內(nèi)容通過確定第一橫動過程中軌道19的至少二維坐標位置并且然后計算將軌道19放置在用于下一次經(jīng)過的期望輪廓中所需的運動來克服現(xiàn)有技術(shù)的困難，。

圖7(a)至圖7(e)更詳細地圖示了頂板支架23。頂板支架23可以以半自動控制模式操作，使得頂板支架23能夠從處理器12和從用戶操作手動控制器(例如液壓控制器)接收控制信號。頂板支架23也可以以基本全自動模式操作，使得只有頂板支架23能夠僅從處理器接收控制信號。在另一個實施例中，采掘機7外部的用戶借助于外部用戶界面來監(jiān)測頂板支架23，并且能夠利用該用戶界面將控制信號發(fā)送給頂板支架。在又一個實施例中，頂板支架23的自動化借助于處理器102與剪切器9的控制器相連。

圖7(a)圖示了作為多個頂板支架中的一個頂板支架的示例性頂板支架23處于接合狀態(tài)，其中頂板支架23的蓬蓋400與作為上覆地層13的下表面的礦井頂板接合。在該狀態(tài)下，蓬蓋400支撐礦井頂板，并且頂板支架23的液壓臂402伸出并在礦井頂板上施加壓力。液壓臂402可以由位于頂板支架23上或頂板支架23附近的動力單元系統(tǒng)供應(yīng)動力。在另一個實施例中，頂板支架包括擋流板，所述擋流板是安裝在頂板支架23的蓬蓋400上的防護板。擋流板防止過多的煤從開采面3掉落。當頂板支架23朝向礦層1前進時，擋流板抵靠開采面3放置。擋流板維持與可移動托架17的安全距離，并且當剪切器9接近頂板支架23時，擋流板向后折疊到蓬蓋400內(nèi)以避免損壞。

如在步驟206中描述的，一旦處理器102確定可移動托架17已經(jīng)完全經(jīng)過頂板支架23，使得可移動托架17的尾端已經(jīng)經(jīng)過頂板支架23的前邊緣，處理器102產(chǎn)生用于使連接至頂板支架23的移動元件25移動距離27的控制信號。該控制信號傳送到頂板支架23以采取如圖7(b)中所示的分離狀態(tài)。在分離狀態(tài)下，頂板支架23的蓬蓋400不與礦井頂板接觸。在該狀態(tài)下，蓬蓋400不支撐礦井頂板，并且頂板支架23的液壓臂402釋放礦井頂板上的壓力，蓬蓋400下降。頂板支架23可由移動元件25移動，并且軌道19提供了固定位置供移動元件25移動頂板支架23，使得頂板支架23從固定軌道19移動距離27。這在圖7(c)中示出，其中處于分離狀態(tài)的頂板支架23朝向礦層1移動距離27。頂板支架23前進的距離27有助于軌道19在隨后階段采取期望輪廓。處理器102產(chǎn)生的控制信號還傳送到頂板支架23以采取圖7(d)所示的接合狀態(tài)。在該接合狀態(tài)下，頂板支架23用作固定位置供移動元件25移動軌道19，使得軌道19從接合的頂板支架23向前移動預(yù)定距離404。移動元件25如圖7(e)所示推動了軌道19，其中該示例性的頂部支架23處于接合狀態(tài)，而 軌道19移動預(yù)定距離404以采取用于下一個橫動的期望輪廓。預(yù)定距離404與軌道19的絕對坐標位置無關(guān)。

在本公開內(nèi)容中，處理器102實時地即在同一橫動中計算頂板支架23前進的距離27。這意味著頂板支架23的即將的前進基于軌道19的最新位置，這是因為頂板支架23前進的距離27部分地基于可移動托架17的絕對坐標位置，并由此基于軌道19的絕對坐標位置。

圖8是如以上描述的本公開內(nèi)容的實施例的平面圖，其中示出了沿著橫動的不同階段。頂板支架23”已經(jīng)前進距離27，并且軌道19”已經(jīng)隨后被推動。頂板支架23’已經(jīng)前進距離27，但是移動元件25還沒有推動軌道19’。采掘機7的位于平面圖右側(cè)的頂部支架23尚未前進或被推動，因為可移動托架17還沒有經(jīng)過，這樣移動元件還沒有從處理器102接收控制信號，并且頂板支架23位于與之前橫動相同的位置。

圖9(a)至圖9(g)圖示了本公開內(nèi)容的簡化實施例。與圖6(a)至圖6(h)中的類似，示出了礦層1的一系列平面圖。軌道19橫跨開采面3延伸，并且采掘機7沿著軌道19橫動。圖9(a)至圖9(c)中的每個視圖都是平面圖，示出了位于近似水平延伸平面中的礦層1和軌道19。應(yīng)該認識到，煤礦層典型地在大體水平延伸的平面中橫向地延伸，然而，如圖1和圖2中例示性所示，有起伏和傾斜。

圖9(a)圖示了在使用采掘機7開始開采之前的具有開采面3的礦層1。能夠看到，軌道19在開采面3前方延伸。典型地，軌道的輪廓應(yīng)是直線。采掘機7被示出為位于在到達礦層1右手側(cè)之前的礦層1的最左手側(cè)。能夠看到，開采面3具有與軌道19的輪廓不同的輪廓。在圖9(a)中，至少二維坐標定位系統(tǒng)300確定開始剪切之前的采掘機7的二維坐標位置。這典型地為采掘機的北向和東向坐標位置，并且該初始二維坐標位置用作采掘機7開始剪切的基點。

圖9(b)示出采掘機7的第一次經(jīng)過之后的布置。這里，能夠看到，開采面3的輪廓重復(fù)了軌道19的輪廓，因為軌道19移動以采取期望輪廓。為達到該期望輪廓，可能需要幾次經(jīng)過和軌道19的對應(yīng)運動，這是因為頂板支架23只有有限的運動能力。這意味著用于每次橫動的期望輪廓可能不是最終的期望輪廓，而僅僅是在下一經(jīng)過中能夠?qū)崿F(xiàn)的最佳輪廓。可能沿著直線延伸的最終期望輪廓是這樣的，即采掘機7每次橫動都以近似相等截割深度前進到開采面3內(nèi)。

圖9(c)示出了軌道的輪廓已經(jīng)通過在橫跨開采面3的橫動過程中在采掘機7 后面的各個位點適當?shù)匾苿榆壍?9而被調(diào)整為期望輪廓，在這種情況下，該期望輪廓為直線?？梢酝ㄟ^獲知采掘機7沿著軌道19的各個位點的坐標位置來采取軌道19的期望輪廓和開采面3的對應(yīng)輪廓。這是因為采掘機7由軌道19承載，并且采掘機7的坐標位置與這些位點處的軌道19的位置直接相關(guān)。因而，優(yōu)選從采掘機7上的固定點確定坐標位置，并且軌道19的當前位置與該固定點相關(guān)。在一個變型中，可以使用直接安裝在軌道上而不是安裝在可移動采掘機上的坐標確定系統(tǒng)來確定坐標位置。這些位點500可以精確對應(yīng)于多個頂板支架23與軌道10相連的位置，或者可以存在許多中間位點。

換言之，沿著軌道19的位點的數(shù)量(確定采掘機7在所述位點的坐標位置)可以遠遠大于多個頂板支架23的數(shù)量。圖10(a)和圖10(b)圖示了位點500，可以確定采掘機7在該位點500的坐標位置。圖10(a)圖示了每個頂板支架23一個位點，而圖10(b)圖示了與多個頂板支架23中的一個頂板支架相關(guān)的多于5個位點。

在圖10(a)中，處理器102基于一個位點確定距離27，也就是說，處理器102實質(zhì)上將該位點確定為選擇采掘機最接近或剛剛經(jīng)過哪個頂板支架。另選地，如圖10(b)所示，處理器102基于多于5個位點來確定距離27，也就是說，處理器102能夠以更大精度確定該位置，這是由于頂板支架23沿著軌道延伸的距離被分成五個不同位置。

在另一個實施例中，確定距離27基于與多個頂板支架23中的一個頂板支架相關(guān)的多于100個位點來進行。在又一個實施例中，確定距離27基于與多個頂板支架中的一個頂板支架相關(guān)的5到2000個位點來進行。

假定每個頂板支架23朝向礦層1前進而使得軌道19采取期望輪廓的距離27為在頂板支架23沒有任何滑移的情況下的所需距離。然而，在實踐中可能發(fā)生一些滑移，位置確定系統(tǒng)300使得其將一直能夠確定采掘機7在各種位點的當前位置，并因而所需距離27的任何計算都將一直基于該當前位置而不是預(yù)期位置。因而，本公開內(nèi)容的技術(shù)使得軌道19在多次經(jīng)過之后采取非期望的曲線或蛇形路徑的問題最小化。除此之外，不必在多次經(jīng)過之后為了試圖調(diào)節(jié)軌道19而關(guān)閉采掘機7(就像現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中的情況那樣)，因為軌道19的輪廓或者與期望輪廓相同或與其近似。

在本公開內(nèi)容的另一個實施例中，能夠利用系統(tǒng)進行小的調(diào)整，以使軌道19相對于開采面3傾斜，以便以轉(zhuǎn)向方式布置向左或向右移動軌道19并因此移動采掘機 7，以補償采掘機7和軌道19向礦層1的一側(cè)的任何漸進蠕動。例如，如果采掘機7試圖開采諸如圖1中所示的具有急劇向上傾斜的礦層。

圖9(d)圖示了類似于圖9(a)的軌道19的輪廓。圖9(d)還圖示了沿著軌道19的長度的多個位點500X₁、X₂、X₃……X_N。圖9(e)圖示了軌道19的期望輪廓19’，并且以Y₁、Y₂、Y₃……Y_N示出了位于與圖9(d)中的X₁、X₂、X₃……X_N相同增量的位點處的多個位點。假定△X和△Y為兩個相鄰位點之間的差并且△X和△Y均保持恒定。那么，在由向量X₁、X₂、X₃……X_N表示的每個位點處，采掘機的航向(heading)能夠用來按照如下確定這些位點的坐標：

X_n＝X_n-1+ΔX∠θ_n

其中ΔX∠θ_n為以極坐標形式表示的具有幅值ΔX和角度∠θ_n的向量，其中∠θ_n為位點X_n-1和X_n之間整個實際路徑中采掘機的航向的適當常數(shù)值表示。優(yōu)選地，將坐標確定為東向和北向。于是能夠確定位移長度A₁、A₂、A₃……A_N以將軌道19放置在所需位置，從而將獲得期望輪廓19’。這在圖9(f)和圖9(g)中示出。

在任何給定點，位移長度A_n可以表示如下：

A_n＝|Y_n-X_n|

其中|X|表示向量X的幅值。

然后能夠?qū)⒁陨虾唵蔚南到y(tǒng)擴展到三維坐標系統(tǒng)，其中位置確定系統(tǒng)300確定在各個位點X₁、X₂、X₃……X_N處采掘機7的方位(altitude)。通過獲知各個位點X₁、X₂、X₃……X_N的三維坐標，可以存儲礦層1的三維輪廓。在該公開內(nèi)容中，對“至少二維”的提及包括三維。

在本公開內(nèi)容的實施例中，使用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)確定采掘機7在三個維度上的位置和取向。優(yōu)選地，這三個維度中的每個都基于X、Y和Z坐標。典型地，陀螺儀系統(tǒng)測量在這三個坐標中的每個坐標中的角速度。該陀螺儀系統(tǒng)又可以與加速度計相關(guān)聯(lián)，該加速度計測量在同一坐標維度上的三維加速度(線性)。位置確定系統(tǒng)300進一步包括第一里程計和第二里程計以提高INS的精度和穩(wěn)定性，其中所述里程計提供關(guān)于采掘機系統(tǒng)的線性位移的信息。第一里程計的距離測量值的第一分辨率小于第二里程計的距離測量值的第二分辨率，例如第一里程計具有小于每米10個距離測量值的分辨率，而第二里程計具有每米多于100個距離測量值的分辨率。

在本公開內(nèi)容的一個實施例中，第一里程計提供絕對距離測量值，而第二里程計 提供增量距離測量值。在另一個實施例中，第一和第二里程計都提供絕對距離測量值。

位置確定系統(tǒng)300于是針對三個維度中的每個維度對信號進行處理，并且提取線性位置和角轉(zhuǎn)動。這獨特地確定了采掘機7和軌道19在三維空間中的精確位置。位置確定系統(tǒng)300確定與每個距離測量值相關(guān)的方位角，并使用距離測量值和相關(guān)的方位角來確定采掘機7和軌道19的絕對坐標位置。

如果采掘機不沿著直線行進則可能產(chǎn)生不精確性，也就是說，采掘機的方位角在方位角的隨后測量值之間發(fā)生改變。以上過程通過假定沿著直線而不是彎曲路徑運動這一估計來近似絕對坐標位置。如果更頻繁地測量方位角和距離(即沿著軌跡具有更高分辨率)，則可以降低誤差。在一個實施例中，托架承載作為采掘機的標準設(shè)備的一部分的低分辨率絕對里程計。在上下文中，“絕對”是指里程計提供了從首先開始使用里程計時開始的總距離。

托架還可以進一步承載改進型高分辨率增量里程計。在上下文中，“增量”是指里程計提供與上一個測量值的距離。例如，里程計僅僅提供從低升到高的二進制信號。數(shù)據(jù)存儲器106存儲與高分辨率里程計相關(guān)的距離，使得處理器102都能夠確定：每次該處理器102檢測到里程計信號的上升沿，托架已經(jīng)移動該距離。例如，如果已知該里程計的分辨率為每米100個測量值，則每個上升沿的相關(guān)距離為1cm。

每次處理器102檢測到上升沿時，處理器102都基于高分辨率里程計的距離和方位角來確定絕對坐標位置。由于現(xiàn)在增加了托架路徑的采樣率，因此降低了位點誤差。另外，對具有高分辨率的增量里程計的改進相對廉價，而使用絕對里程計限制了由增量里程計測量值引起的積累誤差。換言之，絕對和增量里程計的組合具有低成本高精度的特別優(yōu)點。

如在圖10(b)中看到的，多個位點500與每個頂板支架23相關(guān)聯(lián)。在一個實施例中，處理器102選擇相對于水平位置最接近移動元件25的位點，以便確定移動軌道的距離。在一個實施例中，處理器102在移動元件任一側(cè)的兩個最接近位點之間進行插值。在這些實施例中，確定距離與所述一個或兩個最接近位置以外的位點無關(guān)。注意，盡管只選擇了一個或兩個位點來確定前進距離，但是使用更大量的位點來確定距離增加了如上所述確定的位置的精度。

在典型的實施例中，安裝在采掘機7上的線性橫動驅(qū)動馬達系統(tǒng)控制采掘機7在X方向上即橫跨礦層1橫向的所需運動。通過調(diào)節(jié)剪切器頭9的下限，能夠控制 采掘機7在Z方向上的所需運動。由于該下限限定了隨后將安置軌道的地面，該下限確定了軌道在Y方向上的輪廓。上限僅從最大開采角度來說才比較重要。

各種手段都能夠確定該下限，例如馬達轉(zhuǎn)矩、伽馬檢測、模擬截割、視覺參考。在這方面，如上所述的INS在一起使用時提高了這些技術(shù)的精度、穩(wěn)定性和總體效率。

可移動托架17承載可擺動臂21，該可擺動臂21又支撐位于可移動托架17的各個端部的剪切頭9。臂21能夠向上和向下擺動，同時可移動托架17能夠沿著軌道19橫動。一旦確定下限，則可以采用適當?shù)尿?qū)動系統(tǒng)(諸如液壓馬達)來在采掘機7的隨后橫向經(jīng)過中擺動臂21，使得剪切頭9在每次經(jīng)過過程中將所有可能相關(guān)材料從礦層1移除，而不會不適當?shù)亻_采地層11或地層13。

安裝在采掘機上的慣性運動傳感器測量采掘機7在Y方向上的運動，其中Y方向為開采進行方向。處理器102使用對采掘機7的期望三維絕對位置和沿著軌道19行進距離的獲知以及礦層1在Y方向上的上限和下限來產(chǎn)生輸出控制信號以相對于軌道19適當?shù)匾苿硬删驒C7，并相對于采掘機7適當?shù)匾苿蛹羟蓄^9，從而進行精確開采控制。

因而，處理器102提供了使軌道向前運動到預(yù)選絕對位置的輸出信號。另外，處理器102提供給頂板支架23的這些輸出信號可以是這樣的，即：使得采掘機7相對于剪切頭以預(yù)選絕對大地航向或角度進行截割，從而使得采掘機7相對于軌道向礦層1內(nèi)的向前行進以預(yù)選絕對大地航向或角度對開采面3進行截割。

處理器102包括程序存儲器104和數(shù)據(jù)存儲器106，數(shù)據(jù)存儲器106存儲關(guān)于由至少二維位置確定系統(tǒng)300在采掘機7沿著軌道19橫動的整個過程中的各個點處提供的電信號的信息。處理器102然后請求、找回并使用存儲在存儲器104和106中的信號來計算所需的軌道運動。

在另一個實施例中，位置確定系統(tǒng)300提供X、Y和Z平面中的每個平面中的信號，并且存儲剪切頭9沿著軌道19的每個橫動過程中的位置的輪廓，使得在隨后的經(jīng)過當中，剪切頭位置控制系統(tǒng)(例如，液壓馬達)控制剪切頭9的運動。剪切頭位置控制系統(tǒng)可以將剪切頭9向上或向下移動到致使該剪切頭9以與最后橫動相似的輪廓但是以從軌道19的向前位置確定的剪切深度橫動的位置。這使得剪切頭位置控制系統(tǒng)能夠在隨后的任何經(jīng)過過程中預(yù)測剪切頭9的可能或預(yù)期位置，使得剪切頭9能夠遵循礦層1的預(yù)先發(fā)現(xiàn)的褶皺或輪廓。當每次橫動經(jīng)過時，輪廓都可能發(fā)生改變， 然而能夠針對接下來的截割或一系列切割預(yù)測這種改變。因此，與已知的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)相比，這實現(xiàn)了對開采的更為嚴格的控制。

以上概括的位置確定系統(tǒng)僅僅是能夠使用的典型位置確定系統(tǒng)的示例性形式，不應(yīng)該被認為是限制性的。圖11圖示了電氣方框電路圖，該圖示出了三維坐標定位系統(tǒng)300的處理的電氣部分的功能元件。在該實施例中，INS確定采掘機7的位置。第一和第二里程計測量采掘機7在軌道19上行進的距離，并且穩(wěn)定和提高INS的精度。這又確定采掘機橫跨開采面的位置，使得能夠確定X₁、X₂、X₃……X_N。

處理器102從INS和里程計接收輸出信號。在一個實施例中，處理器102安裝在可移動托架17上，諸如通過焊接將處理器102所在的計算機系統(tǒng)100的殼體永久固定。在其他實施例中，該殼體可以被可移除地附接至可移動托架17。在又一個實施例中，處理器102緊鄰采掘機7定位和距離采掘機7為10米內(nèi)。在另一個實施例中，采掘機7包括將坐標定位確定系統(tǒng)300連接至處理器102的電纜。處理器102處理輸入信號并將它們存儲在數(shù)據(jù)存儲器106中。處理器102隨后調(diào)用并處理這些信號，并且計算頂板支架23前進的距離27。

處理器102然后利用數(shù)據(jù)存儲器106中的信息來處理用于所需頂板支架23移動的信號。與每個頂板支架23相關(guān)聯(lián)的每個移動元件25從處理器102接收電信號輸出，從而使頂板支架23移動距離27。軌道19隨后移動預(yù)定距離404。用于使頂板支架23移動以支撐礦井頂板的各個控制電路適當?shù)亟涌谥撂幚砥?02。

圖11是軟件流程圖，示出了在開采活動期間從長壁開采過程開始到長壁開采過程結(jié)束的軟件過程。該過程步驟是容易理解的，唯一例外是功能“已經(jīng)按壓退出鍵？”。該功能是為了確定是否已經(jīng)按壓采掘機上的停止按鈕(退出鍵)，因而終止開采活動。

圖12圖示了采掘機的傳動系1200。傳動系1200包括行進機構(gòu)，諸如連接至變速器1204的電動馬達1202，變速器1204連接至軸1206。在使用時，軸1206通過經(jīng)由變速器1204與馬達1202相互作用而被驅(qū)動。第一里程計1208和第二里程計1210安裝在軸1206上。

第一里程計1208包括連接至軸1206的正交編碼器1212、光源1214(如LED)、透鏡1216和光電檢測器1218。如圖12所示，正交編碼器1212包括交替的透明區(qū)段(以白色示出)和遮蔽區(qū)段(以黑色示出)。外環(huán)1220包括四個區(qū)段，而內(nèi)環(huán)1222包括八個區(qū)段。來自LED 1214的光被透鏡1216聚焦并傳送穿過正交編碼器1212。 當正交編碼器1212與軸1206一起旋轉(zhuǎn)時，光交替地被阻擋或投射過，這在光電檢測器1218的輸出處導(dǎo)致方波。方波的頻率與軸1206的轉(zhuǎn)速直接相關(guān)。

由于正交編碼器具有兩個環(huán)1220和1222，所以光電檢測器1218輸出兩個方波，其中一個方波的頻率為另一個方波的頻率的兩倍。圖4中的處理器102連接至光電檢測器1218并接收所述方波。通過檢測兩個方波之間的關(guān)系，處理器102能夠確定旋轉(zhuǎn)方向以及轉(zhuǎn)速。

更具體地說，在方波的每個上升沿或下降沿，處理器102確定采掘機已經(jīng)移動預(yù)定距離。例如，采掘機的輪子的圓周為0.8m，結(jié)果，軸的每轉(zhuǎn)都涉及0.8m的移動距離。由于內(nèi)環(huán)1222包括位于透明區(qū)段和遮擋區(qū)段之間的八個過渡部，因此與內(nèi)環(huán)1222相關(guān)聯(lián)的方波的每個邊沿都相當于0.1m的移動，也就是說，里程計1208每行進0.1m就提供一個正交脈沖。

第二里程計1210包括與第一里程計1208類似的部件。具體而言，第二里程計1210包括正交編碼器1230，正交編碼器1230包括外環(huán)1232和內(nèi)環(huán)1234。如能夠在圖12中看到的，第二里程計1210的外環(huán)1232和內(nèi)環(huán)1234的扇區(qū)數(shù)量明顯高于第一里程計1208的外環(huán)1220和內(nèi)環(huán)1222的扇區(qū)數(shù)量。結(jié)果，第一里程計1208的距離測量值的分辨率低于第二里程計1208的距離測量值的分辨率。在一個實施例中，內(nèi)環(huán)1222包括80個扇區(qū)，結(jié)果，第二里程計每行進0.01m就提供一個正交脈沖。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認識到，在不脫離如在權(quán)利要求中限定的范圍的情況下可以對這些具體實施方式進行各種改動和/或修改。

應(yīng)該理解，本公開內(nèi)容的技術(shù)可以使用各種工藝實現(xiàn)。例如，這里描述的方法可以通過駐留在合適的計算機可讀介質(zhì)上的一系列計算機可執(zhí)行指令來實現(xiàn)。合適的計算機可讀介質(zhì)可以包括易失性(例如RAM)和/或非易失性(例如，ROM、磁盤)存儲器、載波和傳輸介質(zhì)。示例性的載波可以采取沿著局域網(wǎng)或可公共訪問網(wǎng)絡(luò)(如因特網(wǎng))傳送數(shù)字式數(shù)據(jù)流的電信號、電磁信號或光學(xué)信號的形式。

還應(yīng)該理解，如從如下討論清楚的，除非另有明確說明，在整個描述中，應(yīng)該認識到使用諸如“估計”或“處理”或“計算”或“估算”、“優(yōu)化”或“確定”或“顯示”或“最大化”之類的術(shù)語的討論是指計算機系統(tǒng)或類似電子計算裝置的動作和過程，該計算機系統(tǒng)或類似電子計算裝置對在計算機系統(tǒng)的寄存器和存儲器中表示為物理(電子)量的數(shù)據(jù)進行處理并將其轉(zhuǎn)換成在計算機系統(tǒng)存儲器或寄存器內(nèi)或其他這種信息存儲器、傳 送或顯示裝置內(nèi)類似地表示為物理量的其他數(shù)據(jù)。

因此，當前實施方式在所有方面都應(yīng)該被認為是示例性而非限制性的。

相關(guān)申請的交叉參考

本申請要求2015年5月28日提交的澳大利亞臨時專利申請第2015901986號的優(yōu)先權(quán)，通過參考將該澳大利亞臨時專利申請的內(nèi)容結(jié)合于本文。