Regelungsverfahren für Tagebau-Fördergeräte

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelungsverfahren für Tagebau-Fördergeräte, wie Schaufelradbagger (5), Mischbettauf­nehmer etc., bei dem die vorab ermittelte Morphologie einer Lagerstätte oder die Schichtung von gelagertem Material als Führungsgrößen für die Bewegungen des Fördergerätes dienen. Der Verlauf des zu fördernden Materials wird durch einen Lichtstrahl (14) fortlaufend abgetastet und die durch die Abta­stung ermittelten Werte werden als Regelgröße für die Bewegun­gen des Fördergerätes verwendet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelungsverfahren für Tagebau-Fördergeräte, wie Schaufelradbagger, Mischbettauf­nehmer etc., bei dem die vorab ermittelte Morphologie einer Lagerstätte oder die Schichtung von gelagertem Material als Führungsgröße für die Bewegungen des Fördergerätes dient.

[0002] Bei Tagebau-Fördergeräten, z.B. Schaufelradbaggern, Mischbett­aufnehmern etc., muß das Schaufelrad oder das Gefäß des För­dergerätes entsprechend der jeweiligen Förderaufgabe gesteuert werden. Bei Schaufelradbaggern, die dem Abbau einer Lagerstätte, z.B. von Kohle, dienen, besteht die Aufgabe darin, entweder den über oder zwischen der Kohle liegenden Abraum abzuräumen oder die Kohle, die in Flözen vorliegt, zu fördern. Die Kohleflöze verlaufen in der Regel nicht horizontal und weisen auch keine gerade Oberfläche auf. Sie sind vielmehr z. T. abfallend, ge­krümmt oder sogar gefaltet. Um ein möglichst großes Ausbringen bei geringem Fremdmaterialanfall zu erreichen, muß nun das Schaufelrad eines Schaufelradbaggers dem Flözverlauf exakt fol­gen. Dies wird bisher durch Bedienungspersonal versucht, das sich an dem visuellen Eindruck des Förderorts und an dem Ergeb­nis von Bohrungen, die den Flözverlauf erkundet haben, orientiert.

[0003] Es ist insbesondere Aufgabe der Erfindung, ein Regelungsverfah­ren für Schaufelrad-Fördergeräte, vorzugsweise für Schaufelrad­bagger, anzugeben, das das Ausbringen einer Kohlenlagerstätte erhöht, ohne den Anteil des geförderten Fremdmaterials zu ver­größern. Gleichzeitig soll eine Automatisierung des Abbauvor­ganges von Lagerstätten, von Mischbetten o.ä. erreicht werden. Die visuelle, subjektive Erfassung des Flözverlaufs soll dabei durch eine objektive Messung ersetzt werden.

[0004] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ver­lauf des zu fördernden Materials durch einen Lichtstrahl fort­laufend abgetastet und daß der durch die Abtastung ermittelte Verlauf als Regelgröße für die Bewegungen, insbesondere die Hub­bewegungen, des Schaufelrades verwendet wird.

[0005] Mit Hilfe der Abtastung durch einen Lichtstrahl ist es vorteil­haft möglich, die visuelle, subjektive Erfassung des jeweiligen Flöz- oder Schichtverlaufs am Abbauort durch eine objektive Messung zu ersetzen. Bei einer Laserabtastung ergibt sich dabei eine vorteilhafte Erhöhung der Abtastsicherheit, da ein Laser­strahl wegen seiner hohen Energiedichte, insbesondere im gepul­sten Zustand, durch Luftschichtungen, Staub etc. nur wenig be­einflußt wird. Auch unter schwierigen Verhältnissen ist durch einen gepulsten Laser eine einwandfreie Abtastung des Förder­ortes möglich.

[0006] Geeignete Laser sind prinzipiell bekannt, so z.B. aus dem Band "Lasertechnik: e. Einf.", Hüthig Verlag, Heidelberg, 1982, S. 368 ff. Eine Verwendung von Lasern für die Regelung der Arbeit von Schaufelradgeräten ist bisher jedoch nicht vorgesehen.

[0007] In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abtastung durch Scannen erfolgt. Eine Abtastung durch Scannen mit Laserlicht erlaubt es vorteilhaft, den Verlauf der Änderungen der Reflektionseigenschaften des abgetasteten Mate­rials sicher zu verfolgen und anhand von Eichergebnissen eine Trennungslinie zwischen dem abbauwürdigen und dem nichtabbauwür­digen Material nach vorgegebenen Kriterien zu ziehen. Dies ist insbesondere für Schichtungen wichtig, bei denen sich die Re­flektionseigenschaften, insbesondere die Reflektionsspektren der unterschiedlichen Materialien nur wenig voneinander unterschei­den und fließend ineinander übergehen. Hier werden durch die Er­findung die Voraussetzungen für eine optimierte und automatisier­te Nachführung des Schaufelrades des Fördergeräts nach dem Ver­lauf der Flöze oder anderer Schichtungen geschaffen.

[0008] Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn bei Arbeitsaufnahme des Fördergeräts zunächst ein manuelles Abfahren der Förder­aufnahmelinie erfolgt. Dieses Abfahren kann in Form eines ab­gespeicherten Lernschrittes als Istwert dienen, der mit Hilfe des durch die Abtastung ermittelten Sollwertes verbessert wird. So ist die gewünschte Optimierung und Automatisierung des Arbei­tens von Schaufelrad-Fördergeräten möglich. Zum Ausschalten von Fehlern, die durch eine Schrägstellung des Fördergeräts möglich sind, erfolgt dabei vorteilhaft eine Korrektur der Sollwerte durch einen Vertikalsensor, der dem Abtastgerät ständig die Vertikal- und damit auch die Horizontalrichtung aufgibt.

[0009] Eine Verbesserung der Schichterkennung ist bei dem erfindungs­gemäßen Verfahren durch eine Mittelwertbildung über einen grös­seren, insbesondere horizontalen Bereich möglich. Dies ist ins­besondere bei Lagerstätten wichtig, bei denen in der Kohle ein erheblicher Anteil von tonigen Bestandteilen vorhanden ist. Hier sind die Reflektionsunterschiede gegenüber einer Lehmdeckschicht nur gering; durch eine Mittelwertbildung des vor dem Schaufelrad liegenden Bereichs kann jedoch auch für solche Fälle die rechne­rische Ermittlung des Flözverlaufs mit guter Genauigkeit erreicht werden.

[0010] Die ermittelten Schichtungsverlaufswerte werden vorteilhaft durch eine Zustandskontrolle des geförderten Materials über­wacht. Diese erfolgt besonders einfach, wenn hierzu ebenfalls ein Lasergerät verwendet wird, das z.B. den Fördergutstrom auf dem vom Schaufelrad wegführenden Band kontrolliert. Diese Kon­trolle ist unempfindlich gegen unterschiedliche Temperaturen, gegen aufgewirbelten Staub und die übrigen Umwelteinflüsse.

[0011] Insbesondere beim Vorliegen besonders schwefelhaltiger Kohle­sorten oder bei lehmigen Deckschichten ist die Verwendung eines UV-Abtastlichtstrahles von Vorteil. Im UV-Licht lassen sich die unterschiedlichen Schichtungen durch unterschiedliche Reflektion besonders deutlich erkennen. Die Erkennung kann sowohl über In­tensitätsdifferenzen als auch über eine Frequenzanalyse des reflektierten Lichtes erfolgen, für die vorteilhaft mit ge­speicherten Standard-Reflektionsspektren gearbeitet wird.

[0012] Bei dem erfindungsgemäßen Regelverfahren ist es von Vorteil, wenn das Gerät, das den Lichtstrahl oder die Laserpulse aussen­det, am Fördergerät, d.h. dem Bagger angeordnet ist. Ein sinn­voller Aufbau ist dort, wo eine gegenüber dem Schaufelradausle­ger ruhigere, vibrationsfreiere Anbringung möglich ist, die außerdem den Vorteil hat, die Abtastung in einem besonders weiten Bereich zu ermöglichen.

[0013] Das Gerät, das die Abtastung durchführt, kann vorteilhaft auch auf einem mobilen, unabhängigen Geräteträger montiert sein. Dies erlaubt im Zusammenwirken mit einer Speichervorrichtung für den ermittelten Schichtverlauf auf dem Fördergerät, daß von einem Abtastgerät mehrere Fördergeräte mit Schichtverlaufsdaten ver­sorgt werden können. Ein solches Gerät kann auch leichter mit einem Gaslaser ausgerüstet werden, an den höhere Anforderungen bezüglich des Ausschaltens von Vibrationen etc. gestellt werden als an einen Üblicherweise verwendeten Festkörperlaser.

[0014] Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen.

[0015] Es zeigen:

FIG 1 die Erfindung im Prinzip und

FIG 2 die Abtastung eines Schicht- bzw. Lagerstättenverlaufs sowie

FIG 3 ein Blockschaltbild des Abtastgeräts.

[0016] In FIG 1 ist mit 1 das schematisch angedeutete Fördergerät be­zeichnet, das in dem Ausführungsbeispiel einen Schaufelradbag­ger darstellen soll. In diesem Ausführungsbeispiel ist auf dem Fördergerät 1 das Abtastgerät 2 angeordnet, das gegenüber dem Fördergerät 1 unabhängig verschwenkbar ist. Die Verschwenkung erfolgt vorteilhaft nach einem vorgegebenen Programm, das sich an den vorgesehenen Arbeitsaufgaben des Fördergerätes orien­tiert. Die Position des Abtastgerätes 2 ist vorteilhaft so gewählt, daß ein von dem Fördergerät möglichst ungestörtes Ab­tasten der Abbaufront möglich ist.

[0017] Das Fördergerät 1, in dem hier dargestellten Beispiel ein Schau­felradbagger, ist auf dem Fahrgestell 3 angeordnet, das über die Laufwerke 4 verfahrbar ist. Das Schaufelrad 5 arbeitet auf ein Förderband 6, das das geförderte Material auf das weiterführende Band 8 abgibt. Unter dem Förderband 6 ist im Bereich des Baggers eine Schürze 7 angeordnet, die herabfallendes Material ableitet.

[0018] Das Fördergerät steht auf dem Grund 9, über dem sich das abzu­tragende Material 10 befindet. Oben wird das abzutragende Mate­rial 10 durch eine Deckschicht 11 begrenzt. Von dem Abtastgerät 2 gehen Lichtstrahlen 14 aus, mit denen die Abbaufront abgeta­stet wird. Die Lichtstrahlen 14, vorzugsweise gepulste Laser­strahlen, treffen in den Punkten 13 auf die Abbaufront auf, wobei vorzugsweise eine Linienabtastung gewählt wird. Es kann jedoch ebenso eine Abtastung in einem vorgegebenen Muster ge­wählt werden, z.B. einem Zickzackmuster oder einem Wellenmuster.

[0019] Aus der Darstellung in FIG 2 ist zu ersehen, daß bei einer Li­nienabtastung sowohl die hier mit 19 bezeichnete Deckschicht als auch die mit 20 bezeichnete, unter dem Flöz 22 liegende Schicht, die Kohleschicht 22 sowie auch die Zwischenschichten 21 vielfach von dem Lichtstrahl des Abtastgeräts 2 erfaßt werden. Dabei können aus jeder Einzellinie 23 Lagewerte über die Re­flektionseigenschaften, die Fluoreszenz oder die allgemeine Spektrumsauswertung, z.B. durch Linienfilter, für die einzel­nen Schichten gewonnen werden. Durch eine gespreizte Abtastung, gezeigt sind als Beispiel drei Tastlinien, kann in einem Rechner sowohl die Lage der einzelnen Schichten im Bereich der Abtast­linien als auch durch Interpolation im Bereich zwischen den Abtastlinien 23 errechnet werden. Durch einen Vergleich der Werte der einzelnen Abtastlinien 23 und eine Glättung ergibt sich darüber hinaus eine Möglichkeit zur Korrektur von Fehlmes­sungen und zum Ausschalten von Singularitäten, z.B. von Löchern oder eingelagerten Fremdmaterialien.

[0020] Wie sich aus dem Blockschaltbild in FIG 3 ergibt, werden die Werte aus der Abtastung durch die Lichtstrahlen 14 des Abtast­geräts 2 zunächst einem Auswertegerät 15 zugeführt, das diese einem Rechner 16 mit Anzeigegerät 17 aufgibt, der den Lager­stättenverlauf mit den Schichtlagen und Schichtverläufen er­rechnet. Der Rechner 16 weist vorzugsweise ein Anzeigegerät auf, das sowohl die Schichtlagen und Verläufe als auch die Istposi­tion des Auslegers anzeigt. Von dem Rechner, der vorzugsweise als Mikroprozessor ausgelegt ist, werden dann die Steuersignale 18 an das Fördergerät bzw. den Bagger weitergegeben.

[0021] Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Regelverfahrens ist der­art, daß durch eine Abtastung mit einem Lichtstrahl, vorzugs­weise einem gepulsten Laserstrahl, die Schichtlage und der Schichtverlauf einer Lagerstätte bzw. eines Mischbettes etc. ermittelt wird. Diese Werte werden als Führungswerte für die Bewegung des Fördergerätes verwendet, die im Rahmen eines Lern­schritts bei Arbeitsaufnahme visuell geführt erstmalig durch­geführt werden. Der Lernschritt wird abgespeichert und als Vorgabe wert für die weiteren Arbeitsschritte verwendet. Aus der Lage und dem Verlauf der Lagerstättenschichten werden nun Korrekturwerte ermittelt, mit deren Hilfe die Arbeit des För­dergeräts, hier des Baggers, geregelt werden. Durch eine Wahr­scheinlichkeitsrechnung etc. werden vorteilhaft unrichtige Meßwerte und Singularitäten ausgeschieden.

[0022] In besonders vorteilhafter Ausnutzung der durch die Erfindung eröffneten Möglichkeiten kann auch die Mitförderung der Zwi­schenschichten zwischen Kohle und Abraum oder eine jeweils an­teilige Förderung zweier Schichten als Führungsgröße eingegeben werden, so daß ein bisher nicht erreichbarer optimierter Abbau einer Lagerstätte möglich ist. Das erfindungsgemäße Regelver­fahren ermöglicht also nicht nur eine geregelte Führung des Fördergerätes, sondern führt auch zu einem optimierten Abbau, ohne daß der Anteil nicht verwertbarer Stoffe die zulässige vorgegebene Größe überschreitet. Durch eine entsprechende Pro­grammierung ist es damit möglich, die Menge der geförderten Kohle dadurch zu optimieren, daß sich nur ein gerade noch zulässiger Anteil geringwertiger Materialien aus den Zwischen­schichten selbsttätig beimischt.

[0023] Die vorstehende Erfindung ist anhand eines Beispiels beschrie­ben. Es versteht sich jedoch für den Fachmann von selbst, daß naheliegende Änderungen mit von der Erfindung umfaßt werden. Auf dem Gebiet der Lasertechnik, des Scannings allgemein und der Rechnertechnik ist z.Zt. ein schneller Fortschritt zu beobachten und die Grundgedanken der Erfindung sind auch mit anderen Aus­wertungsmethoden aus führbar.

Ansprüche

1. Regelungsverfahren für Tagebau-Fördergeräte, wie Schau­felradbagger, Mischbettaufnehmer etc., bei dem die vorab ermit­telte Morphologie einer Lagerstätte oder die Schichtung von ge­lagertem Material als Führungsgrößen für die Bewegungen des Schaufelrades dienen, dadurch gekennzeich­net, daß der Verlauf des zu fördernden Materials durch einen Lichtstrahl fortlaufend abgetastet wird und daß die durch die Abtastung ermittelten Werte als Regelgröße für die Bewegun­gen des Fördergerätes verwendet werden.

2. Regelungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Abtastung des zu fördernden Materials durch einen Laser, vorzugsweise durch einen gepulsten Laser, erfolgt.

3. Regelungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung durch Scannen, vorzugsweise durch Scannen mit einem Meßlaser, erfolgt.

4. Regelungsverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß über den Lichtstrahl Unter­schiede in der Reflektion, insbesondere im Reflektionsspektrum, ermittelt und ausgewertet werden.

5. Regelungsverfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, da­durch gekennzeichnet, daß mit dem Licht­strahl der Reflektionsverlauf, insbesondere die Veränderung des Reflektionsspektrums, ermittelt und aus dem ermittelten Verlauf die Lagerung oder Schichtung des Materials errechnet wird.

6. Regelungsverfahren nach Anspruch 1, 2, oder 3, da­durch gekennzeichnet, daß über den Licht­strahl Unterschiede in der induzierten Fluoreszenz ausgewertet werden.

7. Regelungsverfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, da­durch gekennzeichnet, daß das Fördergerät zunächst visuell gesteuert dem Lagerstättenverlauf entsprechend geführt wird und daß die Abtastergebnisse bei Wiederholbewegun­gen als Korrekturwerte dienen.

8. Regelgungsverfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abta­stung vielzeilig gespreizt, insbesondere vertikal gespreizt, erfolgt.

9. Regelgungsverfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtast­ergebnisse einer Verlaufsglättung und einer Relevanzkontrolle unterzogen werden und daß dann der Lagerstättenverlauf ermit­telt wird.

10. Regelungsverfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbau nach den ermittelten Schichtungs- und Lagerstättenverlaufswerten durch eine Zustandskontrolle des geförderten Materials überwacht wird.

11. Regelungsverfahren nach einem oder mehreren der vorherge­henden Ansprüche, dadurch gekennzeich­net, daß der Lichtstrahl ein UV-Laserlichtstrahl ist.

12. Regelungsverfahren nach einem oder mehreren der vorherge­henden Ansprüche, dadurch gekennzeich­net, daß der Lichtstrahl vom Fördergerät ausgeht.

13. Regelungsverfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl von einem, vom Fördergerät unabhängigen, mobi­len Erzeuger ausgeht.

14. Regelungsverfahren nach einem oder mehreren der vorherge­henden Ansprüche, dadurch gekennzeich­net, daß beim Abbau von Lagerstätten, Mischbetten etc.ein Lichtstrahl, insbesondere von einem Laserscanner, zur Ermitt­lung des Material-Schichtungsverlaufs und zur Regelung der Förderung verwendet wird.

Zeichnung