Sistema de control de minería, que comprende:

una máquina minadora (48) que tiene por lo menos dos cuchillas rotatorias,

teniendo cada cuchilla rotatoria un rotor (8, 9) dotado de brazos (16, 17) del rotor;

un detector gamma (10, 11), por lo menos, sobre cada una de dichas dos cuchillas rotatorias (8, 9) para recibir emisiones gamma emitidas naturalmente desde una formación geológica, en el que cada detector gamma (10, 11) está montado en uno de los brazos (16, 17) de la cuchilla rotatoria, por lo que el elemento de detección gamma en el detector (10, 11) ha sido conformado y orientado para permitir que el campo de visión sea pequeño en la dirección necesaria para identificar los límites (41-46) de los estratos en la formación geológica, al tiempo que sea grande en la dirección paralela a los estratos de la formación geológica;

un acelerómetro (34) y un giroscopio (33), en el que el acelerómetro (34) y el giroscopio (33) correlacionan las emisiones gamma recibidas con posiciones, por lo menos, de dichas dos cuchillas rotatorias; y

un módulo central, en el que el módulo central utiliza las lecturas correlacionadas para determinar si se deberían desplazar las cuchillas

Detectores que se guían geológicamente para máquinas minadoras continuas del tipo de barrenado.

Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional U.S.A. número 60/490.443, presentada el 29 de julio de 2003, cuya totalidad se incorpora como referencia en la presente descripción.

Antecedentes

Durante muchos años, se han hecho intentos para controlar máquinas minadoras continuas de tipo rotatorio (de tipo barrenado) mediante la utilización de detectores gamma y de otros sensores distintos. En el caso de las formaciones que contienen perfiles de radiación característicos, tales como formaciones de potasa, los detectores gamma se han mostrado prometedores para controlar o ayudar a los operarios a controlar el corte. No obstante, los resultados han sido, de modo general, peores de lo deseado debido a los defectos en los detectores gamma, a la falta de capacidad del sistema y a la manera en la que se ha utilizado el equipo.

Tiene un gran valor económico el poder extraer minerales de mayor calidad al tiempo que se dejan en la mina los minerales de menor calidad. No solamente existe un coste asociado con el corte y la separación de materiales no deseados, sino que los materiales satisfactorios deben ser separados de los materiales residuales y estos últimos se deben desechar. Existe asimismo la necesidad de calcular la calidad de la mena en la que se extrae mineral. Los intentos anteriores para medir la calidad de una mena con detectores gamma no han sido efectivos por algunas de las mismas razones por las que no ha sido eficaz el control del corte. La medición de la calidad requiere poder medir activamente el grosor de los estratos, el nivel de radiación de cada estrato, y calcular la cantidad de material que se está extrayendo de cada estrato. Los enfoques anteriores y los utilizados actualmente no proporcionan suficiente precisión para realizar cálculos precisos, por las razones que se van a explicar más adelante.

El estudio de los intentos convencionales para controlar los procesos de corte de una máquina minadora continua de tipo barrenado utilizando detectores gamma ha mostrado que cuando se han utilizado detectores gamma, no han sido situados apropiadamente para poder realizar las mediciones necesarias. A menudo, los detectores están situados sobre el armazón de la máquina minadora, de 6 a 12 pies respecto a la cara de la formación que se está cortando. Los detectores situados a muchos pies de la cara están midiendo por donde ya ha pasado la cuchilla en vez de donde se está moviendo la misma. Si se toma la decisión de desplazar hacia arriba o hacia abajo los cabezales de la cuchilla, antes de que los detectores gamma puedan medir el efecto de la decisión, la máquina minadora, o máquina de orugas, habrá subido o bajado por el piso cortado recientemente que resulta de la decisión de corte. Haciéndolo de este modo, los efectos de la decisión de corte se amplificarán y las condiciones se establecen a continuación para una respuesta incluso más exagerada. Además, una cierta dinámica operativa, si no se corrige, dará como resultado pequeñas desviaciones de la trayectoria ideal, incluso si la formación es relativamente constante. Además, los detectores, al estar sobre la carrocería de la máquina minadora, están situados en posiciones fijas. Serían necesarios numerosos detectores de posición fija, que tuvieran campos de visión especialmente seleccionados, para adquirir datos precisos de la radiación procedente de los estratos a observar. Las limitaciones físicas impiden la utilización del número necesario de detectores y hace imposible esencialmente conseguir los campos de visión ideales.

Se piensa que existen muchas razones prácticas por las que los detectores gamma no se colocan cerca de las cuchillas rotativas de las máquinas minadoras continuas o sobre dichas cuchillas. En primer lugar, está la dificultad de montar un detector en los rotores, dadas las limitaciones de espacio evidentes y la geometría. Se utilizan dos o cuatro rotores, y los mismos están intercalados cuando giran. Si los detectores son suficientemente pequeños como para ajustarse en el espacio disponible, sin interferencia con el rotor opuesto, puede que no sean suficientemente sensibles. Otro obstáculo es que la mayoría de detectores gamma industriales no pueden soportar el choque, la vibración y la abrasión asociados con estar cerca de la cuchilla o sobre la misma. Incluso si no se rompen debido al entorno, dichos detectores son propensos a producir falsos recuentos cuando están sometidos a choques o a vibraciones elevadas. Estos falsos recuentos reducen el rendimiento. Tampoco es un tema sencillo proteger apropiadamente los detectores gamma, manteniendo al mismo tiempo un campo de visión suficientemente amplio, tengan una resolución espacial satisfactoria donde sea necesario y sean suficientemente pequeños para estar situados apropiadamente sobre un rotor.

Son necesarios sensores de movimiento u otros sensores adecuados, tales como sensores de posición, y microcontroladores o procesadores asociados para correlacionar las mediciones con la posición en la formación de la que se extrae mineral y para procesar mediciones procedentes de múltiples estratos de mena. Otra necesidad especial que se debe cubrir cuando se sitúa el equipo sobre el rotor es dotar de energía suficiente a los sensores y a los transmisores sobre el rotor. Dotar de energía a los detectores sobre los rotores requiere módulos de batería o generadores accionados por gravedad sobre los rotores, escobillas (anillos deslizantes) para transferir energía a través del eje rotativo que soporta los rotores o algún otro mecanismo adecuado. Otro desafío es la transmisión de datos desde los detectores hasta los sistemas de control sobre la carrocería de la máquina minadora. En conjunto, tener que realizar estas y otras disposiciones especiales, además de las limitaciones fundamentales de los detectores disponibles, han disuadido de la utilización de un sistema de detectores gamma montados en el rotor o han dado como resultado fallos decepcionantes.

Sigue existiendo la necesidad de un sistema eficaz de minería continua de tipo barrenado. Los detectores gamma montados en el rotor y el hardware asociado pueden producir un sistema de control más eficaz, pero presentan muchos problemas nuevos a resolver.

La patente U.S.A. número 6.435.619, por ejemplo, incluye ciertas innovaciones dirigidas, de modo general, a la minería de galerías y puntales o a la minería de paredes largas utilizando una máquina minadora continua del tipo de tambor.

El documento U.S.A. 3.591.235 A, que se considera la técnica anterior más relevante, da a conocer un cabezal de corte para una máquina minadora de minerales que comprende una cuchilla rotatoria dotada de una fuente y un detector de radiaciones electromagnéticas situados a lo largo de su periferia. Están dispuestos asimismo medios sobre la cuchilla para relacionar la señal de salida del detector con la posición angular de la fuente o del detector.

Aunque algunos aspectos de la presente invención son susceptibles de ser utilizados en la extracción de minerales de numerosos tipos de menas, la presente invención se describirá principalmente haciendo referencia a la extracción de potasa, pero se puede aplicar a otros tipos de extracción en los que existe radiación en la formación. Son ejemplos la extracción subterránea de carbón y trona.

El control vertical de una máquina minadora continua en una formación de potasa requiere conocer la relación de la máquina minadora con los estratos de soporte de minerales en la formación, así como conocer la calidad de la mena en esos estratos. La radiación de la potasa es proporcional, de modo general, a su concentración en el estrato mineral. Cuando existe una concentración mayor de potasa, el nivel de radiación es asimismo mayor. Midiendo la cantidad de radiación que emana de los estratos de mineral por los que está cortando la máquina minadora, se puede determinar la posición de dicha máquina con relación a dichos estratos. Se pueden utilizar asimismo datos procedentes de dichas mediciones para determinar la calidad de la mena en la que se extrae el mineral.

Dado que el grosor de los estratos minerales varía, la determinación la posición de la máquina minadora con relación a un único estrato no es una base suficiente para un buen control. Se requiere asimismo una información precisa sobre el grosor de los estratos. O, dicho de otro modo, es necesario conocer la posición de los límites de una serie de estratos que está cortando la máquina minadora. Asimismo, es importante conocer...

1. Sistema de control de minería, que comprende:

una máquina minadora (48) que tiene por lo menos dos cuchillas rotatorias, teniendo cada cuchilla rotatoria un rotor (8, 9) dotado de brazos (16, 17) del rotor;

un detector gamma (10, 11), por lo menos, sobre cada una de dichas dos cuchillas rotatorias (8, 9) para recibir emisiones gamma emitidas naturalmente desde una formación geológica, en el que cada detector gamma (10, 11) está montado en uno de los brazos (16, 17) de la cuchilla rotatoria, por lo que el elemento de detección gamma en el detector (10, 11) ha sido conformado y orientado para permitir que el campo de visión sea pequeño en la dirección necesaria para identificar los límites (41-46) de los estratos en la formación geológica, al tiempo que sea grande en la dirección paralela a los estratos de la formación geológica;

un acelerómetro (34) y un giroscopio (33), en el que el acelerómetro (34) y el giroscopio (33) correlacionan las emisiones gamma recibidas con posiciones, por lo menos, de dichas dos cuchillas rotatorias; y

un módulo central, en el que el módulo central utiliza las lecturas correlacionadas para determinar si se deberían desplazar las cuchillas.

2. Sistema de control de minería, según la reivindicación 1, en el que el módulo central compara lecturas correspondientes a posiciones de por lo menos dichas dos cuchillas rotatorias y determina el modo en el que se deberían desplazar por lo menos dichas dos cuchillas rotatorias para mantener la máquina minadora (48) alineada hacia arriba y hacia abajo con los estratos minerales (1-7) de la formación geológica.

3. Sistema de control de minería, según la reivindicación 1, en el que el módulo central transmite señales a cilindros hidráulicos para desplazar por lo menos dichas dos cuchillas rotatorias en una dirección requerida para guiar la máquina minadora (48) en el interior de la formación geológica.

4. Sistema de control de minería, según la reivindicación 1, que comprende además una pantalla (45) que presenta a un operario o a un monitor remoto los recuentos gamma con respecto a la orientación de la cuchilla.

5. Sistema de control de minería, según la reivindicación 1, en el que el campo de visión, para ser pequeño en la dirección necesaria para identificar los límites (41-46) de los estratos en la formación geológica, define una serie de segmentos de visión adyacentes que están dispuestos de tal manera que la circunferencia total de la cuchilla rotatoria está dividida en 75 a 100 segmentos y en el que la comparación de las emisiones gamma emitidas naturalmente desde cada segmento adyacente de visión permite que el módulo central distinga los límites de los estratos.

6. Sistema de control de minería, según la reivindicación 5, en el que el módulo central combina datos procedentes de segmentos seleccionados para calcular la calidad de una mena en la que se extrae mineral.

7. Sistema de control de minería, según la reivindicación 1, en el que cada detector gamma (10, 11) está montado en la cuchilla rotatoria correspondiente, por lo que cada detector gamma está situado a unos 28 cm (11 pulgadas) de una cara de la formación geológica que se está cortando mediante la cuchilla rotatoria.