Regelungsverfahren für Tagebau-Fördergeräte

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, unter Verwendung eines Lichtstrahls; (siehe Literatur "Braunkohle"41 (1989), Heft 5, Mai; Seiten 148-150).

[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 Scannen fortlaufend abgetastet wird und daß die durch die Abtastung ermittelten werte als Regelgröße für die Bewegungen des Fördergerätes dienen.

[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 Vorgabewert 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, unter Verwendung eines Lichtstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf des zu fördernden Materials durch Scannen fortlaufend abgetastet wird und daß die durch die Abtastung ermittelten Werte als Regelgröße für die Bewegungen des Fördergerätes dienen.

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 über den Lichtstrahl Unterschiede in der Reflektion, insbesondere im Reflektionsspektrum, ermittelt und ausgewertet werden.

4. Regelungsverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, 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.

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

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

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

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

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

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

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

12. Regelungsverfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl von einem, vom Fördergerät unabhängigen, mobilen Erzeuger ausgeht.

13. 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.

Claims

1. Control process for open-cast mining conveying appliances, such as bucket-wheel excavators, gravel-bed pick-ups, etc., in which the previously determined morphology of a deposit or the stratification of deposited material serve as command variables for the movements of the bucket wheel, using a light beam, characterized in that the course of the material to be conveyed is sensed continuously by scanning, and in that the values determined as a result of the sensing serve as a control variable for the movements of the conveying appliance.

2. Control process according to Claim 1, characterized in that the sensing of the material to be conveyed is carried out by means of a laser, preferably a pulsed laser.

3. Control process according to Claim 1 or 2, characterized in that differences in the reflection, especially in the reflection spectrum, are determined and evaluated by means of a light beam.

4. Control process according to Claim 1, 2 or 3, characterized in that the reflection course, especially the change of the reflection spectrum, is determined by means of the light beam and the layering or stratification of the material is calculated from the determined course.

5. Control process according to Claim 1 or 2, characterized in that differences in the induced fluorescence are evaluated by means of the light beam.

6. Control process according to Claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized in that the conveying appliance is first guided according to the deposit course under visual control and in that the sensing results serve as correction values for repeat movements.

7. Control process according to Claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, characterized in that the sensing is carried out spread over a plurality of lines, especially spread vertically.

8. Control process according to Claim 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7, characterized in that the sensing results are subjected to a course smoothing and to a relevance check, and in that the deposit course is then determined.

9. Control process according to Claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8, characterized in that the working carried out according to the determined stratification and deposit course values is monitored by means of a status check of the conveyed material.

10. Control process according to one or more of the preceding claims, characterized in that the light beam is a UV laser light beam.

11. Control process according to one or more of the preceding claims, characterized in that the light beam is emitted from the conveying appliance.

12. Control process according to one or more of Claims 1 to 9, characterized in that the light beam is emitted from a movable generator independent of the conveying appliance.

13. Control process according to one or more of the preceding claims, characterized in that, during the working of deposits, gravel beds, etc, a light beam, especially from a laser scanner, is used for determining the material stratification course and for controlling the conveyance.

Revendications

1. Procédé de régulation pour des engins de manutention à ciel ouvert, comme par exemple des excavateurs à godets, des machines d'extraction de lit mixte, etc., selon lequel la morphologie préalablement déterminée d'un gisement ou la stratification d'un matériau en couches sont utilisées comme grandeurs de référence pour les déplacements de l'excavateur à godet, moyennant l'utilisation d'un faisceau de lumière, caractérisé par le fait que le profil du matériau à transporter est exploré en permanence par balayage et que les valeurs déterminées au moyen de l'exploration par balayage sont utilisées comme grandeur de réglage pour les déplacements de l'engin.

2. Procédé de régulation suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'exploration par balayage du matériau devant être transporté est exécutée au moyen d'un laser, de préférence un laser pulsé.

3. Procédé de régulation suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les différences dans la réflexion, notamment dans le spectre de réflexion, sont déterminées et évaluées par l'intermédiaire du faisceau laser.

4. Procédé de régulation suivant la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que le profil de réflexion, notamment la variation du spectre de réflexion, est déterminé au moyen du faisceau laser et que la disposition en couches ou la stratification du matériau est calculée à partir du profil déterminé.

5. Procédé de régulation suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que des différences dans la fluorescence induite sont évaluées au moyen du faisceau laser.

6. Procédé de régulation suivant la revendication 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé par le fait que l'engin est guidée tout d'abord en étant commandée visuellement en fonction du profil du gisement, et que les résultats de l'exploration par balayage sont utilisés en tant que valeurs de correction, lors de déplacements répétitifs.

7. Procédé de régulation suivant la revendication 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé par le fait que l'exploration par balayage s'effectue avec un étalement sur un grand nombre de lignes, notamment un étalement vertical.

8. Procédé de régulation suivant la revendication 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé par le fait que les résultats de l'exploration par balayage sont soumis à un lissage du profil et un contrôle de vraisemblance et qu'ensuite le profil du gisement est déterminé.

9. Procédé de régulation suivant la revendication 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisé par le fait que l'abattage est contrôlé, en fonction des valeurs déterminées du profil de stratification et du profil du gisement, au moyen d'un contrôle de l'état du matériau entraîné.

10. Procédé de régulation suivant une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le faisceau de lumière est un faisceau laser de lumière ultraviolette.

11. Procédé de régulation suivant une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le faisceau de lumière est issu de l'engin.

12. Procédé de régulation suivant une ou plusieurs des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le faisceau de lumière est issu d'un générateur mobile, qui est indépendant de l'engin.

13. Procédé de régulation suivant une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lors de l'abattage de gisements, de lits mixtes, etc., on utilise un faisceau laser, produit notamment par un scanner laser, pour déterminer le profil des couches du matériau et pour régler l'extraction.

Zeichnung