DE102019122431A1

DE102019122431A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines automatisierten Strebs

Info

Publication number: DE102019122431A1
Application number: DE102019122431.4A
Authority: DE
Inventors: Martin Reuter
Original assignee: Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH
Current assignee: Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2021-02-25
Also published as: CN112412453A

Abstract

Bei einem Verfahren zur Steuerung eines automatisierten Strebs im Untertagebau wird ein lokales Koordinatensystem verwendet, bei dem die Z-Achse lotrecht und rechtwinklig zur X-Achse und zur Y-Achse verläuft. Als Raster werden eine vorgegebene Schnitttiefe sowie die Breite eines Ausbaugestells verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung eines automatisierten Strebs im Untertagebau, wobei der Streb Ausbaugestelle und einen mit diesen verbundenen Förderer umfasst, der mit einem Gewinnungsgerät in Verbindung steht.
Für einen automatisierten Abbau von Kohle mit möglichst hohem Automatisierungsgrad sind möglichst exakte Kenntnisse darüber erforderlich, wo sich das Gewinnungsgerät befindet und wo Kohle für eine Gewinnung lokalisiert ist. Der heute bekannte Ansatz besteht darin, dass die Lage der Kohle durch Erkundung ermittelt wird, d.h. durch Erkundungsbohrungen und durch Vermessungspunkte in der Strecke. Die Lage der Gewinnungsmaschine wird im Stand der Technik durch ein Trägheitsnavigationssystem bestimmt. Beide Verfahren sind jedoch sehr fehlerbehaftet, so dass ein automatisches Arbeiten damit letztendlich nicht möglich ist. Das Trägheitsnavigationssystem driftet nämlich über einen kompletten Schnitt hinweg teilweise um mehrere Meter. Erkundungsbohrungen geben zwar genaue Auskunft über die Flözmächtigkeit an der Bohrungsstelle, die Absolutlage bzw. Teufe kann aber nur mit einer Genauigkeit von 1 - 2 m bestimmt werden. Zudem werden aus Kostengründen pro Abbaufeld nur sehr wenige Bohrungen (teilweise nur eine Bohrung) durchgeführt. Die mit derartigen Verfahren bestimmten Lagen der Kohle und des Gewinnungsgeräts werden im Folgenden als globale Koordinaten bezeichnet.
Um das Gewinnungsgerät (z.B. einen Walzenlader) automatisch steuern zu können, müssten die Lage und der Verlauf der Kohle und auch die Maschinenposition mit einer Präzision von besser 10 cm bekannt sein. Dies ist aber mit den heutigen Mitteln der Messung und Navigation nicht möglich.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen zu schaffen, mit denen ein weitestgehend automatisierter Abbau von Kohle im Untertagebau erreicht werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen beschrieben.
Ausgangspunkt und wichtiges Kriterium für die vorliegende Erfindung ist die Erkenntnis, dass Kohle durch die Art ihrer Entstehung immer in einer ebenen, ausgedehnten und kontinuierlichen Fläche (Kohleschicht bzw. Flöz) liegt, da ein Kohleflöz eine sedimentär entstandene, ausgedehnte Lagerstätte ist, die parallel zur Gesteinsschichtung verläuft. Die Mächtigkeit eines Flözes ist variabel, jedoch lokal konstant.
1 illustriert die Kontinuität eines Flözes in Abbaurichtung x, die in gleicher Weise vorhanden ist wie die Kontinuität quer zur Abbaurichtung entlang der Richtung y, d.h.in Strebrichtung. Bei vorhandener Welligkeit ist die Welligkeit auch wieder in beiden Richtungen vergleichbar. Die Neigung des Abbaus ist auch bei vorhandener Welligkeit konstant. Die Welligkeit entspricht einer Überlagerung der im Wesentlichen konstanten, bzw. kontinuierlichen Neigung, so dass auch bei einer Welle letztlich bekannt ist, wie der Horizont weiter verläuft.
Eine im Flöz vorhandene Störung, d.h. eine Unterbrechung der Fläche, folgt dieser Gesetzmäßigkeit, was in 2 verdeutlicht ist. Wenn Kenntnisse über eine solche Störung aus der Vergangenheit, d.h. aus dem bereits Abgebauten, vorhanden sind, kann daraus geschlossen werden, wie sich diese Störung im weiteren Abbau fortsetzt.
Für eine automatisierte Strebsteuerung kann als Modell ein Flöz dienen, das in 3 dargestellt ist und durch Grenzflächen nach oben und unten (dem Hangenden (H) und dem Liegenden (L)) gekennzeichnet ist. Eine solche Lagerstätte zeichnet sich durch eine Mächtigkeit (M), ein Einfallen (E) und auch durch eine vorhandenen oder nicht vorhandenen Welligkeit aus. S bezeichnet die streichende Linie. Das Raster zeigt globalen Koordinaten, der Abbau wird aber erfindungsgemäß nach dem Einfallen E und der streichenden Richtung ausgerichtet. Die streichende Richtung S ist rechtwinklig zum Einfallen E. Die Höhe h des Flözes wird erfindungsgemäß senkrecht und nicht als die Schichtdicke (Mächtigkeit M) erfasst. Da die Senkrechte als Z-Achse verwendet wird, sind die Koordinaten zunächst nicht orthogonal. Die Linie des Förderers ist auch nicht zwingend gerade. 4 zeigt ein Raster der lokalen Koordinaten.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines automatisierten Strebs im Untertagebau kann die Steuerung so erfolgen, dass ein erster Schnitt des Gewinnungsgerätes entlang der Abbaufront als Datenbasis für einen nachfolgenden Schnitt verwendet wird und wobei eine Neigung des Gewinnungsgerätes in einer zur Abbaurichtung lotrechten Ebene gegenüber dem ersten Schnitt nicht geändert wird. Unter der Annahme, dass der Streb zu Beginn des Abbaus zunächst grundsätzlich richtig orientiert ist, wird für einen nachfolgenden Schnitt die Orientierung des Gewinnungsgerätes verglichen zum vorangegangenen Schnitt konstant gehalten. Hierauf aufbauend können dann in weiteren Schnitten leichte Korrekturmaßnahmen automatisiert durchgeführt werden, beispielsweise unter Zuhilfenahme vermessener Koordinatenpunkte in den Strecken, unter Verwendung einer Grenzschichterkennung und/oder durch Analyse der Situation hinter dem Förderer. Bei der nachfolgenden Schnittplanung kann die Neigung des Gewinnungsgerätes korrigiert werden, wobei nach einer solchen Korrektur wieder dafür gesorgt werden sollte, dass das Gewinnungsgerät wieder die ursprüngliche Neigung weiter zurückliegender Schnitte einnimmt, um ein Herauslaufen aus der gewünschten Schnittebene zu vermeiden.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines automatisierten Strebs im Untertagebau, der Ausbaugestelle und einen mit diesen verbundenen Förderer umfasst, der mit einem Gewinnungsgerät in Verbindung steht, kann die Steuerung des Strebfortschritts auf vorteilhafte Weise auf Basis eines lokalen Koordinatensystems erfolgen, dessen X-Achse in Abbaurichtung weist, wobei als Raster eine vorgegebene Schnitttiefe verwendet wird, dessen Y-Achse der aktuellen, insbesondere in eine Horizontalebene projizierten gekrümmten Linie des Förderers entspricht, wobei als Raster die Länge eines Schusses der Förderrinne oder die Breite eines Ausbaugestells verwendet wird, und dessen Z-Achse lotrecht und rechtwinklig zur X-Achse und zur Y-Achse verläuft.
Die X Koordinate (siehe 4) entspricht der Abbaurichtung. Diese Richtung ist zunächst durch die aufgefahrene Strecke gegeben. Für das Raster der Modellfläche sind Linien parallel zur Strecke gezogen. Die Differenz zwischen der tatsächlichen Abbaurichtung und der Strecke kann ermittelt werden und dadurch kann die Abbaurichtung korrigiert werden. Die Einheit der X-Koordinate ist Meter, aber als Raster wird ein Raster der vorgegebenen Schnitttiefe verwendet.
In der Strecke befinden sich Vermessungspunkte mit globalen Koordinaten, die eine Orientierung für den Ablauffortschritt geben. Über diese Vermessungspunkte ist eine automatische Korrektur des Abbaufortschritts möglich, der über Wegmessungen in Schreitwerken der Ausbaugestelle bestimmt und gegebenenfalls zusätzlich noch mittels Inertialnavigationssensorik lokal korrigiert und verbessert werden kann.
Weiterhin weist die Y-Achse in eine Richtung rechtwinklig zur X-Achse. Allerdings wird erfindungsgemäß als Y-Achse keine Gerade sondern eine gekrümmte Linie gewählt, die der aktuellen Linie des Förderers entspricht. Es erfolgt also zunächst eine Orientierung an lokalen Koordinaten, wobei als Basis die Linie des Förderers (gesehen aus Richtung Z) herangezogen wird. Diese gekrümmte Koordinate kann der in eine Horizontalebene projizierten gekrümmten Linie des Förderers entsprechen. Die erfindungsgemäß verwendete Einheit ist hier das Raster der Schilde, d.h. die Breite eines Ausbaugestells, bzw. die Länge eines Schusses der Förderrinne. Dieses Raster kann in der X-Y Ebene um den Kosinus des Einfallwinkels verkürzt werden. Da der Förderer normalerweise nahezu in der Linie des Einfallens E liegt, ist in geneigter Lagerung dann die Länge des Strebs um cos α des Einfallens reduziert. Da die Y-Koordinaten im Raster der Schilde aufgezeichnet werden, kann eine weitere Verkürzung entstehen, wenn die Antriebe nicht auf gleicher Höhe sind, d.h. wenn z.B. der Hauptantrieb einen Vorhalt hat, oder der Förderer gekrümmt ist. Die Schnittplanung für nachfolgende Schritte erfolgt erfindungsgemäß in einem lokalen Koordinatensystem, welches sich auf die Fördererlage nach einem vorangegangenen Schnitt bezieht.
Der momentane Ort des Walzenladers in Y-Richtung wird durch eine in RFID integrierte Abstandsmessung zwischen einem RFID-Modul am Walzenlader und den Schild-Steuergeräten bestimmt. Diese Abstandsmessungen stabilisieren durch die aus dem Reaktionssystem gelieferten Geschwindigkeitssignale. Dabei die wird die Geschwindigkeit als Verschwindsignal aus der Beschleunigung in Fahrtrichtung abzüglich der Neigung in α integriert. Der Standort wird aus RFID aus den nahen Schilden (3-5) vor und hinter dem Walzenlader als Mittelwert errechnet. Der Standort aus RFID wird dann mit Geschwindigkeitsinformation gedämpft. Bei dieser Ortsbestimmung wird hingenommen, dass Y nicht gerade ist und nicht unbedingt orthogonal zur Abbaurichtung verläuft. Die RFID Walzenposition wird aus den Schildsteuergeräten erhalten und die Fahrgeschwindigkeit aus Inertialträgheitsnavigation. Die Drift der Fahrgeschwindigkeit wird wiederum kompensiert durch die Neigung α und die Änderung der Walzenposition.
5 und 6 verdeutlichen nochmals die erfindungsgemäß gewählten Koordinaten X, Y und Z, wobei in 5 und 6 zur vereinfachten Darstellung der gekrümmte Verlauf der Y-Achse nicht dargestellt ist. In 6 ist der Kohlenstoß mit dem Bezugszeichen K versehen. Das Bezugszeichen A bezeichnet den alten Mann.
Wie 5 und 6 verdeutlichen, verläuft die Z-Achse erfindungsgemäß rechtwinklig zur X-Achse und zur Y-Achse und sie verläuft zudem lotrecht, d.h. in Richtung (bzw. entgegen) der Schwerkraft, da diese auch unter Tage einfach und mit hoher Genauigkeit zu bestimmen ist. Die Höhe Z wird von einem beliebigen Basispunkt aus über den Neigungssensor bestimmt. Es werden Lokalgebiete aufgenommen, die aneinandergefügt dann ein gesamtes Bild ergeben
Es kann vorteilhaft sein, wenn Lage des Strebs, d.h. des Liegenden und des Hangenden, durch Sensoren auf dem Gewinnungsgerät und dem Ausbaugestell vermessen wird. Die Orientierung kann dabei an der Senkrechten und an der Projektion des Strebs (bzw. des Förderers) auf die horizontale Ebene erfolgen. Auf Basis der Sensordaten des Gewinnungsgerätes wird der gekrümmte Verlauf des Förderers ermittelt. Datenpunkte und Stützpunkte werden jedoch im Raster eines Schnittes und im Raster der Ausbaugestelle verwendet. Durch eine vorangegangene Lagerstättenerkundung sind an einigen Bohrungen die absoluten Höhenlagen bekannt. Ebenso sind die Strecken vermessen und in diesen sind globale Koordinaten bekannt. Mithilfe dieser Vermessungspunkte können später die lokalen Daten und Koordinaten transformiert und mit GIS-Daten kombiniert werden.
Wie vorstehend erläutert wurde, kann das Flöz durch zwei Flächen beschrieben werden, die das Hangende H und das Liegende L beschreiben. Zur Steuerung wird erfindungsgemäß das Liegende oder genauer gesagt der bisherigen Schnitt am Liegenden als Basis herangezogen. Eine Vermessung dieser Basis kann auf vorteilhafte Weise durch Neigungs- und Positionsdaten zumindest eines Sensors verwendet werden, der auf einem in dem Streb eingesetzten Gewinnungsgerät angeordnet ist, welcher die Neigung des Gewinnungsgerätes relativ zur Z-Koordinate in der X-Z Ebene und in der Y-Z Ebene, den Weg des Gewinnungsgerätes in Y-Richtung, und die Neigung von zwei Tragarmen des Gewinnungsgerätes in der X-Z Ebene anzeigt.
7 zeigt ein Gewinnungsgerät in Form eines Walzenladers W (nachfolgend auch Walze genannt) mit zwei Tragarmen T1 und T2 zum Verschwenken der Schneidräder S1 und S2, wobei auf dem Gewinnungsgerät W ein Sensor 12 angeordnet ist, mit dessen Hilfe die Lage des Förderers F, auf dem das Gewinnungsgerät W bewegt wird, in der Y-Z Ebene (Winkel a) bestimmt werden kann. Weiterhin kann durch einen weiteren Sensor eine präzise Wegmessung in Y-Richtung erfolgen. Für eine noch präzisere Messung kann es erforderlich sein, eine Korrektur mithilfe von Trägheitsnavigation durchzuführen. Da jedoch erfindungsgemäß zunächst ausschließlich lokal gearbeitet wird, ist hier eine hohe Präzision nicht zwingend notwendig.
8 zeigt in einem Geradenzug A-B-C-D-E die tatsächliche Lage des Förderers in der Y-Z Ebene. Die Walze beginnt links auf der Position A und fährt nach rechts. Zunächst ist nichts über die Lage des Förderers bekannt. Durch die Messung (1) wird die Höhendifferenz A-C bekannt. Über die Messstrecke (2) wird die Höhendifferenz C-E bekannt. Die vorher aufgenommene Messung (3) zwischen B und D kann jetzt benutzt werden, um die Kurve (Spline) anzupassen. Die geschwungene Linie L in 8 ist der angenommene Verlauf des Förderers. Die Strecken 1, 2 und 3 sind Messstrecken, über welche die Neigung bekannt ist. Der Punkt B und D ist dabei in der Höhe nicht bekannt. Diese Höhe wird angenommen, sodass der Spline die geringste Krümmung aufweist. Da der Förderer möglichst wenig gekrümmt gelegt wird, kann die Lage mit diesem Verfahren sehr gut erfasst werden. Da sich das Höhenprofil über den Abbaufortschritt nur sehr langsam ändert, können diese Messungen mehrfach in beide Richtungen ausgeführt und damit verifiziert werden oder es kann auch die Genauigkeit erhöht werden. Der Vorteil dieser Lösung ist, dass der Schnitt aus beiden Richtungen in identischer Höhe ausgeführt werden kann (vgl. 9a und 9b).
In 9 zeigt das Bild a) und das Bild b) jeweils den Walzenlader an zwei verschiedenen Orten mit entgegengesetzter Fahrtrichtung. Da immer die nachlaufende Walze am Liegenden schneidet, muss für unterschiedliche Fahrtrichtung die Höhe anders bestimmt werden, da der Walzenlader an einem anderen Ort steht. In 9 b) muss der Tragarm des gestrichelt gezeichneten Walzenladers deutlich niedriger stehen, um für die gleiche Position am Hangenden zu schneiden. Durch diese Rechnung muss nicht in beide Richtungen gelernt werden, wo geschnitten werden muss. Vielmehr wird von der einen Fahrtrichtung die Stellung in der anderen Fahrtrichtung ausgerechnet.
Der Abbaufortschritt in X-Richtung (X) wird mit den Schreitwerksensoren der Ausbaugestelle ermittelt. Da dies eine inkrementelle Messung ist, müssen die entstehenden Fehler erkannt und korrigiert werden. Dies kann mit Hilfe eines Inertial-Messsystems auf dem Gewinnungsgerät W erfolgen. Die Ausbaugestelle (Schilde) sind ebenfalls mit Sensoren versehen (vgl. 10), welche die Verkippung des Schildes um drei orthogonale Achsen x, y und z anzeigen und auch Daten liefern, welche die Mächtigkeit, das Einfallen (a) und Streichen (β) anzeigen. Auch liefern Sensoren Daten über die aktuelle Höhe h des Schildes. Diese Daten können mit den entsprechenden Daten der Walzensensorik kombiniert werden und für unterschiedliche Abbauverfahren (z.B. Kohleschicht bei schlechtem Hangenden stehen lassen) unterstützen. Eine Wegmessung im Schreitwerk (Reedkontakte oder Hallsensoren im Hydraulikzylinder) genügt, um den nächsten Schnitt zu machen. Die Messung des Abbaufortschritts in X sollte auch die Krümmung des Förderers in der Draufsicht ergeben. Da erfindungsgemäß jedoch nicht von einem Ursprung einer bekannten Basisaufstellung ausgegangen wird, muss die Sensorik auf der Anlage die tatsächliche Fördererkrümmung ermitteln, z.B. anhand einer Winkelbeschleunigung um γ mit der Fahrgeschwindigkeit der Walze, wobei diese Position des Förderers auch mit einem Kamerasystem überwacht werden kann.
Der in 7, 11 und 12 dargestellte Walzenlader W hat vier Füße bzw. Kufen B1 - B4 und ist damit zunächst überbestimmt. Da das Schneidrad S2 am Hangenden H von oben nach unten schneidet, wird die Maschine W in Fahrtrichtung +Y vorne angehoben. In Fahrtrichtung hinten wird am Liegenden L aufwärts geschnitten. Deshalb ist anzunehmen, dass beide hinteren Füße B1 und B2 Bodenkontakt haben, jedoch vorne nur einer der beiden Füße B3 oder B4.
Da bekannt ist, auf welchen Füßen die Maschine steht, aus der Maschinengeometrie, der Lage der Drehachsen der Tragarme T1 und T2 relativ zu den Füßen (vgl. 11) und den Daten des Inertialsensors, sowie der Stellung der Tragarme T1 und T2 lässt sich der Schnitt am Liegenden errechnen. Wie 11 und 12 verdeutlicht, ist die Gewinnungsmaschine W mit einem Inklinometer 50 versehen, mit dem der Neigungswinkel a_w der Gewinnungsmaschine in der Y-Z Ebene, sowie der Neigungswinkel β_w der Gewinnungsmaschine in der X-Z Ebene gemessen wird. Auch ist an beiden Tragarmen T1 und T2 jeweils ein Inklinometer 52 und 54 angeordnet, mit dem der Neigungswinkel des jeweiligen Tragarms detektiert wird.
Die Auflagepunkte und die Neigung der Walze in β sind redundant. Die Auflage der Walze W auf dem Liegenden L (vgl. 13) ist aus der Schnitthöhe bereits erfolgter Schnitte bekannt und lässt damit Kenntnisse darüber zu, wie die Neigung der Walze an diesem Ort sein wird. Beide Werte, die Schnitthöhe und die Neigung des Walzenkörpers beschreiben den Verlauf des Liegenden in X-Z. Der Verlauf der Ebene kann durch den Neigungssensor 50 für die beiden Winkel a_w und β_W sowie die Walzenposition in Y- Richtung und den Vorschub des Förderers erkannt werden. In gleicher Weise kann die Fläche des Hangenden H, welche über die Mächtigkeit mit dem Liegenden L verknüpft ist, durch den Neigungssensor in der Kappe, die Schildnummer als Y und den Ablauffortschritt X ermittelt werden.
Die Tragarmstellung, die einen Schnitt in gleicher Ebene erzeugt, ist diejenige, bei der sich die Maschinenneigung bei aufeinanderfolgenden Schnitten nicht ändert. Dies ist die neutrale Stellung. Damit kann eine Höhenjustage erfolgen.
In gleicher Weise wird die Höhe des Schnitts am Hangenden H ermittelt (vgl. 14), nur dass hier die Füße nicht die Neigung bestimmen. Der jeweils höhere Fuß bestimmt die Schneidhöhe, zusammen mit den Winkeln aus den Sensoren. Die hier geschnittene Streböffnung wird nochmals durch das Schild gemessen und verifiziert.
Die Fördererlage und damit die Geradheit des Strebs wird folgendermaßen bestimmt: Die Daten aus der Abbaufortschrittsmessung auf Basis der Schreitwerkssensoren und der Drehung der Walze um Y, die aus der mit dem Intertialnavigationssensor bestimmten Drehbeschleunigung errechnet wurden, werden zusammengefügt. Um zu errechnen an welcher Position die Walzen schneiden muss die Maschinengeometrie bekannt sein. Es muss die Höhenlinie des Förderers der letzten beiden Schnitte bekannt sein, sowie die Lage der Walze in a_w, die Lage der Walze in β_w und die Stellung der Tragarme a_R und a_L
Durch Bilderfassung- und Auswertung entlang des Strebs kann die Krümmung des Förderers erkannt werden und es kann durch eine Neigungsänderung der Walze während der Fahrt unterschieden werden, ob diese Krümmung vertikal oder horizontal verläuft. Um den Förderer dann auf eine gewünschte Solllinie zu korrigieren, wird der Vorschub des Förderers begrenzt und die Schilde werden entsprechend weniger vorgezogen. Auch dies geschieht in lokalen Koordinaten, d.h. die Fördererkrümmung wird lokal betrachtet und die Schilde werden entsprechend lokal korrigiert.
Auch kann die Stellung der Schilder und deren Vorschubrichtung aus Bildanalyse erkannt werden. In einem in oder entgegen der Strebrichtung aufgenommenen Bild kann der Fluchtpunkt des Förderers erkannt werden. In dieses Bild kann der Horizont und an diesem eine Einteilung in Winkelgrad eingefügt werden. Die Spitzen der Schilde zeigen bei rechtwinkliger Stellung der Schilde alle auf den gleichen Fluchtpunkt. Weicht dieser bei einem Schild ab, so ist an der Einteilung direkt die Abweichung von 90° abzulesen. Mit dieser Winkelstellung wird der Streb in Y Richtung geschoben.
Der Zusammenhang zwischen den verwendeten lokalen Koordinaten und globalen Koordinaten wird durch die bekannten Koordinaten der aufgefahrenen Strecken und die Vermessungspunkte in den Strecken hergestellt. Der Abbaufortschritt (advance) und die Abweichung in der Abbaurichtung (creep - schleichen, klettern) wird gemessen. Zur Vermessung des Abbaufortschritts bezüglich der globalen Koordinaten und dem creep, der Abweichung der Abbaurichtung zur Richtung der Strecke, können Steuergeräte mit integrierter RFID-Funktion (alternativ sind auch RFID-Tags möglich) an Orten in der Strecke befestigt werden, deren globale Koordinaten bekannt sind. Diese Orte sind in 15 mit (U) und (V) gekennzeichnet. Die Abstände A, B, C, D werden mit Hilfe der in den Schilden montierten Steuergeräte 1, 2 und 3 bestimmt, die Teil der Strebsteuerung sind. Durch die Messung der Strecken C und D zwischen den Punkten 1, 2, 3 und dem Punkt U wird der Abbaufortschritt bezüglich der globalen Koordinaten bestimmt. Dadurch kann der durch die Schreitwerkssensoren in lokalen Koordinaten bestimmte Abbaufortschritt mit den globalen Koordinaten abgeglichen werden. Der Punkt V ist nahezu auf der Höhe der Steuergeräte im Schild und der Abstand zwischen den Geräten U und V ist bekannt, so dass hier der Abstand der Steuergeräte zur Wand der Strecke und damit auch der Strebanlage zur Wand der Strecke gut zu bestimmen ist. Aus dieser Abstandsmessung lässt sich der „creep“ ermitteln, d.h. es lässt sich ermitteln, ob der Abbaufortschritt weiterhin parallel zur Strecke ist oder die Anlage evtl. in Richtung Hauptantrieb oder Nebenantrieb wandert, und hierdurch lässt sich die Richtung des Abbaus entsprechend steuern. Die Einflussgröße ist hier der Vorlauf zwischen den Antrieben und der Winkel zwischen Förderer und Schreitwerk. In 15 bezeichnet das Bezugszeichen 14 einen Anschlagpunkt für das Schreitwerk. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet eine aus gefahrene Schiebekappe. Das Bezugszeichen 18 bezeichnet einen Rückbalken.
Das Liegende selbst ist während des Schnitts und direkt danach nicht zu erkennen. Die Höhe des liegenden Schnitts darf zwischen aufeinanderfolgenden Schnitten nur sehr wenig verändert werden. Die Gründe dafür liegen in der Mechanik des Förderers. Stufen im Liegenden dürfen nicht zu groß sein, so dass der Förderer sicher vorgeschoben werden kann. Zudem hat der Förderer nur einen begrenzten Knickwinkel und es muss auch eine stabile Neigung für die Walze eingehalten werden. Die Korrektur des Liegendschnitts kann erfindungsgemäß durch die Verfolgung eines Markerbandes im Kohlenstoss erfolgen.
Eine zweite Möglichkeit zur Erkennung des Liegendhorizonts ergibt sich durch Bewertung des Liegenden zwischen dem Förderer und den Schilden, welche mit Hilfe von Kameras und automatisierter Bilderkennung und -auswertung erfolgen kann. Am Liegenden hinter dem Förderer können Farbe und/oder erkennbare Strukturen in der Oberfläche (z.B. Rillen) erkannt und ausgewertet werden, um in die Steuerung des Strebs korrigierend einzugreifen.
Um die Farbe zu erkennen, ist eine Auswertung unterschiedlicher Spektralbereiche vorteilhaft. Die Auswahl des Spektralbereichs kann durch unterschiedliche Beleuchtung (z.B. weiß oder infrarot) und durch entsprechende Farbbildanalyse erfolgen, da das Liegende häufig eine hellere, gelblichere Farbe als Kohle hat. Auch ist die Struktur, wie Kohle am Liegenden bricht, anders als die Struktur, wie der Stein bricht. Löst sich die Kohle an der Trennschicht, so ist auch dieses an der Struktur erkennbar.
Wenn das lokale Koordinatensystem im Schildraster und nach Schnitttiefe für das Hangende und Liegende transparent dargestellt wird, so ergibt ein verwirrendes Netzwerk. Es kann deshalb vorteilhaft sein, wenn eine Steuereinrichtung zumindest ein Steuergerät 1, 2 oder 2 (15) mit einer grafischen Anzeige umfasst, wobei das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, eine zumindest abschnittsweise Darstellung des Verlaufs des liegenden und des Hangenden in den vorgegebenen Rastern in dem lokalen Koordinatensystem zu errechnen und darzustellen. Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn Standardeinstellungen vorgesehen werden, die in einer bestimmten Blickrichtung den Blick auf den aktiven Bereich, d.h. auf die Walze, die Schildvorbereitung und das Ziehen der Schilde darstellen. Wenn verdeckte Linien nur gestrichelt dargestellt werden und im „Alten Mann“ nur das Liegende dargestellt wird, wird die Darstellung klarer und leichter verständlich. Die Fixierung des Betrachtungswinkels und die Eingrenzung auf eine Rechts- oder Linksansicht zur Auswahl verhindert viele unglückliche Einstellungen der Darstellung durch den Benutzer. Um keine verwundenen Flächen zu bekommen, wird X doppelt gezogen.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet sein, die Darstellung so zu errechnen, dass der Abstand (in X Richtung) zwischen dem Liegenden und dem Hangenden, d.h. die Mächtigkeit M, vergrößert als M' darzustellen, d.h. größer darzustellen, als sie real ist (vgl. 16). Dies macht die Darstellung klarer und Korrekturen besser erkennbar. In dieser Darstellung können jetzt die beiden Schneidwalzen, der Flipper, die gefährdete Kappenspitze und der Förderer F mit Beladung 110 dargestellt werden. In dieser Darstellung können weitere Anzeigen errechnet und dargestellt werden, die in 16 wie folgt bezeichnet sind:

Die Schnittplanung 100, mit dem Bereich, der jeweils noch zu korrigieren ist.

Die Ergebnisse 102 von Kohle/Stein Erkennung durch Körperschallanalyse.
Die Fläche 104 der Vergangenheit (Alter Mann) mit Konvergenzanalyseergebnissen und/oder Ergebnissen einer seismoakustischen Analyse.
Die aktuellen Stempeldrücke 106.
Die Schrägstellung der Schilde und die Kraftrichtung, in welcher diese schieben, z.B. als Pfeile 108 am Förderer.
Die Fördererbeladung 110, animiert mit durch Bilderkennung erkannten Brocken.
Defekte 112 der Schilde mit unterschiedlichen Zeichen/Symbolen.
In 17 ist verdeutlicht, welche vergleichsweise einfach erfassbare Darstellung von dem Steuergerät errechnet werden kann. Die bereits geschnittene Liegendfläche 104, kann z.B. in einer Farbe dargestellt werden. Die in den nächsten Schnitten geplante Fläche 114 kann in einer anderen Farbe oder gestrichelt dargestellt werden. Die geplante Korrektur 118 an dieser Fläche ist mit einer dicken Linie dargestellt. Die aktuelle 3-dimensionale Fördererlinie 120 an der Basis ist ebenfalls durch eine markante fette Linie dargestellt. Eine identische Darstellung kann auf den einzelnen Steuergeräten 1, 2, 3, ... angezeigt werden, die an Schildausbaugestellen befestigt sind. Diese Darstellung kann abhängig von der Montagerichtung gespiegelt werden.
Nachfolgend sind vorteilhafte Ausführungsformen, Verfahrensschritte und Steuerungsvarianten des vorbeschriebenen Systems beschrieben:

Das Gewinnungssystem aus Walze, Förderer und Schilden wird unter einer Steuerung, einem SCADA System zusammengefasst.

Die Steuerung des Gesamtsystems greift auf Sensoren des Schildes und der Walze zurück.
Die Sensoren auf der Walze zeigen die Neigung in beiden Richtungen (X und Y), die Beschleunigung in Y, den Vorschub der Walze durch deren Zahnradtrieb, die Drehung um Y und die Stellung der beiden Schneidarme.
Die Sensoren aus den Schilden liefern den Weg des Schreitwerks, die Höhe des Schildes, den Druck in den Stempeln, sowie die Neigung der Schildkappe in beiden Richtungen.
Kameras in den Schilden zeigen über jeweils drei Bilder nach jedem Schnitt die statische Situation im Streb.
Aus allen diesen Daten lässt sich errechnen, wo die Walze steht und wo sie schneidet.
Aus der Veränderung dieser Daten über mehrere Schnitte lässt sich auch errechnen, in welcher Höhe der Schneidarm auf gleicher Höhe schneidet, so dass eine ebene Fläche entsteht.
Durch Schallanalyse im Schild kann detektiert werden, ob die Walze am Hangenden in Kohle oder in Stein schneidet. Entsprechend kann der Schnitt am Hangenden direkt korrigiert werden.
In gleicher Weise kann an den Orten, bei denen am Hangenden korrigiert wurde, die Schnittplanung am Liegenden korrigiert werden, da von einem kontinuierlich dickem (mächtigem) Flöz ausgegangen werden kann.
Der Schnitt am Liegenden wird in Abhängigkeit von Ergebnissen einer Bildauswertung korrigiert, die am Liegenden Struktur und Farbe hinter dem Förderer analysiert. Die Änderung der Schnitthöhe erfolgt über Schnittplanung.
Diese Analyse kann dann zu einer Korrektur der Mächtigkeit in dieser Umgebung herangezogen werden.
Der tatsächliche Abbaufortschritt kann über RFID mit integrierter Messung der Länge der Funkstrecke zwischen Steuergeräten im Streb und RFID Geräten in der Strecke an eingemessenen Orten erfolgen.
Eine Abweichung zwischen der Richtung der Strecke und der Abbaurichtung („Creep“) kann durch RFID zwischen den Steuergeräten im Streb und RFID Geräten in der Strecke an eingemessenen Orten erfolgen.
Ein Regelkreis für die Abbaurichtung kann durch automatische Korrektur des Vorhalts des unteren Endes des Förderers erfolgen.
Die Richtung des Abbaus kann durch Einstellen des Winkels zwischen Förderer und Schreitwerk erfolgen.
Dieser Winkel kann durch unterschiedliche Zyklen am Pusher eines Ausbau gestellt eingestellt werden. Durch die Wahl des Zeitpunkts, ob und wann der Pusher aktiviert wird, und auch ob der Pusher im gezogenen Schild oder dessen Nachbarn aktiviert wird, kann der Winkel zwischen Förderer und Schild verändert werden.
Der Winkel zwischen Schild und Förderer kann durch Analyse der Bilder von Strebkameras ermittelt werden.
Es werden nur wenige nachfolgende Schnitte (etwa 4 -10) dargestellt.
Es wird dargestellt wie der Schnitthorizont korrigiert werden soll und wann diese Korrektur beendet ist (Schnittplanung).
Innerhalb der bereits abgebauten Fläche des Liegenden werden Informationen über Gebirgsdruck, Konvergenzanalyse und Seismoakustik wiedergegeben. Das Hangende wird nur für den noch nicht abgebauten Bereich dargestellt und zwar so wie es auf Basis von Kontinuität und Schnittplanung erwartet wird. Die Mächtigkeit wird vergrößert dargestellt, wodurch Hangendes und Liegendes unabhängig dargestellt werden kann, ohne dass es als ineinander, bzw. als überlagerte Darstellung verwirrend und undeutlich wird.
Es wird der Winkel begrenzt, unter dem ein Bild dargestellt wird, sodass eine Grundeinstellung existiert. Diese kann aber gelöst werden, sodass der Streb aus beliebiger Richtung betrachtet werden kann.
Es wird als Bildausschnitt automatisch der Bereich gewählt, in dem Aktionen stattfinden, d.h. der Bereich, in dem die Schilde vorbereitet werden, die Walze schneidet, der Förderer gerückt und die Schilde gezogen werden.
Am Hangenden werden die Ergebnisse von Stein/Kohleerkennung mittels Körperschallanalyse angezeigt.
Die momentane Lage der Schneidräder der Walze wird angezeigt.
Die Fördererbeladung wird berechnet und als Schatten am Kohlenstoß (als eine gedachte Fläche zwischen der Vorderkante des Förderers und dem gezeichneten Hangenden) dargestellt. Diese Schattenlinie kann in der Darstellung mit der Geschwindigkeit des Förderers aus dem Streb laufen.
Durch die Verdrehung der Schilde zum Förderer wird der Förderer und damit der Streb seitlich gesteuert und in geneigter Lagerung der Förderer gehalten. Aus der Verdrehung der Schilde zum Förderer wird ermittelt, in welche Richtung die Schilde den Förderer jeweils drücken. Diese Vektoren können vor der Linie des Förderers dargestellt werden.
Die einzelnen Vektoren können zu einer Gesamtzahl addiert werden. Die Erfahrung zeigt dann, ab welcher Größe des Gesamtvektors sich der Förderer in eine Richtung bewegt. Diese Zahl ist für eine Anlage und dessen Einfallen dann wieder eine Regelgröße. Es sollten alle Schilde einen etwa gleichen Beitrag zu diesem Vektor leisten.
Stempeldrücke können durch die Länge oder die Farbe der Stempel angezeigt werden und als Zylinder dargestellt werden
In das lokale Koordinatensystem werden Vermessungspunkte aufgenommen, so dass die Daten in ein GIS-System übergeben werden können. Anhand dieser Vermessungspunkte kann die Aufnahme der Liegendfläche auf globale Koordinaten gedreht und verzerrt bzw. angepasst werden.
Es versteht sich, dass die vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen eine Vielzahl verschiedener Aspekte umfassen, die nicht nur in der beschriebenen Kombination sondern auch unabhängig voneinander als zur Erfindung gehörig angesehen werden. Auch ist die in Patentanspruch 1 beschriebene Verfahrensweise nicht zwingende Voraussetzung für die Realisierung der in den Unteransprüchen beschriebenen Merkmale. Mit anderen Worten sind sämtliche in dieser Anmeldung beschriebenen Einzelaspekte unabhängig voneinander, jedoch auch in beliebigen Kombinationen als zur Erfindung gehörige Offenbarung anzusehen.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines automatisierten Strebs im Untertagebau, der Ausbaugestelle und einen mit diesen verbundenen Förderer umfasst, der mit einem Gewinnungsgerät in Verbindung steht, wobei die Steuerung so erfolgt, dass ein erster Schnitt des Gewinnungsgerätes als Datenbasis für einen nachfolgende Schnitt verwendet wird und wobei eine Neigung des Gewinnungsgerätes in einer zur Abbaurichtung lotrechten Ebene gegenüber dem ersten Schnitt nicht geändert wird.
Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1, wobei die Steuerung des Strebfortschritts auf Basis eines lokalen Koordinatensystems erfolgt, dessen X-Achse in Abbaurichtung weist, wobei als Raster eine vorgegebene Schnitttiefe verwendet wird, dessen Y-Achse der aktuellen, insbesondere in eine Horizontalebene projizierten gekrümmten Linie des Förderers entspricht, wobei als Raster die Länge eines Schusses der Förderrinne oder die Breite eines Ausbaugestells verwendet wird, und dessen Z-Achse lotrecht und rechtwinklig zur X-Achse und zur Y-Achse verläuft.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zur Steuerung Neigungs- und Positionsdaten zumindest eines Sensors verwendet werden, der auf einem in dem Streb eingesetzten Gewinnungsgerät angeordnet ist, welche die Neigung des Gewinnungsgerätes relativ zur Z-Koordinate in der X-Z Ebene und in der Y-Z Ebene, den Weg des Gewinnungsgerätes in Y-Richtung, und die Neigung von zwei Schneidarmen des Gewinnungsgerätes in der X-Z Ebene anzeigen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Abbaufortschritt in Z-Richtung mit Hilfe von Schreitwerksensoren ermittelt und anhand der Winkelbeschleunigung um die Z-Achse und anhand von Positionsdaten korrigiert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei an den Ausbaugestellen des Schreitwerks Sensoren verwendet werden, welche Daten über den Weg des Ausbaugestells, den Druck in Stempeln des Ausbaugestells sowie die Neigung der Kappe des Ausbaugestells liefern, wobei unter der Annahme, dass das Hangende eine über die Mächtigkeit verbundenen parallele Ebene zum Liegenden bildet, redundante Steuerdaten erhalten werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Liegende hinter dem Förderer mittels Bilderfassung entlang des Strebs aufgezeichnet wird, die Aufzeichnung ausgewertet und zur Steuerung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Auswertung mit Hilfe von Farbbildanalyse der Aufzeichnung und/oder unter Beleuchtung mit unterschiedlichen Wellenlängen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Auswertung mithilfe von Strukturanalyse der Aufzeichnung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein in der Abbaufront vorhandenes Markerband mittels Bilderfassung entlang des Strebs aufgezeichnet, ausgewertet und zur Steuerung des Liegendschnittes verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Winkelabweichung zwischen der X-Achse und der Strecke ermittelt wird, um die Abbaurichtung zu korrigieren.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Schnitt durchgeführt wird, während des Schnittes die Lage des Liegenden innerhalb des Koordinatensystems ermittelt und als Ausgangspunkt für einen nachfolgende Schnitt herangezogen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Abbaufortschritt und dessen Abweichung von der Strecke mittels globaler Koordinatenpunkte in der Strecke ermittelt wird, insbesondere unter Durchführung einer Laufzeitmessung von elektromagnetischen Signalen, die zwischen einem globalen Koordinatenpunkt und einem Ausbaugestell gesendet werden.
Steuereinrichtung, ausgebildet und eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche.
Steuereinrichtung nach Anspruch 13, umfassend ein Steuergerät mit einer graphischen Anzeige, wobei das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, eine zumindest abschnittsweise Darstellung des Verlaufs des Liegenden und des Hangenden mit Rasterlinien in den vorgegebenen Rastern in dem lokalen Koordinatensystem so zu errechnen, dass der Abstand zwischen dem Liegenden und dem Hangenden vergrößert dargestellt ist.
Steuereinrichtung nach Anspruch 14, ausgebildet und eingerichtet, zumindest eine der folgenden Darstellungen zu errechnen: die nächste von der Steuerung errechnete Schnittlinie einschließlich dabei vorzunehmender Korrekturen, bei einem nachfolgenden Schnitt gefährdete Komponenten eines Ausbaugestells, die Beladung des Förderers, den Verlauf des noch nicht geschnittenen Hangenden, den Verlauf des Liegenden.