用于长壁采矿系统的截齿监视系统和方法与流程

用于长壁采矿系统的截齿监视系统和方法
1.相关申请
2.本技术要求2020年3月13日提交的第62/989,323号美国临时专利申请的优先权，所述美国临时专利申请的公开内容特此以引用的方式并入本文中。
技术领域
3.本技术案涉及监视长壁采矿系统中的采矿机上的截齿。


背景技术：

4.长壁采矿开始于识别要开采的材料接缝，并通过在每一面板的周边周围挖掘巷道来“阻挡”接缝进入面板。在接缝的挖掘(例如，煤的提取)期间，材料的选择柱可以在邻近面板之间保持未挖掘，以帮助支撑上覆的地质地层。通过长壁采矿系统挖掘材料面板，所述长壁采矿系统包括例如自动化电动液压顶板支护、材料剪切机器(即，长壁采矿机)和平行于材料面的刮板输送机(“afc”)等组件。在采矿机行进经过材料面的宽度时，采矿机的切割滚筒旋转以移除材料的层或网。另外，在采矿机行进经过材料面的宽度时，顶板支护自动前进以支撑地层的新暴露区段的顶板。afc随后被顶板支护朝向材料面推进一段距离，该距离等于先前由采矿机移除的材料层的深度。以此方式朝向材料面推进afc允许采矿机与材料面接合且继续将材料切离材料面。
5.采矿机的切割滚筒包括切割到材料面中以切掉材料的截齿。随时间过去，截齿磨损且其在切割材料时的有效性降低。


技术实现要素：

6.可能难以检查采矿机上的截齿以评估是否应当更换截齿。举例来说，为了手动地检查截齿，可能要将采矿机断电，停止生产，且矿工可能要接近切割滚筒以视觉检查截齿。
7.本技术所提供的实施例涉及用于监视长壁采矿系统中的采矿机的切割滚筒上的截齿的磨损的系统和方法。在一些实施例中，所述系统和方法使得能够进行远程监视而无需矿工在材料面手动检查。在一些实施例中，所述系统和方法实现了与手动检查相比对截齿的更快速、更频繁且更准确的评估。
8.本文描述的实施例还提供监视长壁采矿系统的方法。所述方法包括控制器，该控制器从指向采矿机的切割滚筒的成像装置接收图像数据。控制器分析图像数据以确定切割滚筒上的截齿的磨损水平。控制器随后确定磨损水平超过磨损阈值，并且作为响应，响应于确定磨损水平超过磨损阈值而产生指示截齿已磨损的警报。
9.在所述方法的一些实施例中，产生警报包括控制电子显示器屏幕显示警报。
10.在一些实施例中，所述方法还包括通过控制器从指向采矿机的第二切割滚筒的第二成像装置接收另外的图像数据。控制器分析所述另外的图像数据以确定第二切割滚筒上的第二截齿的磨损水平。控制器随后确定第二截齿的磨损水平超过磨损阈值，并且作为响应，产生指示第二截齿已磨损的第二警报。
11.在一些实施例中，所述方法还包括通过控制器从成像装置接收另外的图像数据。另外的图像数据是在采矿机相对于成像装置移动以使得成像装置指向采矿机的第二切割滚筒之后由成像装置产生的。控制器分析另外的图像数据以确定第二切割滚筒上的第二截齿的磨损水平。控制器随后确定第二截齿的磨损水平超过磨损阈值，并且作为响应，产生指示第二截齿已磨损的第二警报。
12.在一些实施例中，所述方法还包括：操作长壁采矿系统的采矿机以从矿面开采材料，其中采矿机的操作包括控制采矿机沿着矿面移动且控制切割滚筒旋转；停止采矿机沿着矿面的移动；以及在采矿机已停止从切割滚筒清除松散材料之后控制切割滚筒旋转。从成像装置接收的图像数据是在清除松散材料之后捕获的。在一些实施例中，停止采矿机沿着矿面的移动包括：确定采矿机的切割滚筒与用于捕获图像数据的成像装置对准；以及响应于确定采矿机的切割滚筒与成像装置对准，停止采矿机沿着矿面的移动。
13.本技术描述的实施例提供一种长壁采矿控制系统。所述系统包括：指向长壁采矿系统中的采矿机的切割滚筒的成像装置；以及连接到成像装置的控制器。控制器包括电子处理器和存储器，且被配置成从成像装置接收图像数据。控制器还被配置成：分析图像数据以确定切割滚筒上的截齿的磨损水平；确定磨损水平超过磨损阈值；以及响应于确定磨损水平超过磨损阈值而产生指示截齿已磨损的警报。
14.在所述系统的一些实施例中，产生警报包括控制电子显示器屏幕显示警报。
15.在一些实施例中，所述系统还包括指向采矿机的第二切割滚筒的第二成像装置，且第二成像装置连接到控制器。所述控制器还被配置成：分析另外的图像数据以确定第二切割滚筒上的第二截齿的磨损水平；确定第二截齿的磨损水平超过磨损阈值；以及响应于确定第二截齿的磨损水平超过磨损阈值而产生第二警报。第二警报指示第二截齿已磨损。
16.在所述系统的一些实施例中，控制器还被配置成从成像装置接收另外的图像数据。所述另外的图像数据是在采矿机相对于成像装置移动以使得成像装置指向采矿机的第二切割滚筒之后由成像装置产生的。所述控制器还被配置成：分析另外的图像数据以确定第二切割滚筒上的第二截齿的磨损水平；确定第二截齿的磨损水平超过磨损阈值；以及响应于确定第二截齿的磨损水平超过磨损阈值而产生第二警报。第二警报指示第二截齿已磨损。
17.在所述系统的一些实施例中，控制器还被配置成：操作长壁采矿系统的采矿机以从矿面开采材料，其中采矿机的操作包括控制采矿机沿着矿面移动且控制切割滚筒旋转；停止采矿机沿着矿面的移动；以及在采矿机已停止从切割滚筒清除松散材料之后控制切割滚筒旋转。从成像装置接收的图像数据是在清除松散材料之后捕获的。在所述系统的一些实施例中，为了停止采矿机沿着矿面的移动，控制器被配置成：确定采矿机的切割滚筒与用于捕获图像数据的成像装置对准；以及响应于确定采矿机的切割滚筒与成像装置对准，停止采矿机沿着矿面的移动。
18.本技术描述的实施例提供一种长壁采矿系统。所述系统包括：长壁采矿机，其被配置成沿着矿面移动；以及第一切割滚筒，其设于长壁采矿机上且具有多个第一截齿，所述多个第一截齿被配置成在长壁采矿机沿着矿面移动时从矿面切割材料。所述系统还包括：第一成像装置，其被配置成捕获第一切割滚筒的一个或多个图像；以及第一臂，其可在第一位置与第二位置之间移动。第一成像装置安装到第一臂。当第一臂处于第一位置时，第一切割
滚筒在第一成像装置的视线内，且当第一臂处于第二位置时，第一切割滚筒在第一成像装置的视野外。所述系统包括电子处理器，所述电子处理器电连接到长壁采矿机、第一切割滚筒、第一臂和第一成像装置系统。电子处理器被配置成控制第一臂移动到第一位置，且使用第一成像装置捕获所述多个第一截齿中的至少一个截齿的第一图像。电子处理器还被配置成分析第一图像以确定所述多个第一截齿中的所述至少一个截齿的第一磨损水平，且确定第一磨损水平超过磨损阈值。电子处理器还被配置成响应于确定所述第一磨损水平超过所述磨损阈值而产生第一警报，所述第一警报指示所述多个第一截齿中的所述至少一个截齿已磨损。
19.本技术描述的实施例提供用于监视长壁采矿系统的方法，所述长壁采矿系统包括长壁采矿机和第一切割滚筒，所述长壁采矿机被配置成沿着矿面移动，所述第一切割滚筒设置于所述长壁采矿机上且包括多个第一截齿，所述多个第一截齿被配置成在所述长壁采矿机沿着所述矿面移动时从所述矿面切割材料。所述方法包括使用长壁采矿系统的电子处理器控制第一臂移动到第一位置。第一成像装置安装到第一臂。第一臂可在第一位置与第二位置之间移动。当第一臂处于第一位置时，第一切割滚筒在第一成像装置的视线内，且当第一臂处于第二位置时，第一切割滚筒在第一成像装置的视野外。所述方法还包括使用第一成像装置捕获所述多个第一截齿中的至少一个截齿的第一图像，且使用电子处理器分析所述第一图像以确定所述多个第一截齿中的所述至少一个截齿的第一磨损水平。所述方法还包括：使用电子处理器确定第一磨损水平超过磨损阈值，且响应于确定第一磨损水平超过磨损阈值，使用电子处理器产生第一警报，所述第一警报指示所述多个第一截齿中的所述至少一个截齿已磨损。
20.在详细解释任何实施例之前，应理解实施例在其应用中不限于在以下描述中阐述或在以下图式中说明的组件的配置和布置的细节。能够以各种方式实践或实行实施例。此外，应理解本文所使用的措词和术语是出于描述的目的且不应被视为是限制性的。使用“包含”、“包括”或“具有”以及其变体意在涵盖其后列出的项目和其等同物以及额外项目。除非另外指定或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦接”及其变化是广泛地使用且涵盖直接以及间接安装、连接、支撑和耦接。
21.另外，应理解，实施例可包括硬件、软件和电子组件或模块，为了讨论的目的可以将其示出和描述为如同大部分组件是单独以硬件实施。然而，所属领域的技术人员基于此具体实施方式的阅读将认识到在至少一个实施例中，基于电子的方面可以可由一个或多个处理单元执行的软件(例如，存储在非暂时性计算机可读介质上)实施，所述处理单元例如微处理器和/或专用集成电路(“asic”)。因此，应注意多个基于硬件和软件的装置以及多个不同结构组件可用以实施实施例。举例来说，在说明书中描述的“服务器”、“计算装置”、“控制器”、“处理器”等可包括一个或多个处理单元、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入/输出接口以及连接组件的各种连接(例如，系统总线)。
22.与数量或条件结合使用的例如“约”、“近似”、“基本上”等相对术语将由所属领域的技术人员理解为包括所陈述的值且具有由上下文规定的意义(例如，所述术语至少包括与测量准确性相关联的误差程度、与特定值相关联的公差[例如，制造、组装、使用等]等)。此类术语还应考虑为公开通过两个端值的绝对值所限定的范围。例如，表述“从约2到约4”也公开了范围“从2到4”。相对术语可以指代加上或减去指示值的百分比(例如，1％、5％、
10％或更多)。
[0023]
本文中描述为由一个组件执行的功能可由多个组件以分布式方式执行。同样，由多个组件执行的功能可以由单个组件合并且执行。类似地，被描述为执行特定功能的组件还可以执行本文未描述的额外功能。举例来说，以某种方式“配置”的装置或结构以至少该方式配置，但是还可以以未明确列出的方式配置。
[0024]
通过考虑详细描述和附图，实施例的其它方面将变得显而易见。
[0025]
附图简要说明
[0026]
图1是根据一些实施例的提取系统的示意图
[0027]
图2示出图1的提取系统的长壁采矿系统。
[0028]
图3a示出图2的长壁采矿系统的另一视图。
[0029]
图3b
‑
3c示出图3a的长壁采矿系统的放大局部视图。
[0030]
图4a
‑
4c示出图2的长壁采矿系统的长壁采矿机。
[0031]
图5示出图2的长壁采矿系统的顶板支护的视图。
[0032]
图6示出图2的长壁采矿系统的顶板支护的另一实施例。
[0033]
图7示出用于与图2的长壁采矿系统一起使用的采矿监视系统。
[0034]
图8是图7的采矿监视系统的较详细的示意图。
[0035]
图9是示出监视长壁采矿系统的截齿的方法的流程图。
[0036]
图10是示出用于监视截齿和控制长壁采矿系统105的方法700的流程图。
[0037]
图11是示出用于监视截齿245和控制长壁采矿系统105的方法800的流程图。
具体实施方式
[0038]
本技术所提供的实施例涉及用于监视长壁采矿系统中的采矿机的切割滚筒上的截齿的磨损的系统和方法。在一些实施例中，所述系统和方法使得矿工能够在材料面进行远程监视。在一些实施例中，所述系统和方法实现了与手动检查相比对截齿更快速、更频繁且更准确的评估。
[0039]
图1示出长壁采矿提取系统100。提取系统100包括长壁采矿系统105和矿井监视系统110。提取系统100被配置成以高效方式从矿井提取材料或产品(例如，煤或其它矿石)。长壁采矿系统105从地下矿井物理地提取材料。矿井监视系统110监视长壁采矿系统105的操作以确保材料的提取保持高效。虽然示出为单个装置，但矿井监视系统可包括远离矿地(mining site)、在矿地的地面处或在矿地的地下(见例如图7)定位的若干计算装置。
[0040]
图2示出包括顶板支护115和长壁采矿机120的长壁采矿系统105。顶板支护115通过电气连接和液压连接平行于材料面(见图5)互连。顶板支护115将采矿机120遮蔽于上覆地质地层。在长壁采矿系统105中使用的顶板支护115的数目取决于正开采的材料面的宽度，因为顶板支护115意图针对地层保护材料面的全宽度。采矿机120由刮板输送机(afc)125沿着材料面的直线传送，afc 125具有专用齿杆以用于采矿机120平行于材料面在材料面自身与顶板支护115之间运行。afc 125还包括平行于采矿机齿杆的输送机，使得挖掘的材料落到输送机上而被运离材料面。afc 125的输送机和齿杆由位于主门135和尾门140处的afc驱动器130(例如，第一afc驱动机构和第二afc驱动机构)驱动，主门135和尾门140在afc 125的远侧末端处。即，afc 125包括主门末端和尾门末端，其中第一afc驱动机构设于
主门末端处且第二afc驱动机构设于尾门末端处。afc驱动器130允许afc 125朝向主门135(图2的左侧)连续地运输材料。afc驱动器130还允许采矿机120沿着afc 125的齿杆且跨越材料面被双向牵引。在一些实施例中，取决于特定的矿井布局，长壁采矿系统105的布局可不同于上文描述。举例来说，主门135可在afc125的右远侧末端上，尾门140可在afc 125的左远侧末端上。长壁采矿系统105还包括被垂直布置在afc 125的主门135处的梁式分段装载机(“bsl”，beam stage loader)145。
[0041]
图3a示出长壁采矿系统105的透视图和bsl 145的展开图。图3b和3c分别示出图3a的长壁采矿系统105的主门区域和尾门区域的放大局部视图。当由afc 125牵引的获得材料到达主门135时，材料通过九十度(90
°
)转弯递送到bsl 145上。在一些实例中，bsl 145以倾斜角(例如，非直角)与afc 125接合。bsl 145随后将材料准备和装载到将材料输送到地面的主门输送机(未图示)上。材料准备好由粉碎机或分拣机150装载，粉碎机或分拣机150将材料破碎以改善在主门输送机上的装载。类似于afc 125的输送机，bsl 145的输送机由bsl驱动器155驱动。
[0042]
图4a、4b和4c示出采矿机120。采矿机120包括存放用于采矿机120的操作控件的长型中心外壳200(例如，采矿机外壳)。滑靴205和套靴210(图4b)在外壳200下方延伸。滑靴205在afc 125的材料面侧(即，最接近材料面的一侧)上支撑采矿机120，且套靴210在afc 125的采空区侧上支撑采矿机120。具体地，套靴210和牵引链轮接合afc 125的齿杆，以允许采矿机120沿着afc 125和材料面推进。右摇臂215和左摇臂220(例如，第一摇臂和第二摇臂)分别从外壳200侧向延伸，并且通过附接到摇臂215、220和外壳200的液压缸升高和降低。右切割滚筒225(例如，第一切割滚筒)在右摇臂215的远侧末端上(相对于外壳200)，且左切割滚筒230(例如，第二切割滚筒)在左摇臂220的远侧末端上。每一切割滚筒225、230通过电马达235、240经由摇臂215、220内的齿轮系驱动。切割滚筒225、230中的每一个具有多个截齿245(例如，多个第一截齿和多个第二截齿)，多个截齿245在切割滚筒225、230旋转时磨损材料面，进而切掉材料。截齿245还伴随有喷嘴，喷嘴在采矿过程期间喷射流体以便分散在挖掘现场形成的有毒和/或可燃的气体、抑制灰尘和增强冷却。图4b示出包括切割滚筒225、230(示出为无截齿)、摇臂215、220、套靴210和外壳200的采矿机120的侧视图。图4b还示出左牵引马达250和右牵引马达255。
[0043]
采矿机120还包括各种传感器，以例如实现采矿机120的自动控制。举例来说，如图4c中所图示，采矿机120包括左摇臂倾角仪260、右摇臂倾角仪265、左牵引齿轮传感器270、右牵引齿轮传感器275以及俯仰角和横摇角传感器280。图4c示出采矿机120上的各种传感器的近似位置；但在其它实施例中，传感器定位于采矿机120上的其它位置处。倾角仪260、265提供关于摇臂215、220的倾斜角度的信息。还可以用安装于每一摇臂215、220与外壳200之间的线性换能器来测量摇臂位置。牵引齿轮传感器270、275提供关于采矿机120沿着afc 125的位置以及采矿机120的移动速度和方向的信息。俯仰和横摇角传感器280提供关于外壳200的角对准的信息。如图4c中所图示，采矿机120的俯仰指代朝向和远离材料面的角度倾斜，而采矿机120的横摇指代采矿机120的右侧与采矿机120的左侧之间的角度差，如图4c中的轴线更清楚地示出。采矿机120的俯仰和横摇都可以用度数来测量。正俯仰指代采矿机120倾斜远离材料面(即，采矿机120的面侧高于采矿机120的采空区侧)，而负俯仰指代采矿机120朝向材料面倾斜(即，采矿机120的面侧低于采矿机120的采空区侧)。正横摇指代采矿
机120倾斜使得采矿机120的右侧高于采矿机120的左侧，而负横摇指代采矿机120倾斜使得采矿机120的右侧低于左侧。传感器提供信息以确定采矿机120、右切割滚筒225和左切割滚筒230的相对位置。
[0044]
图5示出沿着材料面300的直线观察的长壁采矿系统105。示出顶板支护115通过顶板支护115的上悬遮篷305将采矿机120遮蔽于上方的地层。遮篷305通过液压支腿310、315(支腿315在图5中被支腿310遮住，但在图6中示出)竖直移位(即，朝向和远离地层移动)。左液压支腿310和右液压支腿315含有加压流体以支撑遮篷305。遮篷305通过对液压支腿310、315施加不同压力而在地质地层上施加某一范围的向上力。偏转器或斜撑320安装到遮篷305的面端，偏转器或斜撑320在图5中示出处于面支撑位置。斜撑320也可以通过斜撑压头325完全延伸，如在图5中的重影所示。附接到基座335的前进压头330允许在剪切掉材料层时顶板支护115朝向材料面300前进以支撑新暴露地层。前进压头330还允许顶板支护115朝向材料面300推动afc 125。
[0045]
图6示出顶板支护115的透视图。在此视图中，示出(左)液压支腿310和(右)液压支腿315。
[0046]
如图3b、4a
‑
b、5和6中所图示，长壁采矿系统105还可包括用于视觉上监视截齿245的一个或多个成像装置400(例如，第一成像装置和第二成像装置)。举例来说，如图3b所示，成像装置400a设于bsl 145上，以监视主门滚筒(在主门135侧的采矿机的切割滚筒225或230)的截齿245。另外，如图3c所示，成像装置400b设于尾门末端140的afc驱动器130上，以监视尾门滚筒(在尾门140侧的采矿机120的切割滚筒225或230)的截齿245。成像装置400a和400b可以共同称为成像装置400且各自可以概括地称为成像装置400。作为额外实例，一个或多个图像装置400可以安装到采矿机120。举例来说，如图4a和4b中所示，采矿机120还包括经由右臂405连接到采矿机外壳200的成像装置400a，以及经由左臂410连接到采矿机外壳200的成像装置400b。右臂405和左臂410可以经由铰链或相似装置连接到采矿机外壳200，且可以由马达或液压致动器驱动以朝向采矿机外壳200缩回和向外摆动远离采矿机外壳200，以将相应成像装置400a和400b定位成具有在相应切割滚筒225和230上的截齿245的视线。作为另一实例，一个或多个顶板支护115包括一个或多个成像装置400。举例来说，在图5中，单个成像装置400设于顶板支护115的遮篷305上。在图6中，两个成像装置400设于顶板支护115上，被标识为第一成像装置400a和第二成像装置400b。应注意，成像装置400未按比例绘制，且与图3
‑
6中示出的大小相比成像装置400可包括紧凑的尺寸。
[0047]
成像装置400的数目在系统105中可以不同。举例来说，顶板支护115中的一个或多个可以各自包括一个或两个成像装置400(请分别参见图5和6)。作为另外的实例，(i)成像装置400中的一个或多个可以沿着材料面以规则间隔(例如，每第五或第十顶板支护115)安装到个别顶板支护；(ii)一个或多个成像装置400可以在主门附近、尾门附近和在两个门之间的半程点处安装到顶板支护115；(iii)一个或多个成像装置400可以沿着材料面安装到单个顶板支护115；或(iv)一个或多个成像装置400可以沿着材料面以其它布置安装到一个或多个顶板支护115。
[0048]
在一些实施例中，成像装置400是被配置成产生图像数据的高速相机。举例来说，高速相机可以大于250帧每秒(fps)、以大于500fps、以大于1000fps、以大于5000fps、以250fps与5000fps之间的速率或以另一速率操作。在一些实施例中，成像装置400是图像产
生雷达装置、图像产生激光雷达装置、其它图像产生技术，或其组合。举例来说，图像产生雷达和激光雷达装置包括用于发射信号(用于雷达的无线电波、用于激光雷达的光)的发射器和用于接收反射信号(用于雷达的无线电波、用于激光雷达的光)的接收器，以及用于使用常规雷达或激光雷达处理将接收的信号转换为图像的处理器。
[0049]
参看图3b，示出afc 125的主门末端。第一afc驱动机构130设于afc的主门末端处。成像装置400a设于第一afc驱动机构130上方。成像装置400a连接到afc主门成像臂415(例如，第一臂)且afc主门成像臂415设于afc 125的外壳上且在第一afc驱动机构130上方。如上文所论述，包括成像装置400的afc主门成像臂415也可以设于bsl 145上，例如bsl驱动机构上方。
[0050]
afc主门臂415可在第一位置420a与第二位置420b之间移动。当afc主门臂415处于第一位置420a时，afc主门臂415和成像装置400a被向上提升，使得切割滚筒225、230在成像装置400a的视线内。当afc主门臂415处于第一位置且采矿机120在afc 125的主门末端处时，成像装置400a可捕获切割滚筒225、230的截齿的图像。当afc主门臂415处于第二位置420b时，afc主门臂415和成像装置400a隐藏于afc驱动机构130的外壳后方且远离采矿机120，使得在采矿过程期间的灰尘和碎屑不会损坏成像装置400a。在一些实施例中，afc主门臂415通过马达(例如，第一臂马达)在第一位置与第二位置之间驱动。在其它实施例中，afc主门臂415通过液压机构(例如，第一液压机构)在第一位置与第二位置之间驱动。
[0051]
参看图3b，示出afc 125的尾门末端。第二afc驱动机构130设于afc的尾门末端处。第一afc驱动机构130和第二afc驱动机构130可包括用于驱动afc 125的马达和/或链轮。成像装置400b设于第二afc驱动机构130上方。成像装置400b连接到afc尾门成像臂425(例如，第二臂)，且afc尾门成像臂425设于afc 125的外壳上且在第二afc驱动机构130上方(例如，afc 125的链轮上方)。afc尾门成像臂425和成像装置400b可以与afc主门成像臂415和成像装置400a类似地操作，以捕获切割滚筒225、230的图像。
[0052]
参看图4a和4b，右臂405通过第一摇臂215设于采矿机外壳200上，且左臂410通过第二摇臂220设于采矿机外壳200上。右臂405可在第一位置与第二位置之间移动。当右臂405处于第一位置时，右臂405和成像装置400a被向上提升，使得切割滚筒225在成像装置400a的视线内，如图4a和4b中所示。在一些实施例中，当右臂405处于第一位置时，成像装置400a可以恰好定位于切割滚筒225上方。当右臂405处于第一位置时，成像装置400a可捕获切割滚筒225的截齿的图像。当右臂405处于第二位置时，右臂405和成像装置400a隐藏于例如右摇臂215后方且远离切割滚筒225，使得在采矿过程期间的灰尘和碎屑不会损坏成像装置400a。
[0053]
左臂410可在第一位置与第二位置(例如，第三位置和第四位置)之间移动。当左臂410处于第一位置时，左臂410和成像装置400b被向上提升，使得切割滚筒230在成像装置400b的视线内，如图4a和4b中所示。在一些实施例中，当左臂410处于第一位置时，成像装置400b可以恰好定位于切割滚筒230上方。当左臂410处于第一位置时，成像装置400b可捕获切割滚筒230的截齿的图像。当左臂410处于第二位置时，左臂410和成像装置400b隐藏于例如左摇臂220后方且远离切割滚筒230，使得在采矿过程期间的灰尘和碎屑不会损坏成像装置400b。如上文所论述，可以使用马达、液压机构或类似物在第一位置与第二位置之间驱动右臂410和左臂410。
[0054]
参看图5和6，成像装置400也可以安装到顶板支护115，使得成像装置400恰好在采矿机120上方。在这些实施例中，顶板支护115的特征，例如液压支腿310、315，可以充当第一臂和第二臂。液压支腿310、315被致动以在采矿机120经过顶板支护时向前移动顶板支护。当在此位置时，成像装置400可以恰好定位于采矿机120上方，以捕获切割滚筒225、230的图像。在其它实施例中，单独的顶板支护臂可以设于安装成像装置400的顶板支护上。可以如上文所论述以类似于右臂405和左臂410的方式来控制顶板支护臂。
[0055]
图7示出可用以检测和响应长壁采矿系统105中产生的问题的矿井监视和控制系统500。矿井监视和控制系统500是图1的矿监视系统110的实例。控制器505例如位于采矿现场且控制长壁采矿系统105的各种组件。在一些实施例中，控制器505与长壁采矿系统105的采矿设备(例如，采矿机120、afc 130等)通信，但是独立于所述采矿设备。在一些实施例中，控制器505的至少一部分集成到长壁采矿系统105的组件中的一个(例如，采矿机120、afc 130等)中。控制器505经由网络交换机515与地下计算机或用户接口510和地面计算机或服务器520通信，两者也可位于矿区处。地面计算机520还通过网络525与远程监视计算机530通信。远程监视计算机530可被配置成处理从地面计算机520接收的数据和/或通过网络交换机515从控制器505接收的数据。
[0056]
矿监视系统500的组件中的每一个可以通信方式连接以用于双向通信。矿井监视系统500的任何两个组件之间的通信路径可以是有线的(例如，经由以太网电缆)、无线的(例如，经由蜂窝、协议)，或其组合。虽然图7中示出单个控制器505、用户接口510和网络交换机515，但额外的地下和地面相关的采矿机(和长壁采矿的替代物)可以经由网络交换机515连接到地面计算机520。类似地，额外的网络交换机或连接可以包括于系统500中以提供控制器505与地面计算机520之间以及额外的采矿机器与地面计算机520之间的替代通信路径。
[0057]
关于图8更详细地示出矿井监视系统500和控制器505。控制器505电气地和/或通信地连接到长壁采矿系统105的多种模块或组件。举例来说，控制器505连接到地下计算机或用户接口510、网络交换机515、地面计算机或服务器520(经由网络交换机515)、网络525(经由网络交换机515)、电力供应模块535(例如，接收交流市电电力的交流电力供应模块)、与长壁采矿系统105有关的一个或多个传感器540、数据库545(例如，用于存储与长壁采矿系统105有关的图像或视频、组件配置文件等)、成像装置400中的一个或多个，以及长壁采矿系统105的一个或多个驱动马达和致动器550。一个或多个驱动马达和致动器550包括长壁系统105的马达中的一个或多个，例如左牵引马达250和右牵引马达255(见图4b)、驱动摇臂215、220的马达(请参见图4a
‑
b)、驱动切割滚筒225、230的马达235和240(请参见图4a
‑
b)、afc驱动马达130(请参见图2
‑
3)、斜撑压头325(请参见图5
‑
6)、液压支腿310、315(请参见图5
‑
6)、前进压头330的液压装置(请参见图5
‑
6)、操作bsl 145的输送机的bsl驱动器155(见图3a)、驱动臂405和410(请参见图4a和4b)、415和425(请参见图3b和3c)的马达和/或液压装置等。
[0058]
控制器505包括可操作以，除了其他以外，控制长壁采矿系统105的操作、与地面计算机520或通过网络525通信、接收和分析来自成像装置400的图像数据以及其它功能的硬件和软件的组合。在一些实施例中，控制器505包括对控制器505和/或长壁采矿系统105内的组件和模块提供电力、操作控制和保护的多个电学和电子组件。举例来说，除了其他以
外，控制器505包括，处理单元560(例如，微处理器、微控制器或另一合适的可编程装置)、存储器565、输入单元570和输出单元575。除了其他以外，处理单元560包括，控制单元580、算术逻辑单元(“alu”)585和多个寄存器590(示出为图8中的一组寄存器)，且是使用已知计算机架构(例如，经修改的哈佛架构、冯诺伊曼体系架构等)实施的。处理单元560、存储器565、输入单元570和输出单元575以及连接到控制器505的各种模块由一个或多个控制和/或数据总线(例如，公用总线595)连接。出于说明性目的，在图8中大体上示出控制总线和/或数据总线。
[0059]
存储器565是非暂时性计算机可读介质且包括例如程序存储区域和数据存储区域。程序存储区域和数据存储区域可包括不同类型的存储器的组合，例如rom、ram(例如，dram、sdram等)、eeprom、闪存、硬盘、sd卡，或其它合适的磁性、光学、物理或电子存储器装置。处理单元560连接到存储器565且执行软件指令，所述软件指令能够存储于存储器565的ram(例如，在执行期间)、存储器565的rom(例如，在大体上永久基础上)或例如另一存储器或磁盘的另一非暂时性计算机可读介质中。长壁采矿系统105的实施方案中包括的软件可存储于控制器505的存储器565中。软件包括例如固件、一个或多个应用程序、程序数据、滤波器、规则、一个或多个程序模块、图像处理软件和其它可执行指令。控制器505被配置成从存储器565获得且执行，除其他以外，与本文所描述的控制过程和方法有关的指令。在其它构造中，控制器505包括额外、较少或不同的组件。在一些实施例中，长壁采矿系统105的实施方案中包括的软件可存储于地面计算机520或远程监视计算机530的存储器中。在此类实施例中，地面计算机520或远程监视计算机530被配置成从存储器获得且执行与本文所描述的控制过程和方法有关的指令。
[0060]
传感器540包括左摇臂倾角仪260、右摇臂倾角仪265、左牵引齿轮传感器270、右牵引齿轮传感器275以及俯仰角和横摇角传感器280，如先前相对于图4c描述。这些传感器540可由控制器505以后视方式使用以表征采矿机120或与长壁采矿系统105相关联的输送机槽组的当前和/或之前的状态。在一些实施例中，左牵引齿轮传感器270和右牵引齿轮传感器275可以是指示右牵引齿轮或马达和左牵引齿轮或马达的旋转量的旋转编码器或相似传感器，旋转量由控制器505翻译成沿着材料面的采矿机120的位置(例如，沿着afc125在主门135与尾门140之间的位置)。
[0061]
图9是示出用于监视截齿且控制长壁采矿系统105的方法600的流程图。在步骤610，控制器505从所述一个或多个成像装置400接收截齿245的图像数据。图像数据可以采取各种文件格式(例如，mpeg、jpeg或png)中的一种的一组图像的形式。如前文所述，成像装置400是选自高速相机、雷达成像装置、激光雷达成像装置以及其它成像技术的群组中的一个或多个。图像数据可以存储于存储器565中，用于处理单元560的未来存取和分析。
[0062]
控制器505分析图像数据以确定采矿机120的截齿245的磨损水平(步骤615)。举例来说，控制器505可以执行图像处理软件以识别图像数据的一个或多个图像中的截齿245。控制器505可以随后检测所识别截齿245的属性(例如，高度、形状或边缘斜率)，所述属性可翻译为磨损值。举例来说，高度可以与磨损值成反比，从而高度越短，磨损值越高(即，截齿磨损越多)。作为另一实例，新截齿的形状(可以基于制造商默认设定预先存储或在切割滚筒的替换后由成像装置400检测)可以与所识别截齿245的检测到的形状进行比较。可以基于新截齿形状与检测到的形状之间的形状差异来分配值，其中形状越不同，磨损值越高。在
一些实施例中，针对从图像数据识别的每一截齿245提供磨损水平。在一些实施例中，针对每一切割滚筒提供磨损水平作为用于从图像数据识别的个别截齿245的磨损水平的平均。
[0063]
基于分析，控制器505确定截齿245中的一个或多个超过磨损阈值(步骤620)。举例来说，在一些实施例中，控制器505将在步骤615中确定的每一截齿245的磨损值与磨损阈值进行比较。当一个或多个截齿245的磨损值超过磨损阈值时，控制器505确定与磨损值相关联的截齿245中的所述一个或多个超过磨损阈值。虽然未图示，但在步骤615中的分析之后在确定磨损水平未超过磨损阈值的情况下，所述方法可以返回到步骤610以获取另外的图像数据且重新开始过程。
[0064]
响应于确定截齿245中的一个或多个超过磨损阈值，控制器505产生指示所述一个或多个截齿245已磨损且应当更换的警报(步骤625)。举例来说，在一些实施例中，控制器505产生关于与长壁采矿系统105相关联的组件的警报以向操作者或矿井监督者通知磨损的截齿。举例来说，控制器505可以产生经由用户界面510、经由长壁采矿系统105的组件(例如，采矿机120、顶板支护115中的一个等)或经由远程监视计算机530(借助于网络交换机515)提供的听觉、视觉和/或触觉警报。所述警报可以由用户界面510、长壁采矿系统105的组件或远程监视计算机530的扬声器、电子显示器和/或振动元件提供。换句话说，控制器505将请求传送到与长壁采矿系统105相关联的组件以实现警报，进而控制相关联组件。继而向组件附近的操作者或矿井监督者提示获取更换切割滚筒225、230或截齿245以更换被识别为磨损的那些部件。警报可以识别所述一个或多个截齿245中的哪些已磨损且应当更换、被视为磨损的所述一个或多个截齿245的磨损量、所述一个或多个截齿245何时应当更换(例如，立即、下一周内等)的时序的指示，或其组合。
[0065]
在一些实施例中，针对每一切割滚筒225和230独立地且基于来自成像装置400中与特定切割滚筒225或230相关联的相应一个的图像数据来执行方法600。在一些实施例中，例如其中单个成像装置400设于顶板支护115上(见例如图5)，在当第一切割滚筒225由顶板支护115上的成像装置400定位时的第一时间周期中执行方法，并且接着在当第二切割滚筒230由成像装置400定位时的第二稍后时间周期中执行方法。因为在采矿机120可操作以沿着afc 125移动时顶板支护115沿着afc 125静态地定位，所以单个成像装置400可操作以监视切割滚筒225和230两者的截齿245。
[0066]
虽然关于位于矿区的控制器505描述方法600，但在一些实施例中，实施方法600的控制器远程定位。举例来说，方法600的控制器可以由远程监视计算机530或地面计算机520实施，或由控制器505远程监视计算机530和地面计算机520中的一个或多个的组合实施。另外，过程600的步骤是以示例性的顺序示出。然而，示出的过程600的各种步骤能够从过程600移除，以与图9中示出的特定顺序不同的顺序执行，以及至少部分地彼此并行地执行。
[0067]
在一些实施例中，过程600包括在步骤610之前执行的额外步骤。图10是示出用于监视截齿和控制长壁采矿系统105的方法700的流程图。举例来说，在一些实施例中，方法700是在方法600之前执行或同时执行。如图10所示，方法700包括以典型方式操作长壁采矿系统105的采矿机120而从矿面开采材料(步骤710)。为了操作采矿机120，控制器505产生用于长壁采矿系统105的驱动马达和致动器550的一个或多个控制信号。举例来说，控制信号包括以下各项中的一个或多个：驱动左牵引马达250和右牵引马达255以使得采矿机120沿着afc 125(并且因此沿着材料面)移动的信号，将摇臂215、220控制到所需高度的信号，以
及驱动马达235和240进而驱动切割滚筒225、230的信号。在一些实施例中，除操作采矿机120之外，过程还包括例如通过产生以下信号中的一个或多个来控制长壁采矿系统105的其它组件：控制afc驱动马达130以驱动afc 125的输送机的信号，在采矿机120经过之后控制前进压头330以使顶板支护115和afc前进的信号，控制斜撑压头325(请参见图5
‑
6)的信号，控制液压支腿310、315的信号，操作粉碎机150的信号，驱动bsl驱动器155以操作bsl 145的输送机的信号等。
[0068]
方法700还包括停止采矿机沿着矿面的移动(步骤715)。举例来说，控制器505产生停止左牵引马达250和右牵引马达255的一个或多个控制信号以使得采矿机120停止沿着afc 125(并且因此沿着材料面)移动。在一些实施例中，采矿机120停止在沿着矿面的预定位置将切割滚筒225、230中的一个或多个与成像装置400中的一个或多个对准。通过停止在对准位置，所述一个或多个成像装置400能够捕获分别对准的切割滚筒225或230的截齿245的图像数据。举例来说，停止采矿机120沿着矿面的移动还可包括确定采矿机120的切割滚筒225或230与用于捕获图像数据的成像装置400中的一个对准。成像装置400的位置可以是预定的且存储于控制器505的存储器565中(例如，由操作者在设置或配置阶段期间)。采矿机120的位置可以由传感器540向控制器505指示，使得控制器可确定采矿机120沿着材料面的当前位置是否匹配成像装置400中的一个的预定位置。举例来说，当前位置可以由数字值表示为距主门135(或尾门140)的距离，且预定位置可以类似地由数字值指示为距主门135(或尾门140)的距离。控制器505可以随后被配置成基于当前位置的数字值和预定位置的数字值的比较指示值相等或在彼此的某一范围内而确定采矿机120的当前位置匹配预定位置。
[0069]
方法700还包括在采矿机120已停止之后控制切割滚筒225和230中的一个或两个旋转以从切割滚筒225、230清除松散材料(步骤720)。举例来说，可以控制切割滚筒225和230旋转预定量的时间以确保在采矿机120停止沿着材料面平移之后接合到切割滚筒225和230的松散材料能够掉落。在从切割滚筒225和230清除松散材料之后，一个或多个成像装置400被配置成捕获图像数据，图像数据随后在步骤610中由控制器505接收。通过使得能够从切割滚筒225和230清除松散材料，一个或多个成像装置400能够捕获截齿245的更清晰图像用于磨损的分析。
[0070]
在一些实施例中，切割滚筒225和230还被配置成在所述一个或多个成像装置400捕获图像数据时停止旋转或缓慢地旋转(例如，在正常操作期间切割滚筒225和230的转速的仅某一百分比)。通过使得能够控制切割滚筒225和230停止旋转或缓慢地旋转，一个或多个成像装置400能够捕获截齿245的更清晰图像用于磨损的分析。在一些实施例中，当为了捕获图像停止采矿机120时，切割滚筒225和230，控制器505可以使切割滚筒225和230搁置在矿井底板上。当切割滚筒225和230搁置在底板上时控制器505控制采矿机120进行拖运，从而使得切割滚筒225和230缓慢地旋转。随后如上文所论述捕获切割滚筒225和230上的截齿的图像。
[0071]
在一些实施例中，过程600由控制器505周期性地实施，举例来说，一小时一次，一天一次，在采矿机沿着矿面的每一次通过之后，在采矿机沿着矿面的每五次通过之后，等等。
[0072]
图11是示出用于监视截齿245和控制长壁采矿系统105的方法800的流程图。方法
800可以类似于方法600实施且可以在方法700之后或同时实施。在步骤810，控制器505控制第一臂移动到第一位置。控制器505控制对臂405、410、415、425中的一个臂(即，第一臂)进行致动的马达和/或液压装置。第一臂移动到第一位置，使得切割滚筒225和230中的一个或两个在安装到第一臂的第一成像装置400的视线内。
[0073]
在步骤815，控制器505使用第一成像装置400捕获多个第一截齿245中的至少一个截齿245的第一图像。多个第一截齿245是例如切割滚筒225和230中的一个上的多个截齿245。在捕获第一图像之前，控制器505可以验证切割滚筒225在第一成像装置400的视线内。
[0074]
控制器505分析第一图像以确定多个第一截齿中的至少一个截齿245的第一磨损水平(步骤820)。举例来说，控制器505可以执行图像处理软件以识别图像数据的一个或多个图像中的截齿245。控制器505可以随后检测所识别截齿245的属性(例如，高度、形状或边缘斜率)，该属性可翻译为磨损值。举例来说，高度可以与磨损值成反比，从而高度越短，磨损值越高(即，截齿磨损越多)。作为另一实例，新截齿的形状或几何形状(例如，未磨损截齿的几何形状)可以与所识别截齿245的检测到的形状或几何形状进行比较。控制器505使用图像分析技术确定第一图像中的所述至少一个截齿245的几何形状。控制器505确定第一图像中的至少一个截齿245的几何形状与新截齿的参考几何形状之间的差异。相应几何形状或形状之间的差异被识别为第一磨损水平。在一些实施例中，针对从图像数据识别的每一截齿245提供磨损水平。在一些实施例中，针对每一切割滚筒提供磨损水平作为用于从图像数据识别的各个截齿245的磨损水平的平均。
[0075]
基于分析，控制器505确定第一磨损水平超过磨损阈值(步骤825)。举例来说，在一些实施例中，控制器505将在步骤820中确定的每一截齿245的磨损值与磨损阈值进行比较。当一个或多个截齿245的磨损值超过磨损阈值时，控制器505确定与磨损值相关联的截齿245中的所述一个或多个超过磨损阈值。虽然未图示，但在步骤820中的分析之后在确定磨损水平未超过磨损阈值的情况下，所述方法可以返回到步骤810以获得另外的图像数据且重新开始过程。
[0076]
响应于确定第一磨损水平超过磨损阈值，控制器505产生指示至少一个截齿245已磨损且应当更换的警报(步骤830)。举例来说，在一些实施例中，控制器505产生关于与长壁采矿系统105相关联的组件的警报，以向操作者或矿井监督者通知磨损的截齿245。举例来说，控制器505可以产生经由用户界面510、经由长壁采矿系统105的组件(例如，采矿机120、顶板支护115中的一个等)或经由远程监视计算机530(借助于网络交换机515)提供的视觉、视觉和/或触觉警报。警报可以由用户界面510、长壁采矿系统105的组件或远程监视计算机530的扬声器、电子显示器和/或振动元件提供。换句话说，控制器505将请求传送到与长壁采矿系统105相关联的组件以实现警报，进而控制相关联组件。继而向组件附近的操作者或矿井监督者提示获取更换切割滚筒225、230或截齿245以更换被识别为磨损的那些。警报可以识别一个或多个截齿245中的哪些已磨损且应当更换、被视为磨损的一个或多个截齿245的磨损量、一个或多个截齿245何时应当更换(例如，立即、下一周内等)的时序的指示，或其组合。
[0077]
因此，本文描述的实施例提供，除其他以外，用于监视采矿机的截齿且基于检测到的一个或多个截齿的磨损而产生警报的系统和方法。