JP2009500547A - ゲート坑道の構造的変化を監視する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

採鉱動作の構造的変化を決定するための方法及び装置が提供される。坑道表面の第１の走査が得られ、走査プロフィールの情報が記憶される。その後、坑道表面の第２の走査が得られる。走査の情報は登録されることができ任意の差は注目される。差がしきい値を超えるならば、危険の可能性がある坑道の構造的な変化を示す警報が与えられる。走査は単一のセンサからまたは多数のセンサ301、303から行われることができる。センサ301、303が坑道移動構造109上に取付けられる場合、センサ301、303の間隔の距離はセンサ303がセンサ301からの走査が行われた坑道横断構造109の動作または移動の位置に到達したときを決定するために使用されることができる。距離センサ309は動作距離および、走査が一致する場所を決定するために設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は採鉱動作におけるゲート坑道の構造的変化を監視する方法及び装置に関し、特にそれに限定はされないが石炭取出しに使用されるプロセスのような長壁式採掘法プロセスに関する。

長壁式採掘法は通路（坑道）により画定されている大きい石炭のパネルが機械化された切断装置により堀出される地下の石炭採取では最も効率的な方法の１つである。坑道は装置と人員にアクセスを与え、長壁式採掘法プロセスに必須である。

長壁式採掘法の通常のプロセスは坑道の方向で漸進的に後退しながら産出物のパネルの正面から産出物を取り出す作業を含んでいる。したがって採掘が進むにつれて、採掘機械の設置位置は坑道の奥に入り、産出物パネルから産出物を切断する切断装置を搬送する。坑道方向で産出物パネルへ移動することは「後退」と呼ばれる。

ゲート坑道は通常産出物パネルと産出物のシームから産出物を採掘する前に地層へ切り込まれ、その坑道は長期間の構造的完全性を有することを意図されている。しかしながら、産出物を産出物パネルから取り出すプロセスは坑道を包囲する領域に大きな応力を誘起する。これらの応力によって、通常裸眼で容易に検出され適切に解決されることのできる破断、溝、粉砕、ひび割れのような坑道の表面に対する局部的な変動を与える可能性がある。しかしながら応力は坑道中でそれ以外の局部特性を発生し、これは時間にわたって全体的な坑道構造の変形につながりかねない。この変形はコンバージェンスとして知られている。コンバージェンスは通常人間の肉眼では知覚できないレートで生じ検出を困難にするので、これは応力が誘起する坑道の変形の僅かであるが危険な形態を表している。坑道のコンバージェンスを注意しないと、坑道自体の崩壊および破損につながり、人員及び装置に対して深刻な安全性に対する危険を生じかねない。

コンバージェンスは従来、異なる時点で坑道の天井と坑道の床との間の距離を測定するため坑道の特定点に位置される伸び計装置の使用によって決定されていた。この方法は伸び計装置の手作業の動作に依存し、坑道に侵入する必要があり、しばしば危険区域で行われることを必要とされる。手作業の測定は、危険な状態を生じる過度にコンバージェンスが存在することを人間のオペレータが確認することができた後に伸び計装置により行われる。さらに、このような方法は産出物表面から産出物を採掘するために使用される採掘機械設置の坑道横断構造の通常の坑道に対して妨害となる可能性がある。

それ故、本発明の目的は前述の問題の１以上を克服する坑道の構造的な変化を監視する方法及び装置を提供することである。

本発明の第１の広い特徴によれば、採掘動作における坑道の構造的な変化を決定する方法が提供され、この方法は、
坑道の方向にほぼ直交して走査するために坑道位置において坑道プロフィール走査センサを使用して、坑道表面の第１のプロフィール走査を獲得し、その第１のプロフィール走査の情報をメモリ中に記憶し、
その後に、第１の走査が行われた位置とほぼ一致する坑道の位置で坑道の方向にほぼ直交する坑道の表面の第２のプロフィール走査を獲得し、その第２の走査の情報を獲得し、
記憶された第１のプロフィール走査の情報を第２のプロフィール走査の情報と共に登録し、
第１のプロフィール走査と第２のプロフィール走査の登録された情報から坑道の表面の任意の構造的な変化を検出するステップを含んでいる。

本発明の第２の広い特徴によれば、採掘動作における坑道の構造的な変化を決定するための装置が提供され、この装置は、
坑道の位置にありほぼ坑道の方向に直交する坑道の表面の第１のプロフィール走査の情報と、その後に通常第１の走査と同じ坑道の位置において坑道の方向にほぼ直交する坑道の表面の第２のプロフィール走査の情報を提供する走査装置と、
第１のプロフィール走査の情報を記憶するためのメモリ記憶装置と、
メモリ記憶装置に記憶されているプロフィール走査情報を第１の走査が行われた位置と一致する第２のプロフィール走査位置の第２の走査の情報と一致させる一致手段と、
第１の走査と第２の走査の情報の差に注目し、それによって坑道の構造的な変化を決定することを可能にする走査差プロセッサとを具備している。

本発明がより明白に認識されることができるように、本発明の実施形態の幾つかの例を添付図面を参照にして説明する。
図１は長壁式地下石炭採掘動作の３次元切断部（実寸大ではない）を示す図である。ここでは石炭シーム（薄層）105の石炭パネル103を横切って横方向に横断する長壁式切断装置101が設けられている。石炭シーム105の各側面には坑道107として知られている長方形の通路が設けられている。坑道107は地層および／または石炭シーム105に切り込まれ、したがって坑道107の方向と寸法は、寸法と、３次元位置及び方向のような正確なパラメータに適合する。典型的に、坑道107は互いに平行に延在する。坑道横断構造109は坑道107の一方または両方に設けられる。機械的結合111は坑道横断構造109と切断装置101を接続する。典型的に機械的結合111は切断装置101がその上を横断することができるレールトラック手段である。

坑道横断構造109は採掘に関連される採掘機械設置の一部を形成し、坑道横断構造109は採掘期間中の坑道107での後退の特定位置を予測する。切断装置101は機械的結合111を形成するレールトラック手段に沿って前後に横断運動をする。切断装置101が動くとき、石炭は石炭パネル103から取り出される。切断装置101が石炭パネル103の一方の側面から他方の側面へ横断した後、坑道横断構造109は矢印113の方向で後退させられ、それによって切断装置101を石炭パネル103の新しい面からさらに石炭を採掘するための位置へ移動させる。前述のプロセスは石炭シーム105が取り出されるまで反復され、その表面を前進する。

前述のタイプの長壁式採掘装置はよく知られている。

図２は坑道107を通る垂直断面図を示している。ここでは坑道107は床201、天井203、２つの直立した側壁205、207を有する。側壁207は石炭シーム105に直接隣接し、直立した側壁205は周囲の地層に隣接し、採掘する石炭パネル103から離れている。説明のために、破線209は坑道107で生じるコンバージェンスの態様を誇張して示している。このコンバージェンスの態様は採掘動作中の坑道107の構造的な変化を表している。ここで最上部のコーナー211はほぼ完全性を維持し、過度の構造的変化を受けていないことが認められる。これは上部コーナー211が採掘される石炭パネル103から離れているためである。したがってコーナー211は通常周囲の地層により支持される。他方で、石炭パネル側のコーナー213はかなり変形されて示されている。この構造的変化は隣接する直立した側壁207から石炭パネル103を取り出すことによって生じる。破線209は側壁205と207の変形と天井209の形状の通常の変化を示している。床201も変化する可能性があるが、通常は側壁207と天井203よりもその程度は小さい。したがって、坑道107の天井及び側壁表面のプロフィールが変化されていることが図２から認められ、この変化は作業員または採掘装置にとって危険な状態を示している。図２に示されているようなコンバージェンスは坑道107の差し迫った崩壊および／または採掘された廃石に対する地層の崩壊を示す可能性がある。このコンバージェンスはそれ故、坑道107の表面の構造的変化である。

図３は石炭シーム105に沿った１つの長壁式坑道107の平面図であり、坑道横断構造109の位置を示している。図１に示されている機械的結合111は図面を明瞭にするため省略されている。図３は後退113として知られている移動方向を示している。図３はさらに坑道横断構造109が石炭パネル103に関して坑道107内にあることを示している。坑道横断構造109は既知の方法によって、切断装置101が石炭パネル103の切断を完了する動作に応答して移動／後退方向で動くことができる。

坑道横断構造109はその前部位置に坑道プロフィール走査センサ301を有する。坑道横断構造の後部位置には第２の坑道プロフィール走査センサ303が存在する。図３は前部走査と後部走査を行うための２つの坑道プロフィール走査センサ301と303の使用を示している。好ましい実施形態は坑道プロフィールの測定を可能にするために坑道107の調査されるトラックまたは特定化されたレール構造の設置を必要としない。その代わりに坑道プロフィール301、303は採掘プロセスの一部として坑道107に既に存在している坑道横断構造109上に直接取付けられ、システムの構成の簡単さの点で重要な実施上の利点を表す。しかしながら幾つかの実施形態では、坑道横断構造109に関して前部位置と後部位置をとるために例えば回転盤上で動かされることができる単一の共通の坑道プロフィール走査センサを有し、それによって前部走査と後部走査の両者のために単一のセンサを使用することができて望ましい。ここに示される特定の実施形態では、前部プロフィール走査と後部プロフィール走査をそれぞれ得るための２つの別々の坑道プロフィール走査センサ301、303が存在する。坑道プロフィール走査センサ301、303は距離“ｄ”により分離されている。各坑道プロフィール走査センサ301、303は坑道の天井、壁、床の表面の１以上のプロフィール走査を得るために移動方向に対して通常直交して走査するように構成されている。これはそれぞれ走査線305と307により図３で示されている。坑道プロフィール走査センサ301、303は典型的に２次元または３次元の距離センサタイプの走査センサである。これらにはレーザ及びレーダセンサが含まれており、組合された距離および地下表面特性の検出（地中貫通レーダ）および／または人間に可視のスペクトルカメラまたは熱赤外線カメラのような画像センサを含むことができる。さらに単一の坑道プロフィール走査センサ301、303は各前部及び後部位置305、307に示されているが、これらの各位置には複数のこのようなセンサが存在することができる。センサ301、303は後退方向113に好ましくは直交する平面で走査する。幾つかの例では、走査平面は坑道の構造的な変化を決定するためのプロセスに影響せずに直交する平面に関して僅かに傾斜されることができる。

図３はさらに坑道横断構造109に取付けられているさらに別の走査センサ309を示している。この特別のセンサ309は移動距離決定センサとして使用される。ロボット等のような物体の移動距離を決定するための走査センサ309の使用は多くの文献に記載されている。例えばS ThrunのRobotic Mapping: A survey. 編集者In G. LakemeyerとB. Nebel、Exploring Artificial Intelligence in the New Millenium、Morgan Kaufman 2002参照。したがってこの実施形態では走査センサを使用する移動距離測定が使用される。典型的にセンサ309は２次元のレーザ距離センサであってもよいが、３次元のレーザ距離センサまたはその他の適切なセンサであってもよい。さらに、プロフィールを走査するための任意の前述のタイプのセンサが使用されることができる。図３の実施形態では、センサ309は坑道横断構造109上の前部位置に取付けられている。これは便利な位置であるが、坑道横断構造109上のセンサ309の位置を限定するものではない。

センサ309は破線の走査区域311により示されているように坑道107中へ前進して走査されるように構成されているが、坑道の構造的な変化を検出するための301、303の性能に影響せずに後方向に走査できる。走査は特定のプロフィール特性を観察し、走査信号の適切な処理によって動作距離を計算する。この距離を計算するプロセスはそれ自体ここでの基本的な発明の概念の一部を形成する。

したがって、採掘動作中、前部プロフィール走査センサ301は坑道107の表面を走査する。その後の時間点で、坑道横断構造109が坑道107に沿って移動するとき距離は距離“ｄ”に等しく、後部プロフィール走査センサ303は先の走査が前部プロフィール走査センサ301により行われたのと同じ位置にある。したがって、その位置で両センサにより行われた装置は採掘動作期間中に坑道の任意の構造的な変化に注目するために使用されることができる。距離決定センサ309の走査からの情報は移動距離を決定するために使用され、それによって前部プロフィール走査センサ301からの走査を、同じ位置の後部プロフィール走査センサ303からの走査と一致させることができる。

センサ309は坑道横断構造109の後退距離または移動距離を決定するために坑道横断構造109上に示されているが、坑道横断構造109の移動距離を決定するための他の形態も使用されることができる。例えばテープのような簡単な線形測定装置は後退方向の移動距離を決定するために使用されることができる。測定される距離はその後２つの走査を一致させるために使用されることができる。その代わりに、近接感知アクチベータが坑道107に沿って間隔をおいて配置されることができる。センサは坑道横断構造109により運搬されることができ、これは特定の移動距離を示すための信号をトリガーするためにこれらのアクチベータに近接するときに動作する。

図４は坑道プロフィールセンサ301、303の一つから得られた典型的な走査されたプロフィールを示している。センサ301、303は坑道表面のプロフィールの有用なデータを提供するために十分に高い解像度と、走査ドメインと、走査レートを有すると仮定する。

坑道の変化の測定において、ここで説明するシステムは、坑道構造が坑道横断構造109の動作期間中にほぼ安定であることだけを必要とする。この要求は通常、坑道変化のレートがプロフィール測定の時間間隔よりも非常に小さいので容易に満たされる。採掘動作では、坑道横断構造109は間に長い静止間隔を有して短い距離にわたり短期間で動かされる。例えば坑道横断構造109は後退方向113で５秒間に１メートル動くことができる。坑道横断構造109が再度後退方向113で前方に動かされるのは数時間後であろう。坑道のコンバージェンスレートは典型的に低いレートである。例えば活動的な作業場近くで１週間の期間にわたって５０ｍｍのコンバージェンスは公称上許容可能な安定な坑道107を構成する。しかしながらもっと速いコンバージェンスが存在するならば、これは不安定で危険な状態である可能性を示す。この実施形態は鉱山の予め設定され許容される安全プロフィール情報に基づくことのできる処理しきい値を含んでいる。したがって前部プロフィール走査センサ301と後部プロフィール走査センサ303から得られる走査がしきい値よりも大きい量だけ異なるならば、出力警報が与えられることができる。

図５を参照すると、この実施形態における坑道の構造的変化を決定するために使用される種々のプロセスステップの機能的フロー図が示されている。このプロセスはブロック501で開始する。ステップ503で走査は位置センサ309から得られ、ステップ505に与えられ、後退距離が決定される。後退距離信号はその後ステップ507を通して採掘機械制御システムに与えられる。後退の距離はまた後退距離に変化があるか否かを決定するために決定を行うコンポーネント509で処理される。回答が「ノー」であるならば、プロセスはステップ503に戻る。回答が「イエス」であるならば、走査はプロフィールセンサ301、303から得られ、ステップ513でメモリ中に記憶される。ステップ515で、センサ301、303から得られた走査は共に一致され、それによって走査センサ303からの走査は坑道107に沿った同じ位置のセンサ301から得られた走査の位置に対応する。換言すると、センサ303が後退の方向113に沿ってセンサ301から走査が先に行われた場所に一致する点まで距離“ｄ”だけ変位されるとき、一致が得られる。ステップ517で、センサの走査は距離“ｄ”に沿った通過期間中に坑道横断構造109の相対的な姿勢に対する（発生した可能性のあるクリープまたは他の要因による）任意の変化に対して補償するために整列される。これについてさらに説明する。

センサ301からとセンサ303からのプロフィールである２つの走査プロフィールはその後、ステップ519へ進み、ここでプロフィール信号は任意の変化に注目するために互いに減算される。この減算結果はコンバージェンスの尺度を表している。信号は相互に減算されているとして示されるが、変化の計算のその他の形態も行われることができる。例えば後部センサ303が距離“ｄ”を移動するのにかかる時間はプロフィールの差変化と共に注目されることができる。これによって変化の時間の割合を表すことができ、坑道107または周囲の地層の崩壊を予測するために使用されることができる。任意の差またはコンバージェンスはステップ523で経歴記憶装置に送られ、その結果は後に参照されることができる。任意の差（コンバージェンス）はその後、差（または差のレート）が予め定められたしきい値を超えるか否かを決定するために決定プロセス525へ移行される。このしきい値は特定の鉱山について知られているか予測される安全プロフィール情報差の変化に関して選択されることができる。しきい値が超過されていないことを決定プロセスが決定したならば、プロセスはステップ503に戻る。しきい値が超過されていることを決定プロセスが決定したならば、警報信号がステップ527で与えられる。同時に、プロセスはステップ503に戻ることができる。

ステップ519で任意の差がモニタスクリーン上に表示されることができ、それによってオペレータは直ちにモニタスクリーンを観察することができ、モニタスクリーンの視覚検査によりコンバージェンスを決定することができることを認識すべきである。したがって当事者は観察に基づいて主観的な行動を取ることができる。

図６を参照すると、後退方向113に沿った後退距離の決定に関係するプロセスステップの機能的フロー図が示されている。ここで２次元のレーザベースの距離センサのような２次元または３次元距離センサは坑道横断構造109に取付けられる。このセンサは図３ではセンサ309として識別される。しかしながら位置決定のためのセンサ301の使用（およびプロフィール走査のためのセンサ301の使用）を含むことができる。センサ309はセンサ自体から坑道表面までの距離の測定を行う。典型的に、これは１８０゜の走査ドメインにわたって生じる走査である。有用な捕捉レートは毎秒２５−３０走査である。前述したように、任意のタイプのセンサが使用されてもよく、特定のセンサがこの発明に特定される必要はない。センサを使用してプラットフォームの（インクリメンタルな）運動及び移動距離を決定するための任意の既知の方法が使用されることができる。これらは以下の事項に基づいて基準と現在の走査との比較の形態を使用することができる。

センサの位置および／または指向方向の変化は走査される距離の移動および／または回転変化に対応する。インクリメンタルな運動は先に捕捉された走査を現在の走査に一致させることを必要とする特定の移動および／または任意の回転コンポーネントを計算することにより演繹されることができる。所定の時間における現在位置および／または方向はその後インクリメンタルな移動及び回転コンポーネントを累算することにより演繹されることができる。

図６はレーザベースの測定方法を使用する坑道横断構造109の位置の決定で使用される４つのサブステップを示している。ここでシステムはステップ601で開始する。ステップ603で位置センサ305からの現在の走査が読取られる。ステップ605で、走査が既に行われたか否か、即ち「これが最初の走査であるか？」について決定が行われる。回答が「イエス」ならば、システムは現在の走査をステップ607で基準走査であるとして設定し、位置センサから次の走査を読取るために603に戻る。回答が「ノー」であるならば、システムはステップ609に進み、インクリメンタルな走査差を計算する。ここでシステムは現在の走査と基準走査との間の移動および／または回転差（存在するならば）を計算し、近接する位置センサの走査間で生じうる坑道横断構造109の位置および／または方向の任意のインクリメンタルな変化を測定する。多くの既知の方法はこのプロセスをアドレスするために存在する。これらの最も普通のものは走査相関と反復最近点（ＩＣＰ）アルゴリズムである。同時の位置決定及びマッピング（ＳＬＡＭ）として知られている別の方法は走査からの位置センサ信号に雑音が多い場合に有効である。正確なプロセスは発明の概念に重要ではない。

走査相関ベースの方法は運動の主コンポーネントが後退方向113にあるときは最も有効である。坑道横断構造109の大きい寸法と質量のために、この運動は主として後退方向113にあることが予測される。クリープおよび方向も変化するが、典型的に後退方向113の動きと比較して小さい程度しか変化しない。相関ベースの方法では、基準走査と現在の走査との間の純粋な移動変化は単一の標準的な相関ステップで得られる。センサ309はガウス座標でデータの形態で情報を得ているので、基準走査の相関で観察される任意の変位変化は坑道横断構造109の位置のインクリメンタルな変化に直接リンクされることができる。相関ベースの方法は位置センサ309が後退方向113に関して平行な走査ドメインを与えるように取付けられている場合には有効である。反復最近点方法が使用されるならば、ＩＣＰアルゴリズムは坑道横断構造109の後退及びクリープを決定する。ＩＣＰは第１の走査を第２の走査に最良にマップする厳格な回転と移動を評価し、その変化を第１の走査に適用することによって作用する通常の反復整列アルゴリズムである。プロセスはその後ＩＣＰコンバージェンスが実現されるまで反復的に再度適用される。ＩＣＰコンバージェンスに続いてインクリメンタルな移動及び回転変化が得られ、これらは坑道横断構造109の位置のインクリメンタルな変化に直接的に関連されることができる。ＩＣＰアルゴリズムは位置センサが後退方向113に関して横断走査ドメインを提供するように取付けられている場所を知らされる。

後退測定の正確度は坑道のコンバージェンスから生じる反復走査の非常に小さいインクリメンタルな変化を無視する選択肢を与えることにより改良されることができる。

ステップ609で発生されるインクリメンタルな走査の差は横断構造109の予測される運動とコンバージェンスレートに基づいて最初に、ステップ613で予め定められた最小の位置変化しきい値と比較される。

ステップ609で計算されたインクリメンタルな走査の差が予め定められたインクリメンタル変化しきい値を超えるならば、横断構造109は運動を受けており、処理はステップ611へ進むと考えられ、そうでなければシステムはステップ607へ進み、センサを読取るためにステップ603に戻る。

インクリメンタルな変化の比較ステップ613は、大きな坑道コンバージェンスが存在するとき坑道横断構造109が長期間静止状態である場合に有用であろう。コンバージェンスまた坑道横断構造力学に関して特定の情報が知られていないならば、ステップ613のしきい値は単にゼロに設定され、ステップ609で発生されたインクリメンタルな差はステップ611で処理される。

ステップ611で、累積的インクリメンタルな走査の差はステップ609で計算されたようにインクリメンタルな移動コンポーネントを加算することにより決定される。必要ならば回転コンポーネントが同様に得られることができる。後退距離測定はそれに続いて坑道コンバージェンスの計算のために前部および後部センサプロフィールからの走査信号情報をインデックスし一致させるために使用される。

レーザベースの位置センサ方法が適切ではない幾つかの稀なケースでは、独立した位置測定が他の方法で得られることができる。１つの方法は高い正確性の慣性ナビゲーションシステム、或いは前述した近似性センサシステムのような別のシステムを使用することである。

図５のステップ517は相対的な姿勢によって前部および後部センサプロフィールの整列があることを必要とすることに注意すべきである。コンバージェンスの計算は走査プロフィールセンサ情報信号が異なる時点で同じ空間位置から観察されるという前提に基づいている。したがって前部及び後部プロフィールセンサの通路の相対的な通路及び姿勢が一致していることが予測される。それ故、後部センサ303の通路が前部センサ301の通路及び姿勢に厳密にしたがうことが不可欠ではないことが予測される。長壁式坑道の動作では、このことは２つのセンサ301、303の間の比較的小さい空間的分離距離（典型的に５−１０メートル）と坑道横断構造109の高い拘束度及び低い動作力学によって通常の状態である。この場合、それは理想的なケースであり、前部センサと後部センサ301、303から得られるプロフィール信号の整列が存在しないことが必要とされると予測される。しかしながら、幾つかのケースでは、プロフィールセンサから得られる信号は坑道横断構造109の移動距離にわたって相対的な位置及び方向／姿勢で分離距離“ｄ”の小さい変化を示す可能性がある。したがってセンサ301、303は異なる視点から坑道表面を観察する。小さい変化は（必要ならば）以下の方法の１つで容易に補償されることができる。
１．自然的に静止した地質学的構造の利用
坑道107の上部コーナー211（図２参照）は地質学的に安定であり、長期間、しばしば数ヶ月の間、構造的に完全性を維持できることが認められている。このコーナー211は坑道プロフィールセンサ走査情報で容易に可視であり、個々のプロフィールセンサの姿勢の評価のための標識として使用されることができる。このような技術はセンサの姿勢の小さい変化が明白である場合には有用である。図７はその構造を示している。

最上部のコーナー211の位置及び方位は前部および後部プロフィールセンサ走査の両者に対して関係するコーナーにおいて（先に参照した）ＩＣＰアルゴリズムの標準的な適用を通して得られることができる。必要とされるプロフィール姿勢の補償はその後、関係する特定の後退距離における前部及び後部センサ走査に関連される計算された移動及び回転値の直接的な適用により得られることができる。この姿勢情報はその後、後部センサプロフィール走査を前部センサ301から得られたセンサ座標系と同じセンサ座標系に変換するために適用される。コンバージェンスは坑道距離プロフィール、即ち相対的であるが絶対的ではないプロフィール差に関係するので、コンバージェンスを決定するためにプロフィール姿勢の差を計算するのには十分である。

２．独立した姿勢測定
この場合、即ち前述の方法が不適切であった場合には、前部及び後部センサの姿勢の独立した測定を追加または行うために高正確度の慣性ナビゲーション装置を使用することが可能である。後部センサプロフィール情報に適用される移動及び回転量が前部および後部センサ姿勢の差により与えられる場合、前述のものと類似の補償方法が同様に後部センサ303へ適用される。

図５のステップ519において、プロフィール差が計算される。ここでコンバージェンスは全てのオーバーラップする坑道表面距離プロフィールの走査における代数差を計算することによって決定される。換言すると、前部および後部プロフィールは同じ位置を有するそれぞれのセンサ301、303から走査する。伝統的な一点コンバージェンス測定方法と異なり、この方法は表面全体にわたってコンバージェンスを計算し、坑道プロフィール評価のために情報の品質及び量において大きな改良を与える。レーザセンサを使用する利点はコンバージェンス計算が坑道107における実際の変位を表すことである。

構造的完全性が坑道中で維持される理想的なケースでは、コンバージェンスはゼロである。しかしながら、通常変形は発生し、したがってコンバージェンスはゼロではない。

坑道の構造的な変化を与える他の形態が使用されることができ、ここでは例えば絶対差及び画像相関が使用されることができる。好ましい例では、減算プロセスが前部センサ301と後部センサ303からの情報の信号の差に注目するために使用される。

図５のステップ525では、坑道の完全性および／または坑道の構造的な変化の評価は差値または割合が予め定められたしきい値を超えることを確認することにより監視されることができる。このようなしきい値は安定性が予想され、および／または安定性の侵害の可能性がある既知の過去のしきい値レベルを考慮して特定の鉱山に対して適用されることができる。

距離移動、即ち後退距離を決定するために走査センサを使用することによって、その距離の正確な測定が得られることができることを認識すべきである。さらにステップ507で図５に示されているように、移動測定の距離は採掘機械自体の移動を制御するために既存の採掘機械制御システムへ出力されることができる。

図８を参照すると、好ましい実施形態の例のブロック回路図が示されている。大部分の機能プロセスステップは目的に応じて開発されたソフトウェアの機能によりコンピュータ制御されたシステム内で実行されることを認識すべきである。図８は前部走査プロフィールセンサ301と後部プロフィール走査センサ303を示している。これらの各センサは符合801により示されているようなレーザビームの走査の平面を有する。この平面は通常１８０゜の走査角度にわたって取られ、その平面は後退方向113にほぼ直交する。出力情報信号はプロセッサ803に与えられ、プロセッサ803では出力情報信号は雑音及びその他の望ましくない信号成分を除去するために適切に処理される。出力信号はその後メモリ装置805に与えられる。位置走査センサ309は後退方向113で坑道横断構造109の前方に指向される走査装置807を有する。典型的にこのスキャナはレーザスキャナであり、走査の平面は前方へ傾けられている。出力情報信号は雑音およびその他の望ましくない信号情報を除去するために処理回路（図示せず）を通して処理される。その後信号は後退距離プロセッサ811へ転送される。後退距離はその後、後退距離計算器811により計算され、登録回路813へ与えられる。ここで前部センサ301と後部センサ303からの走査を表す情報信号は坑道107中の同じ特定の走査位置に一致される。２つの信号はその後、減算回路815を通って送られ、減算回路815で２つの情報走査信号間の差が決定される。差信号があればそれはその後、しきい値回路817に送られ、しきい値回路817で、その差信号はこれらがしきい値回路817で設定されている距離またはレートしきい値を超過しているか否かをチェックされる。差信号がしきい値を超過しているならば、警報819を発生するために出力が与えられることができる。減算回路815の結果はまたしきい値回路を通ってモニタスクリーンのようなモニタ回路821へ直接送られ、それによって観察者は差信号を視覚的に監視することができる。同時に、信号は経歴の記録のために記憶装置823へ転送されることができる。

採掘機械の動作を制御する技術で当業者に明白であるように、前述の実施形態に変形を行うことができる。例えばプロフィール走査センサの１つだけで特定の後退距離におけるコンバージェンスを監視することは勿論可能である。この場合には、坑道横断構造109が坑道107である距離を移動しないならば、第１のプロフィール走査は前部または後部センサから得られることができ、その後で第２のプロフィール走査が同じセンサから得られることができる。この場合、第１のプロフィール走査情報が記憶され、任意の差に注目するために第２のプロフィール走査からの情報と共に登録される。差信号はその後、差が予め定められた距離またはレートしきい値差を超過するか否かの決定に関して前述した実施形態と同じ方法で処理される。このようにして、任意のコンバージェンスはプロフィール走査センサが後退方向113に沿って距離を移動しなくても決定されることができる。関連されるソフトウェア処理ステップはこのプロフィール走査情報の処理を行うために適切に再調節されることができる。

前述の説明の変形では、単一の走査センサは坑道の同じ位置で異なる時点でプロフィール走査を得るために使用されることができる。結果的な走査情報は登録されることができ、任意のコンバージェンスが決定される。

これら及び他の変形は本発明の技術的範囲から逸脱せずに行われ、その本質は前述の説明と特許請求の範囲から決定される。

長壁式地下石炭採掘動作の３次元切断（実寸大ではない）を示す概略図。 坑道壁および／または屋根のプロフィールについての時間にわたる構造的変化を示す坑道の垂直断面図。 長壁の坑道の平面図。 ガウス座標におけるプロフィールセンサにより走査されるときの坑道の典型的な断面プロフィールを示す図。 本発明の１実施形態における方法ステップを示す機能的フロー図。 後退距離の決定についての方法ステップを示す機能的フロー図。 坑道の横断構造を示す坑道の垂直断面図。 坑道の構造的変化を決定するための物理的ハードウェアコンポーネントのブロック概略図。

Claims (25)

1. 採掘動作における坑道の構造的な変化を決定する方法において、
   坑道の方向にほぼ直交して走査するために坑道位置において坑道プロフィール走査センサを使用し、坑道表面の第１のプロフィール走査を獲得し、その第１のプロフィール走査の情報をメモリに記憶し、
   それに後続して、第１のプロフィール走査が行われた位置とほぼ一致する坑道中の位置で坑道の方向にほぼ直交する坑道の表面の第２のプロフィール走査を獲得し、その第２の走査の情報を獲得し、
   記憶された第１のプロフィール走査の情報を第２のプロフィール走査の情報と一致させ、
   第１のプロフィール走査と第２のプロフィール走査の一致された情報から坑道の表面の構造的な変化を注目するステップを含んでいる坑道の構造的な変化の決定方法。
2. 坑道走査センサは採掘機械設置の坑道横断構造に取付けられ、第１のプロフィール走査は坑道横断構造の前部位置から得られ、第２のプロフィール走査は後部位置が第１のプロフィール走査が行われた坑道の位置とほぼ一致するときに坑道横断構造の後部位置から得られる請求項１記載の方法。
3. 前部位置で第１のプロフィール走査のために前部位置坑道走査センサを使用し、後部位置で第２のプロフィール走査のために第２の後部位置坑道走査センサを使用することを含んでいる請求項２記載の方法。
4. 第１のプロフィール走査が行われる坑道横断構造上の位置と、第２のプロフィール走査が行われる位置との間の間隔の距離に関する情報を記憶する処理を含み、それによって坑道横断構造の移動距離がほぼ間隔の距離に対応するとき、第１のプロフィール走査の記憶された情報と第２のプロフィール走査のオーバーラップする走査および登録が存在できる請求項３記載の方法。
5. 第１のプロフィール走査からの情報を第２のプロフィール走査を比較し、差に注目するためにオーバーラップする走査プロフィールを得るステップを含んでいる請求項１記載の方法。
6. 注目される差は予め定められた距離またはレートしきい値差に対して比較され、しきい値が超過されるならば出力を生成する請求項５記載の方法。
7. 移動距離を決定するために坑道横断構造に距離センサを取付け、それにより移動距離が前部センサと後部センサとの間の間隔の距離に対応し、走査のオーバーラップが存在して、前記一致が行われるステップを含んでいる請求項３記載の方法。
8. 坑道に沿って移動するとき坑道横断構造の通路または姿勢の変化の結果として情報において生じうる任意の変化に対して前部位置走査の情報または後部位置走査の情報を補償するステップを含んでいる請求項２記載の方法。
9. 生成される出力は警報出力である請求項６記載の方法。
10. 予め定められたしきい値差は鉱山の予め設定され許容された安全プロフィール情報差の変化に基づいている請求項６記載の方法。
11. 坑道表面のコンバージェンスはオーバーラップする走査プロフィールの差に注目することにより決定される請求項５記載の方法。
12. 前部位置走査および後部位置走査センサは２次元または３次元走査距離センサから成るタイプの走査センサから得られる請求項２記載の方法。
13. 距離センサは２次元または３次元走査距離センサから成るタイプのセンサから選択され、後退の距離は移動距離として決定される請求項７記載の方法。
14. 距離センサは坑道横断構造の方向を観察する方向で走査を行わされる請求項１３記載の方法。
15. 後退距離は相関または幾何学的形状方法を用いてプロフィール走査センサからの情報を処理することにより決定される請求項１４記載の方法。
16. 採掘動作の坑道の構造的な変化を決定するための装置において、
    坑道の位置にありほぼ坑道の方向に直交する坑道の表面の第１のプロフィール走査の情報と、その後に第１の走査とほぼ同じ坑道の位置にあり通常坑道の方向にほぼ直交する坑道の表面の第２のプロフィール走査の情報とを提供する走査装置と、
    第１のプロフィール走査の情報を記憶するためのメモリ記憶装置と、
    メモリ記憶装置に記憶されているプロフィール走査情報を第１の走査が行われた位置と一致する第２のプロフィール走査位置の第２の走査の情報と一致させる一致手段と、
    第１の走査と第２の走査の情報の差に注目し、それによって坑道の構造的な変化を決定することを可能にする走査差プロセッサとを具備している装置。
17. 走査装置は坑道横断構造に取付けられることが可能であり、第１の走査の坑道横断構造の前部位置に走査センサが設定され、第２の走査の坑道横断構造の後部位置に第２の走査センサが設置されている請求項１６記載の装置。
18. 坑道横断構造の移動距離を決定する距離センサと、前部走査位置と後部走査位置との間の間隔の距離により決定された移動距離を処理し、後部走査位置が前部走査位置とほぼ一致する場所を決定するためのプロセッサとを具備し、前記登録手段がプロフィール走査情報を登録することを可能にされている請求項１７記載の装置。
19. 前部走査位置と後部走査位置で走査の情報を処理するプロセッサを具備し、それによって第１の走査が得られる位置に関して第２の走査が得られる位置の通路または姿勢の変化を決定し、前記走査差プロセッサにより処理される前に任意のこのような変化を考慮するに入れるために走査の情報を補償する請求項１８記載の装置。
20. 第１の走査の情報を登録された第２の走査の情報に対して、この両走査の情報をオーバーラップすることによって比較する比較装置を具備している請求項１８記載の装置。
21. 走査の情報における差がしきい値を超える場合に出力をトリガーするしきい値回路を具備している請求項１６記載の装置。
22. 差がしきい値を超える場合に警報を出力する警報装置を具備している請求項２１記載の装置。
23. 走査を行う走査装置は２次元または３次元のタイプの走査距離センサを含むタイプの走査装置から選択される請求項１６記載の装置。
24. 距離センサは２次元または３次元距離タイプの走査センサを含むタイプから選択される請求項１８記載の装置。
25. 坑道表面のコンバージェンスは走査差プロセッサから得られる注目される差から決定可能である請求項１６記載の装置。

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