专利名称：用于露天开采的前进式长壁系统的制作方法
用于露天开采的前进式长壁系统相关申请的交叉引用本申请要求全都在2010年4月16日提交的美国临时专利申请61/325，061、61/325，064、61/325，067和61/325,070的权益和优先权，并且要求2010年7月21日提交的美国临时专利申请No. 61/366，394的权益和优先权。据此，前述申请中的每个申请的全部内容在此通过引用并入本文。
背景技术：
大部分高产露天煤和铁矿的矿山利用包括在表面内钻孔、将炸药装入孔内、点燃炸药以松弛材料、挖掘松弛的材料并将其装载到托运卡车、将材料运输到破碎和输送设施以及将定尺寸的且分类的材料沉积在合适的储料堆的循环过程。该方法已经使用超过100年并且已经为连续精炼的主题。挖掘并装载煤或铁矿的主要方法是使用大容量的液压挖掘机(也称为液压采掘铲)。移除残积层的主要方法是使用拉铲挖土机和/或电动采掘铲。最近，液压采掘铲在容量上已经增加且目前可大体等于较小的电采掘铲的生产率。另一最近的发展是针对露天开采的路面铣刨机的改进。这些改进的路面铣刨机通常为具有以与地面固定的关系来操作的带驱动切割滚筒的人具运输的、柴油动力车辆。
发明内容
在一种实施方式中，本发明提供用于从开采面移除材料的露天开采系统。该系统通常包括大体平行于开采面延伸的输送机；由输送机支撑并沿输送机可移动的采矿机；以及与输送机相关联并可操作成朝开采面移动输送机和采矿机的输送机平移装置。采矿机包括第一切割表面和第二切割表面，第一切割表面用于在米矿机在大体平行于开米面的方向上的移动期间从开采面移除材料，第二切割表面用于在采矿机在大体垂直于开采面的方向上的移动期间从开采面移除材料。输送机平移装置将所述第二切割表面推靠到所述开采面上。在另一种实施方式中，本发明提供用于使露天开采长壁系统前进的方法。该系统包括大体平行于开采面延伸的工作面输送机；由工作面输送机支撑并沿工作面输送机可移动的长壁剪切机；以及联接到工作面输送机的多个负载平移装置。所述方法通常包括通过沿输送机移动长壁剪切机来从开采面移除材料。而且，所述方法包括操作多个负载平移装置以朝开采面移动工作面输送机和长壁剪切机，以及使长壁剪切机的切割表面与开采面接合使得切割表面切入开采面。所述方法还包括重置多个负载平移装置中的第一组以使第一组预备好用于随后的操作来移动工作面输送机。重置在多个负载平移装置中的第二组保持大体静止时发生。所述方法还包括在重置多个负载平移装置中的第一组之后，重置多个负载平移装置中的第二组以进行随后的操作来移动工作面输送机。多个负载平移装置中的第二组的重置在多个负载平移装置中的第一组保持大体静止时发生。在又一实施方式中，本发明提供可操作成移动露天开采系统中的部件的负载平移装置。负载平移装置通常包括致动器、地面钻孔装置和框架，致动器包括第一部分和相对于第一部分可移动的第二部分，地面钻孔装置联接到第一部分且能够随第一部分一起移动，框架联接到第二部分且 能够随第二部分一起移动。地面钻孔装置包括限定钻具轴线的钻具构件和用于使钻具构件围绕钻具轴线旋转并用于使钻具构件沿钻具轴线轴向地移动的驱动器。框架能够联接到部件，使得第一部分相对于第二部分的运动引起地面钻孔装置相对于部件的运动。考虑详细说明和附图，本发明的其它方面将变得明显。
图I是利用一对露天连续采矿机的露天开采操作的鸟瞰透视图。图2是示出露天连续采矿机之一的与图I类似的放大透视图。图3是图2的连续采矿机的透视图。图4是图2的工作面输送机的一部分的平面视图。图5是利用露天长壁系统的另一露天开采操作的鸟瞰透视图。图6是与图5的露天长壁系统相关的露天长壁剪切机的透视图。图7是示出与图5的露天长壁系统相关的装甲式工作面输送机的一部分和用于移动工作面输送机的负载平移装置的透视图。图8是图7的装甲式工作面输送机的部分的另一透视图。图9是不出图6的从开米面移除材料的露天长壁剪切机、图7和8的朝破碎机输送材料的装甲式工作面输送机以及图7和8的多个负载平移装置的与图5类似的放大透视图。图10是在盲开挖操作之前图5的露天长壁系统的一部分的透视图。图11是示出紧接在盲开挖操作之后的露天长壁系统的与图10类似的透视图。图12是示出在第一组负载平移装置在盲开挖操作后已经重置之后的露天长壁系统的与图10类似的透视图。
具体实施例方式在详细解释本发明的任何实施方式之前，应理解，本发明的应用不限于在以下说明书中阐述的或在所附附图中图示的部件的结构和布置的细节。本发明能够具有其它实施方式且以各种方式实践或实施。图I是利用一对露天连续采矿机10进行第一类型的露天开采操作的鸟瞰透视图。卸料输送机12沿着大体垂直于两个开采面14的中切部在中切部的每一侧上延伸。第一和第二侧移工作面输送机16、18沿着开采面14从卸料输送机12大体垂直地向外延伸。当从上方观察时，第一和第二工作面输送机16、18以互生叶的模式延伸到卸料输送机12的左侧和右侧。第一工作面输送机16延伸到开米面14的第一端20,而第二工作面输送机18延伸到开采面14的第二端22。工作面输送机16、18各自包括位于卸料输送机12附近相对的第一端和第二端20、22之间的卸料部24，并可操作成将从开采面14移除的材料朝卸料输送机12输送。尽管所示操作包括两个连续采矿机10以及第一和第二工作面输送机16、18，但是其它操作可包括仅一个连续采矿机10和仅一个工作面输送机。而且，尽管以下论述涉及连续采矿机10和第一工作面输送机16，但是该论述同等地适用于连续采矿机10和第二工作面输送机18。还参考图2，连续采矿机10可从开采面14移除材料并且将移除的材料沉积到工作面输送机16上。连续采矿机10通过桥接输送机26连接到安装在工作面输送机16上的料斗28。连续采矿机10沿开采面14横向地移动并从开采面14移除材料。连续采矿机10还收集移除的材料并将移除的材料经由桥接输送机26输送到料斗28。在某些实施方式中，料斗28包括破碎辊(未示出)，该破碎辊在将所破碎的材料卸载到在料斗28下方延伸的工作面输送机16上之前按尺寸排列材料。工作面输送机16将材料朝卸料部24携带，卸料部24将材料沉积在卸料输送机12上。卸料输送机然后将材料从开采区域带走以进行进一步处理。材料因而被从开采面14连续地移除并从连续采矿机10输送到料斗28，到工作面输送机16，到卸料部24，并随后通过卸料输送机12从开采区域输送走。在某些实施方式中，整个操作是自动的和/或通过远离开采区域的操作者控制。
图3是连续采矿机10的详细视图。连续采矿机10包括底盘30、安装在底盘30上的垂直地伸展的切割臂或悬臂32以及安装在悬臂32上的横向地细长的开采头34。悬臂32可操作成使开采头34在大体垂直方向上移动以从开采面14移除材料。如所示的，悬臂32的垂直移动的范围足以将开采头34定位得高于连续采矿机10的其它部件。在某些实施方式中，悬臂32可被升高到高于地面约5米的垂直高度。开采头34包括同轴地安装在悬臂32端部以围绕轴线42旋转的多个大切割滚筒36。切割滚筒36配备有将材料从开采面14刮走、切割并破碎的多个齿48。切割滚筒36可操作地联接到驱动可旋转的切割滚筒36的切割机驱动马达(未示出)。驱动马达可为或包括电动马达或液压马达、电动马达和液压马达的组合，且在某些实施方式中驱动马达可至少部分地由携带在底盘上的内燃发动机驱动或给予动力。在这方面，连续采矿机10可包括“混入型”的柴油-电力包或包括联接到发电机的内燃发动机或用于从由发动机执行的工作产生电力的其它合适装置的类似发电机组。这种发电机组能够驱动连续采矿机的所有操作并给所有操作提供动力而不需要外部动力。连续采矿机10的其它结构可利用外部动力源(未示出)且可包括用于输送来自外部动力源的电力的拖曳电缆系统。连续采矿机10的别的其它结构可包括拖曳电缆系统和发电机组两者使得任一系统可用于提供电力，如特定应用或操作环境所要求的。连续采矿机10还包括大体定位在开采头34下方以收集从开采面14移除的材料的托盘50。托盘50包括朝矿物输送机40聚集并引导材料的一对旋转收集器轮38，矿物输送机40朝采矿机10的后部延伸远离托盘50。矿物输送机40从托盘50向后延伸并将从开采面14移除的材料沉积到桥接输送机26 (参见图2)。再次参考图2,桥接输送机26在矿物输送机40的尾端和定位在工作面输送机16上方的料斗28之间延伸。桥接输送机26具有允许其相对于连续采矿机10和料斗28中的一个或两者枢转的铰接式构造。在某些实施方式中，桥接输送机26也是伸缩地可延伸的。在某些结构中，桥接输送机26和/或工作面输送机16、18可为基于无极带或链刮板的板型输送机。桥接输送机26可以通过连续采矿机10的驱动系统(例如，混入型柴油电力包)可操作地驱动或可以包括其自己独立的驱动系统，其中任一种均可实际上为电的和/或液压的。还参考图4,在所不结构中，工作面输送机16和18由多个输送机区段52构成。输送机区段安装在用于将输送机区段朝开采面14以及远离开采面14移动的输送机平移装置54上或者可整体地包括该输送机平移装置54。在所示实施方式中，该输送机平移装置54包括安装在轮56上的底架55。轮56可为橡胶轮胎式轮、轨道式履带轮或者允许移动输送机区段52的基本上任何其它类型的支撑件。尽管图4示出与输送机区段52为一体并位于输送机区段52下面的输送机平移装置54，但是其它实施方式可包括与输送机区段52分开的输送机平移装置54和/或可从侧面推或拉输送机区段52的输送机平移装置54，包括，例如，下面论述的负载平移装置。每个输送机平移装置54包括其中输送机平移装置54相对于开采面14基本上固定的固定构造和其中输送机平移装置54相对于开采面14可移动的非固定构造。固定或非固定构造可借助于机械、液压、气动或电气系统实现，取决于输送机平移装置54的容量和构造。例如，在所示实施方式中，防止一个或更多个轮56旋转的制动机构可能是合适的。其它实施方式可包括钻入地面或以其它方式将其自身固定到地面以防止输送机平移装置54 和输送机区段52移动的更侵入性锚定系统。继续参考图4，底架55支撑输送机区段框架58和呈平行轨道60形式的料斗支撑件。在可替换的结构中，轨道60可由框架58支撑。所示框架58包括细长的侧梁61和横梁62 (在图4中仅不出一个横梁)。所不框架58还包括从侧梁61中的一个向上延伸并随后横向地横跨输送机区段的宽度的倒L形臂63。多个下部辊64可旋转地支撑在侧梁61之间和横梁62之上，并且支撑输送带65的返回段。一组凹槽棍66由臂63支撑并支撑输送带65的输送段。输送机区段52的某些实施方式还可包括在倒L形臂63的没有连接到底架55的一侧的支撑腿(未示出)，以对凹槽辊66提供进一步支撑或支撑大体邻近凹槽辊66安装在框架58上方的轨道60。料斗28被料斗框架支撑在输送带65上方，该料斗框架包括从料斗28向下延伸到沿轨道60滚动的轮68的支撑件67。料斗28可在大体平行于开采面14的方向上沿轨道60移动，并大体上跟踪连续采矿机10的移动。料斗28可在轨道60上自由地滚动，通过由桥接输送机26提供的连接而被连续采矿机10拖曳或推入到适当位置。料斗28可以可替换地包括用于驱动轮68的独立驱动系统，或者驱动系统可并入输送机区段52以沿工作面输送机16的长度移动料斗28。总体上参考图1-4，在操作中，连续采矿机10开始从开采面14的一端(例如，邻近中切部的端部)移除材料并且横向地沿开采面14横过。连续采矿机10通过如下方式运行在其垂直移动范围(例如，约5米)中旋转切割滚筒36并摆动悬臂32同时使切割滚筒36与材料接合。随着材料被移除，连续采矿机10沿开采面14前进。在某些示例性实施方式中，连续采矿机10对于沿开采面14横向前进的每一米移除约30立方米的材料。随着连续采矿机10前进，被切割滚筒36移除的材料下落或者被聚集到托盘50中。旋转的收集器轮38将收集在托盘50中的材料朝矿物输送机40引导。矿物输送机40将材料朝连续米矿机10的后部输送并输送到桥接输送机26,桥接输送机26又将材料输送并最终沉积在料斗28内。一旦在料斗28中，材料可在被沉积到工作面输送机16上之前被定尺寸。工作面输送机16将材料朝卸料部24携带并将材料沉积到卸料输送机12，在卸料输送机12处,材料被从开采地点带走。随着连续采矿机10横过开采面14，料斗28随连续采矿机10从工作面输送机16的一端朝工作面输送机16的另一端移动。如上面论述的，料斗28可沿工作面输送机16自由地移动并可通过连续采矿机10和桥接输送机26沿工作面输送机16拉动，或者可在料斗28上或者工作面输送机16上设置驱动机构，用于以与连续采矿机10协调的方式移动料斗28。当连续采矿机10在向外的开采操作(例如，远离卸料部12行进)之后到达开采面14的末端时，可用电车将连续采矿机10朝卸料部12向后运走或者可执行允许连续采矿机10转向并继续开采同时向内朝 卸料部12移动的端部切割程序。为了执行端部切割程序，连续采矿机10转向约90度使得切割滚筒36的旋转轴42 (参见图3)大体与开采面14平行。连续采矿机10随后向前前进到开采面14内的至少约等于连续采矿机10的宽度的距离，并且在维持开采输送机、桥接输送机26和料斗28之间的接合的同时从开采面14移除材料。在某些操作情形中，可增加切割深度以辅助连续采矿机10的操纵性和/或提供开采面14和输送机16之间的额外空间以用于随后的切断或转向操作。在完成初始切割之后，连续采矿机10从由初始切割形成的坑道反转出来并重新定位切割滚筒36用于第二切割。第二切割以与初始切割相同的方式执行但是更靠近卸料输送机定位。在完成第二切割之后，将存在开采面14的具有约为两个采矿机宽度宽和至少约一个采矿机宽度深度的尺寸的切断端部。根据连续采矿机10的尺寸和操纵性，还可进行第三切割以增加切断端部的宽度。一旦完成切断端部，连续采矿机10被定位在切断端部内同时切割滚筒36的旋转轴线42垂直于开采面14并面朝卸料部12定向。连续采矿机10随后朝卸料输送机开采其往回的路直到其到达中切部，在该点处，连续采矿机10转向并在向外的方向上执行另一开采工作循环。当连续采矿机10完成沿开采面14的开采工作循环时，工作面输送机16自动地朝开采面14前进。工作面输送机16可作为单元朝开采面14前进，由此随着连续采矿机10重新定位自身用于开始下一开采工作循环，整个工作面输送机16朝开采面14同时移动，或者随着连续采矿机10沿开采面14前进，工作面输送机16可在连续采矿机10后面“蜿蜒”。在任一情形中，输送机平移装置54各自操作成将其各自的输送机区段52朝开采面14移动。例如，关于图4的输送机区段52和输送机平移装置54，输送机平移装置54从固定构造改变为非固定构造并且轮56被驱动以朝开采面14移动输送机平移装置54和输送机区段52。移动的具体距离以及在完成重新定位时输送机区段52和开采面14之间的具体距离除别的之外还取决于输送机区段52、料斗28、桥接输送机26和连续采矿机10的构造。图5是利用露天长壁系统的另一露天开采操作的鸟瞰透视图。露天长壁系统包括大体垂直于开采面14定向并远离开采面14延伸的卸料输送机112。第一和第二装甲式工作面输送机116、118沿开采面14延伸并大体垂直于卸料输送机112定向。装甲式工作面输送机116、118中的每一个具有安装在其上的呈露天长壁剪切机110形式的连续采矿机。每个露天长壁剪切机110安装在其各自的工作面输送机116、118上，用于在大体平行于开采面14的横向方向上移动。每个装甲式工作面输送机116、118包括限定邻近卸料输送机112定位的卸料部124的驱动端。卸料输送机112包括邻近每个装甲式工作面输送机116、118的卸料部124定位的破碎机128。呈负载平移装置130形式的多个输送机平移装置与装甲式工作面输送机116、118相关联并且可操作成朝开采面14移动装甲式工作面输送机116、118,如下面进一步论述的。参考图6，每个长壁剪切机110包括大体矩形的底盘134和一对铰接臂138，每个铰接臂138均支撑切割机组件142。臂138枢转地联接到底盘134的相对端并由联接在臂138和底盘134之间的致动器146枢转。每个臂138支撑可操作成可旋转地驱动切割机组件142的切割机马达150。切割机组件142为大体柱状的且包括第一大体柱形的切割表面154和第二切割表面158,第一大体柱形的切割表面154用于在长壁剪切机110大体平行于开采面14移动时从开采面14移除材料，第二切割表面158由切割机组件142的端表面限定，用于在长壁剪切机110大体垂直于开采面14移动时从开采面14移除材料。第二切割表面158可以为大体圆形的、环形的、圆锥形的、或者截头锥形的，除别的之外这还取决于切割表面158旨在切割的材料的类型。第一和第二切割表面154、158两者可设有多个用于从开采面14移除材料的不同构造的切割齿162。在所示结构中，齿162安装在切割表面154和158上。 长壁剪切机110还包括一对内侧支撑底脚166和一对外侧支撑底脚170 (仅一个外侧支撑底脚在图6中可见)。内侧和外侧支撑底脚166和170被构造成安装到工作面输送机116、118，使得长壁剪切机110能够沿工作面输送机116、118从卸料部124横向地移动到工作面输送机116、118的远端并再次返回。在某些实施方式中，长壁剪切机110利用水冷马达并包括闭路可变水流系统(未示出)。水流系统可包括泵、恒温器、辐射器和/或换热器的合适组合以控制通过长壁剪切机110的冷却水的流量。参考图7和8,每个工作面输送机116、118包括多个输送机区段174。每个输送机区段174包括用于支撑链式输送机182的前进段的托盘部178和在托盘部178下方的坑道部186，链式输送机182的返回段延伸穿过坑道部186。链式输送机182由与卸料部124相关联的驱动组件驱动。输送机区段174的趾部190在操作期间靠近开采面114定位并且包括有角度的表面194，当输送机驱动174朝开采面14前进时所述有角度的表面194向上引导切割自开采面14的材料并将所述材料引导到链式输送机182上。输送机区段174的拐角各自设有方便将输送机区段174附接到邻近的输送机区段174的附接插孔198。托盘部178的(在操作期间离开采面14最近的)内侧边缘限定导轨202，长壁剪切机110的内侧支撑底脚170在导轨202上骑行。托盘部178的外侧边缘限定驱动轨道204，长壁剪切机110的外侧支撑底脚166在驱动轨道204上骑行。驱动轨道204包括由形成在外侧支撑底脚166上的相应齿(未示出)啮合的多个驱动齿208，使得长壁剪切机110能够沿工作面输送机116、118被驱动。在某些实施方式中，长壁剪切机110包括用于沿工作面输送机116、118驱动长壁剪切机110的车载驱动组件。在其它实施方式中，驱动组件可设置在输送机区段174中的一个或更多个上或者可与卸料部124相关联，以沿工作面输送机116、118移动长壁剪切机110。防溢板212以一定角度远离托盘部178延伸，刚好在驱动轨道204外侧。防溢板212向上且远离开采面14延伸使得从开采面14落下的材料被引导到输送机182上并且不落在输送机区段174后面。继续参考图7和8，所示负载平移装置130包括框架216、钻具组件220和一对致动器224 (某些实施方式可包括单个致动器224)。每个致动器224包括联接到钻具组件220的第一致动器部分228 ;和相对于第一致动器部分228可移动且联接到框架216和输送机区段174的第二致动器部分232。致动器224可操作成使框架216和输送机区段174相对于钻具组件220移动以使输送机区段174朝开采面14前进。在某些实施方式中，一个或更多个致动器224为线性致动器且包括线性变换器。
在所示结构中，致动器224为大体柱形的且第二致动器部分232延伸穿过第一致动器部分228。第二致动器部分232的内侧端234联接到输送机区段174且第二致动器部分232的外侧端236联接到框架216。框架216向上且与第二致动器部分232的外侧端236成一定角度延伸并且联接到输送机区段174的防溢板212。框架216还包括在第二致动器部分232之间延伸的横拉条237。框架216、输送机区段174和第二致动器部分232因而限定了大体刚性的三角形结构，且大体上被固定以便一起移动。钻具组件220包括支撑并引导钻具构件242的大体柱形的壳体部分238，钻具构件242可钻入地面和从地面抽出以大体固定钻具组件220相对于开采面14的位置。当钻具构件242钻入地面时，负载平移装置130处于固定构造，而当钻具构件242从地面抽出时，负载平移装置130处于非固定构造。在某些实施方式中，钻具构件242大体为环形以最小化钻具横截面面积来最大化负载反作用能力。该环形构造最小化钻具构件242钻入地面的时间并最小化钻具构件242上的磨损。环形钻具构件242的另一益处是随着输送机区段174前进，钻具构件242在地面中留下环形圈切口，这与留下对在开采区域的新近未覆盖表 面上操纵的人或机械存在危险的开孔形成对比。与壳体部分238相关联的驱动系统可操作成使钻具构件242围绕钻具轴线旋转并且还在钻具操作期间使钻具构件242沿钻具轴线平移。尽管未示出，但是在某些实施方式中，负载平移装置130还包括集成的液压能量分布系统，比如驱动液压泵以及相关阀和控制装置的电动马达或内燃发动机，使得除用于与露天开采系统的其它部件协调操作的控制信号之外，每个负载平移装置130还是独立起作用的单元。还参考图9和10，多个输送机区段174彼此联接并沿开采面14延伸。负载平移装置130与每个输送机区段174相关联并且每个负载平移装置130可操作成朝开采面14移动其各自的输送机区段174。长壁剪切机110在输送机区段174的导轨202和驱动轨道204 (参考图7-8)上骑行并且横向地横过开采面14以从开采面14移除材料。在长壁剪切机110的横向移动期间，切割机组件142由切割机马达150旋转并且铰接臂138通过致动器146向上和向下枢转，使得圆柱形切割表面154接合开采面14并从开采面14移除材料(参见图7-8)。当长壁剪切机110横向地横过开采面14时，负载平移装置130处于固定构造使得负载平移装置130基本上固定输送机区段174相对于开采面14的位置。更具体地，钻具构件242延伸到地面并与地面接合，使得钻具构件242起作用以反抗与长壁剪切机110和输送机区段174的切割和输送操作相关联的力，以维持系统的整体稳定性。而且，操作致动器224以维持钻具组件220和输送机区段174之间的大体上固定的关系。现在参考图10-12，负载平移装置130可操作成执行允许长壁剪切机110双向操作的盲开挖操作。图10-12示出在与盲开挖操作相关联的各个构造中并且由定位在第一装甲式工作面输送机116的卸料部124附近的长壁剪切机110执行的露天长壁系统。当长壁剪切机110定位在装甲式工作面输送机116的远侧远端处在开采面14的端部处时(参见图9)，也可执行相同的操作。如图10所示，负载平移装置130被构造有其各自的钻具构件242，所述钻具构件242延伸且与地面接合。而且，每个负载平移装置130的致动器224处于缩回位置，由此在致动器224和框架216的构造能允许的范围内，将钻具组件220尽可能靠近输送机区段174定位。长壁剪切机110已经到达装甲式工作面输送机116的末端位置并且刚刚完成沿开采面14的一个工作循环。在盲开挖操作期间，长壁剪切机110相对于输送机区段174保持大体固定，且铰接臂138相对于长壁剪切机110的底盘134保持大体固定。为了开始盲开挖操作，旋转切割机组件142并且启动负载平移装置130的致动器224以在大体垂直于开采面14的方向上朝开采面14推动框架216、输送机区段174和长壁剪切机110。随着长壁剪切机110朝开采面14移动，切割机组件142的第二切割表面158接合开采面14并向开采面14内钻孔或者开挖。如图11所示，当致动器224到达其完全延伸位置时，切割机组件142已经各自在开采面14中钻取或开挖了大体圆柱形孔246。致动器224的延伸范围以及孔246的对应深度被选择成大体对应于切割机组件142的宽度。除形成孔246之外，致动器224的延伸和输送机区段174朝开采面14的移动将向上并在输送机区段174的趾部190和有角度的表面194 (参见图8)上推动已经落入输送机区段174和开采面14之间的材料并将材料推动到输送机区段174的托盘部178上，使得输送机182能够将材料朝卸料部124输送。 在某些操作环境中，长壁剪切机110可使用没有涉及切割组件142的第二切割表面158的可替换的开挖方法。为了开始可替换的开挖方法，升高铰接臂138使得切割组件142定位在开采面14的顶表面上方。由于切割组件142在开采面14上方，所以负载平移装置130的致动器224被启动以朝开采面推动框架216、输送机区段174和长壁剪切机110。随着致动器224延伸，已经落入输送机区段174和开采面14之间的材料被向上并在输送机区段174的趾部190和有角度的表面194 (参见图8)上推动并被推动到输送机区段174的托盘部178上。一旦致动器224完全延伸，切割机组件142便定位在开采面14上方。切割机马达150随后被操作成旋转切割机组件142并且铰接臂138向下移动以使圆柱形切割表面154与开采面14的顶表面接合。铰接臂138继续向下移动使得圆柱形切割表面154在开采面14内切割拱形狭槽直到切割机组件142的位置靠近地面。长壁剪切机110然后可开始沿开采面14的另一工作循环。与所使用的哪种开挖方法无关，一旦致动器24延伸且与盲开挖方法相关的孔246或与可替换的开挖方法相关的拱形狭槽已经形成，负载平移装置130便开始重置操作使得当长壁剪切机110完成沿开采面14向下的下一工作循环且到达装甲式工作面输送机116的相对端时，所有的负载平移装置130被再次设定成执行另一开挖操作。如图12所示，重置操作涉及第一组负载平移装置130a，所述第一组负载平移装置130a将其钻具构件242缩回以从地面移除它们并随后操作其致动器224以朝相应的输送机区段174移动钻具组件220。尽管第一组负载平移装置130a重置，但是输送机区段174部分地由于其实质质量并且还因为第二组输送机平移装置130b将其钻具构件242保持在延伸位置中且保持固定到地面而相对于开采面14保持固定。尽管第一组负载平移装置130a重置，但是第二组负载平移装置130b的致动器224保持在延伸位置中。一旦第一组负载平移装置130a被重新设定使得钻具组件220再次在致动器224和框架216的构造能允许的范围内尽可能靠近输送机区段174，第一组负载平移装置130a就启动其钻具组件220并在新的位置将钻具构件242钻回到地面。一旦第一组负载平移装置130a的钻具构件242延伸并固定在地面内，第二组负载平移装置130b就将钻具构件242缩回并启动致动器224以将钻具组件220往回朝输送机区段174移动。一旦重置，第二组负载平移装置130b也启动钻具组件220以在新的位置将钻具构件242钻回到地面，且露天长壁系统此后预备好执行另一盲开挖操作。在某些应用中，长壁剪切机110可在负载平移装置130重置时开始横过开采面14。在其它应用中，长壁剪切机110可在开始沿开采面14的下一工作循环之前等待负载平移装置重置。尽管前面的描述涉及其中整个装甲式工作面输送机116执行朝开采面14的直线前进的露天长壁系统，但是其它应用可利用 类似于上面关于工作面输送机16论述的蜿蜒前进模式。某些操作环境可允许略微简化的重置程序。不是同时启动所有负载平移装置130来将输送机区段174朝开采面14移动，而是能够仅利用一些负载平移装置130将输送机区段174朝开采面14移动。例如，在开始上述的开挖方法中的一种之前，第二组负载平移装置130b可将其钻具构件242缩回并设定其致动器224以使每个负载平移装置130b相对于输送机区段174的相对位置大体固定。第一组负载平移区段130a随后可如上论述地操作其致动器224以将输送机区段174和负载平移装置130b朝开采面14移动。一旦第一组负载平移装置130a已经完成将输送机区段和负载平移装置130b朝开采面14的移动，第二组负载平移装置130b就可开始将其钻具构件242延伸到地面以将输送机区段174锚定在新的位置中。同时或此后不久，负载平移装置130a可从地面抽出其钻具构件242并启动其致动器224以将其钻具组件220朝输送机区段174移回。为了减少磨损并提高操作时间，成组的负载平移装置130a和130b可作为“推动”负载平移装置而交替操作。除操作钻具构件242以在延伸位置和缩回位置之间移动之外，钻具组件220还可操作成在输送机区段174的趾部190上施加可控的垂直向下的力。例如，在不旋转钻具构件242的情况下，钻具组件220可操作通常应该用于在轴向方向上移动钻具的同一驱动机构，但是此操作是为了在趾部190上施加倾覆载荷或移除该倾覆载荷。该总的倾覆载荷是有效的水平控制和清洁的重要组成部分(例如，当输送机区段174向前前进以将移除材料向上推动到坑道部分186上时)。通过由负载平移装置130的钻具组件220施加的垂直力控制总的倾覆载荷的能力提供了针对条件的调节并提供了确保用于剪切和输送操作的稳定操作平台。为了增加厚煤层应用中的生产率，长壁剪切机110可按促进悬垂材料塌落到装甲式工作面输送机116、118上的方式操作。例如对于8米高的厚煤层材料，长壁剪切机110可仅切掉底部4米的材料，从而形成留下4米的悬垂材料的底切。通过控制长壁剪切机110的倾斜和切割机组件142接合开采面14的切割角度，能够促进悬垂材料的塌落。当悬垂材料塌落到装甲式工作面输送机116、118时，有角度的防溢板212将塌落材料引导到输送机区段174的托盘部分178上。根据应用，块料打碎机(未示出)可安装到长壁剪切机110以破碎大块塌落材料，因此材料能够在被朝卸料部124和破碎机128输送时在长壁剪切机110的底盘134下方通过。为了适应装甲式工作面输送机116、118的前进，破碎机128包括用于连同装甲式输送机116、118 —起将破碎机128朝开采面14移动的驱动机构或者与这种驱动机构相关联。而且，卸料输送机112设有随着破碎机128和装甲式工作面输送机116、118的前进而延伸卸料输送机112的自动带延伸系统。合适的自动带延伸系统可包括一个或更多个带储存单元，比如将输送带沿可变的蜿蜒路径延伸多圈的带储存单元，或者能够在操作卸料部112的同时向卸料部112安装或以其它方式增加区段的其它系统。为了最小化缆线处理问题，带延伸系统可包括具有与带延伸长度匹配的卷绕容量的集成的电信服务缆线处理系统。
使用露天连续采矿机10的图1-4的系统和使用露天长壁剪切机110的图5_12的系统两者都能够通过远离实际开采部件的自动中心控制系统来控制。部件可使用将部件状态、构造和位置中继到中心控制系统的有线或无线信号来控制。例如，连续采矿机10可包括提供诸如切割臂32的角度、切割滚筒36的旋转速度、连续采矿机10自身的前进速度、各种驱动机构上的转矩负载等的信息的各种传感器、变换器、照相机等。可在工作面输送机16、18、卸料输送机12、桥接输送机26和料斗28上设置额外的传感器，以监测沿系统输送的材料。就此而言，中心控制系统可操作成除别的之外还控制输送机速度、料斗位置、输送机位置等。例如，控制器可操作成通过监测料斗28相对于不同输送机区段54的方向和相关位置来控制上述的工作面输送机16、18的“蜿蜒”前进的所有方面。一旦料斗28已经充分地前进经过输送机区段52，中心控制系统可自动地操作相关的输送机平移装置54以将输送机区段52朝开采面14移动。中心控制系统还可在上述的端部切割程序期间自动地控制连续采矿机10的移动。类似系统也可关于图5的露天长壁系统实现。长壁剪切机110可包括除别的之外还用于确定铰接臂138的位置和切割机马达150的速度和转矩的传感器，这些全部也可通 过中心控制系统控制。类似地，负载平移装置130可包括用于确定钻具构件242和致动器224的位置和加载的传感器以及涉及其相关的驱动单元的转矩的传感器。因为中心控制系统也可操作成控制各种马达、驱动器和致动器的操作，所以系统可在需要最小化操作者监督的闭环中操作。在某些实施方式中，一个或更多个致动器224包括与控制器通信的线性变换器以提供在相关的输送机区段的位置上的闭环控制。闭环控制能够是特别有利的一个区域是在上述的盲开挖操作期间。在盲开挖期间，中心控制系统可监测当刀具切割机组件142通过由负载平移装置130的线性致动器224的延伸提供的驱动力而与开采面14接合时切割机马达150的马达转矩。如果马达转矩增加超过预定阈值，则中心控制系统可减慢或停止线性致动器224的延伸直到马达转矩值降到阈值以下。中心控制系统随后可进一步延伸致动器224同时继续监测切割机马达150的马达转矩。为了辅助图1-4和5-12的系统的远程自动操作，一些或所有部件可设有全球定位系统(“GPS”)或局部定位系统(“LPS”)接收器和/或发射器。GPS和/或LPS系统允许各种部件的位置信息实时反馈到中心控制系统。对于图1-4的系统，可能包括一个或更多个GPS和/或LPS接收器和/或发射器的某些部件包括连续采矿机10、卸料输送机12、工作面输送机16、18 (包括某些或全部输送机区段52)和料斗28。因为连续采矿机10被设定成调节其相对于开采面14的定向，所以连续采矿机10尤其可包括多个GPS和/或LPS接收器和/或发射器，从而连续采矿机10相对于开采面14的具体定向可被确定。例如，第一GPS/LPS接收器/发射器可定位在开采头34上或附近，而第二 GPS/LPS接收器/发射器可定位成靠近连续采矿机的后部，邻近桥接输送机26。对于图5-12的系统，可包括一个或更多个GPS和/或LPS接收器和/或发射器的某些部件包括长壁剪切机110、卸料部124、破碎机128、负载平移装置130和装甲式工作面输送机116、118 (包括输送机区段174中的一些或全部)。GPS和/或LPS系统允许中心控制系统监测并控制开采面14的切割水平面(垂直平面)以及关键系统部件的定位和相对位置。GPS系统的固有性能存在监测垂直平面中的位置的某些限制。为此，GPS系统可通过包括一个或更多个具有在露天开采操作附近的固定和已知位置的发射器和/或接收器的专用LPS系统来执行。补充的LPS系统可独立地使用或与GPS系统结合使用以提供各个部件位置的更精确确定，尤其是在垂直平面中。
权利要求
1.一种用于从开采面移除材料的露天开采系统，所述系统包括 输送机，所述输送机大体平行于所述开采面延伸； 采矿机，所述采矿机由所述输送机支撑并能沿所述输送机移动，所述采矿机包括第一切割表面和第二切割表面，所述第一切割表面用于在所述采矿机在大体平行于所述开采面的方向上移动期间从所述开采面移除材料，而所述第二切割表面用于在所述采矿机在大体垂直于所述开采面的方向上移动期间从所述开采面移除材料；以及 输送机平移装置，所述输送机平移装置与所述输送机相联，并可操作用于朝所述开采面移动所述输送机和所述采矿机，其中，所述输送机平移装置将所述第二切割表面推靠到所述开采面上。
2.根据权利要求I所述的露天开采系统，其中在所述第二切割表面被所述输送机平移装置推靠到所述开采面上时，所述第二切割表面在所述开采面中钻取大体圆柱形的孔。
3.根据权利要求I所述的露天开采系统，其中所述输送机包括轨道，且所述采矿机包括能够与所述轨道接合的底脚。
4.根据权利要求I所述的露天开采系统，其中所述输送机和所述输送机平移装置仅通过与地面接合被支撑和稳定住。
5.根据权利要求I所述的露天开采系统，其中所述输送机平移装置包括用于与地面接合的钻具构件，并且其中，所述钻具构件抵抗与所述采矿机沿所述输送机移动以及从所述开采面移除材料相关的力。
6.根据权利要求I所述的露天开采系统，其中所述采矿机包括用于旋转所述第二切割表面的切割机马达和用于检测切割机马达转矩的转矩传感器，所述系统还包括与所述转矩传感器和所述输送机平移装置通信的控制器，在所述第二切割表面被推靠到所述开采面上时，所述控制器响应于切割机马达转矩的变化而控制所述输送机平移装置的操作。
7.根据权利要求6所述的露天开采系统，其中所述输送机平移装置包括用于朝所述开采面移动所述输送机的致动器，并且其中，所述控制器操作所述致动器以将切割机马达转矩维持在阈值之下。
8.根据权利要求I所述的露天开采系统，其中所述输送机平移装置包括致动器、地面钻孔装置和框架，所述致动器具有第一部分和能够相对于所述第一部分移动的第二部分，所述地面钻孔装置联接到所述第一部分并能够与所述第一部分一起移动，所述框架联接到所述第二部分并能够与所述第二部分一起移动，其中，所述地面钻孔装置包括限定钻具轴线的钻具构件和驱动器，所述驱动器用于使所述钻具构件围绕所述钻具轴线旋转并用于使所述钻具构件沿所述钻具轴线轴向地移动，并且其中，所述框架联接到所述输送机，使得所述第一部分相对于所述第二部分的运动引起所述地面钻孔装置相对于所述输送机的运动。
9.根据权利要求8所述的露天开采系统，其中所述钻具构件为大体环形的。
10.根据权利要求8所述的露天开采系统，其中所述致动器为线性致动器，且包括线性变换器。
11.根据权利要求8所述的露天开采系统，还包括液压泵，所述液压泵联接到所述地面钻孔装置和所述框架中的一个，并且所述液压泵能够与所述地面钻孔装置和所述框架中的所述一个一起移动，所述液压泵提供液压动力以用于操作所述致动器和所述驱动器。
12.根据权利要求8所述的露天开采系统，其中所述驱动器通过操作成在不旋转所述钻具构件且基本上不使所述钻具构件相对于地面移动的情况下轴向地移动所述钻具构件，来稳定所述输送机并控制施加到所述输送机的趾部的垂直载荷。
13.一种用于使露天开采长壁系统前进的方法，所述系统包括工作面输送机，所述工作面输送机大体平行于开采面延伸；长壁剪切机，所述长壁剪切机由所述工作面输送机支撑，并能够沿所述工作面输送机移动；以及多个负载平移装置，所述多个负载平移装置联接到所述工作面输送机，所述方法包括 通过使所述长壁剪切机沿所述输送机移动，来从所述开采面移除材料； 操作所述多个负载平移装置，以使所述工作面输送机和所述长壁剪切机朝所述开采面移动； 将所述长壁剪切机的切割表面与所述开采面接合，使得所述切割表面切入所述开采面中； 重置所述多个负载平移装置中的第一组，以使所述第一组预备好用于随后的操作来移动所述工作面输送机，所述重置在所述多个负载平移装置中的第二组保持大体静止时发生；以及 在重置所述多个负载平移装置中的所述第一组之后，重置所述多个负载平移装置中的所述第二组以进行随后的操作来移动所述工作面输送机，重置所述多个负载平移装置中的所述第二组在所述多个负载平移装置中的所述第一组保持大体静止时发生。
14.根据权利要求13所述的方法，其中每个负载平移装置包括能够与地面接合的钻具构件和联接在所述钻具构件和所述工作面输送机之间的致动器，并且其中，操作所述多个负载平移装置以使所述工作面输送机移动包括操作所述致动器，以使所述工作面输送机相对于所述钻具构件移动。
15.根据权利要求14所述的方法，其中重置所述多个负载平移装置中的所述第一组包括从地面抽出所述多个负载平移装置中的所述第一组的钻具构件；操作所述多个负载平移装置中的所述第一组的致动器，以朝所述工作面输送机移动所述多个负载平移装置中的所述第一组的钻具构件；以及将所述多个负载平移装置中的所述第一组的钻具构件伸回到地面中。
16.根据权利要求15所述的方法，其中重置所述多个负载平移装置中的所述第二组包括从地面抽出所述多个负载平移装置中的所述第二组的钻具构件；操作所述多个负载平移装置中的所述第二组的致动器，以朝所述工作面输送机移动所述多个负载平移装置中的所述第二组的钻具构件；以及将所述多个负载平移装置中的所述第二组的钻具构件伸回到地面中。
17.根据权利要求14所述的方法，其中每个负载平移装置包括用于使所述钻具构件沿钻具轴线移动的驱动器，所述方法还包括在不移动所述钻具构件的情况下操作所述驱动器，以向所述工作面输送机的趾部施加垂直指向的力。
18.根据权利要求13所述的方法，其中所述长壁剪切机包括切割马达和切割马达转矩传感器，其中，在操作所述多个负载平移装置以朝所述开采面移动所述工作面输送机和所述长壁剪切机期间，所述长壁剪切机的切割表面与所述开采面接合，并且其中，所述露天开采长壁系统包括控制器，所述控制器与所述马达转矩传感器通信并且与所述负载平移装置通信以用于控制其操作，所述方法还包括在所述长壁剪切机的切割表面与所述开采面接合期间，监测切割马达转矩；以及响应于所述切割马达转矩的变化来调节所述负载平移装置的操作。
19.根据权利要求13所述的方法，其中使所述长壁剪切机的切割表面与所述开采面接合发生在操作所述多个负载平移装置以朝所述开采面移动所述工作面输送机和所述长壁剪切机之后。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括在操作所述多个负载平移装置以朝所述开采面移动所述工作面输送机和所述长壁剪切机之前，将切割表面升高到所述开采面上方；以及在操作所述多个负载平移装置以朝所述开采面移动所述工作面输送机和所述长壁剪切机之后，将所述切割表面向下移动靠在所述开采面的顶表面上。
21.一种负载平移装置，所述负载平移装置可操作用于移动露天开采系统中的部件，所述负载平移装置包括 致动器，所述致动器包括第一部分和能够相对于所述第一部分移动的第二部分； 地面钻孔装置，所述地面钻孔装置联接到所述第一部分且能够与所述第一部分一起移动，所述地面钻孔装置包括限定钻具轴线的钻具构件和驱动器，所述驱动器用于使所述钻具构件围绕所述钻具轴线旋转并且用于使所述钻具构件沿所述钻具轴线轴向地移动；以及 框架，所述框架联接到所述第二部分且能够与所述第二部分一起移动，所述框架能够联接到所述部件，使得所述第一部分相对于所述第二部分的运动引起所述地面钻孔装置相对于所述部件的运动。
22.根据权利要求21所述的装置，其中所述钻具构件为大体环形的。
23.根据权利要求21所述的装置，其中所述致动器为线性致动器，且包括线性变换器。
24.根据权利要求21所述的装置，还包括液压泵，所述液压泵联接到所述地面钻孔装置和所述框架中的一个，并且所述液压泵能够与所述地面钻孔装置和所述框架中的所述一个一起移动，所述液压泵提供液压动力以用于操作所述致动器和所述驱动器。
全文摘要
用于从开采面移除材料的露天开采系统大体包括大体平行于开采面延伸的输送机；由输送机支撑并沿输送机可移动的采矿机；以及与输送机相关联并可操作成朝开采面移动输送机和采矿机的输送机平移装置。用于使露天开采长壁系统前进的方法大体包括使长壁剪切机沿工作面输送机移动；操作负载平移装置以朝开采面移动工作面输送机和长壁剪切机；重置第一组负载平移装置并且随后重置第二组负载平移装置。负载平移装置大体包括致动器；联接到致动器的一部分并能够随致动器的该部分一起移动的地面钻孔装置；以及联接到致动器的另一部分并能够随致动器的该另一部分一起移动的框架。
文档编号E21C25/06GK102939434SQ201180027999
公开日2013年2月20日 申请日期2011年4月15日 优先权日2010年4月16日
发明者布拉德·尼尔森, 迈克尔·S·亚当齐扎克, 彼得·多尔顿, 约瑟夫·J·齐默尔曼 申请人:乔伊·姆·特拉华公司