DE4212785A1 - Verfahren zum steuern einer bergbaumaschine, insbesondere einer doppelendigen auslegerschraemmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Bergbaumaschine, insbesondere einer doppelendigen Auslegerschrämmaschine.

Derartige Maschinen werden beim Abbau von Mineralien, wie beispielsweise Kohle, verwendet, wobei das gewünschte Mineral aus einem Flöz durch ein Strebabbauverfahren gewonnen wird, bei welchem die Maschine nacheinander an einer Mineralfront hin- und herverfahren wird, welche typischerweise eine Länge in der Größenordnung von 250 m aufweist, um das Mineral während der Fahrt mittels drehender Schneidtrommeln abzubauen. Eine Schneidtrommel ist auf einem Auslegerarm montiert, welcher jeweils am Ende der Maschine angeordnet ist, wobei eine der Trommeln das Mineral von der Obergrenze des Flözes abbaut, um ein Hangendes auszubilden, wobei diese Schneidtrommel als die führende Trommel bezeichnet wird, und wobei die andere Schneidtrommel den unteren Teil des Flöz es schneidet, um ein Liegendes zu formen, und diese Trommel als die nachlaufende Trommel bezeichnet wird. Die Maschine ist überlicherweise auf einem Panzerförderer montiert und auf diesem geführt, welche eine Vielzahl von längs der Abbaufront Ende an Ende miteinander verbundenen Pfannen aufweist, die in einer derartigen Weise miteinander verbunden sind, daß ein Grad der Flexibilität erreicht wird, um den Förderer während der Neupositionierung der Bergbaumaschine beim Fortschreiten in den Flöz schlangenlinienartig verformen zu können. Das Mineral wird von der Nähe der Maschine mittels des Förderers zum Strebende für eine weitere Förderung aus der Mine heraus gefördert.

Um die Wirtschaftlichkeit der Abbauoperation zu maximieren, ist es erforderlich zu gewährleisten, daß das gewünschte Material möglichst vollständig aus dem Flöz abgebaut wird, ohne daß hierbei Abweichungen durch Einschneiden der Trommeln in das darüberliegende oder darunterliegende Gestein auftreten.

Diese Aufgabe wird üblicherweise dadurch gelöst, daß eine gewünschte Dicke des Minerals am Hangenden und am Liegenden stehengelassen wird. Das Stehenlassen von Kohle am Hangenden ist vorteilhaft, indem hier der Zustand des Hangenden stabilisiert wird, und eine typische Dicke der Kohle am Hangenden kann in der Größenordnung von 100 mm liegen.

Eine Art zur Aufrechterhaltung dieser Dicke des Hangenden ist in unserem britischen Patent Nr. 15 26 028 beschrieben und schließt die Messung der Menge natürlicher Gammastrahlung ein, welche durch die benachbarten Schichten abgestrahlt wird, sowie das Steuern der Bergbaumaschine in Übereinstimmung mit dieser Strahlung. Insbesondere wird die Gammastrahlung durch einen Gammadetektor überwacht, der auf der Maschine angeordnet ist, und die Stärke des empfangenden Signals hängt von der Dämpfung des Signals durch die Menge des nach dem Schneidvorgang zurückgelassenen Hangenden ab. Falls das Signal zu sehr gedämpft wird, indem die Dicke zunimmt, dann kann ein Korrektursteuersignal gegeben werden, um den Winkel des Auslegerarms zur Veränderung des Schnitts einzustellen, so daß ein dünnerer Bereich der Kohle am Hangenden zurückgelassen wird.

Um jedoch eine umfassende Steuerung der Bergbaumaschine zu erreichen, ist es außerdem erforderlich, die Stufung des Hangenden zu schätzen, d. h. der Höhenunterschied des Hangenden zwischen dem beim vorhergehenden Durchgang geschnittenen Hangenden, an welchem eine Messung der Dicke der Kohle am Hangenden möglich ist, und der führenden Trommel, um dadurch eine weitere Steuerung der Trommel zu ermöglichen. Zur Zeit wird diese Messung üblicherweise unter Verwendung eines Folgeteils für das Hangende durchgeführt, welcher an dem Auslegerteil selbst befestigt ist. Dieser Folgeteil berührt das Hangende, welches bei dem vorhergehenden Durchgang geschnitten wurde, jedoch in der Nähe der Trommel und folgt den Konturen des Hangenden physisch. Wenn Abweichungen auftreten, erzeugt ein Meßwertwandler elektrische Signale, welche einer Vergleichsstufe zugeführt werden können, um den Winkel des Auslegerarms in der erforderlichen Weise zu ändern.

Die Steuerung kann ferner durch einen Faktor beeinflußt werden, welcher die Neigung oder Schräglage der Maschine in Richtung der Abbaufront berücksichtigt.

Die nachlaufende Trommel wird üblicherweise derart gesteuert, daß ein gewünschter Abbau erzielt wird, d. h. daß das im Moment geschnittene Hangende indirekt als Bezug gewählt wird, wenn ein Folgeglied für das Hangende Verwendung findet. Bei dem Rücklauf in einem zweiläufigen Abbauverfahren können die Trommeln direkt von einer vorliegenden Bezugsgröße des geschnittenen Hangenden gesteuert werden, indem die Höhendaten des Auslegers, welche beim ersten Durchlauf gespeichert wurden, Verwendung finden, und welche zum Abbau versetzt werden. Die Bereitstellung einer zweckdienlichen Bezugsgröße für die Höhe des geschnittenen Hangenden längs der Abbaufront und über die Länge der Maschine würde es ermöglichen, daß eine zweiendige Schrämmaschine mit Ausleger für sämtliche Abbauverfahren hinsichtlich der nachlaufenden Trommel ohne Folgeglied für das Hangende gesteuert werden kann.

Insbesondere in dicken Flözen und für die Steuerung der nachlaufenden Trommel kann das Folgeglied für das Hangende, welches in einer verletzlichen Position nahe der Trommel angeordnet ist, ein sehr langer, freitragender Arm sein, welcher folglich ziemlich flexibel ist und entsprechend leicht beschädigt werden kann, beispielsweise durch vom Hangenden abfallendes Mineral oder durch Unregelmäßigkeiten im Hangenden selbst.

In unseren schwebenden britischen Patentanmeldungen Nr. 22 21 709 A und 22 26 348 ist ein Verfahren zum Messen verschiedener Parameter für die Steuerung der führenden Trommel bzw. der nachlaufenden Trommel für eine Mineralbergbaumaschine beschrieben, bei welchem zusätzliche Informationen Verwendung finden, die hinsichtlich der Neigung der Abbaufront und des Auslegerarms durch Höhenmeßwertwandler längs des laufenden Schnittes ermittelt werden, und im Falle der führenden Trommel längs des vorausgehenden Schnitts. Dieses Verfahren, welches nicht der Gefahr von Beschädigungen ausgesetzte Folgeglieder benötigt, verwendet eine übertragene Bezugsgröße, die durch die Basis der Maschine selbst gestellt wird, um die Höhe des geschnittenen Hangenden oberhalb eines ursprünglichen Bezugsdatums voraussagt. Ein alternatives Schema verwendet ein kurzes, robustes Folgeglied für das Hangende, um eine zuverlässige Steuerung der führenden Trommel zu gewährleisten, wobei lediglich ein Algorithmus zur Steuerung der nachlaufenden Trommel erforderlich ist. Unter bestimmten Umständen jedoch können diese Verfahren zu kumulativen Irrtümern führen, welche in einer nicht optimalen Positionierung dieser Maschine resultieren.

Folglich ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung der nachlaufenden Trommel ohne Verwendung eines Folgegliedes für das Hangende zu schaffen, welche Irrtumssteuerung aufweist, indem ein alternativer Algorithmus entweder mit oder ohne einem zusätzlichen Sensor oder Sensoren verwendet, um dadurch eine Messung des örtlichen Gradienten der Pfanne des Förderers zu erhalten. Ein Algorithmus wird entwickelt, welcher einen angenäherten Ort der Maschine längs der Abbaufront erzeugt, aus welchem es möglich ist, sämtliche Variablen der Steuerung auf eine Funktion von lokalen Höhenunterschieden (bezogen auf den Ort der Maschine), Winkel um ggf. Messungen der Dicke der Kohle zu reduzieren.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren zur Steuerung einer doppelendigen Schrämmaschine vom Auslegertyp in einem Flöz, in welchem die Maschine eine führende Trommel, die an dem Maschinengehäuse über einen Auslegerarm an einem Ende befestigt ist, und Mineral von einer Abbaufront bis zu einer Strecke an oder nahe der Grenzfläche von Mineral und benachbarter Schicht des Hangenden abbaut und einer nachlaufenden Schneidtrommel, welche an dem Maschinengehäuse durch einen Auslegerarm am anderen Ende montiert ist und derart angeordnet ist, daß verbleibendes Material von der Abbaufront entfernt wird und ein Boden oder Liegendes gebildet wird, wobei die Maschine auf Schuhen hin- und herbeweglich längs eines Förderers gelagert ist, der eine Vielzahl von Pfannen aufweist, dadurch erreicht, daß in vorbestimmten Schritten der Bewegung der Maschine längs des Förderers die Position des Auslegerarms der führenden Trommel unter Verwendung einer ersten Fühlereinrichtung gemessen wird, daß unter Verwendung einer zweiten Fühlereinrichtung die Position des Auslegerarms der nachlaufenden Trommel gemessen wird, daß die Neigung der Maschine unter Verwendung dritter Einrichtungen gemessen wird, und daß die weiter unten definierten Algorithmen aus diesen Messungen erzeugt wird, um ein Pfannen- oder Schuhhöhenprofil oder Höhendifferenzen zu erzeugen, daß das Pfannen- oder Schuhhöhenprofil oder die Höhendifferenzen aus diesen zur Kontrolle und Steuerung der nachlaufenden Trommel längs versetzten Profils bezüglich des Höhenprofils der führenden Trommel verwendet werden, wobei die führende Trommel unabhängig gesteuert wird, um dadurch den erforderlichen Abbau zu erzielen, der Algorithmus erzeugt wird, um eine Abhängigkeit zwischen geschätzten Höhe von Punkten auf dem Pfannenprofil in der Nachbarschaft oder letzten Nachbarschaft der Maschine in einer derartigen Weise zu erzeugen, daß Steuerungsfehler einschließlich kumulierter Fehler längs oder in Richtung der Abbaufront begrenzt werden.

Der in der vorliegenden Beschreibung verwendete Ausdruck "Algorithmen" bezieht sich auf Berechnungen unter Verwendung von tatsächlichen oder abgeleiteten Daten von den Messungen, um das erwähnte Pfannen- oder Schuhprofil oder darauf basierende Höhendifferenzen zu erzeugen, und aus diesen die erforderliche Position des Auslegerarms der nachlaufenden Trommel. Der Algorithmus kann berechnete Pfannenhöhen und Schätzwerte der Höhenunterschiede der Pfannen in der Nachbarschaft oder mittelbaren Nachbarschaft der Maschine (in Kombination) verwenden, um das Pfannen- oder Schuhhöhenprofil längs der Abbaufront mit einer Abhängigkeit zwischen Schätzwerten der Höhen benachbarter Punkte in dem Profil zu erzeugen, wobei dieses Profil als Bezugsplattform verwendet wird, auf welcher mit einer Verzögerung etwa gleich der Länge der Maschine die Positionen der führenden Trommel und der momentanen Position der nachlaufenden Trommel bezogen werden können und derart berechnet werden können, daß eine gewünschte Position der nachlaufenden Trommel erzeugt werden kann, die gewählt wird, um den erforderlichen Abbau zu erzielen, und die mit der momentanen Position der nachlaufenden Trommel zum Zwecke einer stabilen Steuerung verglichen wird, wobei die Abhängigkeit zwischen den Schätzwerten der Höhen von Punkten auf dem Pfannenprofil gewährleistet, daß kumulierte Steuerfehler längs der Abbaufront begrenzt werden. In vorgewählten Schritten längs der Abbaufront werden Schätzungen durchgeführt und Berechnungen auf den letzten Stand gebracht. Höhen können als willkürliche Daten bezeichnet werden. Das Pfannenprofil kann in einer Position hinter dem vor laufenden Schuh auf den letzten Stand gebracht werden, so daß Messungen zugänglich gemacht werden, welche durchgeführt wurden, als der vorlaufende Schuh an Punkten auf dem Profil vorher war oder an dem Punkt und an dem folgenden Punkt bezüglich der Neuerfassung der Daten. Besagte Kombination wird derart gewählt, daß eine Verzögerung und Verzerrung des Profils begrenzt wird, und daß die Gesamtfehler der Höhendifferenzen zwischen Punkten auf dem Pfannenprofil, auf welchen der Steuerfehler bezogen ist, begrenzt werden. Die Kombination kann derart gewählt werden, daß der Steuerfehler minimiert wird oder auf annehmbares Niveau begrenzt wird. Der Algorithmus kann den Schritt einschließen, daß mehr als eine vorausgesagte Pfannenhöhe der Position des updating (in Kombination) bei der Berechnung des Pfannenhöhenprofils an dieser Position einschließt, um dadurch besagte Abhängigkeit zu erzeugen, wobei jede vorausgesagte Pfannenhöhe eine zuvor berechnete Pfannenhöhe in ihrer Formulierung einschließt und ferner einen oder mehrere Schätzwerte der Pfannenhöhenunterschiede einschließen kann, wobei hierbei eine oder mehrere Messungen durchgeführt werden können, nachdem der vorlaufende Schuh an der updating-Position befindlich war.

Der Algorithmus schließt den Schritt ein, daß die Höhendifferenzen zwischen vorderen und hinteren Schuhen für momentane oder vorausgegangene Maschinenpositionen berechnet werden, um Verwendung zu finden, Schätzwerte der Pfannenhöhendifferenzen zu erzeugen. Die Höhendifferenzen von Schuh zu Schuh können unter Verwendung von Schätzwerten der Neigung längs der Abbaufront und der Entfernung zwischen den Schuhen berechnet werden. Wenn die Höhendifferenzen von Schuh zu Schuh die einzigen Schätzwerte der Pfannenhöhendifferenz darstellen, die bei der Erzeugung des Pfannenprofils verwendet werden, kann eine Näherung an das Profil berechnet werden.

Der Algorithmus kann ein anfängliches Pfannenhöhenprofil enthalten, welches berechnet wird, indem ein lineares Profil zwischen den Schuhpositionen und in unmittelbarer Nachbarschaft der Schuhpositionen bei einem Winkel angenommen wird, welcher gleich dem Neigungswinkel der Längsrichtung der Abbaufront ist.

Der Algorithmus kann den Schritt enthalten, daß Schätzwerte für den Pfannengradienten verwendet werden, um Höhendifferenzen zwischen Punkten der Pfannen an der Trennstelle von einem oder mehreren vorbestimmten Schritten der Maschinenbewegung zu berechnen, welche als zusätzliche Schätzwerte für die Pfannenhöhendifferenzen verwendet werden. Die Punkte können an oder nahe den vorderen oder den hinteren Schuhen sein. Die Verfügbarkeit von Höhendifferenzen kann in diesem Fall ein Ausgangsprofil für den Allgorithmus nicht erforderlich machen, und kann ferner ein geometrisch genaueres Pfannenhöhenprofil erzeugen.

Die vorausgegangene Position der führenden Trommel und die gewünschte Position der nachlaufenden Trommel bezüglich des Pfannenprofils werden in dem Algorithmus unter Verwendung vorliegender und/oder gespeicherter Sensormessungen bestimmt. Jede Trommel kann über den entsprechenden, am nächsten liegende Schuh auf das Pfannenprofil bezogen werden.

Der Algorithmus kann den Schritt einschließen, daß die berechnete Bezugshöhe der führenden Trommel oder der gewünschte Abbau eingestellt, indem die Differenz zwischen der Dicke der zurückgelassenen Kohle an der Trommel und der gewünschten Dicke der Kohle in Situationen verwendet wird, in denen die führende Trommel nicht genau gesteuert wird, so daß die nachlaufende Trommel unter Bezug auf die Flözgrenzen gesteuert werden kann.

Das Höhenprofil der Pfannen bzw. der führenden Trommel und die Höhenunterschiede werden aus momentanen und/oder vorausgegangenen Messungen berechnet und können unmittelbar verwendet werden oder für eine Verwendung in der Zukunft in einem Speicher gespeichert werden.

Die ersten Meßeinrichtungen können Instrumente zum Bestimmen der Position des Auslegerarms der führenden Trommel bezüglich des Maschinengehäuses enthalten. Diese Instrumente können Meßwertwandler enthalten, welche den Drehwinkel des Auslegerarms um seine Gelenkachse am Maschinengehäuse oder eine Funktion hiervon messen.

Die zweiten Einrichtungen können Instrumente enthalten, um die Position des Auslegerarms der nachlaufenden Trommel bezüglich des Maschinengehäuses zu bestimmen. Diese Instrumente können Meßwertwandler enthalten, welche den Drehwinkel des Auslegerarms um seine Gelenkachse am Maschinengehäuse oder eine Funktion hiervon messen.

Die dritten Einrichtungen können Instrumente enthalten, um die Neigung der Maschine in Richtung der Abbaufront und die Neigung der Maschine längs der Abbaufront zu bestimmen. Diese Instrumente können Neigungsmesser zum Messen der Neigung in beiden Richtungen enthalten. Das Verfahren kann den Verfahrensschritt aufweisen, daß der lokale Pfannengradient (oder zwischen voreingestellten Schritten Pfannenhöhendifferenzen) geschätzt wird, indem Schätzwerte in dem Algorithmus verwendet werden, um ein geometrisch genaueres Pfannenpfofil zu erzeugen. Ein Schätzen des lokalen Pfannengradienten kann an oder in der Nähe der vorderen und/oder hinteren Schuhe der Maschine erfolgen. Diese Schätzung kann eine Sensormessung des Pfannengradienten einschließen. Der Pfannengradient kann als Höhendifferenz zwischen Punkten auf den Pfannen bestimmt werden, welche durch vorgewählte Schritte voneinander getrennt sind oder als lokale Neigung der Pfannen. Alternativ kann eine Annäherung an das Pfannenprofil durch den Algorithmus erzeugt werden, wenn Schätzungen des Pfannengradienten nicht eine ausdrückliche Auswertung erfordern. Ein Beispiel einer derartigen Annäherung wird erzeugt, wenn Schätzungen aller lokaler Pfannengradienten in einem Filterfenster, welches in dem Algorithmus definiert ist, als identisch gleich angenommen werden.

Der Algorithmus der nachlaufenden Trommel kann gespeicherte Sensorvariablen und das Pfannenprofil verwenden, um die momentan geschnittene Höhe der führenden Trommel zu berechnen, und zwar mit einer Verzögerung etwa gleich dem Abstand von Trommel zu Trommel, wobei hieraus die erforderliche Höhe der nachlaufenden Trommel versetzt wird, um den gewünschten Abbau zu erzeugen. Die gewünschte Position des Auslegerarms der nachlaufenden Trommel wird aus dieser Höhe, dem Pfannenprofil und den Sensorvariablen bestimmt. Der Algorithmus der nachlaufenden Trommel erfordert keine Folgeglieder für das Hangende oder eine Messung der Dicke der Kohle am Hangenden, um eine Steuerung des Abbaus zu erreichen. Wenn jedoch die führende Trommel nicht genau gesteuert ist, kann das Verfahren den Schritt enthalten, einen Schätzwert für die Dicke der Kohle am Hangenden oberhalb der Schneidtrommel festzulegen, wobei dies im Zeitpunkt des Schneidens oder später erfolgen kann, und wobei dieser Wert gespeichert werden kann und in Kombination mit der gewünschten Dicke der Kohle am Hangenden in dem Algorithmus verwendet werden kann, um das berechnete Höhenprofil der führenden Trommel zu korrigieren, so daß eine umfassende Bezugsgröße des Abbaus bezüglich der Obergrenze des Flözes geschaffen wird. Instrumente, welche für eine derartige Bestimmung der Dicke der Kohle am Hangenden zweckdienlich sind, schließen einen Sensor für die natürlich Gammastrahlung ein.

Die führende Trommel wird, wie bereits erwähnt, unabhängig gesteuert und kann außerdem mit oder ohne einem Folgeglied für die Kohlendicke und/oder das Hangende gesteuert werden.

Die führende Trommel kann manuell gesteuert sein, und zwar mittels eines kurzen, robusten Folgegliedes für das Hangende oder andere zweckdienliche Einrichtungen.

Im folgenden wird beispielhaft ein Verfahren zum Steuern einer Bergbaumaschine nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, welche eine schematische Darstellung einer Bergbaumaschine in ihrer Stellung an einer Abbaufront zeigt, und ferner unter Bezugnahme auf den hieraus abgeleiteten Algorithmus. In der Zeichnung trägt das Gehäuse 1 der Maschine eine führende Schneidtrommel 2 an dem Ende eines Auslegers oder Arms 3 und eine nachlaufende Schneidtrommel 4 am Ende eines Auslegers oder Arms 5.

Die Trommel 2 schneidet in einen Flöz 6 eines gewünschten Minerals im vorliegenden Fall Kohle ein, um ein Hangendes 7 zu bilden, welches eine Dicke im Durchschnitt von typischerweise 100 mm an seiner Grenzfläche 8 zu der darüberliegenden Schicht 9 aufweist.

Die Trommel 4 schneidet in den gleichen Flöz 6 ein, um einen Boden 11 oder Liegendes vorzugsweise innerhalb des Flözes zu formen, welcher eine Grenzfläche 12 zu der darunterliegenden Schicht 13 aufweist, derart, daß der Gesamtabbau in dem Flöz dem gewünschten Abbau entspricht.

Das Gehäuse 1 der Maschine trägt bei 14 einen Sensor für natürliche Gammastrahlung, und zwar im wesentlichen im Mittelpunkt seiner obenliegenden Fläche. Der Sensor für natürliche Gammastrahlung mißt das momentan geschnittene Hangende im Bereich der führen Trommel.

Das Gehäuse 1 ist auf Schuhen 17 und 18 gelagert, welche die führenden bzw. nachlaufenden Schuhe bilden. Die Schuhe laufenden üblicherweise auf Pfannen 10 eines Förderers, der in dem zuvor ausgeführten Schnitt angeordnet ist, wobei die Pfannen an ihren Verbindungspunkten flexibel sind.

Das Gehäuse 1 schließt Neigungsfühler und Positionsfühler für die Auslegerarme (nicht dargestellt) ein, welche überlicherweise an den Gelenkpunkten 15 und 16 der Auslagerarme für die Trommeln angeordnet sind.

Sämtliche Höhen an der Abbaufront der Kohle, den Pfannen und der Maschine, die nicht lokale Dimensionen sind, werden auf eine willkürliche Bezugslinie 19 als orthogonaler Abstand von dem jeweiligen Punkt der Bezugslinie definiert. Die Bezugslinie kann eine horizontale Linie sein, wobei in diesem Falle die orthogonale Richtung durch die Schwerkraft gegeben ist. Bei diesem Beispiel wird angenommen, daß die Bezugslinie eine horizontale Linie ist.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß die Abbaufront nicht horizontal verläuft, sondern in einem Winkel zur Horizontalen oder einer anderen festgelegten Bezugsgröße liegt, von der ausgehend die Neigung gemessen wird. Anfänglich wird angenommen, daß Flöz und Maschine beim Vorschub längs der Abbaufront horizontal liegen, und es wird der Fall entwickelt, in dem die Neigung des Vorschubs nicht gleich 0 ist. Es wird auf eine willkürliche Bezugslinie Bezug genommen, von der ausgehend vertikale Abstände gemessen werden. Es wird jedoch gezeigt, daß der Algorithmus der nachlaufenden Trommel lediglich nicht unabhängige, lokale Höhendifferenzen verwendet, so daß kumulative Fehler, welche ohne den Algorithmus auftreten würden, begrenzt, d. h. minimiert und gesteuert werden.

Höhen werden an Inkrementen der Maschinenbewegung längs des Förderers gemessen. Diese Inkremente sind festgelegte Längen und können als MMADD-Intervalle oder Inkremente bezeichnet werden, wobei MMADD bedeutet "Maschinenbewegung und Richtungsdetektor". Der Detektor kann ein Tachometerzähler sein. Eine Entfernung oder Verzögerung, welche als n bezeichnet wird, bezieht sich auf n MMADD- Intervalle.

Das Hangende am Berührungspunkt mit der führenden Trommel ist in einer angenommenen, senkrechten Position Y (i), wobei Mittelpunkt der führenden Trommel bei Y_ldc(i) bezüglich der willkürlichen Bezugslinie ist, und die Position des Hangenden über der nachlaufenden Trommel ist an der Position Y (i-nd), wobei der Mittelpunkt der nachlaufenden Trommel bei Y_tdc(i) befindlich ist, wobei nd die Entfernung zwischen den Mittelpunkten der beiden Trommeln darstellt. Die Höhe des vorlaufenden Schuhs 17 beträgt Y₁(i) und die Höhe des nachlaufenden Schuhs 18 ist Y_t(i). Die Schuhe und Trommeln tauschen ihre Rollen bei einem Rücklauf der Maschine längs der Abbaufront. Jede Trommel 2 oder 4 weist einen Radius R auf und die Auslegerarme 3 und 5 haben Längen L_b und sind an dem Gehäuse in einer Entfernung L von dem Nächstliegenden Maschinenschuh und in einer Höhe H oberhalb der Schuhe angelenkt. Wenn die Auslegerhöhe verwendet wird, bezeichnet H′ eine Entfernung über der Basis der Pfannen 10. Aus Gründen der Einfachheit ist H′ in der Zeichnung nicht dargestellt, kann jedoch als H plus der Tiefe der Pfannen angenommen werden. Die Auslegerarme stehen in einem Winkel R_b zur Oberseite des Maschinengehäuses 1. Der Auslegerwinkel R_b wird als R_bl und R_bt für die führende bzw. die nachlaufende Trommel angenommen. Es wird bei dem beschriebenen Beispiel angenommen, daß update-Inkremente und Entfernungen nd oder ns die Entfernung zwischen den Schuhen konstant und unabhängig von anderen Faktoren wie beispielsweise dem Auslegerwinkel sind. In der Praxis können einfache Einstellungen zur Korrektur der variablen und nicht ganzzahligen MMADD Längen angenommen werden.

Ein Pfannenhöhenprofil wird erzeugt, welches als Plattform benutzt werden wird, auf welche die Höhen der führenden und der nachlaufenden Trommel bezogen werden. Die gewünschte Position der nachlaufenden Trommel wird als die Höhe der führenden Trommel bestimmt, wenn diese an dieser Position längs der Abbaufront befindlich war und zwar versetzt, um hierdurch den gewünschten Abbau zu erreichen.

Die Neigung längs der Abbaufront wird verwendet, um die Höhendifferenz zwischen den Maschinenschuhen zu schätzen, welche als dy(i) = D_s · sin R_t(i) angenommen wird, wobei D_s die Entfernung zwischen den vorderen und hinteren Schuhen ist, welche etwa gleich n_s MMADD-Intervallen ist und R_t der Winkel der Neigung längs der Abbaufront ist. Es wird angenommen, daß der nachlaufende Schuh die durch den vorlaufenden Schuh zuvor eingenommenen Positionen durchläuft, so daß gilt Y_t(i) = Y_l(i-n_s), wenn jedoch ein Profil aufgebaut wird, in dem lediglich Y₁(i) = Y_t(i) + dy (i) verwendet wird, stellt es eine einfache Übung dar zu zeigen, daß Schätzwerte der Profilhöhe unabhängig von ihren örtlichen Nachbarn sind, mit der Ausnahme, daß sie miteinander über die anfängliche Ausgangsposition in Beziehung stehen, und daß als Resultat Zufallsfehler sich längs der Abbaufront fortpflanzen, indem das Profil mit einem Fehler

konstruiert wird, wobei σR die Standardabweichung des Fehlers in dy(i) und n_f die Anzahl von MMADD-Intervallen ist, die längs der Abbaufront zurückgelegt wurden.

Falls andererseits eine Messung des lokalen Pfannengradienten, welcher durch die Höhendifferenze ∈ⁱ zwischen einem Punkt auf der Pfanne am führenden Schuh und einem um ein MMADD-Intervall davon entfernten Punkt definiert ist, an dem Maschinenschuh verfügbar ist, ist es möglich, ein Pfannenprofil (Y_c) aus einer Kombination von Meßwerten des lokalen Pfannengradienten und Meßwerten der Neigung längs der Abbaufront zu konstruieren, wodurch die Unabhängigkeit örtlicher Schätzwerte der Profilhöhe entfernt wird. Eine Anzahl derartiger Algorithmen kann entwickelt werden, welche beide Typen von Messungen miteinander kombinieren können, um das notwendige Verbindungsglied zwischen benachbarten Schätzwerten des Profils zu schaffen, ohne daß hierdurch eine Meßverzögerung oder Verzerrung eingeführt wird.

Ein Beispiel eines derartigen Algorithmus für einen Dreipunktfilter ist

wobei wir annehmen, daß ein anfängliches Profil unter dem Maschinengehäuse bereits bekannt ist. Wir verwenden m, welches zum Zweck der Klarheit identisch gleich zu n_s ist. Obwohl dy(k+1) nicht bei k = i, d. h. der momentanen Maschinenposition, bekannt ist, sind die Y_c(k) Werte nicht sofort für den Algorithmus der nachlaufenden Trommel erforderliche, so daß die Verzögerung in dem System genutzt werden kann, um Meßwerte für eine spätere Verwendung in einem derartigen zweiseitigen Filter zu verwenden. Es kann ferner eine Fußbreite ausgehend von Y_c(i-m) zu Y_p(i) vorausgesagt werden, wobei Y_p(i) = Y_c(i-m) + dy(i).

Ein allgemeinerer Filter von 2nt+1 Gliedern kann geschrieben werden als

wobei i und j in diesem Fall Scheinvariable sind.

Falls ein Schätzwert für ∈ nicht verfügbar ist, kann eine Näherung an das Profil durchgeführt werden, indem in dem Pfannenprofil örtlicher Linearität angenommen wird. Dies kann in dem Algorithmus dadurch erfolgen, daß alle ∈ gleichgesetzt werden. In diesem Fall ist der zusätzliche, eingeführte Fehler durch die Länge des Filters und den Grad der Verschwenkung der Pfannen längs der Abbaufront bestimmt. Die Grenze bei den Winkeln zwischen den Pfannen von einigen wenigen Grad scheinen anzuzeigen, daß aus der Nicht-Linearität stammende Fehler kaum im schlechtesten Falle 50 mm die Filterlänge von nicht mehr als Fördererpfannen übersteigen werden.

In diesem Falle wird der Filter für 2n_t+1 Glieder

wobei i in diesem Fall eine Scheinvariable ist.

Andere Kombinationen, welche Y_c und dy verwenden, können ebenfalls bei der Erzeugung von Y_c(k) richtig sein.

Das Profil zwischen den Schuhen am Beginn oder beim Anlaufen wurde noch nicht erklärt. Dieses Profil über eine Bewegungsentfernung von n_s MMADD-Intervallen kann unter Verwendung von lokalen Schätzwerten des Pfannengradienten aufgebaut werden. Alternativ kann eine gerade Linie zwischen den Schuhen als eine Näherung an das Ausgangsprofil verwendet werden, wobei irgendwelche größeren Fehler über eine Lernentfernung an der Abbaufront, in welcher Kohle nicht abgebaut werden muß, abgebaut werden können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Maschine derart veranschaulicht, daß sie von links nach rechts läuft, jedoch können ähnliche Gleichungen wie die Gleichungen 2 und 3 konstruiert werden, um das Pfannenprofil zu berechnen, wenn die Maschine in der umgekehrten Richtung läuft. Wenn eine doppelendige Schrämmaschine vom Auslegertyp an den Enden der Abbaufront nicht über die Fördererpfannen geschoben wird, kann das Profil von Durchgang zu Durchgang oder anderen Umkehrungen der Maschinenbewegung aufrechterhalten bleiben, in dem gespeicherte Werte des Profils im Bereich unmittelbar hinter der Maschine jedoch vor dem Endpunkt des Förderers verwendet werden, bis die notwendigen von dem Filter angeforderten Profilpunkte verfügbar werden, so daß lediglich ein anfänglicher Startpunkt erforderlich ist.

Es ist möglich, das Pfannenprofil durch die Gleichungen 2 oder 3 für Positionen an der Abbaufront bis zu i-n_t zu berechnen, wobei i die momentane Position des führenden Schuhs ist. Die Höhe des Mittelpunktes der führenden Trommel zum Zeitpunkt, als die Maschine n_d hinter ihrer momentanen Position s befindlich war, ist durch die Gleichung

y_ldc(i-n_d) = y_c(i-n_d) + (R + BH₁(i-n_d) ) · cos R_t(i-n_d)
+ (L + L_b · cos R_bl(i-n_d) ) · sin R_t(i-n_d) + fat(i-n_d) (4)

gegeben, wobei die Höhe des Auslegers als

BH₁(i) = H′ + L_b · sin R_bl(i)-R

ist und eine Toleranz für eine sich ändernde Neigung längs der Abbaufront, gegeben durch fat(i), eingeräumt wird. Y_c(i-n_d) wird als die Höhe des vorlaufenden Schuhs mit einer Verzögerung n_d angenommen.

Die erforderliche Höhe des Auslegers der nachlaufenden Trommel ist durch

BH_t(i) = [y_ldc(i-n_d) - y_c(i-n_s) + (L+L_b · cos R_bt(i) ) · sin R_t(i)
- fat(i) - R · cos R_t(i) - (E-2R) · cos R_t(i-n_d)] / cos R_t(i) (5)

gegeben, wobei E der gewünschte Abbau ist. Y_c(i-n_s) wird als die Höhe des nachlaufenden Schuhs angenommen.

Der erforderliche Winkel des Auslegers der nachlaufenden Trommel ist durch

R_bt(i) = sin^-1 ( (BH_t(i) - H′ + R) / L_b) (6)

gegeben.

Alternativ können _bt(i) oder sin _bt(i), welche zwei der möglichen Meßwertwandlerfunktionen darstellen, direkt berechnet werden, ohne die Höhe des Auslegers explizit zu bestimmen. Beispielsweise gilt

Y(k) = y_c(k) + (H+R) · cos R_t(k) + L · sin R_t(k) + L_b · sin (R_t(k) + R_bl(k) ) + fat(k) (7)

wobei k für k <i-nt berechnet werden kann.

Es kann die Gleichung

Y(i-n_d) - Ecos R_t(i-n_d) = y_c(i-n_s) + Hcos R_t(i) - Lsin R_t(i) + L_bsin (R_bt(i) - R_t(i) ) - Rcos R_t(i) + fat(i)

aufgestellt werden, wobei die rechte Seite der Gleichung die Höhe der nachlaufenden Trommel am Berührungspunkt mit dem Liegenden dastellt.

Eine Neuanordnung dieser Gleichung ergibt

R_bt(i) = sin^-1 ([Y(i-n_d) - Ecos R_t(i-n_d) - y_c(i-n_s) - Hcos R_t(i)
+ Lsin R_t(i) + Rcos R_t(i) - fat(i)] / L_b) + R_t(i) (8)

Aus den Gleichungen (4) und (5) ist offensichtlich, daß DH_t(i) eine Funktion von [Y_c(i-n_d) - Y_c(i-n_s)] ist, d.h. der Höhendifferenz zwischen zwei lokalen Punkten auf den Pfannen und lokalen Meßwertwandlervariabler. Eine ähnliche Abhängigkeit für R^bt(i) kann in den Gleichungen (7) und (8) gesehen werden. n^t oder die Form des Filters, welcher Y_c(k) erzeugt, kann derart gewählt werden, daß der Fehler in dieser Höhendifferenz minimiert oder auf ein annehmbares Niveau begrenzt wird, so daß der Steuerfehler auf diese Weise ebenfalls begrenzt werden kann.

Wenn die Maschine in der umgekehrten Richtung bewegt wird, und die Rollen der Trommeln getauscht wurden wie dies bei in zwei Richtungen arbeitenden doppelendigen Schrämmaschinen vom Auslegertyp der Fall ist, können ähnliche Ausdrücke wie die Gleichungen (5) und (8) in einer equivalenten Weise erzeugt werden.

Fehler werden aufgrund der ungenauen Überordnung der Schuhe eingeführt, beispielsweise falls ein Schuh nicht mit den Pfannen in Berührung steht, ferner aufgrund von Meßwertwandlerfehlern und aufgrund der Annahme einer örtlichen Linearität der Pfannen in dem Filterfenster, in welchem eine Näherung durchgeführt wird. Fehler in dem Pfannenprofil selbst können sich nacheinander längs der Abbaufront aufbauen, jedoch werden die Fehler in den lokalen Höhendifferenzen zwischen Punkten des Pfannenprofils begrenzt. Letztlich wird der Berührungspunkt der Trommel für jede Trommel bei einem Winkel R_t(i) in der Position (i) angenommen, jedoch kann ein genauerer Winkel derjenige Winkel sein, welcher aus dem geometrischen Ort der Pfanne oder dem geometrischen Ort der führenden Trommel bei dem momentanen oder vorausgehenden Durchlauf geschätzt wurde.

Falls die führende Trommel ungenau gesteuert wurde, kann eine Korrektur ihres Höhenprofils über der nachlaufenden Trommel durchgeführt werden, falls nun genaue Schätzwerte für eine gewünschte Kohlendicke CT_des und die gemessene oder geschätzte Kohlendicke CT_meas verfügbar sind.

In seiner einfachsten Form würde gelten

Y_des(i-n_d) = Y(i-n_d) + CT_meas - CT_des

wobei Y_des(i-n_d) die gewünschte geschnittene Höhe des Hangenden oberhalb der nachlaufenden Trommel wäre. Die gewünschte Kohlendicke kann ggf. nicht konstant sein und wird durch Überlegung der Steuerung des Schneidhorizonts bestimmt. Im Prinzip würde diese Näherung es erlauben, daß die nachlaufende Trommel bezüglich der Flözgrenzen gesteuert wird.

Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich selbst als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

Claims (14)

1. Verfahren zum Steuern einer Bergbaumaschine, insbesondere einer doppelendigen Schrämmaschine vom Auslegertyp in einem Flöz, wobei die Maschine eine führende Schneidtrommel aufweist, die an dem Maschinengehäuse durch einen Auslegerarm an einem Ende befestigt ist und angeordnet ist, um Mineral von einer Abbaufront bis zu einer Entfernung bei oder nahe der Grenzfläche des Minerals und der benachbarten Schicht des Hangenden abzubauen, und wobei eine nachlaufende Schneidtrommel an dem Maschinengehäuse durch einen Auslegerarm am anderen Ende befestigt ist und angeordnet ist, um verbleibendes Material von der Abbaufront zu entfernen und ein Liegendes zu formen, wobei die Maschine auf Schuhen auf einem Förderer hin- und herbeweglich gelagert ist, welcher eine Vielzahl von Pfannen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in festgelegten Bewegungsinkrementen der Maschine (1) längs des Förderers (10) die Position des Auslegerarms (3) der führenden Trommel unter Verwendung erster Fühlereinrichtungen gemessen wird, daß die Position des Auslegerarms (5) der nachlaufenden Trommel unter Verwendung von zweiten Fühlereinrichtungen gemessen wird, daß unter Verwendung dritter Einrichtungen die Neigung der Maschine gemessen wird, und daß Algorithmen der im folgenden definierten Art aus diesen Messungen erzeugt werden, um ein Pfannen- oder Schuhhöhenprofil oder darauf basierende Höhendifferenzen zu erzeugen, daß das Pfannen- oder Schuhhöhenprofil oder die darauf basierenden Höhendifferenzen zur Kontrolle und Steuerung der nachlaufenden Schneidtrommel (4) längs eines Profils verwendet werden, welche bezüglich des Höhenprofils der führenden Trommel versetzt ist, wobei die führende Trommel (2) unabhängig gesteuert ist, um den erforderlichen Abbau zu erzielen, wobei der Algorithmus derart erzeugt wird, daß er eine Abhängigkeit zwischen Schätzwerten der Höhen von Punkten auf dem Pfannenprofil in der Nachbarschaft oder vergangenen Nachbarschaft der Maschine liefert, derart, daß Steuerungsfehler, einschließlich kumulativer Fehler, längs oder in Richtung der Abbaufront begrenzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pfannen- oder Schuhhöhenprofil oder die darauf basierenden Höhendifferenzen aus berechneten Pfannenhöhen und geschätzten Differenzwerten der Pfannenhöhen in der Nachbarschaft oder unmittelbaren Nachbarschaft der Maschine (1) erzeugt wird/werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pfannen- oder Höhenprofil der führenden Trommel und die Höhendifferenzen aus momentanen und/oder zurückliegenden Messungen berechnet werden und unmittelbar verwendet werden oder für eine zukünftige Verwendung in einem Speicher gespeichert werden.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fühlereinrichtung Instrumente enthält, um die Position des Auslegerarms (3) der führenden Trommel (2) bezüglich des Maschinengehäuses zu bestimmen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Instrumente Meßwertwandler enthalten, welche geeignet sind, die Winkeldrehung des Auslegerarms (3) um seinen Gelenkpunkt (15) an dem Maschinengehäuse oder eine Funktion hiervon zu messen.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Fühlereinrichtungen Instrumente enthalten, um die Position des Auslegerarms (5) der nachlaufenden Trommel bezüglich des Maschinengehäuses zu bestimmen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Instrumente der zweiten Fühlereinrichtung Meßwertwandler enthalten, welche geeignet sind, die Winkeldrehung des Auslegerarms (5) um seinen Gelenkpunkt (16) an dem Maschinengehäuse oder eine Funktion hiervon zu messen.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Einrichtungen Instrumente enthalten, um die Neigung der Maschine (1) in Richtung der Abbaufront und längs der Abbaufront zu bestimmen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Instrumente der dritten Einrichtung Neigungsmesser enthalten, welche geeignet sind, die Neigung in beiden Richtungen bezüglich der Abbaufront und längs der Abbaufront zu messen.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein lokaler Pfannen- oder Schuhgradient geschätzt wird, und daß dieser Schätzwert oder mehrere Schätzwerte in Kombination mit den Meßwerten der Maschinenneigung in Algorithmen verwendet werden, um ein geometrisch genaueres Pfannenprofil zu erzeugen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schätzwert oder die Schätzwerte als Höhendifferenzen zwischen Punkten auf der Pfanne bestimmt werden, welche durch vorgewählte Inkremente voneinander getrennt sind oder als die örtliche Neigung der Pfannen.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schätzwert des örtlichen Pfannengradienten an oder in der Nähe der vorderen und/oder hinteren Schuhe (17, 18) der Maschine (1) gewonnen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schätzung eine Fühlermessung eines Pfannengradienten einschließt.

14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schätzung der Kohlendicke am Hangenden oberhalb der Schneidtrommel im Zeitpunkt des Schneidens oder später durchgeführt wird, daß der hierdurch bestimmte Schätzwert gespeichert und in Kombination mit der gewünschten Kohlendicke am Hangenden in den Algorithmen verwendet wird, um das berechnete Höhenprofil der führenden Trommel zu korrigieren, wenn diese Trommel nicht genau gesteuert wurde, derart, daß eine durchgehende Bezugsgröße des Abbaus bezüglich der Obergrenze des Flöz erzeugt wird.