DE2714506A1

DE2714506A1 - Verfahren und einrichtung zur ueberwachung und steuerung von strebausruestungen

Info

Publication number: DE2714506A1
Application number: DE19772714506
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr Ing Benthaus
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: BENTHAUS, FRIEDRICH, DR.-ING., 4300 ESSEN, DE
Priority date: 1977-04-01
Filing date: 1977-04-01
Publication date: 1978-10-12
Also published as: US4228508A; DE2714506C2; BE865551A; JPS5927829B2; FR2385891A1; JPS53123301A; GB1590471A; FR2385891B1

Description

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BERGWERKSVERBAND GMBH

VERSUCHSBETRIEBE DER BERGBAU-FORSCHUNG

43 Essen-Kroy

Frillendorfcr Straßa 351 Telefon (0201) 105-1

A 8/2014/77 Stl/Ob

Verfahren und Einrichtung zur Überwachung und Steuerung von Strebausrüstungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und Steuerung von Strebausrüstungen im Bergbau mittels Prozeßrechner unter Verwendung der Raumlage des Strebförderers als Bezugsebene, wobei die dem Prozeßrechner übermittelten Istmeßwerte und Istzustandswerte von Gewinnungsmaschine und Strebförderer mit eingegebenen bzw. errechneten Sollmeßwerten und Sollzustandswerten im Prozeßrechner verglichen werden und vom Prozeßrechner Sollwertkorrekturen vorgenommen und die Steuerbefehle gegeben werden, die die Stellglieder der Gewinnungsmaschine steuern, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Einrichtung.

Aus "Bretby Broadsheet, July/September 1968, Nr. 44, S. 3/4" ist es bekannt, die automatische Steuerung von Walzenladern dadurch zu verwirklichen, daß ein vorher festgelegter künstlicher Horizont als Steuerhilfe verwendet wird, wozu in der Regel der Strebförderer Anwendung findet. Von diesem künstlichen Horizont ausgehend, werden Neigungsabweichungen über Neigungsmesser und Höhenabweichungen der Walzen im Bereich des Hangenden und des Liegenden über Isotopen-Tastsonden oder über

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Meßmeißel unter Ausnutzung der unterschiedlichen Beschaffenheit von Kohle und Nebengestein festgestellt und der Ivalzenlader entsprechend den laufend festgestellten Neigungsabweichungen und Höhenabweichungen unmittelbar selbständig gesteuert. Bei dieser unmittelbaren automatischen Höhensteuerung eines Walsenladers ist aber Voraussetzung, daß keine Gebirgsstörungen vorliegen. Das ist jedoch, insbesondere bei den im westdeutschen Steinkohlenbergbau vorliegenden Verhältnissen, nur in den wenigsten Fällen gegeben.

Der Erfindung liegt das allgemeine Problem zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das von den jeweiligen geologischen Gegebenheiten unabhängig ist.

Eine Teillösung dieses Problems wurde für Walzenlader als Gewinnungsmittel bereits darin gefunden (DT-OS 24 29 774), daß zur Steuerung des Walzenladers unter Verwendung des Strebförderers als Bezugsebene und eines am Walzenlader angeordneten, mit einem Standortanzeiger kombinierten Neigungsmessers als Korrekturwertgeber der Strebverlauf vor Anlaufen der Gewinnung durch eine manuelle Aufnahme ermittelt wird, die über die Streblänge ermittelten Sollwerte für Ober- und Unterschram sowie die Flözneigung in Abbaurichtung einem Prozeßrechner aufgegeben werden und der Prozeßrechner den Walzenlader entsprechend den vorgegebenen Sollwerten steuert, wobei vom Neigungsmesser ermittelte Abweichungen im Prozeßrechner gespeichert und beim Folgeschnitt berücksichtigt werden. Durch die Vorgabe der Flözöffnung wird vermieden, daß auftretende geologische Störungen im Flöz die Steuerung des Walzenladers beeinträchtigen, was bei den bekannten unmittelbaren automatischen Verfahren bisher nicht ausgeschlossen werden konnte. Es ist somit bei der Weiterentwicklung stets gewährleistet, daß die tatsächlich freigeschnittene Flözöffnung den Erfordernissen des nachfolgenden Ausbaus in jedem Fall genügt und somit ein gleichmäßiger und geregelter Betriebsablauf erzielt wird. Dieses Verfahren er-

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möglicht damit die volle Ausnutzung der Marschgeschwindigkeit des Walzenladers und erlaubt es, dieses sehr leistungsstarke
Gewinnungsgerät auch, in geringmächtigen Flözen zu verwenden.
Durch Klettern des Strebförderers auftretende Neigungsab\^eichungen in Abbaurichtung werden durch den Soll-/Istwertvergleich im Prozeßrechner ermittelt, so daß der Höhenschnitt des Walzenladers entsprechend korrigiert werden kann, wenn er beim Folgeschnitt die entsprechende Strebstelle durchfährt. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch darin zu sehen, daß der Gewinnungsablauf in mehr oder weniger kurzen Abständen unterbrochen werden muß, um die Sollwerte im Prozeßrechner an die sich ändernde geologische Situation anzupassen. Weiterhin wird bei diesem Verfahren lediglich die Gewinnungsmaschine selbsttätig gesteuert, während die übrige Strebausrüstung noch von Hand bedient werden muß.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und das bekannte, eine Teillösung bildende Verfahren so weiterzuentwickeln, daß es den jeweiligen geologischen Gegebenheiten selbständig anpaßbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sollwertkorrekturen vom Prozeßrechner unmittelbar sowie stufenweise und bis zu vorgegebenen Minimal- bzw. Maximalwerten vorgenommen werden, d.h. bei größeren Abweichungen eines Istwertes vom zugehörigen Sollwert werden nur vorgegebene Teildifferenzen bei der Abgabe der Steuerbefehle vom Prozeßrechner berücksichtigt und so die Gesamtdifferenz in mehreren Stufen ausgeglichen,
wobei die Minimalwerte nicht unterschritten bzw. die Maximalwerte nicht überschritten werden, und neben der Gewinnungsmaschine auch der Strebförderer und die Strebausbaueinheiten in die Überwachung und Steuerung durch den Prozeßrechner mit einbezogen werden. Da neben der Gewinnungsmaschine auch der Strebförderer und die Strebausbaueinheiten in die Überwachung und
Steuerung durch den Prozeßrechner mit einbezogen werden, wird

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das Zusammenwirken der Strebausrüstung verbessert und eine günstigere Kapazitätsausnutzung erzielt. Weil aus geologischen oder betrieblichen Gründen notwendig werdende Sollwertkorrekturen vom Prozeßrechner unmittelbar sowie stufenweise und innerhalb fest vorgegebener Grenzwerte vorgenommen werden, werden die möglichen Störquollen für einen ungehinderten Betriebsablauf beträchtlich vermindert. Die notwendigen Anpassungen werden unverzüglich eingeleitet, so daß beispielsweise vermieden wird, daß die Gewinnungsmaschine im Bereich einer geologischen Störung mehr als unbedingt nötig an Nebengestein hereingewinnt.

Es wird aber auch nicht die gesamte Verwurfshöhe unmittelbar ausgeglichen, sondern es erfolgt eine allmähliche Angleichung der Flözöffnung sowie gleichzeitig eine Umprogrammierung des vorgegebenen Rechnerprogramms zur Anpassung an diese Änderungen, d.h. für jeden Folgeschnitt werden vom Prozeßrechner automatisch neue Sollwerte vorgegeben, die eine optimale Störungsdurchörterung gewährleisten.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Einrichtung zur Überwachung und Steuerung von Strebausrüstungen im Steinkohlenbergbau mittels Prozeßrechner mit Automatikprogrammspeicher, Sollwert-Istwert-Vergleicher mit Korrekturteil, Heß\^ert- und Zustandswerteingabe und Steuerbefehlsausgabe unter Verwendung der Kaumlage des Strebförderors als Bezugsebene vorgeschlagen, wobei Standortgeber am Strebförderer, Neigungsgeber zur Ermittlung der Iststellung der Gewinnungsmaschine im Verhältnis zum Strebförderer sowie Zustandswertgeber zur Ermittlung der Betriebszustände von Förderer und Gewinnungsmaschine, schließlich Übertragungseinrichtungen zum Prozeßrechner für die Meß- und Zustandswerte und zu ansteuerbaren Stellgliedern an der Gewinnungsmaschine für die gebildeten Steuerbefehle vorhanden sind, so weiterzuentwickeln, daß Meßwertgeber zur Lagebestimmung des Strebförderers zu einer festen rückwärtigen Raum-

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bczugslinie, der Strebausbaueinhoitcn zueinander, zum Strebfördorer, zur Gewinnungsmaschine und zu den Strebbegrenzungsflachen, Zustnndswertgeber zur Ermittlung der Betriebszu.stünde der Strebausbaueinheiten nebst Zubehör und ansteuerbare Stellglieder zwischen der Gewinnungsmaschine und djm Ctrebförderer und/oder den Strebausbaueinheiten sowie an den Strebausbaueinheiten und zwischen diesen und dem Strebförderer vorgesehen sind, und der Prozeßrechner ein an den Sollwert-Istwert-Verßleicher mit Korrekturteil angeschlossenes Angleichteil sowie eine Ilinimal- und Maximalwertkontrolle aufweist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung in einem Beisjiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in Seitenansicht,
Fig. 2 in Draufsicht und

Fig. 3 in einem Schnitt die erfindungsgeinäße Einrichtung in einem Streb, Beispiel Walzenlader,

Fig. 4 in einem Schnitt die erfindungsgemäße Einrichtung in einem anderen Streb, Beispiel Kohlenhobel,

Fig. 5 in schematischer Darstellung den Prozeßrechner und

Fig. 6 einen Schnitt durch ein Flöz mit verschiedenen möglichen Schnittflächenverläufen im Bereich von geologischen Unregelmäßigkeiten.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Streb 1 dargestellt, der in einem Flöz 15 hergestellt ist, der nach unten vom Liegenden 12 und nach oben vom Hangenden 13 und seitlich vom Kohlenstoß 10 sowie vom Versatz 11 (Fig. 3) begrenzt wird. Auf dem Liegenden 12 ist ein Strebförderer 2 verlegt, auf dem ein Walzenlader 3 als Ge-

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winnungsgerät geführt ist. An dem Walzenlader 3 sind eine obere Walze 30 und eine untere Walze 31 angebracht, mit denen das Flöz 15 abgebaut wird. Die Walzen 30 und 31, sind über Schwenkmotoren 32, 33 auf- und abschwenkbar, so daß die Walzen 30, 31 dem jeweiligen Verlauf des Liegenden 12 und des Hangenden 13 zu folgen vermögen. Die Gewinnungsrichtung ist im Beispiel durch den Richtungspfeil 7 (Fig. 1 und 2) gekennzeichnet. Gegenüber dem Versatz 11 wird der Streb 1 durch die Strebausbaueinheiten 4 abgetrennt, im Beispiel sind dieses sogenannte Ausbauschilde, bestehend aus einer Hangendkappe 40 und einem Grundrahmen 41, zwischen denen ein Schild 42 angelenkt ist, der von hydraulischen Stempeln 44 getragen wird. Als Verbindung zwischen Strebförderer 2 und Strebausbaueinheit 4 dienen Rückzylinder

Auf dem V.'alzenlader 3 ist ein Prozeßrechner 5 untergebracht. Der Prozeßrechner 5 kann aber auch an anderer Stelle angeordnet sein und über entsprechende Übertragungsleitungen mit dem Walzenlader 3 verbunden sein. Der Prozeßrechner 5 dient dazu, die Strebausrüstung zu steuern und zu überwachen. Zu diesem Zweck sind entsprechende Meßwertgeber und Zustandswertgeber vorgesehen. Beispielsweise ist ein Standortanzeiger 6, der den jeweiligen Standort des Walzenladers 3 in dem Streb 1 wiedergibt, vorgesehen. Weiterhin ist im Beispiel ein Neigungsmesser 60 auf dem Walzenlader 3 untergebracht, der die Querneigung des Förderers anzeigt. Schließlich sind im Beispiel noch ein Hangendfühler 61 sowie ein Liegendfühler 62 am Walzenlader 3 angeordnet, die dazu bestimmt sind, die Lage der Grenzfläche des Flözes 15 zum Liegenden 12 sowie zum Hangenden 13 zu ermitteln. Weiterhin ist im Beispiel ein Abstandsfühler 63 vorgesehen, der den Abstand zwischen dem Kohlenstoß 10 und der Strebausbaueinheit 4 ermittelt. Die im Beispiel dargestellten Meßwertgeber und Zustandswertgeber sind nicht erschöpfend dargestellt, sondern es ist möglich, daß eine Reihe weiterer derartiger Meßgeräte, die für die Überwachungs- und/oder Steueraufgaben geeignet sind, vorgesehen werden, die hier nicht besonders abgebildet sind und

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die z.B. dazu dienen können, die Betriebszustände des Förderers 2 und der Gewinnungsmaschine 3 und der Strebausbaueinheiten 4 festzustellen sowie Abstandsmessungen zwischen Strebförderer und Ausbau 4 und Abstandsmessungen zwischen dem Strebförderer und einer nicht abgebildeten festen rückwärtigen Bezugslinie auszuführen. Derartige Meßwertgeber und Zustandswertgeber sind Stand der Technik, so daß sie hier nicht besonders erläutert zu werden brauchen.

Wie Fig. 4 zeigt, kann anstelle eines Walzenladers 3 auch ein Kohlenhobel, im Beispiel ist dies ein Kohlengleithobel 90, der auf einer Gleitrampe 20 am Strebförderer 2 geführt ist, als Gewinnungseinrichtung verwendet werden. Der Kohlengleithobel 90 besteht aus einem Grundkörper 95, an dem mittig ein Hangendschnittaufsatzteil 91 und seitlich zwei Liegendschnittvorsatzteile 92 angebracht sind, die über einen oberen Stellzylinder 93 bzw. über untere Stellzylinder 94 zum Hangenden 13 bzw. Liegenden 12 hin verstellbar ausgebildet sind, so daß sie dem jeweiligen Verlauf des Hangenden 13 bzw. Liegenden 12 zu folgen vermögen. Wie bereits vorstehend am Beispiel des Walzenladers näher erläutert wurde, kann auch der Kohlengleithobel 90 z.B. mit Standortanzeiger 6, Neigungsmesser 60 sowie Hangendfühler 61 und Liegendfühler 62 bestückt werden, die, mit einem Prozeßrechner 5 zusammenwirkend, die Strebausrüstung zu überwachen und zu steuern vermögen.

In der Fig. 5 ist anhand eines Schemas erläutert, wie die Überwachung und Steuerung der Strebausrüstung mittels Prozeßrechner 5 erfolgt. Die zuvor erwähnten Meßwertgeber und Zustandswertgeber, die in ihrer Gesamtheit mit der Ziffer 9 bezeichnet sind, melden die von ihnen ermittelten Meßwerte und Zustandswerte über geeignete Ubertragungseinrichtungen zu einer Meßwert- und Zustandswerteingabe 501, die dem Prozeßrechner 5 vorgeschaltetist. Von der Meßwert- und Zustandswerteingabe 501 werden die ermittelten Istwerte einem Vergleicher 51 aufgegeben, dem

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gleichzeitig die entsprechenden Sollwerte von einem in den Prozeßrechner 5 eingespeicherten Automatikprogramm 50 aufgegeben werden. Bei Übereinstimmung der Istwerte mit den Sollwerten gelangen die Sollwerte aus dem Automatikprogramm 50 über eine an den Prozeßrechner 5 angeschlossene Steuerbefehlsausgabe 500 zu den Steuergliedern der Strebausrüstung, die im Beispiel in ihrer Gesamtheit mit 8 bezeichnet sind und denen wiederum die mit 80 bezeichneten Stellglieder nachgeordnet sind, die die Steuerbefehle entsprechend umsetzen. Im Falle der Nichtübereinstimmung der Sollwerte aus dem Automatikprogramm 50 mit den Istwerten aus der Meßwert- und Zustandswerteingabe 501 erfolgen entsprechende Korrekturen in einem Korrekturteil 52, um eine Anpassung des Automatikprogramms 50 an den Istzustand zu erzielen. Bei extremen Abweichungen der Istwerte von den Sollwerten dient eine Minimal- und Maximalwertkontrolle 54 dazu, daß bestimmte Minimalwerte bzw. Maximalwerte nicht über- bzw. unterschritten werden. Eine weitere Stufe, der Angleichteil 53, hat die Aufgabe, bei größeren Abweichungen der Istwerte von den Sollwerten ein allmähliches Anpassen des Automatikprogramms 50 an den Istbetriebszustand zu ermöglichen, d.h., die entsprechenden Sollwerte werden stufenweise, also in mehreren Schritten, an den neuen Istzustand angepaßt.

In Fig. 6 ist dies an zwei Beispielen näher erläutert. Auf der rechten Seite der Figur ist eine Verschmälerung des Flözes 15 dargestellt. Der Sollverlauf des Hangenden 16' ist mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Der tatsächliche Hangendverlauf 13' ist ausgezogen, die vom Prozeßrechner 5 vorgegebene korrigierte Schnittfläche 13' ist punktiert gezeichnet. Der Walzenlader 3 wird vom Rechner 5 so gesteuert, daß an dieser Stelle die minimale Strebhöhe Hmi nicht unterschritten wird, d.h. daß hier ein Streifen des Nebengesteins mit hereingewonnen wird, die Meßwerte des Hangendfühlers 61 (Fig. 1 bis 4) also in diesem Falle unberücksichtigt bleiben. In der Bildmitte ist eine Verwerfung 14 dargestellt. Auch hier folgt der Walzen-

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lader 3 nicht der programmierten Ilangendf lache 16 bzw. Liegendfläche 17 (gestrichelte Linien). Er folgt auch nicht der unkorrigierten Schnittfläche 24 am Hangenden bzw. der unkorrigierten Schnittfläche 25 am Liegenden (durchgezogene Linien), die die entsprechenden Meßgeräte, die Hangendfühler 61 bzw. Liegendfühler 62, tatsächlich ermitteln, sondern es wird eine entsprechend korrigierte Schnittfläche 18 am Hangenden bzw. 19 am Liegenden (punktierte Linien) vom Prozeßrechner 5 ausgewählt und vorgegeben, d.h., der V/alzenlader 3 wird allmählich wieder an das Hangende 13 bzw. Liegende 12 herangeführt, wobei am Liegenden, anstatt der unkorrigierten Schnittfläche 25 zu folgen, etwas Kohle abgebaut wird und am Hangenden, anstatt der unkorrigierten Schnittfläche 24 zu folgen, ein Teil des Nebengesteins mitgeschnitten wird.

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Claims

27K506 BERGWERKSVERBAND GMBH VERSUCHSBETRIEBE DER BERGBAU-FORSCHUNG 43 Essen-Kroy Frillendorfer StraCo 351 Telefon (020)) 105-1 A 8/2014/77 Stl/Ob Patentansprüche

1) Verfahren zur Überwachung und Steuerung von Strebausrüstungen im Steinkohlenbergbau mittels Prozeßrechner unter Verwendung der Raumlage des Strebförderers als Bezu^sebene, wobei die dem Prozeßrechner übermittelten Istmeßwerte und Istzustandsv/erte von Gewinnungsmaschine und Strebförderer mit eingegebenen bzw. errechneten Sollmeßwerten und Sollzustandswerten im Prozeßrechner verglichen werden und vom Prozeßrechner Sollwertkorrekturen vorgenommen werden und die Steuerbefehle gegeben werden, die die Stellglieder der Gewinnungsmaschine steuern, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwertkorrekturen vom Prozeßrechner unmittelbar sowie stufenweise und bis zu vorgegebenen Minimal- bzw. Maximalwerten vorgenommen werden, d.h. bei größeren Abweichungen eines Istwertes vom zugehörigen Sollwert werden nur vorgegebene Teildifferenzen bei der Abgabe der Steuerbefehle vom Prozeßrechner berücksichtigt und so die Gesamtdifferenz in mehreren Stufen ausgeglichen, wobei die Minimalwerte nicht unterschritten bzw. die Maximalwerte nicht überschritten werden, und neben der Gewinnungmaschine auch der Strebförderer und die Strebausbaucinheiton in die Übderwachung und Steuerung durch den Prozeßrechner mit einbezogen werden.

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2) Einrichtung zur überwachung und Steuerung von Strebausrüstungen im Steinkohlenbergbau mittels Prozeßrechner :ni t AutomatikProgrammspeicher, Sollwert-Istwort-Vergleicher mit Korrekturteil, ließwert- und Zus tandswerteingabe unil Steuerbefehlsausgabe unter Verwendung der Raumlage des Strebförderers als Bezugsobcne, wobei Standortgeber am Strobförderer, Neigungsgeber zur Ermittlung der Iststellung der Gewinnungsmaschine im Verhältnis zum Strebförderer sowie Zustandswertgeber zur Ermittlung der Betriebszuatände von förderer und Gewinnungsmaschine, schließlich Übertragung?■••einrichtungen zum Prozeßrechner für die Meß- und Zustands-.orte und zu ans teuerbaren Stellgliedern an der Gewinnungsmaschine? für die gebildeten Steuerbefehle vorhanden sind, dadui-^h gekennzeichnet , daß Meßwertgeber zur Lagebestimmung des Strebförderers zu einer festen rückwärtigen Raumbezugslinie, der Strebausbaueinheiten zueinander, zum Strebförderer, zur Gewinnungsmaschine und zu den Strebbegrenzungsflachen, Zustandswer tgebei* zur Eri.vi ttlung der Betriebszus tiinde der Strebausbaueinheiten nebst Zubehör und anstcuerbare HteLlglieder zwischen der Gewinnungsmaschine und dem Strebförderer und/oder den Strcbausbaueinhoiten und zwischen diesen und dem Strebförderer vorgesehen sind, und der Prozeßrechner ein an den Sollwert-Istwert-Vergleicher mit Korrel: i. .ir · teil angeschlossenes Angleichteil sowie eine Hinimalwert- und ilaximalwertkontrolle aufweist.

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