本發(fā)明涉及開采機(mining machine)和可以控制開采機跨或沿著含有待開采材料的礦層移動的方法。

背景技術(shù)：

在礦物和煤的開采中，已經(jīng)開發(fā)從礦層中回采這些材料的處理。一種具體方法稱為長壁開采處理。在該處理中，其它部件當(dāng)中，可移動軌道被放置為跨越煤礦層。開采機設(shè)置有至少一個挖礦頭(shearing head)，并且開采機被移動以從礦層的側(cè)到側(cè)沿著軌道橫切(traverse)，并且上下操縱挖礦頭，以從礦層的面挖煤。貫穿每次通過，在開采機的路徑后面朝向礦層向前移動軌道。然后，為了重復(fù)剪切過程，使得開采機沿相反方向在礦層上橫切。在該返回橫切期間，若需要，則還可以向上向下操縱挖礦頭，以從礦層進(jìn)一步移除煤。重復(fù)該過程，直到完成所計劃的回采盤區(qū)中的所有煤為止。

由此，通過在各次通過之后使軌道裝置朝向礦層向前前進(jìn)適當(dāng)距離，可以隨著各通過以近似相等的截割深度漸進(jìn)地移動到礦層中。

然而，礦層高度、深度以及組成并不均勻，由此可見，不管回采是使用長壁開采技術(shù)還是使用回采裝置和礦層的空間位置對于能夠高效且有效地移除材料方面是重要的其他回采方法，仍然需要礦層的高效和有效回采的改進(jìn)。

本說明書中所包括的文檔、動作、材料、裝置、物品等的任意討論不被當(dāng)作這些內(nèi)容中的任意或全部隨著本公開出現(xiàn)在該申請的各權(quán)利要求的優(yōu)先日期之前而形成現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)的一部分或是與本公開有關(guān)的領(lǐng)域中的公知常識的許可。

貫穿本說明書，措辭“包括”或變體將被理解為意指包括所敘述的元件、整體或步驟、或元件組、整數(shù)組或步驟組，但不排除任意其他元件、整體或步驟、或元件組或整數(shù)組或步驟組。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種用于開采機，該開采機包括：

A.回采裝置，該回采裝置用于從礦層移除材料；

B.至少2D坐標(biāo)位置確定裝置，該至少2D坐標(biāo)位置確定裝置用于確定在所述開采機的空間中的坐標(biāo)位置，所述位置確定裝置生成當(dāng)前坐標(biāo)位置輸出數(shù)據(jù)信號，該當(dāng)前坐標(biāo)位置輸出數(shù)據(jù)信號用于：

i.基于不同于期望坐標(biāo)位置的所確定的所述開采機的當(dāng)前坐標(biāo)位置生成根據(jù)預(yù)期截割曲線而確定的所述開采機的將來路徑；并且

ii.生成待截割礦層的礦層模型和/或已截割礦層的截割模型；

C.一個或更多個傳感器，該一個或更多個傳感器不同于所述至少2D坐標(biāo)位置確定裝置，該一個或更多個傳感器收集將要回采材料的礦層或該礦層附近的表征數(shù)據(jù)，所述表征數(shù)據(jù)形成所述礦層模型和/或截割模型的一部分，所述表征數(shù)據(jù)的所述坐標(biāo)位置參考所述開采機的空間中的所述坐標(biāo)位置而確定，所述傳感器從其提供當(dāng)前礦層表征數(shù)據(jù)輸出信號；

D.處理器，該處理器被連接成從所述位置確定裝置和所述一個或更多個傳感器接收輸出數(shù)據(jù)信號，以生成所述礦層模型和/或截割模型，并且進(jìn)一步生成控制所述開采機的一個或更多個參數(shù)的輸出數(shù)據(jù)信號；

E.存儲器存儲裝置，該存儲器存儲裝置存儲所述礦層模型和/或所述截割模型，

其中，所述處理器基于所述礦層模型和/或截割模型的分析來控制所述開采機的所述一個或更多個參數(shù)，以隨著所述開采機沿著所述礦層模型內(nèi)的所述預(yù)期截割曲線前進(jìn)預(yù)計開采情況的變化。

當(dāng)前坐標(biāo)位置可以是絕對坐標(biāo)位置，并且可以用絕對空間定位坐標(biāo)提供的之前所獲取的探測和勘測數(shù)據(jù)可以集成到該礦層模型中。

在一些實施方式中，存儲裝置可以訪問中央存儲器存儲裝置，使得截割模型和礦層模型數(shù)據(jù)可以跨多個開采機訪問，或使得截割模型和礦層模型數(shù)據(jù)可以被分析以使得處理器算法可以被更新為反映開采機的期望性能和實際性能的變化。

在優(yōu)選實施方式中，礦層模型和截割模型這兩者由處理器來分析，以預(yù)計開采情況的變化。

借助于把來自位置確定裝置的空間定位信息與關(guān)于待開采礦層特征的信息組合的集成，可以提高開采機性能。與使用傳感器來反應(yīng)性地控制開采機對比，本發(fā)明的開采機利用用礦層模型和/或截割模型和所含有的所存儲的輸出數(shù)據(jù)，以由處理器分析來確保控制信號使用更大的信息寬度和深度。本發(fā)明的開采機能夠在被開采的目標(biāo)材料的邊界內(nèi)更精確地控制從礦層回采。預(yù)期截割曲線可以與礦層模型更好地對齊，使得開采機可以基于對開采機的位置、開采機的部件以及礦層(包括礦層變化的組成特征和物理特征)的更好理解而優(yōu)化操作設(shè)置。

礦層表征數(shù)據(jù)的坐標(biāo)位置優(yōu)選地使用幾何(例如，三角測量和/或三邊測量)技術(shù)以及一個或更多個傳感器和至少2D坐標(biāo)位置確定裝置的相對位置來確定。在一些實施方式中，一個或更多個傳感器和至少2D坐標(biāo)位置確定裝置聚集在同一近似位置內(nèi)?？梢允褂脺y距傳感器(諸如2D或3D基于激光或射頻傳感器)來提供用于確定礦層表征數(shù)據(jù)的坐標(biāo)位置的測量結(jié)果。另選地，或附加地，可以使用已知的開采機部件與礦層之間的標(biāo)稱距離。

優(yōu)選的是，截割模型包括已開采的礦層的坐標(biāo)位置和標(biāo)記(即，空間地登記礦層表征數(shù)據(jù))到各位置的至少一個礦層表征數(shù)據(jù)。優(yōu)選的是，截割模型包括已開采的礦層的坐標(biāo)位置和標(biāo)記到各位置的至少一個開采機表征數(shù)據(jù)。

通過創(chuàng)建已回采的礦層以及開采機與礦層之間的相互作用的模型(優(yōu)選地為3D模型)，該礦層模型信息可以用于預(yù)測礦層模型內(nèi)開采機與礦層的相互作用。

另選地，或附加地，該礦層模型可以包括將要開采的礦層的坐標(biāo)位置以及標(biāo)記到各位置的至少一個礦層表征數(shù)據(jù)。

所預(yù)計的開采情況的變化優(yōu)選地參考截割模型、礦層模型或其組合來確定。

使用截割模型信息和礦層模型信息這兩者來確定所預(yù)計的開采情況的變化的優(yōu)點是礦層模型信息可以僅延伸到要開采的礦層的表面(即，整個礦層的子集)。因此，截割模型信息和礦層模型信息的組合可以用于外推所預(yù)計的開采情況的變化以將要回采的礦層的體積包括在內(nèi)。

開采機可以包括長壁采礦機(miner)(包括所關(guān)聯(lián)的軌道、頂部支撐件、驅(qū)動器、輸送機、分段裝載機以及破碎機)、連續(xù)開采機、巷道掘進(jìn)機、梭車、柔性輸送機列車(flexible conveyor train)、刨礦機、表面采礦機或具有從礦層移除材料的回采裝置的任意其他開采機。開采機可以在地下或在地面上操作。

在一些實施方式中，開采機為長壁采礦機，并且礦層模型的特征在尾采區(qū)順槽和主采區(qū)順槽處進(jìn)一步表征。在該實施方式內(nèi)，在沿著采區(qū)順槽的礦層表征數(shù)據(jù)與礦層表面上的礦層表征數(shù)據(jù)之間可以使用內(nèi)插和/或外推來確定所預(yù)計的開采情況的變化以把將要回采的礦層的體積包括在內(nèi)。

礦層表征數(shù)據(jù)

礦層表征數(shù)據(jù)可以為以要確定的雷達(dá)、光學(xué)成像、熱成像、地質(zhì)成像、地球物理學(xué)成像、放射性測量成像或光譜成像的形式表征礦層的特征，諸如，礦層的密度、尺寸、體積、熱特征、組成特征以及其他物理特征。這些參數(shù)的變化可以用于用信號通知礦層的組成梯度的變化或目標(biāo)礦層與非目標(biāo)礦層之間的邊界。在煤礦層的情況下，煤礦層與非目標(biāo)礦層(例如，除了煤之外的礦物)之間的邊界可以采取密度(包括孔隙檢測)、熱數(shù)據(jù)或組成數(shù)據(jù)的形式。

礦層表征數(shù)據(jù)可以比照校準(zhǔn)后讀數(shù)的庫來參考，使得可以實現(xiàn)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)解析。

因為附近的材料提供關(guān)于將不被回采的材料(例如，下浮巖層、夾泥層、覆蓋層或規(guī)范外目標(biāo)材料)的信息以及關(guān)于開采機正在經(jīng)過的礦層的穩(wěn)定性的信息，所以礦層表征數(shù)據(jù)優(yōu)選地涵蓋待回采礦層附近的材料。

礦層表征傳感器提供該礦層表征數(shù)據(jù)?？梢允褂冒峒t外傳感器(組成邊界)、伽馬輻射傳感器(密度、得到組成邊界)、雷達(dá)傳感器(材料辨別)、地球物理學(xué)傳感器(組成邊界和材料辨別)以及激光傳感器(表面/體積分析)在內(nèi)的一系列傳感器。

開采機表征數(shù)據(jù)

開采機和礦層的相互作用得到表征數(shù)據(jù)，該表征數(shù)據(jù)提供與資源位置、體積、組成、硬度以及機器部件位置、回采處理的速度以及效率有關(guān)的信息。該表征數(shù)據(jù)優(yōu)選地從監(jiān)測機器設(shè)置和性能的開采機的機載傳感器和控制儀器導(dǎo)出。

機器性能數(shù)據(jù)優(yōu)選地從機器性能傳感器或機器設(shè)置導(dǎo)出。開采機性能傳感器優(yōu)選地從由回采裝置功耗傳感器或其衍生品、噪聲傳感器、振動傳感器以及回采裝置位置傳感器組成的組選擇。

在一個實施方式中，該機器性能數(shù)據(jù)包括功耗或其衍生物(例如，電流)，其與從水平控制傳感器或礦層邊界傳感器(諸如IR傳感器、伽馬傳感器和/或探地雷達(dá)傳感器)導(dǎo)出的礦層表征數(shù)據(jù)相關(guān)。在存在一個以上的水平控制傳感器或礦層邊界傳感器的實施方式中，這些傳感器的輸出也可以針對彼此相關(guān)，以經(jīng)由使至少兩個傳感器 (礦層表征傳感器和/或定位傳感器)的閉環(huán)校準(zhǔn)處理來驗證并校準(zhǔn)傳感器輸出數(shù)據(jù)。

開采機參數(shù)

開采機調(diào)整其操作參數(shù)以將所預(yù)計的開采情況的變化考慮在內(nèi)的能力使得開采操作更高效、有效且安全。

該開采機的一個或更多個參數(shù)優(yōu)選地從包括頂部支撐件壓力、頂部支撐件高度、頂部支撐件方位、開采機橫切速度以及回采裝置位置、電流、振動和/或速度的組選擇。

在優(yōu)選實施方式中，開采機為長壁開采機，在該長壁開采機中，回采裝置為可移動車架上所安裝的可旋轉(zhuǎn)挖礦機機頭(shearer head)；并且多個傳感器中的一個包括礦層邊界檢測傳感器。為了本發(fā)明的目的，礦層邊界檢測傳感器將包含標(biāo)準(zhǔn)層包(key bed package)或標(biāo)志帶檢測傳感器。US8469455中提供了標(biāo)準(zhǔn)層包的定義。

在該實施方式內(nèi)，開采機還包括用于使所述挖礦機機頭朝向礦層邊界在豎直平面內(nèi)移動的致動器，其中，礦層邊界檢測傳感器向處理器提供當(dāng)前礦層表征數(shù)據(jù)輸出信號，該處理器生成致動器進(jìn)一步信號，該進(jìn)一步信號使回采裝置(例如，挖礦機機頭)根據(jù)預(yù)期截割曲線朝向礦層邊界在豎直平面內(nèi)移動一段距離。

另選地，處理器可以更新定義了回采裝置(諸如挖礦機機頭)的路徑的預(yù)期截割曲線。

開采機優(yōu)選地還包括用于開采機跨礦層橫切移動的軌道，所述傳感器收集所述礦層的表征數(shù)據(jù)，以從第一次橫切生成礦層模型，從而形成第二次橫切時的預(yù)期截割曲線的基礎(chǔ)。

預(yù)期截割曲線

預(yù)期截割曲線包括可以分別以(x,y)和(x,z)平面內(nèi)的3D笛卡爾坐標(biāo)表示的水平平面和豎直平面。優(yōu)選的是，水平平面內(nèi)的預(yù)期截割曲線為直線，這可以使得能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的煤回采(例如，對于長壁開采，可移動車架沿主采區(qū)順槽與尾采區(qū)順槽之間的直線行進(jìn))。因為軌道可能無法在單個循環(huán)內(nèi)將實際曲線有效地校正為直線曲線，所以預(yù)期截割曲線可以為實際截割曲線與直線之間的中間物。在豎直平面內(nèi)，預(yù)期截割曲線可以是直的，或者可以跟隨煤礦層的頂邊界和/或底邊界。標(biāo)識礦層邊界的傳感器輸出優(yōu)選地輸入到礦層模型中，以使得處理器能夠生成用于挖礦頭致動器控制挖礦頭在所標(biāo)識的礦層邊界內(nèi)的移動的信號。這確保在挖礦頭不越過目標(biāo)礦層外部 的情況下提高回采效率。預(yù)期截割曲線還可以參考由連續(xù)開采機和掘進(jìn)機進(jìn)行的巷道開拓來使用。

位置確定裝置

該至少2D坐標(biāo)位置確定裝置優(yōu)選地包括電磁定位系統(tǒng)(諸如射頻定位系統(tǒng)或全球定位系統(tǒng)(GPS)或基于地面(例如地面定位)的無線定位系統(tǒng))。

該至少2D坐標(biāo)位置確定裝置優(yōu)選地包括光學(xué)位置確定裝置。優(yōu)選的是，該光學(xué)位置確定裝置包括激光光源和激光傳感器。優(yōu)選的是，該光學(xué)位置確定裝置檢測位于預(yù)定位置的登記標(biāo)記并基于該登記標(biāo)記的位置來確定機器的至少2D坐標(biāo)位置。

優(yōu)選的是，該至少2D坐標(biāo)位置確定裝置包括用于確定未檢測到登記標(biāo)記的坐標(biāo)位置的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)。在一個實施方式中，登記標(biāo)記位于長壁礦的采區(qū)順槽(gateroad)處，使得光學(xué)傳感器確定在長壁開采機處于采區(qū)順槽處或附近時的至少2D坐標(biāo)位置，并且INS確定長壁開采機處于無法由光學(xué)傳感器檢測登記標(biāo)記的采區(qū)順槽之間時的2D坐標(biāo)位置。

礦層模型和/或截割模型的分析

在本發(fā)明的第二方面中，提供了一種用于開采機，該開采機包括：

A.回采裝置，該回采裝置用于從礦層移除材料；

B.至少2D坐標(biāo)位置確定裝置，該至少2D坐標(biāo)位置確定裝置用于確定在所述開采機的空間中的坐標(biāo)位置，所述位置確定裝置生成當(dāng)前坐標(biāo)位置輸出數(shù)據(jù)信號，該當(dāng)前坐標(biāo)位置輸出數(shù)據(jù)信號用于：

i.基于不同于期望坐標(biāo)位置的所確定的所述開采機的當(dāng)前(這可以是絕對的)坐標(biāo)位置生成根據(jù)預(yù)期截割曲線而確定的所述開采機的將來路徑；并且

ii.生成待截割礦層的礦層模型和/或已截割礦層的截割模型；

C.一個或更多個傳感器，該一個或更多個傳感器不同于所述至少2D坐標(biāo)位置確定裝置，該一個或更多個傳感器收集將要從其回采材料的礦層或該礦層附近的表征數(shù)據(jù)，所述表征數(shù)據(jù)形成所述礦層模型和/或截割模型的一部分，所述表征數(shù)據(jù)的所述坐標(biāo)位置參考所述開采機的空間中的所述坐標(biāo)位置而確定，所述傳感器從其提供當(dāng)前礦層表征數(shù)據(jù)輸出信號；

D.處理器，該處理器被連接成從所述位置確定裝置和所述一個或更多個傳 感器接收所述輸出數(shù)據(jù)信號，以生成礦層模型和/或截割模型，并且進(jìn)一步生成用于控制所述開采機的一個或更多個參數(shù)的輸出數(shù)據(jù)信號；

E.存儲器存儲裝置，該存儲器存儲裝置存儲所述礦層模型和/或所述截割模型，

其中，所述處理器分析來自一個或更多個傳感器的礦層表征數(shù)據(jù)，以確定存在傳感器不準(zhǔn)確性和/或不精確性，并且在不存在傳感器不準(zhǔn)確性和/或不精確性時，所述處理器基于所述礦層模型和/或截割模型的分析來控制所述開采機的所述一個或更多個參數(shù)，以隨著所述開采機沿著所述礦層模型內(nèi)的所述預(yù)期截割曲線前進(jìn)而預(yù)計開采情況的變化。

至少2D坐標(biāo)位置確定裝置可以確定在開采機的空間中的絕對坐標(biāo)位置。

傳感器的不準(zhǔn)確性和/或不精確性優(yōu)選地具有預(yù)定值或指定值。該預(yù)定值可以被表示為置信曲線，可以從該置信曲線導(dǎo)出置信值或置信限度。該預(yù)定值優(yōu)選地是在具體開采環(huán)境中作業(yè)的同時，使用例如時間空間信息，從特定礦和傳感器系統(tǒng)內(nèi)的開采控制系統(tǒng)的驗證嘗試來確定。

如果處理器確定傳感器不準(zhǔn)確和/或不精確，則處理器優(yōu)選地向機器操作員用信號通知置信度等級和/或誤差。

來自傳感器的輸出數(shù)據(jù)優(yōu)選地具有與輸出數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的置信曲線。置信曲線優(yōu)選地包括與輸出數(shù)據(jù)的特征有關(guān)的統(tǒng)計信息，諸如分布、平均值以及標(biāo)偏差。傳感器的輸出數(shù)據(jù)的期望值將依賴于它的置信曲線和所指定的置信值(例如，落在90％置信界限或99％置信界限內(nèi)的值)。所指定的置信值可以根據(jù)開始進(jìn)行的機器操作而動態(tài)地變化。例如，作為管理潛在開采風(fēng)險(例如，與生產(chǎn)效率降低或機械磨損增大相比，人身傷害或死亡)的手段，事故后果較高的操作會需要高的置信值/置信界限。

優(yōu)選的是，截割模型或礦層模型還包括從附著到坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)和/或礦層表征數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確性和不精確性導(dǎo)出的或從礦層和定位傳感器的置信曲線導(dǎo)出的置信曲線和置信值。置信曲線或置信值優(yōu)選地包括一系列礦層表征數(shù)據(jù)和一系列定位數(shù)據(jù)。置信值將依賴于置信度的等級(例如，99％置信值與90％置信值相比提供更寬范圍的礦層表征數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù))。

與傳感器關(guān)聯(lián)的精確性可以通過使用平滑算法來對信號噪聲濾波來調(diào)整。優(yōu)選的是，傳感器性能與開采機動力相匹配，使得對開采機參數(shù)的處理器控制指令與開采機 的能力相匹配。

本發(fā)明的目標(biāo)是將傳感器輸出數(shù)據(jù)并入到截割模型和/或礦層模型中，而不并入各個傳感器的不準(zhǔn)確性和不精確性的總和。為了實現(xiàn)該目標(biāo)，處理器優(yōu)選地在使用傳感器輸出數(shù)據(jù)之前驗證并校準(zhǔn)來自傳感器的個體或組的輸出數(shù)據(jù)。通過改進(jìn)傳感器的輸出數(shù)據(jù)的置信曲線，也改進(jìn)了由該數(shù)據(jù)形成基礎(chǔ)的模型(即，礦層模型、截割模型以及預(yù)期截割曲線)，從而改進(jìn)對開采機的控制。

處理器優(yōu)選地在來自傳感器的輸出數(shù)據(jù)與驗證源沖突時確定傳感器不準(zhǔn)確和/或不精確。輸出數(shù)據(jù)與驗證源之間的沖突可能在傳感器輸出的期望值(即，輸出數(shù)據(jù)的置信值)與驗證源不相關(guān)或交疊，或不關(guān)聯(lián)或交疊到預(yù)定等級時發(fā)生。

驗證源可以包括：

·從截割模型和/或礦層模型(包括其子模型)導(dǎo)出的期望礦層表征數(shù)據(jù)；

·來自對相同或有關(guān)參數(shù)進(jìn)行測量的不同傳感器(包括機器性能傳感器)的輸出數(shù)據(jù)；

·來自人工觀測的測量結(jié)果；和/或

·限定在進(jìn)行了校準(zhǔn)或啟用(commission)時傳感器的期望精確性和準(zhǔn)確性的置信曲線。

所用的驗證源越多，存在傳感器不準(zhǔn)確和/或不精確的錯誤評估的可能性就越小。優(yōu)選的是，至少一個驗證源為外部基準(zhǔn)，以避免與內(nèi)部基準(zhǔn)(諸如來自關(guān)聯(lián)傳感器的輸出數(shù)據(jù))的使用關(guān)聯(lián)的潛在積累誤差。通常，所用的驗證源越多，增大傳感器的輸出數(shù)據(jù)的置信值(即，在采取校正動作處理不準(zhǔn)確性或不精確性之前，減小所期望的輸出范圍)的能力越強。

如果處理器確定傳感器不準(zhǔn)確和/或不精確，則處理器可以啟動校正動作。該校正動作優(yōu)選地包括對照驗證源來校準(zhǔn)或校正傳感器數(shù)據(jù)輸出。該校正動作可以從以下動作中的一個或更多個選擇：

a.校準(zhǔn)傳感器；

b.使用來自另選或附加傳感器的輸出來校正或校準(zhǔn)來自傳感器的輸出數(shù)據(jù)；

c.使用礦層模型和/或截割模型或其子模型來校正或校準(zhǔn)來自傳感器的輸出數(shù)據(jù)；和/或

d.使用截割模型的外推來校正或校準(zhǔn)來自傳感器的輸出數(shù)據(jù)。

傳感器的校準(zhǔn)可以以包括對照參考標(biāo)準(zhǔn)或?qū)φ掌渲袦?zhǔn)確探測數(shù)據(jù)可用的定位位置而進(jìn)行的校準(zhǔn)的各種手段來進(jìn)行。在一個實施方式中，經(jīng)由優(yōu)選地形成礦層模型的一部分的勘測數(shù)據(jù)和/或探測數(shù)據(jù)來校準(zhǔn)或校正來自傳感器的輸出數(shù)據(jù)。

在一個實施方式中，傳感器的校準(zhǔn)相對于另一個傳感器或另一個驗證源來進(jìn)行。特別是如果在兩個傳感器的輸出數(shù)據(jù)之間存在相關(guān)并且一個傳感器充當(dāng)基準(zhǔn)，該基準(zhǔn)優(yōu)選地具有比另一個傳感器大的準(zhǔn)確性和/或精確性，則可以使用另一個傳感器用于校準(zhǔn)。

在另選實施方式中，傳感器使用礦層模型來校準(zhǔn)。該方案的優(yōu)點是礦層模型或其子模型是由之前經(jīng)歷過驗證處理的傳感器輸出數(shù)據(jù)和/或先驗知識(例如，探測數(shù)據(jù))來形成。

除了礦層表征傳感器數(shù)據(jù)，礦層模型還優(yōu)選地根據(jù)從勘測和/或探測數(shù)據(jù)(例如，地震和測試鉆孔數(shù)據(jù))獲取的先驗知識導(dǎo)出?？睖y和/或探測礦層表征數(shù)據(jù)優(yōu)選地被集成到礦層模型中，其中坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)(其可以是絕對坐標(biāo)位置數(shù)據(jù))與該礦層表征數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。

處理器可以使用傳感器之間的層次關(guān)系(即，一個傳感器具有服從于另一個的關(guān)系)或傳感器與先驗所獲取知識(例如，探測或勘測數(shù)據(jù))之間的層次關(guān)系來使得處理器能夠優(yōu)選地相對于來自一個源的輸出數(shù)據(jù)對來自另一個源的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)。例如，礦層的子模型可以包括探測和/或勘測數(shù)據(jù)。如果該子模型數(shù)據(jù)質(zhì)量較高(例如，根據(jù)所關(guān)聯(lián)的傳感器置信曲線，提高的準(zhǔn)確性和/或精確性)，則傳感器數(shù)據(jù)可以對該子模型具有服從關(guān)系。因為勘測或探測數(shù)據(jù)的空間取樣密度很可能小于傳感器，所以對位于勘測/探測數(shù)據(jù)緊密近似于來自傳感器的數(shù)據(jù)的定位點處的傳感器，形成子模型的探測或勘測數(shù)據(jù)可以用于進(jìn)行校準(zhǔn)。

在一個實施方式中，第一傳感器的校準(zhǔn)相對于第二傳感器或其他驗證源來執(zhí)行。優(yōu)選的是，第一傳感器和第二傳感器具有層次結(jié)構(gòu)，其中第一傳感器服從于或從屬于第二傳感器。第一傳感器可以包括檢測標(biāo)志帶和/或礦層邊界的標(biāo)志帶傳感器(例如，IR傳感器)，并且第二傳感器包括測量回采裝置的功率或其衍生物的功率輸出傳感器。該層次結(jié)構(gòu)優(yōu)選地由各傳感器置信曲線來限定。

礦層表征傳感器數(shù)據(jù)可以為來自相同或不同類型的多個傳感器的數(shù)據(jù)的組合。另 外，礦層表征傳感器數(shù)據(jù)可以包括在不同的時間點(例如，在跨礦層的不同橫切期間)由相同傳感器類型進(jìn)行的同一礦層面或體積的一個或更多個測量結(jié)果。在優(yōu)選實施方式中，礦層表征傳感器數(shù)據(jù)(經(jīng)由礦層模型)用于實時或接近實時地確定用于開采機的控制系統(tǒng)目標(biāo)值或控制開采機本身。在該實施方式中，用由處理器接收的實時數(shù)據(jù)來進(jìn)一步驗證和/或校準(zhǔn)從先驗知識和之前所獲取的傳感器數(shù)據(jù)導(dǎo)出的礦層模型。處理器優(yōu)選地分析礦層模型并借助對一個或更多個開采機參數(shù)的間接或直接控制來產(chǎn)生實時或接近實時響應(yīng)。

在一個實施方式中，礦層模型包括至少一個礦層子模型，優(yōu)選地包括至少兩個礦層子模型，并且更優(yōu)選地包括至少三個礦層子模型，其中各子模型從獨立的礦層表征數(shù)據(jù)源和/或獨立的坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)源導(dǎo)出(例如，從先驗知識導(dǎo)出的子模型、從所獲取的礦層表征數(shù)據(jù)導(dǎo)出的子模型以及從實時礦層表征數(shù)據(jù)導(dǎo)出的子模型)。在存在多個礦層表征傳感器的情況下，可以存在多個子模型，各子模型與一個或更多個礦層表征傳感器和/或該至少2D坐標(biāo)位置確定裝置關(guān)聯(lián)。

在一些實施方式中，使用截割模型的外推來校正或校準(zhǔn)傳感器的輸出數(shù)據(jù)。這特別是在礦層模型中存在較高程度的不確定性(即，礦層模型具有低置信值)時優(yōu)選。

在一個實施方式中，處理器確定礦層表征數(shù)據(jù)與校準(zhǔn)目標(biāo)有關(guān)，并基于所存儲的用于該校準(zhǔn)目標(biāo)的傳感器讀數(shù)來校準(zhǔn)一個或更多個傳感器。校準(zhǔn)目標(biāo)可以相對于登記標(biāo)記定位。這樣，具有已知特征的且已知材料的礦層試樣可以被放置于采區(qū)順槽或等效基準(zhǔn)點處。因為已知并存儲了所期望的傳感器讀數(shù)，所以處理器例如可以減去與實際讀數(shù)的任意差異，以校準(zhǔn)傳感器。

礦層模型的驗證

礦層模型的驗證和校準(zhǔn)優(yōu)選地參考機器表征數(shù)據(jù)來執(zhí)行。雖然礦層模型像單個傳感器一樣可以經(jīng)由其他傳感器或探測數(shù)據(jù)來驗證和校準(zhǔn)，但在優(yōu)選實施方式中，礦層模型參考機器表征數(shù)據(jù)來驗證和校準(zhǔn)。

使用開采機表征數(shù)據(jù)來驗證礦層模型的準(zhǔn)確性和精確性優(yōu)選地借助閉環(huán)校準(zhǔn)來實現(xiàn)。該方法能夠在減少傳感器的開環(huán)校準(zhǔn)(即，外部校準(zhǔn)基準(zhǔn))的需要和/或頻率的同時提高開采機性能。截割模型(即，來自已開采礦層模型的材料)與所關(guān)聯(lián)的機器性能數(shù)據(jù)之間提高的相關(guān)性產(chǎn)生將要開采礦層模型的置信度提高。

優(yōu)選的是，機器表征數(shù)據(jù)和礦層表征數(shù)據(jù)的置信值或其衍生物用作到將要開采的 礦層表征模型中的前饋輸入。礦層模型的調(diào)整可以對礦層表征數(shù)據(jù)源(例如，先驗知識、所獲取的傳感器數(shù)據(jù)以及實時傳感器數(shù)據(jù))中的一個或更多個進(jìn)行。在一個實施方式中，前饋調(diào)整調(diào)整來自模型或各子模型的坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)和/或礦層表征數(shù)據(jù)，使得不同數(shù)據(jù)源之間的誤差減小。

礦層模型的置信值或置信曲線優(yōu)選地在開采機從礦層模型回采材料之后被轉(zhuǎn)換成截割模型的置信值或置信曲線。截割模型置信曲線或置信值的轉(zhuǎn)換優(yōu)選地從將優(yōu)選地形成截割模型的一部分的開采機表征數(shù)據(jù)與礦層表征數(shù)據(jù)或礦層模型相關(guān)導(dǎo)出。

優(yōu)選的是，如果機器表征/性能數(shù)據(jù)好于由礦層模型預(yù)測的數(shù)據(jù)，則相對于礦層模型的置信值增大截割模型的置信值。

優(yōu)選的是，處理器確定與礦層模型和/或截割模型關(guān)聯(lián)的置信值。優(yōu)選的是，該置信值包括可以基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)和/或貝葉斯濾波器的統(tǒng)計不確定性測量。

控制開采機

對開采機的控制通過分析礦層模型和/或截割模型來實現(xiàn)。該分析優(yōu)選地使用概率分析。

礦層模型和開采機優(yōu)選地根據(jù)置信曲線來定義，該置信曲線定義與從礦層回采材料時的開采機的效率和有效性有關(guān)的不確定性。

處理器優(yōu)選地包括決策模型。決策模型優(yōu)選地包括決策風(fēng)險曲線，該決策風(fēng)險曲線優(yōu)選地用于將適當(dāng)?shù)拈_采機的自動化水平匹配于開采活動的風(fēng)險曲線。

決策模型優(yōu)選地使用礦層模型的置信曲線來確定開采機的自動化水平，使得該決策模型僅在決策風(fēng)險曲線在預(yù)定范圍內(nèi)時直接控制開采機的一個或更多個參數(shù)，以確保不僅維持礦安全標(biāo)準(zhǔn)，還超過礦安全標(biāo)準(zhǔn)。

決策模型優(yōu)選地使用機器學(xué)習(xí)。優(yōu)選的是，處理器使用機器學(xué)習(xí)。

處理器通過使用決策模型而是基于開采機活動風(fēng)險曲線以及截割模型和/或礦層模型的置信值。

優(yōu)選的是，開采機活動風(fēng)險曲線包括多個開采機活動置信值，各置信值對應(yīng)于不同種類的開采機活動風(fēng)險曲線。例如，風(fēng)險曲線可以在具有固有安全風(fēng)險的開采機活動需要增大的置信值的情況下根據(jù)對人體生命的風(fēng)險而評定等級。

決策風(fēng)險曲線優(yōu)選地設(shè)置框架，該框架將適當(dāng)?shù)拈_采機自動化水平置信值與可以從人工控制模式到全自主控制模式范圍的受控開采機活動匹配。優(yōu)選的是，礦層模型 的置信曲線由第一置信值和第二置信值來分類，如果滿足該第一置信值，則該第一置信值使得處理器能夠自動控制開采機的預(yù)定活動；如果滿足該第二置信值，則該第二置信值使得處理器能夠向開采機操作員提供針對開采機的預(yù)定活動的警報，其中，第一置信值高于第二置信值(即，較大的置信度-較低的不確定性)。

依賴于開采活動風(fēng)險曲線，處理器可以觸發(fā)動作響應(yīng)計劃(TARP)并啟動多個觸發(fā)器中的一個或更多個以開始或推薦預(yù)定義的響應(yīng)，諸如機器維護(hù)、人工/自主控制或報警。優(yōu)選的是，TARP啟動或推薦與開采活動風(fēng)險曲線以及礦層模型和開采機置信曲線對應(yīng)的多個自動化水平。

包括多次截割的開采活動

從礦層移除材料優(yōu)選地包括進(jìn)行順序截割(即，資源回采)并在各截割之后前進(jìn)到礦層中。優(yōu)選的是，處理器在各個順序截割時從一個或更多個傳感器接收輸出數(shù)據(jù)信號，并且確定第一次截割時的輸出數(shù)據(jù)信號與隨后截割時的輸出信號之間的對應(yīng)性。優(yōu)選的是，確定對應(yīng)性包括基于第一次截割時的輸出數(shù)據(jù)信號生成礦層模型和/或截割模型，基于該礦層模型和/或該截割模型來確定所期望的礦層表征數(shù)據(jù)，并且將所期望的礦層表征數(shù)據(jù)與隨后截割時的輸出數(shù)據(jù)信號進(jìn)行比較。優(yōu)選的是，處理器在處理器檢測到來自一個或更多個驗證源的所期望的礦層表征數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)信號之間的沖突時確定存在傳感器不準(zhǔn)確和/或不精確。

優(yōu)選的是，一個或更多個傳感器包括收集指示礦層中標(biāo)志帶的位置的表征數(shù)據(jù)的標(biāo)志帶傳感器(諸如IR傳感器)。優(yōu)選的是，生成礦層模型和/或截割模型包括確定標(biāo)志帶的坐標(biāo)位置并將標(biāo)志帶的該坐標(biāo)位置存儲在礦層模型和/或截割模型中，使得礦層模型和/或截割模型表示標(biāo)志帶的坐標(biāo)位置。

優(yōu)選的是，IR傳感器被構(gòu)造為捕捉包括回采裝置的至少一部分的IR圖像，并且處理器確定該IR圖像中回采裝置的位置。優(yōu)選的是，處理器在處理器檢測到IR圖像中回采裝置的位置與由機器控制數(shù)據(jù)提供的回采裝置的位置之間的沖突時確定存在傳感器不準(zhǔn)確性和/或不精確性。優(yōu)選的是，處理器基于IR圖像中回采裝置的位置與由機器性能數(shù)據(jù)提供的回采裝置的位置之間的差異來校準(zhǔn)IR傳感器輸出數(shù)據(jù)。優(yōu)選的是，處理器在處理器檢測到以下內(nèi)容中的一個或更多個之間的沖突或潛在沖突時確定存在傳感器不準(zhǔn)確性和/或不精確性：

-基于礦層模型和/或截割模型的回采裝置的期望熱工況(IR傳感器的輸出數(shù) 據(jù))；

-基于來自一個或更多個傳感器的所收集的礦層表征數(shù)據(jù)的回采裝置的期望熱工況；并且

-基于回采裝置的該一部分的IR圖像的回采裝置的熱工況。

優(yōu)選的是，一個或更多個傳感器包括GPR傳感器，該GPR傳感器收集指示尚未回采(即，未截割的)的礦層上方和/或下方的剩余材料的表征數(shù)據(jù)。優(yōu)選的是，處理器在處理器檢測到基于來自GPR傳感器的礦層表征數(shù)據(jù)的期望礦層表征數(shù)據(jù)與來自IR傳感器的礦層表征數(shù)據(jù)之間的沖突時確定存在傳感器不準(zhǔn)確性和/或不精確性。優(yōu)選的是，處理器針對各個順序截割確定來自GPR傳感器的礦層表征數(shù)據(jù)的置信值并基于該置信值確定不存在傳感器不準(zhǔn)確性和/或不精確性。優(yōu)選的是，在不存在傳感器不準(zhǔn)確性和/或不精確性時，處理器控制所述開采機的一個或更多個參數(shù)，以在需要的情況下朝向目標(biāo)值調(diào)整開采機參數(shù)(即，回采裝置位置)。

一個或更多個傳感器優(yōu)選地包括沿進(jìn)入到礦層中的方向收集包括沿著以及垂直于礦層邊界的測量結(jié)果的礦層表征數(shù)據(jù)的傳感器。優(yōu)選的是，沿進(jìn)入到礦層中的方向收集礦層的表征數(shù)據(jù)的傳感器收集待開采礦層的表面后面的礦層的表征數(shù)據(jù)。優(yōu)選的是，傳感器為探地雷達(dá)(GPR)。優(yōu)選的是，由探地雷達(dá)收集的表征數(shù)據(jù)包括礦層內(nèi)的多個反射時間值，其中，處理器生成包括基于該時間值的一個或更多個模型特征的礦層模型。優(yōu)選的是，一個或更多個模型特征包括礦層的層。GPR優(yōu)選地收集位于機器上方和/或下方的表征數(shù)據(jù)以被并入到礦層的截割模型中。

一個或更多個傳感器優(yōu)選地包括沿感測方向收集表征數(shù)據(jù)的傳感器以及確定感測方向的角度傳感器，其中，生成礦層模型和/或截割模型基于感測方向。

一個或更多個傳感器優(yōu)選地包括收集感測距離處的表征數(shù)據(jù)的傳感器以及確定感測距離的測距儀，其中，生成礦層模型和/或截割模型基于感測距離。

優(yōu)選的是，生成礦層模型和/或截割模型基于感測方向、感測距離以及表征數(shù)據(jù)的三角測量和/或三邊測量。

在本發(fā)明的第三方面中，提供了一種用于控制根據(jù)本發(fā)明的第一方面和/或第二方面的開采機的處理，該處理包括以下步驟：

A.使所述開采機相對于所述礦層移動；

B.從所述位置確定裝置生成指示所述開采機的所述坐標(biāo)位置的當(dāng)前坐標(biāo)位 置輸出數(shù)據(jù)信號；

C.從不同于所述位置確定裝置的所述一個或更多個傳感器生成當(dāng)前礦層表征輸出數(shù)據(jù)信號；

D.所述處理器接收來自步驟B和步驟C的輸出數(shù)據(jù)信號，以從而生成更新后的礦層模型，該更新后的礦層模型包括所述礦層的所述空間位置和附著到所述空間位置或與所述空間位置偏離的所述礦層的一個或更多個特征，所述礦層的所述空間位置和所述礦層的所述特征的所述坐標(biāo)位置參考在所述開采機的空間中的所述坐標(biāo)位置來確定；

E.所述處理器使用礦層模型和/或截割模型數(shù)據(jù)來預(yù)計對一個或更多個開采機參數(shù)的所需的改變；

F.所述處理器發(fā)送用于調(diào)整所述開采機設(shè)置、參數(shù)中的一個或更多個的輸出信號，和/或向操作員提供警報以用信號通知應(yīng)監(jiān)測或改變什么機器設(shè)置或參數(shù)。

雖然將理解，方法可以應(yīng)用于其他礦層包括礦物層，但礦層優(yōu)選地為煤礦層。

處理器還優(yōu)選地從開采機接收輸出數(shù)據(jù)信號，該輸出數(shù)據(jù)信號與以下有關(guān)：開采機的一個或更多個設(shè)置或性能參數(shù)，所述設(shè)置或參數(shù)形成截割模型的一部分，所述截割模型包括空間位置；已回采的礦層的一個或更多個特征；和/或隨著所述開采機從礦層回采材料而產(chǎn)生的開采機性能特征中的一個或更多個特征，所述礦層和開采機特征附著到截割模型內(nèi)的空間位置或與截割模型內(nèi)的空間位置偏離。

在優(yōu)選實施方式中，要從礦層開采的材料的體積(Mv_s)根據(jù)以下方程式來表征：

M_Vs＝f[X(a,b,c…)i,ii,iii..,Y(a,b,c…)i,ii,iii..,Z(a,b,c…)i,ii,iii..,]

其中，M_Vs由3D空間矩陣X(a,b,c…)；Y(a,b,c…)；Z(a,b,c…)來定義，a、b、c≥0。

一個或更多個空間位置標(biāo)記有與礦層特征有關(guān)的至少一個信息(i、ii、iii…)；如果礦層特征為礦層的2D表面信息，那么所標(biāo)記的信息為2D的，除非信息是從之前開采的對應(yīng)截割模型材料體積(M_Vs-1、M_Vs-2、M_Vs-3..)的一個或更多個外推，

其中，M_Vs可幾何地從至少2D位置確定裝置的空間坐標(biāo)f(X,Y,Z)導(dǎo)出。

在已開采一定體積的材料時，從礦層模型實際開采的材料的體積被轉(zhuǎn)換到截割模型(即，M_Vs→M_Vc)。礦層模型到截割模型的轉(zhuǎn)換可以包括用根據(jù)位置確定裝置從新 露出礦層的空間坐標(biāo)的計算而確定的所開采的實際體積來校正所期望的待開采體積。

M_Vc＝M_Vs+來自至少2D位置確定裝置的空間校正以及優(yōu)選地與開采機的設(shè)置和/或性能有關(guān)的標(biāo)記信息。

來自截割模型的材料體積優(yōu)選地標(biāo)記有從對應(yīng)的礦層模型提供的礦層表征信息。優(yōu)選的是，與開采機的設(shè)置和/或性能有關(guān)的附加信息標(biāo)記到來自截割模型的材料體積。該附加信息優(yōu)選地由處理器在預(yù)計并順序控制開采機、軌道或頂部支撐件的操作時使用。

在本發(fā)明的第四方面中，提供了一種礦層模型和截割模型用于基于所述礦層模型和/或截割模型來控制所述開采機的一個或更多個參數(shù)的用途。

截割和/或礦層模型優(yōu)選地通過處理器從至少2D位置確定裝置和一個或多個礦層表征傳感器接收輸出數(shù)據(jù)信號來生成。

礦層表征數(shù)據(jù)的坐標(biāo)位置優(yōu)選地參考開采機的空間中的至少2D坐標(biāo)位置(優(yōu)選地為開采機的空間中的至少2D絕對坐標(biāo)位置)來確定。處理器優(yōu)選地還基于礦層模型和/或截割模型的分析以預(yù)計開采情況的變化來控制所述開采機的一個或更多個參數(shù)。

開采機的一個或更多個參數(shù)的控制優(yōu)選地隨著開采機沿著礦層模型內(nèi)的預(yù)期截割曲線前進(jìn)而發(fā)生。截割模型和/或礦層模型優(yōu)選地為三維的。截割模型和/或礦層模型優(yōu)選地包括至少10個空間位置值，優(yōu)選地包括至少50個空間位置值，更優(yōu)選地包括至少200個空間位置值，并且最優(yōu)選地包括至少1000個空間位置值。

在本發(fā)明的第五方面中，提供了一種軟件，在該軟件由計算機執(zhí)行時使得所述計算機執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的第三方面或第四方面所述的方法或用途。

定義

預(yù)期截割曲線 基于位置確定裝置(例如，INS)的輸入、沿著或橫跨當(dāng)前開采面的回采裝置(例如，挖礦機)的預(yù)定路徑。預(yù)期截割曲線優(yōu)選地從礦層模型導(dǎo)出。該預(yù)期截割曲線優(yōu)選地針對長壁開采應(yīng)用延伸達(dá)開采面的長度并且在其他應(yīng)用(例如，巷道開拓)中延伸至少10米并且更優(yōu)選地延伸至少50米。

截割模型：已開采的開采礦層的空間坐標(biāo)的至少2D(優(yōu)選地3D)模型或圖。該模型還可以包括標(biāo)記到空間坐標(biāo)(空間地登記礦層表征數(shù)據(jù))或與空間坐標(biāo)偏離的表征礦層數(shù)據(jù)和/或開采機特征/性能數(shù)據(jù)。截割模型表征數(shù)據(jù)和3D空間坐標(biāo)的獲取可 以同時(例如，通過使用攝影測量法)或單獨(例如，通過使用混合傳感器)來獲取。3D感測可以使用可以從圍巖識別礦層、識別礦層的特征變化或圍巖的特征變化的傳感器來執(zhí)行。礦層的3D邊界(即，空間位置)的確定可以提供對可以與其他感測數(shù)據(jù)以及地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(例如勘測孔)一致的礦層幾何模型的約束。還可以使用地質(zhì)建模技術(shù)(例如，基于顯式或隱式內(nèi)插的方法)用于基于該3D數(shù)據(jù)更新礦層模型。

截割模型優(yōu)選地表示至少所截割的礦層的50％，更優(yōu)選地表示所截割的礦層的至少80％，并且最優(yōu)選地表示所截割的礦層的100％。優(yōu)選的是，截割模型包含開采機后面至少10米(并且優(yōu)選地為至少50米)的所截割的礦層。

礦層模型：有待開采的開采礦層的至少2D(優(yōu)選地為3D)模型或圖。該模型優(yōu)選地根據(jù)勘測數(shù)據(jù)來最初建立，并且可以經(jīng)由隨著從截割模型到尚未截割的礦層中的開采的信息的外推來完善。礦層數(shù)據(jù)可以包括源于基于將至少2D坐標(biāo)位置確定裝置用于準(zhǔn)確地定位地震源的絕對位置的地震信號而產(chǎn)生的勘測數(shù)據(jù)(諸如巖體缺陷和斷層結(jié)構(gòu)、組成、硬度、塌方的傾向、表面和礦層內(nèi)鉆孔數(shù)據(jù)、地球物理測井?dāng)?shù)據(jù)和2D和3D地震數(shù)據(jù)以及開采之前的礦層的地形數(shù)據(jù))的表征礦層數(shù)據(jù)。礦層特征可以為表面特征，或者可以為可以表示開采機的一個或更多個回采循環(huán)的厚度的、礦層內(nèi)的層的特征。模型可以包括標(biāo)記到空間坐標(biāo)或與空間坐標(biāo)偏離的表征礦層數(shù)據(jù)和/或機器表征/性能數(shù)據(jù)。模型還可以包括與鄰近于待開采礦層的材料(例如，下伏層、中間覆蓋層和/或上方覆蓋層)有關(guān)的空間表征數(shù)據(jù)。表征數(shù)據(jù)優(yōu)選地與確定隨著礦層被開采機開采而產(chǎn)生的礦層邊界和/或穩(wěn)定性有關(guān)。優(yōu)選的是，礦層模型表示開采機前面(即，在回采的方向上)至少10米(并且優(yōu)選地為至少50米)的礦層。

機器表征數(shù)據(jù)：與開采機的操作狀態(tài)和性能有關(guān)的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括機器設(shè)置，機器設(shè)置包括控制系統(tǒng)目標(biāo)設(shè)置、定位設(shè)置；系統(tǒng)性能指示符(諸如功率輸出或其衍生物、機器振動、溫度以及噪聲)。

內(nèi)插 為了本發(fā)明的目的，是指通過預(yù)測來確定沿著截割/礦層模型的中間空間位置。

外推 為了本發(fā)明的目的，是指通過預(yù)測來確定經(jīng)過了由定位確定裝置測量的位置的沿著截割/礦層模型的中間空間位置。

準(zhǔn)確性 為了本發(fā)明的目的，是指存在系統(tǒng)性的誤差或從待確定真實值的偏離。有可能該系統(tǒng)性的誤差始終發(fā)生，這將意味著具有高精確性但低準(zhǔn)確性。

精確性 為了本發(fā)明的目的，是指存在隨機誤差，使得結(jié)果不一致。在這種情況下，所確定的值可以大量散開但集中于真實值，這意味著高準(zhǔn)確性但低精確性。

置信曲線 為了本發(fā)明的目的，是指從準(zhǔn)確性和精確性值統(tǒng)計地導(dǎo)出的數(shù)值，并且可以包括分布、平均值與方差。

置信值 為了本發(fā)明的目的，是指從準(zhǔn)確性和精確性值統(tǒng)計地導(dǎo)出的數(shù)值，并且可以包括具有指定概率限制的分布、平均值與方差。例如，該置信值可以為95％置信界限，這對于正常概率分布將等同于平均值+/-1.96標(biāo)準(zhǔn)差。

期望值 為了本發(fā)明的目的，是指落在指定置信值內(nèi)的值。

開采活動風(fēng)險曲線 為了本發(fā)明的目的，是指就各個所識別的風(fēng)險的負(fù)面影響以及事件的可能概率/頻率而言的開采活動的固有風(fēng)險。該風(fēng)險曲線可以由影響概率矩陣來表征，風(fēng)險減輕動作根據(jù)影響/概率曲線來實施。風(fēng)險減輕動作可以包括對于發(fā)生造成影響的事件的同一水平的概率，隨著負(fù)面影響增大而降低機器自動化的水平。

在說明書中的適當(dāng)處，術(shù)語置信曲線可以用于替換置信值。

附圖說明

圖1是在等距視圖中的、截割主采區(qū)順槽與尾采區(qū)順槽之間的煤礦層的長壁開采機的示意圖；

圖2a例示了截割模型；

圖2b例示了機器性能方面的圖2a的截割模型；

圖3是開采煤礦層的開采機的側(cè)視圖；

圖4例示了分層決策樹模型；

圖5a和圖5b是挖礦頭向主采區(qū)順槽前進(jìn)(圖5a)、朝向尾采區(qū)順槽后退(圖5b)的示意圖，其中機載傳感器映射獨特煤礦層特征的空間坐標(biāo)；

圖6是挖礦機機頭和軌道的控制輸入的示意圖；

圖7是示出了穿過所截割礦層的開采機的路徑(虛線)和形成礦層模型的一部分的煤礦層面的示意圖；

圖8是例示了3D截割模型的形成的示意圖；

圖9例示了用于控制機器的一個或更多個參數(shù)的計算機系統(tǒng)；

圖10例示了如處理器執(zhí)行的用于控制開采機的一個或更多個參數(shù)由計算機實施 的方法；

圖11例示了由IR傳感器提供的IR圖像；

圖12例示了包括標(biāo)志帶、第一環(huán)形以及第二環(huán)形的另一個IR圖像；

圖13更詳細(xì)地例示了圖3的開采機；

圖14a例示了挖礦頭分布和礦層邊界分布在沒有任何實質(zhì)交疊的情況下彼此隔開的示例；

圖14b例示了挖礦頭前進(jìn)成較高且較靠近礦層邊界的示例；

圖14c例示了對于100次截割沒有巖石被碰撞之后的變窄的分布；并且

圖14d例示了具有挖礦頭3σ值的挖礦頭分布和具有礦層邊界3σ值的礦層邊界分布。

具體實施方式

參照圖1，存在包括主采區(qū)順槽101和尾采區(qū)順槽102的地下煤礦床100。采區(qū)順槽限定要開采的目標(biāo)煤礦層103。開采機104在截割面105上漸進(jìn)地橫切移動。

截割模型和礦層模型

在開采作業(yè)之前的勘測期間，基于鉆孔礦樣106來表征煤礦層103的特征。鉆孔礦樣106包括煤的頂層108、標(biāo)志帶110以及煤的底層112。標(biāo)志帶110可以是與頂層108或底層110不同類型的煤(諸如不同組成的化學(xué)物質(zhì))，或者可以為粘土或其他沉積材料的層。標(biāo)志帶110可以比圖1中所示的與煤層108和煤層112成比例地薄。在標(biāo)志帶110的上限與頂煤層108的上限之間定義了第一距離114。類似地，在標(biāo)志帶110的下限與底煤層112的下限之間定義了第二距離116。

在一些示例中，鉆孔礦樣106包括一個以上的標(biāo)志帶，并且在這些情況下，第一距離114被定義為頂標(biāo)志帶的上限與頂煤層的上限之間的距離。類似地，第二距離116被定義為底標(biāo)志帶的下限與底煤層116的下限之間的距離。為簡單起見，以下描述假定了單個標(biāo)志帶110，但也可應(yīng)用于多個標(biāo)志帶。

因為煤礦層經(jīng)由跨區(qū)域均等沉積材料的沉積過程來產(chǎn)生，所以可以假定第一距離114和第二距離116在煤礦層103的大部分中保持恒定。因此，示例礦層模型包括兩個距離，并且可以包括若干層，諸如：

礦層模型：

層數(shù)(numberOfLayers)＝8

距頂層的距離(distanceFromTopLayer)＝1000 //單位為mm

距底層的距離(distanceFromBottomLayer)＝2000 //單位為mm

在一些示例中，層110、層112以及層110在整個礦層103上不是恒定的。礦層103可以示出逐漸變化，該逐漸變化可以由各種內(nèi)插模型(諸如高斯混合模型)表示，以分別表示礦層103的空間幅度上的距離114和距離116。礦層103還可以示出急劇變化(諸如斷層線)。在這些情況下，模型可以被分成在斷層線處相遇的多個子模型。

例如，礦層103可以在如圖1中的實心盤指示的各點(諸如示例勘測點120)處勘測。在這些勘測點處，鉆孔礦樣、地震測試以及其他勘測技術(shù)可以被應(yīng)用以提取層信息，然后該層信息可以被內(nèi)插。

圖1還示出了長壁開采機104將要在當(dāng)前通過中開采礦層103的截割面處的頂距離122和底距離124。因為長壁開采機104裝備有絕對位置傳感器，所以可以確定長壁開采機104相對于礦層103的位置?；诘V層模型和機器104的位置，可以準(zhǔn)確地預(yù)測距離122和距離124。然后，開采機104可以基于距離122和距離124調(diào)整挖礦頭的豎直移動，以在不開采上方或下方巖層的情況下回采最大量的煤。

在一個示例中，實時執(zhí)行挖礦頭的豎直移動，這可以意味著在確定長壁開采機104已通過頂部支撐件中的一個時調(diào)整豎直移動。

用于確定煤礦層特征的傳感器126可以安裝在開采機104上和/或安裝在頂部支撐件110中的一個或更多個上。在一個實施方式中，傳感器安裝在開采機和頂部支撐件的至少一部分這兩者上。在該實施方式內(nèi)，在前進(jìn)中的開采機前面的頂部支撐件傳感器提供將要截割煤礦層的特征。該特征可以包括礦層組成的變化，礦層組成的變化包括煤的等級或從煤到無機物層的過渡。由傳感器和至少2D確定裝置100確定的煤特征的相對位置可以使用幾何計算來確定。這使得能夠準(zhǔn)確地知道相對于開采機的煤特征的空間位置。因此，開采機可以能夠在預(yù)計到煤特征的變化的情況下調(diào)整設(shè)置或運行工況。例如，挖礦機機頭致動器可以被啟動以使挖礦機機頭向上移動，以遵循煤礦層邊界的變化。

例如，傳感器126可以是安裝在開采機104上的紅外照相機和處理器128，其接收圖像并諸如通過應(yīng)用邊緣找尋算法(諸如索貝爾(Sobel))來檢測層結(jié)構(gòu)。然后，處理器128可以計數(shù)從底行到最低邊緣以及從頂行到頂邊緣的在中央像素列處的像 素的數(shù)量。然后，處理器128可以基于焦距和芯片尺寸將像素數(shù)轉(zhuǎn)換成豎直距離。然后，這些測量結(jié)果確定已由機器104開采的面的頂距離130和底距離132。

軌道134沿著礦層103引導(dǎo)開采機104，并且多個頂部支撐件136隨著機器104通過而將軌道134向前移動。

在機器104在礦層上的各次通過期間，傳感器126確定沿著礦層103的多個點處的煤礦層特征。然后，處理器128可以基于該數(shù)據(jù)確定截割模型。

在一個示例中，機器104包括測量標(biāo)志帶距傳感器126的距離的激光測距儀。這樣，基于機器104的絕對位置以及激光測距儀的方向，處理器128可以計算由傳感器126成像的面的絕對位置。

圖2a例示了與如上所述的層108、層110以及層112有關(guān)的截割模型200。在該示例中，傳感器126沿著捕捉十一個測量結(jié)果，并且各測量結(jié)果與沿著索引軸線202的索引關(guān)聯(lián)。處理器128可以根據(jù)以下偽代碼段來建立截割模型：

如可以從截割模型200看出的，礦層103向下下降，并且被定位為在右手側(cè)204比在左手側(cè)206上深。然而，機器104沿著水平平面穿過礦層103。因此，存在在礦層的右手側(cè)204處，機器204開采頂部并浪費底部處的煤的風(fēng)險。處理器128計算截割模型的頂距離208與礦層模型的頂距離122之間的差。類似地，處理器128計算截割模型的底距離210與礦層模型的底距離124之間的差。然后，處理器128確定挖礦頭的校正，以補償差。

要注意的是，圖2a中的截割模型200可以對應(yīng)于開采面的一部分。例如，截割模型200對應(yīng)于圖1中被示出為當(dāng)前通過期間開采的一直到圖1中的傳感器128的位置的部分。換言之，索引＝11的傳感器測量結(jié)果為圖1中所示的傳感器128的當(dāng)前位置處最新的傳感器128的測量結(jié)果?；诘V層模型和截割模型200，處理器128可以預(yù)測在前面的礦層特征。因此，處理器128可以校正挖礦頭的最大高度和最小高度， 以適應(yīng)礦層103的變化。在這種情況下，處理器128可以將挖礦頭動作預(yù)先調(diào)整為逐漸降低，以適應(yīng)下降的礦層103。因此，開采較少的巖石且較多的煤，因而這樣得到更有益的整體操作。

在一個示例中，處理器128在各次通過期間確定二維截割模型200并將多個二維截割模型組合成單個三維礦層模型。

在一個示例中，來自不同傳感器中的每個傳感器的礦層表征數(shù)據(jù)被聚合成矩陣數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中，各傳感器讀數(shù)與X、Y及Z坐標(biāo)關(guān)聯(lián)，諸如對于來自固定全局基準(zhǔn)的位置X＝1,000mm、Y＝3,000mm、Z＝2,000mm處的一個IR測量結(jié)果，[(1000,3000,2000,255)]并且像素值為255，這在8位分辨率的示例中對應(yīng)于飽和的白色。矩陣輸入還可以包括在相同位置處捕捉的進(jìn)一步傳感器數(shù)據(jù)(諸如16ns的反射時間“16”：[(1000,3000,2000,255,16)])。在傳感器捕捉未在傳感器之間對齊的位置處的數(shù)據(jù)的情況下，可以如下面進(jìn)一步描述來執(zhí)行傳感器校準(zhǔn)。傳感器校準(zhǔn)可以與內(nèi)插組合，以計算缺失值。在一個示例中，傳感器數(shù)據(jù)矩陣與恒定距離的網(wǎng)格(grid)有關(guān)，使得網(wǎng)格的點沿各方向隔開例如100mm。然后，對照彼此校準(zhǔn)傳感器，以提供在這些標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格坐標(biāo)處的傳感器數(shù)據(jù)。該矩陣中所存儲的傳感器數(shù)據(jù)可以為直接傳感器讀數(shù)(諸如像素值或反射延遲)，或者可以為導(dǎo)出的材料特性(諸如硫含量、硬度、電滲透性等)。

數(shù)據(jù)可以表示成由以下方程式表征：

M_Vs＝f[X(a,b,c…)i,ii,iii..,Y(a,b,c…)i,ii,iii..,Z(a,b,c…)i,ii,iii..,]

其中，i、ii、iii涉及不同的傳感器，并且a、b、c涉及空間中的不同點。

圖2b例示了截割模型200的機器性能維數(shù)250。在該示例中，機器104測量挖礦頭的轉(zhuǎn)速或供給給挖礦頭以維持恒定速度的電功率。圖2b的亮區(qū)域指示轉(zhuǎn)速較高或功耗較低的礦層面的區(qū)域。暗區(qū)域指示轉(zhuǎn)速較低或功耗較高的區(qū)域。

當(dāng)將圖2b連同圖2a一起考慮時，可以看出，隨著礦層103下降并且挖礦頭漸進(jìn)地截割到頂部巖層，朝向圖2b的右頂角的對應(yīng)區(qū)域變黑，這指示更硬的巖石。因此，處理器128可以把圖2b的性能數(shù)據(jù)作為進(jìn)一步的傳感器輸入并將性能數(shù)據(jù)解析為將要回采材料的礦層的相關(guān)表征數(shù)據(jù)。因此，處理器128可以在不使用傳感器126但僅基于性能數(shù)據(jù)的情況下生成截割模型200。另選地，處理器128可以將來自IR傳感器126的測量結(jié)果和性能數(shù)據(jù)組合來以獲得比僅用單個傳感器更準(zhǔn)確的結(jié)果。

為了將機器104的當(dāng)前位置與礦層103的坐標(biāo)相關(guān)，機器104可以包括至少2D 位置確定裝置140。處理器128可以基于由該至少2D位置確定裝置140提供的絕對坐標(biāo)和所測量到的性能數(shù)據(jù)來更新礦層模型。該至少2D位置確定裝置140優(yōu)選地為3D位置確定裝置，該3D位置確定裝置優(yōu)選地為慣性導(dǎo)航裝置(INS)，其優(yōu)選地包括陀螺儀和加速度計。

用于確定煤礦層特征的優(yōu)選傳感器126為IR傳感器或熱傳感器。在US8622479或US8469455中描述了適當(dāng)?shù)腎R傳感器或熱傳感器，此處以引證的方式并入。傳感器通常安裝在可移動車架上。可以使用一個或更多個傳感器。優(yōu)選的是，該傳感器位于可移動車架的各端處。傳感器的位置可以變化，以確?？梢栽谕弦泛鸵龑?dǎo)位置這兩者中的礦層映射期間從煤礦層獲得足夠質(zhì)量的數(shù)據(jù)。圖5a和圖5b例示了被定位于可移動車架60的拖曳端處的傳感器60，該傳感器可以從拖曳端開始掃描新截割礦層面的熱圖像。在返回路徑上，傳感器60現(xiàn)在處于引導(dǎo)位置中，并且能夠在回采之前重新掃描同一表面。

通過隨著截割頭50、55沿著礦層面橫切移動而映射截割面的熱圖像，傳感器能夠向處理器65發(fā)送信號，以用來自慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)45的附加輸入形成礦層模型。通過知道INS 45與傳感器60之間的距離和傳感器面向礦層壁的角度以及開采機相對于煤礦層面的對齊，可以將該熱成像和空間定位數(shù)據(jù)組合以形成3D礦層模型。該3D礦層模型可以用于檢測煤等級的變化和/或煤礦層與無機物的邊界。處理器可以參考礦層模型以生成或更新預(yù)期截割曲線，來確保挖礦機機頭維持在煤礦層內(nèi)。

在回程(即，第二次橫切，圖5b)時，傳感器可以重新掃描截割面并通過使用可以用于與第一次橫切時的截割面空間匹配的標(biāo)識特征來校準(zhǔn)預(yù)期截割曲線。該操作借助生成至少部分交疊的礦層模型的第一次橫切和第二次橫切來實現(xiàn)，由礦層表征傳感器生成的辨別礦層特征能夠由處理器來進(jìn)行空間匹配，并且如果標(biāo)識特征的空間位置之間的誤差在預(yù)定界限之外，則校正預(yù)期截割曲線的絕對坐標(biāo)位置。由此，礦層表征傳感器可以用于生成開采機可以自校準(zhǔn)所對照的一個或更多個基準(zhǔn)點。

在另選實施方式中，傳感器被定向到礦層的頂部或底部，以捕捉與頂部負(fù)荷和穩(wěn)定性有關(guān)的表征數(shù)據(jù)，該表征數(shù)據(jù)可以被類似地集成到礦層模型中并用于隨著挖礦機機頭沿著預(yù)期截割曲線前進(jìn)而向頂部支撐件系統(tǒng)提供引導(dǎo)或控制。

在另一個示例中，傳感器安裝在頂部支撐件136上并收集將要回采材料的礦層的數(shù)據(jù)。頂部支撐件上的傳感器除了在各頂部支撐件向前移動軌道的前進(jìn)階段期間之外 是固定的。因此，頂部支撐件的傳感器可以在當(dāng)前通過開始時第一次收集表征數(shù)據(jù)，并且在機器104已通過之后第二次收集在下一次通過期間將要被開采的新創(chuàng)建面的表征數(shù)據(jù)。這樣，傳感器創(chuàng)建機器104前面的礦層103的側(cè)視圖，這允許更準(zhǔn)確地控制挖礦頭。

使用探地雷達(dá)

在進(jìn)一步的示例中，機器104包括探地雷達(dá)(GPR)系統(tǒng)。特定用途寬帶(900MHz)雙基地脈沖雷達(dá)可以用于產(chǎn)生1-2ns脈沖，這產(chǎn)生高分辨率短程(100cm)回音數(shù)據(jù)。雷達(dá)系統(tǒng)可以使用以50Hz的速率在30kHz(12位ADC)處獲取的T＝500數(shù)據(jù)點。雷達(dá)系統(tǒng)可以指向頂部或底部，以在機器104通過之前和/或之后測量從露出的材料面到地下界面邊界的距離。處理器128可以根據(jù)計算材料厚度，其中，d為材料厚度，c為光速，τ為所測量的雙向行程時間，并且ε為具有示例值4.5的介質(zhì)的介電常數(shù)。

圖3例示了具有標(biāo)志帶110和頂部巖層302以及底部巖層304的煤礦層103。在該示例中，目的是豎直控制挖礦頭306，使得恒定煤層保持在頂部巖層302下方且在底部巖層304上方。開采機104包括如上所述的GPR系統(tǒng)304。GPR系統(tǒng)304朝向頂部巖層302發(fā)送第一雷達(dá)信號308。第一雷達(dá)信號308被采空區(qū)中的空氣與煤礦層103之間的第一界面310部分反射。處理器128可以基于雷達(dá)信號的傳播時間來確定機器104距第一界面310的第一距離。該第一距離應(yīng)等于挖礦頭306的最大高度，并且處理器128存儲該第一距離。另選地，機器104可以包括激光測距儀，該激光測距儀確定采空區(qū)的高度，識別來自第一界面的第一反射，并且確定第一距離。

第二反射可以從煤礦層103與頂部巖層302之間的第二界面312來測量。處理器128確定到第二界面的第二距離，并且因此可以為了確定覆蓋頂部巖層302的煤的厚度而計算第一距離與第二距離之間的距離。

處理器128可以存儲GPR系統(tǒng)304機器104的豎直偏移，并且因此可以確定頂部巖層302距離標(biāo)志帶110的頂?shù)木嚯x。因此，處理器128可以更新礦層模型的頂距離114。

另選地，當(dāng)機器104通過礦層103中的斷層時，頂部巖層302的距離急劇變化。當(dāng)根據(jù)之前的測量結(jié)果(諸如勘測測量結(jié)果或之前通過)而準(zhǔn)確知道斷層的位置時，處理器128可以在根據(jù)所反射的雷達(dá)信號檢測斷層時將機器104的位置更新為在該斷 層的位置處。然后，在下一通過期間，處理器128可以在預(yù)計道該斷層的情況下調(diào)整挖礦頭306的高度，以在斷層之前和之后將可接受的煤層維持在頂部巖層302下方。

類似地，GPR系統(tǒng)304朝向底部巖層304發(fā)送第二雷達(dá)信號，其中，第二雷達(dá)信號被第三界面316和第四界面318反射，這允許處理器128關(guān)于底部巖層304執(zhí)行上述計算。

要注意的是，開采機104可以為包括第二挖礦頭(圖3中未示出)的長壁采礦機或者可以為具有截割滾筒形式的挖礦頭306的連續(xù)開采機。在連續(xù)采礦機的示例中，圖1中的傳感器126可以測量到機器104的兩側(cè)(即，到圖3的平面中和從圖3的平面離開)的煤礦層103的特征。

傳感器校準(zhǔn)

在一些示例中，因為IR傳感器126、GPR系統(tǒng)304以及INS系統(tǒng)140安裝在機器104的不同位置處，所以它們彼此隔開。因此，它們在某一特定時間點的測量結(jié)果不是嚴(yán)格捕捉相同特征。然而，在安裝傳感器時可以測量這些傳感器之間的距離，并且該距離由處理器128存儲在數(shù)據(jù)儲存器上。這樣，傳感器可以通過對照彼此而校準(zhǔn)。具體地，來自各傳感器的數(shù)據(jù)可以需要與關(guān)于全局基準(zhǔn)的絕對位置關(guān)聯(lián)。INS系統(tǒng)140可以確定該絕對位置，并且處理器128可以添加傳感器距INS系統(tǒng)140的距離，以確定傳感器的絕對位置。進(jìn)一步地，來自里程表的信號可以用于對齊來自不同傳感器的測量結(jié)果。即，代替用捕捉時間標(biāo)記傳感器數(shù)據(jù)，傳感器數(shù)據(jù)可以用受由傳感器之間的距離引起的已知偏離影響的里程表讀數(shù)來標(biāo)記。

在又一示例中，處理器128諸如通過檢測來自GPR 304雷達(dá)反射信號中的急劇變化來檢測礦層的表征數(shù)據(jù)中的特征。該急劇變化還應(yīng)在IR傳感器126穿過同一斷層時的IR傳感器126數(shù)據(jù)中是可見的。因此，通過檢測IR傳感器數(shù)據(jù)中的同一斷層，處理器128可以空間地對齊兩個數(shù)據(jù)流，并且可以彼此對照校準(zhǔn)兩個傳感器。

圖4例示了用于控制機器104并且具體地控制挖礦頭306的上限的分層決策樹模型400。決策樹模型400可以以嵌套的如果－則－否則語句的形式或作為狀態(tài)機存儲在數(shù)據(jù)存儲器中。決策樹400在與挖礦頭306的轉(zhuǎn)速有關(guān)的RPM節(jié)點402處開始。如果轉(zhuǎn)速低，這意味著機器104可能到達(dá)上巖層302，并且處理器128降低404挖礦頭306的上限。如果轉(zhuǎn)速正常，則處理器128進(jìn)行到GPR節(jié)點406，該節(jié)點與如參照圖3描述的頂部巖層302下方的煤的厚度有關(guān)。如果煤層同樣地太薄，則處理器 128降低404上限。如果層太厚，則處理器128提高412上限。如果層在規(guī)范之內(nèi)，則處理器128繼續(xù)到IR節(jié)點410，該節(jié)點與礦層103的被開采面內(nèi)的標(biāo)志帶110的位置有關(guān)。如果標(biāo)志帶110向上傾斜，則認(rèn)為斜井上升，這使得處理器128提高412上限。相反地，如果標(biāo)志帶110向下傾斜，則認(rèn)為斜井下降，這使得處理器128降低404上限?？梢远ㄆ诘?諸如每隔一秒或在開采特定距離(諸如一米))評估決策樹模型?？梢詫τ谙孪拗贫愃频臎Q策樹。

參照圖6，處理器接收與開采機的絕對空間定位有關(guān)的數(shù)據(jù)以及與礦層特征有關(guān)的數(shù)據(jù)。處理器將來自當(dāng)前截割的新獲取的礦層特征和空間定位與現(xiàn)有勘測礦層數(shù)據(jù)集成，以形成產(chǎn)生預(yù)期截割曲線的更新后的礦層模型。礦層模型和截割模型存儲在存儲裝置中，處理器在預(yù)計開采機將要經(jīng)歷的開采情況的變化時分析礦層模型和/或截割模型并在預(yù)計到這些變化的情況下調(diào)整控制(包括發(fā)出警報)。軌道移動控制、頂部支撐件移動控制以及挖礦機機頭移動控制中的一個或更多個用于沿著預(yù)期截割曲線引導(dǎo)開采機。所預(yù)計的礦層情況的變化還可能引起開采機操作參數(shù)(包括頂部支撐件壓力和挖礦機橫切速度)的變化。在回采礦層時，礦層模型優(yōu)選地被轉(zhuǎn)換成除了與已回采的礦層的開采機性能有關(guān)的數(shù)據(jù)之外還包括礦層特征以及空間定位的截割模型。通過用預(yù)測的相互作用分析開采機與礦層的實際相互作用，可以調(diào)整或校準(zhǔn)礦層模型。

關(guān)于控制挖礦機機頭在所定義的煤礦層邊界之間行進(jìn)的水平控制，預(yù)期截割曲線可以參考截割模型、礦層模型或其組合來形成。如圖7例示，存在如由熱IR傳感器檢測的礦層邊界200。開采機已經(jīng)進(jìn)行跨礦層的數(shù)次橫切移動210。這樣做時，預(yù)期截割曲線圍繞礦層邊界中的急劇變化面220行進(jìn)。雖然當(dāng)前的預(yù)期截割曲線可以通過僅使用礦層模型來圍繞礦層邊界中的急劇變化面220行進(jìn)，但用該方法的問題是礦層模型僅可提供礦層邊界的2D圖像，這可能導(dǎo)致移除與礦層邊界交叉的礦層的3D部分。為了在3D(即，進(jìn)入到礦層中)中提供礦層邊界的位置的預(yù)測，那么存在兩個可能的解決方案。第一，傳感器可以用能夠提供到礦層中的數(shù)據(jù)的傳感器來替換或補充(例如，探地雷達(dá)可以用于訪問邊界的位置)。第二，3D截割模型中的急劇變化面的位置可以用于外推到礦層中的礦層邊界的位置。

當(dāng)沿著采區(qū)順槽邊界檢測到礦層邊界的急劇變化面230時，可以使用內(nèi)插來提供可以確定預(yù)期截割曲線的3D礦層模型。

可以在圖8的幫助下例示3D礦層模型和3D截割模型的形成。在優(yōu)選實施方式內(nèi)，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)安裝在開采機上，并且提供與由處理器接收的、與開采機的當(dāng)前3D空間位置有關(guān)的輸出數(shù)據(jù)信號。輸出數(shù)據(jù)信號還由與礦層特征有關(guān)的一個或更多個傳感器來提供。與礦層數(shù)據(jù)有關(guān)的輸出數(shù)據(jù)信號可以包括對應(yīng)于礦層面的2D位置的輸出數(shù)據(jù)的2D矩陣。傳感器還可以例如在傳感器為探地雷達(dá)時產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)的3D矩陣。包括礦層表征數(shù)據(jù)的各輸出數(shù)據(jù)信號標(biāo)記到對應(yīng)于礦層特征與開采機有關(guān)的時間和地點的開采機的3D位置。執(zhí)行幾何計算，以相對于開采機的位置校準(zhǔn)表征數(shù)據(jù)的2D矩陣的3D位置。優(yōu)選的是，里程表輸出信號(未示出)還作為輸入向處理器提供，使得可以解釋開采機INS位置與礦層特征之間的任意空間偏移，使得處理器可以開發(fā)3D礦層模型，根據(jù)該3D礦層模型，處理器可以預(yù)計對開采機的所需變化，并且或者通過向致動器發(fā)送信號來直接啟動這些變化或者通過向控制警報發(fā)送信號以通知操作員監(jiān)測并考慮改變特定控制來間接地啟動這些變化。

隨著開采機從礦層回采產(chǎn)品，加工機器設(shè)置和性能輸出數(shù)據(jù)信號還可以與標(biāo)記到開采機的空間位置的輸出以及被回采的產(chǎn)品的礦層特征一起輸入到處理器中。處理器將該信息整理到3D截割模型(未示出存儲器存儲裝置)中。3D截割模型可以被處理器使用預(yù)計在訪問當(dāng)前3D礦層模型時需要哪些機器設(shè)置。從歷史礦層和機器數(shù)據(jù)(例如，3D截割模型)學(xué)習(xí)優(yōu)選地用于優(yōu)化開采機的將來操作設(shè)置。處理器優(yōu)選地包括使得開采機能夠?qū)⒔馗钅Ｐ秃偷V層模型分析并入來自過去操作設(shè)置的期望結(jié)果和實際結(jié)果中的學(xué)習(xí)算法。

在一個示例中，截割模型和/或礦層模型包括置信值。置信值可以為用于整個模型的單個值，或者可以包括用于模型的各點(諸如網(wǎng)格的各點或模型的各支撐件點)的一個值。置信值可以在開采過程開始時、在礦層的測量受限時低。置信值還可以隨著距離測量的距離而減小。例如，鉆孔礦樣120可用的點處的置信值高(諸如0.9)，而鉆孔礦樣120之間的中間處的置信值低(諸如0.1)。

這里所述的從傳感器獲取機器性能數(shù)據(jù)、IR圖像數(shù)據(jù)、GPR數(shù)據(jù)以及其他礦層表征數(shù)據(jù)增大測量數(shù)據(jù)的點處的置信值。具體地，如果傳感器數(shù)據(jù)確認(rèn)當(dāng)前礦層模型(即，傳感器數(shù)據(jù)與由礦層模型預(yù)測的數(shù)據(jù)相同)，則置信值增大。處理器128可以計算更新置信值并存儲與礦層模型關(guān)聯(lián)的更新后的值。

在另一個示例中，處理器128根據(jù)c＝1-exp(-(1/(a1×d1+a2×d2+a3×d3)計算置信 度得分c，其中，d1、d2以及d3分別為三個傳感器的傳感器測量結(jié)果與礦層模型之間的差異，并且a1、a2以及a3為各傳感器的加權(quán)值。這樣，如果全部三個傳感器(諸如IR照相機、GPR以及功耗)產(chǎn)生相同的頂距離122，則置信值將為c＝1。加權(quán)值可以指示與置信度得分關(guān)聯(lián)的點到測量的位置的距離。

圖9例示了用于控制機器104的一個或更多個參數(shù)的計算機系統(tǒng)900。計算機系統(tǒng)900包括處理器902，該處理器902對應(yīng)于圖1中的處理器128，連接到程序存儲器904、數(shù)據(jù)存儲器906、通信端口908以及用戶端口910。通信端口可以為CAN總線接口，并且連接到GPR系統(tǒng)304、IR傳感器126以及激光測距儀911。

程序存儲器904為永久計算機可讀介質(zhì)(諸如硬盤、固態(tài)盤或CD-ROM)。軟件(即，程序存儲器904上所存儲的可執(zhí)行程序)使得處理器902執(zhí)行圖10中的方法(即，接收數(shù)據(jù)，生成礦層模型和/或截割模型，并且生成控制機器104的一個或更多個參數(shù)的輸出數(shù)據(jù)信號)。術(shù)語“確定模型”是指計算指示模型的一個或更多個值。這還應(yīng)用于有關(guān)術(shù)語。

處理器902然后可以將模型值存儲在數(shù)據(jù)儲存器906上(諸如在RAM或處理器寄存器上)。處理器902還可以經(jīng)由通信端口908向服務(wù)器(諸如礦山控制服務(wù)器)發(fā)送所確定的模型值。

處理器902可以從數(shù)據(jù)存儲器906以及從通信端口908和用戶端口910接收數(shù)據(jù)(諸如礦層表征數(shù)據(jù))，該用戶端口910連接到向用戶916(諸如機器操作員)示出礦層模型和/或截割模型的可視化表示形式914的顯示器912。在一個示例中，處理器902諸如通過使用根據(jù)IEEE 802.11的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由通信端口908從傳感器304、傳感器126以及傳感器911接收礦層表征數(shù)據(jù)。Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)可以為分散式自組織網(wǎng)絡(luò)，使得不需要專用的管理基礎(chǔ)設(shè)施(諸如路由器)，或者為具有管理網(wǎng)絡(luò)的路由器或接入點的集中式網(wǎng)絡(luò)。

在一個示例中，處理器902實時接收并處理礦層表征數(shù)據(jù)。這意味著處理器902每當(dāng)從傳感器304、傳感器126以及傳感器911中的一個接收礦層表征數(shù)據(jù)時確定礦層模型和/或截割模型，并且在傳感器發(fā)送下一更新之前完成該計算。

雖然通信端口908和用戶端口910被示出為明顯的實體，但要理解，任意種類的數(shù)據(jù)端口(諸如網(wǎng)絡(luò)接線、存儲器接口、處理器902的芯片封裝的引腳或邏輯端口(諸如IP套接口))可以用于接收數(shù)據(jù)或存儲在程序存儲器904上并由處理器902執(zhí)行的 功能參數(shù)。這些參數(shù)可以存儲在數(shù)據(jù)存儲器906上，并且可以經(jīng)由源代碼中的值或參考(即，作為指針)來處理。

處理器902可以借助全部這些接口來接收數(shù)據(jù)，這些接口包括易失性存儲器(諸如緩存或RAM)或非易失性存儲器(諸如光學(xué)硬盤、硬盤驅(qū)動器、存儲服務(wù)器或云端存儲)的存儲器訪問。計算機系統(tǒng)900還可以在云計算環(huán)境(諸如被管理的一組互聯(lián)服務(wù)器做動態(tài)數(shù)量的虛擬機的主人)中實施。

要理解的是，任意接收步驟可以以處理器902確定或計算稍后接收的數(shù)據(jù)為先導(dǎo)。例如，處理器902確定諸如通過預(yù)過濾原傳感器數(shù)據(jù)來確定礦層表征數(shù)據(jù)，并且將礦層表征數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)存儲器906(諸如RAM或處理器寄存器)中。然后，處理器902諸如通過將所讀取的信號連同存儲器地址一起提供來從數(shù)據(jù)存儲器906請求數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲器906將數(shù)據(jù)提供為物理位線上的電壓信號，并且處理器902經(jīng)由存儲器接口接收礦層表征數(shù)據(jù)。

要理解的是，貫穿本公開，除非另外敘述，節(jié)點、邊緣、曲線圖、解決方案、變量、截割模型、礦層模型等是指物理地存儲在數(shù)據(jù)存儲器906或由處理器902處理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，為了簡潔起見，在對特定變量名稱(諸如“截割模型”或“礦層模型”)進(jìn)行參考時，這將被理解為是指被存儲為計算機系統(tǒng)900中的物理數(shù)據(jù)的變量值。

圖10例示了如由處理器802執(zhí)行的、用于控制開采機104的一個或更多個參數(shù)的由計算機實施的方法1000。圖10將被理解為軟件程序的設(shè)計圖，并且可以逐步地實施，使得圖10中的各步驟由編程語言(諸如C++或Java)中的函數(shù)來表示。然后，產(chǎn)生的源代碼被編譯并作為計算機可執(zhí)行指令存儲在程序存儲器904上。

方法1000通過處理器802從位置確定裝置140接收1002輸出數(shù)據(jù)信號開始。處理器802還從傳感器(諸如GPR系統(tǒng)304、IR照相機126或激光測距儀811)接收1004輸出數(shù)據(jù)信號。然后，處理器1006如參照圖1、圖2a以及圖2b所述的生成礦層模型和/或截割模型。所生成的礦層模型和/或截割模型包括煤礦層的空間位置和附著到空間位置或與空間位置偏離的煤礦層的一個或更多個特征。

基于礦層模型和/或截割模型數(shù)據(jù)，處理器802預(yù)計對一個或更多個開采機參數(shù)的所需的改變，并且生成1008控制開采機104的一個或更多個參數(shù)的輸出數(shù)據(jù)信號。例如，處理器802生成控制挖礦頭306的豎直致動器的信號，以如上所述的在頂部和 底部上維持恒定的煤覆蓋。

處理器802可以發(fā)送用于調(diào)整開采機設(shè)置、參數(shù)中的一個或更多個的輸出信號，和/或向操作員提供用于用信號通知應(yīng)監(jiān)測或改變什么機器設(shè)置或參數(shù)警報，。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以在不偏離如權(quán)利要求中所限定的范圍的情況下對具體實施方式進(jìn)行許多變型和/或修改。

以下描述提供關(guān)于解決不準(zhǔn)確和不精確的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。這些示例描述了執(zhí)行多次通過并在各通過之后前進(jìn)到礦層中的長壁采礦機。這些通過還可以稱為順序截割，這還應(yīng)用于使截割頭上下移動以進(jìn)行順序截割的連續(xù)開采機或巷道掘進(jìn)機。連續(xù)開采機/巷道掘進(jìn)機也前進(jìn)到順序截割之間的礦層中。

雖然以下示例例示了將本發(fā)明用于控制開采機相對于礦層的豎直定位(例如，水平控制)，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，本發(fā)明還可以用于面對齊(側(cè)向定位)和蠕變控制(縱向定位)。

在開采機104開始回采過程之前(即，在開始首次通過之前)，處理器128具有可用于控制開采機104的很少信息(即，礦層模型具有較高程度的不確定性)。因此，因為可用數(shù)據(jù)不允許安全自主操作，所以可以人工操作若干個首次通過(諸如五個首次通過)。

隨著開采機104在首次通過期間在礦層上橫切移動，IR傳感器304收集標(biāo)志帶110的IR圖像。處理器128確定IR圖像中標(biāo)志帶110的位置。然后，處理器128基于來自INS系統(tǒng)140的絕對坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)以及IR傳感器126與INS系統(tǒng)140之間的空間關(guān)系確定標(biāo)志帶的絕對坐標(biāo)位置。處理器128還對于沿著縱軸線202的各位置存儲IR圖像內(nèi)的標(biāo)志帶的絕對坐標(biāo)位置，作為截割模型。

當(dāng)開采機104在沿相反方向的第二次通過期間在礦層上橫切移動時，處理器128可以從存儲器檢索標(biāo)志帶110的對應(yīng)位置，并將所存儲的位置與在第二次通過期間當(dāng)前測量的位置進(jìn)行比較。即，處理器128外推所開發(fā)的截割模型，以確定所期望的標(biāo)志帶110的位置。理想地，因為大多數(shù)回采操作的目的是將標(biāo)志帶保持在恒定水平，所以所期望的位置與當(dāng)前位置應(yīng)相同或在預(yù)定的公差帶內(nèi)。如果是這樣(即，所期望的標(biāo)志帶110的存儲位置等于當(dāng)前所測量的位置)，則處理器128確定收集礦層的表征數(shù)據(jù)在足夠準(zhǔn)確性的情況下適當(dāng)?shù)仄鹱饔?，并且可以切換到自主操作。在一些示例中，可以對于確定測量結(jié)果采取數(shù)次通過。為了檢測多個通過期間諸如下降礦層中的 標(biāo)志帶110的位置的任意變化，可以預(yù)定開始自主操作之前的通過的最小數(shù)量(諸如五個)。

如果所測量的標(biāo)志帶110的位置與所期望的位置不一致，則處理器128確定傳感器可能沒有正常工作。例如，IR傳感器126可能指向錯誤的方向或被覆蓋或被另外干擾。處理器128可以諸如通過發(fā)出報警信號來生成對操作員的通知。

在首次通過之前，礦層模型可以包括來自鉆孔礦樣的勘測數(shù)據(jù)。在該情況下，處理器128可以確定IR圖像中標(biāo)志帶110的位置與來自鉆孔礦樣的所期望的標(biāo)志帶的位置之間的差異。然后，處理器128可以向操作員建議改變，以按計劃跟隨標(biāo)志帶，和/或朝向所觀測的位置調(diào)整礦層模型。

在這些示例中，處理器128基于來自IR傳感器104的傳感器數(shù)據(jù)和礦層模型來控制開采機104。在開采機的當(dāng)前位置處，礦層模型提供所期望的礦層特征。例如，處理器128諸如經(jīng)由內(nèi)插從礦層模型確定所期望的距離標(biāo)志帶110的頂距離114和底距離116。換言之，處理器128推斷礦層邊界，并且假定標(biāo)志帶距離礦層邊界恒定距離。

IR傳感器126如上所述的提供頂距離114和底距離116的測量。模型值和測量結(jié)果經(jīng)由INS系統(tǒng)140所提供的絕對坐標(biāo)位置來l銜接。當(dāng)開采機104穿過礦層模型的具有高置信度得分的位置(諸如提取鉆孔礦樣的位置)時，礦層模型可以用于校準(zhǔn)IR傳感器。反之亦然，在鉆孔礦樣之間的位置處，來自IR傳感器126的礦層表征數(shù)據(jù)可以用于以更高的置信度得分來更新礦層模型。

進(jìn)一步地，在礦層模型的置信度得分高的位置處，礦層模型與IR傳感器數(shù)據(jù)之間的差異可以用于確定IR傳感器是否正常工作。例如，只要IR傳感器數(shù)據(jù)與礦層模型之間的差異在預(yù)定閾值(諸如0.1m)內(nèi)，則處理器128可以自主控制開采機104。否則，處理器128切換到人工操作，或者自動停止開采機104，直到操作員人工恢復(fù)操作為止。

在又一示例中，IR傳感器126被構(gòu)造為使得視野與可以的挖礦頭的位置交疊。因此，處理器128可以從IR傳感器數(shù)據(jù)確定挖礦頭的位置，或者在位置可以機器性能數(shù)據(jù)(即，回采裝置的定位設(shè)置)的形式使用時，處理器128可以確定IR傳感器126的準(zhǔn)確性。

處理器128還可以監(jiān)測由操作員進(jìn)行的控制輸入，并且將機器學(xué)習(xí)法應(yīng)用于隨著 時間的過去而學(xué)習(xí)操作員如何對變化情況作出反應(yīng)。更一般地說，處理器128執(zhí)行學(xué)習(xí)樣本包括作為特征的傳感器測量結(jié)果以及作為標(biāo)簽的操作員輸入的監(jiān)督式學(xué)習(xí)。隨著時間的過去，處理器128計算模型參數(shù)(諸如線性回歸或自組織地圖的因子)。為了計算模型參數(shù)，處理器128使訓(xùn)練樣本中的實際操作員輸入與基于學(xué)習(xí)樣本的模型參數(shù)和特征而計算的自主控制輸出之間的差異最小化。

圖11例示了由IR傳感器126提供的IR圖像1100，在該IR圖像1100中，較高的溫度被示出為黑色，并且更低的溫度被示出為白色。因為標(biāo)志帶的材料比周圍材料硬，所以IR圖像1100將標(biāo)志帶110清晰地示出為較暖色像素的線1120。另外，IR圖像1100包括第一環(huán)形1104和第二環(huán)形1106。隨著挖礦頭回采材料，材料與挖礦頭之間的摩擦使得挖礦頭升溫到高于周圍材料(即，壁面)的溫度。因此，IR傳感器126可以檢測到挖礦頭。第一環(huán)形1104為引導(dǎo)挖礦頭的圖像，而第二環(huán)形1106為拖曳挖礦頭的圖像。處理器126可以執(zhí)行模式識別算法和/或邊緣檢測算法，以確定環(huán)形1104和環(huán)形1106在圖像內(nèi)的位置。處理器128可以接收指示挖礦頭的位置的機器控制數(shù)據(jù)，并且可以將環(huán)形1104和環(huán)形1106的位置與機器數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

在圖11的示例中，IR圖像1100具有18行，并且處理器128存儲關(guān)于挖礦頭的最高位置環(huán)形1104和環(huán)形1106的底部應(yīng)處于行“4”(從頂部的“1”開始)中的信息。類似地，在挖礦頭的最低位置中，環(huán)形1104和環(huán)形1106的頂部應(yīng)處于圖11的示例圖像中的行“15”，處理器128確定引導(dǎo)挖礦頭處于最高位置中，并且拖曳挖礦頭處于最低位置中。處理器128將該結(jié)果與也應(yīng)指示挖礦頭的這些位置的機器控制數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

如果來自IR圖像的挖礦頭位置不同于機器控制數(shù)據(jù)，則處理器128根據(jù)歷史傳感器輸出檢測異常。例如，巖石或設(shè)備可能落在IR傳感器126上并改變IR傳感器126的位置或方向。在這些情況下，處理器128可以發(fā)出警報，中止自主操作，或者可以通過減去所測量的差來校準(zhǔn)IR傳感器126。例如，如果處理器128檢測到引導(dǎo)挖礦頭的底部處于行“6”處，但機器控制數(shù)據(jù)指示挖礦頭處于頂部處并且應(yīng)在行“4”中，則處理器128從整個圖像1100的各行數(shù)字減去“2”。這將使標(biāo)志帶1102有效地向上位移兩個像素。這樣，處理器128降低IR傳感器126的不準(zhǔn)確。

進(jìn)一步地，IR傳感器126可能經(jīng)受比挖礦頭的移動更快發(fā)生的振動。因此，處理器128可以使各IR圖像位移為使得環(huán)形1104和環(huán)形1106保持在恒定的位置處或 在隨后的IR圖像之間以每秒最大量的像素改變位置。這樣，處理器128降低IR傳感器126的不精確性。在又一示例中，IR圖像1100可以包括被表示為白色和黑色的兩個以上的溫度值。反而，灰度圖像可以表示寬范圍的不同溫度。通過比較隨后圖像之間的像素值，處理器128可以檢測溫度的變化。

圖12例示了包括標(biāo)志帶1202、第一環(huán)形1204以及第二環(huán)形1206的另一個IR圖像1200。在該示例場景中，開采機104在被描繪為略帶陰影的中等溫度下檢測標(biāo)志帶1202、第一環(huán)形1204以及第二環(huán)形1206的同時回采材料。然而，第一環(huán)形1204突然變?yōu)楹谏?，這向處理器128指示引導(dǎo)挖礦頭快速升溫。這在挖礦頭前進(jìn)到比所回采材料更硬的巖石中時發(fā)生，這使得摩擦增大并且發(fā)熱更多。

現(xiàn)在，處理器128可以推斷當(dāng)前位置處標(biāo)志帶與覆蓋層之間的距離108等于標(biāo)志帶110上方的挖礦頭的高度。換言之，機器控制數(shù)據(jù)提供用于開采機104有關(guān)的挖礦頭的高度。INS系統(tǒng)140提供開采機的絕對坐標(biāo)位置，該絕對坐標(biāo)位置允許處理器128確定挖礦頭的頂部的絕對坐標(biāo)位置。進(jìn)一步地，INS數(shù)據(jù)允許處理器128確定標(biāo)志帶110的絕對坐標(biāo)位置。最后，處理器128可以從IR圖像中的標(biāo)志帶1202的絕對坐標(biāo)位置減去挖礦頭的絕對坐標(biāo)位置，以確定頂距離114。然后，處理器128可以用絕對坐標(biāo)位置處的所確定的距離114更新礦層模型，并且增大所關(guān)聯(lián)的置信值。

除了IR傳感器126之外，GPR傳感器304可以提供進(jìn)一步降低不準(zhǔn)確性和/或不精確性。如參照圖3描述的，GPR傳感器304測量反射次數(shù)，然后，處理器128可以確定回采之后剩余的礦層的厚度，該厚度由圖3中的第一界面310與第二界面312之間的距離來表示?；夭蛇^程的目標(biāo)可以是恒定厚度例如0.5m以保持在頂部302下方且底部304上方的層。較低的目標(biāo)厚度可以產(chǎn)生較高的利潤，但還導(dǎo)致前進(jìn)到巖石中的風(fēng)險增加，這將引起磨損增大以及更高的更換成本。

降低礦層模型中的不準(zhǔn)確性可以允許在不增加前進(jìn)到巖石中的風(fēng)險的情況下減小目標(biāo)厚度。為了該目的，在開采過程開始時(即，例如，在五個首次通過期間)，因為礦層中的大多數(shù)位置處的置信值低，所以目標(biāo)厚度可以為保守的(諸如1m)。隨著開采機104前進(jìn)到礦層中(即，隨著頂部支撐件136向前移動)，GPR傳感器304移動到采空區(qū)中，并且可以測量圖2a中的各縱坐標(biāo)i處的剩余層的厚度。然后，處理器128可以將所測量的厚度與可以等于所預(yù)測的厚度的目標(biāo)厚度進(jìn)行比較。

例如，礦層模型預(yù)測2m的頂距離114，3m的底距離。因為該階段的置信值低， 所以處理器128設(shè)置1m的保守目標(biāo)厚度。因此，最大挖礦頭位置被設(shè)置為標(biāo)志帶上方1m和標(biāo)志帶下方2m處。隨著開采機104前進(jìn)到礦層(沿圖1中的y方向)，GPR傳感器308測量1.5m的頂部厚度，該頂部厚度不同于經(jīng)由模型預(yù)測的頂部厚度。因此，處理器128諸如通過對于所預(yù)測的厚度不同于所測量的厚度多于5％的各通過從當(dāng)前值減去0.1或從置信值減去用百分比表示的誤差來進(jìn)一步減小模型的置信值。即，處理器128對于5％誤差從置信值減去0.05。

在該示例中，開采機104前進(jìn)，并且在各次通過時，GPR傳感器304連續(xù)測量1.5m的相同頂部厚度，這意味著處理器128確定頂部厚度的高度一致性。這允許處理器128確定不存在傳感器不精確，并且允許處理器128通過加0.5m到頂距離114或通過加差異的10％到礦層模型來更新礦層模型。憑借所預(yù)測的厚度在所測量的厚度的5％內(nèi)的各通過，處理器128諸如通過加0.1來提高置信度得分。一旦置信度得分超過閾值(諸如0.8)，則處理器128控制開采機104的參數(shù)。即，處理器128諸如通過在各通過處加5cm以逐漸達(dá)到1m的目標(biāo)來逐漸地提高挖礦頭的上限。隨著置信度得分進(jìn)一步提高，處理器128甚至可以將低于1m的目標(biāo)降低到例如0.1m的最小值。

處理器128可以執(zhí)行反饋控制法，該反饋控制法包括與目標(biāo)厚度與所測量厚度之間的差成比例地調(diào)整挖礦頭的極限的比例(P)分量。反饋控制法還可以包括提供PID控制的積分(I)分量和/或微分(D)分量。注意的是，回采、前進(jìn)以及測量厚度之間的延遲可以被認(rèn)為是停滯時間并包括到PID控制中。使用反饋控制，處理器128可以調(diào)整挖礦頭的極限以適應(yīng)改變的礦層情況(諸如下降的礦層)。

在另一示例中，礦層模型示出了引起具有1m的臺階高度的頂距離114的向下臺階的斷層線。在預(yù)計到該臺階的情況下，處理器128可以線性地調(diào)整目標(biāo)厚度，使得就在斷層線之前的目標(biāo)厚度超出就在斷層線之后的目標(biāo)厚度1m。例如，斷層線之前的三個通過的各目標(biāo)厚度值為0.1m、0.4m以及0.7m。

進(jìn)一步地，處理器128可以將GPR測量結(jié)果與截割模型進(jìn)行比較。如果存在顯著差異，則處理器128更新截割模型。如果差異不明顯或不存在差異，則處理器128通過如上所述的提高置信度得分來驗證截割模型。處理器128可以外推截割模型，以預(yù)測礦層模型并控制挖礦頭的極限。例如，頂部厚度的GPR傳感器304的各測量結(jié)果小于之前通過的測量結(jié)果0.05m。這指示礦層下降，并且處理器128將下降的頂部 并入到截割模型中。通過外推截割模型，處理器128可以獨立于根據(jù)PID控制法的任意校正或除了根據(jù)PID控制法的任意校正之外在各通過處自動降低挖礦頭的上限0.05m。這樣，處理器128不對所觀測的目標(biāo)厚度與所觀測的厚度之間的差異作出反應(yīng)，而是搶先校正任意所預(yù)測的差異。這減少與大停滯時間關(guān)聯(lián)的控制問題。

在處理器128使用過低目標(biāo)厚度的情況下，IR傳感器126可以用于如參照圖12說明的提早檢測到巖層中的前進(jìn)。在處理器128一檢測到如由更黑的環(huán)形1204示出的挖礦頭的升溫時，處理器128就減小該位置處礦層模型的置信值，并且可以切換到人工模式，或者可以將目標(biāo)厚度增大到更保守的值。

上述示例示出了處理器128可以在一確定導(dǎo)致傳感器數(shù)據(jù)與礦層模型之間的不符的傳感器不準(zhǔn)確和/或不精確時，處理器128就減小礦層模型的置信值。然而，使用多個傳感器，不同傳感器之間可能存在不符。例如，IR傳感器126可以檢測升溫的挖礦頭，而機器數(shù)據(jù)不顯示所增加的功耗或所降低的RPM。

為了做出決定，處理器128可以評估反映專家域知識的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)。例如，采礦工程師知道功耗的增加或RPM的降低很可能指示前進(jìn)到巖層中。然而，采礦工程師還知道IR傳感器126對升溫更靈敏但容易被損壞或移動。因此，即使機器數(shù)據(jù)顯示沒有異常，但“冷”IR圖像在機器數(shù)據(jù)顯示功率增加/RPM降低時不指示未升溫，來自IR傳感器126的挖礦機機頭升溫的指示也指示前進(jìn)到巖層中。然而，如果GPR傳感器304測量到下一通過期間的足夠厚度，則任意升溫或功率/RPM變化意義不大。測量結(jié)果之間的這些關(guān)系可以由節(jié)點來表示，并且專家域知識由這些節(jié)點之間的概率來表示。然后，輸出節(jié)點可以增大/減小目標(biāo)厚度、更新礦層模型或增大/減小置信值的決定。

在另一個示例中，輸出節(jié)點為系統(tǒng)是否正常工作。在這種情況下，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的邊緣表示不同傳感器之間的相互關(guān)系。如果傳感器不同地運行(即，它們的相互關(guān)系不同于網(wǎng)絡(luò)中的相互關(guān)系)，則輸出節(jié)點指示系統(tǒng)中存在故障。在這種情況下，處理器128可以從自主操作切換到人工操作，或者可以安排維護(hù)程序。處理器128可以使用觸發(fā)動作響應(yīng)計劃(TARP)并啟動多個觸發(fā)器中的一個或更多個，以開始預(yù)定義的響應(yīng)(諸如機器維護(hù)、人工/自主控制、報警等)。

圖13更詳細(xì)地例示了圖3的開采機。如上所述，處理器128控制開采機104，并且具體地控制挖礦頭306的豎直位置。挖礦頭306的豎直位置加上挖礦頭的半徑定 義挖礦頭306的上截割面的豎直位置。處理器128可以基于從INS系統(tǒng)140接收的絕對坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)和機器幾何結(jié)構(gòu)計算挖礦頭306的上截割面的絕對坐標(biāo)位置。來自INS系統(tǒng)140的絕對坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確和/或不精確以及角度傳感器和其他機器參數(shù)的潛在進(jìn)一步變化還可能導(dǎo)致上截割面的豎直位置的不準(zhǔn)確和/或不精確。圖13以第一統(tǒng)計分布1302的形式例示了該不準(zhǔn)確和/或不精確。

類似地，礦層模型經(jīng)受圖13中以第二統(tǒng)計分布1304的形式例示的不準(zhǔn)確性和/或不精確性。分布1302和分布1304可以為如下所述的礦層模型和/或截割模型的一部分。

圖14a至圖14d例示了統(tǒng)計分布1302和統(tǒng)計分布1304的不同示例。注意的是，z坐標(biāo)如圖1所指示的指向豎直方向。因此，因為礦層邊界處于挖礦頭306上方，所以左手側(cè)上的分布與挖礦頭306有關(guān)，而右手側(cè)上的分布與礦層邊界有關(guān)。假定這些示例與回采過程期間挖礦頭306在再次向下移動之前假定最大豎直(z)位置的點有關(guān)。

圖14a例示了挖礦頭分布1402和礦層邊界分布1404在沒有任何實質(zhì)交疊的情況下彼此隔開的示例。這與盡可能避免開采覆蓋層的保守方法有關(guān)。然而，未開采覆蓋層下方的(即礦頂部中的)剩余煤，這降低作業(yè)的利益率。

圖14b例示了挖礦頭306前進(jìn)成較高且較靠近礦層邊界的示例。因此，挖礦頭分布1402和礦層邊界分布1404交疊，這由黑色區(qū)域1405來指示。因此，存在挖礦頭306將前進(jìn)到覆蓋層中的可能性。該示例與對于與開采更高體積的煤關(guān)聯(lián)的更高利潤接受與開采巖石關(guān)聯(lián)的增大的磨損和成本的更進(jìn)取的策略有關(guān)。注意的是，分布1402和分布1404的最大值指示所期望的值。因此，著眼于圖14b，如果挖礦頭306處于所期望的位置處，并且礦層邊界為所期望的高度，則未開采巖石。然而，如果礦層邊界低于所期望的(到達(dá)礦層邊界分布1404的最大值的左邊)，并且同時，挖礦頭306高于所期望的(到達(dá)挖礦頭分布1402的右邊)，則豎直挖礦頭位置可以大于礦層邊界位置，這意味著開采巖石。

考慮根據(jù)圖14b操作開采機并且上下移動挖礦頭306多次，期望挖礦頭將在一些情況下碰撞巖石。數(shù)學(xué)上地，當(dāng)開采過程期間在特定位置處遇到(或未遇到)巖石時，特定位置處碰撞巖石的概率可以借助現(xiàn)有的礦層表征數(shù)據(jù)(諸如探測日志和/或注釋觀測數(shù)據(jù))來確定。貝葉斯濾波器為順序更新與碰撞巖石的概率關(guān)聯(lián)的概率密度函數(shù) 提供方便的框架。

特定位置處遇到巖石的概率可以表示為百分率。例如，如果特定位置處碰撞巖石的百分率為10％，并且如果挖礦頭被移動到該位置100次，那么將期望將平均遇到巖石10次，這可以經(jīng)由如參照圖12描述的機器性能數(shù)據(jù)或IR圖像來檢測。如果所觀測的百分率不符合所計算的百分率，則處理器128可以調(diào)整分布1402和/或分布1404。

圖14c例示了對于100次截割沒有巖石被碰撞之后的變窄的分布1402和分布1404。如圖中可以看出的，處理器128減小分布的寬度，這與增大的置信值有關(guān)。如果目的是維持恒定的碰撞巖石概率，則處理器128現(xiàn)在可以向上調(diào)整挖礦頭306的上限，以將分布1402和分布1404一起移動得更近，并產(chǎn)生例如10％的小的交疊。

在一個示例中，置信值可以指示各分布1402和分布1404的標(biāo)準(zhǔn)差。然后，處理器128可以基于標(biāo)準(zhǔn)差計算指示分布多寬的值。例如，處理器128計算從平均值位移三倍標(biāo)準(zhǔn)差的z值。該值可以稱為3σ值。換言之，截割模型和/或礦層模型的置信值指示距離所期望值的距離。圖14d例示了具有挖礦頭3σ值1406的挖礦頭分布1402和具有礦層邊界3σ值1408的礦層邊界分布1404。處理器128可以根據(jù)來計算假定高斯分布的3σ值。

如果其他概率密度函數(shù)更準(zhǔn)確地表示邊界變化，則可以類似地應(yīng)用其他概率密度函數(shù)。在挖礦頭3σ值1406小于礦層邊界3σ值1408的情況下，可以說關(guān)于挖礦頭306距離礦層邊界的距離可以忽略不準(zhǔn)確和/或不精確。因此，在挖礦頭3σ值1406小于礦層邊界3σ值1408的情況下，可以說不存在不準(zhǔn)確和/或不精確。反之亦然，在挖礦頭3σ值1406大于礦層邊界3σ值1408的情況下，可以說存在不準(zhǔn)確和/或不精確。

開采作業(yè)的目的可以是在礦層邊界下方留下少于預(yù)定厚度的煤(諸如少于1m的煤)。開采作業(yè)開始時，如果分布1402與分布1404各所期望的值之間存在1m的距離，則可以存在分布1402與分布1404的顯著交疊。這是由于作業(yè)開始時的礦層模型中的低置信值和機器坐標(biāo)。處理器128計算對應(yīng)的3σ值1406和3σ值1408，并且確定挖礦頭3σ值1406大于礦層邊界3σ值1408。這可以向處理器128指示信息對于自主操作不足夠，并且處理器128可以切換到人工操作或停止機器。隨著置信值增大，挖礦頭3σ值1406可以變得小于礦層邊界3σ值1408，此時，處理器128切換到自主操作。處理器128還可以調(diào)整挖礦頭306的最大高度，使得3σ值1406和3σ值1408 相等或相隔預(yù)定距離。使用3σ值代替計算碰撞巖石的概率在沒有顯著損失控制能力的情況下簡化計算。

注意的是，檢測到挖礦頭306前進(jìn)到礦層邊界中允許處理器128更新截割模型中的礦層邊界的位置(即，將礦層邊界分布1404的平均值位移到挖礦頭306的當(dāng)前位置)。如果未檢測到前進(jìn)到礦層邊界中，則未知挖礦頭306被定位為距離礦層邊界多遠(yuǎn)。然而，未檢測到前進(jìn)到礦層邊界中確認(rèn)礦層邊界高于挖礦頭306，這允許處理器128增大置信值(即，在保持所期望的值恒定的同時增大礦層邊界分布1404的3σ值1408)，從而使礦層邊界分布1404變窄。

例如，如果回采裝置(例如，挖礦頭或截割滾筒)相對于礦層邊界的位置的置信值指示截割滾筒將90％的時間停留在礦層邊界內(nèi)(即，10％的時間在礦層邊界的外部)并且機器表征數(shù)據(jù)確認(rèn)回采裝置100％的時間在礦層邊界內(nèi)作業(yè)，那么可以增大與回采裝置相對于礦層邊界的位置有關(guān)的置信值。由此，截割模型置信值可以大于礦層模型內(nèi)的預(yù)期截割曲線的置信值，由此，截割模型的外推(或其其他處理)可以用于增大礦層模型的置信值。增大的礦層模型的置信值的結(jié)果是以更高水平的自動化開采進(jìn)行作業(yè)的更大的機會，這優(yōu)選地需要預(yù)期截割曲線相對于礦層邊界的置信值超過預(yù)定水平。另選地，或另外地，預(yù)期截割曲線可以通過減小回采裝置與礦層邊界之間的預(yù)定距離來修改，以提高煤回采效率。

相反地，如果礦層模型的置信值是使得它預(yù)測回采裝置將90％的時間處于礦層邊界內(nèi)，但機器性能數(shù)據(jù)指示截割滾筒20％的時間處于礦層邊界外部，那么可以對應(yīng)地調(diào)整礦層模型置信值和/或截割模型置信值，以反映該沖突。

在一個實施方式中，回采裝置與礦層邊界之間的距離經(jīng)由與礦層邊界交叉的回采裝置的預(yù)定置信值來控制。統(tǒng)計分布的上述概念可以同樣地應(yīng)用于針對驗證源校準(zhǔn)傳感器。例如，如果校準(zhǔn)源的置信值超過預(yù)定閾值，則處理器128可以僅校準(zhǔn)傳感器。換言之，即使在沖突的情況下，處理器128也可以不用具有低置信值(即，寬分布)的驗證源來校準(zhǔn)高置信值(即，窄分布)的傳感器。具體地，即使傳感器和驗證的兩個分布相同，沖突的測量結(jié)果也可能為統(tǒng)計偏差的結(jié)果，并且應(yīng)不存在校準(zhǔn)。處理器128可以僅在沖突的結(jié)果相差多于當(dāng)前3σ值時校準(zhǔn)傳感器。

在這里一些示例涉及用于確定開采機的空間中的絕對坐標(biāo)位置并用于生成當(dāng)前絕對坐標(biāo)位置輸出數(shù)據(jù)信號的至少2D坐標(biāo)位置確定裝置。然而，其他示例可以包括 用于確定開采機的空間中的相對坐標(biāo)位置并用于生成當(dāng)前相對坐標(biāo)位置輸出數(shù)據(jù)信號的至少2D坐標(biāo)位置確定裝置。例如，開采機可以在礦內(nèi)的基準(zhǔn)點處重置，然后將慣性傳感器用于計算開采機相對于基準(zhǔn)點的2D坐標(biāo)位置來執(zhí)行航位推測法。

應(yīng)理解，本公開的技術(shù)可以使用各種技術(shù)來實施。例如，這里所述的方法可以經(jīng)由常駐于適當(dāng)計算機可讀介質(zhì)上的一系列計算機可執(zhí)行指令來實施。適當(dāng)計算機可讀介質(zhì)可以包括易失性存儲器(例如，RAM)和/或非易失性存儲器(例如，ROM、磁盤)、載波以及傳輸介質(zhì)。示例性載波可以采取沿著局域網(wǎng)或公共可接入網(wǎng)絡(luò)(諸如互聯(lián)網(wǎng))輸送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的電信號、電磁信號或光信號的形式。

還應(yīng)理解，除非另外特別敘述，如從以下討論顯而易見的，理解，貫穿說明書，使用術(shù)語(諸如“估計”或“處理”或“用計算機計算”或“計算”、“優(yōu)化”或“確定”或“顯示”或“最大化”等)的討論是指控制系統(tǒng)或類似電子計算裝置的動作和處理，該控制系統(tǒng)或類似電子計算裝置將被表示為計算機系統(tǒng)的寄存器和存儲器內(nèi)的物理(電子)量的數(shù)據(jù)處理并轉(zhuǎn)換成被類似地表示為計算機系統(tǒng)存儲器或寄存器或其他這種信息儲存器、傳輸或顯示裝置內(nèi)的物理量的其他數(shù)據(jù)。

因此，本實施方式在所有方面都被認(rèn)為是說明性而不是限制性的。

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2015年5月28日提交的澳大利亞第2015901979號臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)，此處以引證的方式將上述申請的內(nèi)容并入。