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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ortung von Personen und/oder mobilen Maschinen in Grubenräumen unter Nutzung der RFID-Technik, mit mehreren entlang des zu überwachenden Grubenraums verteilt angeordneten Basisstationen, die einen Sender aufweisen, mit mehreren entlang des zu überwachenden Grubenraums verteilt angeordneten Empfängern, mit wenigstens einem der zu ortenden Person oder Maschine zugeordneten RFID-Transponder mit gespeicherten Identifizierungsdaten, der mittels der Basisstation aktivierbar und mit den Empfängern berührungslos auslesbar ist, und vorzugsweise mit einer Zentralsteuerung für die Basisstationen und Empfänger. Die Erfindung betrifft ferner den bevorzugten Anwendungsbereich eines solchen Verfahrens, nämlich eine Streb-Gewinnungsanlage mit entlang des Strebs positionierten Schildausbaugestellen zum Offenhalten des Strebs, mit einer Fördereinrichtung zum Abtransport hereingewonnenen Materials, mit einer zwischen den Strebenden hin und her verfahrbaren Gewinnungsmaschine und mit einer Einrichtung zur Ortung von Personen und/oder Maschinen im Streb unter Nutzung der RFID-Technik, wobei die Ortungseinrichtung entlang des Strebs verteilt angeordnete Basisstationen, welche einen Sender aufweisen, entlang des Strebs verteilt angeordnete Empfänger, wenigstens einen der zu ortenden Person oder Maschine zugeordneten RFID-Transponder mit gespeicherten Identifizierungsdaten, der mittels der Basisstationen aktivierbar und mit den Empfängern berührungslos auslesbar ist, und vorzugsweise eine Zentraleinheit oder Zentralsteuerung für die Basisstationen und Empfänger aufweist.
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Ein Personenortungssystem für Grubenräume ist aus der
DE 10 2004 024 073 A1 bekannt. Dieses System arbeitet mit Personenkennbausteinen, die im Gefahrfall, z. B. wenn ein Ausbausgestell bewegt werden soll, elektromagnetisch angestrahlt werden und dadurch zum Senden eines elektromagnetischen Antwortsignals veranlasst werden. Der Personenkennbaustein bzw. Transponder ist zur Energieversorgung jeweils mit einem Akkumulator versehen und kann insbesondere der Energieversorgung der Kopflampe eines Bergmanns zugeordnet werden. Den bevorzugten Anwendungsbereich dieses Personenortungssystems bilden Bandanlagen oder Kreuzrahmen, d. h. Übergaberahmen zwischen einem Strebförderer und einem Streckenförderer.
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Aus der
DE 10 2008 038 377 B3 ist bekannt, die RFID-Technik im Bergbau zur Positions- und Lagebestimmung von Teilen des Grubenraumes im untertägigen Steinkohlenbergbau einzusetzen. Hierbei werden an Schildausbaugestellen Überwachungstransponder mit Identifizierungsdaten installiert und den Überwachungstranspondern sind ortsnahe Basisstationen in Form von Sender-Empfänger-Stationen zugeordnet, mit denen die Transponder ausgelesen werden. Den einzelnen Basisstationen sind markscheiderisch eingemessene Referenz-Transponder zugeordnet, um über die von den Basisstationen aufgenommenen Daten eine genaue Abbildung des Grubenraums wie Streb oder Strecke zu erreichen.
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Im untertägigen Bergbau bestehen Bestrebungen, die RFID-Technik auch zur Personenortung einzusetzen. Die
US 2007/0264967 A1 beschreibt beispielsweise ein solches Ortungs- oder Lokalisierungssystem, bei welchem jede Person einen RFID-Transponder trägt, welcher mit anderen RFID-Transpondern kommunizieren kann. Die Kommunikation erfolgt mit einer Frequenz von 2,4 GHz oder in einem ZigBee-Netzwerk.
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Im untertägigen Bergbau, insbesondere bei Streb-Gewinnungsanlagen für den Kohlenbergbau, bestehen erhöhte Sicherheitsanforderungen an Explosionsschutz und Zuverlässigkeit der eingesetzten Geräte. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Ortung von Personen sowie eine Streb-Gewinnungsanlage insbesondere für den Kohlenbergbau zu schaffen, welche unter Berücksichtigung dieser Besonderheiten eine effektive Nutzung der RFID-Technik ermöglichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird verfahrensmäßig vorgeschlagen, dass die Sender von benachbart positionierten Basisstationen entlang eines zu überwachenden Bereichs des Grubenraums nacheinander ihre Sendewelle zur Aktivierung eines RFID-Transponders ausstrahlen. Zwar wäre es grundsätzlich möglich, dass die Sender aller Basisstationen permanent mit der vollen Leistung ihre Sendewelle absenden, um einzelne im zu überwachenden Bereich des Grubenraums vorhandene RFID-Transponder zu aktivieren und dann mit den Empfängern zu lokalisieren. Die Energieverluste eines solchen Systems wären jedoch nachteilig hoch und gleichzeitig wäre das gesamte eingesetzte Equipment sowie auch jeder Bergmann permanent einer relativ hohen elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt. Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, dass zumindest benachbarte Sender zeitlich nacheinander ihre Sendewelle ausstrahlen, wobei ggf. ein für den Ausstrahlungsvorgang und Empfangsvorgang benötigtes Zeitfenster relativ klein und ggf. sogar im Millisekundenbereich gewählt werden kann, weswegen selbst Streblängen von mehreren hundert Metern innerhalb kurzer Zeit vollständig abgetastet werden können. Durch die Schaffung einer Vielzahl von Sendern entlang des zu überwachenden Bereichs ist der für jeden Sender notwendigerweise für eine vollständige Überwachung abzustrahlende Sendekegel relativ klein, wodurch der Streb mit vergleichsweise geringem momentanen Energieeinsatz und damit geringer elektromagnetischer Belastung für Mensch und Maschine abgetastet werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können entlang des zu überwachenden Bereichs alle Basisstationen nacheinander ihre Sendewelle ausstrahlen, wobei gemäß einer Variante jeweils zeitlich nach einer Basisstation der örtlich nächste Nachbar mit seinem Sender die Sendewelle ausstrahlt. Das Ausstrahlen kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung derart erfolgen, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt immer nur ein einziger Sender entlang des gesamten Grubenraumes seine Sendewelle ausstrahlt. Alternativ können zu einem bestimmten Zeitpunkt mehrere Sender ihre Sendewelle zeitgleich oder annähernd zeitgleich ausstrahlen, wobei die momentan aktiven Sender sich in unterschiedlichen Teilabschnitten des zu überwachenden Grubenraums befinden sollten. Das Verfahren lässt sich mithin derart durchführen, dass der gesamte Grubenraum in Teilabschnitte unterteilt wird und jeder Teilabschnitt unabhängig von einem anderen Teilabschnitt sequenzweise, d. h. durch nacheinander abgestrahlte Sendewellen der im jeweiligen Teilabschnitt positionierten Basisstationen, abgetastet wird.
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Innerhalb des gesamten Grubenraums oder innerhalb eines Teilabschnitts können die Sender ihre Sendewellen in zufälligen zeitlichen Abfolgen oder in vorgegebenen zeitlichen Abfolgen erzeugen. Eine vorgegebene zeitliche Abfolge kann beispielsweise eine Abfolge sein, in der jeweils in eine Richtung der nächstfolgende örtliche Nachbar seine Sendewelle aussendet, nachdem die vorherige Basisstation den Abtastvorgang, zumindest das Aussenden der Sendewelle zur Aktivierung eines RFID-Transponders, vollständig oder weitestgehend abgeschlossen ist. Über eine Zentraleinheit bzw. Zentralsteuerung kann die zeitliche Abfolge auch danach abgestimmt werden, welche Informationen beim vorherigen Scanvorgang vorlagen. Ist der Zentraleinheit beispielsweise bekannt, dass die zu ortende Maschine oder eine zu ortende Person sich in einem bestimmten Teilabschnitt des Grubenraums befindet und sonst keine Personen oder Maschinen vorhanden sind, kann die Abtastung auch ausschließlich in diesem Teilbereich stattfinden. Alternativ kann, wenn ein bestimmter Teilabschnitt des Grubenraums evakuiert werden soll, die Ansteuerung der zeitlichen Abfolgen derart erfolgen, dass nur in dem evakuierten Teilabschnitt des Grubenraums die Sender nacheinander ihre Sendewelle ausstrahlen, um sicherzustellen, dass sich in diesem Teilabschnitt des Grubenraums keine Personen befinden, weil kein RFID-Transponder im überwachten Teilabschnitt des Grubenraums detektiert wird. Durch die Wahl der zeitlichen Abfolge können insbesondere auch Fehlauslösungen von Transpondern durch andere Maschinen oder Geräte kompensiert werden.
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Die sektionsweise Abtastung bestimmter Teilabschnitte kann auch erfolgen, wenn die Fahrtrichtung z. B. einer mobilen Maschine oder eines Fahrzeugs bekannt ist und eine Vorausuntersuchung der Fahrtstrecke der Maschine bzw. eines Fahrzeugs stattfinden soll. Durch das sequentielle Absenden von Sendewellen mit den einzelnen Sendern wird eine sich entlang des Grubenraums bzw. Strebs sequentiell fortpflanzende, wenn auch jeweils von einem anderen Sender erzeugte Signalwelle erzeugt, die, je nach Ausgestaltung der zeitlichen Abfolge, beispielsweise einen Teilabschnitt oder den gesamten Grubenraum in einer Richtung durchläuft, um bei diesem Durchlauf sämtliche im Grubenraum vorhandenen RFID-Transponder zu detektieren und dann solche Teilabschnitte oder Bereiche mit der Zentralsteuerung zu lokalisieren, in denen RFID-Transponder vorhanden sind.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Signalstärke der Sendewelle jedes Senders verändert werden, um den Abstand eines detektierten RFID-Transponders, insbesondere eines einer Person zugeordneten Transponders, von der nächstgelegenen Basisstation bzw. dem nächstgelegenen Empfänger zu bestimmen. In bevorzugter Ausgestaltung weist jede Basisstation sowohl Sender als auch Empfänger auf. Es könnte jedoch auch eine geringere Anzahl von Empfängern zum Einsatz kommen und/oder die Empfänger sind getrennt von den Sendern ausgeführt und positioniert.
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Die insbesondere bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens betrifft die Ortung von Personen in Streben von Bergbaugewinnungsanlagen, wobei entsprechende Bergbaugewinnungsanlagen mit entlang des Strebs positionierten Schildausbaugestellen zum Offenhalten des Strebs, mit einer Fördereinrichtung zum Abtransport hereingewonnenen Materials und mit einer zwischen den Strebenden meist entlang der Fördereinrichtung verfahrbaren Gewinnungsmaschine versehen sind. Bei einer solchen Ortungseinrichtung für Strebe von Bergbaugewinnungsanlagen werden die Basisstationen vorzugsweise jedem, ggf. aber nur jedem n-ten-Schildausbaugestell zugeordnet, wobei n eine beliebige natürliche Zahl zwischen 2 und 5 einnimmt, mithin 2 ≤ n ≤ 5 gilt. Hierbei ist nicht zwingend erforderlich, dass der Abstand der Basisstationen mit entsprechenden Sendern, die zeitversetzt abstrahlen können, jeweils gleich bleibt, solange der Abstand zwischen zwei Basisstationen nicht derart groß wird, dass mit den Sendekegeln der Sendewellen von Sendern benachbarter Basisstationen keine vollständige Abdeckung des gesamten Grubenraums mehr sichergestellt werden kann.
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Die Erfindung betrifft auch eine Streb-Gewinnungsanlage zur Durchführung des Verfahrens, bei der erfindungsgemäß jedem Schildausbaugestell oder jedem n-ten-Schildausbaugestell, mit n = 2 bis 5, eine Basisstation zugeordnet ist und die Basisstationen mit der Zentraleinheit bzw. Zentralsteuerung derart ansteuerbar sind, dass die Sender zumindest von benachbart positionierten Basisstationen ihre Sendewelle zur Aktivierung eines RFID-Transponders nacheinander ausstrahlen. Wie weiter oben dargelegt kann das Ausstrahlen der Sendewellen in den bevorzugt für das Verfahren angegebenen Verfahrensvarianten erfolgen und das zeitversetzte Senden der Sendewellen kann in zufälligen oder vorgegebenen zeitlichen Abfolgen über den gesamten Grubenraum oder über Teilabschnitte erfolgen.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn die Signalstärke der Sendewelle jedes Senders veränderbar ist oder verändert wird, um den Abstand eines detektierten RFID-Transponders, insbesondere eines einer Person zugeordneten Transponders, von der nächstgelegenen Basisstation zu bestimmen. Durch Variation der Signalstärke der Sendewelle wird die Länge des abgestrahlten Sendekegels verändert. Sofern bei einem vorherigen Abtastdurchlauf ein RFID-Transponder in einem bestimmten Teilabschnitt detektiert wurde, kann durch kontinuierliches Verkleinern und Vergrößern der Signalstärke und damit des Abtastbereiches festgestellt werden, wann ein bestimmter RFID-Transponder noch anspricht, d. h. aktiviert wird, und wann nicht. Aus der momentan abgestrahlten Signalstärke kann dann auf den ungefähren Abstand geschlossen werden, da die Signalstärke näherungsweise in einem vorgegebenen Verhältnis zum Abtastbereich und damit zum Aktivierungsbereich für einen RFID-Transponder steht.
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Bei einer Streb-Gewinnungsanlage bzw. einem dort durchgeführten Verfahren kann gemäß einer Verfahrensvariante an der Maschine ein erster RFID-Transponder angeordnet sein und wenigstens ein zweiter RFID-Transponder ist für die Personenortung vorgesehen. Es versteht sich, dass in einem untertägigen Streb jeder Person ein RFID-Transponder zugeordnet wird, denn nur dann ist eine sichere Personenortung in einer Streb-Gewinnungsanlage möglich. Mit dem der Maschine zugeordneten RFID-Transponder kann zum Einen regelmäßig festgestellt werden, wo sich die jeweilige Gewinnungsmaschine befindet; insbesondere jedoch wird mit dem mit der Gewinnungsmaschine mitbewegten RFID-Transponder die Möglichkeit geschaffen, die Funktionsweise der einzelnen Basisstationen regelmäßig zu überprüfen, da bei jedem Durchlauf die Gewinnungsmaschine, je nach Geschwindigkeit der zeitlichen Abfolge der Absendung der Sendewellen, einmal oder mehrfach erfasst wird. Um die Redundanz der gesamten Ortungseinrichtung zu erhöhen, kann jedem Schildausbaugestell, dem auch eine Basisstation zugeordnet ist, ein RFID-Referenztransponder zugeordnet sein, der jeweils an einem Abschnitt der Fördereinrichtung angebracht ist, der vor dem jeweiligen mit der Basisstation versehenen Schildausbaugestell liegt. Da in einem untertägigen Streb jedenfalls im laufenden Betrieb sich Personen allenfalls im Bereich zwischen der Fördereinrichtung und den Schildausbaugestellen befinden wird mithin durch die an der Fördereinrichtung angebrachten Referenztransponder jederzeit die Möglichkeit geschaffen, die Funktionsweise der zugeordneten Basisstation bei jedem Abtastvorgang, mithin bei jeder Absendung einer Sendewelle, zu überprüfen, sofern die Signalstärke der jeweiligen Sendewelle nicht derart niedrig gewählt wird, dass der Abtastbereich kürzer als der Abstand zwischen der Basisstation am Schildausbaugestell und der Fördereinrichtung ist. Der Abstand variiert, da er von der momentanen Ausfahrlänge des Rückbalkens zum Bewegen der Gewinnungsanlage abhängt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt kann mit der Zentraleinheit ein Teilabschnitt entlang des Strebs auswählbar sein, innerhalb dessen die Sender der Basisstationen nacheinander eine Sendewelle senden und/oder innerhalb dessen die Sender Senderwellen mit sich vorzugsweise kontinuierlich ändernder Signalstärke senden, um z. B. einen evakuierten Bereich zu überprüfen, den Abstand von Personen-Transpondern zu der Basisstation zu ermitteln oder andere Aufgaben durchzuführen.
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Bei einer Streb-Gewinnungsanlage ist besonders vorteilhaft, wenn ggf. jedem Eintrittsbereich am Strebende eine Detektionseinrichtung zugeordnet ist, mit der jede den Streb betretende Person einschließlich des von dieser Person getragenen RFID-Transponders erfasst wird und der Zentraleinheit gemeldet wird. Ein Gewinnungsstreb wird normalerweise nur von der Hauptstrecke betreten. Die Anordnung einer Detektionseinheit am Eintrittsbereich an der Hauptstrecke kann dann ausreichen, mit der Zentraleinheit jederzeit zu erfassen, welche Transponder und insofern welche Personen sich momentan im Streb befinden. Ist der Zentraleinheit keine im Streb anwesende Person gemeldet, kann die Anzahl der Abtastfolgen erheblich reduziert werden und eine reine Kontrollfunktion in bestimmten Zeitintervallen übernehmen, mithin die Meldung der Zentraleinheit, dass keine Person anwesend ist, verifizieren. Sind hingegen eine oder mehrere Personen im Streb anwesend, kann die Anzahl und Häufigkeit der zeitlichen Abfolgen, in denen die Sender ihre Sendewellen ausstrahlen, erhöht werden, um die momentane Position der einzelnen Transponder und damit der anwesenden Personen jederzeit sicher zu erfassen. Die Detektionseinrichtung umfasst hierbei vorzugsweise auch einen Sensor, der nicht RFID-gebunden ist, beispielsweise eine Kamera mit Bilderkennung, um sicherzustellen, dass keine Person ohne RFID-Transponder den zu überwachenden Streb betritt oder betreten hat. Die Detektionseinrichtung kann einer den Streb betretenden Person mit einem Erkennungssignal wie einem optischen oder akustischen Signal anzeigen, ob die Person erfasst wurde und ob ihr RFID-Transponder funktioniert. Besonders vorteilhaft ist bei dieser Ausgestaltung, wenn an jedem Schildausbaugestell ein sicherer Aufenthaltsbereich für wenigstens eine Person definiert ist und die Gewinnungsmaschine derart ansteuerbar ist, dass sie ggf. sogar automatisch abgeschaltet wird, wenn nicht sämtliche der Zentraleinheit gemeldeten RFID-Transponder für Personen innerhalb eines sicheren Aufenthaltsbereiches detektiert werden. Die automatische Abschaltung kann auch auf Teilabschnitte des Strebs begrenzt werden, in denen bekannt ist, dass sich dort entweder die Gewinnungsmaschine bewegt oder aber ein Nachrückvorgang einzelner Schildausbaugestelle bevorsteht oder stattfindet. Da insbesondere in einem vollautomatischen Streb den Ansteuereinheiten für die Schildausbaugestelle und ggf. der Zentraleinheit die einzelnen Aktivitäten der Schildausbaugestelle und der Gewinnungsmaschine bekannt ist, kann insofern der Streb in Teilabschnitte mit unterschiedlich hohem Risikograd unterteilt werden und die automatische Abschaltung oder Außerfunktionssetzung bestimmter Maschinenabläufe, wie z. B. des Rückvorgangs der Fördereinrichtung oder des Schreitvorgangs eines Schildausbaugestells, kann entsprechend in der Zentraleinheit oder einer Mikroelektronik der Basisstationen o. dgl. implementiert werden.
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Sowohl bei dem Verfahren als auch bei der Strebgewinnungsanlage ist besonders vorteilhaft, wenn die RFID-Transponder als aktiver Tag oder semiaktiver Tag ausgebildet sind. Die Ortung eines RFID-Transponders erfolgt dadurch, dass immer dann, wenn sich ein Transponder im Sendebereich der Sendewelle eines Senders befindet, durch die Sendewelle angeregt wird, sein Identifizierungssignal an den Empfänger der Basisstation zu senden. Bei aktiven Tags, zu denen auch die semiaktiven Tags zählen, wird den gespeicherten Identifizierungsdaten auch eine Information über den Sender, welcher den Transponder aktiviert hat, beigeschlossen, so dass für den Sender sowohl die Sendequelle als auch eine Information über den Transponder vorliegt und hieraus die Zentraleinheit die notwendigen Informationen erhalten kann. Durch Verwendung eines zumindest semiaktiven Tags kann mithin erreicht werden, dass jeder Transponder, der durch die Sendewelle eines Senders aktiviert wird, dem zugehörigen Empfänger nicht nur seine gespeicherten Identifizierungsdaten, sondern zugleich auch Informationen über den Sender, von welchem er das Aktivierungssignal erhalten hat, zurücksenden kann.
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Alternativ oder zusätzlich ist besonders vorteilhaft, wenn die Sender eine vorzugsweise modulierte Signalwelle im Niederfrequenzband ausstrahlen, und die von der Signalwelle aktivierten RFID-Transponder eine Identifizierungswelle im Hochfrequenzbereich aussenden und die Empfänger zum Lesen der Identifizierungswelle im Hochfrequenzbereich ausgebildet sind. Zur Aktivierung können die Sender insbesondere Signalwellen im Frequenzbereich zwischen 90 und 135 kHz aussenden und/oder die Transponder senden im Hochfrequenzbereich von beispielsweise 868 MHZ, 433 MHZ, 2.4 GHz oder 5.5 Ghz. Die Reichweite der einzelnen Signalwellen der Sender hängt stark von der gewählten Frequenz sowie der Ausgestaltung der Antennen ab, die den jeweiligen Transpondern neben dem Speicherchip mit den gespeicherten Informationsdaten oder Basisstationen zugeordnet sind.
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Eine Zentraleinheit oder Zentralsteuerung kann, wie dies dem Fachmann bekannt ist, separat angeordnet sein. Sie kann aber auch Bestandteil der Mikroelektronik einer oder aller Basisstationen bilden, je nachdem, auf welche Weise die einzelnen Basisstationen untereinander kommunizieren können.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Streb-Gewinnungsanlage, auf der eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens durchgeführt wird. In der Zeichnung zeigen:
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1 schematisch stark vereinfacht eine Draufsicht auf einen untertätigen Streb mit einer Einrichtung zur Personenortung;
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2 schematisch anhand eines Schaubilds den Aufbau und die berührungslose Kommunikation zwischen einer Basisstation und einem Transponder;
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3A–3D den bevorzugten verfahrensmäßigen Ablauf zur Ortung einer Person in einem Streb mit erfindungsgemäßer Einrichtung; und
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4 schematisch anhand eines weiteren Schaubildes die Variation der Signalstärke zur Erfassung des Abstandes eines Transponders von einer Basisstation.
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In 1 ist insgesamt mit Bezugszeichen 1 eine Gewinnungsanlage bezeichnet, die in einem untertägigen Grubenraum gegebenenfalls beliebiger Länge angeordnet ist. Da in dem Grubenraum Mineralien wie insbesondere Kohle an dem mit Bezugszeichen 2 bezeichneten Abbaustoß abgebaut werden, wird dieser Grubenraum normalerweise als Streb bezeichnet. Die Gewinnungsanlage 1 umfasst eine Vielzahl nebeneinander angeordneter Schildausbaugestelle 3, mit denen der untertägige Streb offengehalten wird, um mit einer Gewinnungsmaschine 4, die im gezeigten Ausführungsbeispiel von einem Walzenlader mit zwei Schrämwalzen 5 gebildet wird, an der Abbaufront 2 Mineralien abzubauen. Das mit dem Walzenlader 4 an der Abbaufront 2 abgetragene Material wird an einen schematisch angedeuteten Förderer 6 abgegeben, der die Fördereinrichtung bildet, um das hereingewonnene Material aus dem Streb abzutransportieren und in der mit Bezugzeichen 7 bezeichneten Strecke an einen nicht dargestellten Streckenförderer zu übergeben. An den Schildausbaugestellen 3 sind jeweils nur die beiden Stempel 8 angedeutet, mit denen eine Schildkappe gegen das sogenannte Hangende angedrückt wird, um den Förderer 6 unterhalb der Schildkappe sicher positionieren und gleichzeitig mit den Gewinnungswalzen 5 am Abbaustoß 2 Material abzubauen. Der Förderer 6 bildet zugleich die Führungseinrichtung für die zwischen beiden Enden des Strebs verfahrbare Gewinnungsmaschine 4.
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In 1 sind ferner drei Personen 11 angedeutet, wobei sich eine der Personen in einem sicheren Aufenthaltsbereich innerhalb eines Schildausbaugestells befindet, der, wie dies dem Fachmann für den untertägigen Bergbau bekannt ist, meist nahe der Stempel 8 gebildet ist. Der Standbereich kann auch Bestandteil einer sogenannten hinteren Fahrrinne bilden, entlang welcher der Bergmann 11 sich sicher im Streb bewegen kann. Ein zweiter Bergmann befindet sich bei demselben Schild 3 außerhalb des sicheren Standbereiches zwischen dem Förderer 6 und den Stempeln 8. Ein dritter Bergmann 11 befindet sich noch in der Strecke 7. Jeder Bergmann 11 ist mit einem in 1 mittels eines Kreises angedeuteten RFID-Transponder 12 versehen, wobei es sich bei diesen RFID-Transpondern 12 jeweils um einen aktiven Tag (bzw. semiaktiven Tag) handelt, der mittels eines Akkumulators gespeist wird und vom Bergmann 11 beispielsweise am Gürtel oder am Helm getragen wird. Jeder Transponder 12 weist, wie 2 schematisch zeigt, einen Speicherchip 13 mit Identifizierungsdaten über den RFID-Transponder 12 und insofern auch über den Bergmann 11, welcher den entsprechenden Transponder 12 trägt, auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der Gewinnungsanlage 1 gemäß 1 ist ferner jedem Schildausbaugestell 3 eine Basisstation 20 zugeordnet, die sich hier bezogen auf den Abbaustoß 2 versatzseitig der beiden Stempel 8 und auch versatzseitig des sicheren Standbereiches für einen Bergmann 11 befindet und dort, z. B. zusammen mit einem Steuergerät für das jeweilige Schildausbaugestell 3, positioniert ist.
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2 zeigt schematisch das Zusammenspiel zwischen einer Basisstation 20 und einem RFID-Transponder 12. Die Basisstation 20 für die erfindungsgemäße Nutzung der RFID-Technik bei der erfindungsgemäßen Gewinnungsanlage umfasst einen Sender 21 in Gestalt eines Niederfrequenz-Transmitters, mit welchem ein Sendesignal innerhalb eines mit Bezugszeichen 21' angedeuteten Sendekegels erzeugt wird, sofern der Sender 21 in der Basisstation 20 aktiviert ist. Der Sender 21 bildet einen sogenannten Exciter innerhalb der RFID-Technik. Die Basisstation 20 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel ferner auch einen Empfänger 22, der hier aus einem Hochfrequenz-Receiver besteht. Der Empfänger könnte aber auch getrennt von der Basisstation ausgeführt sein. Der Empfänger 22 innerhalb einer solchen Basisstation 20 wird in der RFID-Technik manchmal auch als Access-Point bezeichnet. Zur Aktivierung und Energiespeisung von Sender 21 und Empfänger 22 weist die Basisstation 20 ferner eine Energieversorgung 23 auf, die gegebenenfalls auch mit einer geeigneten Elektronik für die Ansteuerung bzw. Aktivierung des Senders 21 und für das Auslesen des Empfängers 22 versehen sein kann und zugleich über geeignete Schnittstellen, beispielsweise eine Ethernet-Schnittstelle, eine Datenkommunikation mit anderen Basisstationen und/oder mit einer übergeordneten Zentralsteuerung oder Zentraleinheit, die z. B. auch übertägig oder in der Strecke angeordnet sein könnte, übernehmen kann. Der RFID-Transponder 12 als aktiver Tag oder semiaktiver Tag ist mit einem Speicherchip 13 versehen, auf welchem zumindest die Identifikationsdaten für den Transponder 12 gespeichert sind, und er umfasst, gegebenenfalls integriert mit dem Speicherchip 13, einen Niederfrequenz-Receiverteil 14 zum Empfang der Niederfrequenzwellen des Senders 21 und einen Hochfrequenz-Transceiver 15 zum Aussenden eines hochfrequenten Antwortsignals. Der Transponder 12 umfasst ferner eine nicht dargestellte Antenne, um die niederfrequenten Sendewellen empfangen und/oder hochfrequente Antwortwellen absenden zu können. Der RFID-Transponder 12 wird dadurch aktiviert, dass der Niederfrequenz-Receiver 14 die Sendewelle des Senders 21 der Basisstation 20 empfängt. Bei Empfang einer Sendewelle des Senders 21 wird der Transceiverteil 15 aktiviert und sendet in einem hochfrequenten Antwortsignal die auf dem Speicherchip 13 gespeicherten Identifizierungsdaten zusammen mit einem Kennsignal an den Empfänger 22 der Basisstation 20. Das Kennsignal ermöglicht eine eindeutige Identifizierung, welcher Sender 21 bzw. welche Sendestation 20 den Transponder 12 aktiviert hat. Der Empfänger 22 der Basisstation 20 empfängt mithin über das hochfrequente Antwortsignal nicht nur die Information über die Identifizierungsdaten auf dem Chip 13, sondern auch Informationen darüber, welche von mehreren Basisstationen 20 den RFID-Transponder 12 aktiviert hat. Das hochfrequente Antwortsignal des Transceivers 15 kann beispielsweise im 2.4 GHz-Band erfolgen, während die Sender 21 ein niederfrequentes Signal bevorzugt im Frequenzband zwischen 90 kHz und 135 kHz senden.
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Um nun mit Basisstationen 20 einen Transponder 12 und hierüber auch eine Person oder eine Maschine, die mit einem entsprechenden Transponder 12 versehen ist, im untertägigen Streb detektieren zu können, wird der gesamte Streb sequenziell in einer zufälligen oder vorzugsweise in einer vorgegebenen Reihenfolge abgetastet, wobei die Abtastung je nach Ausgangssituation in unterschiedlichen Abtastfolgen oder -zyklen erfolgen kann. Dies wird nun unter Bezugnahme auf die Abtastabfolge in den 3A bis 3D erläutert.
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Die 3A bis 3D zeigen schematisch stark vereinfacht einen Verfahrensablauf mit einer besonders bevorzugten Abtastreihenfolge. In den 3A bis 3D ist jeweils mit Bezugszeichen 2 der Abbaustoß, mit Bezugszeichen 3 die nebeneinander positionierten Schildausbaugestelle, mit Bezugszeichen 20 jede vorhandene Basisstation, mit Bezugszeichen 7 eine Hauptstrecke und mit Bezugszeichen 7A eine Hilfsstrecke bezeichnet. Die Abbaurichtung der Gewinnungsanlage 1 ist in 3A mit dem Pfeil A angedeutet, die Gewinnungsmaschine und der Förderer sind nicht dargestellt. Jedes Schildausbaugestell 3 ist mit einer Basisstation 20 versehen. Wie 3A erkennen lässt, befindet sich der zu ortende Transponder 12 vor dem, von der Hauptstrecke 7 aus betrachtet, dritten Schildausbaugestell 3. In einem ersten Abtastvorgang sendet das erste Schildausbaugestell 3 über die diesem Schildausbaugestell 3 zugeordnete Basisstation 20 ein niederfrequentes Sendesignal, wie mit den Sendewellen 21'' angedeutet ist. Der Sender 21 strahlt den Sendekegel 21 bzw. seine Sendewellen 21'' quer zur Längsausdehnung des Strebs bzw. quer zur Fahrtrichtung der Gewinnungsmaschine ab. Der Abstrahlkegel dieser Sendewellen 21'' erfasst im Wesentlichen nur den Bereich vor dem jeweiligen Schildausbaugestell 3. Der Abtastvorgang an einem Schildausbaugestell 3 benötigt ein Zeitfenster im Millisekundenbereich. Der Transponder 12 ist außerhalb des Sendekegels und wird daher durch die Sendewellen 21'' nicht aktiviert. Im nächsten Schritt, wie in 3B dargestellt, wird nun der Sender der nächsten Basisstation 20 am unmittelbar benachbart positionierten Schildausbaugestell 3 aktiviert, der infolgedessen seine Sendewellen 21' abstrahlt. Die Aktivierung jeder Basisstation 20 zu einem bestimmten Zeitpunkt kann insbesondere von der Zentralsteuerung gesteuert und geregelt werden. Alle anderen Basisstationen 20 sind nicht aktiv und senden momentan kein Sendesignal. Der Transponder 12 wird wiederum nicht erfasst.
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Erst beim Abtastvorgang in 3C wird durch die Sendewellen 21', die von der zugehörigen Basisstation 20 abgestrahlt werden, der Transponder 12 aktiviert und der Transponder 12 sendet, wie mit den kreisförmigen Antwortwellen 14' angedeutet, sein Antwortsignal in beliebige Richtung. Das Antwortsignal 14' wird zumindest von dem Empfängerteil der Basisstation 20, die auch die Sendewellen 21'' ausgestrahlt hat, erfasst, gegebenenfalls aber auch von den Basisstation 20 benachbarter Schildausbaugestelle 3. Da die Signalwelle 14' nicht nur die Identifizierungsdaten des Transponders 12, sondern auch Informationen erhalten, welche der Basisstationen 20 die Aktivierung des Transponders 12 bewirkt hat, kann im Prinzip jede empfangsbereite Basisstation 20 an die Zentraleinheit oder an alle anderen Basisstationen 20 melden, wo sich der Transponder 12 und damit eine Person, die diesen Transponder 12 trägt, aktuell befindet. Um für den Fall, dass ein Antwortsignal eines Tags 12 von mehreren Empfängern von Basisstationen 20 empfangen wird, eine sichere Unterscheidung zwischen den Basisstationen 20 bzw. den Schildausbaugestellen 3, denen diese Basisstationen 20 zugeordnet sind, zu ermöglichen, kann das niederfrequente Signal, welches jeweils von den Sendern 21 ausgesendet wird, bei jedem Schildausbaugestell 3 geringfügig anders moduliert sein.
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3D zeigt die Situation einen kurzen Zeitmoment später, wenn der Sender der Basisstation 20 des vierten Schildausbaugestells 3 seine Sendewellen 21'' ausstrahlt. Da der Transponder 12 nicht im Sendekegel dieser Basisstation 20 liegt, wird er nicht mehr aktiviert. Gleiches würde im gezeigten Ablauf nach 3A–3D bei allen weiteren Abtastvorgängen erfolgen. Die Ortungseinrichtung kann in 3A–3D daher eine Detektion eines Transponders 12 vor dem hier dritten Schild 3 feststellen und bestätigen. In einem normalen Ablauf werden auch alle weiteren Basisstationen 20 der weiteren Schildausbaugestelle 3 kurzfristig aktiviert, um zu überprüfen, ob und gegebenenfalls wo weitere Transponder durch das Ausstrahlen einer Sendewelle aktiviert werden. Der Ablauf kann dergestalt durchgeführt werden, dass jeweils die Basisstation des in eine Richtung nächstliegenden Schildausbaugestells als nächstes aktiviert wird, um eine Sendewelle 21'' auszusenden. Die Streblänge wird mithin sequentiell mit einem Sendekegel abgetastet, der nacheinander vor jeder vorhandenen Basisstation 20 erzeugt wird und in kurzer Zeit die gesamte Streblänge abstreicht. Bei einer Reihenfolge der Abtastvorgänge, bei der jeweils die nächstliegende Basisstation ihren Sendekegel ausstrahlt, kann sichergestellt werden, dass eine Person, auch wenn sie sich bewegt, nicht zufälligerweise zwischen zwei Sendekegeln unerkannt bleiben kann. Der Sendekegel, der von jeder Basisstation 20 ausgestrahlt wird, sollte jedenfalls anfänglich aufgrund seiner Signalstärke eine Länge aufweisen, die ausreicht, dass der gesamte Bereich zwischen der Basisstation 20 und der versatzseitigen Rinnenwand der Fördereinrichtung erfasst wird, da nur dieser Bereich den Aufenthaltsbereich für eine Person, die einen Transponder 12 trägt, bilden kann.
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Es wird nun nochmals auf 1 Bezug genommen. In 1 ist angedeutet, dass an der versatzseitigen Seitenwand des Rinnenförderers, jeweils jeder Basisstation zugeordnet, zusätzlich ein Referenztransponder 60 angeordnet sein kann, um bei jedem Abtastvorgang, d. h. jedem Ausstrahlen eines Sendekegels eine Kalibrierung und/oder eine Überprüfung der jeweiligen Basisstation 20 vorzunehmen, da aus dem von dem Transponder 60 zurückgelieferten Signal für die Basisstation 20 und die Zentraleinheit erkennbar ist, dass es sich um einen Transponder 60 am Förderer handelt. Alternativ oder zusätzlich könnte ferner, wie ebenfalls in 1 angedeutet, auch an der Gewinnungsmaschine 6 ein weitere Transponder 70 angebracht sein, der mit der Maschine 4 mitbewegt wird, wodurch sich zusätzliche Verfahrensvarianten und Kontrollmöglichkeiten ergeben.
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In insbesondere vorteilhafter Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Gewinnungsanlage 1 kann jedem Strebzugang, wie in 1 an der Hauptstrecke 7 angedeutet, eine Detektionseinrichtung 30 zugeordnet sein, die beispielsweise aus einer Kamera und einer zugeordneten RFID-Basisstation bestehen kann, um einerseits über ein Bilderkennungssystem und andererseits über die RFID-Technik jeden Bergmann 11 zu detektieren, der den Streb betritt. Sofern zwar mit der Kamera eine Person erkannt wird, jedoch nicht festgestellt wird, dass die Person zugleich auch einen Transponder 12 trägt, könnte über eine Signaleinrichtung wie die schematisch angedeutete Ampel 31, aber auch akustisch, dem jeweiligen Bergmann 11 mitgeteilt werden, dass kein Zutritt erlaubt ist, anderenfalls die gesamte Gewinnungsanlage 1 abgeschaltet wird. Mit der Detektionseinrichtung 30 kann zugleich sichergestellt werden, dass sämtlichen Basisstationen 20 und/oder einer übergeordneten Zentraleinheit bekannt ist, welche Transponder 12 und insofern welche Bergleute 11 sich innerhalb des Strebs befinden. Sofern Informationen vorliegen, dass sich ein oder mehrere Transponder innerhalb des Strebs befinden, kann eine automatische Abschaltung der Gewinnungsanlage stattfinden und/oder es können die Abtastintervalle mit den Basisstationen entsprechend erhöht werden, um jederzeit sichere Erkenntnis darüber zu haben, wo sich jeder Transponder 12 und somit jeder Bergmann 11 befindet. Insbesondere für einen solchen Fall ist vorteilhaft, wenn die Basisstationen 20 derart angesteuert werden können bzw. aktiviert werden, dass nur bestimmte Teilabschnitte des Strebs abgetastet werden, weil z. B. bekannt ist, dass in diesem Teilabschnitt ein Transponder 12 anwesend ist. Je nach Position der Gewinnungsmaschine 4 sowie desjenigen Bereichs, in dem die einzelnen Schildausbaugestelle 3 einen Schreitvorgang automatisiert vornehmen wollen, kann dann ein automatischer Abschaltvorgang der gesamten Gewinnungsanlage 1 eingeleitet werden, wenn sich ein Transponder 12 außerhalb des sicheren Standbereiches z. B. unmittelbar vor einer Basisstation 20 und hinter den Stempeln 8 eines Schildausbaugestells 3 befindet.
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4 verdeutlicht anhand eines weiteren Schaubildes, wie mit den Basisstationen 20 die Genauigkeit der Lokalisierung eines Transponders 12 erhöht werden kann. 4 zeigt zum einen den Sendekegel 21' der Sendewelle wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel, bei welchem der Sender 21 seine Sendewelle mit voller Signalstärke absendet. Mit Bezugszeichen 121 ist in 4 ein zweiter Sendekegel veranschaulicht, der von demselben Sender 21 im Niederfrequenzband Signal erzeugt wird, wobei aber die Signalstärke z. B. auf 50% reduziert ist. Während beim Sendekegel 21' noch beide gezeigten Transponder 12 erfasst und aktiviert werden und entsprechend ihr Antwortsignal an den Empfänger 22 zurückliefern, erfolgt durch die Sendewellen innerhalb des Sendekegels 121 nur eine Aktivierung des vorderen Transponders 12, wobei aus der abgegebenen Signalstärke geschlossen werden kann, dass sich der eine der beiden Transponder 12 im Abstand L von der Basisstation 20 und der andere Transponder 12 im Abstand L' – L von der Basisstation 20 befindet. Durch dynamisches Verkleinern und/oder Vergrößern der Sendekegel 21' bzw. 121 kann mithin in vergleichsweise einfacher Weise relativ genau die momentane Position des jeweiligen RFID-Transponders 12 ermittelt werden.
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Für den Fachmann ergeben sich aus der vorhergehenden Beschreibung zahlreiche Modifikationen, die in den Schutzbereich der anhängenden Ansprüche fallen sollen. Die Basisstationen können auch einen anderen Aufbau haben. Die Empfänger können auch getrennt von den Basisstationen ausgeführt sein. Da die Reichweite des hochfrequenten Signals größer ist als die eines niederfrequenten Signals, könnten nur vereinzelt Empfänger angeordnet sein und die Anzahl der Empfänger kann dann geringer sein als die der Sender. Die Transponder und/oder Basisstationen können jeweils mehrere Antennen aufweisen. Die Sender in den Basisstationen können beispielsweise auch durch ein Koaxialkabel erzeugt werden, welches an ausgewählten Stellen mit einem Schlitz versehen wurde, um dort ein Austreten des Sendesignals aus dem Sendekabel zu ermöglichen. Die Position der aktiven Signalquelle kann hierbei anhand der Geschwindigkeit des Signals innerhalb des Kabels und den Positionen der Schlitze ermittelt werden. Eine solche Erzeugung einer Signalquelle bietet sich vorrangig an, wenn mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Strecken oder dgl. überwacht werden sollen. Bei entsprechender Auslegung des Systems können gleichzeitig auch mehrere Sender ihre Sendewellen aussenden, wozu der zu überwachende Grubenbereich in Teilabschnitte unterteilt wird und in jedem Teilabschnitt gegebenenfalls gleichzeitig ein Sender seine Sendewelle aussendet. In bestimmten Situationen, z. B. wenn nur ein Teilbereich eines Strebs, in dem der Aufenthalt für eine Person besonders gefährlich wäre, zu überwachen ist, könnte das Verfahren auch derart erfolgen, dass nur dieser Abschnitt durch jeweils nacheinander Aktivieren der einzelnen Sender überwacht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004024073 A1 [0002]
- DE 102008038377 B3 [0003]
- US 2007/0264967 A1 [0004]
