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Vorrichtung zur Ausbeutung von Lagerstätten nach
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dem Oberflächengewinnungsverfahren Die Lagerstätten von Mineralien,
Erzen, Salzen, Braunkohle und auch Steinkohle sind meist sehr großflächig und in
den Fällen, in denen sie nicht allzu tief unter der Erdoberfläche angeordnet sind,
ist es aus Kostengründen üblich, diese Lagerstätten im Tagebaubetrieb abzubauen,
selbst wenn vorher relativ mächtige Deckschichten entfernt werden müssen, um zur
eigentlichen Lagerstätte zu gelangen.
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So finden sich beispielsweise in Australien und auch in Süd-Afrika
riesige Kohlevorkommen nahe unter der Erdoberfläche, die sich über viele Quadratkilometer
erstrecken.
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Für den Abbau dieser Lagerstätten hat man sogenannte "Surface Miner
entwickelt. Das sind Vorrichtungen mit einem selbstfahrenden Fahrwerk, einer daran
höhenverstellbar montierten Fräswalze zum Abfräsen der Lagerstätte in einer bestimmten
Tiefe und einer Ladevorrichtung für das abgefräste Material.
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Diese Maschinen fahren über die Lagerstätte und fräsen das Lagerstättenmaterial
in einer bestimmten Tiefe ab und laden gleichzeitig das dabei in zerkleinerter Form
anfallende Material mit Hilfe der Ladevorrichtung auf Transportfahrzeuge, die mit
gleicher Geschwindigkeit hinter oder neben der Vorrichtung fahren und so für den
kontinuierlichen Abtransport sorgen.
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Die Lagerstätten weisen zwar häufig eine relativ große Mächtigkeit
der Schichten auf, indessen verlaufen diese Schichten nicht immer genau parallel
zur Oberfläche. Verwerfungen und Verschiebungen in der Erdkruste im Laufe der Jahrtausende
haben vielmehr dazu geführt, daß die auszubeutenden Lagerschichten an gewissen Stellen
wieder in der Erdr,herfläce verschwinden und daan plötzlich wieder zutage treten
Darüber hinaus wechseln die abzubauenden Mineral- oder Kohleschichten häufig mit
tauben Deckschichten, was zur Folge hat, daß bei dem oben erwähnten Oberflächengewinnungsverfahren
mittels der "Surface Miner" nicht nur das gewünschte Laqerst-ättcnmaterial, beispielsweise
Kohle, sondern auch häufig taubes Gestein gefördert wird. Selbst wenn die Gewinnungsvorrichtung
noch eindeutig über Kohle bzw.
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Mineralschichten fährt, kann es doch geschehen, daß die Mächtigkeit
dieser Schichten an gewissen Stellen nicht der Frästiefe entspricht, so daß nur
ein Bruchteil des geförderten Materials wirklich Kohle oder ein anderes gewünschtes
Lagerstättenmaterial ist und zusätzlich eine große Menge taubes Gestein n:itgefördert
wird, weil die Fräswalze der Gewinnungsvorrichtung an gewissen Stellen zu tief gefräst
hat.
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In der Praxis erweist sich dies als außerordentlich nachteilig, weil
das so mit den l'Surface Miners geförderte Material nochmals von dem tauben Gestein
cetrennt werden muß.
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Diesem Nachteil abzuhelfen und einen "Surface Miner" zu schaffen,
itit dem die Qualität des gewonnenen Lagerstättenmaterials wesentlich verbessert
ist, ist Aufoabe der vorliegenden Erfindung.
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Das Prinzip der Erfindung beruht dabei auf der Unterscheidung der
verschiedenen Lagerstättenmaterialien aufgrund ihrer untelschiedlichen Reflexionsfähigkeit
für sichtbares Licht oder Licht ausgewählter Wellenlänge, beispielsweise Licht im
Infrarotbereich.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird demzufolge gelöst mit einer Vorrichtung
der eingangs definierten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß in Höhe der abgefrästen
Lagerstättenoberfläche ein oder mehrere Lichtsensoren vorgesehen sind, die auf das
von der Lagerstätte reflektierte Licht ansprechen und die Höheneinstellung der Fräswalze
steuern.
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Als Lichtsensor kann im einfachsten Falle eine einfache Photozelle
Anwendung finden, die das von der abgefrästen Oberfläche reflektierte Licht mißt.
Solange die Fräswalze in Kohle arbeitet und die abgefräste Oberfläche noch schwarze
Kohle anzeigt, ist der durch das von der schwarzen Kohle reflektierte geringe Licht
verursachte Photostrom sehr gering, während andererseits dann, wenn die Kohleschicht
zu Ende ist und eine relativ helle Tonschicht zutage tritt, wesentlich mehr Licht
von dieser Tonschicht reflektiert wird. Dadurch wird in der Photozelle ein entsprechend
großer Photostrom erzeugt, der wiederum im einfachsten Fall ein Signal auslöst oder
aber direkt automatisch die Höheneinstellung der Fräswalze verändert bis die beim
Fräsvorgang freigelegte Oberfläche wieder aus Kohle besteht, was durch die von der
Oberfläche reflektierte relativ geringe Lichtmenge und den dadurch erzeugten relativ
geringen Photostrom angezeigt wird.
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Da bei einer solchermaßen ausgebildeten relativ einfachen Lichtsensorvorrichtung
der gemessene Photostrom von der Tageshelligkeit beeinflußt wird und bei Dunkelheit
eine Erkennung der unterschiedlichen Materialien nicht möglich ist, hat es sich
gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vcrliegenden Erfindung als zweckmäßig
erwiesen, wenn der oder die Lichtsensoren jeweils aus einem Lichtsender und Lichtempfänger
bestehen, die nebeneinander angeordnet sind.
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Mit einer solchermaßen ausgebildeten Sensoreinheit ist man von der
Umgebungshelligkeit weitgehend unabhängig, so daß auch bei Dunkelheit ohne Schwierigkeit
eine Erkennung des Lagerstättenmaterials aufgrund des reflektierten Lichtes möglich
ist.
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Der Lichtsender und der Lichtempfänger sind dabei zweckmäßig im gleichen
Gehäuse angeordnet, wodurch die Montage wesentlich erleichtert wird.
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Da der Weg des Lichtes vom Lichtsender zum Lagerstättenmaterial und
wieder zurück zum Empfänger relativ kurz ist, kann mit relativ großen Lichtintensitäten
gearbeitet werden, wodurch Unterschiede in der Tageshelligkeit weitgehend ohne Einfluß
auf das reflektierte Licht sind.
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Dieser Einfluß der Tageshelligkeit wird indessen noch weiter eliminiert,
wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
der oder die Lichtsensoren mit ausgewählten Lichtfrequenzen arbeiten, vorzugsweise
mit Ultrarotlicht.
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Bei einer solchen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sendet
der Lichtsender Ultrarotlicht mit einer bestimmten Wellenlänge aus, welches dann
von dem Lagerstättenmaterial reflektiert und von dem Lichtempfänger aufgenommen
und in einen entsprechenden elektrischen Strom umgewandelt wird, der seinerseits
nach entsprechender Verstärkung die Höheneinstellung der Fräswalze steuert.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung sind zu mindest zwei, benachbart zueinander angeordnete Sensoren jeweils
aus Lichtsender und Lichtempfänger vorgesehen, von denen einer auf einen, einige
Zentimeter unter der abgefrästen Lagerstättenoberfläche liegenden Oberflächenbereich
gerichtet ist.
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Dieser tieferliegende Oberflächenbereich wird dadurch erhalten, daß
mit einem speziellen Werkzeug eine entsprechend breite Furche unterhalb des üblichen
Schnittniveaus
gezogen wird.
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Mit einer solchen Sensorkombination läßt sich die Fräswalze so in
ihrer Schnittiefe steuern, daß sie exakt der Trennlinie zwischen zwei verschieden
reflektierenden Materialien, beispielsweise der dunklen Kohleschicht und der darunter
liegenden hellen Tonschicht nach fährt und nur die Kohleschicht abfräst. Die Distanz
zwischen den beiden Sensoren, die beispielsweise 1,5 bis 2 Zentimeter betragen kann,
stellt dabei den Toleranzbereich für das Abfräsen dar und er wird für die Auf- und
Abregelung der Walze ausgenutzt. Bei dem Kommando "Walze ab" senkt sich die Fräswalze
so lange ab, bis der Sensor I, der unterhalb der Fräslinie angeordnet ist, auf das
vom oberen Material (beispielsweise Kohle) zu trennende untere Material (beispielsweise
Ton) stößt. Dadurch wird die Abwärtsbewegung der Fräswalze gestoppt und die Walze
schneidet entlang dieser Trennungslinie. Der Sensor II, der auf Schnittniveau eingestellt
ist, überwacht,daß die Walze sich noch im oberen Material (Kohle) befindet. Wenn
das untere Material plötzlich ansteigt, dann spricht der Sensor II an und veranlaßt,
daß die Walze automatisch hochgefahren wird, bis der Sensor II wieder Kohle anzeigt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung sind auf jeder Fräswalzenseite zwei benachbart zueinander angeordnete
Sensoren aus Lichtsender und Lichtempfänger vcrgesehen, von denen jeweils einer
auf einen einige Zentimeter unter der abgefrästen Lagerstättenoberfläche liegenden
Oberflächenbereich gerichtet ist und wobei die Sensoren einer jeden Seite den Hubzylinder
der zugehörigen Fräswalzenseite steuern.
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Hierzu ist anzumerken, daß die Fräswalze üblicherweise auf jeder Seite
von einem Hubzylinder gehalten wird über die eine seitliche Neigung der Walze eingestellt
werden kann.
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Wenn daher der Schichtenverlauf über die Fräswalzenbreite variiert,
dann kann dies durch entsprechende seitliche Neigung der Fräswalze kompensiert werden,
indem die Sensoren einer jeden Seite den auf der jeweiligen Seite vorgesehenen Hubzylinder
für die Höheneinstellung der Fräswalze entsprechend ansteuern.
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Da die erfindungsgemäße Vorrichtung auf Änderungen des von den Sensoren
empfangenen reflektierten Lichtes direkt anspricht und eine entsprechende Korrektur
der Fräswalzeneinstellung veranlaßt, andererseits jedoch die abzufräsenden Schichten
häufig verunreinigt sind mit Materialien, die eine andere Lichtreflektion eraeben,
hat es sich gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung als zweckmäßig erwiesen, wenn in dem Steuerungskreis eines jeden Lichtempfängers
ein Zeitverzögerungsglied vorgesehen ist, mit dem gegebenenfalls die Ansprechzeit
je nach den örtlichen Verhältnissen unterschiedlich eingestellt werden kann.
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Auf diese Weise erreicht man, daß beispielsweise in der Kohleschicht
eingelagerte helle Gesteinsbrocken nicht sogleich eine Frästiefenänderung hervorrufen,
sondern eine solche Frästiefenänderung erst dann veranlaßt wird, wenn über eine
größere Frässtrecke der tiefer angeordnete Sensor eine Materialänderung meldet.
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Eine solche Zeitverzögerung kann an sich auf beliebige bekannte Weise
erreicht werden, zweckmäßigerweise wird man dies jedoch der einfachheithalber durch
ein im Schaltkreis vorgesehenes elektrisches Zeitverzögerungsglied bewirken.
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Auf diese Weise ist auch ohne Schwierigkeiten eine Veränderung der
Zeitverzögerung möglich, um den jeweiligen örtlichen Verhältnissen Rechnung zu tragen.
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Anhand der in den anliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele
wird nachfolgend die Erfindung im einzelnen näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigt: Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Ausbeutung von Lagerstätten nach dem Oberflächengewinnungsverfahren in schematischer
Darstellung; Figur 2 eine schematische Darstellung der Fräswalze in der abzufräsenden
Kohleschicht und die Anordnung der Sensoren I und II; Figur 3 eine schematische
Darstelluna eines Schälmessers anstelle der Fräswalze gemäß Figur 2 in der abzufräsenden
Kohleschicht und die Anordnung der Sensoren I und II; Figur 4 ein Schema der Walzenfunktionen
in Abhängigkeit von der Erkennung der Sensoren I und II gemäß dem in Figur 2 dargestellten
Schaltschema; Figur 5a und 5b stellen zusammen das Schaltschema für die Frästiefensteuerung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar und in Figur 6 ist die Hydraulikventilansteuerung
schematisch dargestellt.
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Die in Figur 1 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ausbeutung
von Lagerstätten nach dem Oberflächengewinnungsverfahren
besteht
aus einem selbstfahrenden Fahrwerk 1 mit lenkbarem und höhenverstellbarem Raupenfahrwerk
2 am vorderen Ende und zwei nebeneinander am hinteren Ende angeordneten Raupenfahrwerken
3. Zwischen den Fahrwerken ist höhenverstellbar über zwei Hydraulikzylinder 4 eine
Fräswalze 5 angeordnet, die die Lagerstätte 6 in einer vorbestimmten Tiefe abfräst,
wobei das abgefräste Material je nach der Drehrichtung der Fräswalze 5 sich entweder
direkt hinter der Fräswalze sammelt oder dann, wenn die Fräswalze gegen die Fahrtrichtung
dreht, sich vor der Fräswalze sammelt und sodann über die Fräswalze nach hinten
gefördert wird. Von dort gelangt das abgefräste Material mittels eines Transportbandes
7 auf ein weiteres Ladeband 8 und wird von dort auf ein Transportfahrzeug geladen,
welches der Gewinnungsvorrichtung folgt.
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Im Führerhaus 9 ist die Steuerzentrale untergebracht.
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Die Steuerung der Fräswalze 5 erfolgt über je zwei auf jeder Seite
der Fräswalze und in Fahrtrichtung gesehen dahinter angeordnete Sensoren I und II,
die die abgefräste Lagerstätte abtasten. Der Sensor I ist dabei hinter einer speziellen
Aufreißeinheit so angeordnet, daß er die Lagerstättenoberfläche etwa 2 Zentimeter
unter dem Fräsniveau abtastet, während der Sensor II die Lagerstättenoberfläche
in Höhe des Fräsniveaus abtastet.
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Je nach den beim Abtasten erhaltenen Lichtsianale steuern die Sensoren
I und II, die auf jeder Seite der Fräswalze 5 angeordnet sind, den auf jeder Seite
vorgesehenen Hubzylinder 4 der Fräswalze und damit die Höheneinstellung der Fräswalze.
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Aus den Figuren 2 und 4 geht hervor, in welcher Weise die Fräswalze
eingestellt wird in Abhängigkeit von den empfangenen Lichtsignalen der Sensoren
I und II.
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In Figur 3 ist schematisch die Möglichkeit dargestellt, anstelle der
Fräswalze 5 ein Schälmesser 10 zu verwenden, dessen Höheneinstellung und damit die
Dicke des abgeschälten Materials ebenfalls über die Sensoren I und II entsprechend
dem in den Figuren 2 und 4 dargestellten Schema erfolgt.
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Bei der in Figur 5a und 5b gezeigten Schaltung der Frästiefeneinstellung
der Fräswalze 5 sind auf jeder Seite der Fräswalze 5 je zwei Sensoren I und II hinter
der Schneidwalze angebracht. (Siehe Figur 1 und 2).
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Mit dem Schalter S1 wird die Anlage eingeschaltet und die Funktion
vorgewählt: Schalterstellung I "Erkennung B" oder Schalterstellung II "Erkennung
A".
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Mit der Schalterstellung II "Erkennung A" wird die Funktion der Erkennung
B invertiert,und die Anlage erlangt ein umgekehrtes Schaltverhalten. (Siehe Figur
4). Eine entsprechende Verknüpfung erfolgt über die Kontakte der Relais K3 und K3.1.
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Mit dem Wahlschalter S2 kann die Vorwahl getroffen werden: Sensor
"Rechts Ein", "Links Ein", "Rechts und Links Ein".
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Die Sensoren werden nach dem Einschalten der Anlage entsprechend der
Vorwahl S1 und S2 mit der Betriebsspannung von 24 VDC versorgt.
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Die Ausgänge der Sensoren B1 - B4 gehen auf die Relais
K1,
K2, K6 und K7 und steuern diese bei entsprechender Materialerkennung an. Die Empfindlichkeit
der Sensoren wird er die Ferneinsteller R1 - R4 entsprechend der Reflexionsfähigkeit
des Materials von der Fahrerkabine 9 aus eingestellt.
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Über die Kontakte der Relais K1 und K2 bzw. K6 und K7 und die Dioden
V1 und V2 bzw. V5 und V6 (Strompfad 6 und 7) werden die Funktionen entsprechend
der Tabelle der Figur 4 in Steuersignale "Auf", "AB" und "Stop" für die Hydrauliksteuerung
der Ventile verknüpft.
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Die Signale "Auf" und "Ab" werden über Zeitrelais verzögert, so daß
nur entsprechend große Materialänderungen im Endeffekt eine Veränderung der Höheneinstellung
der Fräswalze auslösen.
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Parallel zu den Steuerfunktionen werden Leuchtdioden H2, H3, H6 und
H4, H5, H7 angesteuert, welche der Funktion entsprechend verschiedenfarbig in der
Fahrerkabine aufleuchten. Es ist somit möglich, die Schnittiefe entsprechend der
Anzeige dieser Leuchtdioden manuell zu steuern.
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Die Kontaktausgänge der Zeitrelais K4, K5 und K8, K9 können entsprechend
den Erfordernissen für jeden speziellen Anwendungsfall verknüpft werden.