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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Abbaugerätes entlang
eines Strebs im Untertagebau, wobei durch zumindest einen Gassensor
eine Gaskonzentration gemessen und in Abhängigkeit von dem Messergebnis
ein Warnsignal ausgegeben wird. Außerdem betrifft die Erfindung
einen Strebausbau zur Durchführung
des Verfahrens und eine Steuerung für einen solchen Strebausbau.
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Ein
Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der Praxis grundsätzlich bekannt
und dient dazu, gefährliche
Gaskonzentrationen, insbesondere eine unzulässig hohe Methangaskonzentration,
festzustellen. Durch Messen der Gaskonzentration lässt sich
ein Ansteigen derselben im Streb feststellen, so dass durch das
ausgegebene Warnsignal eine frühzeitige
Warnung erfolgen kann. Beispielsweise kann das Warnsignal akustische
und/oder optische Anzeigemittel auslösen oder aber es kann eine
Abschaltung von elektrischen Verbrauchern im Streb eingeleitet werden,
um die Gefahr einer Methangasexplosion zu minimieren. Erst wenn
der gemessene Methanwert nach einiger Zeit durch ausreichende Bewetterung
wieder abgesunken ist, kann der Abbaubetrieb fortgesetzt werden.
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Problematisch
ist bei dem bekannten Verfahren, dass trotz moderner Überwachungstechnik
auch heutzutage immer noch Methangasexplosionen im Untertagebau
vorkommen, wobei eine der Ursachen hierfür eine vor sätzliche Manipulation der Gassensoren
durch Bedienungspersonal ist. So ist es aus der Praxis bekannt,
dass ein Gassensor zur Erhöhung des
Tagesausstoßes
abgeklebt wird oder es wird ein kontinuierlicher Zuluftstrom auf
den Gassensor gerichtet, so dass dieser die tatsächlich im Streb vorhandene
Gaskonzentration nicht detektieren kann. Eine weitere mögliche Ursache
für Gasexplosionen kann
der Ausfall des Gassensors sein.
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Aus
der nicht vorveröffentlichten
Druckschrift
DE
10 2006 041 570 A1 ist ein Verfahren zum Steuern eines
Abbaugerätes
entlang eines Strebs im Untertagebau bekannt, wobei durch zumindest
einen Gassensor eine Gaskonzentration gemessen und in Abhängigkeit
von dem Messergebnis das Abbaugerät betrieben wird. Bei diesem
Verfahren wird bei Annäherung
an einen vorbestimmten maximalen Grenzwert der Gaskonzentration
durch Verringerung der Fördermenge
des Abbaugerätes
die Gaskonzentration innerhalb des Strebs unter dem vorbestimmten
maximalen Grenzwert gehalten, ohne dass dabei das Abbaugerät angehalten
wird. Diese Schrift offenbart auch einen Strebausbau zur Durchführung des Verfahrens
und eine Steuerung für
einen solchen Strebausbau.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen
zur Verfügung
zu stellen, mit denen eine Manipulation oder Störung des Gassensors im laufenden
Betrieb ermittelt werden kann.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche und
insbesondere dadurch, dass die von dem Abbaugerät abgebaute Fördermenge
ermittelt wird, dass die Gaskonzentration gemessen wird und dass
das Warnsignal ausgegeben wird, wenn eine ungenügende Korrelation zwischen
der ermittelten Fördermenge
und der gemessenen Gaskonzentration festgestellt wird.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass das beim Abbau von Kohle
erzeugte Methan zumindest annähernd
proportional zur Fördermenge ist.
Ein beispielhafter Wert sind hier etwa 20 m3 Methangas
pro geförderter
Tonne Kohle. Wenn somit die abgebaute Fördermenge ansteigt oder verringert wird,
muss auch – gewöhnlich mit
einer zeitlichen Verzögerung – die gemessene
Gaskonzentration entweder ansteigen oder abfallen. Durch einen Vergleich
des zeitlichen Verlaufs der Fördermenge
mit der gemessenen Gaskonzentration lässt sich somit ermitteln, ob
eine ausreichende oder eine ungenügende Korrelation zwischen
diesen beiden gemessenen Größen vorliegt.
Auch lässt
sich durch einen Vergleich der Absolutbeträge zu verschiedenen Zeitpunkten überprüfen, ob
unter Umständen
eine Manipulation des Gassensors vorliegt. Eine ausreichende Korrelation
kann dann angenommen werden, wenn bei einem Anstieg der Fördermenge
auch ein Anstieg der Gaskonzentration ermittelt wird und wenn bei
einem Abfall der Fördermenge
auch ein (meist zeitlich verzögerter)
Abfall der Methangaskonzentration gemessen wird. Sollte jedoch der
Gassensor durch Abkleben oder Bedüsen mit Frischluft manipuliert
worden sein, so liegt eine ungenügende
Korrelation zwischen Fördermenge
und Gaskonzentration vor, da die dann ermittelte Gaskonzentration
im Wesentlichen unabhängig
von Schwankungen der abgebauten Fördermenge ist. In diesem Fall
wird das Warnsignal ausgegeben, um beispielsweise eine Anzeigeeinrichtung
zu aktivieren oder aber den Abbaubetrieb stillzulegen bis die Ursachen
für das
Auftreten des Warnsignals beseitigt sind und sichergestellt ist,
dass die tatsächliche
Methangaskonzentration im Streb ausreichend niedrig ist.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung sowie den
Unteransprüchen
beschrieben.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführungsform kann
die Fördermenge
aus der Geschwindigkeit des Abbaugerätes und der Schnitttiefe berechnet
werden. Alternative Möglichkeiten
für die
Berechnung der abgebauten Fördermenge
sind das Wiegen des abgeförderten
Materials durch eine an der Abförderstrecke
angeordnete Bandwaage oder das Ermitteln des abgeförderten
Volumens mit Hilfe einer Ultraschallmessung. Die Erfindung ist jedoch
auf diese beschriebenen Verfahren nicht beschränkt.
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Nach
einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich
durch Verringerung der Fördermenge
des Abbaugerätes
die Methankonzentration innerhalb des Strebs verringern, da das
beim Abbau von Kohle erzeugte Methan zumindest annähernd proportional
zur Fördermenge ist.
Bei entsprechend verringerter Fördermenge
wird auch das aus der Kohle austretende Methan reduziert, so dass
die Methankonzentration innerhalb des Strebs unter einem vorbestimmten
maximalen Grenzwert gehalten werden kann, ohne dass es erforderlich
ist, den Abbau vollständig
einzustellen. Entsprechend ist es natürlich auch möglich, die
Förder menge
des Abbaugerätes
wieder zu erhöhen, wenn
die gemessene Gaskonzentration hinreichend niedrig ist. In einem
kontinuierlichen Prozess lässt sich
somit die Fördermenge
so einstellen, dass der vorbestimmte maximale Grenzwert nicht oder
nur kurzzeitig überschritten
wird. Auch bei dieser erfindungsgemäßen Verfahrensvariante ist
eine Überprüfung möglicher
Manipulationen des Gassensors möglich,
da auch hier die abgebaute Fördermenge bei
nach dem Beginn des Abbaus zunächst
ansteigt. Selbst wenn die Gaskonzentration anschließend unterhalb
eines vorbestimmten maximalen Grenzwertes gehalten wird, muss die
Gaskonzentration innerhalb des Strebs bei einem Anstieg der Fördermenge ebenfalls
ansteigen. Sollte dies nicht der Fall sein oder sollte die gemessene
Gaskonzentration trotz etwa gleich bleibender Fördermenge plötzlich abfallen,
so bedeutet dies eine ungenügende
Korrelation zwischen Fördermenge
und Gaskonzentration, so dass das Warnsignal ausgegeben wird.
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Auf
Grundlage der berechneten Fördermenge
und der gemessenen Gaskonzentration kann der Gasgehalt in dem abgebauten
Material berechnet werden, wobei in erster Näherung das aus einer frisch
gebrochenen Kohlemenge entweichende Methan als proportional zum
gebrochenen Kohlevolumen angenommen werden kann. Mit Hilfe des der Fördermenge
entsprechenden Gasgehalts lässt
sich die abgebaute Fördermenge
so einstellen, dass eine vorbestimmte maximale Gaskonzentration
nicht überschritten
wird, ohne dass jedoch dabei der Abbaubetrieb vollständig eingestellt
werden muss. Mit anderen Worten lässt sich durch Reduzierung
des Fördervolumens,
beispielsweise durch Reduzierung der Abbaugeschwindigkeit oder der
Schnitttiefe, das abgebaute Kohlevolumen so reduzieren, dass die beim
Abbau freigesetzte Methanmenge einen zulässigen Grenzwert nicht überschreitet.
Da hierbei die freigesetzte Methanmenge nicht vorbestimmt ist, sondern
zuvor durch eine Messung ermittelt wurde, kann mit Hilfe dieser
Verfahrensvariante auch ein sich ändernder Methangehalt während des
Abbaufortschritts berücksichtigt
werden.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
können
entlang des Strebs mehrere Gassensoren, insbesondere Methansensoren,
vorgesehen werden, wobei die Gassensoren so angesteuert bzw. abgefragt
werden, dass der Ort der Messung dem Abbaugerät bei Fahrt in Wetterrichtung
vorauseilt und bei Fahrt entgegen der Wetterrichtung dahinter folgt. Hierdurch
wird innerhalb des Strebs an unterschiedlichen Stellen gemessen,
wobei der Abstand zwischen dem Abbaugerät und dem Ort der Messung bevorzugt
annähernd
konstant ist, d. h. der Ort der Messung bewegt sich je nach Fahrtrichtung
in einem annähernd
konstanten Abstand vor bzw. hinter dem Abbaugerät.
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Mit
dieser Verfahrensvariante lässt
sich wesentlich schneller ein gefährlicher Methananstieg ermitteln,
da sich der Ort der Messung in unmittelbarer Nähe von dem Abbaugerät befindet.
Bei den bekannten Verfahren kann zwischen dem Zeitpunkt des Entstehens
von Methan durch Brechen der Kohle und dem Messen der zugehörigen Gaskonzentration
ein Zeitraum von etwa drei bis fünf
Minuten vergehen, wohingegen erfindungsgemäß ein Messergebnis innerhalb
weniger Sekunden vorliegt, da stets in der Nähe der gebrochenen Kohle gemessen
wird. Grundsätzlich
kann das erfindungsgemäße Verfahren
jedoch auch mit nur einem Gassensor durchgeführt werden, der am Strebende
vorgesehen ist.
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Es
kann ferner vorteilhaft sein, den vorbestimmten maximalen Grenzwert
nicht starr festzulegen, sondern diesen dynamisch zu gestalten.
So kann es beispielsweise vorteilhaft sein, nur kurz andauernde Überschreitungen
des Grenzwertes zuzulassen, insbesondere wenn diese Überschreitungen innerhalb
des Strebs, d. h. direkt am Ort der Entstehung gemessen wor den sind.
Wenn nur ein einziger Gassensor am Strebende vorgesehen wird, misst dieser
eine vergleichsweise durchmischte und durch die Bewetterung verdünnte Methan/Luft-Mischung. Demgegenüber kann
es entlang der Abbaufront lokal durchaus zu höheren Methankonzentrationen
kommen, die dennoch nicht zu einer Abschaltung bzw. Reduzierung
der Fördermenge
führen
müssen.
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Ebenso
kann es vorteilhaft sein, wenn der vorbestimmte maximale Grenzwert
in Abhängigkeit von
der Position des Abbaugerätes
variiert wird. Wird nämlich
unter Verwendung eines einzigen Gassensors am Strebende eine erhöhte Methankonzentration
gemessen, so wäre
diese auf jeden Fall als kritisch einzustufen, wenn sich das Abbaugerät am Strebanfang
befindet. Umgekehrt könnte
eine erhöhte
Methankonzentration unter Umständen
toleriert werden, wenn sich das Abbaugerät am Strebende befindet, da
es sich in diesem Fall unter Umständen nur um eine lokale und
zeitlich begrenzte Erhöhung der
Methankonzentration handelt.
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Die
Beeinflussung der Fördermenge
des Abbaugerätes
kann entweder automatisch über
ein Steuergerät
erfolgen, indem beispielsweise bei einer zunehmenden Gaskonzentration
automatisch die Abbaugeschwindigkeit und/oder die Schnitttiefe reduziert
werden. Andererseits ist es auch möglich, eine steigende Gaskonzentration
durch optische Anzeigemittel innerhalb des Strebs anzuzeigen, um dem
Fahrer des Abbaugerätes
zu signalisieren, dass dieser die Abbaugeschwindigkeit und/oder
die Schnitttiefe reduzieren muss.
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So
kann beispielsweise an mehreren Stellen innerhalb des Strebs, beispielsweise
an jedem zehnten Ausbaugestell, eine Signalvorrichtung vorgesehen
werden, die dem Bergmann signalisiert, ob sich die gemessene Gaskonzentration
oberhalb oder unterhalb des vorgegebenen Grenzwertes befindet.
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Nach
einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft diese einen Strebausbau
mit mehreren, insbesondere gleichmäßig beabstandeten Gassensoren, wobei
die Gassensoren vorzugsweise in Abhängigkeit von der Position des
Abbaugerätes
von einer Steuerung individuell abrufbar sind. Besonders vorteilhaft
ist es hierbei, wenn die Gassensoren innerhalb des Strebs an ohnehin
vorhandene Strebsteuergeräte
anschließbar
sind. Derartige grundsätzlich
bekannte Strebsteuergeräte
dienen zur elektro-hydraulischen Steuerung der Ausbaugestelle und
kommunizieren mit ihren jeweiligen Nachbarn sowie mit einer zentralen
Steuerung. Auf diese Weise können
die einzelnen Gassensoren durch die zentrale Steuerung einzeln oder
gemeinsam abgefragt werden, wobei gleichzeitig der zusätzliche
Aufwand für
die Methanmessung minimiert ist.
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Es
ist vorteilhaft, wenn die Überprüfung, ob eine
ausreichende oder ungenügende
Korrelation zwischen Fördermenge
und Gaskonzentration vorliegt, von einer Steuerung durchgeführt wird,
die eine Berechnungseinrichtung aufweist. Beispielsweise kann die
Steuerung mit Hilfe eines Rechners den zeitlichen Verlauf der abgebauten
Fördermenge
und der gemessenen Gaskonzentration aufzeichnen und durch geeignete
Algorithmen überprüfen, ob
die vorhandene Korrelation ausreichend oder ungenügend ist.
Beispielsweise kann das Warnsignal ausgegeben werden, wenn nach
einem Anstieg der Fördermenge über einen
vorgegebenen Schwellwert in einem vorgegebenen zeitlichen Abstand
danach kein Anstieg der Gaskonzentration über einen weiteren vorgegebenen
Schwellwert erkennbar ist. Umgekehrt kann auch ein Warnsignal ausgegeben
werden, wenn die gemessene Gaskonzentration abfällt, obwohl kein entsprechender
Rückgang
der abgebauten Fördermenge
ermittelt worden ist. Auch muss nach einem Anhalten des Abbaugerätes ein
deutlicherer Rückgang
der gemessenen Methankonzentration erkennbar sein, auch wenn dieser
Rückgang
zeitlich verzögert
auftreten kann. Liegt jedoch beispielsweise eine Manipulation des
Gassensors vor, bei der ein kontinuierlicher Frischluftstrom auf
den Gassensor gerichtet wird, so bleibt die gemessene Gaskonzentration im
Wesentlichen konstant, so dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
eine ungenügende
Korrelation zwischen Fördermenge
und Gaskonzentration festgestellt und ein Warnsignal ausgegeben
wird.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften
Ausführungsform
und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Strebausbaus;
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2 einen
schematischen Verlauf der abgebauten Fördermenge und der gemessenen
Gaskonzentration bei ausreichender Korrelation; und
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3 den
Verlauf von 2 bei ungenügender Korrelation.
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1 zeigt
eine stark vereinfachte Darstellung eines Strebausbaus mit einer
Vielzahl von nebeneinander angeordneten Ausbaugestellen 10,
die auf übliche
Weise mit einem Förderer
(nicht dargestellt) verbunden sind. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet
ein Abbaugerät,
das als Walze oder Hobel ausgebildet sein kann. Die Wetterrichtung
ist in der Figur mit Pfeilen W angedeutet, d. h. das Wetter bewegt
sich in der Darstellung der 1 entgegen
dem Uhrzeigersinn.
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Zur
Messung der innerhalb der Strecke auftretenden Methankonzentration
sind entlang des Strebs, beispielsweise bei jedem zehnten Ausbaugestell,
Methansensoren 14 vorgesehen, die über einen gemeinsamen Bus 16 mit
einer Steuerung 20 verbunden sind. Der Bus 16 kann
dabei ein Datenbus sein, mit dem die Steuergeräte der einzelnen Ausbaugestelle 10 miteinander
kommunizieren. Zusätzlich
ist am Strebende ein weiterer Methansensor 18 vorgesehen.
Mit Hilfe der Steuerung 20, bei der es sich um die Zentralsteuerung
der einzelnen Ausbaugestelle 10 handeln kann, sind die
einzelnen Gassensoren 14 individuell ansteuerbar bzw. abrufbar,
und zwar in Abhängigkeit
von der Position des Abbaugerätes 12 entlang
der Abbaufront, die ebenfalls von der Steuerung 20 erfasst
wird. Hierbei werden die Methansensoren 14 so abgefragt
bzw. ausgelesen, dass bei sich bewegendem Abbaugerät der Ort
der Messung dem Abbaugerät 12 bei
Fahrt in Wetterrichtung vorauseilt und bei Fahrt entgegen der Wetterrichtung
dahinter folgt. Mit anderen Worten bewegt sich der Ort der Messung
in einem konstanten Abstand vor bzw. hinter dem Abbaugerät 12.
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Über (nicht
dargestellte) Kommunikationsverbindungen wird auch einerseits die
Geschwindigkeit des Abbaugerätes
und andererseits die eingestellte Schnitttiefe an die Steuerung 20 übertragen, und
die Steuerung 20 berechnet in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit
und der Schnitttiefe die Fördermenge,
d. h. die Menge an abgebauter Kohle. Aus dieser berechneten Fördermenge
und aus einer gemessenen Methankonzentration bestimmt die Steuerung
anschließend
den Methangehalt des abgebauten Materials. Diese Berechnung erfolgt
kontinuierlich, so dass bei sich änderndem Gasgehalt in dem abgebauten
Material eine unterschiedliche Gaskonzentration berechnet wird.
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2 zeigt
stark schematisch die von der Steuerung aufgezeichnete abgebaute
Fördermenge in
Kubikmeter mit gestrichelter Linie und die von dem Gassensor gemessene
Gaskonzentration in Prozent mit strichpunktierter Linie. Wie zu
erkennen ist, folgt einem Anstieg der Fördermenge auch ein Anstieg
der Gaskonzentration und die Gaskonzentration folgt zeitlich annähernd dem
Verlauf der abgebauten Fördermenge.
Wenn die Steuerung eine solche Korrelation ermittelt, wird diese
als ausreichend gekennzeichnet und kein Warnsignal ausgegeben.
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3 zeigt
ebenfalls stark schematisch einen Abbauprozess, bei dem zum Zeitpunkt
t1 eine Manipulation des Methangassensors
erfolgt ist. Aufgrund dieser Manipulation fällt die gemessene Methangaskonzentration
stark ab, obwohl die abgebaute Fördermenge
annähernd
konstant bleibt. Hierbei kann beispielsweise durch Bilden der ersten
zeitlichen Ableitung des Signals der Gaskonzentration und der ermittelten
abgebauten Fördermenge
von der Steuerung festgestellt werden, dass sich diese beiden Meßgrößen nicht
annähernd
gleich verhalten, so dass das Warnsignal ausgegeben werden kann.
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Weiterhin
berechnet die Steuerung 20 auf Grundlage des zuvor berechneten
Gasgehalts eine Soll-Fördermenge,
deren Abbau zu einer Gaskonzentration führt, die unterhalb der vorgegebenen
maximalen Gaskonzentration liegt, die in 3 mit max gekennzeichnet
ist. Wenn beispielsweise der Methangehalt der abgebauten Kohle ansteigt,
so reduziert die Steuerung 20 automatisch die Abbaugeschwindigkeit
und/oder die Schnitttiefe und zwar so, dass die vorgegebene maximale
Methankonzentration nicht erreicht wird, was in 3 dargestellt
ist.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann die Steuerung 20 verschiedene optische Anzeigemittel
ansteuern, die innerhalb des Strebs angeordnet sind, beispielsweise
wiederum bei jedem zehnten Schild, und die auch an die Steuergeräte der Ausbaugestelle
angeschlossen werden können.
Eine sol che optische Anzeige kann beispielsweise drei verschiedenfarbige Signalleuchten
aufweisen, wobei ein grünes
Licht signalisiert, dass die gemessene Methankonzentration unterhalb
des Schwellwerts liegt, eine rote Signalleuchte kann signalisieren,
dass die Konzentration den Schwellwert erreicht hat und eine gelbe
Signalleuchte kann signalisieren, dass sich die gemessene Methankonzentration
an den Schwellwert annähert. Auf
diese Weise kann der Bediener des Abbaugerätes manuell die Fördermenge
entsprechend anpassen, beispielsweise durch Reduzierung der Abbaugeschwindigkeit
oder der Schnitttiefe.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
bzw. den erfindungsgemäßen Vorrichtungen
lässt sich
der Abbaubetrieb kontinuierlich und ohne Unterbrechung so steuern,
dass durch Veränderung
der Fördermenge
ein Methan-Grenzwert
nicht erreicht wird. Gleichzeitig ist es möglich, die Fördermenge
unter Berücksichtigung
des Methangehaltes zu optimieren und eine Manipulation der Gassensoren
zu erkennen.