(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
採掘機械において、
可動キヤリッジ上に据え付けられた剪断ヘッドを備え、前記剪断ヘッドは、可動キヤリッジが、層の全域にわたって左右方向に延びるレール手段上を、前記層の採掘切羽の全域にわたって左右方向に通過するにつれて、層の、意図されたプロファイルに従って層から産物を切削して産物を採掘するためのものであり、更に
レール手段に沿った複数の場所で可動キヤリッジもしくはレール手段の座標位置である少なくとも２Ｄの座標位置情報を決定するため、且つ、該２Ｄ座標位置情報を表すデータ信号を出力するため、可動キヤリッジ上に配置される座標位置決定手段を備え、更に
上記２Ｄ座標位置情報を表すデータ信号を受け取って処理するとともに、処理した後の出力信号を発生するよう、前記座標位置決定手段に接続された処理手段を備え、上記処理手段は、上記レール手段に連結されたレール移動手段の制御に使用でき、かつ、可動キヤリッジの次のパスにレール手段を移動させるよう使用することができ、それにより、上記レール移動手段が、可動キヤリッジの進行方向に延びる上記レール手段の後部を、レール手段の上記後部の、測定された座標位置に基づいて、可動キヤリッジの次のパスでの、層の、意図されたプロファイルに対し、上記層に向かって一定の距離だけ置き換えるとともに、上記処理手段によって、レール手段に沿った複数の場所で上記レール移動手段を作動させてレール手段を移動させ、上記可動キヤリッジの次のパスで、上記剪断ヘッドに、層の、上記意図されたプロファイルに基づいて層を切削させることを特徴とする採掘機械。
【請求項２】
意図されたプロファイルは、可動キヤリッジの移動方向に延びるとともにほぼ水平に延びる平面内の直線であることを特徴とする請求項１に記載の採掘機械。
【請求項３】
上記処理手段は、レール手段に沿った複数の場所の各々で上記座標位置決定手段によって提供される２Ｄ座標の電気データ信号を記憶するためのメモリ手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の採掘機械。
【請求項４】
上記データ信号は、レール手段に沿った複数の場所においてレール手段の要求される移動距離を計算するために上記処理手段によって使用されることを特徴とする請求項１に記載の採掘機械。
【請求項５】
上記座標位置決定手段はＸ、ＹおよびＺ平面の各々に３Ｄ座標位置信号を提供することを特徴とする請求項１に記載の採掘機械。
【請求項６】
上記処理手段は、レール手段に沿った場所で、可動キヤリッジの剪断ヘッドの移動位置に延びる水平面から外れる領域を含む水平プロファイルをもたらし、可動キヤリッジの次のパスで、前記剪断ヘッドが、前のパスから生じる水平プロファイルによって決定された次の水平プロファイルに対し横移動するべく、剪断ヘッド位置制御手段によって、上記剪断ヘッドの移動を制御可能としてなることを特徴とする請求項１に記載の採掘機械。
【請求項７】
上記レール移動手段は上記レール手段の長さに沿って離間した一連の独立して可動の移動手段であり、その各々は一端で夫々の坑道天盤支持手段に連結されており、各天盤支持手段は坑道天盤を支持するとき各移動手段の一端のための固定位置を提供し、上記移動手段の他端は上記レール手段に連結されていて、上記移動手段の他端が上記天盤支持手段から離れるよう移動したとき、レール手段は上記層に向かって前進させられることができることを特徴とする請求項１に記載の採掘機械。
【請求項８】
上記移動手段の各々は独立して可動であって、上記レール手段が上記移動手段によって前進させられ、かつ夫々の坑道天盤支持手段が上記坑道天盤を支持することから解放されたとき、夫々の天盤支持手段は上記移動手段によって上記レール手段に向かって前方に置き換えられることができ、上記レール手段はそのとき各移動手段の他端のための固定位置を提供することを特徴とする請求項７に記載の採掘機械。
【請求項９】
上記処理手段は上記天盤支持手段の前進運動量を決定して、上記レール手段に沿った上記採掘機械の１パスの完了時に層の全域にわたって実質上直線の壁があり、従ってすべての天盤支持手段はそのとき上記直線と整列し、上記レール手段と実質上平行となることを特徴とする請求項１に記載の採掘機械。
【請求項１０】
上記座標位置決定手段は上記採掘機械上の固定点に担持され、レール手段の座標位置が、上記固定点の位置に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の採掘機械。
【請求項１１】
可動キヤリッジに取付けた剪断ヘッドを有し、上記剪断ヘッドが、層の、意図したプロファイルに従って掘削して層から産物を切削するようになした採掘機械を制御する方法において、
上記方法が、
上記可動キヤリッジを、採掘すべき層の掘削切羽を横切って左右方向に延びるレール手段上で通過させ、
上記可動キヤリッジに配置した座標位置決定手段を用いて、レール手段に沿った複数の場所で、可動キヤリッジもしくはレール手段の座標位置を測定し、測定された前記座標位置は、少なくとも２Ｄ座標位置情報であり、
上記可動キヤリッジが前記層を左右方向に通過するにつれて、レール手段に沿った複数の場所で、上記レール手段の２次元座標位置情報の位置信号を処理手段に提供し、
レール手段に連結されて、可動キヤリッジの次のパスにレール手段を移動させるよう使用可能なレール移動手段を制御するために、上記位置信号から処理された出力信号を発生させ、上記レール移動手段を作動させて、可動キヤリッジの進行方向に延びる上記レール手段の後部が、レール手段の座標位置に基づいて、可動キヤリッジの次のパスでの、層の、意図されたプロファイルに対し、層に向かって一定の距離だけ置き換えられるようになし、上記レール移動手段を、レール手段に沿った複数の場所で作動させて、上記可動キヤリッジの次のパスで、上記剪断ヘッドが、層の、意図したプロファイルに基づいて層を切削することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
レール手段に沿った複数の場所の各々の、座標位置の電気データ信号を記憶することを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
レール手段に沿った複数の場所におけるレール手段の座標位置に基づいて処理手段でレール手段の後部の必要な変位距離を計算することを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
Ｘ、Ｙ、Ｚ平面の各々における３次元位置信号として上記位置信号を提供することを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
レール手段に沿った場所で、可動キヤリッジの剪断ヘッドの移動方向に延びる水平面から外れる領域を含む水平プロファイルを発生させ、それにより、可動キヤリッジの次のパスの際に、前のパスから生じる水平プロファイルによって決定された次の水平プロファイルに対する、剪断ヘッドの横移動を制御可能とすることを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
上記レール手段は、１パス後に層の全域にわたって実質上直線の壁があるように、動かされ、レール手段は上記直線壁と実質上平行であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
上記採掘機械上の固定点に担持された座標位置決定手段によって座標位置を決定することを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
下記の関係式に従って座標位置の信号を処理することによって、次のパスでの、層の、意図されたプロファイルに関するレール手段の移動距離“Ａｎ”を決定すること、即ち
Ａｎ＝｜Ｙｎ−Ｘｎ｜
ここで、Ｙｎ＝      移動後の、原点に関する位置の座標によって表されたベクトル
Ｘｎ＝      移動前の、原点に関する位置の座標によって表されたベクトル
およびＸｎ＝Ｘｎ-1＋△Ｘ∠θｎ、および△Ｘ∠θｎは極座標形式で表されたベクトルとする、ことを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
層の３次元プロファイルを得るために、上記３次元座標位置信号を用いることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
上記採掘機械から遠隔のプロセッサーによって上記レール移動手段のための上記出力信号を提供するために上記位置信号を処理することを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の属する分野
本発明は採掘機械が採掘すべき産物を含む層の全域にわたって移動するよう制御されることができる採掘機械と方法に関するものである。本発明は特に石炭の長壁採掘に適用されるものであるが、それに限定されるものではない。
【０００２】
本願は 2000年5月12日出願の米国暫定特許出願第60/203,901号、および2000年4月26日出願のオーストラリア国出願第PQ7131号に基づくものでありかつその出願日の利益を請求するものである。
【０００３】
先行技術の説明
石炭の採掘では長壁採掘プロセスと称されるプロセスが開発されてきた。これらのプロセスでは、可動レールが石石炭層の全域に及ぶよう配置される。採掘機械は剪断ヘッドを備え、かつ採掘機械は層の左右方向にレールに沿って横移動するよう動かされ、かつ剪断ヘッドは層の切羽から石炭を剪断するよう上下方向に操作される。各パスを通じて、レールが採掘機械の経路の背後で前方に層に向かって動かされる。採掘機械は次いで、反対方向に層を横移動させられると同時に、剪断ヘッドが層から更に石炭を除去するよう上下に操作される。このプロセスは計画されている摘出パネル中のすべての石炭が摘出完了するまで、繰り返される。
【０００４】
かくして、レール手段を各パス後に適当な距離だけ層に向かって前進させることによって、各パスでほぼ等しい深さ層内に漸次移動していくことができる。
【０００５】
実際には、レールを動かす動力式天盤支持体前進システムの滑りに起因して後続の各パスで不正確さが生じ、そのため、層の切羽の全域にわたって切削深さが変化する結果となった。このことは、産出量を減少させ、不必要な機械的負荷と応力をレールと動力式天盤支持体前進システムに及ぼすことになった。かかる不正確さは大部分、動力式天盤支持体前進システムが各パスで1組の増分量だけ前方にレールを動かすという事実に帰せられる。かくして、動力式天盤支持体前進システムの滑りに因って、該機械の多数回のパス後に不正確さが蓄積することになる。望ましくは、レールは直線内に延びるものと期待されているが、滑りのために、レールは漸次動いて、結局は曲線または蛇行経路をもつようになる。このことは、これらの蓄積された不正確さを修正するためにレールを再位置決めするための休止時間をもたらす結果となる。
【０００６】
多くのシステムが、レール手段を層の切羽の全域にわたって所望の直線上に再位置決めして維持するするために開発された。簡単なシステムは直線を使用する。他のシステムは層の側面に有利に置かれた反射器から反射する光線を生じる光学的手段を使用する。レーダーシステムもまた、提案されている。これらは、夫々、段取り時間および動力式天盤支持体の幾つかまたはすべての手動調節を必要とするので、何れも不満足であることが証明されている。
【０００７】
上記に加えて、石石炭層は地層構造内の等高線(contours)と褶曲に追随し、従って石石炭層は予測可能な形状ではない。このことは、各パスにおいて剪断ヘッドに予測可能な基準で層に正確に追随させることを困難にした。もし剪断ヘッドがずっと硬い天盤および下盤の岩石物質に境界を接する石炭層内に切り込むことを試みるならば、これは剪断ヘッドの駆動モータに不必要なかつ望ましくない負荷を与え、その結果、非能率的な生産と生産高の低下をもたらす。
【０００８】
それ故、連続する各剪断をなすための層の切羽の全域にわたって十分な個所で採掘機械の絶対位置を知り、垂直等高線（即ち層位horizon）が予測され、そして剪断ヘッドの垂直上下運動が制御されて、採掘機械に波打つ石石炭層に追随させるために動的に調節（層位制御）することができるようになす。層位(horizon)制御の現存の方法は剪断ヘッドが石石炭層を越えて上下させられたとき、切削用ドラムモータに加わる増大した負荷を検出してその負荷に反応することに基づいた反応法を含む。これの反応技法は、非石炭物質の包含に起因して、機械応力と生産低下をもたらす。“ミミック切削(mimic cut)”と称されるもう１つの方法は、石炭切羽の全域にわたる完全なパスを通じて手動制御をされる剪断ヘッドの垂直限界を記録するための、センサーを使用する。このとき、そのシステムは次のパスを通じてこの剪断パタ−ンを自動的に反復することを試みる。このアプローチは長壁進行方向の層の波打ちを考慮しない。レーダーおよび天然ガンマーセンサーもまた、石石炭層境界を検出する手段として提案されてきた。しかし、これらのシステムは必ずしも適切でなく、如何なる場合にも、人間の介在を必要とする。
【０００９】
発明の目的と開示
それ故、本発明の目的は、従来技術の機械の１つ以上の問題点を解決することにある。
【００１０】
従って、本発明の第１の一般的な態様によれば、採掘機械において、可動のキヤリッジ上に据え付けられた剪断ヘッドを備え、前記剪断ヘッドは層の全域にわたって左右方向に延びるレール手段上を前記層の採掘切羽の全域にわたって左右方向に横移動するにつれて、層から産物を採掘するためのものとする採掘機械が提供される。
上記採掘機械は、レール手段に沿った複数の場所の各々で、可動キヤリッジもしくはレール手段の座標位置を決定するため、且つ、複数の場所の各々で測定された前記座標位置である少なくとも２Ｄの座標位置情報を表すデータ信号を出力するため、可動キヤリッジ上に配置される座標位置決定手段を備える。
上記採掘機械はまた、上記２Ｄ座標位置情報を表すデータ信号を受け取るよう接続された処理手段を備え、上記処理手段は、それにより処理された出力信号を発生するよう接続されかつ上記採掘機械に関連したレール移動手段を制御するのに使用でき、上記レール移動手段は、上記レール手段の後部を、レール手段の上記後部の現在の座標位置に基づいて上記層に向かって或る距離だけ置き換え、かつ次のパスのために意図されたプロファイルの座標位置をとるよう試み、上記処理手段はレール手段の長さに沿った種々の位置で上記レール移動手段を作動させ、上記可動のキヤリッジの次のパスで上記剪断ヘッドが上記意図されたプロファイル通りに切削するよう試みるよう構成される。
【００１１】
最も好適には、意図されたプロファイルは、ほぼ水平に延びる平面内の直線とする。
最も好適には、上記処理手段は上記複数の場所の各々において上記座標位置決定手段によって提供される２Ｄ座標の電気データ信号を記憶するためのメモリ手段を含む。
最も好適には、上記データ信号は種々の場所においてレール手段の要求される移動距離を計算するために上記処理手段によって使用される。
最も好適には、上記座標位置決定手段はＸ、ＹおよびＺ平面の各々に３Ｄ座標位置信号を提供する。
【００１２】
最も好適には、上記処理手段はレール手段に沿った場所における剪断ヘッドの上下の場所の何れかまたは両方の水平プロファイルを記憶し、次のパスで上記剪断ヘッドは、上記剪断ヘッドに前のパスから決定された予測された層位プロファイルを横移動させる位置まで移動させられるよう、剪断ヘッド位置制御手段によって予測可能に制御されることができ、それによって剪断ヘッドが層の予測された褶曲または等高線通りに動くことができる。
【００１３】
剪断ヘッドを担持した可動のキヤリッジをもち、上記剪断ヘッドが意図したプロファイル通りに切削するようになした採掘機械を制御する方法は、上記キヤリッジが採掘すべき層の全域にわたって左右方向に横移動することができるようレール手段上に上記キヤリッジを据え付け、上記採掘機械が層の全域にわたって左右方向にパスするにつれて、レール手段に沿った複数の場所の各々で、上記機械の２次元座標位置の位置信号を処理手段に提供し、
レール移動手段を制御するために上記位置信号から処理された出力信号を発生し、上記レール手段移動手段を作動させて、上記レール手段の後部がレール手段の現在の座標位置に基づいて上記層に向かって前方に或る距離だけ置き換えられるようになし、上記レール移動手段をレール手段の長さに沿った種々の位置で作動させて、上記レール手段が上記意図したプロファイル内にあるよう試み、上記可動のキヤリッジの次のパス時に上記剪断ヘッドが意図したプロファイルを切削するよう試みることを含む。
【００１４】
最も好適には、上記レール移動手段は上記レール手段の長さに沿って離間した一連の独立して可動の移動手段であり、その各々は一端で夫々の坑道天盤支持手段に連結されており、各天盤支持手段は坑道天盤を支持するとき各移動手段の一端のための固定位置を提供し、上記移動手段の他端は上記レール手段に連結されていて、上記移動手段の他端が上記天盤支持手段から離れるよう移動したとき、レール手段は上記層に向かって前進させられることができる。
【００１５】
最も好適には、上記移動手段の各々は独立して可動であって、上記レール手段が上記移動手段によって前進させられ、かつ夫々の坑道天盤支持手段が上記坑道天盤を支持することから解放されたとき、夫々の天盤支持手段は上記移動手段によって上記レール手段に向かって前方に置き換えられることができ、上記レール手段はそのとき各移動手段の他端のための固定位置を提供する。
【００１６】
最も好適には、上記処理手段は上記天盤支持手段の前進運動量を決定して、上記レール手段に沿った上記採掘機械の１パスの完了時に層の全域にわたって実質上直線の壁があり、従ってすべての天盤支持手段はそのとき上記直線と整列し、上記レール手段と実質上平行となる。
本発明をより明確に確認できるようにするために、以下、添付図面を参照して好適実施例を説明する。
【００１７】
好適実施例の詳細な説明
先ず図１を参照して説明する。図１にはＸ、Ｙ、およびＺ平面に関して石石炭層１が示されている。図１は概略図であり、石炭層１全体にわたって褶曲と等高線と共に石炭層１の上向き傾斜を示している。石炭層の上下の地層は示されていない。石炭層１は長壁切羽３と、厚さ５によって示された垂直深さまたは厚さをもつ。深さまたは厚さは典型的には、石炭層１全体にわたって実質上均等である。
【００１８】
石炭の層１を採掘するとき、採掘機械はその層を全域にわたって一連の左右方向の切削(side-to-side cuts)をなすよう試みる。換言すれば、長壁切羽３は漸進的に各連続する左右方向の切削に曝される。左右方向の切削が、長壁切羽３にほぼ直交する方向に（即ちＺ方向に）進むにつれて、層位の向き(aspect)が上方に変化する。このことは、他の例では、層位の向きは下方に延びるかも知れないので、単なる例示に過ぎない。更に、層１はＸ軸線に沿ってほぼ層位向きをもつものとして示されている。層はＸ軸線に沿って或る傾斜をもつかも知れない。換言すれば、図１は単に、層１の形態の１つの可能性のある型式を示すに過ぎない。これの変化は採掘プロセスで効率を高めるために予測される必要がある。
【００１９】
図２につき説明すれば、図２には剪断ヘッド９を担持する採掘機械７が如何にして層１の長壁切羽３の全域にわたって移動することができるかを概略図で示している。採掘機械７は従って、層１の下で地層１１の上面の上を、かつ層１の上の地層１３の下面の下を移動する。該機械が左右方向の各パスの後に矢印１５で示す方向に前進するにつれて、その機械は層１中の石炭または他の物質を漸進的に採掘する。
【００２０】
図３は大写しした細部の配置を示す。それはまた、採掘機械７が可動キヤリッジ１７を含み、このキヤリッジが軌道の形をなすレール手段１９の上に据え付けられていることを示し、このキヤリッジは層１の長壁切羽３の全域にわたって左右にその軌道上を横移動することができるようになっている。可動のキヤリッジ１７は揺動可能のアーム２１を担持しており、これらのアームは可動のキヤリッジ１７の各端に剪断ヘッド９を支持している。アーム２１は上方と下方へ揺動し、その間可動キヤリッジ１７はレール手段１９を横移動することができる。図３では、複数個の動力式坑道天盤支持手段２３が上にある地層１３と下にある地層１１の間に位置決めされていて、坑道天盤を支持するようになされている。天盤支持手段２３は既知の天盤(roof)支持手段である。天盤支持手段２３は各々、移動手段２５と連結されており、この移動手段はレール手段１９を動かすために使用することができる。各移動手段２５は独立して移動でき、動力式天盤支持手段はレール手段１９の長さに沿って離間して配列している。図３では、複数個の天盤支持手段２３は、採掘機械７を明らかに顕示するために図示されていない。しかし、使用に際しては、天盤支持手段２３は実質上等間隔をおいて長壁切羽３の長さに沿って延びており、上にある地層１３を支持している。
【００２１】
該機械７が層１内に１パスづつ前進するにつれて、天盤支持手段２３は上にある地層１３を支持することから個別に解放され、前方に置き換えられる。天盤支持手段２３の背後の上にある地層１３はそのとき採掘によって作られた自由スペース内に崩壊させられる。かくして、天盤支持手段２３の各々の移動手段２５は一端で天盤支持手段２３にそして他端でレール手段１９に連結される。採掘機械７が天盤支持手段２３を通過するにつれて、移動手段２５は層１に向かって前方に或る距離だけレール手段１９の後部を置き換えるよう作動させられる。天盤支持手段２３は移動手段の一端の固定点として作用する。その移動した距離は図３に距離２７として示されている。レール手段１９が層１に前方に向かって置き換えられた後、天盤支持手段２３は天盤地層１３を支持することから解放されることができ、移動手段２５は次いで、天盤支持手段２３をレール手段１９に向かって引っ張るために使用される。
【００２２】
他のすべての天盤支持手段２３はこの移動の間天盤を支持するそれらの元の位置に留まっている。上記プロセスは天盤支持手段２３の各々で繰り返され、レール手段１９は、採掘機械７が通過するにつれて、層１に向かって前方に置き換えられるようになされる。各天盤支持手段によるレール手段１９の移動が完了したとき、次いでレール手段は、レール手段１９に向かって天盤支持手段２３を置き換えるための固定点として役立つ。こうして、機械７が長壁切羽３の全域にわたって通過するにつれて、天盤支持手段２３は層１の上の天盤または地層１３を支持し、そのとき天盤支持手段２３は固定点として働き、移動手段２５はこの固定点に対して作用して、レール手段１９を層１に向かって置き換えることができるのである。層１に向かうレール手段１９の動きの後で、天盤支持手段２３は天盤と地層１３を支持することから解放されることができて、天盤支持手段２３がレール手段１９に向かって動かされることができるようになる。レール手段はそのとき天盤支持手段をレール手段に向かって引っ張るための固定点として作用する。
【００２３】
次に図４につき説明すれば、一連の平面図表４ａ乃至４ｈが示されており、これらの図表は典型的な長壁切羽採掘プロセスを示している。図４ａ乃至４ｈの各々は長壁切羽３を横切る機械７の通過の種々の段階を示す注釈が付されている。
図４ｈは、レール手段が多くのパスにわたって多くの回数動かされるので、レール手段の位置の不正確な決定と天盤支持手段の滑りに起因して、曲線状のまたは曲がりくねった経路が多くのパスの後に生じる従来技術の場合に起こる極端な状態を示している。レール手段１９を位置決めするために、また採掘機械７を制御するために過去において使用された種々のシステムは、本明細書の冒頭部分で説明した如く、採掘技術に非能率をもたらした。本発明の実施例は、レール手段の２Ｄ座標位置を決定し、次いで、次のパスのために所望のプロファイルにレールを置くために必要とされる必要運動を計算することによって、レール手段の位置を正確に決定することにより従来技術の難点を克服することを企図するものである。
【００２４】
次に、図５ａ乃至５ｃにつき本発明の１実施例を簡単に説明する。図５ａ乃至５ｃには、図４に類似の石炭層１の一連の平面図が示されている。
レール手段１９は長壁切羽３の全域にわたって延び、採掘機械７はレール手段１９を横移動する。図５ａ乃至５ｃの図の各々は、ほぼ水平に延びる平面内にある層１とレール手段１９を示す平面図である。石炭層は典型的には、ほぼ水平に延びる平面内を横向きに延びるが、図１、２に例示した如く波状起伏と傾斜があることは認められるべきである。
【００２５】
図５ａは採掘機械７を用いて採掘を始める前の長壁切羽３をもつ層１を示す。
レール手段１９が長壁切羽３の前に延びていることが分かる。典型的には、レール手段１９のプロファイルは直線とすべきである。採掘機械７は層１の右側へパスを行う前に層１の最も左側に示されている。石炭の長壁切羽３はレール手段１９のプロファイルとは異なったプロファイルをもつことが分かる。
図５ｂは採掘機械７の第１パスの後の配置を示す。ここでは、長壁切羽３のプロファイルはレール手段１９のプロファイルを写し取っているようになっていることが分かる。
【００２６】
図５ｃはレール手段１９のプロファイルが、採掘機械７の背後の種々の場所でレール手段１９を適切に動かすことによって、所望のプロファイル、この場合直線に調節されていることを示す。レール手段１９に沿った種々の場所で採掘機械７の座標位置を知ることによって、レール手段１９の所望のプロファイルと、長壁切羽３のそれに対応するプロファイルを取ることが可能である。それは、採掘機械はレール手段によって担持されそして採掘機械の座標位置はこれらの場所のレール手段の位置に直接関連するからである。かくして、座標位置は好適には採掘機械上の固定点から決定され、そしてレール手段の現在位置はその固定点に関連させられる。
【００２７】
変形例として、座標位置は可動の採掘機械上にではなく直接レール手段上に据え付けられた座標決定手段を用いて決定することができる。これらの場所は動力式天盤支持手段がレール手段１９と連結する位置に正確に一致することができるか、または多くの中間の場所が存在し得る。換言すれば、採掘機械７の座標位置が決定されるレール手段１９に沿った場所の数は、動力式天盤支持手段の数よりずっと多い数とすることができる。従って、採掘機械７はレール手段１９を横移動させ、長壁切羽３がレール手段１９のプロファイル写し取るようにして剪断ヘッド９が層１内に切り込んでいくだろうと想定される。換言すれば、レール手段１９から石炭面３までの距離は層１の全域にわたって等しい距離となるだろう。レール手段１９の位置は種々の場所で座標位置によって知られるので、要求されるプロファイルを取る位置にレール手段１９を置くためにレール手段１９に前方に要求される要求運動を計算することができる。
【００２８】
典型的には、この要求されるプロファイルは直線である。また、レール手段が要求プロファイルをとるように前進させられるべき各天盤支持手段の距離は、天盤支持手段の滑りなしで要求される距離となる。しかし実際上は、若干の滑りは生じるかも知れない。該システムは、それが種々の場所で採掘機械（即ち、レール手段１９）の現在位置を常に決定できるようなものであり、かくして要求プロファイルをとるために要求される移動距離のあらゆる計算は予期された位置ではなしに現在の位置に常に基づくだろう。かくして、本発明の技術を使用すれば、多くのパスの後に望ましくない曲線状の経路または曲がりくねった経路をとるというレール手段１９の問題は最少限とされることができる。更に、多くのパスの後に、レール手段１９を直線化することを試みるために採掘機械７を運転停止する必要は、従来技術の場合にはあったのであるが、今はなくなる。というのは、レール手段のプロファイルは所望のプロファイルと同じかまたはほぼ同じであるからである。
【００２９】
更に、所望のプロファイルをとるためにレール手段１９を置くことを試みることが今は可能であるので、一側から他側へいく採掘機械７とレール手段１９の徐々のクリーピング(creepage)を補償するために、傾斜型配列(tilt type arrangement)において、レール手段１９と採掘機械７の全体を上方かまたは下方の何れかに動かすことを試みるために、レール手段１９を石炭切羽３に関して傾斜させるために小さい調節を該システムに故意になすことができる。上記徐々のクリーピングは、もし該機械が図１に示す劇的に上方に傾斜している層１中で採掘することを試みるならば、また、特に、もし層１の右側が左側に関して落ち込んでいるかまたはその反対の関係にあるならば、生じるだろう。
【００３０】
図５ａでは、該機械の２次元座標位置が切削の開始前に最初に決定される。このことは典型的には、機械の北向き(Nothing)および東向き(Easting）座標位置(co-ordinate position)である。これは該機械のためのデータをセットする。上記の簡単なシステムはレール手段１９のプロファイルが第１パスで決定されることを可能にする。このプロファイルの間、長壁切羽３は図５ｂに示す如く、レール手段１９のプロファイルを写し取る(replicates)。 次のパスで、レール手段１９は所望のプロファイルをとるように動かされることができる。前述の如く、この所望のプロファイルは典型的には、直線であるが、任意の他の所望のプロファイルとすることができる。
【００３１】
また、それは、所望のプロファイルに到達するためにレール手段の数個のパスとそれ相応の移動を要求することができる。というのは天盤支持手段２３は、それらが作動させられる度に、制限された移動可能性をもつに過ぎないからである。図５ｄは（図５ａに示したものと同様の）レール手段１９のプロファイルを示す。図５ｄはまた、座標が測定されるレール手段１９の長さに沿った幾つかの場所Ｘ1 Ｘ2 Ｘ3 … Ｘn を示す。
【００３２】
図５ｅはレール手段１９の座標プロファイル１９′を示し、かつ図５ｄのＸ1Ｘ2 等と同じ増分場所にそれ相応の数の場所Ｙ1  Ｙ2  Ｙ3  …  Ｙn  を示す。△Ｘと△Ｙは２つの隣接した場所間の差であり、△Ｘと△Ｙの両者は一定に留まる。次に、ベクトル量Ｘ1  Ｘ2  Ｘ3  …  Ｘn  で表される各場所において、機械のヘッディング(heading)がこれらの場所に座標を決定するために以下の如く、使用されることができる：
Ｘn ＝ Ｘn-1 ＋ △Ｘ∠θn
ここで、△Ｘ∠θnは大きさ△Ｘと角度θnをもつ極座標形式(polar orm)で表したベクトルであり、ここで、θnは場所 Ｘn-1とＸnの間の実際の経路全体にわたっての機械のヘッディングの適当な一定値表示である。好適には、座標は東向き(Easting)と北向き(Nothing)として決定される。変位Ａ1  Ａ2  Ａ3  …  Ａn  の長さが次いで、要求位置に軌道１９を置くために決定されて、所望プロファイルが得られる。これは図５(f)と図５(g)に示されている。
【００３３】
任意の所定点のＡn が下式により表される：
Ａｎ＝｜Ｙｎ−Ｘｎ｜
ここで、｜Ｘ｜はベクトルＸの大きさを表す。
上記簡単なシステムは次いで、３次元座標システムに展開することができる。
その場合、機械７の高さ(altitude)は種々の場所Ｘ1  Ｘ2  Ｘ3  …  Ｘn  の各々で決定される。かくして、このシステムでは座標は好適には、北向き、東向きおよび高さを用いて決定され、そして機械（とレール手段１９）の位置を限定し、位置ベクトルＸnの各々は３次元となる。各位置Ｘ1  Ｘ2  Ｘ3  …  Ｘn  における３次元座標を知ることによって、石炭層の３次元プロファイルを記憶することが可能である。
【００３４】
図５ａ乃至５ｃに示す採掘機械例の側立面図である図６につき説明すれば、採掘機械７の位置は３Ｄ座標で決定され、これは次いで、レール手段１９の位置を決定する。剪断ヘッド９は揺動可能のアーム２１上に担持され、剪断ヘッド９の移動の上／下の限界もまた決定される。かくして、採掘機械７がレール手段１９上を進行するにつれて、剪断ヘッド９はアーム２１上で上下限界まで揺動することができ、情報が各位置Ｘ1  Ｘ2  Ｘ3  …  Ｘn  、または他の位置に上下揺動運動の程度に関して記録されることができる。この情報は記録されることができるので、上または下の末端の何れかのプロファイルが記憶される。これは、特定の層１を採掘するために剪断ヘッド９の上下運動の程度を予測するために、採掘機械７のその後のパスで使用されることができる。
更に、一連の左右方向(side-to-side)パスにわたってレール手段に沿ったすべての位置または選択された位置の座標を記憶することは、層自体のプロファイルを記憶することになる。
【００３５】
本発明の実施例では、３次元で位置と方位を決定する慣性ナビゲーションシステムが使用される。好適には、３次元の各々はＸ、Ｙ、Ｚ座標に基づいている。典型的には、ジャイロスコープ手段が３次元座標の各々における角速度を測定するために設けられる。このジャイロスコープ手段は次いで、同じ座標次元内の３Ｄ角速度（線形）を測定するために使用することができる。慣性ナビゲーションシステムの精度と安定性は、該システムの線形変位についての情報を合体することによって更に改良することができる。その線形変位は採掘機械に取り付けられた走行距離計(odometer)から得ることができる。これらに次元の各々のために提供された信号は次いで線形位置と角回転を抽出するために処理される。これは次いで、機械７とレール手段の空間内の正確な位置を独自に限定する。またそれは、機械７の“姿勢”を限定する。この姿勢は方位角、ピッチ、および機械７の横揺れ(roll)、それ故レール手段１９のそれ相応の位置を表す。
【００３６】
かくして、上で概説した如く、３Ｄ位置決め手段によって位置を精密に決定する構想が実行されるとき、処理手段はレール手段１９と剪断ヘッド９の要求される移動距離を決定することを行うことができる。典型的な例では、Ｘ方向、即ち層１の全域にわたって左右方向に要求される移動は採掘機械７に据え付けられた線形横移動駆動モータ手段によって制御される。Ｙ方向（垂直方向）の要求移動は剪断ヘッドの下限を調節することによって制御できるに過ぎない。この下限はその後レールが載る下盤を作り、従ってこれはＹ方向のレールのプロファイルを決定することになる。上限は最大採収見通し(muximum extraction erspective)からのみ重要である。
【００３７】
下限の決定は種々の手段、例えば、モータトルク、ガンマ検出、模擬切削(mimic cut)、目視照合等によって行うことができる。これに関して、慣性ナビゲーションシステムは精度、安定性、およびこれらの技術全体の有効性を改善するために使用することができる。一旦下限が決定されると、液圧モータの如き適切な駆動手段が、機械７のその後の左右方向のパスで、アーム２１を揺動させるために使用されることができ、従って剪断ヘッド９は、地層１１または１３を過度に採掘することなしに、各パス中に層１からすべての可能な妥当な物質を除去する。Ｚ方向の、即ち採掘の前進方向の移動量は慣性運動センサーによって決定される。かくして、採掘機械７の所望の３Ｄ絶対位置を知りかつレール手段１９に沿った進行距離およびＹ方向の層の上下限界を知れば、採掘機械７をレール手段１９に関してかつ剪断ヘッド９を採掘機械７に関して適切に動かすために、処理手段をこれらの位置信号に基づいて利用することができ、採掘の精密な制御を行うことができる。
【００３８】
更に、一旦機械７の精密な位置および特定の天盤支持手段２３のためのレール手段１９の変位を知れば、天盤支持手段２３は次に、現在の座標位置に基づいて決定された距離だけ前進することができ、天盤支持手段２３の各々はレール手段１９に沿った採掘機械の１パスの完了時に整列している。換言すれば、処理手段はレール手段１９を位置決めすることができ、従ってそれは層１の全域にわたって実質上真っ直ぐな線内にあり、かつ処理手段はまた、採掘プロセスを最大限度活用するために剪断ヘッド９の位置決めを制御することができる。更に、処理手段は各天盤支持手段２３を動かすことができて、それらがレール手段１９と実質上平行なラインと実質上整列するようになす。
【００３９】
かくして、処理手段はレール手段の予め選択された絶対位置まで前進移動させるための出力信号を提供することができる。更に、天盤支持手段２３へ送る出力信号は剪断ヘッドに関して予め選択された絶対的測地学的方位または角度で、採掘機械に切削させるために提供することができ、従ってそれらは、レール手段の前進に関して予め選択された絶対的測地学的方位または角度で層内に切り込んでいくだろう。
【００４０】
変更実施例では、処理手段は、機械７のパスの長さ全体にわたっての種々の位置で位置決定手段によって提供される電気信号に関する情報を記憶するためのメモリ手段を含むことができる。かくして、その情報は次いで、要求されるレール手段移動を計算するためのデータとして処理手段によって使用されることができる。
【００４１】
本発明の別の好適実施例では、決定手段はＸ、ＹおよびＺ平面の各々に信号を提供しそしてレール手段７に沿った剪断ヘッド９の各パス中に位置のプロファイルを記憶して、その後のパス中に剪断ヘッド９は、剪断ヘッド位置制御手段（液圧モータまたは類似物）によって制御され、剪断ヘッド９に最後のパス中と同様のプロファイルを、しかしレール手段の前方位置から決定された剪断深さで横移動させる位置まで、上下に動かされることができる。これにより、その後の任意のパス中に剪断ヘッド９の見込みのあるまたは予想された位置に関して予測をなすことができ、剪断ヘッド９は層１の予め認められた褶曲または等高線に追随することが可能になる。各パスが行われるにつれて、プロファイルは変化する可能性があるが、しかしその変化は次の切削または連続した切削のために予測することができる。従って、採掘全体にわたって既知の従来技術のシステムにおけるよりも厳格な制御をなすことができる。
概略上述した如き位置決定手段は使用できる典型的な位置決定手段の実施例に過ぎず、これらに限定されるものでないのは言うまでもない。
【００４２】
図７は３次元位置決め手段を用いる処理の電気部品の機能素子を示す電気ブロック回路図である。この実施例では、慣性ナビゲーションシステムが採掘機械７の位置を決定するために設けられる。走行距離計はレール手段１９上を採掘機械７が進行する距離を測定するための簡単な手段として使用され、慣性ナビゲーションシステムの精度を安定化し改善するために使用される。これにより採掘機械７の位置を石炭切羽３の横方向において決定することができ、位置Ｘ1  Ｘ2  Ｘ3  …  Ｘn を決定することができる。
【００４３】
慣性ナビゲーションシステムと走行距離計からの出力信号は次いで、採掘機械７上に置かれたデータ処理ユニットに送られる。そのデータ処理ユニットは入力信号を処理してそれらの信号をメモリに記憶させ、レール手段１９が動かされるべき距離に関してその後処理するために呼び戻すことができる。
【００４４】
採掘機械７上のデータ処理ユニットからくる距離出力は次いで採掘機械７から離れた固定場所にあるデータ処理ユニットに送られて、動かされる必要のある天盤支持手段のための信号が採掘機械７上のプロセッサーから独立して処理されることができる。電気信号出力が次いで天盤支持手段２３の各々と関連した移動手段２５の各々に提供されて、レール手段１９を、次いでその後天盤支持手段２３を動かすようになす。層１の上の天盤と地層１３を支持するために天盤支持手段２３を動かすための個別の制御回路がこのデータ処理手段内に適切にインターフェイス(interfaced)されている。
【００４５】
図８は該システムのプロセスステップの機能流れ図を示す。従ってデータ信号が慣性ナビゲーションシステムから、かつ走行距離計から提供されることが分かり、かつこれらは座標処理モジュール内に供給されることが分かる。そのモジュールはレール手段１９に沿った種々の位置Ｘ1  Ｘ2  Ｘ3  …  Ｘn  で座標を決定し、そしてその情報をメモリに記憶する。上記に加えて、剪断ヘッド９の上下運動もまたメモリに記憶される。採掘機械７がレール手段１９に沿って進行するにつれて、レール手段１９の後部は層に向かって前方に動くことになる。次いで別のソフトウエアモジュールが動かされる必要のある天盤支持手段２３のための座標をメモリから取り出して、前進運動の距離を決定する。この情報は次いで該機械７の外部プロセッサーに送られて、天盤支持手段２３の移動は採掘機械７上のプロセッサーの外部から管理されることができる。
【００４６】
図９は採掘期間中の長壁採掘プロセスの始めから長壁採掘プロセスの終わりまでのソフトウエアプロセスを示すソフトウエア流れ図である。このプロセスステップは自己説明方式で示されており、唯一の例外は機能は “HAS EXIT KEY EEN PRESSED”である。この機能はストップボタン（エクシットキイexit key）が採掘機械上で押されたことを決定することであり、かくして採掘期間を終了する。
【００４７】
石炭を採掘するための長壁採掘機械に関して好適実施例を説明したが、本発明の概念は他の採掘例に応用可能であり、従って本発明は長壁採掘自体又は石炭自体の採掘に限定されないの言うまでもない。
【００４８】
好適実施例に示す長壁切羽採掘プロセスは工業的には Bi-diとして既知である。
他のモードもまた、Uni-diおよび Half-web として既知である。本発明はかかるすべてのモードに普遍的に採用されており、 Bi-diモードのみに適用可能と考えられるべきでない。従っていかなるモードも採用されるものであり、本発明は鉱山内の利用可能の空間内で所望の幾何学的形状をとるようレール手段を動かすのに適用することができる。更に、レール手段は左右方向の層の全域にわたって延びるように記載されているが、レール手段は層の全域の一部のみにわたって延びることも可能であり、また層幅の異なった部分から採掘する幾つかの後続の段階で動かされることができる。かかる変更例のすべては本発明の範囲内に包含されるものと考えられる。
【００４９】
本発明には、採掘及び／又は電子／液圧回路制御装置の当業者には明らかな如く、種々の変更をなすことができる。これらおよび他の変更は、上述の説明から決定されるべき特質を有する本発明の目的から逸脱することなく、なすことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】波状起伏と、層の長さに沿った層の高さの相対的変化とを示す石石炭層の図である。
【図２】石石炭層と、石炭の除去中に層の全域にわたって左右方向に横移動している剪断機械を示す。
【図３】石石炭層とその下と上にある地層を示し、それと一緒に石石炭層と、その層の長壁切羽の全域にわたって左右方向に移動する従来技術の採掘機械とを示す拡大図である。
【図４ａ】最初のパス中にある従来採掘機械を示す平面図である。
【図４ｂ】後続のパス中にある従来採掘機械を示す平面図である。
【図４ｃ】後続のパス中にある従来採掘機械を示す平面図である。
【図４ｄ】後続のパス中にある従来採掘機械を示す平面図である。
【図４ｅ】後続のパス中にある従来採掘機械を示す平面図である。
【図４ｆ】後続のパス中にある従来採掘機械を示す平面図である。
【図４ｇ】後続のパス中にある従来採掘機械を示す平面図である。
【図４ｈ】後続のパス中にある従来採掘機械を示す平面図である。
【図５ａ】（ａ）乃至（ｃ）は石炭層内に採掘していく本発明の好適実施例の採掘機械の、水平面上で見た１平面図である。
【図５ｂ】 石炭層内に採掘していく本発明の好適実施例の採掘機械の、水平面上で見た他の平面図である。
【図５ｃ】石炭層内に採掘していく本発明の好適実施例の採掘機械の、水平面上で見た他の平面図である。
【図５ｄ】採掘機械が移動するレール手段の１プロファイルと移動を示す図である。
【図５ｅ】採掘機械が移動するレール手段の他のプロファイルと移動を示す図である。
【図５ｆ】採掘機械が移動するレール手段の他のプロファイルと移動を示す図である。
【図５ｇ】２つの点の現在のレール手段位置と新しい位置間の角度θn を示す図である。
【図６】図５ａ乃至５ｃの採掘機械例の側立面図である。
【図７】従来技術の採掘機械に適用可能の本発明の好適実施例の１例の構成部品を示す電気回路図である。
【図８】従来技術の好適例に関連するソフトウエアプロセスの機能流れ図である。
【図９】本発明の従来技術の採掘機械の好適例のプロセスステップを示すソフトウエア流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図４ｆ】
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【図４ｇ】
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【図４ｈ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図５ｆ】
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【図５ｇ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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