DE102007035848B4

DE102007035848B4 - Ausbauschild, Verfahren zur Steuerung eines Ausbauschildes und Verfahren zur Positionsbestimmung eines Ausbauschildes

Info

Publication number: DE102007035848B4
Application number: DE102007035848A
Authority: DE
Inventors: Johannes Koenig; Martin Reuter
Original assignee: Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH
Current assignee: Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2009-11-26
Anticipated expiration: 2027-08-01
Also published as: UA95272C2; RU2464424C2; CN101358532A; DE102007035848A1; US20090035072A1; CN101358532B; PL221880B1; RU2008131548A; US7775748B2; DE102007035848C5; PL385689A1

Abstract

Ausbauschild für den Untertagebau mit zumindest einer Kufe (14, 16) und einer Kappe (22), zwischen denen mindestens ein Stempel (18, 20) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ausbauschild zumindest ein Neigungsdetektor (32) vorgesehen ist, der zumindest zwei und vorzugsweise drei Beschleunigungssensoren umfasst, deren Messachsen im Wesentlichen orthogonal zueinander verlaufen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ausbauschild für den Untertagebau mit zumindest einer Kufe und einer Kappe, zwischen denen mindestens ein Stempel angeordnet ist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Ausbauschildes und ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Ausbauschildes und ein Verfahren zur Risikoanalyse.
Derartige Ausbauschilde haben im Untertagebau die Aufgabe, das Hangende zu stützen und ein zu frühes Hereinbrechen des Hangenden zu verhindern, indem dieses durch die Kappe abgestützt wird. In der Praxis kann es jedoch vorkommen, dass Teile des Hangenden bereits hereingebrochen sind, bevor die Kappe des Ausbauschildes abstützend gesetzt werden konnte, so dass im Hangenden ein Ausbruch entsteht. Schreitet anschließend das Ausbauschild weiter und werden die Stempel dann, wie teilweise üblich, automatisch auf einen einstellbaren Setzdruck gesetzt, dann würde die Kappe in den Ausbruch hineingedrückt werden, wodurch nicht nur die Kappe, sondern das gesamte Ausbauschild beschädigt werden könnte. Weiterhin ist es sinnvoll, zur Vermeidung von weiteren Ausbrüchen das Hangende möglichst nahe am Kohlenstoß zu unterstützen. Dies bedeutet wiederum, dass die Kappe des Ausbauschildes in Richtung der Grenzfläche zwischen Hangendem und Kohle gehalten werden sollte.
Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Ausbauschild der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine Beschädigung des Schildes verhindert und ein optimales Abstützen des Hangenden gewährleistet ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch, dass an dem Ausbauschild zumindest ein Neigungsdetektor vorgesehen ist, der zumindest zwei und vorzugsweise drei Beschleunigungssensoren umfasst, deren Messachsen im Wesentlichen orthogonal zueinander verlaufen.
Überraschenderweise hat sich nämlich herausgestellt, dass sich ein Neigungsdetektor, der mehrere Beschleunigungssensoren mit im Wesentlichen orthogonalen Messachsen umfasst, im Untertagebau als Neigungsdetektor für ein Ausbauschild besonders gut einsetzen lässt. Insbesondere wenn der Neigungsdetektor drei Beschleunigungssensoren umfasst, deren Messachsen im Wesentlichen orthogonal zueinander verlaufen, kann der Neigungsdetektor in beliebiger Lage an dem Ausbauschild montiert werden, wobei dennoch jede Veränderung des Bauteils, an dem der Neigungsdetektor montiert ist, gegenüber der Richtung der Schwerkraft gemessen werden kann.
Vorteilhafte Beschleunigungssensoren weisen einen Messbereich von etwa ±3 g bis ±3 g auf, wobei sich ein Messbereich von –1 g bis +1 g als ausreichend erwiesen hat.
Wenn der Neigungsdetektor an der Kappe des Ausbauschildes angeordnet wird, kann mit Hilfe des Neigungsdetektors die Neigung der Kappe in Längsrichtung, d. h. in Vortriebsrichtung, und auch die Querneigung der Kappe, d. h. die Neigung der Kappe gegenüber der Horizontalen, gemessen werden.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, einen Neigungsdetektor an einem Bruchschild des Ausbauschildes zu montieren, wodurch wiederum die Querneigung des Ausbauschildes aber auch die Stellung des Bruchschildes bezogen auf die Abbaurichtung gemessen werden kann.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Ausbauschild Lenker aufweisen und ein Neigungsdetektor kann an einem oder mehreren Lenkern sowie am Bruchschild vorgesehen sein, wodurch sich die ausgefahrene Höhe des Schildes errechnen lässt. Durch Ungleichmäßigkeiten während des Abbaubetriebes kann es nämlich vorkommen, dass die Kappe des Ausbauschildes nicht parallel zum Hangenden liegt, wenn das Ausbauschild gesetzt wird. Während des Setzvorganges verlaufen deshalb die Stempel und die Kappe noch nahezu im rechten Winkel zueinander. Wird die Kappe jedoch unter einem Winkel an das Hangende angestellt, so legt sich die Kappe mit zunehmendem Setzdruck an das Hangende an, wodurch zwischen den Stempeln und der Kappe eine Verwindung entsteht, die das Ausbauschild dauerhaft beschädigen kann. Aus diesem Grund kann es vorteilhaft sein, wenn während des Setzens die Winkeländerung des an der Kappe montierten Neigungssensors und gleichzeitig der Druckanstieg im Stempel gemessen werden. Hierdurch ist es möglich, bei einem Ansteigen des Setzdrucks und bei einer gleichzeitigen Änderung der Längs- und/oder Querneigung der Kappe über einen vorbestimmten Schwellwert hinaus den Setzvorgang abzubrechen oder das Ausbauschild zu rauben. Letzteres bietet die Möglichkeit, das Schild nach einem Rauben in seiner Position so zu verändern, dass die Kappe bei einem nachfolgenden Setzvorgang im Wesentlichen parallel an das Hangende anstellbar ist.
Der erfindungsgemäße Neigungssensor bietet weiterhin die Möglichkeit, den Verlauf des Hangenden aufzuzeichnen, indem neben den Signalen des Neigungsdetektors auch die Signale eines Schreitwegsensors aufgezeichnet werden, der an einem Schreitwerk des Ausbauschildes angeordnet ist.
Durch gleichzeitiges Messen der Kappenneigung sowie des Schreitweges des Schildes lässt sich der Verlauf des Hangenden ermitteln. Mit Hilfe einer rechnergestützten Analyse dieses Verlaufs kann dabei auch ein Gebirgsschlagrisiko ermittelt werden, da die Form des Hangenden einen Einfluss auf die Stabilität des Gebirges hat. Hat das Hangende beispielsweise einen konkaven Verlauf ähnlich einem Gewölbe, so wird das Hangende später hereinbrechen als bei einer konvexen Wölbung. Somit kann das erfindungsgemäße Ausbauschild auch zur Ermittlung eines Gebirgsschlagrisikos eingesetzt werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können der Neigungsdetektor und ein Schreitwegsensor dazu verwendet werden, die Raum-Zeit-Koordinaten des Ausbauschildes relativ zum Förderer zu ermitteln, um dadurch beispielsweise eine aktuelle Positionsbestimmung des Ausbauschildes durchzuführen oder aber unter Verwendung der ermittelten Koordinaten eine insbesondere robotische Steuerung des Ausbauschildes durchzuführen.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Ausbauschildes; und
2 eine Rückansicht zweier benachbarter Ausbauschilde.
1 zeigt ein zwischen dem Liegenden 10 und dem Hangenden 12 gesetztes Ausbauschild, das zwei Kufen 14, 16 (vgl. 2) aufweist, die über jeweils einen Stempel 18, 20 mit einer Kappe 22 verbunden sind. Die Bezugszeichen 24 und 26 bezeichnen Lenker der Lemniskate, die mit einem Bruchschild 28 in Verbindung stehen, an dem wiederum ein Eckzylinder 30 befestigt ist, mit dessen Hilfe die Neigung der Kappe 22 eingestellt werden kann.
Mit dem Bezugszeichen 32 ist ein rein schematisch dargestellter Neigungsdetektor bezeichnet, der an der Unterseite der Kappe 22 befestigt ist. Der Neigungsdetektor 32 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel drei baulich getrennte Beschleunigungssensoren auf, deren Messachsen orthogonal zueinander verlaufen, wodurch unabhängig von der Montageposition eine Messung der Kappenneigung sowohl in Längsrichtung (1) wie auch in Querrichtung (2) möglich ist. Der Messbereich der verwendeten Beschleunigungssensoren beträgt etwa ±1 g. Ferner können alternativ oder zusätzlich auch Neigungsdetektoren an dem Bruchschild 28 und/oder an einem oder beiden Lenkern 24 und 26 vorgesehen sein.
Ferner weist das in den Figuren dargestellte Ausbauschild ein Schreitwerk 34 mit einem Schreitwegsensor auf, wobei eine (nicht dargestellte) Messeinrichtung vorgesehen ist, die aus den Signalen des Schreitwegsensors 36 und des Neigungsdetektors 32 den Verlauf des Hangenden 12 ermittelt. Weiterhin ermittelt diese Messeinrichtung die Längs- und Querneigung der Kappe 22. Außerdem ist die Messeinrichtung so ausgebildet, dass sie während eines Setzvorgangs die Längs- und Querneigung der Kappe 22 sowie einen mit Hilfe eines Drucksensors 39 gemessenen Setzdruck detektiert.
Mit dem vorstehend beschriebenen Ausbauschild steht eine Steuerung in Verbindung, die mit Hilfe eines Neigungsdetektors, der an einem der Lenker 24 und 26 vorgesehen ist, sowie eines weiteren Neigungsdetektors, der an dem Bruchschild 28 vorgesehen ist, die ausgefahrene Höhe des Schildes berechnet. Diese Berechnung kann dank der verwendeten Neigungs detektoren unabhängig von einer Längs- oder Querneigung des Schildes erfolgen.
Weiterhin sind die Messeinrichtung sowie die Schildsteuerung so ausgebildet, dass der aufgezeichnete Verlauf des Hangenden 12 rechnergestützt analysiert wird, so dass festgestellt werden kann, ob sich oberhalb der Kappe 22 ein Ausbruch 38 befindet. Auf diese Weise kann das Risiko eines Gebirgsschlags ermittelt werden, bzw. es lassen sich genauere Aussagen über eine mögliche Gefahr treffen, ob das Hangende hereinbricht.
Beim Setzen des Ausbauschildes wird während des Setzvorgangs die Längs- und Querneigung der Kappe 22 gemessen und gleichzeitig wird der Setzdruck der beiden Stempel 18 und 20 gemessen. Wenn dabei beispielsweise die in 1 dargestellte Situation vorliegt, dass die Kappe 22 unterhalb eines Ausbruchs 38 gesetzt werden soll, so kann durch das Messen der Längsneigung der Kappe sowie des Setzdruckes festgestellt werden, dass die Kappe unerwünscht in den Ausbruch 38 hineingedrückt wird, sodass der Setzvorgang abgebrochen werden kann oder das Ausbauschild geraubt werden kann. Anschließend ist es möglich, durch Versetzen des Ausbauschildes dieses so zu positionieren, dass bei einem nachfolgenden Setzen die Kappe im Wesentlichen parallel an das Hangende anstellbar ist.

Claims

Ausbauschild für den Untertagebau mit zumindest einer Kufe (14, 16) und einer Kappe (22), zwischen denen mindestens ein Stempel (18, 20) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ausbauschild zumindest ein Neigungsdetektor (32) vorgesehen ist, der zumindest zwei und vorzugsweise drei Beschleunigungssensoren umfasst, deren Messachsen im Wesentlichen orthogonal zueinander verlaufen.
Ausbauschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messbereich der Beschleunigungssensoren etwa ±1 g bis etwa ±3 g beträgt.
Ausbauschild nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Neigungsdetektor (32) an der Kappe (22) angeordnet ist.
Ausbauschild nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Bruchschild (28) aufweist und ein Neigungsdetektor an dem Bruchschild (28) angeordnet ist.
Ausbauschild nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Lenker (24, 26) aufweist und ein Neigungsdetektor an einem Lenker angeordnet ist.
Ausbauschild nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Schreitwerk (34) mit einem Schreitwegsensor (36) aufweist, und dass insbesondere eine Messeinrichtung vorgesehen ist, die aus den Signalen des Schreitwegsensors (36) und des Neigungsdetektors den Verlauf des Hangenden (12) ermittelt.
Ausbauschild nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbauschild mit einer Messeinrichtung in Verbindung steht, die eine Längs- und/oder Querneigung der Kappe (22) detektiert.
Ausbauschild nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (18, 20) mit einem Drucksensor versehen ist, und dass die Messeinrichtung so ausgebildet ist, dass sie während eines Setzvorganges die Längs- und/oder Querneigung der Kappe (22) und den Setzdruck detektiert.
Verfahren zur Steuerung eines Ausbauschildes nach Anspruch 4, 5 und 7, wobei mit Hilfe von am Lenker und am Bruchschild vorgesehenen Neigungsdetektoren die ausgefahrene Höhe des Schildes berechnet wird.
Verfahren zur Risikoanalyse im Untertagebau mit einem Ausbauschild nach Anspruch 6, wobei der Verlauf des Hangenden aufgezeichnet wird und mit einer rechnergestützten Analyse des Verlaufs ein Gebirgsschlagrisiko ermittelt wird.
Verfahren zur Steuerung eines Ausbauschildes nach Anspruch 8 während eines Setzvorgangs, wobei während des Setzvorganges die Längs- und/oder Querneigung der Kappe sowie der Setzdruck gemessen werden und bei einem Ansteigen des Setzdrucks und gleichzeitiger Änderung der Längs- und/oder Querneigung der Kappe über einen vorbestimmten Schwellwert der Setzvorgang beendet oder das Ausbauschild geraubt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Rauben des Ausbauschildes dieses in seiner Position so verändert wird, dass die Kappe beim nachfolgenden Setzen im Wesentlichen parallel an das Hangende anstellbar ist.
Verfahren zur Positionsbestimmung eines Ausbauschildes nach Anspruch 6, wobei mit Hilfe des Neigungsdetektors und des Schreitwegsensors die Raum-Zeit-Koordinaten des Schildes relativ zu einem Förderer detektiert werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Raum-Zeit-Koordinaten zu einer automatisierten Steuerung des Schildes verwendet werden.