长壁优化控制的制作方法

本发明涉及输送机系统，更具体地，本发明涉及长壁开采系统。

背景技术：

长壁开采系统通常通过将矿物从矿面切削到输送机上来提取矿石。提取的矿物通过输送机运离矿面，以用于进一步处理。现有的系统效率较低。例如，在开采期间通常不会调整输送机的速度。因此，即使在输送机上只有少量矿物，输送机也会超出必要地以较高的速度运行并使用较多的功率。进一步，如果输送机移动太慢，提取的矿石就无法移动。

技术实现要素：

在某一实施例中，本发明提供了一种控制长壁开采系统的方法，其中所述长壁开采系统包括长壁采矿机、输送机以及多个顶板支架。所述方法包括：通过控制器创建所述输送机的负载分布图，所述负载分布图表示矿物沿着所述输送机的长度的分布；基于所述输送机的负载分布图，通过所述控制器计算所述负载分布图的期望变化；基于所述负载分布图的期望变化，通过所述控制器控制所述长壁开采系统，以调整矿物在所述输送机上的分布。

在另一实施例中，本发明提供一种长壁开采系统，该长壁开采系统包括：采矿机；多个顶板支架；输送机，所述输送机具有沿着所述输送机的长度的矿物分布，所述矿物分布由负载分布图表示。所述长壁开采系统还包括多个电机，所述电机用于驱动所述采矿机、所述输送机以及所述顶板支架；和控制器，所述控制器被配置成控制所述多个电机，其中所述控制器基于所述负载分布图的期望变化来控制所述多个电机。

在另一实施例中，本发明提供一种控制长壁开采系统的方法，所述长壁开采系统具有多个可控部件，所述多个可控部件包括长壁采矿机、输送机以及多个顶板支架。所述方法包括：通过所述控制器确定输送机特征的期望变化；通过所述控制器控制所述长壁开采系统的可控部件，以获得所述输送机特征的期望变化；以及通过执行多个指令来控制所述可控部件，从而调整所述可控部件中的至少一个，其中根据指令等级执行所述多个指令。

在另一实施例中，本发明提供一种长壁开采系统，所述长壁开采系统包括多个可控部件，所述多个可控部件包括输送机、采矿机以及多个顶板支架；输送机特征，所述输送机特征具有输送机特征的期望变化；以及控制器，所述控制器被电耦接至所述可控部件，所述控制器被配置成执行多个指令，以调整所述可控部件中的至少一个的运行，从而获得所述输送机特征的期望变化。所述长壁开采系统还包括指令等级，所述控制器被配置成根据所述等级执行所述多个指令。

通过考虑具体实施方式和附图，本发明的其它方面会变得更为清晰。

附图说明

图1是根据本发明的某一实施例的提取系统的示意图，其中提取系统包括长壁开采系统和优化控制系统。

图2是图1的长壁开采系统的长壁采矿机的透视图。

图3是图1的长壁开采系统的侧视图。

图4是图1的长壁开采系统的侧视图。

图5是图1的长壁开采系统的动力顶板支架的透视图。

图6展示了正穿过煤层的长壁采矿机。

图7展示了图1的开采系统正穿过煤层前进。

图8是根据本发明某一实施例的优化控制系统的示意图。

图9展示了根据图8的优化控制系统控制长壁开采系统的方法的流程图。

图10展示了根据某一实施例的、创建负载分布图的方法的流程图。

图11展示了一系列快照，这些快照用图表的方式表示根据图10和图12的方法构建的负载分布图。

图12展示了根据另一实施例确定负载分布图的方法的流程图。

图13展示了根据某一实施例的、具有电子测量装置的长壁开采系统的示意图。

图14展示了根据另一实施例的、展示了创建负载分布图的方法的流程图。

图15是根据某一实施例的长壁开采系统的示意图，该长壁开采系统具有多个电子测量装置。

图16展示了一系列快照，这些快照用图表的方式表示根据图14的方法构建的负载分布图。

图17展示了一系列快照，这些快照用图表的方式表示根据图14的方法的另一实施例构建的负载分布图。

图18展示了根据另一实施例的、创建负载分布图的方法的流程图。

图19是根据某一实施例的长壁开采系统的示意图，其中该长壁开采系统具体电子测量装置。

图20展示了一系列快照，这些快照用图表的方式表示根据图18的方法构建的负载分布图。

图21是展示了根据等级来控制长壁开采系统的方法的流程图。

图22是展示了根据某一实施例的、计算矿堆高度的方法的流程图。

图23是展示了根据另一实施例的、计算矿堆高度的方法的流程图。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施例之前，应当明白，本发明的应用不限于在以下说明中所阐述的和在以下附图中所示出的结构细节和部件排布。本发明可以具有其它实施例，并且能够以各种不同的方式来实现或实施本发明。

另外，应当明白，本发明的实施例可以包括硬件、软件以及电子元件或模块，为了讨论目的，它们被展示和描述成如同只以硬件实施大部分元件。然而，本领域技术人员在阅读具体实施方式的基础上可以认识到，在至少一个示例中，可以在能够被一个或多个处理器执行的软件(例如，存储在非易失性计算机可读介质中)中实施本发明的基于电子的方面。据此，应当注意，可以使用多个基于硬件和软件的装置，以及多个不同结构的部件来实施本发明。此外，如下述段落所述，附图中展示的具体机械结构只意在举例说明本发明的实施例。然而，可能有其它可供选择的机械结构。例如，说明书中描述的“控制器”和“模块”可以包括标准处理元件，例如一个或多个处理器、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入/输出接口、以及连接元件的各种连接(例如，系统总线)。在一些示例中，控制器和模块可以被实施成通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)以及现场可编程门阵列(fpga)中一个或多个，这些控制器和模块能够执行指令或者实施其在本申请中描述的功能。

图1展示了提取系统10。提取系统10包括长壁开采系统100和优化控制系统400。提取系统10被配置成以高效方式从矿藏提取产品。长壁开采系统100用物理方法从地下矿藏提取矿物，而优化控制系统400监测和控制长壁开采系统100的运行，以确保维持矿物的高效提取。

通过使用一系列可控部件，例如自动化的电动液压顶板支架(即，动力顶板支架)、煤炭切削机械(即，长壁采矿机)以及刮板输送机(即，afc或输送机)，长壁开采系统100从地下矿藏挖掘煤炭。长壁开采系统100也可以用于提取其它矿石或矿物，例如天然碱。长壁开采系统100以物理方法从地下矿藏提取煤炭或者其它矿物。可选地，长壁开采系统100也可以物理方法从暴露在底面上的矿层(例如，露天矿藏)提取煤矿或者其它矿物。长壁开采开始于对识别待开采的矿层，然后通过在每个盘区的周长附近挖掘巷道而将矿层“封闭”成煤盘区(coalpanels)。在挖掘矿层(即，挖掘煤炭)期间，在相邻煤盘区之间所选的煤炭支柱可以被保留成未挖掘状态，以协助支撑覆盖的地质层。通过长壁开采系统100从矿面切削煤炭，可以挖掘煤盘区。

优化控制系统400监测各种输送机特征，并且基于这些特征调整长壁开采系统100的运行，以便改善采煤效率并提高长壁开采系统100的寿命。例如，优化控制系统400监测被提取的煤炭或矿物的数量以及系统的电机扭矩，以寻求高效采煤和不让电机超载之间的平衡。这确保能够提高电机的寿命并降低功率消耗，而同时以足够的速率持续采矿。

图1展示了包括顶板支架105和长壁采矿机110的长壁开采系统100。顶板支架105通过电气和液压连接而平行于采煤工作面(未显示)进行互连。进一步，顶板支架105遮蔽采矿机110，以防止其受到覆盖的地质层的影响。开采系统100中使用的顶板支架105的数量取决于被开采的采煤工作面的宽度，因为顶板支架105意在保护采煤工作面的整个宽度免受地质层的影响。通过刮板输送机(以下称为“输送机”)使采矿机110沿着采煤工作面的线路进行传送，输送机具有用于采矿机110的专用齿条，这些齿条在矿面303和顶板支架105之间平行于采煤工作面303延伸。输送机115还包括平行于齿条延伸的部分，从而挖掘的煤炭能够落到输送机115上而被运离采煤工作面。输送机115和齿条由位于主门121和尾门122的输送机驱动器120驱动，主门121和尾门122位于输送机115的远端。输送机驱动器120使得输送机115能够持续地向主门121运输煤炭，并且使采矿机110能够沿着输送机115的齿条被拖曳而双向地穿过采煤工作面。应当注意，根据具体的矿藏分布，长壁开采系统110的布置也可能与上面描述的不同，例如，主门121可以位于输送机115的右侧远端，而尾门122可以位于输送机115的左侧远端。

系统100还可以包括梁式分段装载机(bsl)125，bsl125被垂直安置在输送机115的主门端。当得到的煤炭被输送机115拖曳到主门121时，线路经90^o的转弯而使煤炭位于bsl125上。在一些情况下，bsl125以倾斜角(例如，非直角)与输送机115互连。bsl125然后准备并将煤炭装载到主门输送机(未显示)上，主门输送机将煤炭运输至地面。煤炭被准备而由破碎机(或分拣机)装载，破碎机使煤炭破碎，从而改善在主门输送机上的装载。与输送机115的输送机相似，bsl125的输送机也由bsl驱动器驱动。

图2展示了采矿机110。采矿机110具有伸长的中心外壳205，中心外壳205储存用于采矿机110的运输控制。在外壳205下面延伸的是制动靴(skidshoe)210和捕获靴(trappingshoe)212。制动靴210将采矿机110支撑在输送机的采煤工作面侧(例如，最靠近采煤工作面的那侧)，而捕获靴212将采矿机110支撑在输送机115的采空区侧(goafside)。具体而言，捕获靴212和拖曳链轮与输送机115的齿条啮合，以使采矿机110能够沿着输送机115和采煤工作面推进。从外壳205横向延伸的分别是通过液压缸提升或下降的右摇臂215和左摇臂220，液压缸被附接在摇臂215、220和主体205的下侧。在右摇臂215的远端(相对于外壳205)是右切割滚筒235，而在左摇臂220的远端是左切割滚筒240。可以通过电动机经由摇臂215、220内的轮系驱动各个切割滚筒235、240。切割滚筒235、240中的每一个均具有多个开采钻头245(例如，切削截齿)，当切割滚筒235、240旋转时，开采钻头245会磨削采煤工作面，从而将煤炭切离。开采钻头245还伴有喷嘴，在开采过程中，喷嘴会喷出液体，以便驱散在挖掘现场产生的有毒和/或易燃气体，抑制灰尘，以及加强冷却。

图3和4展示了沿着采煤工作面303的线路观察的长壁开采系统100。显示顶板支架105通过顶板支架105的悬伸顶棚315来遮蔽采矿机110，以防止其受到上方地质层的影响。顶棚315通过液压支腿305、310(参见图5)垂直位移(即，移向和移离地质层)。左液压支腿305和右液压支腿310包含加压流体，以支撑顶棚315。通过向液压支腿305，310施加不同的压力，顶棚315由此向地质层施加一定范围的向上的力。安装至顶棚315的采煤工作面端的是导向装置(deflector)或防护柱(sprag)325，显示防护柱325处于工作面支撑位置。然而，也可以通过防护柱柱塞330(图5)来完全延伸防护柱325，如虚线部分所示。随着煤层被切削下来，附接至底盘340的前进柱塞335使顶板支架105朝着采煤工作面303前进，从而支撑新暴露的地质层。前进柱塞335还使顶板支架105能推动输送机115朝向采煤工作面303前进。采矿机110在采煤工作面303的宽度上行进并移除一层煤炭(例如，一片煤炭)时，顶板支架105自动前进而支撑新暴露的地质层部分的顶部。然后顶板支架105使输送机115朝着采煤工作面303向前前进一段距离，该距离等于刚刚被采矿机110移除的煤层的深度。向采煤工作面303推进输送机115，使得采矿机110能够与采煤工作面303啮合，并且能够继续从采煤工作面303切除煤炭。朝采煤工作面303推进输送机115的动作被称为“蛇行”或者“输送机前进”。

在一些情况下，可能期望延迟输送机115朝向采煤工作面303的前进。这被称作蛇行延迟。在蛇行延迟期间，顶板支架105在采矿机110经过时而继续连续前进，并且输送机115继续将矿物输送至主门121。然而，在采矿机110经过之后，没有立即通过使顶板支架105的活塞335前进而将输送机115推向采煤工作面303。相反地，输送机115的前进被延迟(例如，直到采矿机110到达矿面的端部，或者完成采矿机的经过)。期望启动蛇行延迟的一种情况是，当输送机115装载的矿物超载时。随着输送机115朝向采煤工作面303前进，额外的煤炭会落在输送机115上。如果输送机115超载，那么期望启动实施蛇行延迟，蛇行延迟可以一直持续到输送机115没有超载的稍晚时刻。例如，在采矿机110到达采煤工作面303的端部并且处于改变方向的过程中时，输送机115倾向于运载更少的矿物。在这个时候，可以去除蛇行延迟，从而使顶板支架105的前进柱塞335能够开始使输送机115朝向采煤工作面303推进。

图6展示了沿着采煤工作面303的宽度经过的长壁采矿机110。如图6所示，采矿机110能够以双向的方式沿着采煤工作面303横向位移。例如，在一些开采作业中，采矿机110能够沿着采煤工作面303双向推进，但只在沿一个方向上行进时切削煤炭。例如，采矿机110可以被操作而在第一次向前经过采煤工作面303的宽度的进程中提取一片煤炭，但是在其返回经过时不提取另一片煤炭。可选地，采矿机110可以被配置成在向前和返回经过过程中均提取一片煤炭，从而执行双向的切削操作。如图6所示，采矿机110的右切割滚筒235和左切割滚筒240被显示成交错设置，以适应被开采的煤层345的整个高度。具体而言，当采矿机110沿着输送机115水平移位时，左切割滚筒240被显示成从采煤工作面303的下半部切削煤炭，而右切割滚筒235被显示成从采煤工作面303的上半部切削煤炭。当采矿机110在第一次经过后到达采煤工作面303的端部时，在采矿机110开始第二次经过并回到采煤工作面303的相对端部之前，可能存在延迟。部分原因在于以下事实：引导切割(图6中的右切割滚筒235)在拖尾切割(图6中的左切割滚筒240)之前到达采煤工作面303的端部。

图7展示了当采矿机110从采煤工作面303移除煤炭时向前穿过煤层345的开采系统100。当从采煤工作面303切削煤炭时，允许覆盖被挖掘区域的地质层355

在开采系统100穿过煤层345前进时在开采系统100后方塌陷。具体而言，图7展示的采煤工作面303从附图的平面垂直延伸。当开采系统100穿过煤层345前进时(图7中向左)，允许地质层355在系统100后方塌陷，以形成采空区350。

图8是优化控制系统400的示意图。优化控制系统400包括控制器405，控制器405具有处理器410和存储器415。控制器405与多个可控部件420进行通信。例如，控制器405与顶板支架105、采矿机110和输送机115进行通信。在一些实施例中，可控部件420中的每一个均具有其自身的控制器，这些控制器与主控制器405通信。类似地，可控部件420中的每一个可以具有其自身的电机或液压系统，以操作可控部件420。例如，在图8展示的实施例中，顶板支架105包括顶板支架控制器425和前进柱塞335，采矿机110包括采矿机控制器430和采矿机拖曳电机435，并且输送机115包括输送机控制器440和输送机电机120。输送机115还可以包括电机传感器447，电机传感器447可用于监测输送机电机120的速度、扭矩或功率。在展示的实施例中，前进柱塞335是液压系统的一部分。在一些实施例中，可控部件420每个都具有多个电机。此外，在一些实施例中，可控部件420不具有特定的控制器425、430、440，而是直接通过主控制器405控制。

控制器405控制和调整可控部件420，以便在优化效率和提取矿物量的同时，延长长壁开采系统100的寿命。没有一直以恒定的速率执行矿物的提取。例如，当采矿机110到达采煤工作面303的端部并且必须改变方向而沿相反的方向进行切削时，会存在滞后。同样地，采矿机110的拖曳速度可以根据不同的情况而不时地变化。一般来说，拖曳速度越快，采矿机110沿采煤工作面移动的速度越快，并且矿物提取的速率越高。当在输送机115上的矿物数量超出一定量时，输送机电机120会过载，这会给输送机电机120带来压力和耗损。当在输送机115上的矿物数量低于一定量时，输送机电机120负载不足，这会损失矿物提取的效率。控制器405被配置成以平衡下述两个目标的方式控制可控部件420：在高效、大量地提取矿物的同时，通过降低输送机电机120的过载和损坏来延长长壁开采系统100的寿命。

图9展示了根据一些实施例的、用于优化长壁开采系统100的方法448。参考优化控制系统400来描述方法448，虽然在一些实施例中可以使用其它部件来实施方法448。控制器405通过监测至少一个输送机特征来优化长壁开采系统100。被监测的输送机特征包括但不限于：输送机电机120上的扭矩、输送机电机的电机速度、输入输送机电机120的功率、或者在输送机115上的矿物数量。将监测的特征与期望值进行比较，以确定输送机特征的期望变化(步骤455)。期望值可以是用于输送机特征的、预先确定的设定值或设定范围。期望变化可以是被监测的输送机特征的当前值和期望值之间的差异。一旦确定输送机特征的期望变化，控制器405就会调整长壁开采系统100的可控部件420，以实现输送机特征的期望变化(步骤460)。例如，控制器405可以调整顶板支架105的操作、采矿机110的拖曳速度、输送机115的速度、或者上述的组合。在一些实施例中，控制器405执行一个或多个指令，以根据指令等级

(commandhierarchy)调整可控部件420。指令等级指的是每个指令的优先级。等级不指定哪些指令被执行，而仅指示可用指令的优先级。

指令等级包括彼此之间按优先级的顺序排名的两个或更多个指令。当根据指令等级执行多个指令时，执行可用的最高排名的指令。只在一个例子中除外：如果一特定的指令是为了增加一个已经被设定成最高级的变量的话，那么该特定的指令是不可用的。因此，在根据指令等级来执行指令时所采取的特定动作取决于具体情况。下文会参考图21进一步详细地描述根据指令等级来执行指令的示例。

图10-20展示了用于确定输送机特征(步骤450)的不同的实施例。在图10-20展示的实施例中，被监测的输送机特征是负载分布图。负载分布图表示的是输送机115上的矿物量。在展示的实施例中，负载分布图的创建基于沿着输送机115一段距离内、在输送机115上的矿物高度。在其它实施例中，负载分布图基于其它可测量的量来计算矿物量。例如，在一些实施例中，负载分布图表示在输送机115上的矿物的重量或体积。虽然下面的方法基于在输送机115上的矿物高度来创建负载分布图，但是应当理解，相似的方法可以被用于基于在输送机115上的矿物的重量或体积来创建负载分布图。

图10展示了根据本发明的某一实施例的、确定输送机特征(步骤450)的方法500。在方法500中，控制器405通过向负载分布图增加点来构建负载分布图，所述点表示在输送机115上矿物的矿堆高度以及输送机115的速度。具体而言，控制器405使用矿物高度估算来计算在输送机115上的矿物的矿堆高度，矿堆高度作为负载分布图点的y坐标。在前面的计算之后，控制器405使用输送机115的速度以及运行时间(elapsedtime)来确定x坐标。控制器405然后把负载分布图点添加到输送机负载分布图(515)。随着输送机115的移动，控制器405重复步骤505-515，从而持续地把点添加到负载分布图。每当控制器405把点添加到负载分布图上时，负载分布图会变得越来越长，这意味着其表示了沿着输送机115的更长长度的矿物高度。

图11形象地描绘了生成过程中的负载分布图(loadprofile)521。具体而言，图11提供了在控制器405构建负载分布图521的过程中负载分布图521的快照520a-520e。快照520a-520e用图表的方式显示了沿着输送机115的长度的矿物高度。在每个渐进的快照520a-e中，负载分布图521a-e表示沿着输送机115的更长长度的矿物高度。控制器405重复地计算矿堆高度(步骤505)，确定输送机的速度(步骤510)，并且把点添加到负载分布图(步骤151)。随着新的点被添加到负载分布图521，负载分布图521变得越来越长，从而了解跨过输送机115的更长长度的矿物高度。在具有负载分布图521a的第一快照520a中，只知道跨过输送机115的第一长度的矿堆高度。然而，在随后的快照(例如，520d、520e)中，可以生成用于输送机115的更长长度的负载分布图(例如，521d、521e)。虽然图11形象描绘的负载分布图是显示了沿着输送机115的距离/长度的矿物高度的曲线图，但是在其它实施例中，负载分布图仅仅由一系列点组成。也就是说，在一些实施例中，控制器405没有实际用曲线图表示负载分布图的点。

在一些实施例中，控制器405根据图10的子流程图来计算矿物的矿堆高度(步骤505)，其中子流程图包括步骤522-540。控制器405确定采矿机110的拖曳速度(vs)(步骤522)、输送机115上方的采矿机110的高度(hc)(步骤525)、以及采矿机110的切削深度(dc)(步骤530)。控制器405基于输送机115的最新平均前进距离来确定切削深度(dc)，并且计算采矿机110的切削量(步骤523)。可以各种顺序来确定这些值。控制器405然后使用这些测量结果来计算在单个点的、输送机115上矿物的高度(hm)(步骤540)。例如，可以使用下面的等式来计算矿堆高度(hm)：

hm＝(vsxhcxdc)/vr

其中vr是输送机115相对于采矿机110的速度，并且vr＝vafc±vlws，其中vafc表示输送机115的速度而vlws表示采矿机110的速度。当采矿机110移动的方向与输送机115相反时，使用+vlws，当采矿机110移动的方向与输送机相同时，使用-vlws。如前所述，控制器405使用矿堆高度值以及输送机115的速度来标出输送机分布图的点并且构建输送机负载分布图(步骤515)。

图12展示了确定负载分布图的方法600，方法600使用计算的矿堆高度和测量的矿堆高度来创建负载分布图点。方法600计算在输送机115上的矿物的高度(步骤605)。方法600使用的计算可以与上面关于方法500(步骤522-540)描述的相似。然而，除了计算矿堆高度(步骤605)之外，方法600还使用电子测量装置610来创建输送机负载分布图。更具体地说，在步骤615中，控制器405在沿输送机115放置的电子测量装置610(参见图13)的帮助下测量输送机115上矿物的高度。电子测量装置610可以包括声呐传感器、雷达传感器或者其它能够感测矿物高度的已知电子测量装置。如果负载分布图表示重量而不是高度，那么可以使用重量传感器来替换高度传感器。电子测量装置610的位置通常位于沿着输送机115的位置的上方，并且适于测量在输送机115上的矿物的高度。例如，在图13展示的实施例中，电子测量装置610被耦接至靠近主门121的顶板支架105。然而，在其它实施例中，电子测量装置610可以放置在沿输送机115的长度的另一位置。

电子测量装置610被固定至顶板支架105，并且输送机115沿着位于电子测量装置610下方的采煤工作面水平移动(即，图13中从右往左)。当输送机115沿着输送机115的长度运输矿物时，水平移动基于输送机115的旋转。此外，输送机会相对于顶板支架105和电子测量装置610垂直移动(即，图7中的向上和向下)。垂直移动基于：输送机115和顶板支架105下方的地面地形的一个或多个变化、在顶板支架105上的臂305和310的延伸、顶板支架315的角度、以及输送机115的“反弹”或“吸震”效应。这种移动会被电子测量装置610计算在内，以提供精确的测量。

图3和22显示并描述了被用于计算输送机和电子测量装置610的相对垂直移动的示例性方法。图3展示了电子测量装置610在顶板支架105上的位置。电子测量装置610测量其自身到位于输送机115顶部的矿堆顶部的距离(dm)。电子测量装置610还测量到基准反射器620的距离。控制器405然后使用测量的距离(dm)和(dr)来确定在输送机115上方的矿物的高度。具体而言，控制器405接收(dm)和(dr)，然后基于这两个距离计算矿物的测量高度(hm)，例如，通过使用下面的等式：

hm=hr-(dm-dr)计算a

hm表示测量的在输送机顶部上方的矿堆高度，而hr表示在输送机顶部上方的基准反射器620的高度。在输送机的顶部上方的基准反射器620的高度(hr)是已知的固定值。

一旦控制器405基于由电子测量装置605提供的感测距离(dm、dr)确定了测量的矿堆高度(步骤625)，控制器405比较测量的矿堆高度和计算的矿堆高度，以确定校正系数(步骤630)。校正系数本质上是计算的矿堆高度和测量的矿堆高度之间的差(即，误差)。控制器405将校正系数应用到计算的矿堆高度，以确定校正的矿堆高度(步骤635)。

在某一实施例中，计算的矿堆高度是在输送机115的靠近采矿机110的位置处的矿堆高度的估计，而测量装置605的位置位于输送机115的下游位置并且靠近主门121。随着采矿机110和测量装置605之间的距离增加，通过采矿机110的切削将矿物添加到输送机上的时间与通过测量装置605在下游测得的所添加矿物的高度的时间之间的延迟也增加。该延迟会降低使用测量的矿堆高度作为输入来控制系统以调整矿堆高度(例如，通过改变采矿机115的拖曳速度)的有效性。可以认为，更及时地，计算的矿堆高度可以被用作对系统进行控制以调整矿堆高度的输入，如下进一步详细描述的。然而，测量的矿堆高度和校正系数被用于提高计算的矿堆高度的准确性。例如，如果测量的矿堆高度显示出，计算的高度始终低于实际的矿堆高度，那么控制器405在将来的计算中使用校正系数(例如，增加偏移)，以提高计算的矿堆高度的准确性。

控制器405使用校正的矿堆高度和输送机115的速度来创建负载分布图点，以添加到负载分布图(步骤640)。具体而言，校正的矿堆高度用作y坐标，而输送机115的速度由控制器405使用来确定用于特定负载分布图点的x坐标。控制器405重复步骤605-640，以构建负载分布图。构建方法600的校正的负载分布图的方法与方法500的负载分布图相似。如图11所示，随着加入更多的点，负载分布图变得越来越大，其表示沿着所述输送机115的更长长度的矿堆高度。

图14展示了确定负载分布图以实施图9的步骤450的另一方法700。根据该实施例，控制器405通过使用多个电子测量装置而从沿着输送机115的多个点测量矿物的高度(步骤705)。更具体地，如图15所示，多个电子测量装置710被耦接至多个顶板支架105。在展示的实施例中，多个电子测量装置710沿着输送机115的整个长度以大致相同的距离被隔开。然而，电子测量装置710的数量和位置可以改变。同样，在其它实施例中，多个测量装置710可能不以相同的距离隔开，并且不沿着输送机115的整个长度延伸。

为了构建负载分布图，控制器405使用电子测量装置710测量沿着输送机115长度的多个位置上的矿物高度(步骤705)。控制器405然后使用来自电子测量装置710的测量结果来计算在输送机上的矿物的高度(步骤715)。控制器405还使用电机传感器447确定输送机115的速度(步骤720)。输送机115的速度以及在输送机上的矿物高度然后被控制器405用来确定负载分布图点。如图表所示，矿堆高度表示每个点的y值，而输送机115的速度被用于确定x值。控制器405然后将这组负载分布图点添加到负载分布图(步骤725)。随着输送机115的移动，控制器405重复步骤705-725。控制器405通过重复测量位于多个位置的、输送机115上的矿堆高度(步骤705)以及将各组点添加到负载分布图(步骤725)，从而构建负载分布图。

每个电子测量装置710均测量其自身到矿堆顶部的距离。控制器405然后使用这组测量结果来确定一组负载分布图点，每个负载分布图点均表示电子测量装置710下方矿物的高度。如前有关方法600的描述，因为顶板支架105和电子测量装置910能够相对于输送机115沿垂直方向移动，控制器405基于方法612和计算a来确定测量的矿堆高度，其将相对移动计算在内。控制器405从每个电子测量装置710接收两个测量结果(dm和dr)(步骤615和617)，并且为每一对数值执行计算a，以便确定与每个测量装置710所对应的测量的矿堆高度(步骤625)。更具体地，每个电子测量装置710均向控制器405发送从测量装置710到矿堆顶部的感测距离(dm)以及从测量装置710到基准点730的感测距离(dr)(步骤617)。每个测量装置710均使用与该测量装置710相对应的不同的基准点730。控制器405将每一对数值输入至计算a，以确定一组测量高度(步骤625)。控制器405使用该组测量高度来确定一组负载分布图点，该组负载分布图点将被添加到负载分布图上(步骤725)。

在图14的方法中，可以用两种方式构建负载分布图。首先，图16展示了使用在图11中显示的相似过程来构建负载分布图的方法700a。图16显示了负载分布图在构建过程中的一系列快照735a-735d。在该实施例中，控制器405重复将点添加到负载分布图，以沿着输送机115的长度生成负载分布图。每当控制器405将点添加到负载分布图上，区段735a-735d就变得越来越大，并且对应于输送机115的更长长度。在该实施例中，控制器405使用测量的高度和输送机115的速度来确定负载分布图点。与图11中所示的负载分布图不同，图16的负载分布图通过使用多个电子测量装置710构建。在图16的实施例中，控制器405一次将各组的负载分布图点加到负载分布图上，而不是只添加一个点。每组点均包括与各个电子测量装置710相对应的单个点。如图16所示，当控制器405使用各组的点来构建负载分布图时，在区段740内生成负载分布图。每个区段均对应于通过特定电子测量装置710完成的测量结果。快照735a-735d显示了由控制器405生成的负载分布图。随着各组的点被添加到负载分布图，负载分布图的每个区段740都变得越来越大，并且表示输送机115的更长长度。最后，各个负载分布图740会发生重叠，并且负载分布图将作为单个统一的负载分布图表示，如最后的快照735d所示。

图17展示了构建负载分布图的另一方法700b，方法700b基于使用耦接至顶板支架105的多个电子测量装置710的方法700。根据该实施例，控制器405基于单组负载分布图点745来构建负载分布图，而没有将输送机115的速度计算在内。负载分布图由单组负载分布图点745组成，其中该组中的每个点745均对应于电子测量装置710中的一个。每个点745均表示在沿着输送机115的、对应于特定测量装置710的位置处的矿物高度。换句话说，负载分布图不是几组点745的汇集，其中每组的点745均表示输送机115的新位置，如图16所示。作为替代，在图17的实施例中，控制器405基于单组的点745来生成负载分布图，以表示在固定位置的输送机115。随着输送机115的移动，控制器405通过把由电子测量装置710生成的新的一组点745添加到负载分布图上而生成新的负载分布图，并且去除先前组的点745。图17展示了一些负载分布图

750a-750d，通过控制器405使用单组的点745可以生成750a-750d中的每一个。

图18展示了使用耦接至采矿机110的电子测量装置805来确定负载分布图的方法800。更具体地，如图19所示，电子测量装置805耦接至采矿机110，并且能够随采矿机110一起沿水平方向移动。在展示的实施例中，只用了一个电子测量装置805，然而，在其它实施例中，可以使用多个电子测量装置805。采矿机110和测量装置805相对于输送机115移动，同时采矿机110沿着采煤工作面303切削。随着采矿机110和测量装置805沿着采煤工作面303水平移动，测量装置805在不同的时刻从沿输送机115的长度的不同位置测量输送机115上的矿物高度。控制器405使用这些测量结果中的每一个来创建负载分布图点810，负载分布图点810被添加至负载分布图，以构建负载分布图。

更具体地，如图4所示，电子测量装置805测量其自身与矿堆顶部之间的距离(dm)，并将测量结果发送至控制器405(步骤815)。控制器405使用由电子测量装置805提供的测量的距离(dm)来确定在输送机115上的矿物高度(步骤820)。控制器405使用由电子测量装置805提供的测量结果来确定在输送机115上的矿物高度，以表示负载分布图点810的y坐标。在一些实施例中，控制器405将把蛇形负载计算在内的校正系数应用至测量的高度，以确定校正的矿堆高度，校正的矿堆高度被用作y坐标(步骤825)。控制器405还确定输送机115的速度(步骤830)和采矿机110相对彼此的速度，以确定负载分布图点的x坐标。输送机115和采矿机110能够沿相同的方向以不同的速度移动，或者可以沿完全不同的方向移动。控制器405然后将负载分布图点810添加到负载分布图(步骤835)。通过测量装置805和控制器405重复这些步骤815-835，以构建负载分布图。

控制器405基于由电子测量装置805提供的测量结果(dm)以及将相对于输送机115安装测量装置805计算在内的等式来确定矿物的高度。图23展示了计算用于该配置的矿堆高度的方法812。方法812包括确定从电子测量装置805至矿堆顶部的距离(步骤815)。该方法还包括：控制器405例如从存储器415获得在输送机115上方的电子测量装置805的已知高度。控制器405然后基于计算b计算输送机115上的矿物的高度。

hm＝hd-dm计算b

虽然测量装置805沿水平方向相对于输送机115移动，但是测量装置805在垂直方向上相对于输送机115是固定的。因此，因为测量装置805在垂直方向上相对于输送机115固定，所以测量装置805不用像方法600和700中做的那样，从基准点进行第二次测量。

hm是测量的、输送机115的顶部表面(即，顶板)上方的矿堆高度。dm是从测量装置805到矿堆顶部的距离。hd表示测量装置805在顶板上方的高度。

参考图20，通过每次向负载分布图添加一个点来构建负载分布图。随着新的负载分布图点810被添加至负载分布图，负载分布图变得越来越大，并且表示沿着输送机115的更长长度的矿堆高度。图20展示了正在被构造的负载分布图的快照840a-840d。在第一个快照840a中，负载分布图只延伸跨过输送机115的一段短的距离。随着每个连续的快照840b-840d，负载分布图延伸跨过输送机的更长的长度。

以上解释的、在图10-20中展示的方法500-800描述了确定负载分布图的方法，负载分布图表示在输送机115上的矿物数量，矿物数量依据的是矿堆高度。然而，以上解释的方法500-800也可以被重新构造成将输送机115上的矿物的重量或体积计算在内，而不是在输送机115上的矿物的高度。在该实施例中，高度传感器会被重量传感器或者能够测量重量和/或体积的其它传感器取代。

此外，可以关注其它输送机特征，以替换负载分布图。例如，在另一实施例中，控制器405监测输送机电机120的扭矩。控制器405能够通过使用电机传感器447(例如，扭矩传感器)直接测量扭矩。可选地，控制器405可以基于从电机传感器447或其它传感器接收的其它输出来计算输送机115的电机扭矩。例如，控制器405基于输送机电机120的功率输入、输送机115的速度、或者以上两者来计算输送机电机120的扭矩，其中可以使用电机传感器447检测功率输入或速度。在这种情况下，传感器可以被用于确定输送机电机120的功率输入和速度。

参考图9，不管监测的是哪种输送机特征，控制器405都可以确定输送机特征的期望变化(步骤455)，并且调整可控部件420以获得输送机特征的期望变化(步骤460)。可以用一些不同的方式确定输送机特征的变化。例如，输送机特征的期望变化可以基于输送机特征的当前数值与预先确定的设定数值或范围之间的差异。通过下述方法可以实施对可控部件420的调整：控制器405执行一个或多个指令，以调整输送机115的速度、采矿机110的拖曳速度、蛇行延迟的状态，或者上述的组合。在一些实施例中，控制器405根据指令等级执行多个指令。指令等级包括以优先顺序在彼此之间进行排名的两个或多个指令。当根据指令等级执行多个指令时，可用的最高排名的指令被执行。因此，根据指令等级执行指令时所进行的特定动作取决于具体情况。

例如，在输送机115上的矿物处于低水平的情况下，指令等级可以让提高采矿机110的拖曳速度的指令的排名高于降低输送机115的速度的指令。根据指令等级，控制器405将首先向拖曳电机435发送指令，以调整采矿机110的拖曳速度。在执行每个指令之后，控制器405持续监测输送机特征，从而重新计算输送机特征的期望变化，并且确定是否已经完成期望变化。如果没有完成输送机特征的期望变化，控制器405执行相同的指令(在这种情况下，增加拖曳电机435的速度)，或者转向较低排名的指令，例如降低输送机115的速度。在一些指令等级中，直到较高排名的指令不再可用之后，才会执行较低排名的指令。如果电机的速度已经处于最高或最低，那么指令就不可用。例如，如果拖曳电机435处于最大速度，那么对于控制器405而言，提高该速度的指令就不再可用，控制器405将转向较低排名的指令。如果已经采取了动作，那么指令也是不可用的。例如，如果没有通过顶板支架105使输送机115朝采煤工作面303前进(即正在进行蛇行延迟)，那么控制器405就不会执行指令以开始蛇行延迟，因为蛇行延迟已经开始。

在一些实施例中，控制器405能够根据多个等级进行操作。例如，在被监测的输送机特征是负载分布图的情况下，执行第一等级，而在被监测的输送机特征是输送机115的电机扭矩的情况下，执行第二等级。相似地，在其它实施例中，当输送机特征的期望变化大于零时，控制器405可以根据第一等级进行操作(即，增加输送机特征)，当输送机特征的期望变化小于零时，控制器405可以根据第二等级进行操作(即，减小输送机特征)。在另一实施例中，在一天或一年的不同时候，可以使用不同的等级。例如，生产目标可能影响用哪种等级来驱动控制器405的操作。

图21展示了用于调整长壁开采系统的方法900，方法900使用指令等级来实现输送机特征的期望变化。方法900被执行来实施图9的步骤460。在图21的实施例中，方法900包括两个指令等级905、910。当输送机特征的期望变化小于零时，控制器405根据第一等级905调整可控部件420。当输送机特征的期望变化大于零时，控制器405根据第二等级910调整可控部件420。例如，如果被监测的输送机特征是扭矩，并且扭矩的期望变化小于零，那么控制器405将根据第一等级905通过调整可控部件420来减小扭矩。如果扭矩的期望变化大于零，那么控制器405将根据第二等级910通过调整可控部件420来增大扭矩。当输送机特征的期望变化等于零时，控制器405不会执行指令。可以说，控制器405仅仅继续监测输送机特征(步骤450和455)。控制器405在被执行的各个指令之间也会监测输送机特征(步骤450和455)。

根据图21显示的实施例，控制器405首先确定输送机特征的期望变化是否等于零(步骤915)。如果输送机特征的期望变化等于零(步骤915)，那么控制器405仅继续监测输送机特征，并且回到步骤450(步骤925)。然后控制器确定输送机特征的期望变化是大于零还是小于零(步骤920)。当控制器405确定输送机特征的期望变化小于零时，控制器以第一等级905进行操作。第一等级905使增加输送机115速度的指令的排名高于调整蛇行延迟状态的指令，使调整蛇行延迟状态的指令的排名高于减小拖曳电机435速度的指令。

当控制器405确定输送机特征的期望变化小于零(并且不等于)时(步骤920)，控制器405分析输送机115的速度(步骤930)。如果输送机115没有以最大速度运行，那么控制器405就对输送机电机120执行指令，以增大输送机115的速度(步骤935)。控制器405然后经由步骤925回到步骤450和455，以更新输送机特征以及期望变化值，从而确定是否已经实现输送机特征的期望变化。回到方法900之后，如果输送机特征的期望变化还小于零(步骤915和920)，那么控制器405将回到步骤930。在步骤930，如果输送机115的速度小于最大值，那么控制器450会再次增大输送机115的速度(步骤935)。如果输送机115的速度已经处于最大值，那么该指令就不可用，并且控制器405将继续等级中的下一条指令。在该实施例中，当输送机115的速度处于最大值时(步骤935)，控制器405确定蛇行延迟是否有效。如果蛇行延迟不是有效的，那么控制器405将向顶板支架335发送信号，以开始蛇行延迟(步骤945)。在回到方法900之前(通过步骤460)，控制器405回到步骤450(通过步骤925)，以获得更新的输送机特征值，然后回到步骤455，以获得更新的期望变化值。如果蛇行延迟已经是有效的，那么控制器405会向拖曳电机435发送指令，以减小拖曳电机435的速度(步骤950)。

当控制器确定输送机特征的期望变化大于零时(步骤920)，控制器405根据第二等级910对长壁开采系统100的可控部件420进行操作。第二等级910使调整蛇行延迟状态的指令的排名高于增大拖曳电机435速度的指令，并且使增大拖曳电机435速度的指令的排名高于减小输送机115速度的指令。这意味着，当控制器405确定输送机特征的期望变化大于零时(步骤915)，控制器分析顶板支架105的运行，以确定蛇行延迟是否有效(步骤955)。当蛇行延迟有效时，控制器405执行指令以控制顶板支架105的前进柱塞335(通过顶板支架控制器425)，从而去除蛇行延迟并像正常的那样开始将输送机朝矿面303推进(步骤960)。如果蛇行延迟已经是停用的，那么该指令不可用，所以控制器405转向较低排名的指令。根据第二等级910，将被调整的下一个可控部件是采矿机110的拖曳速度。控制器405分析拖曳电机435的状态(步骤965)。如果拖曳电机435不在最大速度，那么控制器405向拖曳电机435发送指令，以增大拖曳速度(步骤970)。如果拖曳速度处于最大速度，那么控制器405向输送机电机120发送指令，以减小输送机115的速度(步骤975)。在执行指令之后(例如，在步骤960、970或975中)，控制器405回到步骤450，从而获得用于输送机特征的更新值。如果没有完成期望变化，那么在随后经过方法900的过程中，控制器405或者执行相同的指令(如果可用)，或者转向较低排名的指令。

应当注意，图21的方法900通常能够影响图9的步骤460。参考图9，控制器405监测每次调整(步骤460)之间的输送机特征(步骤450和455)。每次方法900被执行，如果没有完成输送机特征的期望变化(即，在步骤915中，期望变化不等于零)，那么控制器405然后确定期望变化是大于还是小于零(步骤920)，这表示随之而来的会是哪个等级。因此，控制器405根据指令等级持续地监测并调整长壁开采系统的可控部件420，从而优化性能。

虽然图21被描述成使用输送机120的扭矩作为适用的输送机特征，但是如前所述，可以使用其它类型的输送机特征。例如，为达到目的，可以使用输送机120上矿物的高度或重量。根据生成的负载分布图中的一个(例如参考图21的分布图521e)计算出的输送机120上矿物的平均高度(或重量)可以用作输送机特征。图21的流程图只用于示例性的目的。图21是双等级系统的实施例。然而，控制器405可以根据更多或更少数量的等级来对长壁开采系统100进行操作。此外，等级中指令的数量和类型可以根据等级的不同而不同。并且，从控制器405至可控部件420的指令可以直接发送，或者通过可控部件420专用的附加控制器425、430、440发送，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。

因此，除了其它之外，本发明提供了用于控制长壁开采系统100的系统和方法。在权利要求书中将详述本发明的各种特点和优点。