用于临时顶板支架的安全保护的装置及其方法

摘要

本发明涉及一种用于固定结构的方法，该方法包括以下步骤：采用杆柱机相对所述结构确定支架的位置；通过载荷传感元件检测所述支架上的载荷；以及如果根据所述载荷判断出所述结构的一部分在所述支架被移走时将断裂，则禁止使用控制器。本发明还涉及一种结构支撑系统，该系统包括：支架，该支架被构造成能够相对一结构确定位置的结构形式；载荷传感元件，该载荷传感元件被构造成能够检测所述支架上的载荷的结构形式；以及控制器禁止使用装置，该控制器禁止使用装置被构造成能够使一控制器在根据所述载荷判断出所述结构的一部分在移走所述支架将断裂的情况下被禁止使用的结构形式。

说明书

本分案申请是基于申请号为200410012074.3、申请日为2004年9月28日、发明名称为“用于临时顶板支架的安全保护的装置及其方法”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及承重液压技术，尤其是涉及一种用于临时顶板支架的安全保护控制的装置及其方法。

背景技术

在采矿作业中，顶板塌崩位置是应力集中处。为了避免因顶板塌崩造成的人员伤害需采取安全预防措施，包括向杆柱机(roof bolter)设备上增加承重结构。但是，增加结构支架的现有技术方法对安装该支架仍存在着危险。该问题通过对临时顶板支架的研究将更易于理解。

临时顶板支架

在永久顶板支架的安装(例如，杆柱机的操作)过程中，一个临时顶板支架用于支承一挖掘位置的顶板。在一常见结构中，双梁杆柱机需要两个操作者和两组用于安装杆柱的控制装置。通常，每个操作者负责连接入口通道的一半。而且，一个操作者还通常对该梁进行控制来使一临时顶板支架降低和升高并以一较低的速率来移动机器。在横跨一入口的每一排杆柱被安装好之后，这样的控制装置在重新确定机器的位置时使用。

然而，在某些顶板情况下，在临时顶板支架正在支承顶板时，该顶板可能会断裂。操作者可能或者没能注意到这样一种断裂已经发生了。在杆柱机的典型操作过程中，杆柱以大约四脚间隔来安装。这样，大量的岩石在安装好顶板的杆柱之间可能会破裂松散，而且这些岩石仅仅通过临时顶板支架而受到支承。

松散的岩石可引起至少三个潜在的危害。首先，临时顶板支架的控制装置位于杆柱机的前面附近。这样，操作者在临时顶板支架被释放时易于受到落下来岩石的危害。其次，临时顶板支架是通过具有负载闭锁阀的液压缸来支承的。临时顶板支架的下降速度仅依赖于液压回路内所施加的载荷和限制。这样，即使松散的岩石不会自由落下来，临时顶板支架也可能会以一定速度下降从而危害到操作者。此外，由快速下降引起的液压回路内的应变能对临时顶板支架造成损害。

发明内容

本发明的实施例公开了一种用于临时顶板支架的安全保护控制的装置及其方法。在本发明的一个实施例中，临时顶板支架具有一载荷传感元件。在一个非限定性示例实施例中，一临时顶板支架的横梁结构通过一载荷传感销来支承。该销可以被设置在该横梁结构的中心，而且还可以被设置在一个径向球轴承上。该销可使横梁枢转来适合于顶板倾斜的需要。在一个实施例中，临时顶板支架所受到的所有的载荷都通过销来传递。在一个非限定性示例实施例中，在销内安装应变仪，从而测量作用在销上的载荷，进而测量作用在临时顶板支架上的载荷。在另一个实施例中，压力传感器测量作用在液压系统上的载荷，进而测量作用在临时顶板支架上的载荷。

在一个实施例中，一个载荷检测系统(例如载荷传感销)检测到的非常高的载荷表示顶板已经断裂并且临时顶板支架正在支承着松散的岩石。在一个实施例中，当载荷传感系统检测到一个非常高的载荷时，在机器的前端(即在由临时顶板支架所支承的松散岩石附近)的临时顶板支架控制装置被禁止使用。一第二组远程临时顶板支架控制装置处于工作状态。这样，在临时顶板支架降低之前，操作者必须离开危险区域。在一个实施例中，第二组控制装置位于机器的后端。在一个实施例中，第二组控制装置被构造成能限制下降速度的结构形式。

在另一实施例中，附加的传感器用于检测危险区域内有或者没有操作者。在一个实施例中，附加的传感器是一个压力传感器，该压力传感器连接到一杆柱机操作者所在区域上。在另一个实施例中，附加的传感器是一个接近传感器，该接近传感器被构造成能够检测到在一杆柱机操作者所在区域上有或者没有一个物体(例如一个操作者)的结构形式。在一个非限定性示例实施例中，当一个附加的传感器表明危险区域内有操作者时，第二组控制装置被禁止使用。这样，当松散的岩石通过一临时顶板支架的载荷传感元件检测到而且操作者处于危险区域时，临时顶板支架不能被降低下来。

附图说明

结合下面的说明、附属的权利要求书和附图将更清楚地理解本发明的这些以及其它的特征、方面和优点。

图1是本发明一个实施例中具有一载荷传感销的非限定性示例临时顶板支架的不同角度的部分或整体示意图；

图2是本发明一个实施例中在一低矿层内具有一载荷传感销的非限定性示例临时顶板支架的示意图；

图3是本发明一个实施例中双梁杆柱机的非限定性示例的示意图，其中该双梁杆柱机具有一载荷传感销的临时顶板支架；

图4是本发明一个实施例中对临时顶板支架进行操作的非限定性方法的流程图；

图5是本发明一个实施例中对临时顶板支架进行降低的非限定性方法的流程图；

图6是本发明一个实施例中对具有检测操作者安全特征的临时顶板支架进行操作的非限定性方法的流程图；

图7是本发明一个实施例中一个载荷传感销的简图；

图8是本发明一个实施例中另一个载荷传感销的简图；

图9是示出载荷传感销的电路图及其两个半剖视图的简图；

图10是本发明一个实施例中过载检测装置的简图；

图11是本发明一个实施例中电流传感器继电器的简图；

图12是本发明一个实施例中载荷(英镑)与电流(毫安)之间关系曲线的简图；以及

图13是本发明一个实施例中非限定性通有计算机的方框图。

具体实施方式

本发明涉及一种用于临时顶板支架的安全保护控制的装置及其方法。在下面的说明中，通过描述大量具体细节对本发明的实施例进行了更彻底地说明。然而，对本领域普通技术人员而言，本发明显然可在这些具体细节之外进行实施。此外，本发明没有对那些易于理解的公知特征进行详述。

载荷传感元件

在本发明的一个实施例中，一临时顶板支架设有一个载荷传感元件。在一个非限定性示例实施例中，一临时顶板支架的横梁结构通过一载荷传感销来支承。该销可以被设置在该横梁结构的中心，而且还可以被设置在一个径向球轴承上。该销可使横梁枢转来适合于顶板倾斜的需要。在一个实施例中，临时顶板支架所受到的所有的载荷都通过销来传递。在一个非限定性示例实施例中，在销内安装应变仪，从而测量作用在销上的载荷，进而测量作用在临时顶板支架上的载荷。在另一个实施例中，压力传感器测量作用在液压系统上的载荷，进而测量作用在临时顶板支架上的载荷。

图1是本发明一个实施例中具有一载荷传感销的非限定性示例临时顶板支架的不同角度的部分或整体示意图。临时顶板支架110的侧视图100示出了临时顶板支架110的提升机构120以及顶板支承机构130。类似地，顶视图140示出了提升机构120以及顶板支承机构130。顶板支承机构130设有一个在前视图160中可以看到的顶板衬垫150。一载荷传感的临时顶板支架销170位于提升机构120和顶板支承机构130之间的接合点上。临时顶板支架110所受到的所有的载荷都通过载荷传感的临时顶板支架销170来传递。

图2是本发明一个实施例中在一低矿层内具有一载荷传感销的非限定性示例临时顶板支架的示意图。临时顶板支架组件200设有载荷传感的临时顶板支架销210。临时顶板支架组件200从矿层的顶板所受到的所有载荷都通过载荷传感的临时顶板支架销210来传递。临时顶板支架组件200由位于操作者的前方控制装置220来操作。

后端第二控制装置

图3是本发明一个实施例中双梁杆柱机的非限定性示例的示意图，其中该双梁杆柱机具有一载荷传感销的临时顶板支架。该杆柱机和临时顶板支架组件300设有一个用于检测顶板断裂的载荷传感销310。该杆柱机和临时顶板支架组件300设有前端的操作者控制装置320，该控制装置控制临时顶板支架。后端控制装置330在检测到顶板断裂时用于控制临时顶板支架。

在一个实施例中，一个由载荷检测系统(例如载荷传感销)检测到的非常高载荷表示顶板已经断裂并且临时顶板支架正在支承着松散的岩石。当载荷传感系统检测到一个非常高的载荷时，在机器的前端(即在由临时顶板支架所支承的松散岩石的附近)的临时顶板支架控制装置被禁止使用。在一个实施例中，当临时顶板支架升高到适当位置时，临时顶板支架保持在该适当位置所需的载荷被测量到。该载荷可作为一阈值载荷。在临时顶板支架处于使用状态时，作用在临时顶板支架上的载荷与该阈值载荷进行比较(例如通过一比较仪)。如果作用在临时顶板支架上的载荷超过该阈值载荷，该系统测定出存在一非常高的载荷。在另一个实施例中，在该系统测定出存在一非常高的载荷之前，作用在临时顶板支架上的载荷必须超出该阈值载荷一特定量(例如1％或者100％)。

在一个实施例中，当测定出存在一非常高的载荷时，一第二组远程临时顶板支架控制装置处于工作状态。第二组远程临时顶板支架控制装置可以是临时顶板支架组件的一组成部分，或者该第二组远程临时顶板支架控制装置可以与临时顶板支架组件分离开并且通过一实线或者无线通信连接而相连。这样，在临时顶板支架降低之前，操作者必须离开危险区域。在一个实施例中，第二组控制装置位于机器的后端。

图4示出了本发明一个实施例中对临时顶板支架进行操作的非限定性方法。在方框400中，升高临时顶板支架以便支承顶板的一部分，在方框410中，由临时顶板支架所承受的载荷通过一载荷传感元件检测到。在方框420中，判断由载荷传感元件检测到的载荷是否表明松散的岩石受到了临时顶板支架的支承。如果由载荷传感元件检测到的载荷表明松散的岩石受到了临时顶板支架的支承，则在方框430中，前端的临时顶板支架控制装置被禁止使用而且程序进行到方框460。

如果由载荷传感元件检测到的载荷没有表明松散的岩石受到了临时顶板支架的支承，则在方框440中，判断是否需要将临时顶板支架降低。如果需要将临时顶板支架降低，则在方框450中，操作者可以使用前端的临时顶板支架控制装置或者任何其它的临时顶板支架控制装置来降低临时顶板支架。如果不需要将临时顶板支架降低，则程序返回到方框410。

在方框460中，判断是否需要将临时顶板支架降低。如果需要将临时顶板支架降低，则在方框470中，操作者不能使用前端的临时顶板支架控制装置，反而必须使用第二组控制装置来降低临时顶板支架。如果不需要将临时顶板支架降低，则程序返回到方框460。

限制性的下降速度

在另一个实施例中，第二组控制装置被构造成能限制下降的速度的结构形式。在一个非限定性示例实施例中，第二组控制装置仅仅当临时顶板支架的载荷传感元件之上的载荷表明松散的岩石受到了临时顶板支架的支承之时才被使用。这样，第二组控制装置仅能以限制性的下降速度使临时顶板支架下降。在另一个实施例中，第二组控制装置能以一大于限制性的下降速度的速度使临时顶板支架下降。此外，在另一个实施例中，第二组控制装置不仅仅在临时顶板支架的载荷传感元件上的载荷表明松散的岩石受到了临时顶板支架的支承之时才被使用。

图5示出本发明一个实施例中对临时顶板支架进行降低的非限定性方法。在方框500中，临时顶板支架被升高到适当的位置上。在方框510中，由临时顶板支架所承受的载荷通过一载荷传感元件检测到。在方框520中，判断由载荷传感元件检测到的载荷是否表明松散的岩石受到了临时顶板支架的支承。如果由载荷传感元件检测到的载荷没有表明松散的岩石受到了临时顶板支架的支承，则在方框530中，临时顶板支架可以以一无限制性速度被降低。如果由载荷传感元件检测到的载荷表明松散的岩石受到了临时顶板支架的支承，则在方框540中，临时顶板支架仅仅可以以一限制性的下降速度被降低。

附加的安全措施

在另一实施例中，附加的传感器用于检测在危险区域中(例如在杆柱机和/或临时顶板支架设备上的前端操作者区域)有或者没有操作者。在一个实施例中，附加的传感器是一个压力传感器，该压力传感器连接到一杆柱机操作者所在区域上。在另一个实施例中，附加的传感器是一个接近传感器，该接近传感器被构造成能够检测到在一杆柱机操作者所在区域上有或者没有一个物体(例如一个操作者)的结构形式。在一个非限定性示例实施例中，当一个附加的传感器表明危险区域内有操作者时，第二组控制装置被禁止使用。这样，当松散的岩石通过一临时顶板支架的载荷传感元件检测到而且操作者处于危险区域时，临时顶板支架不能被降低。在一个实施例中，控制装置的逻辑电路利用一可编程的逻辑数组来实现。在另一个实施例中，控制装置的逻辑电路利用一特定目的的电路(例如习用芯片或者其它的电子电路)来实现。

图6示出本发明一个实施例中对具有检测操作者安全特征的临时顶板支架进行操作的非限定性方法。在方框600中，升高临时顶板支架来支承顶板的一部分。在方框610中，由临时顶板支架所承受的载荷通过一载荷传感元件检测到。在方框620中，判断由载荷传感元件检测到的载荷是否表明松散的岩石受到了临时顶板支架的支承。如果由载荷传感元件检测到的载荷表明松散的岩石受到了临时顶板支架的支承，则在方框630中，前端的临时顶板支架控制装置被禁止使用而且程序进行到方框660。

如果由载荷传感元件检测到的载荷没有表明松散的岩石受到了临时顶板支架的支承，则在方框640中，判断是否需要将临时顶板支架降低。如果需要将临时顶板支架降低，则在方框650中，操作者可以使用前端的临时顶板支架控制装置或者任何其它的临时顶板支架控制装置来降低临时顶板支架。如果不需要将临时顶板支架降低，则程序返回到方框610。

在方框660中，判断是否需要将临时顶板支架降低。如果需要将临时顶板支架降低，则在方框670中，判断是否在一个危险区域内检测到有一操作者。如果在一个危险区域内检测到有一操作者，则程序返回到方框660。如果在一个危险区域内没有检测到有一操作者，则在方框680中，操作者利用一第二组控制装置来降低临时顶板支架。如果不需要将临时顶板支架降低，则程序返回到方框660。

载荷传感销

图7示出本发明一个实施例中的载荷传感销。载荷传感销700具有一支承表面710和多个加载表面730以及位于支承表面和每个加载表面之间的载荷传感系统720。接线端740连接载荷传感销700和电缆750。电缆750将来自载荷传感销700的信号传递到那套起到临时顶板支架控制功能的控制装置上。图7还示出了载荷传感销700的端视图760。

图8示出本发明一个实施例中的另一个载荷传感销。载荷传感销800具有一支承表面810和多个加载表面830以及位于支承表面和每个加载表面之间的载荷传感系统820。接线端840具有电压转换器850。图8还示出了载荷传感销800的端视图860。

在一个实施例中，载荷传感销是由一种高强度的铝合金制成并且含有接线夹(ramp)重52磅(Ibs)而不含有接线夹重42。载荷传感销具有高达20吨/块的额定容量，静态精度为满刻度的0.25％或者更好，动态精度在具有水准标记时为满刻度的±1％的或者在没有水准标记时为满刻度的±3％。载荷传感销还具有满刻度的200％的过载容量，输入/输出阻抗为560ohms±50ohms，输出为0.6至1.0mV/V，励磁为5至15VDC，稳定性为满刻度的0.5％/年，地面水平需要在四平方英尺内小于一英寸的八分之一，以及补偿温度范围在-10至50℃。

图9示出载荷传感销的电路图及其两个半剖视图。在左面的半剖视图900中，可看见载荷敏感元件905和910。在右面的半剖视图915中，可看见载荷敏感元件920和925。在电路图930中，电流从点935处供给。点935与点940和945相连。在点935和940之间设置电阻950。电阻950与载荷敏感元件905相对应。在点935和945之间设置电阻955。电阻955与载荷敏感元件920相对应。

点940还与点960和965相连。电阻970设置在点940和960之间，而且电阻975设置在点940和965之间。电阻975与载荷敏感元件910相对应。点945还与点965和980相连。电阻985设置在点945和980之间，而且电阻990设置在点945和965之间。电阻990与载荷敏感元件925相对应。当将一载荷施加在载荷传感销上时，载荷敏感元件905，910，920和925根据载荷施加的位置不同而受到压缩或者拉伸，并且压缩或者拉伸的程度取决于载荷量。压缩或者拉伸一载荷传感元件能以一公知方式改变其阻抗。这样，通过测量电阻950，955，975和990的阻抗变化，系统就可获知施加在载荷传感销上的载荷量。

过载检测装置

图10示出本发明一个实施例中的过载检测装置。在负载测力器1000，电流传感器继电器1010和电流表1020之间形成一个回路。电流传感器继电器1010还设有保险丝1030和本征阻挡层1040来保护电流部分以避免发生过载。在负载测力器1000处测量到一载荷并且将一信号返回到电流传感器继电器1010。该信号与阈值信号进行比较来判断是否存在超过阈值的一载荷。

图11示出本发明一个实施例中电流传感器继电器。将功率通过120V AC的热线1110输入到电流传感器继电器1100中，其中热线与100mA的保险丝1120相连并且与120V AC的中性线1130相配对。电流传感器继电器1100接收到来自于载荷检测装置的输入信号1140。对输入信号进行分析以确定是否存在一过载。24V DC信号1150通过本征阻挡层1160到达载荷检测装置。本征阻挡层1160还连接到大地上。

在一个实施例中，电流传感器继电器设有两个警报信号，该两个警报信号具有Lo＝1100Ibs和Hi＝2200Ibs的设定点。供给电压是100至130伏特，AC在50至60Hz。电流传感器继电器具有100毫安培或者1W的最大额定值，输入范围在0至20mA和50欧姆的输入阻抗，场设备激励为25mA，DC24V，两个独立的Lo或者Hi的设定点(电阻载荷)。在一个实施例中，本征阻挡层具有35V DC的最大电压和75mA的最大电流。

图12示出本发明一个实施例中载荷(英镑)与电流(毫安)之间的关系曲线。曲线1200在4至20mA的区域内大体上为直线。因此，通过测量返回到电流传感器继电器中的电流能确定施加在载荷传感装置上的载荷。

计算机执行环境(硬件)的实施例

本发明的一个实施例可通过计算机可读程序代码形式的计算机软件来实现，其中该计算机软件可利用图13所示的通用计算环境(诸如环境1300)来执行。键盘1310和鼠标1311与一系统总线1318相连。键盘和鼠标将用户输入引入到计算机系统并使该用户输入传输到中央处理单元(CPU)1313。除了键盘1310和鼠标1311之外或者作为它们的替代，还可以使用其它适合的输入设备。与双向系统总线1318相连的I/O(输入/输出)单元1319代表如打印机，A/V(声频/视频)I/O等的I/O元件。

计算机1301可以包括一个与总线1318相连的通信接口1320。通信接口1320通过网络链接1321向本地网1322提供了一种两路通信耦合。例如，如果通信接口1320是一种集成服务数字网(ISDN)卡或者一种调制解调器，则通信接口1320向呈电话线的相应形式提供了数据通信连接，该电话线包括部分网络链接1321。如果通信接口1320是一种局域网(LAN)卡，则该通信接口1320通过网络链接1321向兼容的LAN提供了一种数据通信连接。无线链接也是可能的。在任何这类设备中，通信接口1320发送和接收电子，电磁或者光学信号，而这些信号承载代表各类信息的数字数据流。

网络链接1321通常通过一个或者多个网络向其它数据设备提供数据通信。例如，网络链接1321可以通过本地网1322向本地服务器计算机1323或者向由ISP1324控制的数据装置提供一种连接。反之，ISP1324通过现在通常称作互联网1325的环球信息包数据通信网络提供了数据通信服务。本地网1322和互联网1325都使用承载数字数据流的电子，电磁或者光学信号。这些通过各种网络的信号以及在网络链接1321上并通过通信接口1320的信号都是载波传输信息的示例形式，其中的信号将数字数据输入到计算机或者从计算机中输出。

处理器1313可以全部存储在客户计算机1301或者全部存储在服务器1326上，或者处理器1313可以使其计算能力分布在计算机1301和服务器1326之间。服务器1326可以如图13所示象征性地表示成一个单元，但是，该服务器1326也能被分布在多“层”之间。在一个实施例中，服务器1326包括一个中间和底层，其中应用逻辑在中间层中进行而持久性数据被设置在底层中。在这种情况下，服务器1326全部存储在服务器1326，处理器进行计算的结果通过互联网1325、互联网服务提供者(ISP)1324，本地网1322和通信接口1320传输到计算机1301。通过这种方式，计算机1301通过输出的方式能向用户显示计算结果。

计算机1301包括视频存储器1314，主存储器1315和大容量存储器1312，所有这些存储器都和键盘1310，鼠标1311和处理器1313一起连接到双向系统总线1318上。如同处理器1313一样，在各种计算环境中，主存储器1315和大容量存储器1312能全部存储在服务器1326或者计算机1301上，或者它们能被分配在服务器1326和计算机1301这两者上。

大容量存储器1312可以包括固定和活动媒体，诸如磁性、光学或者磁光存储系统或者任何其它可获得的大容量存储技术。总线1318可以包含，例如用于寻址视频存储器1314和主存储器1315的32地址线。系统总线1318还可以包含，例如用于在诸如处理器1313，主存储器1315，视频存储器1314和大容量存储器1312的部件之中或者之间传输数据的32字节数据总线。可替换的是，多路传输数据/地址线可用于取代分离的数据和地址线。

在本发明的一个实施例中，微处理器是Intel制造的诸如80X86或者Pentium型处理器。但是，也可以使用其它适合的微处理器或者微型计算机。主存储器1315包括动态随机访问存储器(DRAM)。视频存储器1314是一种两端口视频随机访问存储器。视频存储器1314的一个端口连接到视频放大器1316上。视频放大器1316是现有技术中公知的并且可以由任何适合的装置来实现。该电路将存储在视频存储器1314中的像素数据转变成适于监控器1317使用的光栅信号。监控器1317是一种适于显示图象的监控器。

计算机1301能通过网络，网络链接1321和通信接口1320来发出信息和接收包括程序代码在内的数据。在互联网的实例中，远程服务器计算机1326可以通过互联网1325，ISP1324，本地网1322和通信接口1320来传输一个应用程序所需的代码。接收到的代码可以在接收时就被处理器1313执行，和/或存储在大容量存储器1312，或为以后使用而存储在其它永久性存储器中。在这种方式中，计算机1300可以获得载波形式的应用代码。可替换的是，远程服务器计算机1326可以利用处理器1313，利用大容量存储器1312和/或视频存储器1315来执行应用程序。接着，服务器1326执行的结果通过互联网1325，ISP1324，本地网1322和通信接口1320来传输。在本实施例中，计算机1301仅发挥输入和输出的功能。

应用代码可包括在任何形式的计算机程序产品里。计算机程序产品包括一被构造成能够存储或者传输计算机可读代码的结构形式的媒体，或者该媒体可以包括在计算机可读代码里。计算机程序产品的一些实例是CD-ROM盘，ROM卡，软盘，磁带，计算机硬盘驱动器，网络中的服务器，以及载波。

上述的计算机系统仅用于示例的目的。本发明的一个实施例可以通过任何类型的计算机系统、程序或者处理环境来实现。

因此，本发明通过一个或者多个实施例公开了一种用于临时顶板支架的安全保护控制的装置及其方法。本发明的范围由附属的权利要求书及其全部范围和等效范围来限定。