DE112011102843T5

DE112011102843T5 - Mineralflözerkennung für den Tagebau

Info

Publication number: DE112011102843T5
Application number: DE112011102843T
Authority: DE
Inventors: Larry D. Frederick
Original assignee: Geosteering Mining Services LLC
Current assignee: Geosteering Mining Services LLC
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2013-07-18
Also published as: US20120049607A1; CA2809485A1; WO2012027707A1; AU2011293198B2; CA2809485C; US8590981B2; AU2011293198A1

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen des Vorhandenseins eines Mineralflözes beim Kohle- oder Erzabbau. Eine Abbaumaschine mit einer Schneidtrommel weist eine Detektoranordnung auf, die zwei Detektoren hat, die an einer von der Schneidtrommel abgebauten Oberfläche angeordnet sind. Die Detektoren haben nach unten weisende Fenster, die Gammastrahlung vom Abbaumaterial und vom unerwünschtem Material empfangen. Ein Detektor ist tiefer als der andere Detektor und über einem Graben angeordnet, der unterhalb der von der Schneidtrommel erzeugten Abbaufläche ausgebildet ist. Die Schneidtiefe der Schneidtrommel kann basierend auf den Strahlungsniveaus, die von den Detektoren erkannt werden, gesteuert werden.

Description

BEZUGNAHME AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile der provisorischen US-Anmeldung 61/377,503, die am 27. August 2010 eingereicht worden ist, und deren Gegenstand in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hier aufgenommen wird.
Hintergrund
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen des Vorhandenseins von Mineralflözen beim Abbau von Kohle oder Erz.
Über einen Zeitraum von vielen Jahren sind schon viele Konzepte ausprobiert worden, um die Steuerung im Bergbau zu verbessern, um die Menge an Kohle oder eines anderen Materials, die von der Bergbauausrüstung gefördert wird, zu vergrößern und die Menge unerwünschten Gesteins, Lehms oder anderen Materials, die von der Bergbauausrüstung gefördert wird, zu verringern. Viele dieser Konzepte umfassen „Führungs-”Systeme, die die Abbauvorrichtung auf der Basis von Vorhersagen und Annahmen, die sich auf die Stelle der Grenzfläche zwischen dem Mineral und dem Fels beziehen, dahin führen oder darauf hinweisen, wo abzubauen ist. Diese Vorhersagen und Annahmen basieren typischerweise auf Daten oder Informationen, die auf Erfahrungen der Bergbauausrüstung bei vorangehenden Abbauvorgängen basieren.
Ein typischer Aufbau einer kontinuierlich arbeitenden Abbauvorrichtung hat ein Rotationsschneidwerkzeug, das vielleicht einen Durchmesser von 3 bis 6 Fuß hat, dem Mittel folgen, um das abgebaute Material zu sammeln und in ein Fördermittel zu transportieren. In den meisten Fällen ist es die ideale Betriebsweise des Schneidwerkzeugs, alles gewünschte Material oberhalb von unerwünschtem Material zu entfernen oder alles unerwünschte Material, das über dem gewünschten Material liegt, zu entfernen. Jedoch bleibt fast immer einiges gewünschte, abzubauendes Material übrig, oder einiges unerwünschte Material wird zusammen mit dem gewünschten Material abgebaut. Nach dem Abbau können das gemischte unerwünschte und gewünschte Material in einer Verarbeitungsanlage weiter getrennt werden, um die Qualität des Materials zu erhöhen. Der Trennungsprozess erhöht jedoch die Kosten erheblich und mit bekannten kommerziell und ökonomisch geeigneten Techniken kann keine vollständige Trennung und Reinheit des Materials erreicht werden. Ein Felsvermeidungssystem ist aufgebaut, um Steuermittel bereitzustellen, die helfen, eine höhere Qualität des Abbaus zu erreichen, entweder durch Bereitstellen von Information an den Bediener oder durch automatisches Steuern der Position des Schneidwerkzeugs in Bezug auf die Grenzfläche zwischen gewünschtem und unerwünschtem Material, oder einer Kombination der beiden Ansätze.
Eine Technik verwendet sich wiederholende Zyklen. Ein Computer wird durch den Bediener der Fördervorrichtung instruiert, spezifische Zyklen durchzuführen, oder das Steuersystem ist programmiert, sich Aktionen des Bedieners während eines Zyklus' zu merken und zu wiederholen. Diese Technik funktioniert aufgrund der hohen Variabilität der Gesteins- und Mineralformationen und mit der Bedienung zusammenhängenden Überlegungen nicht gut. Diese Technik ist insbesondere ineffektiv, wenn sie in kontinuierlich arbeitenden Fördervorrichtungen und Tagebau-Fördervorrichtungen benutzt wird, da sich die Fördervorrichtung auf abgebautem Boden bewegt, was zu Abbaufehlern führt (z. B. Verbleiben einer überschüssigen Kohleschicht auf dem Boden oder übermäßiges Abbauen von Fels auf dem Boden), die dazu neigen, sich von einem Fördervorgang zum nächsten zu verstärken.
Im Falle des Abbaus langer Schichten in einem Arbeitsvorgang („Strebbau” bzw. „long-wall mining”) besteht die Möglichkeit, das zu nutzen, was beim Fördervorgang entlang der Mineralfläche gelernt worden ist, um die Abbaustrategie für den nächsten Fördervorgang entlang der Fläche zu verbessern. Eine Technik benutzt ein Speichersystem, um die Profile der Felsfläche am Boden und am oberen Rand eines Fördervorgangs zu protokollieren und dieses Wissen dann zu nutzen, um den Abbauvorgang zu beeinflussen, wenn sich das Schneidwerkzeug entlang der gleichen Fläche in der entgegengesetzten Richtung bewegt. Diese Technik ist jedoch nur von begrenztem Erfolg gewesen, da das Gesteinsflächenprofil in einem Abbauvorgang das benötigte Gesteinsflächenprofil des nächsten Abbauvorgangs nicht genau wiedergibt, und weil es eine große Variabilität in den Gesteinsformationen und Abbauvorgängen gibt. Dementsprechend sind die Ausrüstung und der Betrieb beim Schneiden in die Grenzfläche zwischen Gestein und Kohle unter Benutzung der Führungsstrategie in ihrer Effizienz beschränkt.
Es sind Systeme entwickelt worden, die in der Lage sind, eine Grenzfläche zwischen Kohle und Gestein unter Benutzung von Sensoren zu erkennen, die auf das geförderte Mineral gerichtet und abseits der Abbaufläche angebracht sind, wie z. B. am Arm der Schneidtrommel oder auf einem Aufbau hinter der Schneidtrommel. Siehe US Patent 7,402,804 „Geosteuerung von Maschinen zum Abbau fester Mineralien”, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird. Für einige Anwendungen, wie z. B. den Tagebau von Braunkohle, kann die von dem unerwünschten Material, typischerweise Lehm, ausgesandte Strahlung schwach und daher von einem zuvor beschriebenen System, das abseits der Abbaufläche, wie z. B. am Arm einer Schneidtrommel oder auf einem Aufbau hinter der Schneidtrommel angebracht ist, schwer zu erkennen sein. Und bei einigen Tagebau-Abbauvorrichtungen ist der Aufbau nicht ausreichend, um ein Detektorsystem anzubringen, das auf das geförderte Mineral gerichtet ist.
Für einen manuell gesteuerten Ansatz benötigt der Bediener Informationen über die Position des Schneidwerkzeugs im Bezug auf die Kohle/Fels-Grenzfläche. Wenn kein Felsvermeidungssystem vorhanden ist, muss sich der Bediener auf verschiedene Hinweise verlassen, um zu bestimmen, ob das Schneidwerkzeug an der Grenzfläche, über der Grenzfläche oder unter der Grenzfläche ist.
Im Prinzip gibt es zwei allgemeine Abbaustrategien, die angewandt werden können. Eine ist es, den Schwerpunkt darauf zu legen, den Abbau von Fels oder Lehm zu vermeiden, während versucht wird, so viel gewünschte Mineralien wie möglich zu fördern. Die andere ist es, sicherzustellen, dass alle Mineralien abgebaut werden, aber auch zu versuchen, dabei so wenig unerwünschtes Material wie möglich mitzunehmen. Es kann argumentiert werden, dass beide Strategien, wenn sie geeignet umgesetzt werden, zu dem selben Ergebnis führen, aber unter Berücksichtigung aller Variablen und menschlichen Faktoren, neigt die eine Strategie dazu, eine höhere Produktion zu erzeugen, während die andere Strategie dazu neigt, ein reineres Abbauprodukt bereitzustellen. Die Wahl zwischen diesen Strategien erfordert einige Änderungen in den Algorithmen oder Signalen, die dem Bediener angezeigt wurden, aber umfasst die gleichen fundamentalen Elemente. Daher wird zum Zwecke des Beschreibens des Betriebs ein idealisierter Ansatz gewählt, wobei es das Ziel ist, das Schneidwerkzeug so zu steuern, dass es an der Grenzfläche positioniert ist.
Die folgende Diskussion bezieht sich auf den Abbau von Braunkohle, wobei typischerweise Lehmschichten zwischen den Braunkohleschichten vorhanden sind. Der Bediener einer Tagebau-Abbauvorrichtung schaut typischerweise auf das freigelegte, nicht geförderte Material hinter dem Schneidwerkzeug herunter und kann Videokameras benutzen, um durch visuelles Betrachten der Schattierung oder Farbe des nicht geförderten Materials hinter dem Räumschild die Tiefe zu bestimmen, die das Schneidwerkzeug in den Lehm unter der Kohle eingedrungen ist. Nach dem Eindringen in den Lehm ist es unmöglich, aus der Farbe oder der Schattierung des nicht geförderten Materials zu bestimmen, wie tief das Schneidwerkzeug in den Lehm eingedrungen ist, selbst wenn sich sein Aussehen von dem der Kohle unterscheidet. Ein Hinweis für den Bediener ist es, die Farbe und Konsistenz des Materials, das in den Förderlastwagen gekippt wird, der der Fördervorrichtung seitlich folgt, visuell zu beobachten. Wenn der Bediener erhebliche Mengen an Lehm in dem Abbauprodukt, das als ROM („Run of Mine”) bezeichnet wird, sieht, kann er darauf reagieren, indem er das Schneidwerkzeug anhebt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Fördervorrichtung schon mit einer Mischung aus Lehm und Kohle gefüllt. Um sicherzustellen, dass das Schneidwerkzeug nicht tiefer als nötig in den Lehm eindringt ist es erforderlich, dass der Bediener das Schneidwerkzeug häufig anhebt, bis sich die Farbe des Materials zu ändern beginnt, was anzeigt, da sich das Schneidwerkzeug über der Kohle/Lehm-Grenzfläche befindet. An diesem Punkt verlässt jedoch das Schneidwerkzeug die Kohle. Daher muss der Bediener das Schneidwerkzeug sofort wieder absenken, um damit zu beginnen, die gesamte Kohle zu entfernen. Dadurch, dass sich der Aufbau sowohl in der Fortbewegungsrichtung als auch rechtwinklig dazu bewegt, ist der Bediener mit einer sehr herausfordernden Steueraufgabe konfrontiert. Dieser Steuervorgang ist aufgrund der beiden zusätzlichen Faktoren (1) Reaktionszeit und (2) andere Aufgaben des Bedieners, die von der Schneidaufgabe ablenken, noch herausfordernder.
Manchmal sind Videokameras hinter dem Räumschild und hinter dem Schneidwerkzeug angeordnet, so dass die Stelle einer vorgegebenen Abbaufläche (oder Schneidebene) gesehen werden kann, sobald die Fördervorrichtung sich ausreichend vorwärts bewegt hat, um die Stelle in das Blickfeld der Kamera zu bringen, was wenige Sekunden, nachdem der Abbauvorgang durchgeführt worden ist, passiert. Wenn ein Abbaufehler gemacht wird, kann dies der Bediener nicht wissen, bis die Kameras über das Material gefahren sind, um eine Änderung der Farbe, der Schattierung oder der Eigenschaft des nicht geförderten Materials zeigen. Dann besteht eine Zeitverzögerung, die der Bediener benötigt, um zu reagieren, und die die Maschine benötigt, um auf eine Anweisung des Bedieners zu reagieren. Bei einer manuell gesteuerten Maschine ist ein Verzögerungsfaktor unvermeidbar. Es ist der zweite Faktor, der in Kombination mit der Reaktionszeit den effektiv größten Schneidfehler erzeugt. Der Bediener hat viele andere wichtige Aufgaben durchzuführen. Er muss die Position des Lastwagens relativ zur Fördervorrichtung häufig beobachten, um den Lastwagen richtig zu beladen. Er muss häufig mit dem Fahrer des Lastwagens kommunizieren, und manchmal mit anderen Lastwagen, die sich aufreihen, damit sie in der geeigneten Position sind. Er muss das geförderte Material im Hinblick auf Hinweise, dass zu viel Lehm abgebaut wird, beobachten, während es auf den Lastwagen verladen wird. Instrumente sind zu überwachen und Steuerungen zu bedienen. Die am meisten ablenkende Aufgabe kann sein, die Abbauvorrichtung zu führen, was erfordert, dass der Bediener in der Fahrtrichtung nach unten schaut, um die Kettenspuren in der korrekten Position zu halten. Eine andere Aufgabe ist es, zu bestimmen, ob die Tagebau-Abbauvorrichtung mit der Rotationsachse von links nach rechts mit der Formation ausgerichtet ist. Es besteht in der Praxis eine Beschränkung, wie schnell er seine Beobachtung zwischen den anderen Aufgaben und dem Steuern der Höhe der Schneidvorrichtung wechseln kann. Wenn der Bediener versucht, sicherzustellen, dass alle Kohle abgebaut ist, wird häufig wenigstens eine kleine Menge an Lehm im ROM sein. Das Beobachten der Qualität des ROM erfordert es, dass der Bediener visuell bestätigt, dass eine kleine Menge an Lehm in der Kohle ist, aber sicherstellt, dass die Menge an Lehm in dem ROM nicht übermäßig groß ist. Wenn kein Lehm in dem ROM ist, muss der Bediener annehmen, dass die Schneidvorrichtung über der Grenzfläche ist und daher einige Kohle nicht abgebaut wird. Er kann dann, in Abhängigkeit von anderen Hinweisen unter Beachtung seiner Reaktionszeit und die der Maschine und der Variabilität der Grenzfläche des Flözes das Schneidwerkzeug sofort absenken, ohne überzureagieren. Diese Aufgabe der Qualitätsüberwachung und Steuerung erfordert es, dass der Bediener das abgebaute Produkt sorgsam und ununterbrochen überwacht. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Kohle, die in den Lastwagen verladen wird, das Resultat von Schneidvorgängen weit hinter der aktuellen Position des Schneidwerkzeuges ist, tritt beim Auswerten der Qualitätsresultate eine signifikante Verzögerung in der Rückkopplung auf, die sich zur Reaktionszeit und den zuvor beschriebenen Verzögerungen addiert. Wenn der Boden nicht beobachtet werden kann, da andere Aufgaben durchgeführt werden, sind Abbaufehler wahrscheinlich, insbesondere da das Schneidwerkzeug häufig von der Abbaufläche angehoben werden muss, um sicherzustellen, dass es nicht zu tief in den Lehm eindringt. Als ein Ergebnis wird klar, warum die Bediener berichten, dass sie sich auf das Beobachten der Qualität des ROM verlassen müssen, obwohl dies viel zu spät ist, um einen Abbau mit der gewünschten Genauigkeit zu erzielen.
In einigen Fällen hat der Lehm unter der Kohle die gleiche Farbe und Schattierung wie die Kohle, so dass an und um die Grenzfläche keine visuellen Hinweise vorhanden sind, was das Zielobjekt ist. In diesem Fall macht es das Fehlen visueller Hinweise noch viel schwieriger, sich dem idealen Abbau alles gewünschten Materials und keines ungewünschten Materials anzunähern.
Die obige Diskussion ist auf das Durchführen des finalen Abbaus gerichtet, der durchgeführt wird, um die Kohle oberhalb der Kohle/Lehm-Grenzfläche abzubauen. Auch die Benutzung der Tagebau-Abbauvorrichtung, um Lehm von der Oberseite des abbaubaren Kohleflözes zu entfernen, erscheint sehr wünschenswert. Die von dem Bediener während dieser Reinigungsphase durchzuführenden Aufgaben sind denen in der Abbauphase ähnlich. Einige Herausforderungen gleicher Art sind vorhanden. Wenn es die Priorität des Bedieners ist, die Strategie zum vollständigen Ausbeuten des Flözes umzusetzen, ist es die Anforderung, die gesamte Kohle übrig zu lassen, nachdem so viel Lehm wie möglich entfernt worden ist. Es gibt aber keine Möglichkeit, die Dicke der Lehmschicht über der Kohle entweder durch direkte Beobachtung oder durch Videokameras zu bestimmen, die allein auf ihrer Erscheinung basiert. Eine dicke Schicht wird das gleiche Aussehen wie eine dünne Schicht haben. Erst wenn die Kohle unter dem Lehm beginnt, freigelegt zu werden, kann der Bediener feststellen, dass das Schneidwerkzeug an der Grenzfläche ist. Daher muss er, um nicht zu viel Lehm übrig zu lassen, das Schneidwerkzeug häufiger weit genug absenken, um die Kohle zu erreichen, so dass der Unterschied in der Farbe und Schattierung sichtbar wird. Wenn dies passiert, ist jedoch einige Kohle zusammen mit dem zu entfernenden Lehm entfernt worden. Daher ist es wichtig, das Schneidwerkzeug schnell wieder anzuheben. Diese Aufgabe mit der gewünschten Präzision durchführen zu können, würde erfordern, dass der Bediener in der Lage ist, die abgebaute Grenzfläche nahezu kontinuierlich zu beobachten, was, wie in der obigen Diskussion gezeigt, praktisch unmöglich ist.
Es besteht daher ein Bedürfnis, ein System bereitzustellen, das in der Lage ist, eine Grenze zwischen einer Braunkohleschicht und einer Lehmschicht zu erkennen, um dabei zu helfen, zu vermeiden, die Braunkohleschicht und die Lehmschicht gleichzeitig abzubauen. Und es besteht ein klares Bedürfnis, in der Lage zu sein, das Schneidwerkzeug so nahe wie möglich an dieser Grenze zu positionieren, um alle Kohle zu entfernen, ohne etwas von dem Lehm unter der Kohle zu entfernen.
Zusammenfassung
In einem Aspekt ist das vorliegende Mineralflözerkennungssystem zum Braunkohleabbau unter Benutzung unterschiedlich abgeschirmter Gammadetektoren und zum Steuern der Abbauvorrichtung, um die erkannte Kohle/Lehm-Grenze abzubauen, ausgebildet. Hinter dem Schneidwerkzeug sind zwei abgeschirmte Gammastrahlungsdetektoren angeordnet, einer an der Abbaufläche und der andere etwas tiefer in einem Graben, der von einem Pflug oder einer Schaufel, die dem Schneidwerkzeug folgen, ausgehoben wird. Dem Pflug können Reißelemente vorangehen, die das Material lockern, bevor es von dem Pflug durchdrungen wird, um die Kraft zu reduzieren, die von dem Pflug aufgebracht werden muss, um das Material von der Formation zu trennen. Unterschiede zwischen den Strahlungsniveaus, die von dem Oberflächendetektor und dem Grabendetektor gemessen werden, werden benutzt, um die Position des Schneidwerkzeugs in Bezug auf die Kohle/Lehm-Grenzfläche vorherzusagen. Unter einem anderen Gesichtspunkt kann das System genutzt werden, um die Position des Schneidwerkzeugs einer Tagebau-Abbauvorrichtung zum Entfernen von Lehm über dem Mineral zu steuern, oder um den Abbau der hinteren Trommel eines Strebbau-Abbausystems zu steuern.
Unter einem anderen Gesichtspunkt hat das Räumschild, das typischerweise dem Schneidwerkzeug einer Tagebau-Abbauvorrichtung folgt, um das abgebaute Material zu sammeln, so dass es auf ein Förderband gebracht werden kann, typischerweise eine flache Oberfläche, die sich über die Oberfläche des Bodens bewegt, der gerade durch das Entfernen des Materials über dem Boden erzeugt worden ist, und, um Differenzgammamessungen bereitzustellen, wird eine Messung über dem abgebauten Boden und eine unter dem abgebauten Boden durchgeführt, wobei ein Graben geschaffen wird, um Material einem Detektor auszusetzen, das unterhalb desjenigen Materials ist, das dem anderen Gammadetektor ausgesetzt ist. Am Ende dieses Bereiches des Räumschildes sind Reisselemente hinzugefügt, um das nicht abgebaute Material aufzubrechen, so dass der Pflug, der direkt hinter den Reisselementen folgt, das Material einfacher entfernen kann. Der Pflug entfernt das Material und drückt es zur Seite, so dass es nicht unter die Detektoranordnung gelangt, und formt dabei einen Graben, durch den sich einer der Detektoren bewegt. Der andere Detektor bewegt sich neben dem Graben über die nicht abgebaute Oberfläche.
Das hier beschriebene System verbessert den Abbauvorgang erheblich, indem es dem Bediener zeitnah Indikatoren auf eine Weise zur Verfügung stellt, die es dem Bediener einfach ermöglichen, zu reagieren, oder dies wird von einem Computer durchgeführt, wobei Vorrichtungen vorgesehen sind, die es dem Bediener ermöglichen, den Computer zu übersteuern.
Es werden zwei Anzeigemethoden zur Verfügung gestellt. Das Ausmaß an Strahlung, die von den beiden Detektoren gemessen wird, von denen einer im Graben und einer auf der Oberfläche misst, wird auf analoge Weise dargestellt. Unter einem Gesichtspunkt benutzt eine Anzeigetechnik eine vertikale LED-betriebene Anzeige, die eine LED aufleuchten lässt, die dem Ausmaß an Strahlung zugeordnet ist. Ein geeigneter Aufbau kann 50 LEDs haben, die so eingestellt sind, dass die in einem gegebenen Bergwerk bzw. Tagebau minimal gemessene Strahlung im Bereich der unteren 3–5 LEDs liegt, und die maximale Strahlung eine LED unterhalb der 45sten LED aufleuchten lässt, was noch Raum dafür lässt, dass das Maximum ab und an die oberste LED erreicht oder fast erreicht, wenn die zufällige Schwankung der Strahlung solch einen Maximalwert erzeugt.
Ein zweites Verfahren besteht darin, eine Mikrosteuerung zu verwenden, um die Messwerte der Detektoren aufzunehmen und Entscheidungen zu treffen, die dem Bediener über kleine LEDs mitgeteilt werden, die an Stellen im peripheren Blickfeld des Bedieners angeordnet sind. Durch geeignetes Positionieren dieser Indikatoren kann der Bediener sehen, dass eine LED aufleuchtet, während er andere wichtige Aufgaben wahrnimmt. Zum Beispiel kann ein Satz an LEDs im Fenster in der Richtung des Lastwagens angeordnet sein, der auf der linken Seite der Abbauvorrichtung beladen wird, und ein anderer Satz kann in dem Fenster auf der rechten Seite angeordnet sein. Ein dritter Satz an LEDs kann in der Nähe des Fensters sein, das es dem Bediener erlaubt, die Spuren zu sehen, während er die Fortbewegung der Maschine steuert. Diese drei LED-Sätze erlauben es dem Bediener, während der meisten Zeit normale Aufgaben durchzuführen, und gleichzeitig auf eine Anzeige zu reagieren, dass das Schneidwerkzeug die Abbaufläche überschritten hat, oder dass das Schneidwerkzeug nicht nahe genug an der Abbaufläche ist.
Die Benutzung beider Typen von Indikatoren ist wünschenswert, um eine Überprüfung der LED-Anzeigen zu ermöglichen, insbesondere beim Übergang von einem Schneidwerkzeug zu einem anderen oder beim Reagieren auf ungewöhnliche Anomalien in der Formation.
Statt dass die Ausgabe der Mikrosteuerung nur Hinweise gibt, können die Signale an die LEDs auch einem Schneidwerkzeug-Steuersystem zugeführt werden, um das Schneidwerkzeug automatisch zu steuern, mit der Vorgabe, dass Steuerbefehle des Bedieners die automatischen Signale überschreiben. Diese Redundanz der Steuerpfade ist vorteilhaft, wenn man sich von einer Stelle zu einer anderen bewegt, oder beim Reagieren auf Anomalien in der Formation.
Unter einem anderen Gesichtspunkt, werden Vorrichtungen getroffen, die ein kontinuierliches Mitteln der Detektormessungen während der vielen Zeiträume ermöglichen, in denen die Abbauvorrichtung die Vorwärtsbewegung unterbrechen muss.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht entlang der Linie I-I der 2 eines Mineralflözerkennungssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, das auf einem Ausrüstungsgegenstand angebracht ist.
2 ist eine Ansicht des Systems aus 1 von unten.
3 ist eine schematische Seitenansicht des Systems aus 1.
4 ist eine schematische Rückansicht des Systems aus 1, mit der Bewegungsrichtung in die Zeichenebene.
5 ist ein schematisches Diagramm der Anzeigeanordnung des Systems aus 1.
6 ist ein Graph der gezählten Gammaimpulse, die von den Detektoren des Systems aus 1 erkannt worden sind.
7 ist eine Ansicht entlang der Linie VII-VII aus 8 eines Mineralflözerkennungssystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, das auf einem Ausrüstungsgegenstand angebracht ist.
8 ist eine Ansicht des Systems aus 7 von unten.
9 ist ein Mineralflözerkennungssystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, das an einem Ausrüstungsgegenstand angebracht ist.
10 ist eine Seitenansicht des Systems aus 9.
11 und 12 sind Tabellen, die Anzeigemodi der Anzeigen aus 5 zeigen.
13 ist eine Ansicht entlang der Linie XIII-XIII aus 14 eines Mineralflözerkennungssystems gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, das an einem Ausrüstungsgegenstand angebracht ist.
14 ist eine Ansicht des Systems aus 13 von unten.
15 ist eine Ansicht entlang der Linie XV-XV aus 16 eines Mineralflözerkennungssystems gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, das an einem Ausrüstungsgegenstand angebracht ist.
14 ist eine Ansicht des Systems aus 15 von unten.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Nunmehr Bezug nehmend auf die 1 und 2 wird ein Mineralflözerkennungssystem 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Das System 10 umfasst eine Detektoranordnung 16, die an einem Räumschild 68 einer Tagebau-Abbauvorrichtung auf der Unterseite der Tagebau-Abbauvorrichtung 12 angebracht ist.
Eine Tagebau-Abbauvorrichtung 12 bewegt sich horizontal in Richtung 15 über eine Formation, während die Höhe des Schneidwerkzeugs 14 über der Mineralgrenze gesteuert wird. Obwohl es möglich ist, einen Gammadetektor in dem allgemeinen Bereich hinter dem Schneidwerkzeug zu installieren, um es zu ermöglichen, die Formation zu betrachten, während sie abgebaut wird, gibt es strukturelle/geometrische Überlegungen, wie z. B. zu wenig Raum, die verhindern, dass dieser Ansatz praktisch umgesetzt wird, zumindest auf eine Weise, die ein ausreichend präzises Steuern des Prozesses ermöglicht. Daher werden die Gammadetektoren des Felsvermeidungssystems am Besten einige Fuß weiter hinten an der Maschine, hinter dem Räumschild, positioniert.
Die Anordnung 16 hat zwei Gammadetektoren, einen Grabengammadetektor 56 und einen Oberflächengammadetektor 52, die nebeneinander angeordnet sind. Die beiden Gammadetektoren 52 und 56 sind abgeschirmt, um sie vor der rauen Umgebung zu schützen. Die Detektoren 56 und 52 haben jeweils Fenster 55, 51 aus Fiberglas in der Abschirmung, um es zu ermöglichen, dass Gammastrahlung die Gammasensoren der Detektoren erreicht. Die Bügelanordnungen können so ausgerichtet sein, dass sie am Besten zur Geometrie des Aufbaus der Abbaueinrichtung passen. Die Anordnung 16 kommuniziert durch eine geeignete Verkabelung oder drahtlos oder über Bluetooth-Verbindungen 72 mit den Steuerungen, Computern und Anzeigevorrichtungen 70.
Die Anordnung 16 wird an der Vorderseite durch ein Paar Bügelanordnungen 66 abgestützt, so dass sie um die Anordnungen 66 aufwärts und abwärts schwenken kann. Die Bügelanordnungen 66 sind an eine Befestigungsplatte 62 geschweißt, die zwischen den Seitenwänden 61 des Räumschildes an das Räumschild 68 geschweißt ist und sich über dieses erstreckt. Die Anordnung 16 wird hinten durch ein oder mehrere flexible Seile 69 abgestützt, was es der Anordnung 16 erlaubt, aufwärts zu schwenken, z. B. wenn sie auf ein Hindernis trifft. Die oberen Enden der Seile 69 sind am Räumschild 68 angebracht.
Das System 10 weist auch einen Pflug 30 auf, der an den unteren Bereich der Platte 63 des Räumschilds 68 geschweißt ist oder auf andere Weise von diesem abgestützt wird. Der gezeigte Pflug 30 ist ein ungefähr 2 Zoll breiter Stahlbalken, der ungefähr 15 Zoll lang ist und mit einer vorderen Seite 32 in einem Winkel 35 von ungefähr 125° in Bezug auf die Bewegungsrichtung 15 angebracht ist, und der ein hinteres Ende 33 hat.
Wenn sich die Tagebau-Abbauvorrichtüng 12 im Betrieb in der Richtung 15 nach vorne bewegt, rotiert die Schneidtrommel 14 der Tagebau-Abbauvorrichtung, um Material von der Erdoberfläche abzubauen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel baut die Schneidtrommel 14 ein Flöz 20 aus Lignit ab, das häufig als Braunkohle bezeichnet wird, ein weiches, bräunlich-schwarzes Brennmaterial, mit Eigenschaften, die irgendwo zwischen Torf und Kohle liegen. Während sich die Abbauvorrichtung 12 vorwärts bewegt, baut die Schneidvorrichtung das Flöz 20 (das vor der Schneidvorrichtung 14 dicker ist) ab, um eine frisch abgebaute Oberfläche (oder Boden 22) auszubilden und zu hinterlassen. Auf die bekannte Weise ist das Räumschild 68 eine große Schaufel, die angeordnet ist, um die frisch abgebaute Braunkohle von der Oberfläche 22 aufzunehmen und an eine (nicht gezeigte) Fördervorrichtung weiterzuleiten, um sie an einen Abbaulastwagen oder eine andere geeignete Lagerstelle zu fördern.
Der Pflug 30 ist so an der Bodenplatte 63 des Räumschilds 68 angebracht, dass der Pflug 30 unter die Oberfläche 22 gedrückt wird, um einen Graben 30 mit einer Breite 49 zwischen den Grabenseitenwänden 44 und 46 auszubilden. Da sich die Räumschildplatte 63 an der Fläche 22 befindet, hat der Graben 40 eine Tiefe 48 (3) von der Oberfläche zum Boden 42 des Grabens 40, die ungefähr gleich der Dicke des Pfluges 30 ist. Der Grabendetektor 56 ist so angebracht, dass das Detektorfenster 55 in seiner unteren Fläche 57 über dem Graben 40 angeordnet ist. Der Oberflächendetektor 52 ist so angebracht, dass das Detektorfenster 51 in seiner unteren Fläche 53 nicht über dem Graben 40 angeordnet ist. Darüber hinaus ist der Grabendetektor 56 um einen Abstand 58, der ungefähr gleich der Tiefe 48 des Grabens ist (in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ungefähr 2 Zoll) unter dem Oberflächendetektor 52 angebracht. An einer seitlichen Position zwischen dem Grabendetektor 56 und dem Oberflächendetektor 52 ist auch ein Zentralteilungspflug 64 angeordnet, um dabei zu helfen, zu verhindern, dass abgebautes oder gepflügtes Material (Braunkohle aus dem Flöz 20) in den Graben 40 fällt.
Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 treten Mineralien, wie z. B. Braunkohle, natürlicherweise in Flözen auf. Braunkohle kann in mehreren Flözen mit dazwischen angeordneten Lehmschichten auftreten. Die Braunkohleflöze können ein oder mehrere Fuß dick sein. Die Detektoren werden vor allem benutzt, wenn der finale Abbau an der Grenzfläche durchgeführt wird. Wie beschrieben ist ein Braunkohleflöz 20 gezeigt, der von einem Schneidwerkzeug 14 abgebaut wird. Unter dem Flöz 20 befindet sich eine Schicht 24 aus unerwünschtem Material. Zwischen dem Flöz 20 und der Schicht 24, die einander benachbart sind, ist eine Grenzfläche 23 definiert. Unter der Lehmschicht 24 befindet sich ein anderes Braunkohleflöz 26, mit einer Grenzfläche 25 zwischen der Schicht 24 und dem Flöz 26. Und unter dem Braunkohleflöz 26 befindet sich eine weitere Lehmschicht 28, mit einer Grenzfläche 27 zwischen dem Flöz 26 und der Schicht 28.
Tagebau-Abbauvorrichtungen können in einem einzigen Durchgang Oberflächenmaterial bis zu einer Tiefe von drei oder mehr Fuß entfernen. Idealerweise würde die Tagebau-Abbauvorrichtung im Wesentlichen das gesamte gewünschte Material (im gezeigten Ausführungsbeispiel die Braunkohle) im ersten Durchgang entfernen, und dann in einem zweiten Durchgang im Wesentlichen das ganze unerwünschte Material (in dem gezeigten Ausführungsbeispiel den Lehm) entfernen. Auf diese Weise kann das gewünschte Material mit einer minimalen zusätzlich erforderlichen Verarbeitung des geförderten Materials von dem unerwünschten Material getrennt gehalten werden. Es ist anzumerken, dass bei dicken Schichten unerwünschten Materials vor dem zweiten Durchgang üblicherweise Planierraupen und Bulldozer eingesetzt werden, um zunächst das meiste von dem unerwünschten Material zu entfernen.
Verschiedene Materialien senden natürlicherweise Strahlung mit Eigenschaften aus, die dem Material zugeordnet werden können. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel strahlt Braunkohle natürlicherweise ein niedriges Niveau an Gammastrahlung aus, und Lehm strahlt natürlicherweise ein viel höheres Niveau an Gammastrahlung als Braunkohle aus. Darüber hinaus schwächt die Braunkohle die Gammastrahlenabstrahlung des Lehms. Die Existenz von Braunkohle zwischen dem Lehm und den Gammadetektoren schirmt daher die Gammadetektoren von der Gammastrahlung ab, die von dem Lehm ausgestrahlt wird. Der Abschirmungseffekt variiert mit der Dicke der Braunkohle, die zwischen dem Lehm und dem Detektor vorhanden ist. Das Strahlungsniveau in der Braunkohle und dem umgebenden Material ist sehr niedrig, daher sollte der Detektor sehr sensibel sein und es sollte eine umfassende Abschirmung verwendet werden. Der Detektor sollte einen großen Szintillationskristall mit einer Größe von zwei mal zehn Zoll oder mehr haben. In Bezug auf die Empfindlichkeit sollte der Detektor effizient sein, so dass fast die gesamte Gammastrahlung, die in den Szintillationskristall des Detektors eindringt, gezählt wird; und das Sichtfeld des Detektors sollte ungestört ohne Abschattungen oder Blockierungen sein. Im Bezug auf die Abschirmung sollte der Detektor so nahe wie möglich an der Abbaufläche positioniert sein, und ein bis zwei Zoll oder mehr an Blei und ein bis zwei Zoll oder mehr an Stahl sollten den Szintillationskristall des Detektors mit Ausnahme des Fensters, das das Sichtfeld definiert, umgeben. Die erforderliche Dicke der Abschirmung hängt von dem im Betrieb auftretenden Strahlungsniveau ab.
Bezug nehmend auf 4 ist durch das Ausbilden des Grabens 14 im Braunkohleflöz 20 die Dicke 86 des Flözes unterhalb des Grabens 14 und unterhalb des Grabendetektors 56 kleiner als die Dicke 82 des Braunkohleflözes 20 unterhalb des Oberflächendetektors 52. Die kleinere Dicke 86 hat einen geringeren Abschirmeffekt als die größere Dicke 82, so dass der Grabendetektor 56 ein höheres Niveau an Gammastrahlung von den Emissionen der Lehmschicht 24 erkennen wird, als der Oberflächendetektor 52. Das Flözerkennungssystem 10 benutzt diesen Unterschied in den gemessenen Gammastrahlungsniveaus, um sofort den Abstand zwischen dem Schneidwerkzeug und der Grenzfläche vorherzusagen und um die Abbauvorrichtung 12 in Echtzeit zu steuern oder den Benutzer zur Steuerung aufzufordern, um das Schneidwerkzeug 14 niedriger oder höher zu positionieren, um bis zur Grenzfläche 23 abzubauen.
Nunmehr Bezug nehmend auf 5 zeigt diese ein Anzeigesystem 100, um den Benutzer unter Benutzung mehrerer Anzeigen aufzufordern, die Abbauvorrichtung zu steuern. Die Signale, die von dem Grabendetektor 56 und dem Oberflächendetektor 52 erzeugt werden, beschreiben die Frequenz der Gammastrahlen, die von den Detektoren gezählt werden, und werden über die Verbindungen 72 direkt (oder indirekt durch Signalverarbeitungselektronik/-steuerungen) an die Anzeigesteuerung 120 geschickt. Die Steuerung 120 empfängt die Signale und verarbeitet sie, um die Anzeigesignale gemäß vorgegebener oder programmierter Algorithmen zu bestimmen. Im Blickfeld des Bedieners ist nebeneinander ein Paar 102 Gammazählfrequenzanzeigen 103, 104 angeordnet. Die Grabendetektoranzeigevorrichtung 103 und die Oberflächendetektoranzeigevorrichtung 104 sind ähnlich aufgebaut. Jede der Anzeigevorrichtungen 103, 104 umfasst eine vertikale Säule aus LED-Lichtern 106 und mehrere voneinander beabstandete Niveaumarkierungen 107, die in der Nähe der Lichter 106 über einen Bereich oder die gesamte Höhe der Säule aus Lichtern 106 angeordnet sind. Die Markierungen 107 können bezeichnet sein, z. B. zwischen 0 (am Boden) und 100 (an der Spitze), um Prozentzahlen anzugeben, die dem Bediener die Bezugnahme erleichtern.
Ein geeigneter Aufbau kann 50 LEDs haben, die so eingestellt sind, dass die in einem vorgegebenen Bergwerk bzw. Tagebau minimal gemessene Strahlung im Bereich der unteren 3–5 LEDs liegt, und die maximale Strahlung eine LED aufleuchten lässt, die unterhalb der 45sten LED ist, was Raum lässt, damit das Maximum zeitweise die oberste LED erreichen oder nahezu erreichen kann, wenn Strahlungsschwankungen solch einen Maximalwert erzeugen. Eine geeignete Anzeige kann eine LED-Balkenanzeige sein, die von Otek aus Tucson, Arizona zur Verfügung gestellt wird. Die Lichter 106 können sowohl in der Anzeigevorrichtung 103 als auch in der Anzeigevorrichtung 104 alle die gleiche Farbe oder verschiedene Farben haben, um es dem Benutzer zu ermöglichen, zwischen ihnen zu unterscheiden. Darüber hinaus kann sich die Farbe der Lichter von oben nach unten graduell oder zonenweise verändern. Die Markierungen 107 und verschiedenfarbige Lichter sollen dem Bediener helfen, die Anzeigevorrichtungen abzulesen, um die Niveaus schneller zu erkennen und seine Reaktionszeit zu verkürzen.
Die Steuerung 120 sendet über die Verbindungen 72 auf der Gammazählfrequenz basierende Signale an die Anzeigevorrichtungen 103, 104. Alle LED-Lichter 106 werden gleichzeitig eingeschaltet, um vom unteren Bereich der Anzeige 103 bis zu einem Niveau, das der Gammazählfrequenz entspricht, eine Säule leuchtender Lichter zu erzeugen. Die LED-Lichter 106 über dem Niveau werden nicht eingeschaltet. Auf diese Weise sieht der Bediener ein Paar von Lichtsäulen, eine für jede Anzeigevorrichtung 103, 104. Eine höhere Gammazählfrequenz entspricht einem höheren Niveau auf der Anzeige. Es gibt mehr Lichter 106 als Markierungen 107, so dass ein Niveau auf eine der oder zwischen zwei Markierungen 107 fallen kann. Alternativ kann anstelle einer Lichtsäule nur eine LED auf dem anzuzeigenden Niveau eingeschaltet werden. Die Lichter 106 sind LEDs, können aber auch andere Typen von Lichter sein. Die absoluten und relativen Höhen der beiden beleuchteten Lichtsäulen zeigen dem Bediener an, welche Tätigkeit in Bezug auf das Anheben und Absenken der Schneidvorrichtung notwendig ist, wie in den 11 und 12 beschrieben. Das Ausmaß an Strahlung, die von Braunkohle und Lehm und anderen Materialien, die von der Abbauvorrichtung entfernt werden, ausgesandt wird, ist über einen kleinen Bereich, wie z. B. wenige Hektar oder mehr, ziemlich konstant, kann sich aber über große Bereiche stark verändern. Da der Bediener im Bergbau tätig ist, lernt er die wechselnde Bedeutung der Niveaus der beleuchteten Säulen der Anzeigevorrichtungen 103, 104 und passt seine Steuerung der Höhe des Schneidwerkzeugs dementsprechend an.
Das System 100 kann auch auf einem Anzeigemodul 111, 112, 113 anzeigen, ob die Schneidtrommel 114 niedriger oder höher positioniert werden muss. Jedes der Anzeigemodule 111, 112, 113 ist ähnlich aufgebaut und zeigt gleichzeitig die gleiche Information an. Die drei Anzeigemodule sind in der Nähe des Bedieners angeordnet, so dass er in jeder Richtung, in die er wahrscheinlich schaut, eine Anzeigevorrichtung in seinem Blickfeld hat. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Anzeigemodul 111 in der Nähe des linken Fensters der Bedienerkabine angeordnet, das Anzeigemodul 113 ist in der Nähe des rechten Fensters der Bedienerkabine angeordnet, und das Anzeigemodul 112 ist in der Nähe des Fensters im Boden angeordnet. In Abhängigkeit von den Umständen und der gewünschten Einfachheit der Betrachtung für den Bediener können mehr oder weniger Anzeigevorrichtungen benutzt werden. Der Betrieb der Lichter wird in den 11 und 12 weiter beschrieben. Die Steuerung sendet Signale, die auf der Gammazählfrequenz basieren, über die Verbindungen 72 an die Anzeigemodule 111, 112 und 113. Zu einem Zeitpunkt wird eines der Lichter 114, 115, 116, 117 eingeschaltet. Licht 14 ist rot, Licht 115 ist gelb, Licht 116 ist grün und Licht 117 ist rot. Es können auch andere Farben benutzt werden. Welches Licht eingeschaltet wird, zeigt dem Bediener, welche Aktion im Bezug auf das Anheben oder Absenken der Schneidvorrichtung notwendig ist. Wenn das rote Licht 114 oder das gelbe Licht 115 leuchten, senkt der Bediener die Schneidvorrichtung ab. Wenn das grüne Licht 116 leuchtet, hält der Bediener seine Position. Wenn das rote Licht 117 leuchtet, hebt der Bediener die Schneidvorrichtung an.
Einige Lehmschichten können viele Fuß dick sein, bis zu fünfzehn Fuß oder mehr. Der obere Bereich der dicken Lehmschicht kann auf viele Arten entfernt werden, wie z. B. mit Planierraupen, Bulldozern oder Schaufeln. Wenn die dicke Lehmschicht auf eine dünne Schicht von z. B. einigen Fuß reduziert worden ist, kann der verbleibende Lehm mit einer Tagebau-Abbauvorrichtung 12, wie sie hierin beschrieben ist, präziser und genauer entfernt werden. Auch natürlich auftretende Braunkohleflöze ohne anderen Materialien oder Schichten aus Lehm oder Schiefer können eine uneinheitliche Dicke haben und ihre Dicke ändern und können sogar enden oder wieder auftreten. Wenigstens einige der bekannten Abbautechniken, die derzeit benutzt werden, sind nicht in der Lage, einige dieser Flöze abzubauen und würden Mineralien verschwenden. Das hier beschriebene Mineralflözerkennungssystem ermöglicht es, die Abbauvorrichtung so zu steuern, dass sie Mineralien präziser als diese bisher bekannten Techniken abbaut und gewinnt.
6 zeigt einen Graph von Gammazählungen über einen gemeinsamen Zeitraum als Funktion der Höhe über der Kohle/Lehm-Grenzfläche. Die Daten wurden in Abständen von zwei Zoll in einem abzubauenden Braunkohlefeld gewonnen. Ein einziger Satz von Messungen wurde mit einem einzigen Detektor gemessen. Die gleichen Daten sind in dem Graph zwei Mal, um zwei Zoll versetzt, dargestellt, um die Differenz-Impulszahlen zu zeigen, die von dem Grabendetektor 56 und dem Oberflächendetektor 52 gemessen werden. Linie 132 repräsentiert den Grabendetektor 56 und Linie 130 repräsentiert den Oberflächendetektor 130. Obwohl die Gamma-Impulszahlen ab- und zunehmen, während sich der Detektor über verschiedene Materialschichten bewegt, nimmt die Anzahl innerhalb von wenigen Zoll um die Kohle/Lehm-Grenzfläche bei 0 auf der rechten Seite des Graphens rasant zu. Wenn der Oberflächendetektor 52 171 Impulse zählt, zählt der Grabendetektor 56 200 Impulse. Sowohl die Differenz der Impulszahlen als auch der absolute Wert der Impulszahlen zeigen an, dass man sich der Grenzfläche nähert. Der Graph zeigt, dass andere Messungen in einem größeren Abstand von der Grenzfläche größere Differen-Impulszahlen zwischen dem Oberflächen- und dem Grabendetektor aber kleinere Absolutwerte zeigen können. Dann zählen beide Detektoren die gleiche Anzahl, 200, an Impulsen, was anzeigt, dass die Grenzfläche erreicht worden ist.
Wenn der Grabendetektor 56 und der Oberflächendetektor 52 beide ein niedriges Strahlungsniveau messen, wobei der Detektor 56 ein wenig mehr misst, als der Detektor 52, sind beide Detektoren im Kohleflöz 20 und das Schneidwerkzeug 14 muss tiefer abbauen, um die Fläche 52 auf die Grenzfläche 23 herabzubringen. Wenn das Schneidwerkzeug 14 tief genug abbaut, so dass der Grabendetektor 56 einen hohen Wert liefert und der Oberflächendetektor 52 einen wesentlich geringeren Wert liefert, ist die Grenzfläche 23 ungefähr erreicht worden. Wenn das Schneidwerkzeug 14 zu tief abbaut, sind beide Detektoren im Lehm 24 und zeigen hohe Strahlungsniveaus an.
Nachdem der Kohleflöz 20 abgebaut worden ist, macht die Fördervorrichtung 12 einen weiteren Durchgang, um die Lehmschicht 24 abzubauen. Wenn der Grabendetektor 56 und der Oberflächendetektor 52 beide ein hohes Strahlungsniveau anzeigen, sind beide Detektoren 56 und 52 in der Lehmschicht 24 und die Schneidvorrichtung 14 muss tiefer abbauen, um die Fläche 22 auf die Grenzfläche 25 herabzubringen. Wenn die Schneidvorrichtung 14 tief genug abbauet, so dass der Grabendetektor 56 einen geringen Wert und der Oberflächendetektor 52 einen wesentlich höheren Wert anzeigt, ist die Grenzfläche 25 ungefähr erreicht worden. Wenn die Schneidvorrichtung 14 zu tief abbaut, sind beide Detektoren 52 und 56 im Kohleflöz 26 und empfangen niedrige Strahlungsniveaus.
Vorzugsweise sollte der untere Bereich der Detektoranordnung 16 auf seiner oberen Seite, der Seite des Oberflächendetektors 52, so weit wie möglich auf dem gleichen Niveau wie der untere Bereich der Schneidvorrichtung 14, aber nicht unterhalb der Schneidvorrichtung 14 sein. Vorzugsweise sollte im gezeigten Ausführungsbeispiel der Pflug 30 für den Graben ungefähr zwei Zoll unterhalb der Fläche 22 sein. Die Detektoranordnung 16 ist so eingerichtet, dass die beiden Detektoren 52 und 56 ungefähr eine Höhendifferenz von zwei Zoll haben.
Bezug nehmend auf die 7 und 8 ist einer Abbaumaschine, bei der sich das Räumschild 68 über die frisch abgetragene Fläche 22 bewegt, anstatt sich auf dem Niveau der Fläche 22 zu bewegen, vor dem Oberflächendetektor 52 ein Flächenpflug 41 hinzugefügt, der eine Vorderseite 36 und eine Rückseite 37 hat. Der Oberflächenpflug 41 entfernt loses Material vorzugsweise bis hinunter zur oder unterhalb der Fläche 22, so dass sich beide Detektoren 52, 56, auf oder über nicht abgetragenem (festem) Material bewegen.
Die beiden Pflüge 30 und 41 sollten einen Höhenunterschied haben, der ungefähr gleich der Differenz der Höhe zwischen den beiden Detektoren 52 und 56 ist, im gezeigten Ausführungsbeispiel insbesondere zwei Zoll. Wenn der Oberflächenpflug 41, der loses Material entfernt, z. B. ungefähr ein Zoll unter dem Räumschild 68 angeordnet ist, wäre der Pflug 30, der den Graben aushebt, drei Zoll unter dem Räumschild 68.
Der Oberflächenpflug 41 kann dabei helfen, fehlerhafte Messwerte des Strahlungsniveau von dem Oberflächendetektor 52 fern zu halten. Wenn die Fläche 22 z. B. die Grenzfläche 23 zwischen der Lehmschicht 24 und loser Braunkohle, die auf der Fläche 22 liegt, ist, erfasst der Oberflächendetektor 52, wenn die Abbauvorrichtung 12 an der Grenzfläche 23 ist, ein niedrigeres Strahlungsniveau, als er sollte. Dies könnte dazu führen, dass die Schneidvorrichtung 14 niedriger eingestellt wird und unnötigerweise in die Lehmschicht 24 schneidet. Durch Bereitstellen des Oberflächenpfluges 41 wird löse Braunkohle oder loser Lehm zwischen der Fläche 22 und dem Oberflächendetektor 52 entfernt, und dadurch wird das Risiko von fehlerhaften Messwerten für das Strahlungsniveau verringert.
Bezug nehmend auf 7 kann in dem System 10 auch ein Räumschild-Gammadetektor 152 benutzt werden. Der Räumschild-Gammadetektor 152 würde oberhalb des Räumschildes 68 angeordnet werden, wobei sein Gammadetektorfenster 154 dem Räumschild 68 zugewandt ist. In dieser Position wird der Räumschild-Detektor 152 benutzt, um zusätzlich eine unabhängige Messung der Strahlung von jeglichem Lehmmaterial zu erhalten, das abgetragen worden ist, und daher auf dem Räumschild 68 abgelagert ist oder über dieses bewegt wird. Diese unabhängige Messungen können dabei helfen, zu bestimmen, ob das Schneidwerkzeug 14 in den Lehm schneidet und ermöglichen es dem System oder einem Bediener, die Position des Schneidwerkzeugs 14 geeignet zu verändern.
Bezug nehmend auf die 9 und 10 wird dort ein Mineralflözdetektorsystem 210 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Das System 210 hat eine Detektoranordnung 216, die an der Unterseite eines Schilds 206 einer hinteren Schneidtrommel 214 einer Strebbau-Fördervorrichtung 200 angeordnet ist. Die Anordnung 216 hat zwei Gammadetektoren, einen Grabengammadetektor 256 und einen Oberflächengammadetektor 252, die nebeneinander angeordnet sind. Die beiden Gammadetektoren 252 und 256 sind abgeschirmt, um sie vor der rauen Umgebung zu schützen. Die Detektoren 256 und 252 haben jeweils Fenster 255 und 251 in der Abschirmung, um es Gammastrahlung zu ermöglichen, die Gammasensoren der Detektoren zu erreichen. Die Zentren der Fenster 255 und 251 sind so angeordnet, dass sie einen Abstand 259 zwischen sich haben. In einem Ausführungsbeispiel kann der Abstand 259 ungefähr 10,7 Zoll betragen. Die Anordnung 216 kommuniziert über eine geeignete Verkabelung oder drahtlose Verbindungen oder Bluetooth mit Steuerungen, Computern und Anzeigevorrichtungen.
Das Schild 204 ist eine verlängerte Metallplatte, die eine Krümmung hat, die ähnlich der Krümmung der hinteren Schneidtrommel 214 ist. Das Schild 204 hat ein oberes Ende 206 und ein unteres Ende 208 und eine Breite 205, und ist mit dem unteren Ende 208 neben der Abbaufläche 222 an der Schneidtrommel 214 angebracht. Ein Bereich des unteren Endes 208 des Schilds 204 erstreckt sich nach außen, um einen Pflug 230 zu bilden, der zwischen der Schneidtrommel 214 und der Anordnung 216 angeordnet ist.
Im Betrieb rotiert die hintere Schneidtrommel 214, um mit ihren Schneidmeisseln 218 Material von der Erdoberfläche abzutragen, solange sich die Strebbau-Abbauvorrichtung 200 in der Richtung 215 nach vorne bewegt. In einer typischen Strebbau-Anwendung ist das gewünschte Material 220 über der Grenzfläche 223 Bitumen oder Anthrazitkohle. Das unerwünschte Material 224 unter der Grenzfläche 223 wäre Feuerton. Während sich die Abbauvorrichtung 200 nach vorne bewegt, bauen die Schneidmeissel 218 der Trommel 214 den Flöz 200 ab, um eine frisch abgetragene Fläche 222 auszubilden und zu hinterlassen.
Der Pflugbereich 230 des Schilds 204 erstreckt sich unterhalb der Abbaufläche 222, so dass der Pflug 230 einen Graben 240 ausbildet. Der Grabendetektor 256 ist so angebracht, dass sein Detektorfenster 255 über dem Graben 240 angeordnet ist. Der Flächendetektor 252 ist so angebracht, dass sein Detektorfenster 251 nicht über dem Graben 40 angeordnet ist. Darüber hinaus ist der Grabendetektor 256 um einen Abstand, der ungefähr gleich der Tiefe 248 des Grabens ist, tiefer als der Flächendetektor 252 angebracht. Der Boden 208 des Schilds 204, der nicht den Pflug 230 ausbildet, verläuft entlang der Abbaufläche 222, um Klumpen aus Kohle 220 oder unerwünschtem Material 224 zu entfernen, so dass die Detektoren 256 und 252 genauere Gammamesswerte von dem Material an der Abbaufläche 222 und dem Graben 240 erhalten können.
Das System 210 benutzt die Detektoranordnung 216, wie sie zuvor beschrieben worden ist, um zu bestimmen, ob die Trommel an der Grenzfläche 223 zwischen der Kohle und dem unerwünschten Material 224 abbaut. Basierend auf den Gammamesswerten, die von den Detektoren 256 und 252 der Anordnung 216 gesammelt werden, passt das System 210 die Höhe der hinteren Trommel 214 automatisch oder von einem Bediener gesteuert an, um es der Strebbau-Fördervorrichtung 200 zu ermöglichen, die größte Menge der Kohle 220 abzubauen, ohne das unerwünschte Material 224 abzubauen.
Bezug nehmend auf die 13 und 14 sind an der unteren Fläche der unteren Platte 63 des Abstreifblechs 68 Reisselemente 438 angeordnet. Ein Pflug 430 hat eine Schneidkante auf Höhe des Bodens der Reisselemente und eine Schütte und ist hinter den Reisselementen 438 positioniert und angebracht. Das erste Reisselement 38 ist in Richtung des vorderen Endes 34 des Pfluges 430 angebracht, und das zweite Reisselement 39 ist in Richtung des hinteren Endes 33 des Pfluges 430 angebracht. Die Reisselemente dienen dazu, Material vor dem Pflug 430 aufzubrechen, um es dem Pflug 430 besser zu ermöglichen, den Graben 40 zu erzeugen. Die Reisselemente 438 sind längliche Stäbe, die sich an ihren vorderen Enden zu einer Schneidkante verjüngen, mit Höhen von ungefähr zwei Zoll, Breiten von ungefähr einem halben Zoll und Längen von ungefähr sechs Zoll. Die Reisselemente 438 und die Schneidkanten des Pfluges 430 sind aus sehr hartem Stahl oder teilweise bis vollständig aus Wolfram gemacht. Die Schütte des Pfluges kann aus Carbonstahl gemacht sein. Ein Paar von Schlitzen oder Öffnungen 436 im Räumschild 68, von denen jeweils eine neben jedem Paar einander benachbarter Reisselemente 438 angeordnet ist, stellen einen Pfad zur Verfügung, durch den sich überschüssiges abgetragenes Material bewegen und entweichen kann, da sich das Volumen des Materials erheblich vergrößert, wenn es aufgebrochen wird. Der Pflug 430 ist mit einer Schüttenvorderseite 432 ausgebildet, die zusammengesetzte Flächen hat, um das aufgebrochene und abgetragene Material, das nicht durch die Öffnungen 436 entwichen ist, anzuheben, und es zu der von dem Graben abgewandten Seite des Grabens 40 zu bewegen. Basierend auf dem Material in den abgetragenen Schichten, der Größe des Pfluges 430 und anderer Faktoren können mehr oder weniger Reisselemente benutzt werden.
Nunmehr wird Bezug genommen auf die 15 und 16, die ein anderes Ausführungsbeispiel zeigen, das dem Ausführungsbeispiel der 13 und 14 ähnlich ist, anstelle des Pfluges 430 aber eine Schütte 500 benutzt. Die Schütte 500 ist an der unteren Fläche der unteren Platte 63 des Räumschildes 68 angebracht und erstreckt sich durch dieses und erstreckt sich weiter unter dem Räumschild und über die Detektoranordnung 61. Die Schütte 500 hat eine Eingangsöffnung 504 und eine Ausgangsöffnung 505. Die Öffnung 504 ist so angeordnet und ausgebildet, dass sie den Graben 400 aushebt. Die Schütte 500 hat an der Öffnung 504 auf dem gleichen Niveau wie die Unterseite der Reisselemente eine Schneidkante 503 und ist hinter den Reisselementen 438 angeordnet und angebracht. Wie im Ausführungsbeispiel der 13, sind die Reisselemente insbesondere sinnvoll, wenn das abzutragende Material sehr hart ist und es daher schwieriger für den Pflug oder die Schütte ist, den Graben auszuheben, ohne dass das Material zuerst aufgebrochen wird. Die Schütte 500 kann benutzt werden, ohne die Reisselemente zu benutzten. Die Schneidkanten der Schütte sind aus einem sehr harten Stahl oder teilweise bis vollständig aus Wolfram gemacht. Die Schütte kann aus Carbonstahl gemacht sein. Die Schütte 500 ist mit zusammengesetzten Flächen ausgeformt, um aufgebrochenes und abgetragenes Material, das nicht durch die Öffnungen 438 entwichen ist, und das durch die Öffnung 504 eintritt, anzuheben und das Material durch das Innere der Schütte 500 über die Detektoren zu bewegen, damit es aus der Öffnung 505 hinter den Detektoren austritt. Die Gabel 66 kann repositioniert werden, um den Weg der Schütte 500 zu begradigen oder auf andere Weise zu ändern.
Es können weitere Merkmale hinzugefügt werden, um eine noch höhere Präzision der Steuerung zu ermöglichen. Zum Beispiel können Vorrichtungen getroffen werden, die ein kontinuierliches Mitteln der Detektormessungen während der vielen Zeiträume ermöglichen, in denen die Abbauvorrichtung die Vorwärtsbewegung unterbrechen muss. Dies erlaubt es dem Microcomputer, die Messungen über viele Sekunden oder in manchen Fällen sogar Minuten zu mitteln. Dieses Mitteln eliminiert im Wesentlichen statistische Effekte der Gammastrahlung, so dass einige sehr genaue Messungen spezifischer Stellen der Formation gemacht werden können. Diese Information kann genutzt werden, um das System zu eichen, um das System für die Formation in einem speziellen Bergwerk oder an verschiedene Bereiche eines großen Bergwerkkomplexes, in dem sich die Strahlungsniveaus um einiges unterscheiden können, anzupassen.
Ein Schalter kann von dem Bediener benutzt werden, um das System anzuweisen, Algorithmen auszuwählen, die entweder für den Abbaumodus oder für den Reinigungsmodus optimiert sind.
Ein Rotationsschalter kann vorgesehen sein, um es dem Benutzer zu ermöglichen, das Flöz, das abgebaut oder gereinigt wird, zu identifizieren, so dass die Mikrosteuerung Parameter anpassen kann, um den Abbau unter Vorgabe bestimmter bekannter Eigenschaften individueller Flöze, wie z. B. das nominale Strahlungsniveau und die Dicke des Flözes, zu optimieren.
Ein Schalter ist vorgesehen, um einzustellen, ob die aktuelle Operation Abbauen oder Reinigen ist.
Es können Speichermodule eingebaut sein, die es ermöglichen, alle Gammamesswerte und alle Systementscheidungen aufzuzeichnen, so dass die Daten nach der Benutzung benutzt werden können, um die Algorithmen noch besser zu optimieren.
Der hierin beschrieben Differentialdetektoransatz kann für kontinuierlich arbeitende Untertage-Abbauvorrichtungen benutzt werden, indem die beiden Detektoren und ein zugehöriger Pflug oder eine Schaufel unter der Schaufel hinter dem Schneidwerkzeug positioniert werden. Die Schaufel für kontinuierlich arbeitende Untertage-Abbauvorrichtungen ist ähnlich dem Räumschild von Abbauvorrichtungen für den Tagebau. Der hierin beschriebene Differentialdetektoransatz kann auch im Hochwandbergbau („highwall mining”) benutzt werden. Die vorherige Beschreibung und die Zeichnungen beschreiben nur bevorzugte Ausführungsbeispiele und sind nicht als beschränkend vorgesehen. Alle Gegenstände oder Modifikationen davon, die in den Schutzbereich der folgenden Ansprüche fallen, sind als Teil der vorliegenden Erfindung zu betrachten.
Was als neu beansprucht und durch ein US Patent geschützt werden soll, ist:
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7402804 [0007]

Claims

Ein Mineralflözdetektor zur Benutzung in einer Abbaumaschine mit einer Schneidtrommel, wobei der Detektor aufweist: einen ersten Gammadetektor, der so angebracht ist, dass er der Schneidtrommel folgt und unter einer von der Schneidtrommel abgebauten Fläche angeordnet ist; und einen zweiten Gammadetektor, der so angebracht ist, dass er der Schneidtrommel folgt und auf oder über der von der Schneidtrommel abgebauten Fläche positioniert ist.
Mineralflözdetektor zur Benutzung mit einer Abbaumaschine mit einer Schneidtrommel, wobei der Detektor aufweist: einen ersten Gammadetektor, der so angebracht ist, dass er der Schneidtrommel folgt und auf oder über einer ersten Fläche, die unter einer von der Schneidtrommel abgebauten Fläche liegt, angeordnet ist; und einen zweiten Gammadetektor, der so angebracht ist, dass er der Schneidtrommel folgt, und auf oder über einer zweiten Fläche, die über der ersten Fläche ist, angeordnet ist.
Detektor nach Anspruch 2, der zusätzlich einen Pflug aufweist, der zwischen der Schneidtrommel und dem ersten Gammadetektor positioniert ist, wobei die Größe und Form des Pfluges so gewählt sind, dass er einen Graben aushebt, wobei der Grund des Grabens die erste Fläche ist.
Detektor nach Anspruch 2, wobei die zweite Fläche in der gleichen Ebene wie die von der Schneidtrommel abgebaute Fläche ist.
Detektor nach Anspruch 2, wobei die zweite Fläche unter der von der Schneidtrommel abgebauten Fläche ist.
Detektor nach Anspruch 2, wobei der zweite Detektor in Kontakt mit der von der Schneidtrommel abgebauten Fläche ist.
Detektor nach Anspruch 6, der zusätzlich einen Pflug aufweist, der zwischen dem zweiten Detektor und der Schneidtrommel positioniert ist, um Material aus einem Bereich oberhalb der von der Schneidtrommel abgebauten Fläche zu entfernen.
Detektor nach Anspruch 2, wobei der erste und der zweite Detektor am unteren Bereich eines Räumschildes einer Abbaumaschine angebracht sind.
Detektor nach Anspruch 8, der zusätzlich einen dritten Detektor aufweist, der oberhalb des Räumschildes angebracht ist.
Detektor nach Anspruch 3, der zusätzlich ein Reisselement aufweist, das vor dem Pflug am unteren Bereich des Räumschildes angebracht ist.
Detektor nach Anspruch 2, wobei die Abbaumaschine eine Tagebau-Abbaumaschine ist.
Detektor nach Anspruch 11, wobei der erste und der zweite Detektor an einem Räumschild der Tagebau-Abbaumaschine angebracht sind.
Detektor nach Anspruch 2, wobei die Abbaumaschine eine Strebbau-Abbaumaschine ist.
Detektor nach Anspruch 13, wobei der erste und der zweite Detektor an einem Schild der Strebbau-Abbaumaschine angebracht sind.
Detektor nach Anspruch 1, der zusätzlich eine Anzeige aufweist, die für jeden der Detektoren das Niveau von Gammastrahlung anzeigt.
Detektor nach Anspruch 15, wobei die Anzeige mehrere Lichter benutzt, um das Niveau der Gammastrahlung anzuzeigen.
Steuersystem zur Benutzung mit einer Abbaumaschine, die eine Schneidtrommel hat, wobei das System aufweist: einen Pflug, der so groß, so geformt und so positioniert ist, dass er einen Graben aushebt, der der Trommel in einer Bewegungsrichtung der Abbaumaschine folgt, wobei der Graben eine Grabentiefe unterhalb einer von der Trommel abgebauten Fläche hat; und eine Detektoranordnung, die angebracht ist, um der Schneidtrommel in der Nähe der von der Trommel abgebauten Fläche zu folgen, wobei die Anordnung aufweist: einen Oberflächengammadetektor, und einen Grabengammadetektor, wobei der Grabendetektor so angebracht ist, dass er in oder über dem Graben positioniert ist, und der Oberflächendetektor so angebracht ist, dass er über der abgebauten Fläche und um einen Abstand, der gleich der Grabentiefe ist, höher als der Grabendetektor positioniert ist.
Verfahren des Steuerns einer Abbaumaschine mit einer Schneidtrommel, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bereitstellen eines ersten Gammadetektors, der so angebracht ist, dass er der Schneidtrommel folgt und über einer ersten Fläche positioniert ist, die unter einer von der Schneidtrommel abgebauten Fläche liegt, und einem zweiten Gammadetektor, der so angebracht ist, dass er der Schneidtrommel folgt und über einer zweiten Fläche angeordnet ist, die oberhalb der ersten Fläche ist; Erkennen von Strahlungsniveaus mit den Detektoren; und Steuern einer Abbautiefe der Abbaumaschine basierend auf den erkannten Strahlungsniveaus.
Verfahren nach Anspruch 18, das zusätzlich aufweist, einen Pflug zur Verfügung zu stellen, der zwischen der Schneidtrommel und dem ersten Gammadetektor angeordnet ist, wobei der Pflug so groß und so geformt ist, dass er einen Graben aushebt, wobei der Grund des Grabens die erste Fläche ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die zweite Fläche in der gleichen Ebene wie die von der Schneidtrommel abgebauten Fläche liegt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die zweite Fläche unterhalb der von der Schneidtrommel abgebauten Fläche liegt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der zweite Detektor im Kontakt mit der von der Schneidtrommel abgebauten Fläche ist.
Verfahren nach Anspruch 22, das zusätzlich den Schritt des Bereitstellens eines Pfluges aufweist, der zwischen dem zweiten Detektor und der Schneidtrommel angeordnet ist, um Material aus einem Bereich oberhalb der von der Schneidtrommel abgebauten Fläche zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der erste und der zweite Detektor am unteren Bereich eines Räumschildes der Abbaumaschine angebracht sind.
Verfahren nach Anspruch 24, das zusätzlich einschließt, oberhalb des Räumschildes einen dritten Detektor anzubringen.
Verfahren nach Anspruch 18, das zusätzlich den Schritt einschließt, vor dem Pflug ein Reißelement am unteren Bereich des Räumschildes anzubringen.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Abbaumaschine eine Tagebau-Abbaumaschine ist.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei der erste und der zweite Detektor an einem Räumschild der Tagebau-Abbaumaschine angebracht sind.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Abbaumaschine eine Strebbau-Abbaumaschine ist.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei der erste und der zweite Detektor an einem Schild der Strebbau-Abbaumaschine angebracht sind.
Verfahren nach Anspruch 18, das zusätzlich einschließt, das Niveau der Gammastrahlung für jeden der Detektoren anzuzeigen.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei mehrere Lichter benutzt werden, um das Niveau der Gammastrahlung anzuzeigen.
Verfahren des Steuerns einer Abbaumaschine mit einer Schneidtrommel, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bereitstellen eines Pfluges, der so groß, so geformt und so positioniert ist, dass er einen Graben aushebt, der der Trommel in einer Bewegungsrichtung der Abbaumaschine folgt, wobei der Graben eine Grabentiefe unterhalb einer von der Trommel abgebauten Fläche hat; Bereitstellen einer Detektoranordnung, die so angebracht ist, dass sie der Schneidtrommel in der Nähe der von der Trommel abgebauten Fläche folgt, wobei die Anordnung einen Oberflächengammadetektor und einen Grabengammadetektor aufweist, wobei der Grabendetektor so angebracht ist, dass er in oder über dem Graben positioniert ist, und der Oberflächendetektor so angebracht ist, dass er über der abgebauten Fläche und um einen Abstand, der gleich der Grabentiefe ist, höher als der Grabendetektor angebracht ist; Erkennen von Strahlungsniveaus mit den Detektoren; und Steuern einer Schnitttiefe der Abbaumaschine basierend auf den erkannten Strahlungsniveaus.