СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ИЛИ МЕСТА КОМПОНЕНТОВ В ВЫЕМОЧНЫХ УСТАНОВКАХ ГОРНОЙ ДОБЫЧИ И ВЫЕМОЧНАЯ УСТАНОВКА
SELECTION OF POSITION OR LOCATION OF COMPONENTS AT MINING EXCAVATOR POINTS AND MINING EXCAVATOR

[1] Изобретение относится к способу определения положения и/или места компонентов горной выемочной установки, в частности выемочной установки добычи угля, которая в качестве компонентов содержит, по меньшей мере, один забойный конвейер для удаления извлекаемых материалов, систему щитовой крепи, имеющую множество рам щитовой крепи для сохранения забоя открытым, перемещающие устройства для перемещения забойного конвейера и щитовой крепи при активной работе и выемочную машину, перемещающуюся вдоль забойного конвейера, при этом положение и/или место, по меньшей мере, одного компонента установки определяют с помощью системы оценки, включающей в себя, по меньшей мере, один блок обнаружения. Изобретение также относится к выемочной установке горной добычи, в частности выемочной установке добычи угля, имеющей забойный конвейер для удаления извлекаемых материалов, систему щитовой крепи, с множеством рам щитовой крепи для сохранения забоя открытым, перемещающих устройств для перемещения забойного конвейера и системы щитовой крепи при активной работе, и выемочную машину в качестве компонентов выемочной установки, при этом система оценки включает в себя, по меньшей мере, один блок обнаружения, оборудованный для определения положения и места, по меньшей мере, одного компонента выемочной установки. Изобретение также относится к способу и к выемочной установке, выполненной с возможностью реализации способа, посредством которого можно обнаруживать изменение места или изменение положения компонента установки по отношению к окружающей зоне для получения возможности, где применимо, делать заключения из этого, например, относящиеся к перемещению забоя.
[2] В современных объектах подземной горной добычи (выемки) минерального сырья в забоях передают все больше работы на поверхность. Такие работы включают в себя, кроме прочего, мониторинг и управление процессом добычи. Для получения возможности визуализации процесса добычи с помощью выемочной установки на поверхности и оптимизации процесса добычи требуется возможно более точное знание соответствующего текущего положения возможно большего числа компонентов установки, таких, в частности, как забойный конвейер, с установленным, где применимо, на выемочной машине блоком управления выемочной машины и, где применимо, также рам крепи системы щитовой крепи, с помощью которых забой или подземная очистная выработка сохраняется открытой и обеспечивается перемещение компонентов выемочной установки в направлении выемки или горной разработки. По ходу динамического процесса, например при добыче угля, происходит изменение положения и места как технических систем извлечения и транспортировки на забое, так и компонентов установки, располагающихся на подъездных путях, поэтому в течение длительного времени идет поиск эффективного решения для измерения и определения положения, где возможно, всех данных компонентов установки в трехмерном пространстве (3D) и/или для измерения и определения местоположения компонентов установки относительно друг друга.
[3] В документе EP 1276969 предложено перемещение с выемочной машиной измерительной системы, имеющей инерционную систему навигации, для получения в двумерном пространстве определения положения рельсовой направляющей забойного конвейера и выемочной машины, направляемой по нему. Сигналы приведения в действие перемещающих устройств вырабатываются, в свою очередь, на основе данных положения, записанных с помощью инерционной системы, для получения управления выемочной установкой или направляющим средством в трехмерном пространстве. С использованием инерционной системы навигации, где изменения места определяют с привязкой к начальной или исходной точке, является возможным, если исходная точка известна маркшейдеру, также определять абсолютные координаты в трех измерениях арифметически по относительным перемещениям, определенным инерционной системой навигации. Данные измерений, подготовленные инерционной системой навигации, соединяются с перемещением выемочной машины.
[4] Для рамы щитовой крепи общеизвестна установка инклинометров на раме щитовой крепи, такая, например, как на предохранительных колпаках щита, щите зоны трещин, рычагах управления или подхвате, с помощью таких инклинометров определяют местоположение компонентов щита относительно друг друга или также абсолютное местоположение компонентов щита. В материале DE 102007035848 B4 датчик с измерением по нескольким осям датчиками ускорения предложен в качестве датчика угла наклона для обнаружения, в соединении с самостоятельно перемещающимся датчиком, координаты в пространстве и времени рамы щитовой крепи по отношению к забойному конвейеру и улучшения автоматизации разработки угольного забоя.
[5] Известен способ и устройство для измерения расстояния оптическими устройствами для геодезических работ (см. также DE 19840049). Способ триангуляции часто используют для наземных геодезических работ, где используют датчики, называемые триангуляционными датчиками или сканерами отраженного света. Светоизлучающее устройство излучает свет, который после отражения от объекта с помощью объектива подается на локальный решающий, чаще всего оптоэлектронный датчик изображения для выведения заключений по расстоянию до объекта на основе известной геометрии датчика.
[6] Задачей изобретения является создание способа и системы оценки для выемочных установок, с помощью которой даже в варианте динамического процесса горной добычи минерального сырья, где происходит изменение абсолютного местоположения и относительного местоположения технических компонентов установки, вызванных продвижением горной добычи и/или износом, место и/или положение, по меньшей мере, одного компонента установки можно определять по положению и месту конкретных механических частей компонентов установки или изменению места или изменению положения по отношению к окружающей зоне.
[7] Данная задача решается согласно базовой концепции изобретения с помощью способа определения места или положения, в котором, по меньшей мере, один блок обнаружения включает в себя датчик изображения, с помощью которого обнаруживают, по меньшей мере, четыре точки объекта, находящиеся на заданном расстоянии друг от друга и обнаруживаемые на длинах волн оптического диапазона, по меньшей мере, одного объекта измерения, связанного с одним из компонентов установки, при этом положение и/или место компонента установки или, по меньшей мере, одной конкретной детали машины, являющейся компонентом установки, с которой связан объект измерения, определяют с помощью системы оценки по проекции точек объекта, обнаруженных с помощью датчика изображения.
[8] В способе согласно изобретению использован тот факт, что в варианте объекта измерения, который имеет, по меньшей мере, четыре четко выраженные точки объекта, находящиеся на заданном или заранее известном фиксированном расстоянии друг от друга и которые, например, прикреплены к компоненту установки или конкретной детали машины одного из компонентов установки, такой, например, как навесной борт забойного конвейера, предохранительный колпак щита или рама выемочной машины, место, то есть наклон, и/или положение, то есть расстояние между, компонентами установки, можно реконструировать в трехмерном пространстве, по меньшей мере, по отношению к датчику изображения или блоку обнаружения по проекции точек объекта измерения, по меньшей мере, на одну двумерную плоскость изображения, обнаруживаемых с помощью датчика изображения. Для восстановления пространственного положения по проекции точек объекта можно, например, использовать численные методы решения.
[9] Основная область применения способа согласно изобретению относится к применению определения места и положения забойного конвейера или выемочной машины по отношению к системе щитовой крепи, проходящей вдоль забоя. Поскольку забойный конвейер в нормальных условиях включает в себя направляющие или направляющие рельсы для выемочной машины, где применимо, информация о месте и положении только одного из двух компонентов установки является достаточной. Данная информация обеспечивает, например, предотвращение столкновения между выемочной машиной, которая может приводиться в движение на забое, такой, например, как врубонавалочная машина с относительно большими породоразрушающими шарошками, и предохранительным колпаком щита рамы щитовой крепи. При этом является возможной реализация или изменение способа в различных альтернативных вариантах согласно изобретению.
[10] Согласно возможной разработке, точки объекта, по меньшей мере, одного или точно одного объекта измерения, перемещающегося вместе с выемочной машиной, можно обнаруживать с помощью множества блоков обнаружения, установленных с распределением по системе щитовой крепи и закрепленных неподвижно.
[11] В случае данного первого варианта способа, по меньшей мере, один объект измерения, по меньшей мере, с четырьмя точками объекта перемещается вместе с выемочной машиной, а на множестве рам щитовой крепи, установленных по системе щитовой крепи на некотором расстоянии друг от друга, установлен в каждом случае, по меньшей мере, один блок обнаружения с датчиком изображения для обнаружения объекта измерения или точки объекта измерения с помощью датчика изображения при проходе мимо него выемочной машины. Объект измерения может, как объяснено более подробно ниже, например, быть образован четырьмя активными источники излучения, такими как светоизлучающие диоды (СИД), но также четко выраженными точками на выемочной машине. Чем больше рам щитовой крепи оборудовано блоками обнаружения, тем более точно можно обнаруживать и определять курс забоя по отношению к системе щитовой крепи. Блоки обнаружения могут быть установлены на регулярных или нерегулярных расстояниях друг от друга, и объект измерения можно обнаруживать оптически, по меньшей мере, с четырьмя точками объекта с помощью одного блока обнаружения, но также с помощью множества блоков обнаружения. Также возможно перемещение множества объектов измерения вместе с выемочной машиной для обнаружения двух или более оценочных пар одновременно при ее проходе мимо, например, с помощью множества блоков обнаружения, установленных на соответствующей раме щитовой крепи, посредством которых можно определять оценочные пары положения или места забойного конвейера или выемочной машины по отношению к системе щитовой крепи. Возможный вариант способа здесь может обеспечивать формирование объекта измерения дисплеем устройства отображения или устройства управления, установленным на выемочной машине. Дисплей такого устройства отображения в большинстве случаев образует прямоугольную поверхность, контрастно выделяющуюся на стенке выемочной машины и на других деталях машин индивидуальных компонентов установки. Дисплей в целом, следовательно, должен образовывать световое поле или, например, вместе с тем особенно яркая световая точка, образующая в каждом варианте одну из точек объекта, подлежащих сканированию датчиком изображения, должна быть образована в углу дисплея. Поскольку множество устройств отображения или устройств управления с множеством дисплеев присутствует на выемочной машине, их можно сканировать либо с помощью одного блока обнаружения, или с помощью различных блоков обнаружения. В случае прямоугольного дисплея, например, датчик изображения, в зависимости от расстояния до выемочной машины и ее угла наклона, должен обнаруживать проекцию поверхности прямоугольного объекта измерения, и по размеру проекции возможно обнаружение расстояния от дисплея, то есть положения дисплея и, следовательно, выемочной машины по отношению к блоку обнаружения и также угла наклона, то есть положения объекта измерения.
[12] Другой вариант способа может предусматривать обнаружение точек объекта, по меньшей мере, одного или точно одного объекта измерения, перемещающегося по забойному конвейеру независимо от выемочной машины, с помощью множества блоков обнаружения, установленных с распределением по системе щитовой крепи и закрепленных неподвижно. Такой объект измерения, перемещающийся независимо от выемочной машины, может перемещаться, например, вместе с забойным конвейером или может также содержать объект измерения, перемещающийся вперед и назад отдельно от выемочной машины. Очевидно, что варианты способа можно также комбинировать, также возможно, где применимо, использование одного и того же блока обнаружения в каждом варианте для обнаружения объекта измерения на выемочной машине и для обнаружения объекта измерения, перемещающегося независимо от выемочной машины.
[13] Другим вариантом способа может являться обнаружение точек объектов измерения, установленных распределенными по забойному конвейеру и закрепленных неподвижно, с помощью множества блоков обнаружения, установленных распределенными по системе щитовой крепи и закрепленных неподвижно. Для данного варианта, например, каждая рама щитовой крепи системы щитовой крепи или также только произвольное число, в принципе, рам щитовой крепи могут быть оборудованы одним или множеством блоков обнаружения, в свою очередь, обнаруживающими точки объекта одного или множества объектов измерения, установленных в каждом варианте, например, на соответствующем рештаке забойного конвейера.
[14] Как альтернатива данному или в дополнение, точки объекта множества закрепленных неподвижно объектов измерения, установленные с распределением по системе щитовой крепи, можно обнаруживать с помощью, по меньшей мере, одного или с помощью точно одного блока обнаружения, перемещающегося с выемочной машиной. В случае данного варианта способа блок обнаружения, следовательно, перемещается с выемочной машиной, а неподвижно закрепленные объекты измерения, установленные распределенными по щитовой крепи, сканируются с помощью перемещающегося блока обнаружения. В данном случае также только от необходимого разрешения и точности зависит решение, оборудовать ли каждую из рам щитовой крепи или только индивидуальные рамы щитовой крепи системы щитовой крепи, по меньшей мере, одним объектом измерения. При работе данным способом, например, дисплей устройства управления крепи каждой рамы щитовой крепи может также образовывать объект измерения, который обнаруживают с помощью блока обнаружения, проходящего мимо него вместе с выемочной машиной, для определения места рамы щитовой крепи или системы щитовой крепи с одной стороны и нахождения выемочной машины с другой. Вместо перемещения блока обнаружения вместе с выемочной машиной блок также может перемещаться независимо от выемочной машины.
[15] В дополнение, точки объекта множества закрепленных неподвижно объектов измерения, установленные с распределением по системе щитовой крепи, можно также обнаруживать с помощью множества блоков обнаружения, установленных с распределением по забойному конвейеру и закрепленных неподвижно. В данном варианте способа также может быть создан закрепленный неподвижно объект измерения, например, с помощью дисплея устройства управления крепи каждой рамы щитовой крепи, но также с помощью визуального сигнала от светоизлучающих диодов, установленных, например, в качестве угловых точек прямоугольника на заданной детали машины. Точки объекта измерения могут быть образованы светоизлучающими диодами (СИД) с излучением, например, в диапазоне волн видимого света. Точки объекта могут быть образованы дисплеем или также другими источниками излучения или СИД, такими, например, как СИД, излучающими в диапазоне волн ультрафиолетового или инфракрасного излучения, если возможно сканирование точек объекта с помощью оптического датчика изображения, такого, например, как датчик с двумерной матрицей или линейный датчик.
[16] Вышеупомянутая задача решается с помощью выемочной установки, в которой, по меньшей мере, один блок обнаружения включает в себя датчик изображения, и, по меньшей мере, один из компонентов установки или конкретная деталь машины одного из компонентов установки имеет связанный с ней объект измерения, содержащий, по меньшей мере, четыре точки объекта, находящиеся на заданном расстоянии друг от друга и обнаруживаемые на длинах волн оптического диапазона с помощью датчика изображения. По меньшей мере, один блок обнаружения с датчиком изображения, следовательно, установлен на основной выемочной установке, с помощью данного датчика изображения обнаруживаются точки объекта, которые можно обнаружить на длинах волн оптического диапазона, такие, например, как источники излучения в виде СИД или дисплей или т.п. другого компонента установки.
[17] Система оценки должна предпочтительно включать в себя программное обеспечение обработки изображения, с помощью которого определяется положение или место компонентов установки по проекции точек объекта, обнаруженных с помощью датчика изображения.
[18] Для минимизации числа необходимых блоков обнаружения в случае особенно предпочтительной разработки способа или выемочной установки согласно изобретению можно создавать блоки обнаружения или датчик изображения, шарнирно поворачивающиеся или поворачиваемые, или шарнирно поворачивающуюся или поворачиваемую оптическую систему, связанную в каждом варианте с датчиком изображения блоков обнаружения. Шарнирно поворачивающийся или поворачиваемый блок обнаружения или шарнирно поворачивающийся объектив можно использовать для сканирования как множества закрепленных неподвижно объектов измерения с помощью одного блока обнаружения, так и, в частности, в случае перемещающегося объекта измерения для сканирования объекта измерения одним и тем же блоком обнаружения в различных положениях при проходе мимо выемочной машины. Поскольку закрепленные неподвижно объекты измерения установлены, например, в каждом варианте на соответствующих рештаках забойного конвейера, соединенных перемещающей балкой с соответствующей рамой щитовой крепи, также возможно сканирование с помощью шарнирно поворачивающегося блока обнаружения объектов измерения, установленных на смежных рештаках. Поскольку шарнирно поворачивающийся блок обнаружения установлен на забойной стороне, следовательно, например, на забойном конвейере объекты измерения на множестве рам щитовой крепи можно сканировать одним блоком обнаружения. Создание шарнирно поворачивающегося блока обнаружения или соответствующего объектива можно также использовать для размещения на одном компоненте установки множества объектов измерения, сканируемых один за другим с помощью одного блока обнаружения.
[19] Точки объекта измерения предпочтительно содержат источники излучения, в частности СИД, излучающие на длинах волн оптического диапазона и установленные на заданном расстоянии друг от друга. Для минимизации времени и расходов на следующие за измерениями вычисления, особенно предпочтительной является установка СИД на фиксированных расстояниях друг от друга и образующих, например, поле измерения простой геометрической формы, такой, например, как прямоугольник. Чем большее расстояние выбрано между индивидуальными объектами измерения, тем лучшее пространственное разрешение может иметь система оценки. Для обеспечения фиксированного расстояния между индивидуальными точками объекта измерения, в частности предпочтительно, когда точки объекта измерения установлены распределенными на одной детали машины одного из компонентов установки. С учетом большой имеющейся площади такой конкретной деталью машины может являться, в частности, навесной борт рештака забойного конвейера, стенка кожуха врубонавалочной машиной или предохранительный колпак или щит зоны трещин рамы щитовой крепи.
[20] Для увеличения точности системы множество блоков обнаружения можно установить в различных положениях в каждом случае на раме щитовой крепи системы щитовой крепи или на рештаке забойного конвейера, по меньшей мере, два измерительных блока при этом назначают, согласно одному варианту, для обнаружения одного и того же объекта измерения. Как альтернатива, множество объектов измерения или множество блоков обнаружения можно установить в различных положениях в каждом случае на раме щитовой крепи или на рештаке забойного конвейера, в каждом случае один объект измерения и один блок обнаружения объектов измерения и блоков обнаружения образует оценочную пару. В случае данного варианта возможно, в частности, работать с неперемещающимися блоками обнаружения. Если множество объектов измерения подлежат сканированию одним блоком обнаружения, шарнирно поворачивающийся блок обнаружения или блок обнаружения с шарнирно поворачивающимися объективами является особенно подходящим.
[21] Координаты места и/или координаты положения одного из компонентов установки или конкретной детали машины компонентов установки определяют итерационно, с помощью устройства оценки по проекциям точки объекта, обнаруживаемой с помощью датчика изображения. В данном случае координаты места или координаты положения забойного конвейера предпочтительно определяют, в частности вычисляют.
[22] Более предпочтительно, по меньшей мере, один компонент установки, предпочтительно забойного конвейера или рам крепи, может быть связан, по меньшей мере, с одним инклинометром для обнаружения не только относительного местоположения, например забойного конвейера по отношению к системе щитовой крепи, но также для определения абсолютного местоположения. Сигналы инклинометра могут также замещать оптическую систему оценки и это можно использовать, например, для определения положения, если инклинометр связан одновременно с соответствующим компонентом установки и забойным конвейером. Инклинометры для измерения по двум или трем осям, включающие в себя соответствующий датчик ускорения, являются особенно подходящими для этого, соответствующие инклинометры с датчиками ускорения известны и в настоящее время применяются во многих областях техники, в том числе в подземной горной добыче.
[23] Концепцию решения, лежащую в основе изобретения, можно также использовать только для получения информации о фактическом изменении места или компонента установки по отношению к окружающей зоне. С учетом автоматического перемещения вперед выемочной установки все компоненты установки перемещаются в рабочем режиме. При этом, например, рамы крепи не должны крепиться в забое или породе. В случае если подошва выработки резко идет вниз, или с учетом других обстоятельств, может происходить перемещение выемочной установки. Для обнаружения этого может быть применен способ согласно изобретению по п.18 формулы изобретения, в случае если отсутствует отдельный объект измерения, но вместо этого, по меньшей мере, один блок обнаружения включает в себя датчик изображения, с помощью которого обнаруживают, по меньшей мере, четыре точки объекта, находящиеся на заданном расстоянии друг от друга и обнаруживаемые на длинах волн оптического диапазона, при этом измерительный блок связан с одним из компонентов установки и изменение положения и/или изменение места компонента установки определяют с помощью системы оценки по проекции точек объекта, обнаруженных с помощью датчика изображения. Особенно предпочтительно, если обнаруживают естественные точки объекта на забое для выемки с помощью выемочной машины. Очевидно, что сканирование точек объекта должно проводиться на двух точках в то время, когда забой еще не изменен выемочной машиной. Для определения изменения места или изменения положения нет необходимости знать абсолютное расстояние между точками объекта, но достаточно, когда для сравнения используют точки объекта при отсутствии каких-либо изменений расстояния между ними и, следовательно, заданного фиксированным.
[24] В варианте выемочной установки, соответственно приспособленной для данного способа, согласно изобретению создана система оценки, включающая в себя, по меньшей мере, один блок обнаружения, оборудованный для определения положения или места или изменения положения или изменения места, по меньшей мере, одного компонента выемочной установки, причем, по меньшей мере, один блок обнаружения, включающий в себя датчик изображения, установленный на одном из компонентов установки, и при этом с помощью датчика изображения обнаруживаются, по меньшей мере, четыре точки объекта, неподвижно закрепленные на заданном расстоянии друг от друга и обнаруживаемые на длинах волн оптического диапазона. Особенно предпочтительно, когда система оценки включает в себя программное обеспечение обработки изображений, с помощью которого определяется изменение положения и/или изменение места компонента установки по проекции точек объекта, обнаруженных с помощью датчика изображения. Также в варианте выемочной установки естественные точки объекта, в частности, можно обнаруживать на забое, подлежащем выемке с помощью выемочной машины.
[25] Упомянутый последним способ и соответствующая выемочная установка подходят особенно предпочтительно для обнаружения перемещения выемочной установки с помощью определения изменения положения и изменения места компонента установки.
[26] Дополнительные преимущества и разработки способа и выемочных установок согласно изобретению даны в следующем описании и в пояснениях по примерам вариантов осуществления и показаны на следующих чертежах весьма упрощенно и схематично для принципа измерения и для выемочных установок для горной добычи минерального сырья.
[27] На фиг.1 показана, в качестве первого примера варианта осуществления, схема выемочной установки согласно изобретению с системой оценки согласно изобретению.
[28] На фиг.2 показан принцип измерения, лежащий в основе изобретения, с помощью модели.
[29] На фиг.3 показана выемочная установка согласно второму варианту осуществления.
[30] На фиг.4 показана выемочная установка согласно третьему варианту осуществления.
[31] На фиг.5 показана выемочная установка согласно четвертому варианту осуществления.
[32] На фиг.6 показана выемочная установка согласно пятому варианту осуществления.
[33] На фиг.7 показана выемочная установка согласно шестому варианту осуществления.
[34] На фиг.8 показана выемочная установка согласно седьмому варианту осуществления.
[35] На фиг.9 показана выемочная установка согласно восьмому варианту осуществления.
[36] Позицией 10 на фиг.1 обозначена весьма упрощенная схема выемочной установки согласно первому примеру варианта осуществления изобретения. Выемочная установка 10 включает в себя, по существу, известную систему 1 щитовой крепи, имеющую множество рам 2 крепи, установленных рядом друг с другом в подземном забое, только одна рама 2 щитовой крепи системы 1 щитовой крепи представлена на фигурах. Рама 2 щитовой крепи содержит, по существу, известный подхват 3 на подошве выработки, щит 4 зоны трещин и предохранительный колпак 5 щита, который в случае применения может быть оборудован впереди передним предохранительным колпаком, который может складываться. Предохранительный колпак 5 щита и щит 4 зоны трещин являются перемещающимися, по существу, известным способом относительно подхвата 3 на подошве выработки, и забой поддерживается открытым с помощью системы 1 щитовой крепи таким образом, что выемочная машина 6, в данном случае представленная врубонавалочной машиной, может перемещаться вперед и назад в забое для разработки в нем таких минералов, например, как уголь. Выемочная машина 6 направляется по направляющим забойного конвейера 8, который показан схематично в виде только одного рештака 7, но который, в принципе, может быть сконструирован произвольно и, по существу, в известном виде может быть выполнен из множества соответствующих рештаков, расположенных рядами. Толкатель 9 установлен в каждом случае между каждой рамой 2 щитовой крепи и каждым рештаком 7 забойного конвейера 8, с помощью данного толкателя либо забойный конвейер 8 можно сдвигать относительно рамы 2 щитовой крепи, если рама 2 щитовой крепи не закреплена на забое, или рама 2 щитовой крепи может перемещаться вперед способом, известным специалисту в данной области. Различное расстояние между объектом 20 измерения и блоком обнаружения 25 создается в зависимости от длины выдвижения сдвигающего устройства 9. Поскольку базовое конструктивное исполнение выемочной установки 10 является известным специалисту в данной области, дополнительное описание здесь не приведено. Изобретение можно использовать, в принципе, на всех типах выемочных установок.
[37] В примере варианта осуществления, показанном на фиг.1, объект 20 измерения установлен на стенке 11 кожуха выемочной машины 6, конкретно, в данном случае на стенке 11 кожуха, противоположной режущим шарошкам 12 и обращенным от них к раме 2 щитовой крепи, объект измерения включает в себя четыре угловых точки в качестве точек 21 объекта, в каждом случае образованных, например, светоизлучающими диодами. Объект измерения образует прямоугольное поле измерения. Светоизлучающие диоды образуют точки 21 объекта 20 измерения, и светоизлучающие диоды содержат источники излучения, которые можно обнаруживать с помощью подходящего блока 25 обнаружения. На фиг.1, предпочтительно только для иллюстрации, блок обнаружения 25 представлен в качестве видеокамеры, которая, по существу, как известно, включает в себя объектив и датчик изображения, такой, например, как ПЗС датчик изображения, установленный в кожухе. Вместе с тем блок 25 обнаружения может также быть сконструирован в совершенно другом виде, если подходит для визуальной дифференциации между точками излучения объекта 20 измерения, в данном случае светоизлучающими диодами, и фоном окружающей зоны. В случае выемочной установки 10 объект 20 измерения несет выемочная машина 6, а блок обнаружения 25 установлен закрепленным неподвижно на раме 2 щитовой крепи. Можно оборудовать каждую раму 2 щитовой крепи в системе 1 щитовой крепи соответствующими блоками 25 обнаружения или меньшее число рам щитовой крепи 2 можно оборудовать соответствующими блоками 25 обнаружения, с регулярными или, где применимо, нерегулярными расстояниями между блоками 25 обнаружения. Чем больше используют блоков 25 обнаружения, тем более точное измерение является возможным, с помощью системы оценки, образованной блоком обнаружения 25 и объектом 20 измерения и подходящим компьютером или процессором вместе с программным обеспечением, расстояния между ними и выемочной машиной 6 или забойным конвейером 7 и также наклона выемочной установки 6 или забойного конвейера 8 по отношению к блоку 25 обнаружения или к произвольной точке привязки. Наклон выемочной установки 6 или забойного конвейера 7 по отношению к горизонтали показан на фиг.1 углом α. Способ измерения, используемый согласно изобретению, описан ниже и показан на фиг.2.
[38] Перспективные проекции пространства на плоскость изображения, образованные предпочтительно датчиком 30 двумерного изображения, можно описывать с использованием модели, схематично показанной на фиг.2, и восстановление трехмерного пространства можно выполнять, обрабатывая данные двумерных проекций. Х, Y и Z являются координатыми осями для точек Р объекта измерения в трехмерном пространстве (системы пространственных координат), тогда как u и v являются координатыми осями проекции Q изображения в двумерном пространстве (системы координат изображения). f является параметром, зависящим от блока обнаружения. В модели, показанной на фиг.2, исходное положение системы координат изображения установлено в точке (0, 0, f) системы пространственных координат, и плоскость (u, v) выставлена параллельно плоскости (x, y). На фиг.2 ясно показаны, в данном случае ровно четыре, точки P1, P2, P3, P4 подходящего объекта измерения P на плоскости изображения датчика 30 изображения. Четыре точки P1, P2, P3, P4 объекта в данном случае расположены для упрощения так, что образуют прямоугольник с длинами а и b сторон. Требуется, по меньшей мере, четыре точки, делающие решение однозначным. Координаты (ui,vi) точек Q1, Q2, Q3, Q4 на изображении, обнаруживаемых построчной разверткой с использованием датчика 30 изображения, такого, например, как датчик ПЗС, параметр f и длины а и b сторон прямоугольника, перекрытого объектом Р измерения, являются известными переменными.
[39] Применимым является следующее:
[40]
[41] При этом получаем следующую нелинейную систему уравнений:
[42]
[43] При следующем допущении
[44] Систему уравнений можно решить, например, с использованием многомерного метода Ньютона.
[45] Формируем матрицу Якоби
Подбираем подходящую начальную величину
Выполняем итерацию: решаем
До
и формируем
Прерываем выполнение метода, если
меньше заданной точности или достигнуто заданное число шагов итерации.
[46] Следующее применимо для координат по x и y точек изображения:
[47]
и
где i=1, 2, 3, 4.
[48] Индивидуальные шаги вычисления или итерации можно проводить с помощью соответствующих подходящих микропроцессоров и программного обеспечения системы оценки. Микропроцессор может, например, являться компонентом системы управления работой на забое более высокого ранга, компонентом в каждом случае устройства управления крепи, компонентом устройства управления, перемещающегося с выемочной машиной или может размещаться в отдельном компьютере управления и оценки.
[49] С использованием вышеописанного способа измерения, следовательно, возможно определение местоположения объекта измерения в трехмерном пространстве по его проекциям на плоскость изображения в двумерном пространстве. Восстановление координат точек P1, P2, P3, P4 объекта по точкам изображения, конечно, не является тривиальным, поскольку нужно решать нелинейную систему уравнений; однако с использованием численных методов решения задача не представляет каких-либо проблем, особенно при наличии подходящих микропроцессоров и программного обеспечения.
[50] Первая возможность реализации данного способа уже описана выше и схематично показана на фиг.1 в виде выемочной установки 10 с объектом 20 измерения, сканируемым здесь с помощью множества блоков 25 обнаружения при перемещении мимо них. Чем больше расстояние между точками 21 объекта на объекте 20 измерения в данном случае, тем точнее фактическое положение и место выемочной машины 6 или рештаков 7 забойного конвейера 8 можно восстанавливать по расстоянию между точками Q изображения.
[51] Видеокамеру можно использовать, в частности, в качестве блока 25 обнаружения, как показано на фиг.1. Вместе с тем любой другой блок обнаружения с использованием подходящего датчика изображения в качестве обнаруживающего устройства можно использовать. Датчики изображения предпочтительно являются датчиками с чувствительными элементами в виде двумерной матрицы, такой как ПЗС или КМОП-структура. Используемые датчик изображения 25 и объектив соответствуют диапазону длин волн точек объекта. Точки объекта могут давать излучение не только в видимом диапазоне, но также в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазонах и могут представлять собой СИД видимого света, ультрафиолетового, инфракрасного излучения или другие источники излучения, при этом датчик изображения, соответственно, должен подходить для обнаружения соответствующего излучения. Вместе с активными источниками излучения, такими как СИД, также возможно сканирование других точек объекта, при этом необходима достаточная контрастность между точками объекта, подлежащими сканированию, и окружающим пространством или фоном.
[52] На фиг.3 показан первый возможный альтернативный вариант способа. На фиг.3 показана схема, аналогичная схеме на фиг.1 выемочной установки 60, которая также включает в себя систему 51 щитовой крепи, имеющую множество рам 52 щитовой крепи, установленных смежно друг с другом для поддержания подземного забоя открытым. Выемочная машина 56 перемещается вдоль забойного конвейера 58, из индивидуальных рештаков 57 забойного конвейера 58 только рештак 57, установленный непосредственно перед рамой 52 щитовой крепи, показан вместе с боковым навесным бортом 63 на завальной стороне, то есть обращенной к раме 52 щитовой крепи. Забойный конвейер 58 может являться, в частности, скребковым цепным конвейером, с помощью которого материал убирают независимо от перемещения выемочной машины 56. В варианте выемочной установки 60 блок обнаружения 75 закреплен на выемочной машине 56 и перемещается вперед и назад в забое с выемочной машиной. В каждом случае, по меньшей мере, один объект 70 измерения, по меньшей мере, с четырьмя точками 71 объекта, как схематично показано на фиг.3, закреплен на индивидуальной или всех рамах 52 щитовой крепи. С помощью датчика изображения в блоке 75 обнаружения, образованного в данном случае опять видеокамерой, визуальный сигнал, эмитируемый точками 71 объекта, обнаруживается и записывается как проекция для обнаружения с данного места, как описано выше и показано на фиг.2, фактического расстояния от выемочной машины 56 до рамы 52 щитовой крепи и наклона машины относительно рамы. Объект 70 измерения схематично представлен здесь в виде неправильного четырехугольника, как фактически записано с помощью датчика изображения блока 75 обнаружения. Объект 70 измерения может содержать, например, четыре СИД, закрепленных на заданном расстоянии друг от друга и под прямым углом друг к другу на щите 54 зоны трещин рамы 52 щитовой крепи. Вместе с тем объект 70 измерения можно также крепить на другом месте, например на предохранительном колпаке 55 щита или горизонтальном подхвате 53. Предпочтительно, если, по меньшей мере, все точки 71 объекта 70 измерения закреплены на одной части машины, в данном случае к щиту 54 зоны трещин, поскольку при этом обеспечено жестко фиксированное взаиморасположение точек 71 объекта относительно друг друга. В то же время необходимо учитывать, что при прохождении мимо блока обнаружения четыре точки 71 объекта измерения могут, конечно, обнаруживаться одновременно в определенный момент времени с помощью блока обнаружения 75 без помех от шлангов и кабелей или т.п., мешающих обнаружению точек 71 объекта блоком обнаружения 75.
[53] На фиг.4 показан дополнительно возможный вариант выемочной установки 110 для способа, которая также включает в себя рамы 102 щитовой крепи, выемочную машину 106 и забойный конвейер 108. В варианте выемочной установки 110, как и в предыдущем примере варианта осуществления, объект 120 измерения с точками 121 объекта неподвижно закреплен на раме 102 щитовой крепи. В зависимости от затрат времени и расходов на процесс измерения и требуемой точности каждая рама 102 щитовой крепи может быть оборудована соответствующим объектом 120 измерения на аналогичном месте и аналогично выставленным, или только некоторые из рам 102 щитовой крепи могут быть оборудованы соответствующими объектами 120 измерения. Блок 125 обнаружения также перемещается вперед и назад на забое в варианте выемочной установки 110, в данном случае, однако, независимо от выемочной машины 106. Блок 125 обнаружения может крепиться, например, на отдельной направляющей и может перемещаться вперед и назад с помощью отдельного привода для сканирования объектов 120 измерения в каждом случае во время своего перемещения и, таким образом, для обнаружения сигналов от объекта, то есть проекций на датчике изображения в блоке 125 обнаружения, расстояния между забойным конвейером 108 и рамой 102 щитовой крепи и местоположения конвейера относительно рамы.
[54] В варианте выемочной установки 160, показанной на фиг.5, используют как фиксированные блоки обнаружения 175, так и фиксированные объекты 170 измерения, опять в данном случае с четырьмя точками 171 объекта. Блок 175 обнаружения неподвижно закреплен на раме 152 щитовой крепи, например на щите 154 зоны трещин, как показано, или также в подходящем месте на предохранительном колпаке 155 щита. Объект 170 измерения установлен, предпочтительно, на возможно большей поверхности на боковом навесном борту 163 забойного конвейера 158. При этом две точки объекта 171 могут быть установлены, например, вблизи нижней части и две других точки объекта 171 - вблизи верхней кромки бокового навесного борта 163. Место установки также зависит от местоположения блока 175 обнаружения на раме 152 щитовой крепи, поскольку необходимо отсутствие помех световым волнам на пути от точек объекта 171 со стороны породы или т.п., находящегося вокруг направления работы оптической системы блока 175 обнаружения. В случае являющегося примером варианта осуществления, показанного на фиг.5, блок 175 обнаружения может связываться в каждом варианте с объектом измерения 170. Вместе с тем также возможно крепление блока 175 обнаружения на поворотном шарнире на раме 152 щитовой крепи или использование блока 175 обнаружения, имеющего поворачивающийся объектив, для выполнения обнаружения в другой зоне, при повороте объектива. С использованием такого блока 175 обнаружения, который либо является поворачивающимся, или включает в себя поворачивающуюся оптическую систему, возможно выполнение обнаружения не только на одном объекте измерения 170, но на множестве объектов 170 измерений. Также возможна, если необходимо, установка множества объектов 170 измерений на одной части машины, в данном случае, например, на навесном борту 163 одного рештака, или возможно сканирование объектов 170 измерений, установленных, например, на смежных рештаках. Также возможно сканирование всей системы щитовой крепи вдоль забоя с использованием меньшего числа блоков обнаружения.
[55] В варианте выемочной установки 210 на фиг.6, аналогично предыдущему примеру варианта осуществления, по меньшей мере, один объект 220 измерения с точками 221 объекта закреплен в каждом случае на навесном борту 213 забойного конвейера 208. Объекты 220 измерения также фиксированно связаны с каждым или, по меньшей мере, индивидуальными рештаками забойного конвейера 208. Один и тот же объект 220 обнаруживают с помощью не одного, но в данном случае с помощью множества блоков 225A, 225B, 225C обнаружения, при этом возможно обеспечение, например, при отсутствии для одного из блоков 225 обнаружения свободной видимости объекта 220 измерения, передачи, по меньшей мере, одним дополнительным блоком 225 обнаружения сигнала измерений, который можно оценивать для определения расстояния между элементами и их местоположения.
[56] В варианте выемочной установки 260 на фиг.7, аналогично предыдущему, являющемуся примером варианту осуществления, также используют три блока 275A, 275B, 275C обнаружения, установленных в разных местах на раме 252 щитовой крепи. Каждый блок 275A, 275B, 275C обнаружения связывается здесь с отдельным объектом 270A, 270B, 270C измерения. Объект 270C измерения может перемещаться, например, независимо от выемочной машины 256 по направляющему устройству 264 на навесном борту 263. Каждый навесной борт 263 может быть дополнительно оборудован фиксированным объектом 270B измерения, сигналы которого регистрируются с помощью видеокамеры 275B. Объект 270A измерения обнаруживают с помощью блока 275A обнаружения, установленного на предохранительном колпаке 255 щита, данный объект измерения перемещается на забое вместе с выемочной машиной 256. В варианте выемочной установки 260, времени и денег на сбор и обработку данных тратится, соответственно, больше, поскольку иногда в некоторые моменты времени, для определения взаимного расположения рамы 252 щитовой крепи и забойного конвейера 258, множество сигналов или пар сигналов необходимо оценивать блоком 275А обнаружения, связанным с объектом 270A измерения и т.д.
[57] В варианте выемочной установки 310, показанной на фиг.8, аналогично предыдущему, являющемуся примером, варианту осуществления, используют три блока 325A, 325B, 325C обнаружения и три объекта 320A, 320B, 320C измерения, которые в данном варианте, однако, установлены в разных местах, а именно на подхвате 303 на подошве выработки, на щите 304 зоны трещин и на предохранительном колпаке 305 рамы 302 щитовой крепи. Сигнал одного объекта 320A, 320B, 320C измерения сканируется в каждом случае с помощью отдельного блока 325A, 325B, 325C обнаружения. В данном случае также блок 325A обнаружения с фиксированно связанным объектом 320A измерения образуют оценочную пару. Блок 325A обнаружения может перемещаться независимо от выемочной машины 306, блок 325B обнаружения установлен закрепленным неподвижно на навесном борту 313 и блок 325C обнаружения перемещается с выемочной машиной 306.
[58] На фиг.9 показан дополнительно модифицированный, являющийся примером, вариант осуществления выемочной установки 410 согласно изобретению. Блок 425 обнаружения, который может также быть направлен, по меньшей мере, на забой 440, прикреплен к раме 402 щитовой крепи системы щитовой крепи (не показано дополнительно), например, на предохранительном колпаке 405 щита. Блок обнаружения в данном случае неподвижно закреплен на раме 402 щитовой крепи, но, например, может также поворачиваться на шарнире для выполнения различных задач одним блоком 425 обнаружения или для сканирования различных зон. Выемочная машина 406 перемещается между рамой 402 щитовой крепи и забоем на забойном конвейере 408, который перемещается с помощью перемещающей балки (не показано). С использованием блока 425 обнаружения становится возможным обнаружение объектов 421, 422, 423, 424 измерения, которые не находятся на объекте измерения, но в данном случае заданы естественными точками объекта на забое, например отметками на забое, скоплениями рефлективных минералов, открытыми пространствами в породе, дроблениями камня или т.п.
[59] При активной работе каждая рама 402 щитовой крепи удаляется для автоматической разработки обратным ходом и перемещается вперед с помощью перемещающей балки после прохода мимо выемочной машины 406 и, например, перемещения вперед некоторого числа рам крепи. На первом этапе сканирования перед удалением и на втором этапе сканирования, в лучшем случае, когда рама 402 крепи установлена, объекты 421, 422, 423, 424 измерения можно сканировать с помощью блока 425 обнаружения. Поскольку блок 425 обнаружения не перемещался по отношению к раме крепи между этапами сканирования, по проекциям обнаруженных объектов измерения можно измерять изменение места и изменение положения блока 425 обнаружения по отношению к забою 440 с помощью четырех естественных объектов 421-424 измерения, закрепленных на нем. По изменению данных положения и места блока обнаружения опять можно вычислять изменение положения и места компонента 402 установки, снабженного блоком 425 обнаружения между двумя этапами сканирования, и отсюда, например, можно определить, как компонент установки и, следовательно, также выемочная установка в целом переместились в зоне соответствующего блока 425 обнаружения. Распределенные по забою, только индивидуальные рамы крепи могут быть оборудованы в каждом варианте блоком обнаружения. Соответствующие данные, вместе с тем, также можно записывать с помощью блока обнаружения, перемещающегося вдоль выемочной установки, с помощью блока обнаружения, кратковременно останавливающегося, например, до завершения операции перемещения вперед. Расстояние между объектами измерения может изменяться от одной операции измерения к другой операции измерения, и нет необходимости знать абсолютное расстояние, но оно не должно изменяться между одной операцией измерения, но должно поддерживаться (естественно) заданное расстояние, по меньшей мере, на соответствующих этапах сканирования. Объект измерения или точки объекта могут, в принципе, являться произвольными и могут также присутствовать или быть нанесены на кровле и других местах в окружающей области.
[60] Эксперт из приведенного выше описания может получить многочисленные модификации, подпадающие под объем защиты прилагаемой формулы изобретения. Очевидно, что индивидуальные варианты способа можно также комбинировать. Уже упомянуто, что объекты измерения могут также включать в себя больше четырех точек объекта. Дисплей прибора управления, перемещающегося, например, с выемочной машиной, или дисплей управления крепи можно также использовать в качестве объекта измерения. Индивидуальные рамы щитовой крепи и/или рештаки можно не оборудовать блоками обнаружения или объектами измерения, и другие рамы щитовой крепи или блоки обнаружения могут также включать в себя в каждом случае множество объектов измерения и/или множество блоков обнаружения.