DE4222331C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der horizontalen Massenverteilung von Schüttgut - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der horizontalen Massenverteilung von Schüttgut gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 7 und kann insbesondere im Braunkohlentagebau ver­ wendet werden.

Im Braunkohlenbergbau werden die über dem Kohleflöz liegen­ den Erdmassen gebaggert und mittels Abraumförderbrücken zu Halden aufgeschüttet. Aus Umweltschutzgründen ist eine anschließende Kultivierung der Halden notwendig und dazu müssen deren Ebenen planiert sein. Der zur Nivellierung der Halde notwendige Aufwand hängt unmittelbar von der bei der Schüttung erzielten Planheit ab, so daß beim Betrieb der Abraumförderbrücke eine vorausberechnete Schütthöhe über die Länge der Kippe angestrebt wird. Ziel ist es, Kippen­ oberflächen so herzustellen, daß nur noch eine minimale Nacharbeitung mittels Planierraupen erforderlich ist.

Dabei ist es im Braunkohlentagebau allgemein bekannt, daß die Förderanlage in Bezug zu ihrer Bewegung längs des Ab­ baugebietes nicht nur rechtwinklig und starr positionierbar ist, sondern daß vom rechten Winkel abweichende Winkelstel­ lungen vom Abbaugebiet zum Schüttraum eingenommen werden können. Diese Winkelstellungen werden eingestellt, indem die Geschwindigkeiten der Förderanlage längs des Abbauge­ bietes auf der Abbaugebietsseite und der Schüttraumseite zeitweise unterschiedlich vorgegeben werden. Durch entspre­ chende Einstellung der Winkelstellung kann festgelegt wer­ den, an welcher Stelle des verfügbaren Schüttraumes der auf dem Abbaugebiet momentan geförderte Schüttgut-Massenstrom abgelagert wird. Auf diese Weise ist es möglich, die hori­ zontale Massenverteilung von Schüttgut nach einem vorgege­ benen Profil auszurichten.

Aus der US-PS 35 67 048 ist eine Förderanlage bekannt, die Schüttgut in eine Reihe von nebeneinander angeordneten Fä­ chern derart einfüllt, daß sich ein vorgegebener Füllstand in den einzelnen Fächern ergibt. Der Füllstand in den ein­ zelnen Fächern wird periodisch erfaßt und die Förderanlage befüllt in einzelnen Programmschritten jeweils das Fach mit dem niedrigsten Füllstand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung der horizontalen Massenverteilung von Schüttgut der eingangs genannten Art anzugeben, das eine optimale Massenverteilung sicherstellt. Ferner soll eine Vorrichtung zur Regelung der horizontalen Massenverteilung von Schütt­ gut angegeben werden.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale ge­ löst.

Die Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 7 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbe­ sondere darin, daß beispielsweise der mit einer Abraumför­ derbrücke im Braunkohlenbergbau geschüttete Abraum mit prä­ zise eingehaltener, vorgegebener Schütthöhe über der Länge der Kippe verstürzt werden kann.

Mit Hilfe eines an sich bekannten Simulationsmodells können aus der Bilanz der auf dem Abbaugebiet anstehenden Schütt­ gutmassen und dem zur Unterbringung dieser Massen verfügba­ ren Schüttraum unter Berücksichtigung der einstellbaren Winkelstellungen und Rollentisch-Verschiebungen standortbe­ zogene Winkelstellungen vorgegeben werden, damit sich ein erwünschter Höhenverlauf der verstürzten Schüttgutmassen ergibt.

Auftretende Fehlschüttungen und Unterschiede bei der pro Zeiteinheit transportierten Schüttgut-Massenstrommenge werden in Echtzeit ausgeregelt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Förderanlage für Schüttgüter und den ge­ bildeten Kippenaufbau in Aufsicht,

Fig. 2 eine Regeleinrichtung zur Optimierung der hori­ zontalen Massenverteilung.

In Fig. 1 sind eine Förderanlage für Schüttgüter und der gebildete Kippenaufbau in Aufsicht dargestellt. Es ist eine schematisch skizzierte Abraumförderbrücke 1 zu erkennen, die insbesondere im Kohlentagebau verwendbar ist. Die Ab­ raumförderbrücke 1 weist zwei Querförderer 2, 3, einen Hauptförderer 4 und drei Haldenförderer 5, 6, 7 auf. Das Schüttgut (Abraum) wird von zwei jeweils an den Enden der Querförderer 2, 3 positionierten Baggern 8, 9 auf die Quer­ förderer 2, 3 aufgeladen und gelangt von den Querförderern auf den Hauptförderer 4 und von diesem auf den Haldenförde­ rer 5 (2-Bagger-Betrieb).

Die Haldenförderer 5, 6, 7 sind in Reihe angeordnet, wobei jeweils zwischen den Haldenförderern 5 und 6 sowie 6 und 7 Sattelwagen (Mittel zur Aufteilung des Schüttgut-Massen­ stroms) vorgesehen sind. Durch entsprechende Einstellung des am Ende des Haldenförderers 5 angeordneten Sattelwagens wird der Förderstrom des Haldenförderers 5 (Schüttgut-Mas­ senstrom) in einen über einen Abwurf 10 auf die Kippe (Hochkippe 18) verstürzten Massenstrom und einen Förder­ strom des Haldenförderers 6 aufgeteilt. In gleicher Weise ergibt sich durch entsprechende Einstellung des am Ende des Haldenförderers 6 vorgesehenen Sattelwagens eine Aufteilung des Förderstroms des Haldenförderers 6 in einen über einen Abwurf 11 auf die Kippe (Hochkippe 19) verstürzten Massen­ strom und einen Förderstrom des Haldenförderers 7. Der Förderstrom des Haldenförderers 7 wird über einen Abwurf 12 auf die Kippe (Hochkippe 20) verstürzt.

Es ergibt sich ein Kippenaufbau (Halde) mit einer Arbeits­ ebene 17, einer unteren, durch den Massenstrom über den Ab­ wurf 10 gebildeten Hochkippe 18, einer mittleren, durch den Massenstrom über den Abwurf 11 gebildeten Hochkippe 19 und einer oberen, durch den Massenstrom über den Abwurf 12 ge­ bildeten Hochkippe 20. Das im Kohle-Tagebau von den Baggern 8, 9 beräumte Deckgebirge ist mit Ziffer 21 bezeichnet. Allgemein werden das Deckgebirge 21 als Abbaugebiet und die Hochkippen 18 bis 20 als Schüttraum bezeichnet.

Die Abraumförderbrücke 1 stützt sich über Brückengerüste auf baggerseitige bzw. kippenseitige Fahrwerke 15 bzw. 16 ab, wobei die Fahrwerke 15 bzw. 16 auf baggerseitigen bzw. kippenseitigen Gleisen 13 bzw. 14 beweglich sind. Die Längenachse L der Kippe ist parallel zu den Gleisen 13, 14 definiert und der jeweilige Standort S der Abraumförder­ brücke 1 ist mit S1, S2, S3 . . . bezeichnet. Die baggerseiti­ gen bzw. kippenseitigen Fahrwerk-Geschwindigkeits-Istwerte FW1vist bzw. FW2vist sind jeweils angegeben. Diese Größen werden allgemein als Geschwindigkeiten der Längsbewegung der Abraumförderbrücke auf der Abbaugebietsseite bzw. Schüttraumseite bezeichnet. Zur Erfassung des aktuellen Streckenlast-Istwertes SList des Haldenförderers 5 ist eine Meßeinrichtung 22 vorgesehen. Diese Größe kann allgemein als die pro Zeiteinheit transportierte Schüttgut-Massen­ strom-Menge bezeichnet werden. Die Winkelstellung der Ab­ raumförderbrücke vom Abbaugebiet zum Schüttraum in Bezug zur Längsbewegung längs der Längenachse L, ist mit α be­ zeichnet.

In Fig. 2 ist eine Regeleinrichtung zur Optimierung der horizontalen Massenverteilung dargestellt. Es ist eine Speichereinheit 23 (Datei) zu erkennen, die in Abhängigkeit des aktuellen Standortes S Winkelstellungs-Sollwerte α soll_B (Index B = baggerseitig) für die Abraumförderbrücke 1 vorgibt. Diese standortbezogenen Winkelstellungs-Soll­ werte α soll_B werden mittels eines an sich bekannten Simu­ lationsmodells aus der Bilanz der auf der Baggerseite (Abbaugebiet) über der Strossenlänge anstehenden Schüttgut­ massen (Abraum) und dem zur Unterbringung dieser Massen auf der Kippenseite verfügbaren Schüttraum unter Berücksichti­ gung der fahrbaren Winkelstellungen und Rollentischver­ schiebungen auf einer externen Rechenanlage ermittelt. Mittels der Winkelstellungs-Sollwerte α soll_B ergibt sich bei störungsfreier Fahrweise der Abraumförderbrücke 1 ein vorbestimmter, erwünschter Höhenverlauf der Kippe. Damit ist eine technologische Grundlage für den prinzipiellen Aufbau des Hochkippen-Systems gegeben.

In einer Speichereinheit 24 werden die mittels einer Bild­ auswerteeinheit ermittelten Schütthöhen-Istwerte HK1ist, HK2ist, HK3ist bei jeder Strossendurchfahrt standortbezogen aufgenommen, so daß jeweils die aktuellen Istwerte der letzten Durchfahrt verfügbar sind. Für den aktuellen Stand­ ort S der drei Abwürfe 10, 11, 12 werden die Schütthö­ hen-Istwerte HK1ist, HK2ist, HK3ist (= kippenseitige Teil­ schütthöhen) von der Speichereinheit 24 vorgegeben und in einer Recheneinheit 26 zu einer vergleichbaren Summen-Ist­ kippenhöhe ΣHKist akkumuliert.

In einem Simulationsmodell 25 werden Schütthöhen-Sollwerte HK1soll, HK2soll, HK3soll für einen definierten Zeitraum (beispielsweise 4 Wochen) auf der Grundlage der Tagebauver­ messung und der geplanten technologischen Fahrweise voraus­ berechnet und standortbezogen abgespeichert. Diese voraus­ berechneten Schütthöhen-Sollwerte korrespondieren mit den ebenfalls mit Hilfe des Simulationsmodells berechneten theoretisch fahrbaren Winkelstellungs-Sollwerten α soll_B, die in der Speichereinheit 23 standortbezogen abgelegt sind.

Für den aktuellen Standort S der drei Abwürfe 10, 11, 12 werden die Schütthöhen-Sollwerte HK1soll, HK2soll, HK3soll (= kippenseitige Teilschütthöhen) vom Simulationsmodell 25 vorgegeben und in einer Recheneinheit 27 zu einer ver­ gleichbaren Summen-Sollkipphöhe ΣHKsoll akkumuliert.

Mittels einer Recheneinheit 35 wird nach jeder Blockdurch­ fahrt aus den während dieser Durchfahrt erfaßten einzelnen Schütthöhen-Istwerten und -Sollwerten ein Blockkorrektur­ wert BKW zur Korrektur der Summen-Sollkippenhöhe ΣHKsoll gebildet. Es wird dabei nicht der gesamte Strossenbereich betrachtet, sondern nur der jeweils aktuelle Arbeitsstros­ senbereich. Der Blockkorrekturwert BKW wird gemäß folgender Gleichung gebildet:

st = aktueller Strossenpunkt,
n = Anzahl der Strossenpunkte im Arbeitsstrossenbereich.

Wie aus der obigen Gleichung ersichtlich ist, wird für je­ den Strossenpunkt eine Soll/Ist-Differenz gebildet und aus der Summe dieser Differenzen wird eine mittlere Differenz - der Blockkorrekturwert BKW - errechnet. Eine Korrekturein­ richtung 34 dient zur Korrektur der Summen-Sollkipphöhe ΣHKsoll gemäß der Gleichung:

ΣHKsoll′ = HKsoll - BKW.

Der Blockkorrekturwert BKW korrigiert jede für einen Stand­ ort ermittelte Summen-Sollkippenhöhe ΣHKsoll derart daß eine für die jeweilige Schüttung aktualisierte, korrigierte Summen-Sollkippenhöhe ΣHKsoll′ entsteht, die mit der Sum­ men-Istkippenhohe ΣHKist in einem Schütthöhenregler 28 ver­ gleichbar ist.

Dem Schütthöhenregler 28 ist der von der Speichereinheit 23 standortbezogen vorgegebene Winkelstellungs-Sollwert α soll_B als gleitender Arbeitspunkt aufgeschaltet. Durch Vergleich der Summen-Istkippenhöhe ΣHKist und der korri­ gierten Summen-Sollkippenhöhe ΣHKsoll′ im Schütthöhenregler 28 ergibt sich eine Korrektur der Winkelstellung, mit der Fehlschüttungen gegenüber den mit dem Simulationsmodell 25 vorausberechneten Schütthöhen-Sollwerten weitestgehend ab­ gebaut werden.

Hierzu gibt der Schütthöhenregler 28 einen in Abhängigkeit von Fehlschüttungen korrigierten Winkelstellungs-Sollwert α soll_B′ an einen Winkelregler 29 ab. Dem Winkelregler 29 ist der baggerseitige Fahrwerk-Geschwindigkeits-Istwert FW1Vist als gleitender Arbeitspunkt aufgeschaltet. Aus­ gangsseitig gibt der Winkelregler 29 einen Strecken­ last-Sollwert SLsoll ab. Bei der Bildung von SLsoll werden der Istwert FW1vist sowie Abweichungen zwischen α soll_B′ und dem aktuellen baggerseitigen Winkelstellungs-Istwert α ist_B berücksichtigt. Tritt keine Differenz zwischen α soll_B′ und α ist_B auf, wird der Grundwert für den Streckenlast-Sollwert direkt aus FW1vist abgeleitet.

Der Streckenlast-Sollwert SLsoll muß in einer Strecken­ last-Anpassung 30 entsprechend technologisch unterschiedli­ chen Fahrregiemen TF, wie z. B. 1-Bagger-Betrieb, 2-Bag­ ger-Betrieb, 3-Bagger-Betrieb, Anschnitt, Kopfbaggerung, Vorkippenschüttung usw. angepaßt werden, damit er mit dem Streckenlast-Istwert SList vergleichbar ist. Die Strecken­ last-Anpassung 30 gibt demgemäß einen in Abhängigkeit von TF korrigieren, der technologischen Fahrweise Rechnung tragenden Streckenlast-Sollwert SLsoll′ an einen Strecken­ lastregler 31 ab.

Der Streckenlastregler 31 bildet einen kippenseitigen Fahr­ werk-Geschwindigkeits-Sollwert FW2vsoll in Abhängigkeit des zur Einstellung des Arbeitspunktes dienenden baggerseitigen Fahrwerk-Geschwindigkeits-Istwertes FW1vist und den zur Korrektur dieses Arbeitspunktes dienenden Abweichungen zwi­ schen SLsoll′ und SList. Hierdurch werden Schwankungen des Schüttgut-Massenstroms, die beispielsweise aus dem Bagger­ prozeß oder der Vorkippenschüttung resultieren, gegenüber dem bei der Berechnung der Winkelstellungs-Sollwerte α soll_B mittels des Simulationsmodells konstant angenomme­ nen Schüttgut-Massenstrom weitestgehend abgebaut.

Aufgrund konstruktiver Gegebenheiten der Abraumförderbrücke 1, beispielsweise des Gleisabstandes zwischen den Gleisen 13, 14, wird die Fahrbarkeit von Winkelstellungen und Rol­ lentischverschiebungen eingeschränkt. Deshalb ist es gege­ benenfalls notwendig, den Fahrwerk-Geschwindigkeits-Soll­ wert FW2vsoll mittels eines Rollentischbegrenzers 32 in Abhängigkeit konstruktiver Grenzparameter der Abraumförder­ brücke 1 auf einen begrenzten Fahrwerk-Geschwindig­ keits-Sollwert FW2vsoll′ zu beschränken. Hierzu liegt dem Rollentischbegrenzer 32 der aktuelle Rollentischverschie­ bungs-Istwert RTVist eingangsseitig an.

Ein Fahrgeschwindigkeitsregler 33 für das kippenseitige Fahrwerk 16 empfängt eingangsseitig den begrenzten kippen­ seitigen Fahrwerk-Geschwindigkeits-Sollwert FW2vsoll′ sowie den kippenseitigen Fahrwerk-Geschwindigkeit-Istwert FW2vist - allgemein Geschwindigkeits-Istwert der Längsbewegung der Förderanlage auf der Schüttraumseite - des kippenseitigen Fahrwerks 16 und gibt dem Fahrwerk 16 in Abhängigkeit des Soll/Istwert-Vergleichs der Fahrgeschwindigkeiten eine kip­ penseitige Fahrwerk-Geschwindigkeit FW2v - allgemein Ge­ schwindigkeit der Längsbewegung der Förderanlage auf der Schüttraumseite - vor.

Zusammenfassend ist festzuhalten, daß durch die vorstehend beschriebenen Maßnahmen vorteilhaft eine hohe Genauigkeit bei der horizontalen Massenverteilung auf die drei Hochkip­ pen 18 bis 20 erzielt und die Anwendung eines Echtzeit-Win­ kelstellungs-Fahrprogrammes ermöglicht wird.

Claims (11)

1. Verfahren zur Regelung der horizontalen Massenver­ teilung von Schüttgut unter Einsatz einer Abraumförder­ brücke, die Schüttgut von einem Abbaugebiet zu einem Schüttraum transportiert und sich dabei mit vorgebbarer Ge­ schwindigkeit längs des Abbaugebietes bewegt, wobei die Ab­ raumförderbrücke in Bezug zu ihrer Längsbewegung eine vom rechten Winkel abweichende Winkelstellung vom Abbaugebiet zum Schüttraum einnehmen kann, dadurch gekennzeichnet,

• - daß in Abhängigkeit des aktuellen Standortes (S) der Abraumförderbrücke (1) aktuelle Schütthöhen-Istwerte (HK1ist, HK2ist, HK3ist) des Schüttraumes in Echtzeit ermittelt und mit standortbezogen abgespeicherten Schütthöhen-Sollwerten (HK1soll, HK2soll, HK3soll) verglichen werden,
• - daß in Abhängigkeit des Soll/Ist-Vergleichs der Schütthöhen standortbezogene mittlere Schütthöhendif­ ferenzen als Maß für aufgetretene Fehlschüttungen ge­ bildet werden,
• - und daß die Schütthöhendifferenzen für die Echt­ zeit-Korrektur der standortbezogen vorgegebenen Win­ kelstellungs-Sollwerte (α soll_B) herangezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelstellungs-Sollwerte (α soll_B) mittels eines Simulationsmodells aus der Bilanz der auf dem Abbaugebiet über der Länge anstehenden Schüttgutmassen und dem zur Un­ terbringung dieser Massen verfügbaren Schüttraum unter Be­ rücksichtigung der einstellbaren Winkelstellungen und För­ deranlagen-Bewegungen ermittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der in Abhängigkeit von Fehlschüttungen korrigierte Winkelstellungs-Sollwert (α soll_B′) in Abhän­ gigkeit der Abweichung einer vorgegebenen mittleren, pro Zeiteinheit transportierten Schüttgut-Massenstrom-Menge (SLsoll) von der aktuellen Schüttgut-Massenstrom-Menge (SLIst) korrigiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß technologisch unterschiedliche Fahrregime beim Massen­ transport berücksichtigt werden.

5. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelstellung der Abraumförderbrücke (1) in Abhängigkeit konstruktiver Gegebenheiten, wie mögliche Rollentischverschiebung, be­ grenzt wird.

6. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Längsbewegung der Abraumförderbrücke auf der Schütt­ raumseite in Abhängigkeit der Winkelstellungs-Abweichung, der Massenstrom-Transport-Abweichungen und der Geschwindig­ keit der Abraumförderbrücke auf der Abbaugebietsseite einge­ stellt wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß ein Simulationsmodell (25) vorgesehen ist, das vorausberechnete standortbezogene Schütthöhen-Soll­ werte (HK1soll, HK2soll, HK3soll) bereithält,
• - daß ein Speicher (23) vorgesehen ist, der vorausbe­ rechnete standortbezogene Winkelstellungs-Sollwerte (α soll_B) bereithält,
• - daß ein Speicher (24) vorgesehen ist, in dem stand­ ortbezogen Schütthöhen-Istwerte (HKist, HK2ist, HK3ist) abgelegt sind,
• - daß eine Recheneinheit (35) mittlere Differenzen aus den Abweichungen zwischen Schütthöhen-Sollwerten und Istwerten ermittelt,
• - daß ein Schütthöhenregler (28) den standortbezogenen Winkelstellungs-Sollwert in Abhängigkeit von aufge­ tretenen Fehlschüttungen in Echtzeit korrigiert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Winkelregler (29) einen Sollwert für die Schüttgut-Massenstrom-Menge (SLsoll) in Abhängigkeit des abbaugebietseitigen Fahrwerk-Geschwindigkeits-Istwertes (Fw1vist) der Abraumförderbrücke (1) und der Winkelstel­ lungs-Soll/Ist-Abweichungen bildet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der Streckenlast-Sollwert (SLsoll) in einer Streckenlast-Anpassung (30) an technisch unterschiedliche Fahrregime (TF) angepaßt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Streckenlastregler (31) einen schüttraumseiti­ gen Fahrwerk-Geschwindigkeits-Sollwert (FW2vsoll) in Abhän­ gigkeit des abbaugebietsseitigen Fahrwerk-Geschwindig­ keits-Istwertes (FW1vist) und der Soll/Ist-Abweichungen der Schüttgut-Massenstrom-Menge bildet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Rollentischbegrenzer (32) zur Begrenzung des schüttraumseitigen Fahrwerk-Geschwindigkeits-Sollwerts (FW2vsoll) in Abhängigkeit des Rollentischverschie­ bungs-Istwertes (RTVist) vorgesehen ist.