专利名称：具有精确导航系统的采矿设备的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及采矿领域，特别是涉及用于边坡采矿机的导航系统以及采用这种系统的边坡采矿机。
背景技术：
一般可在例如石灰岩、砂岩或页岩之类的沉积岩地层之间延伸的大致水平的矿层中发现由腐烂和压缩的植物性物质形成的煤矿。表面和地下开采为获得这种煤矿的主要技术。
表面开采或露天开采包括移走已知为覆盖煤层的覆盖层材料，以露出煤矿以便开采。近些年来，在美国，表面开采比地下开采获得了更为显著的发展。这是由于很多因素造成的，其包括(a)表面开采或露天开采设备增长的材料移走能力；(b)表面开采比地下开采成本低；(c)表面开采比地下开采具有更高的安全记录；以及(d)表面开采的很多煤矿储备具有更高的煤矿提取率。
然而，虽然具有上述优点，但表面开采仍然具有其局限性。主要的限制因素是覆盖层的深度。一旦煤层达到该表面以下一定深度，达到煤层必须移走的覆盖层的量会使得露天开采从经济效益上看无法实施。
当这种情况发生时，可能在地层中仍然留有大量的煤矿。如果要对这些煤矿经济地开采，必须使用其它开采方法。在这种情况下，地下开采应用一般非常有限。这是由于多个因素造成的，包括存在不良的顶板支护情况、矿层薄和/或没有足够充足的煤量保证对地下操作进行大型投资。
由于这些考虑，在移走覆盖层花费巨大的地方，经常紧随露天开采操作之后使用螺旋钻机开采法来获得煤矿。使用大型螺旋钻机钻入矿层面并从覆盖层下开采煤矿。有利地，螺旋钻机开采法与现有技术的其它任何形式的采矿技术相比非常有效率，其每天每人提供的吨数更多。当与表面开采和地下开采相比时，螺旋钻机开采法还可快速启动，且需要相对较低的投资支出。迄今为止，螺旋钻机开采法还被发现是用于相对较薄的矿层的最佳方法。而且，螺旋钻机开采法比表面开采和地下开采都安全。因此，螺旋钻机开采法可作为露天开采操作的有效补充，并可开采小的煤矿储层，否则，这些小的煤矿储层会被剩下。
然而，螺旋钻机开采法并非没有缺点。螺旋钻机开采法提供了相对较低的煤矿开采总量。对于钻挖的开采区，煤矿开采率一般少于约35％。一些损失的开采率是由于要留下煤柱来支撑相邻螺旋钻机孔之间的覆盖层。然而，大部分开采不足是由于即使现有技术的螺旋钻机开采设备也只能达到有限的钻透深度。
更具体地说，随着钻透深度增加，需要更大量的螺旋叶片以将煤从切割头传送至开采矿层面。由于与钻孔壁的接触，每个叶片增加了螺旋钻机旋转的摩擦阻力。另外，螺旋叶片串越长，每次叶片移动的煤矿重量越大。结果，可以理解，螺旋钻机的功率需求随螺旋钻机钻透深度快速增加。
由于以上考虑，传统螺旋钻机设备钻出的孔一般只能达到150英尺(46米)的深度，很少能达到200英尺(61米)的深度。当然，在该数字上的任何增加都是期望的，因为这将极大改进开采区的煤矿开采率。
为了满足这个需求，已经开发了采矿系统和方法。更具体地说，由本发明的受让人拥有的一系列美国专利中公开了这种边坡系统和方法。这些专利为5,522,647、5,364,171、5,261,729和5,232,269。这些专利的全部公开内容通过参考整合在此。
如图1最佳所示，采矿系统包括用于从煤层切割煤的连续采矿机。切割下来的煤被采矿机送到输送列车，该输送列车包括一系列首尾串连的模块输送单元。该系统允许利用传统的螺旋钻机开采设备开采到可能远超过150至200英尺(46-61米)的深度。实际上，已经达到了高达约2000英尺(610米)的深度。
每个输送单元支撑在地面啮合轮上，从而在采矿机行进到煤层时适于跟随采矿机。推进装置也整合到了该新系统中。推进装置包括用于接收和输送被输送列车排出的聚集煤的输送机构。推进装置还包括用于支撑输送列车的端部单元的导轨和待加入输送列车的输送单元。而且，还提供了独立的驱动组件，用以(1)使输送列车和采矿机一起前进/后退，并(2)用于推入新输送单元使其与输送列车啮合。有利地，即使在输送列车中增加输送单元时，该系统也可以不间断地切割和输送聚集的煤矿。这样，系统不仅提供了开采区显著改善的开采率，还能比螺旋钻机设备更有效地操作并提供改进的生产力。
本发明涉及一种用于采矿机的导航系统，其允许精确引导，因此在开采的开口之间保持了适当的矿柱，且即使从煤矿面开采到极端深度时也不会出现穿透到以前开采的开口中的情况。而且，该导航系统使得采矿机可以更好地沿煤层运行，从而更有效地采矿。
发明内容
根据上述本发明的目的，提供了一种改进的采矿设备。该采矿设备包括采矿机、输送单元、以及转向单元，其连接所述采矿机和所述输送单元。另外，该设备还包括定位传感器、响应于所述定位传感器的控制器、以及第一和第二致动器。
第一和第二致动器设置在所述采矿机、所述输送单元或所述转向单元其中之一上。所述第一致动器定位到所述采矿机中线的第一侧。所述第二致动器定位到所述采矿机中线的第二对置侧。所述第一和第二致动器在任一平行侧调整所述采矿机和所述输送单元之间的连接角，以确定所述采矿机的前进方向。
更具体地描述本发明，所述第一致动器包括第一可移动引导构件。类似地，所述第二致动器包括第二可移动引导构件。所述第一可移动引导构件包括具有第一凸顶的第一端部，而所述第二可移动引导构件包括具有第二凸顶的第二端部。所述第一和第二凸顶二者具有约为16英寸的曲率半径。
在一种可能的实施例中，所述第一致动器为第一液压缸，而所述第二致动器为第二液压缸。每个缸具有约10英寸的孔，约1.5英寸的行程且工作在约3,500psi的工况下以产生高达137吨的力。
在本发明的一个实施例中，所述第一和第二致动器设置在所述转向单元上。在这个实施例中，所述第一和第二凸顶/端部分别啮合所述采矿机上的第一和第二配合支撑面。通过延伸一个致动器和收回另一个致动器，可调整所述采矿机和所述输送单元之间的连接角，以使得所述采矿机朝向期望的路线前进。
在第二个实施例中，所述第一和第二致动器也设置在所述转向单元上。然而，所述第一和第二凸顶/端部分别啮合所述输送单元上的第一和第二配合支撑面。同样地，通过按需要延伸和收回所述致动器，可完成采矿机的转向使其向期望的路线前进。
在本发明的另一个实施例中，所述第一和第二致动器设置在所述采矿机上。所述致动器的第一和第二端部分别啮合所述转向单元上的第一和第二配合支撑面。同样地，相对延伸和收回致动器可使得采矿机转向。
在另一个可能的备选实施例中，所述第一和第二致动器设置在所述输送单元上。在这个实施例中，所述第一和第二端部分别啮合所述转向单元上的第一和第二配合支撑面。同样地，相对延伸和收回致动器可以调整所述采矿机和所述输送单元之间的连接角，从而使得采矿机沿着期望的方向前进。
进一步描述本发明，所述转向单元通过第一枢转销连接至所述采矿机，并通过第二枢转销连接至所述输送单元。所述第一枢转销沿第一平面延伸，而所述第二枢转销沿第二平面延伸。所述两个平面大致彼此垂直。
在一种设置中，所述第一平面是水平的，而所述第二平面是垂直的。在另一种设置中，所述第一平面是垂直的，而所述第二平面是水平的。有利地，水平/垂直和垂直/水平的销设置用来提供足够的空隙或间隙，以在采矿机沿包括各种可能遭遇的起伏地层上下移动时，允许采矿机和输送单元追随矿层。而且，面对面的间隙允许方向修正，以使得在开采洞或开口之间保持适当的矿柱，所述开采洞或开口包括那些在裸露的矿层面后延伸很深的洞或开口。
根据本发明的另一方面，所述采矿设备可包括矿层传感器。提供例如γ传感器的矿层传感器用于定位被开采的矿层的顶部和底部。然后可控制刀头筒的操作以确保被开采的矿层是在没有穿透矿层进入上面或下面的矿层的情况下开采的。而且，允许操作者保持预期的顶板结构。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于包括采矿机和输送单元的采矿设备的引导控制装置。该引导控制装置可包括定位传感器、响应于所述定位传感器的控制器、以及至少一个响应于所述控制器的致动器，用于调整所述采矿机的前进方向。
备选地，该引导控制设备包括定位传感器、响应于所述定位传感器的控制器、连接到所述采矿机和所述输送单元二者的转向单元。另外，所述设备还包括第一致动器，其设置在所述采矿机、输送单元和转向单元之一上。所述第一致动器响应于所述控制器，以调整所述采矿机和所述输送单元之间的连接角，从而调整所述采矿机的前进方向。
根据本发明的另一个方面，提供了一种引导包括采矿机和至少一个输送单元的采矿设备通过矿层的方法。该方法包括以下步骤在所述采矿机和所述至少一个输送单元之间定位引导机构；在所述采矿机和所述至少一个输送单元之间施加力，从而，改变所述采矿机和所述输送单元之间的连接角；以及在调整所述连接角后使所述采矿机前进。
备选地，该方法可定义为包括以下步骤确定所述采矿机的实际位置和前进方向；将所述实际位置和前进方向与所述采矿机的期望位置和前进方向进行比较；调整啮合在所述采矿机和所述输送单元之间的转向装置，以使得所述采矿机朝向期望的方向前进；以及使所述采矿机沿所述期望的前进方向前进。
通过另一种备选定义，该方法可包括以下步骤通过控制所述采矿机和所述输送单元之间的连接角来调整所述采矿机运动的前进方向。
在以下描述中，通过示出一些最适合实现本发明的模式，简单地示出和描述了本发明的几个实施例。应该理解本发明也可是其它不同实施例，并且在不背离本发明的情况下可以对其细节做出各种明显修改。因此，附图和说明书应该被认为实质是说明性的而不是限制性的。
整合在本说明书中且构成本说明书一部分的附图示出了本发明的几个方面，并和说明书一起用于解释本发明的必然原理。在所述附图中图1是本发明的采矿设备的示意图，其包括推进装置、采矿机、位于采矿机之后形成输送列车的多个模块输送单元和用于在采矿机进入矿层时控制采矿机前进方向的引导机构；图2是位于推进装置的框架上的模块输送单元的部分截面示意图；图3a和图3b是示意性侧视图，示出了通过一对相互配合的串列配置的驱动缸组的往复运动推进输送列车以及将模块输送单元添加到列车；图4是转向单元的透视图；图5a-5d是本发明四个不同实施例的示意性俯视图，示出了在采矿机上或输送单元上，转向单元在采矿机与输送单元之间的定位，以及致动器在转向单元上的定位；图6是示意性俯视图，示出了为了为采矿机提供的方向前进改变，采矿机和输送单元之间的连接角如何从平行进行改变；图7a是本发明的其中一个致动器的示意图；图7b是图7a所示致动器的前视图；以及图8是本发明的引导控制系统的示意性框图。
现在参考附图中示出的本发明实施例进行具体说明。
具体实施例方式
现在参考示意性示出本发明采矿设备10的图1、2、3a和3b。采矿设备10包括适于连同包括现有技术中已知类型的连续采矿机M的连续开采系统一起使用的推进装置L。采矿机M包括转动刀头筒D，该转动刀头筒D在螺旋叶片(未示出)上设置有一系列切割齿。刀头筒D可转动地安装在可垂直移动的吊臂上，该吊臂枢转安装至采矿机M的主框架构件上。其中还示出，采矿机被支撑得可通过一对履带组件N沿矿层地面移动。
在操作过程中，优选地，采矿机M将吊臂抬升并转动刀头筒D而进入矿层面S。由于从矿层的顶水平线或层顶线开始切割，所以采矿机M进一步向前前进且吊臂逐渐下降。随着采矿机M的前进以及吊臂的上升和下降，煤C从矿层面S被挖下。然后，聚集的煤C被负责将聚集的煤输送至刮板运输器F的传统收集头收集。
如图1所示，刮板运输器F将聚集的煤C输送至总体由字母T表示的输送列车的引导输送单元U。输送列车T还包括一系列彼此相同的模块输送单元U，它们在引导输送单元后可拆卸地串连在一起。
如题为“连续采矿设备和方法(Apparatus and Method for ContinuousMining)”并转让给本发明受让人的授权美国专利5,112,111中描述的那样，每个输送单元U包括被一系列轮子W支撑在地面上运动的主结构框架。每个输送单元U还包括中心设置的纵向延伸的倾斜输送器。该输送器，优选为带式，被操作以将低端接受的聚集煤C输送至高端，在该高端处，煤从一个输送单元U排出至系列中的另一个输送单元。每个输送单元U还包括其本身的马达，用于驱动其中保持的带式输送器。输送列车T的单元U还通过控制线互连，该控制线首先从电源例如台地上的发电机(未示出)引出到采矿机M，然后向后穿过独立的输送单元U。因此，输送单元的马达串连连接，以基本上一致的速度同步操作。
每个输送单元U还包括连接机构G，其专门适用于允许所述单元以刚性方式连接在一起，因此列车T的单元在采矿机M的后方保持完全直的对齐。这样的连接机构可以例如包括位于每个输送单元上的配合U形夹，所述U形夹以交叉方式接受在一起并通过销钉连接。
从图1可以看出，输送列车T根据需要包括很多输送单元U以使得伸出矿层的列车到达台地B上的推进装置L。如图所示，优选地，在矿层底部下方挖出台地B，以容纳推进装置或平台L。
如图2、3a和3b所示，推进装置L包括主结构框架12，其支撑优选为带型的集料输送器14。这种输送器14从列车T的最末输送单元U接收聚集的煤C。然后，煤C被集料输送器14输送上斜坡16，从操作者控制室下方输送至排出输送器20。排出输送器20也是倾斜的，并且可以例如用于输送聚集的煤C至装货位置例如卡车的车板，用于将煤运走进行存放或进一步处理。
如图2、3a和3b所示，推进装置L包括安全盖22。安全盖22通过一系列间隔的支撑柱24和支撑臂26连接至主结构框架12。两组千斤顶28沿推进装置L的长度方向间隔设置。千斤顶28支撑在滑架30上，并可以被启动以将推进装置L的主框架12从台地B提升，使得推进装置能够通过重型设备或螺旋滑架移动至开采位置。
又如图2所示，推进装置L包括一对间隔地板栅形式的间隔导轨31，其适于支撑模块输送单元U的地面啮合轮W。另外，在邻近集料输送器14的侧面并在其外侧设置了一对导轨32。这些导轨32在地板栅部分31的上方向上延伸，并从集料输送器14朝向输送单元U的地面啮合轮W的内表面向外延伸。在输送单元U定位在推进装置L上稍微偏离集料输送器14的情况下，轮的内表面将啮合导轨32从而必要地将模块输送单元U与输送列车T重新对准以保证合适的对准。有利的是，通过将输送列车T的端部单元保持适当对准以使其置于推进装置输送器14上，在操作的所有时刻，来自输送列车的聚集材料都被推进装置输送器接收和输送。
如图3a和3b所示，推进装置L还包括总体由标记34代表的驱动组件。该驱动组件34专门用于有选择的辅助输送列车T的前进或后退。更具体地说，驱动组件34包括一对相互配合的串列配置的驱动缸组36、38。由于每组的串列配置的驱动缸安装至推进装置输送器14(也参见图2a)相对侧的主框架12上，所以每组36、38中的驱动缸仅有一个示于图3a和3b中。如图所示，前面的串列配置的驱动缸组36安装得与后面的驱动缸组38纵向对准且两者分离。另外，从图2中可以看出，每个串列配置的驱动缸组36、38具有左侧缸和右侧缸。前组36的两个串列配置的缸一起运行。类似地，后组38的两个串列配置的缸也一起运行。
组36、38中的每个驱动缸包括可伸长的活塞杆40。推动臂单元安装在每个活塞杆40的远端。每个推动臂单元包括大致V型的推动臂44，其通过枢转销枢转安装至底座。如题为“连续采煤的推进装置(Launch Vehicle forContinuous Coal Mining)”的授权美国专利5,232,269所述，推动臂44可有选择地定位在第一位置，用于将配合销P啮合在输送单元U上并将输送列车T推进到矿层S中。备选地，推动臂44可有选择地定位在第二对置位置，也用于啮合配合销P并使输送列车T从矿层S退回。
有利地，驱动组件34功率充足以辅助输送列车T和采矿机M前进(后退)进入(从之出来)矿层面F。当在很多开采地区存在软底条件例如耐火粘土时，这是一个尤为重要的优点。传统采矿机M上的履带组件N容易陷在软底中，直到采矿机主框架的“高中心”为止，并搁置在所述车辙之间的未扰动的底部材料上。从而，连续采矿机M倾向于在出现软底情况下被困住。这样，在过去，常常要避免开采这种类型的矿层。相反，利用本系统，现在有可能开采这种矿层。因此，本设备有效地打开了新的开采区域，从而增加了可开采的煤矿储备。
本发明的推进装置L还包括用于在输送列车T前进到矿层时将单独模块输送单元U增加至输送列车T的机构。用于增加模块输送单元的机构总体由标记52代表，如图3a和3b所示。输送单元增加机构52包括电源或驱动电机54，其通过电力输出传送装置(未示出)连接至一对拉紧滚筒56。每个拉紧滚筒56可旋转地安装至保持在支架59中的轴58上，该支架59安装至覆盖22。一个拉紧滚筒56安装在操作者控制室18旁边。另一个拉紧滚筒56安装在第一个滚筒前大约输送单元长度(例如，45英尺)的距离处。
缆线或重负载缆绳60安装至每个拉紧滚筒56。更具体地说，每根缆线60的近端连接至相关的拉紧滚筒56以使得滚筒的转动向外拉或拉紧缆线。每个缆线60的远端通过轭62连接至固定有横臂66的吊环64。一对向下延伸的吊钩68连接至横臂66的每一端。吊钩68用于在即将被绞绳60悬挂起的输送单元U的端部处连接销P。当然，可使用任何其它适当的用于将绞绳60连接至输送单元U的设置。
有利的是，向输送列车T增加无限数量的模块输送单元U的能力结合采矿机M的履带组件N和推进装置L上的驱动缸组36、38共同作用以满足在露出的矿层面后更深地开采的所需的必需条件。事实上，可以开采1600至2000英尺(488-618米)或更深的深度。然而，当采矿机进入矿层时，应精确引导采矿机以确保其最有效率的且有效地开采。这是因为必须在每个开采口之间保持煤支柱、煤壁或煤柱，以便在开采过程中支撑覆盖层并防止不期望的陷落。另外，当采矿机M穿透煤柱进入邻近的开采口时，可能出现冒顶现象。这可能导致采矿机M和也许多个输送单元U困于地下矿层很深的地方。采矿机M是最基本的投资且在任何情况下都必须避免采矿机的损失。而且，即使可以成功地完成回收工作，也应该理解，回收期间的煤矿生产的停机需要操作者付出相当大的成本。因此，应该理解，有效率的和有效的深边坡开采依赖于采矿机M的精确定位能力以及准确引导采矿机按需要定向前进的能力，以保持合适的矿柱尺寸并防止其穿透进入邻近的开采洞中。
现在描述引导控制设备100，其用于在深开采过程中提供所需精度以引导采矿机M，使矿口之间保持适当的矿柱。具体地说，图1中示意性示出了转向单元，其由标记101总体表示。如图所示，转向单元101连接在采矿机M和采矿机后面的第一输送单元U之间。如图5a-5d和图6所示，转向单元101包括框架102。第一U形夹104设置在框架102上，邻近框架的第一横向端部处。类似地，第二U形夹106设置在框架102上，邻近框架的第二对置的横向端部处。第三U形夹108在第一和第二U形夹104、106之间沿框架中间部分设置。进一步说，两个外U形夹104、106设置在框架102的第一面上并面向第一方向，而第三U形夹108设置在框架的对置面上并面向第二对置的方向。进一步说，位于框架102端部的第一和第二U形夹104、106包括一对沿垂直方向延伸的配合板。设置在框架中间部分的第三U形夹108包括一对沿基本水平方向延伸的配合板。
每个U形夹104、106、108限定出分别用于接收安装凸耳或支架110、112、114的通道。如下面将要更为具体描述的那样，每个安装凸耳或支架110、112、114设置在采矿机M或输送单元U上。第一枢转销固定在第一U形夹104和安装支架110对准的配合孔中，以确保安装支架位于U形夹中。另一个第一枢转销116固定在第二U形夹106和安装支架112的配合孔中，以确保安装支架位于U形夹中。第二枢转销118固定在第三U形夹108和安装支架114的对准的配合孔中，以确保安装支架在第三U形夹中。
进一步参考图8，引导控制设备100还包括第一致动器116和第二致动器118。如图7a和7b所示，第一致动器116可包括液压缸120和配合活塞/可移动引导构件122。可换引导部件122的第一端部具有第一凸顶124。在所示实施例中，凸顶124具有16英寸(406毫米)的曲率半径。虽然未示出，但是第二致动器118可包括第二液压缸、第二活塞/可移动引导构件和第二凸顶，其与图7a和7b中所示的各组成部件相同，并可参考上述的第一致动器116的描述。
引导控制设备100还包括定位传感器125、控制器126和矿层传感器134。控制器126通过控制线128连接到定位传感器125。控制器126通过各自的控制线130、132连接至第一和第二致动器116、118。另外，控制器126通过控制线136连接至矿层传感器134。
定位传感器125为专门用于开采设备的精确惯性定位和定向系统。这种定位传感器125由Honeywell公司制造和销售，商标为Horta(Honeywell OreRecovery/Tunneling Aid)。Horta装置为完全独立自给动态参考单元惯性导航仪，其使用捷联式惯性算法进行机械化，三环激光陀螺仪用于感应角运动，三个Q挠曲加速度计用于平移测量，特殊软件用于采矿应用。
矿层传感器134专门用于定位矿层的顶部和底部。专门用于所需目的的矿层传感器134为γ传感器，例如American Mining Electronics，Inc.制造和销售的AME Model 1008煤厚度传感器。
图5a-5d示出本发明的四种不同实施例。在所有这些实施例中，转向单元101连接在采矿机M和邻近的输送单元U之间。在图5a所示的实施例中，第一和第二U形夹104、106接收连接至采矿机M的框架或缓冲器150的安装支架110、112。两个第一枢转销113分别完成这些连接。应该理解，每个枢转销113沿大致水平面延伸。
第三U形夹108接收安装至输送单元U的框架或缓冲器152的第三安装支架114。第二枢转销115完成了第三U形夹108和第三安装支架114的连接。应该理解，第二枢转销115沿大致垂直于第一枢转销113延伸平面的平面而延伸。从而，在这个实施例中，第一枢转销113沿大致水平的面延伸，而第二枢转销115沿大致垂直的面延伸。
第一致动器116和第二致动器118安装至转向单元101的框架102。更具体地说，如图所示，第一致动器116安装至第一U形夹104和第三U形夹108之间的框架102。类似地，第二致动器118安装至第二U形夹106和第三U形夹108之间的框架102。从而，应该理解，两个致动器116、118安装至转向单元101的框架102，以使得它们在从采矿机M的中线154的延长线的每一侧横向分隔。
在操作过程中，引导控制设备100用于调整采矿机M和输送单元U之间的连接角，以当采矿机M前进穿过矿层时确定并调整采矿机M的定向前进。更具体地说，每个致动器116、118的可移动引导构件122延伸，使得每个引导构件的凸顶124啮合输送单元U的缓冲器152上的配合支撑面156。当可移动引导构件122延伸其行程长度的一半时(例如，对于总行程为1.5英寸即38.1毫米的气缸，延伸0.75英寸即19毫米)，采矿机M被致动器116、118完全保持以平行于输送单元U对准。
可通过将致动器116或118其中一个的可移动引导构件122伸长并将另一个致动器的可移动引导构件收回相同的量，来调整采矿机M和输送单元U之间的连接角。因此，例如，为了向右转或朝向图5a中的顶部，第二致动器118的可移动引导构件122延长至0.75英寸(即，缸的满行程)，而致动器116的可移动引导构件122收回0.75英寸。每个致动器116，118包括1.5英寸行程的液压缸和工作在3500psi(246kg/cm)的10英寸(254毫米)钻孔。因此，每个致动器116、118产生高达137吨的力。致动器116、118可以平滑地且轻易地改变采矿机M和输送单元U之间的连接角。
可通过在第一U形夹104和第一安装支架110之间、第二U形夹106和第二安装支架112之间、以及第三U形夹108和第三安装支架114之间设置少量空隙来实现连接角的改变。在所示实施例中，第一和第二致动器116、118能够将采矿机M和输送单元U之间的连接角在轴线P(见图6)的任意一侧改变高达2.5度。这允许操作者当采矿设备10在矿层中前进时保持其期望的空间定向，并在矿口之间保持适当尺寸的矿柱，以及防止穿透进入邻近矿口和避免由此引起的潜在冒顶。这是一个很重要的操作优点，因为这种冒顶可能潜在地将采矿机困在地下，可能妨碍采矿机还原，至少在任何恢复操作过程中，中断了煤生产。
通过采取相反的动作有可能将图5a中的方向改变为向左或向下。这样，致动器116的可移动引导构件122可延长，而致动器118的引导构件可收回相同长度，以迫使采矿机M平行向左偏转2.5度。
为了保持采矿机M沿正确方向前进的必要修正可通过控制器126实现。更具体地说，控制器126接收来自设置在采矿机M上的传感器125的实际定位和前进方向信息。然后，控制器126将该实际定位和前进方向信息与在邻近矿口之间提供所需矿柱所必需的预定的期望定位和前进方向信息进行比较。根据以上比较，控制器126将控制信号经过控制线130、132传送至两个致动器116、118，以进行任何必要的前进方向的调整。这个过程为连续过程并允许采矿设备10沿所需路径在面F后面有效率地和有效地进行深开采。
矿层传感器134同时工作以连续检测被开采的矿层的顶部和底部。该数据流通过控制线136送至控制器126。控制器126通过控制采矿机M吊臂端部上的刀头筒D的操作来响应该数据。这样，刀头筒D按需要上升和下降以在合适的水平面切割顶板和底板，从而无需过度浪费材料即可得到干净的矿石，并可保持所需的顶板情况。
从而，采矿机M可以追随矿层，不管矿层底部是水平的还是向上或向下倾斜的。有利地，采矿机M和各种输送单元U之间的U形夹和枢转销连接提供了必需的空隙或允许采矿机或输送单元追随地面的起伏和/或倾斜。另外，可移动引导构件122端部处的凸顶124具有足够的半径以允许采矿机M沿该倾斜行进而不迫使或使得采矿机M离开预定路线。
图5b、5c和5d所示的实施例以类似方式操作，但其构件的组装有细小不同。在图5b的实施例中，转向单元101相对于采矿机M和输送单元U是反向的。这样，第一和第二U形夹104、106啮合连接至输送单元U的框架或缓冲器152的安装支架110、112。第三U形夹108连接至固定于采矿机M的框架或缓冲器150的第三安装支架114。
另一个区别是致动器116、118的凸顶124啮合采矿机M的缓冲器150上的支撑面156。然而，引导控制设备100和致动器116、118仍旧以同样的方式工作，以在采矿机M前进进入矿层时控制采矿机M的定向前进，以在矿口之间保持所需宽度的矿柱。
图5c示出另一个实施例。在这个实施例中，转向单元101的第一和第二U形夹104、106连接至输送单元U的框架或缓冲器152上的安装支架110、112。转向单元101的第三U形夹108连接至采矿机M的框架或缓冲器150上的安装支架114。另一个区别是第一和第二致动器116、118安装在采矿机M的框架或缓冲器150上。每个致动器的凸顶124啮合设置在转向单元101的框架102的对置的横向边缘附近的支撑面156。
虽然这个实施例的结构与前面两个实施例不同，但操作原理是相同的。更具体地说，控制器126响应于从定位传感器125发出的数据运行，并按需要延长和收回致动器116、118的可移动引导构件122，以控制采矿机M的线路并在矿口之间提供所需宽度的矿柱。类似地，控制器126响应于从矿层传感器134接收的数据运行，以控制刀头筒D，用以追随矿层并在保持适当顶板的情况下获得干净的矿石。如在所有实施例中的那样，U形夹连接和枢转销可实现必要的空隙，以允许路线调整和追随矿层地面的倾斜变化。有利地，致动器116、118的弯曲凸顶124可以确保，不管地面倾斜如何(即，无论采矿机向上、向下或水平前进)，在任何时候都提供适当且一致的引导控制。
图5d示出另一个实施例。在这个实施例中，转向单元101的第一和第二U形夹104、106连接至安装在采矿机M的缓冲器150上的安装支架110、112。第三U形夹108连接至固定至输送单元U的缓冲器或框架152的安装支架114。第一和第二致动器116、118安装至输送单元U的缓冲器或框架152。致动器116、118的可移动引导构件122上的凸顶124啮合框架102上邻近转向单元101的每个横向边缘的支撑面156。同样地，不管构件组装的差异如何，系统以和上述相同的方式运行，以引导采矿机M沿最佳线路前进，从而对矿层提供有效率地和有效地开采。
总的来说，采用本发明的概念可得到很多益处。采矿设备10整合了新颖的导航控制设备或系统100，其以必要的精度引导采矿机M以在矿层面之后对更深的矿层进行安全而有效的开采。有利地，这种深开采允许更多的资源回收，同时在矿口之间保持必要的矿柱以支撑覆盖层并防止陷落。因此，可以最小化开采活动带来的环境破坏。
还应该理解，采矿设备10由作用在作为采矿设备一部分的支撑面156上的一对致动器116、118引导。致动器116、118不与矿口的顶板、底板或矿壁/矿柱啮合或接触，而对采矿设备10实施转向。因此，地面上不会留下辙痕沟，也不会有材料从顶板或矿柱上掉落。因而，转向动作不会无意中伤害到顶板和矿柱。而且，通过避免地面上的辙痕和矿壁与顶板的掉落，保持了矿口干净以用于采矿设备的操作。
另外，还基本消除了穿透矿柱进入邻近矿口的可能性。这明显降低了冒顶的可能性，冒顶可能潜在地将贵重的开采设备困在地下。虽然在这种情况下恢复操作可能成功，但由于采矿机停机时间引起的生产损失对开采工作的最终效益具有极有害的影响。因此，本领域技术人员应该很好地理解，避免问题具有很大的益处。
前面对本发明优选实施例的描述是为了说明和描述本发明。其并不是详尽的，也并非意在将本发明限制为公开的精确形式。考虑到上述教导，明显的修改或变化都是可能的。例如，虽然转向单元描述为连接在采矿机和邻近输送单元之间，但是其也可定位在两个相邻的输送单元之间。而且，可以去掉转向单元，并将致动器直接安装至一个单元，而致动器的凸顶啮合相邻单元的配合支撑面。
选择和描述的实施例提供了对本发明原理和其实际应用的最佳说明，从而使得本领域技术人员可以以适用于构思的特定用途的各种实施例和各种改进使用本发明。当在符合公正、合法、公平的情况下对权利要求的范围进行解释时，所有这些修改和变化都落在所附权利要求限定的本发明范围内。所述附图和优选实施例在任何情况下都不意在限制权利要求的一般含义以及其公正和广泛的解释。
权利要求
1.一种采矿设备，包括采矿机；输送单元；转向单元，其连接所述采矿机和所述输送单元；定位传感器；控制器，其响应所述定位传感器；第一致动器，其设置在所述采矿机、所述输送单元和所述转向单元其中之一上，所述第一致动器定位到所述采矿机的中线的第一侧；以及第二致动器，其设置在所述采矿机、所述输送单元和所述转向单元其中之一上，所述第二致动器定位到所述采矿机的所述中线的第二对置侧；从而，所述第一和第二致动器在任一平行侧调整所述采矿机和所述输送单元之间的连接角，以确定所述采矿机的前进方向。
2.如权利要求1所述的采矿设备，其中，所述第一致动器包括第一可移动引导构件，所述第二致动器包括第二可移动引导构件。
3.如权利要求2所述的采矿设备，其中，所述第一可移动引导构件包括具有第一凸顶的第一端部，所述第二可移动引导构件包括具有第二凸顶的第二端部。
4.如权利要求3所述的采矿设备，其中，所述第一和第二凸顶具有约为16英寸即406毫米的曲率半径。
5.如权利要求4所述的采矿设备，其中，所述第一致动器为第一液压缸，所述第二致动器为第二液压缸。
6.如权利要求5所述的采矿设备，其中，所述第一和第二液压缸中的每一个具有约10英寸即254毫米的孔，约1.5英寸即38.1毫米的行程且以高达约3500psi即246公斤/厘米的情况下运行。
7.如权利要求3所述的采矿设备，其中，所述第一和第二致动器设置在所述转向单元上，所述第一和第二端部分别啮合所述采矿机上的第一和第二配合支撑面。
8.如权利要求3所述的采矿设备，其中，所述第一和第二致动器设置在所述转向单元上，所述第一和第二端部分别啮合所述输送单元上的第一和第二配合支撑面。
9.如权利要求3所述的采矿设备，其中，所述第一和第二致动器设置在所述采矿机上，所述第一和第二端部分别啮合所述转向单元上的第一和第二配合支撑面。
10.如权利要求3所述的采矿设备，其中，所述第一和第二致动器设置在所述输送单元上，所述第一和第二端部分别啮合所述转向单元上的第一和第二配合支撑面。
11.如权利要求1所述的采矿设备，其中，所述转向单元通过第一枢转销连接至所述采矿机，通过第二枢转销连接至所述输送单元。
12.如权利要求11所述的采矿设备，其中，所述第一枢转销沿第一平面延伸，所述第二枢转销沿第二平面延伸，所述第一和第二平面大致彼此垂直。
13.如权利要求12所述的采矿设备，其中，所述第一平面是水平的，所述第二平面是垂直的。
14.如权利要求12所述的采矿设备，其中，所述第一平面是垂直的，所述第二平面是水平的。
15.如权利要求1所述的采矿设备，还包括用于定位被开采的矿层的顶部和底部的矿层传感器。
16.如权利要求15所述的采矿设备，其中，所述矿层传感器是γ传感器。
17.一种采矿设备，包括采矿机；输送单元，其连接至所述采矿机；以及转向机构，其包括可移动转向构件，所述采矿机和所述输送单元其中之一承载所述转向机构，所述可移动转向构件啮合所述采矿机和所述输送单元中的另一个，从而，所述采矿机和所述输送单元之间的连接角被调整以确定所述采矿机运动的前进方向。
18.如权利要求17所述的采矿设备，还包括设置在所述采矿机上的定位传感器和响应所述定位传感器的控制器。
19.如权利要求18所述的采矿设备，还包括用于定位被开采的矿层的顶部和底部的矿层传感器。
20.如权利要求19所述的采矿设备，其中，所述矿层传感器是γ传感器。
21.一种用于包括采矿机和输送单元的采矿设备的引导控制设备，包括定位传感器；控制器，其响应于所述定位传感器；以及至少一个响应于所述控制器的致动器，用于调整所述采矿机的前进方向。
22.一种用于包括采矿机和至少一个输送单元的采矿设备的引导控制设备，包括定位传感器；控制器，其响应于所述定位传感器；转向单元，其连接到所述采矿机和所述输送单元二者；第一致动器，其设置在所述采矿机、输送单元和转向单元其中之一上，所述第一致动器响应于所述控制器以调整所述采矿机和所述输送单元之间的连接角，从而调整所述采矿机的前进方向。
23.一种引导包括采矿机和至少一个输送单元的采矿设备通过矿层的方法，包括在所述采矿机和所述至少一个输送单元之间定位引导机构；在所述采矿机和所述至少一个输送单元之间施加力，从而，改变所述采矿机和所述输送单元之间的连接角；以及在调整所述连接角后使所述采矿设备前进。
24.一种引导包括采矿机和输送单元的采矿设备通过矿层的方法，包括确定所述采矿机的实际位置和前进方向；将所述实际位置和前进方向与所述采矿机的期望位置和前进方向进行比较；调整啮合在所述采矿机和所述输送单元之间的转向机构，以使得所述采矿机朝向期望的方向前进；以及使所述采矿机沿所述期望的前进方向前进。
25.一种引导包括采矿机和输送单元的采矿设备通过矿层的方法，包括通过控制所述采矿机和所述输送单元之间的连接角来调整所述采矿机运动的前进方向。
26.一种采矿设备，包括采矿机；相邻的输送单元；致动器，其固定至所述采矿设备，所述致动器包括可移动转向构件，所述转向构件的端部啮合所述采矿机和所述输送单元其中之一的支撑面。
27.一种引导包括采矿机和输送单元的采矿设备的方法，包括在采矿设备上定位引导致动器；以及在所述采矿机和所述输送单元之间施加转向力。
全文摘要
本发明提供了一种采矿设备，包括采矿机、输送单元和连接采矿机与输送单元的转向单元。该设备还包括前进方向传感器和响应于前进方向传感器的控制器。第一致动器设置在采矿机、控制单元或转向单元上。第一致动器定位在采矿机中线的第一侧。另外，第二致动器设置在采矿机、输送单元和转向单元之一上。第二致动器定位在采矿机中线的第二对置侧上。第一和第二致动器用于沿任一平行侧调整采矿机和输送单元之间的连接角，以保持采矿机按需要的方向前进。
文档编号E21C27/24GK1961134SQ200480043195
公开日2007年5月9日 申请日期2004年4月1日 优先权日2004年4月1日
发明者伊恩·T·卡尔, 小约翰·A·贝尔德 申请人:Icg阿德卡尔系统公司