DE4243631A1 - Verfahren zum Steuern einer Abraumförderbrücke und Abraumförderbrücke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Ab­ raumförderbrücke, die auf einem Gleiskörper längs einer aufzuschüttenden Abraumkippe verfahrbar ist, wobei der Gleiskörper auf einer der Abraumkippe vorgelagerten Vor­ kippe liegt, die durch gesteuerten Abwurf eines Teils des geförderten Abraums auf ihrer von der Abraumkippe abge­ wandten Böschungsseite ständig erweitert wird, um mit fortschreitender Aufschüttung der Abraumkippe ein Verrüc­ ken des Gleiskörpers von der Abraumkippe weg zu ermögli­ chen.

Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Abraum­ förderbrücke.

Abraumförderbrücken dienen zur Förderung und Verkippung von Abraum in Tagebauen, wobei der von Baggern auf einer Seite der Förderbrücke gewonnene Abraum mit Hilfe von För­ dermitteln in der Brückenkonstruktion über den Tagebau hinweggefördert und auf der anderen Seite der Förderbrücke in einer Vorkippe sowie in einer oft aus mehreren Hochkip­ pen bestehenden Abraumkippe abgeworfen wird. Die Vorkippe wird von Kratzerketten einplaniert und ergibt so eine Ar­ beitsebene für einen Gleiskörper, auf dem die Förderbrücke mit ihrem kippenseitigen Fahrwerk längs der herzustellen­ den Abraumkippe verfahrbar ist. Während die Förderbrücke ständig den Tagebau überfährt, wird zusätzlich in Abhängig­ keit von dem Fortschreiten des Tagebaus der Gleiskörper in Richtung von der Abraumkippe weg verrückt. Die Planung des gesamten Tagebaufortschritts ist daher wesentlich von zu­ verlässigen Daten über die Geometrie der Vorkippe abhängig, weil diese Daten erforderlich sind, um daraus Vorgaben an die Förderbrückensteuerung zu ermitteln, die eine definier­ te Gestaltung der Vorkippe zum Verrücken des Gleiskörpers ermöglichen. Außerdem schränkt die begrenzte Länge der Brückenkonstruktion der Förderbrücke die Fahrweise der dar­ unterliegenden Grube mit der Kohlegewinnung ein und erfor­ dert eine sorgfältig abgestimmte Fahrweise. Diese Abstim­ mung orientiert sich im wesentlichen an der Geometrie der Ausbaggerung und der Vorkippenschüttung.

Die Beschaffung von Daten über die Geometrie der Vorkippe geschah bisher durch Luftbildaufnahmen in 14tägigem Ab­ stand, zu deren Auswertung ca. zwei Schichten benötigt wurden. Der große zeitliche Abstand zwischen zwei Daten­ sätzen und die durch die Bearbeitung erzeugte Verzögerung schaffen jedoch Unsicherheiten bei der Planung. Hinzu kommt, daß die Herstellung der Luftbildaufnahmen mit ho­ hen Kosten verbunden ist.

Aus der DE-A-16 34 712 ist es bekannt, bei einem entlang einer aufzuschüttenden Halde verfahrbaren Schüttgutabwurf gerät das Böschungsprofil der Halde mit Hilfe von nicht weiter definierten Strahlen materieller oder nicht materiel­ ler Art unmittelbar vor und hinter der gerade aktuellen Abwurfstelle abzutasten. Durch Aufsummierung der so erhal­ tenen Abtastwerte werden die Querschnittsflächen des Bö­ schungsprofils unmittelbar und hinter der Abwurfstelle er­ mittelt, wobei in Abhängigkeit von Unterschieden der so ermittelten Querschnittsflächen die Verfahrgeschwindigkeit des Abwurfgerätes gesteuert wird. Informationen über die Geometrie der Halde werden dabei nicht erhalten.

Aus der EP-A-0 412 400 ist es bekannt, an Tagebau-Förder­ geräten einen Laserscanner anzubringen, um damit die nähe­ re Umgebung des Fördergerätes nach möglichen Kollisionsob­ jekten abzutasten. Eine weiträumige Vermessung der Abbau­ front, die in ihrem Umfang mit der oben erwähnten Datenbe­ schaffung durch Luftbildaufnahmen vergleichbar wäre, fin­ det jedoch nicht statt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für den Betrieb von Abraumförderbrücken eine genaue Vermessung der zu erzeugenden Vorkippe auf besonders einfache und damit auch kostengünstige Weise zu ermöglichen.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei dem Verfahren der eingangs angegebenen Art das Profil der Vorkippe mittels eines an der Förderbrücke angeordne­ ten Laserscanners abgetastet wird, daß die jeweils momen­ tane Position der Förderbrücke auf dem Gleiskörper zum Zeitpunkt der Abtastung des Profils der Vorkippe mittels eines Positionsaufnehmers erfaßt wird, daß die von dem La­ serscanner erhaltenen Abtastwerte zusammen mit den zuge­ ordneten Positionswerten aus dem Positionsaufnehmer einer Auswerteeinrichtung zur Ermittlung der Geometrie der Vor­ kippe zugeführt werden und daß die Menge des zur Erweite­ rung der Vorkippe abgeworfenen Abraumes in Abhängigkeit von der ermittelten Geometrie der Vorkippe gesteuert wird.

Dementsprechend ist die Abraumförderbrücke gemäß der Erfin­ dung in der Weise ausgebildet, daß an ihr im Bereich der Abwurfstelle für den Abraum zur Bildung der Vorkippe ein Laserscanner zur Abtastung des Profils der Vorkippe ange­ bracht ist, daß an der Förderbrücke ein Positionsaufnehmer zur Erzeugung von Positionswerten der Förderbrücke auf dem Gleiskörper angeordnet ist und daß der Laserscanner und der Positionsaufnehmer an einer Auswerteeinrichtung zur Verknüpfung der Abtastwerte und der Positionswerte zu die Geometrie der Vorkippe beschreibenden Ausgangssignalen nachgeordnet ist.

Um stets eine Übersicht über den gerade aktuellen Verlauf der Geometrie der Vorkippe zu erhalten, wird das ermittel­ te Profil der Vorkippe in vorteilhafter Weise in einer Speichereinrichtung, bezogen auf die jeweilige Position der Förderbrücke, abgespeichert und nach jeder Umkehrung der Verfahrrichtung der Förderbrücke positionsbezogen ak­ tualisiert.

Um eine Übersicht über den gerade aktuellen Verlauf der Vorkippe zu erhalten, wird die ermittelte Geometrie der Vorraumkippe vorzugsweise auf einem an der Speichereinrich­ tung angeschlossenen Ausgabegerät, beispielsweise einem Monitor, zur Anzeige gebracht.

Um die bei der Abtastung der Vorkippe anfallende Datenmen­ ge zu begrenzen, wird das Abtasten des Profils der Vorkip­ pe, vorzugsweise in Abhängigkeit von der erfaßten Position der Förderbrücke, in vorgegebenen Rasterabständen von bei­ spielsweise 25 m ausgelöst.

Um bei der Ermittlung des Profils der Vorkippe Fehlbewer­ tungen, verursacht durch Fehlmessungen beispielsweise we­ gen unzureichender oder stark variierender Reflexionseigenschaften des Abraummaterials oder aufgrund von Störun­ gen der Abtastung durch Staubentwicklung zu verhindern, wird bei jedem Abtastvorgang eine Schar von Profilen der Vorkippe abgetastet und in der Auswerteeinrichtung auf­ grund von Fehlerbetrachtungen und/oder Plausibilitätskon­ trollen der einzelnen Abtastwerte ein resultierender Pro­ filverlauf ermittelt.

Eine einwandfreie Abtastung der Vorraumkippe wird in vor­ teilhafter Weise dadurch ermöglicht, daß die Abtastwerte in Abhängigkeit von der Laufzeit des gepulsten Laserlichts und dem augenblicklichen Winkel des Laserstrahls erzeugt werden.

Die Ermittlung der Vorkippengeometrie ist in der Regel schwierig, da es sich um beliebige Formationen handelt. Um daher die Vermessung zu schematisieren, ist in vorteilhaf­ ter Weise vorgesehen, daß zur Klassifizierung des zu erfas­ senden Profils der Vorkippe Zonen vorgegeben werden, die jeweils durch einen vorgegebenen Sollverlauf des Profils definiert sind, daß für jede Zone ein Toleranzbereich vor­ gesehen ist, innerhalb dessen eine Streuung der Abtastwer­ te erlaubt ist und daß aus der Anzahl der jeweils zusammen­ hängend innerhalb des Toleranzbereiches einer Zone liegen­ den Abtastwerte die Breite der betreffenden Zone ermittelt wird. Damit läßt sich an jeder Position der Abraumförder­ brücke das jeweilige Profil der Vorkippe durch Angabe der jeweils aufgefundenen Zonen und ihrer Breite definieren.

Neben der Ermittlung der Vorkippengeometrie ist auch die Bestimmung der Geometrie der durch Abwurf des Hauptanteils des geförderten Abraumes erzeugten Abraumkippen für die Planung der Förderbrückensteuerung von Bedeutung. Entspre­ chend einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens werden daher auch diese Abraumkippen mit Hilfe zumindest eines weiteren, an der Förderbrücke ange­ ordneten Laserscanners abgetastet, wobei der Abwurf in Ab­ hängigkeit von dem so ermittelten Profil der Abraumkippe gesteuert wird.

Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im einzelnen zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Tagebau mit einer diesen überspannenden Abraumförderbrücke,

Fig. 2 einen Teil der auf einem Gleiskörper auf einer Vor­ kippe verfahrbaren Förderbrücke mit einem daran an­ geordneten Laserscanner zur Abtastung der Vorkippe und

Fig. 3 ein Blockschaltbild für die Verarbeitung der von dem Laserscanner erzeugten Abtastwerte.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Braunkohletage­ bau, wobei mit 1 die Braunkohle und mit 2 das darüberlie­ gende Deckgebirge bezeichnet ist. Um die Braunkohle 1 frei­ zulegen, wird das Deckgebirge 2 mit Hilfe von Eimerketten­ baggern 3 abgetragen und der so erhaltene Abraum mittels einer Abraumförderbrücke 4 über das Gebiet der freigeleg­ ten Braunkohle 1 hinübertransportiert und dort, wo die Braunkohle 1 bereits abgebaut ist, in einer Abraumkippe 5 verkippt. Dabei fährt die Abraumförderbrücke 4 in Richtung senkrecht zur Zeichenebene ständig über den Tagebau hinweg. Hierzu weist die Förderbrücke 4 auf beiden Seiten des Ta­ gebaus jeweils ein Fahrwerk 6 bzw. 7 auf, das auf einem längs zum Tagebau verlaufenden Gleiskörper 8 bzw. 9 ver­ fahrbar ist. Im Bereich des Deckgebirges 2 wird mittels der Eimerkettenbagger 3 eine plane Fläche 10 für den dort liegenden Gleiskörper 8 geschaffen. Im Bereich der Verkip­ pung des Abraums wird eine entsprechende Arbeitsebene 11 für den dort liegenden Gleiskörper 9 dadurch geschaffen, daß ein Teil des geförderten Abraums in einer der Abraum­ kippe 5 vorgelagerten Vorkippe 12 verkippt wird, die mit Hilfe von Kratzerketten 13 eingeebnet wird. Die Breite des Tagebaus ist von der Länge der Förderbrücke 4 abhängig, wobei der Tagebau in dem Maße, wie das Deckgebirge 2 auf der Vorderseite des Tagebaues abgetragen und auf dessen Rückseite verkippt wird, in Richtung des Pfeils 14 fort­ schreitet. Entsprechend dem Fortschreiten des Tagebaues werden auch die Gleiskörper 8 und 9 und damit die Förder­ brücke 4 in Richtung des Pfeiles 14 verschoben, wobei die Vorkippe 12 auf ihrer der Abraumkippe 5 abgewandten Bö­ schungsseite durch den dort abgeworfenen Teil des Abraums ständig erweitert wird.

Die Förderung des Abraums über den Tagebau hinweg erfolgt durch Förderbänder 15, die innerhalb der Förderbrücke 4 verlaufen. An den unterschiedlichen Abwurfstellen wird je­ weils ein Teil des Abraumförderstromes in einem Schütt­ schacht 16 verstürzt, während der übrige Teil auf das je­ weils folgende Förderband 15 gelangt. Bei der gezeigten Förderbrücke 4 wird der Abraumförderstrom hinter der Vor­ kippe 12 in drei, die Abraumkippe 5 bildenden Hochkippen 17, 18 und 19 verkippt.

Die zum Abbau und Abtransport der Braunkohle 1 erforder­ lichen Geräte sind hier nicht dargestellt.

Wie Fig. 2 zeigt, ist an der Förderbrücke 4 im Bereich der Vorkippe 12 ein Laserscanner 20 angebracht, der das Profil der Vorkippe 12 mit einem ablenkbaren gepulsten Laserstrahl 21 in einem Abtastsegment 22 abtastet. Dabei werden in Ab­ hängigkeit von der Laufzeit des Laserlichts und dem jewei­ ligen Winkel des Laserstrahls 21 Abtastwerte gebildet, die den Koordinaten der Punkte entsprechen, an denen der Laser­ strahl 21 auf die Böschung 23 der Vorkippe 12 auftrifft und von dort reflektiert wird.

Wie Fig. 3 zeigt, werden die Abtastwerte einer Auswerteein­ richtung 24 zugeführt, der außerdem Positionswerte von ei­ nem, an dem Fahrwerk 7 angeordneten Positionsaufnehmer 25 zur Erfassung der Position der Förderbrücke 4 auf dem Gleis­ körper 9 zugeführt werden. An dem Gleiskörper 9 sind dazu in definierten Rasterabständen von beispielsweise 25 m Mar­ kierungen 26 angeordnet, bei deren Erfassung durch den Po­ sitionsaufnehmer 25 das Abtasten des Profils der Vorkippe 14 durch den Laserscanner 20 ausgelöst wird. Bei jedem Ab­ tastvorgang wird von dem Laserscanner 20 eine Schar von mehreren Profilen abgetastet und durch Fehlerbetrachtungen oder Plausibilitätskontrollen oder im einfachsten Fall durch eine Mittelwertbildung ein resultierendes Profil er­ mittelt. Dieses wird zusammen mit den zugeordneten Posi­ tionswerten in einer Speichereinrichtung 27 abgespeichert, wobei nach jeder Umlenkung der Fahrtrichtung der Förder­ brücke 4 die in der Speichereinrichtung 27 abgespeicherten Profile positionsbezogen aktualisiert werden. An der Spei­ chereinrichtung 27 ist ein Monitor 28 angeschlossen, auf dem der aktuelle Verlauf der Geometrie der Vorkippe 12 dar­ gestellt werden kann. Über den Ausgang 29 der Speicherein­ richtung 27 wird das ermittelte Profil der Vorkippe 12 zur Steuerung des auf der Vorkippe abgeworfenen Abraums heran­ gezogen. Dadurch wird eine definierte Gestaltung der Vor­ raumkippe 12 zum Verrücken des Gleiskörpers 9 ermöglicht.

In Fig. 2 ist das gewünschte Sollprofil der Vorkippe 12 mit einer strichpunktierten Linie 30 eingezeichnet. Dabei be­ trägt der Abstand von dem Gleiskörper 9 bis zur Kante der Vorkippe 12 etwa 20 bis 90 m. Die Höhe der Vorkippe 12 be­ trägt 5 bis 25 m. Anstelle einer durchgehenden Böschung weist die Vorkippe eine Vorberme 31 mit einer Breite bis zu 20 m und einer Höhe von 3 bis 15 m auf. Um die Vermes­ sung der Vorkippe 12 durch den Laserscanner 20 zu verein­ fachen, werden Zonen, z. B. eine Zone 32, für die Vorberme 31 mit einem vorgegebenen Toleranzbereich 33 vorgegeben, wobei zusammenhängende, innerhalb des Toleranzbereiches 33 liegende Abtastwerte des Laserscanners 20 als zur Zone 32 zugehörig angesehen werden. Dabei bildet die Summe die­ ser Abtastwerte die Breite der Zone 32. Auf diese Weise wird eine Schematisierung des gemessenen Profils der Vor­ kippe 12 erreicht, so daß ein einfacherer Vergleich des tatsächlichen Profils mit dem Sollprofil 30 möglich ist.

Wie Fig. 1 zeigt, kann die Förderbrücke 4 auch im Bereich der Abraumkippe 5 mit Laserscannern 34 zur Abtastung der Hochkippen 17, 18 und 19 ausgerüstet werden. Die dabei er­ haltenen Informationen über die Geometrien der Hochkippen 17, 18 und 19 werden zur Steuerung der Verkippung des Ab­ raums herangezogen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Steuern einer Abraumförderbrücke (4), die auf einem Gleiskörper (9) längs einer aufzuschüttenden Ab­ raumkippe (5) verfahrbar ist, wobei der Gleiskörper (9) auf einer der Abraumkippe (5) vorgelagerten Vorkippe (12) liegt, die durch gesteuerten Abwurf eines Teils des geför­ derten Abraums auf ihrer, von der Abraumkippe (5) abge­ wandten Böschungsseite (23) ständig erweitert wird, um mit fortschreitender Aufschüttung der Abraumkippe (5) ein Ver­ rücken des Gleiskörpers (9) von der Abraumkippe (5) weg zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Vorkippe (12) mittels eines an der För­ derbrücke (4) angeordneten Laserscanners (20) abgetastet wird, daß die jeweils momentane Position der Förderbrücke (4) auf dem Gleiskörper (9) zum Zeitpunkt der Abtastung des Profils der Vorkippe (12) mittels eines Positionsauf­ nehmers (25) erfaßt wird, daß die von dem Laserscanner (20) erhaltenen Abtastwerte zusammen mit den zugeordneten Positionswerten aus dem Positionsaufnehmer (25) einer Aus­ werteeinrichtung (24) zur Ermittlung der Geometrie der Vorkippe (12) zugeführt werden und daß die Menge des zur Erweiterung der Vorkippe (12) abgeworfenen Abraums in Ab­ hängigkeit von der ermittelten Geometrie der Vorkippe (12) gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ermittelte Profil der Vorkippe (12) in einer Spei­ chereinrichtung (27) bezogen auf die jeweilige Position der Förderbrücke (4) abgespeichert und nach jeder Umkeh­ rung der Verfahrrichtung der Förderbrücke (4) positionsbe­ zogen aktualisiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelte Geometrie der Vorkippe (12) auf einem, an der Speichereinrichtung (27) angeschlossenen Ausgabege­ rät (28) zur Anzeige gebracht wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtasten des Profils der Vorkippe (12) in Abhän­ gigkeit von der erfaßten Position der Förderbrücke (4) in vorgegebenen Rasterabständen ausgelöst wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Abtastvorgang eine Schar von Profilen der Vorkippe (12) abgetastet wird und daß in der Auswerteein­ richtung (24) aufgrund von Fehlerbetrachtungen und/oder Plausibilitätskontrollen der einzelnen Abtastwerte ein re­ sultierender Profilverlauf ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastwerte in Abhängigkeit von der Laufzeit des gepulsten Laserlichts und dem augenblicklichen Winkel des Laserstrahls (21) erzeugt werden.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Klassifizierung des zu erfassenden Profils der Vorkippe (12) Zonen (32) vorgegeben werden, die jeweils durch einen vorgegebenen Sollverlauf (30) des Profils de­ finiert sind, daß für jede Zone (32) ein Toleranzbereich (33) vorgesehen ist, innerhalb dessen eine Streuung der Abtastwerte erlaubt ist und daß aus der Anzahl der jeweils zusammenhängend innerhalb des Toleranzbereichs (33) einer Zone (32) liegenden Abtastwerte die Breite der betreffen­ den Zone (32) ermittelt wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die durch Abwurf des Hauptanteils des geför­ derten Abraums erzeugte Abraumkippe (5) mit Hilfe zumindest eines weiteren, an der Förderbrücke (4) angeordneten Laser­ scanners (34) abgetastet wird und daß der Abwurf in Abhän­ gigkeit von dem so ermittelten Profil der Abraumkippe (5) gesteuert wird.

9. Abraumförderbrücke, die auf einem Gleiskörper (9) längs einer aufzuschüttenden Abraumkippe (5) verfahrbar ist, wo­ bei der Gleiskörper (9) auf einer der Abraumkippe (5) vor­ gelagerten Vorkippe liegt, die durch gesteuerten Abwurf eines Teils des geförderten Abraums auf ihrer, von der Ab­ raumkippe (5) abgewandten Böschungsseite ständig erweitert wird, um mit fortschreitender Aufschüttung der Abraumkippe (5) ein Verrücken des Gleiskörpers (9) von der Abraumkippe (5) weg zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß an der Abraumförderbrücke (4) im Bereich der Abwurf­ stelle für den Abraum zur Bildung der Vorkippe (12) ein Laserscanner (20) zur Abtastung des Profils der Vorkippe (12) angebracht ist, daß an der Förderbrücke (4) ein Posi­ tionsaufnehmer (25) zur Erzeugung von Positionswerten der Förderbrücke (4) auf dem Gleiskörper (9) angeordnet ist und daß der Laserscanner (20) und der Positionsaufnehmer (25) an einer Auswerteeinrichtung (24) zur Verknüpfung der Abtastwerte und der Positionswerte zu, die Geometrie der Vorkippe (12) beschreibenden Ausgangssignalen angeordnet ist.

10. Abraumförderbrücke nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerteeinrichtung (24) eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Abraumabwurfs über der Vorkippe (12) in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der Auswerteeinrich­ tung (24) nachgeordnet ist.