Горный комбайн и способ контроля глубины расположения средства извлечения материала горного комбайна - RU2250373C2
Код документа: RU2250373C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение имеет отношение к созданию устройства и способа для определения положения, а более конкретно настоящее изобретение имеет отношение к созданию устройства и способа для определения положения в двух слоях, имеющих различную проницаемость.
Подводные горные комбайны позволяют добывать материал на морском дне и транспортировать этот материал на технологическое судно, работающее на поверхности моря. Горные комбайны обычно работают без обслуживающего персонала и управляются пои помощи одного или нескольких находящихся на технологическом судне операторов, которые получают информацию управления от различных датчиков, установленных на горном комбайне.
При подводной добыче аллювиальных алмазов эти алмазы обычно находятся в слое алмазосодержащего гравия, который залегает на пустой породе бесплодной глины или на подошве из глины. Одной из основных проблем, связанных с проведением добычи при таких условиях, является трудность контроля глубины ножа или ковша экскаватора. Если нож расположен недостаточно глубоко, то существует опасность того, что часть алмазосодержащего гравия не будет добыта. С другой стороны, если нож расположен слишком глубоко, то будет добываться избыток глины. Эта глина затем безо всякой на то необходимости будет транспортироваться на поверхность, где она создает вероятность засора технологического оборудования и снижает эффективность процесса добычи.
Первой задачей настоящего изобретения является создание устройства и способа для определения положения в двух слоях, имеющих различную проницаемость.
Другой задачей настоящего изобретения является создание устройства и способа для определения положения относительно алмазосодержащего гравия и подошвы из глины, так чтобы нож горного комбайна мог удерживаться на оптимальном уровне непосредственно под поверхностью раздела между алмазосодержащим гравием и подошвой из глины.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается устройство для определения положения в двух слоях, имеющих различную проницаемость, которое содержит по меньшей мере один выпуск жидкости, средство для подачи жидкости к выпуску, а также средство измерения, предназначенное для измерения расхода и/или давления жидкости, для того, чтобы определить положение в двух слоях.
Устройство преимущественно содержит множество выпусков, размещенных с зазором друг над другом. Установленные с зазором выпуски имеют производительность выпускания жидкости, увеличивающуюся от самого верхнего выпуска до самого нижнего выпуска. Установленные с зазором выпуски преимущественно содержат число сопел, которое увеличивается от самого верхнего выпуска к самому нижнему выпуску.
Жидкость поступает на выпуск или на выпуски из питающего трубопровода, который предпочтительно включает средство регулирования, предназначенное для регулирования давления в питающем трубопроводе. Средство измерения расхода жидкости и средство измерения давления предпочтительно установлены в питающем трубопроводе.
Устройство может быть объединено со средством извлечения материала горного комбайна, так чтобы глубина расположения средства извлечения материала относительно двух слоев могла быть установлена по сигналу от устройства для определения положения.
Выпуск или выпуски могут быть обращены вниз относительно направления перемещения горного комбайна. Дополнительно или альтернативно выпуск или выпуски могут быть обращены в боковом направлении относительно направления перемещения горного комбайна.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения горный комбайн включает средство извлечения материала, которое содержит описанное выше устройство, объединенное со средством извлечения материала таким образом, что глубина расположения средства извлечения материала относительно двух слоев может быть установлена по сигналу от устройства для определения положения.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения горный комбайн включает средство извлечения материала, предназначенное для извлечения материала в верхнем слое, расположенном на нижнем слое, имеющем проницаемость, отличающуюся от проницаемости верхнего слоя, причем средство извлечения материала имеет закрепленный на нем кожух, имеющий по меньшей мере один выпуск жидкости, через который может быть выпущена жидкость, при этом жидкость поступает к выпуску жидкости через трубопровод, который содержит средство измерения, предназначенное для измерения расхода и/или давления жидкости в трубопроводе, для того, чтобы определить, в каком из двух слоев расположен выпуск, для того, чтобы можно было установить положение средства извлечения материала относительно двух слоев.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предлагается способ определения положения в двух слоях, имеющих различную проницаемость, который включает следующие операции: подачу жидкости по меньшей мере на один выпуск, расположенный в слоях, измерение расхода и/или давления жидкости и определение положения в двух слоях на основании измеренного расхода и/или давления.
Способ может включать в себя операцию выпускания жидкости через выпуск вниз в слои. Дополнительно или альтернативно способ может включать в себя операцию выпускания жидкости через выпуск главным образом параллельно слоям.
Способ преимущественно включает операцию подачи жидкости к множеству выпусков, установленных с зазором друг над другом.
Способ может включать операцию определения положения поверхности раздела между двумя слоями или определения положения одного из слоев относительно другого слоя на основании измеренного расхода и/или давления.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предлагается способ контроля глубины расположения средства извлечения материала горного комбайна, который включает операцию установки глубины расположения средства извлечения материала по сигналу определения положения, полученному в соответствии с описанным выше способом.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предлагается способ контроля глубины расположения средства извлечения материала горного комбайна, предназначенного для извлечения материала в верхнем слое, расположенном на нижнем слое, имеющем проницаемость, которая отличается от проницаемости верхнего слоя, который включает следующие операции: размещение по меньшей мере одного выпуска жидкости в материале, подачу жидкости к выпуску, измерение расхода и/или давления жидкости, и определение, в каком из слоев расположен выпуск жидкости, для того, чтобы можно было установить глубину расположения средства извлечения материала относительно двух слоев.
На фиг.1 показано схематическое изображение принципа работы изобретения в широком аспекте;
на фиг.1А показана часть в увеличенном виде схематического изображения на фиг.1;
на фиг.2 показано в высшей степени схематическое изображение оптимального положения ножа;
на фиг.3 показана функциональная блок-схема первого варианта устройства для определения положения в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.4 показан схематический чертеж выходного индикаторного устройства и контрольной карты оператора, образующих часть устройства для определения положения;
на фиг.5 приведено наглядное представление коллектора, образующего часть устройства для определения положения;
на фиг.6 показан схематически вид сбоку подводного горного комбайна, снабженного коллектором на фиг.5;
на фиг.7 показан вид в перспективе сзади коллектора, образующего часть устройства для определения положения в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг.8 показан вид в перспективе спереди коллектора на фиг.7;
На фиг.1 и 1А показан выпускной коллектор 10, имеющий множество выпусков жидкости 12.1, 12.2., 12.3 и 12.4, которые показаны схематически. Выпуски 12.1 и 12.2 выходят непосредственно в верхний слой гравия 14, а выпуски 12.3 и 12.4 выходят в нижний слой глины 16, отделенный от слоя гравия поверхностью раздела 15. Коллектор выпусков разветвляется от единственного трубопровода жидкости 18, который подает воду к выпускам. Как это лучше всего показано на фиг.1А, частицы гравия являются проницаемыми, так что вода, проходящая через выпуск 12.2, может проходить через промежутки между индивидуальными частицами гравия 14.1, как это показано схематически при помощи стрелок 18. В отличие от этого глина 16 является относительно непроницаемой, так что она стремится закупорить выпуск 12.3 и блокировать поток воды, как это показано стрелками 20.
Относительная проницаемость гравия приводит к условию максимального расхода с низким давлением, возникающему на выпусках 12.1 и 12.2, в то время как относительная непроницаемость глины 16 приводит к условию относительно высокого давления и низкого расхода, возникающему на выпусках 12.3 и 12.4. Из этого следует, что если коллектор целиком будет перемещаться вверх таким образом, что три или более выпусков будут выходить в гравий 14, то условия низкого давления и максимального расхода будут преобладающими, в то время как если коллектор 10 будет опускаться к положению, в котором, к примеру, выпуски 12.2-12.4 выходят в глину, то условия высокого давления и низкого расхода будут преобладающими. Таким образом, становится ясно, как за счет текущего контроля условий давления и расхода в единственном трубопроводе жидкости 18 можно контролировать положение коллектора относительно гравия и глины, а следовательно, и относительно поверхности раздела 15.
На фиг.2 схематически показано средство извлечения материала в виде ножа или ковша 22, образующего часть подводного горного комбайна, который делает режущий проход 24 на морском дне. Нож 22 показан на оптимальном уровне, когда он расположен непосредственно под поверхностью раздела 15 между гравием 14 и подошвой из глины 16. За счет установки ножа непосредственно под этой поверхностью раздела обеспечивают добычу алмазосодержащего гравия, в то время как одновременно при каждом проходе забирают возможно меньше глины. Выпускные коллекторы 10 закреплены болтами на боковых стойках 26 и 28 на противоположных сторонах ножа 22, в положении, в котором они находятся в непрерывном контакте с гравием и глиной.
На фиг.3 показано устройство для определения положения 29 в соответствии с настоящим изобретением. Насос 30 накачивает воду через подводящий трубопровод 18. Вода проходит через 10 мкм фильтр 32 и через блок снижения давления 34, в котором давление воды снижается до типичного заданного давления и расхода 50 кПа и 140 л/сек соответственно. После этого вода проходит через расходомер 36 и датчик давления 38, который позволяет точно измерять давление воды или падение давления в нем, с использованием давления в измерительном трубопроводе 39 от блока снижения давления 34 в качестве опорного давления. Далее трубопровод 18 жидкости проходит к выпускному коллектору 10.
Как это лучше всего показано на фиг.5, выпускной коллектор 10 имеет кожух 40 из прочной стали, имеющий множество фланцев 42 с отверстиями, которые позволяют закреплять в них болтами любую из боковых стоек 26 и 28 ножа 22. Жесткая прорезиненная вставка 44 закреплена на боковой стенке кожуха 40 и имеет множество продольных выступающих горизонтальных субколлекторов, в которых предусмотрены выпуски 12.1-12.5, которые имеют соответственно 1, 2, 3, 4 и 5 индивидуальных сопл 13, расположенных горизонтально. Ряд из пяти сопл 13 в самом нижнем выпуске 12.6 имеет форму резинового субколлектора 48, установленного на нижней поверхности коллекторного кожуха 40.
Сигналы от расходомера 36 и датчика давления 38 поступают на схему процессора 50, установленную на технологическом судне. Схема процессора содержит таблицу преобразования, которая включает параметры давления и расхода, соответствующие различным уровням расположения коллекторного кожуха относительно поверхности раздела, в диапазоне от ситуации, в которой все выпуски выходят в глину, до ситуации, в которой все выпуски выходят в гравий. Увеличивающаяся концентрация сопел 13 в направлении к нижним субколлекторам ведет к повышению чувствительности в зоне выпусков 12.5 и 12.6, уровень которых соответствует желательному уровню, который показан схематически на фиг.2, в котором, например, выпуск 12.6 и, возможно, выпуск 12.5 находятся в контакте с подошвой из глины 16, а остальные выпуски 12.1-12.4 выходят в гравий 14.
Выходной сигнал от схемы процессора 50 поступает на световое индикаторное устройство 52, которое используют для индикации уровня расположения ножа. Находящийся на судне оператор 54 смотрит на индикатор и вручную дистанционно устанавливает уровень ножа при помощи исполнительного механизма 56 ножа 22, предусмотренного на подводном горном комбайне. В альтернативном варианте настоящего изобретения выходной сигнал от схемы процессора используют непосредственно для управления исполнительным механизмом 56, таким образом, чтобы произвести регулировку уровня ножа, как это показано схематически штриховой линией 58.
Индикаторное устройство 52, которое показано более подробно на фиг.4, включает световой блок, который содержит два центральных зеленых источника света 60, промежуточные верхний и нижний оранжевые источники света 62 и 64, и самые верхние и самые нижние красные источники света 66 и 68. Поверхность раздела 15 показана в виде линии раздела 70 на контрольной карте, причем верхний и нижний пороги показаны при помощи верхней и нижней линий 72 и 74 соответственно. Положение ножа показано графиком 76, причем может быть предусмотрено вспомогательное индикаторное устройство 78, на котором индикатор удержания (HOLD) соответствует зеленым источникам света 60, индикаторы "Вниз" (DOWN) соответствуют оранжевому и красным источникам света 62 и 66, а индикаторы "Вверх" (UP) соответствуют оранжевому и красным источникам 64 и 68. Указанная индикация дает четкие инструкции оператору для перемещения ножа вверх или вниз, в зависимости от его положения относительно поверхности раздела 70 и относительно верхнего и нижнего порогов 72 и 74.
На фиг.6 показан выпускной коллектор 10, установленный сбоку от ножа 22, выступающего из одного из двух кронштейнов 80, образующих часть подводного горного комбайна 82. Четко показано, что основание выпускного коллектора 10 расположено немного ниже передней кромки 22А ножа, за счет чего выпускной коллектор внедрен в подошву из глины 16, в то время как нож работает в оптимальном положении у поверхности раздела 15 между верхним слоем гравия 14 и нижним слоем глины или подошвы 16.
На фиг.7 и 8 показан выпускной коллектор 10.1, который имеет стальной кожух 40.1 с имеющим отверстия фланцем 42.1, который позволяет закрепить его болтами в отверстиях боковых стоек 26 или 28 ножа 22. Наклонный выпуск 12.6 закреплен на стальном кожухе 40.1 при помощи крышки 84, которая закреплена болтами 86 на стальном кожухе 40.1. Выпуск 12.6 имеет пять сопл 13. Вода подается к пяти соплам 13 при помощи впускного соединения 88.
При работе коллектор 10.1 подключают к питающему трубопроводу, аналогичному показанному на фиг.3, в котором измеряется и регулируется давление, а также измеряется расход. Сопла 13 обращены вниз к глине или к гравию. Когда сопла 13 расположены в глине, то измеренное давление возрастает, а измеренный расход снижается. Когда коллектор 10.1 расположен в гравии, то измеренное давление снижается, а измеренный расход возрастает. За счет этого можно определить, находятся ли сопла 13 в глине или в гравии. Следовательно, нож 22 можно опускать через толщину гравия до глины, если непрерывно контролировать измеренные давление и расход в питающем трубопроводе.
Несмотря на то, что это и не показано на чертежах, могут быть использованы два коллектора 10.1, установленные с зазором друг над другом, таким образом, что сопла одного из коллекторов при работе могут находиться в гравии, а сопла другого коллектора могут находиться в глине, что позволяет оптимизировать положение ножа 22.
Несмотря на то, что был описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят однако за рамки приведенной формулы изобретения.
Реферат
Изобретения относятся к подводной добыче полезных ископаемых и могут быть использованы для контроля положения средства извлечения материала горного комбайна в двух слоях, имеющих различную проницаемость. Горный комбайн включает средство извлечения материала, на котором закреплен корпус, имеющий, по меньшей мере, один первый выпуск жидкости для подачи жидкости в материал. Трубопровод, через который жидкость поступает к первому выпуску жидкости, содержит средство измерения расхода и/или давления жидкости в трубопроводе для определения, в каком из двух слоев расположен выпуск. Комбайн может включать, по меньшей мере, один второй выпуск жидкости, расположенный так, что первый выпуск жидкости размещается в нижнем слое, а второй выпуск жидкости размещается в верхнем слое. Первый выпуск жидкости может содержать один из множества расположенных с зазором первых выпусков жидкости, а второй выпуск жидкости - один из множества расположенных с зазором вторых выпусков жидкости. При этом производительность выпускания жидкости множества расположенных с зазором первых выпусков жидкости может быть больше, чем производительность выпускания жидкости множества расположенных с зазором вторых выпусков жидкости. Возможно размещение второго выпуска жидкости в отдельном кожухе корпуса. Первый и второй выпуски жидкости могут быть обращены вниз относительно направления перемещения горного комбайна. Способ контроля глубины расположения средства извлечения материала горного комбайна предусматривает размещение двух выпусков жидкости, взаимодействующих со средством извлечения материала, в материале, при этом второй выпуск жидкости расположен над первым выпуском жидкости, подачу жидкости к первому и второму выпускам жидкости и измерение расхода и/или давления жидкости. Определяют, в каком из слоев размещен выпуск жидкости, и размещают первый выпуск жидкости в нижнем слое и второго выпуска жидкости в верхнем слое для того, чтобы установить глубину расположения средства извлечения материала относительно двух слоев. Изобретения направлены на увеличение точности поддержания средства извлечения комбайна на определенном уровне непосредственно над поверхностью раздела между ископаемым и породой. 2 н. и 7 з.п.ф-лы, 8 ил.
