DE4439601C2 - Verfahren zur Richtungssteuerung einer im Untertagebetrieb eingesetzten Maschine sowie zur Durchführung des Verfahrens geeignete Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Richtungssteuerung einer nicht zwangsgeführten und mit wenigstens einem Schneidarm versehenen Vortriebs- oder Gewinnungsmaschine in Grubenräumen des untertägigen Bergbaus sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Maschine.

Im Stand der Technik sind mehrere Verfahren zur Richtungssteuerung derartige Maschinen bekannt; das in der Praxis am weitest verbreitetste Verfahren besteht in der Anwendung eines Lasers zur Richtungsvorgabe. Der Laser erzeugt einen sichtbaren Lichtstrahl mit einem Durchmesser im Zentimeterbereich, welcher in Sollrichtung justiert ist; der Fahrer der Vortriebs- oder Gewinnungsmaschine folgt beim Vortrieb dem Laserstrahl.

Es sind auch ergänzende Einrichtungen bekanntgeworden, bei welchen durch ein optisches, auf die Maschine aufgesetztes Aufnehmerelement die Lage der Maschine zum Laserstrahl hin ermittelt wird; das Aufnehmerelement gibt ein Signal proportional zur Richtungsablage ab, welches in einem elektronischen Maschinen-Steuerungssystem derart verarbeitet wird, daß die Maschine automatisch die Richtung während des Vortriebes beibehält.

Die Anwendung des Lasers hat den Nachteil, daß die Strahlgasse des Lasers durch Arbeits- und Transportvorgänge des öfteren abgeschottet ist, so daß der Maschinenfahrer die Richtung beim Vortrieb ohne Laser beibehalten muß. Dies ist sehr nachteilig, da Richtungsabweichungen in Vortriebs-, Gebirgs- und Tunnelstrecken jeweils mit kostenintensiven Korrekturmaßnahmen verbunden sind. Ein weiterer Nachteil der bekannten Einrichtungen besteht darin, daß die optischen Aufnehmerelemente relativ große Abmessungen haben, Arbeits- und Transportvorgänge im Bereich der Maschinen behindern und dadurch auch leicht beschädigt werden können.

Eine weitere Maßnahme zur Richtungssteuerung besteht in der Anwendung von Kreiselsystemen. Dabei führt ein erster sogenannter "nordsuchender Kreisel" in regelmäßigen Abständen einen Suchvorgang der Nordrichtung durch; ein zweiter, sogenannter "Stützkreisel" speichert diese Richtung und zeigt Abweichungen der Vortriebsrichtung von der Sollrichtung an. Diese Abweichungen werden in einem elektronischen Maschinen-Steuerungssystem derart ausgewertet, daß die Maschine nicht aus der Sollrichtung fährt.

Kreiselsysteme sind allerdings nur dann geeignet, wenn Maßnahmen getroffen werden, daß die betreffende Maschine keinen Seitenversatz durchführen kann, beispielsweise wenn mechanische Stütz- oder Verspanneinrichtungen gegen einen seitlichen Stoß oder beispielsweise eine Tunnelwand vorhanden sind. Solche Stütz- oder Verspanneinrichtungen sind allerdings meist unerwünscht, da sie die Vortriebsarbeit durch die zusätzlich erforderlichen Abstützvorgänge verzögern. Weitere Nachteile der Kreiselsysteme sind deren relativ hohe Anschaffungskosten und eine nur geringe Robustheit gegenüber den auf Vortriebs- oder Gewinnungsmaschinen herrschenden Umgebungsbedingungen, wie zum Beispiel Vibrationen.

Es sind daneben beispielweise aus CH-Zeitschrift "Schweizer Ingenieur und Architekt" 42/83, Seite 993 bis 996, Vorrichtungen zur Messung des Profils des freigeschnittenen Grubenraumes bekannt, bei denen über einen Lichtstrahl die Profilform ermittelt und dokumentiert wird; für eine Richtungssteuerung sind derartige Vorrichtungen jedoch weder vorgesehen noch geeignet.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein unabhängig von der jeweiligen Lage der Maschine im Grubenraum, ohne Profilmessung sowie unabhängig von einem etwa zusätzlich vorgesehenen Richtungslaser arbeitendes Verfahren zur Richtungssteuerung einer Vortriebs- oder Gewinnungsmaschine anzugeben, welches mit einfachen und robusten Systemen arbeitet und somit kostengünstig die Navigation derartiger Maschinen über einen Zeitraum von mindestens einer Schicht oder einem Tag erlaubt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vortriebs- oder Gewinnungsmaschine anzugeben.

Die Lösung dieser Aufgaben ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen aus dem Inhalt der Patenansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht in seinem Grundgedanken vor, daß mittels auf der Maschine angeordneter Abstandssensoren der seitliche Abstand von der Maschine zu den seitlichen Stößen des betreffenden Grubenraumes gemessen und in einer Auswerteeinheit anhand der Meßsignale der Abstandssensoren die Lage der Maschine im Grubenraum in ihrer Winkelstellung der Maschinenlängsachse und Seitenversatz bezüglich der seitlichen Stöße des Grubenraumes ermittelt wird und, wobei die Lagessignale der Auswerteeinheit in einer Steuereinheit derart in die Steuerung des Schneidarmes umgesetzt werden, daß unabhängig von der Maschinenlage im Grubenraum die Schneidrichtung mit einer vorgegebenen Sollrichtung übereinstimmt.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß bezüglich der von jedem Sensor abgegebenen Signale über einen vorbestimmten Zeitraum eine Mittelwertbildung erfolgt, welcher Mittelwert in die Auswerteeinheit eingegeben wird. Mit dieser Maßnahme kann die Genauigkeit der Ermittlung der Maschinenlage wesentlich verbessert werden, wobei der für die Mittelwertbildung heranzuziehende Zeitraum einstellbar sein oder auch fest eingestellt sein kann.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mittels eines zusätzlichen Wegsensors der Fahrweg der Maschine aufgenommen und in der Auswerteeinheit das Unebenheitsprofil der seitlichen Stöße des Grubenraumes ermittelt, wobei die das Unebenheitsprofil betreffenden Signale zur Korrektur der Meßsignale der Abstandssensoren bei deren Auswertung in der Auswerteeinheit herangezogen werden. Damit wird eine weitere mögliche Fehlerquelle für die Ermittlung der Maschinenlage im Grubenraum ausgeschaltet.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden nach größeren Auffahrungsstrecken die entstandene Richtungsablage der Maschine gemessen und die Lagewerte als Korrekturwerte in die Steuereinheit eingegeben. Damit wird der prinzipbedingt mit zunehmender Auffahrungslänge größer werdende Fehler berücksichtigt. Alternativ ist auch die Möglichkeit nach der Erfindung vorgesehen, eine zu diesem Zweck auf dem Schneidarm angebrachte Markierung auf den Strahl des Richtungslasers zu halten, so daß anhand des Schneidarmwinkels die Richtungsablage der Maschine bestimmt und als Korrekturwert in der Auswerteeinheit und/oder der Steuereinheit abgespeichert werden kann.

Eine zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens bestimmte Vortriebs- oder Gewinnungsmaschine mit einem Fahrwerk und mit einem über Aktoren gesteuerten Schneidarm zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß an ihren Längsseiten Abstandssensoren sowie eine Auswerteeinheit und eine Steuereinheit zur Steuerung des Schneidarms angeordnet sind; nach alternativen Ausführungsbeispielen können die Abstandssensoren aus Ultraschallentfernungsmeßsensoren, aus Laserentfernungsmeßsensoren, Radarabstandssensoren oder mechanischen Abtastern bestehen; eine weitere Möglichkeit sind sogenannte Seilzugpotis, welche auf der Maschine angebracht sind und deren Seilende an definierten Punkten befestigt ist.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind auf jeder Längsseite der Maschine mehrere Abstandssensoren symmetrisch zueinander angebracht, so daß sich systematische Meßfehler durch die symmetrische Anordnung der Sensoren weitgehend kompensieren. Zur Ausschaltung von Meßfehlern kann weiterhin vorgesehen sein, daß die auf jeder Seite der Maschine angeordneten Abstandssensoren jeweils nach unterschiedlichen Wirkungsprinzipien arbeiten, so daß auch von dem Wirkungsprinzip abhängige Fehler kompensiert sind.

Ferner kann die Maschine einen Fahrwegsensor aufweisen, mit dessen Hilfe das Unebenheitsprofil der Tunnelwand oder des Stoßes ermittelt werden kann.

Mit der Erfindung ist insgesamt der Vorteil verbunden, daß ein kleinbauendes, kostengünstiges, einfaches und wartungsarmes Navigationssystem für die Richtungssteuerung von Vortriebs- oder Gewinnungsmaschinen zur Verfügung steht. Die Arbeitsvorgänge beim Vortrieb werden durch die Vorrichtung nicht behindert, und die entsprechenden Teile der Gesamtvorrichtung können geschützt auf der Maschine untergebracht werden, so daß keine Behinderungen der Arbeiten und keine Beschädigungen der Vorrichtung selbst entstehen können.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben, welches nachstehend beschrieben ist. Es zeigen

Fig. 1 die Anordnung einer Maschine in einem Grubenraum in einer schematischen Darstellung,

Fig. 2 das Richtungssteuerungsverfahren in einem Blockschaubild.

In einem Grubenraum 10, vorzugsweise einer Gesteins- oder Flözstrecke oder auch einem Tunnel mit seitlichen Stößen 11 steht eine Vortriebs- oder Gewinnungsmaschine 12, an deren Vorderseite ein Schneidarm 13 mit Schneidwerkzeugen 14 angeordnet sind. Auf jeder Längsseite der Maschine 12 sind drei Abstandssensoren 15 angeordnet, welche den Abstand zwischen der Maschine 12 und den seitlichen Stößen 11 in Form von Meßsignalen erfassen.

Wie sich aus Fig. 2 entnehmen läßt, werden die Meßsignale 17 der einzelnen Abstandssensoren 15 einer Auswerteeinheit 18 zugeführt, und da bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Maschine 12 auch mit einem Fahrwegsensor 16 ausgerüstet ist, wird auch das von diesem abgegebene Signal der Auswerteeinheit 18 übermittelt.

In der Auswerteeinheit wird sowohl die Winkelablage der Maschine 12 bezogen auf ihre Maschinenlängsachse bestimmt als auch der Seitenversatz der Maschine zur Streckenachse beziehungsweise Achse des Grubenraumes 10; das Winkelablagesignal 19 und das Seitenversatzsignal 20 wird jeweils von der Auswerteeinheit 18 einer Steuereinheit 21 übermittelt, die nun über von ihr abgegebene und den Aktoren 22 zur Steuerung des Schneidarmes 13 übermittelte Steuersignale 23 dafür sorgt, daß der Schneidarm 13 der Maschine 10 in einer Weise gesteuert wird, daß der Schneidvorgang des Schneidarmes 13 unabhängig von der Maschinenlage im Grubenraum 10 immer in der vorgegebenen Sollrichtung erfolgt. Dabei wird durch in der vorstehenden Beschreibung beschriebene Korrekturmaßnahmen dafür Sorge getragen, daß die Fehlerrate möglichst gering bleibt.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und der Zeichnung offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims (13)

1. Verfahren zur Richtungssteuerung einer nicht zwangsgeführten und mit wenigstens einem Schneidarm (13) versehenen Vortriebs- oder Ge­ winnungsmaschine (12) in Grubenräumen (10) des untertägigen Bergbaus, wobei mittels auf der Ma­ schine (12) angeordneter Abstandssensoren (15) der seitliche Abstand von der Maschine (12) zu den seitlichen Stößen (11) des betreffenden Grubenrau­ mes (10) gemessen und in einer Auswerteeinheit (18) anhand der Meßsignale (17) der Abstandssen­ soren (15) die Lage der Maschine (12) im Gruben­ raum (10) in ihrer Winkelstellung zur Maschinen­ längsachse und Seitenversatz bezüglich der seitli­ chen Stöße (11) des Grubenraumes (12) ermittelt wird, und wobei die Lagesignale (19, 20) der Aus­ werteeinheit (18) in einer Steuereinheit (21) derart in die Steuerung des Schneidarmes (13) umgesetzt werden, daß unabhängig von der Maschinenlage im Grubenraum (10) die Schneidrichtung mit einer vorgegebenen Sollrichtung übereinstimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei bezüglich der von jedem Abstandssensor (15) abgegebenen Si­ gnale (17) über einen vorbestimmten Zeitraum eine Mittelwertbildung erfolgt, welcher Mittelwert in der Auswerteeinheit (18) berücksichtigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mittels eines zusätzlichen Wegsensors der Fahrweg der Maschine (12) aufgenommen und in der Auswerte­ einheit (18) das Unebenheitsprofil der seitlichen Stöße (11) des Grubenraumes (10) ermittelt wird und wobei die das Unebenheitsprofil beschreiben­ den Signale zur Korrektur der Meßsignale (17) der Abstandssensoren (15) herangezogen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei nach größeren Auffahrungsstrecken die ent­ standene Richtungsablage der Maschine (12) im Grubenraum (10) gemessen und die Lagesignale als Korrekturwerte in die Auswerteeinheit (18) und/ oder die Steuereinheit (21) eingegeben werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schneidarm (13) mittels eines Richtungs­ lasers in die Sollstellung gestellt und die Richtungs­ ablage der Maschine (12) in dem Grubenraum (10) aus dem Schneidarmwinkel abgeleitet und in der Steuereinheit (21) bestimmt und als Korrektur für die Steuerung der Maschine (12) herangezogen wird.

6. Zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bestimmte Vortriebs- oder Gewinnungsmaschine (12) mit einem Fahrwerk und einem über Aktoren (22) gesteuerten Schneidarm (13), bei welcher an ihren Längsseiten Abstandssen­ soren (15) sowie eine Auswerteeinheit (18) und eine Steuereinheit (21) zur Steuerung des Schneidarmes (13) angeordnet sind.

7. Maschine nach Anspruch 6, bei welcher die Ab­ standssensoren (15) aus Ultraschallentfernungssen­ soren bestehen.

8. Maschine nach Anspruch 6, bei welcher die Ab­ standssensoren (15) aus Laserentfernungsmeßsen­ soren bestehen.

9. Maschine nach Anspruch 6, bei welcher die Ab­ standssensoren (15) aus Radarabstandssensoren bestehen

10. Maschine nach Anspruch 6, bei welcher die Ab­ standssensoren (15) als mechanische Abtaster aus­ gebildet sind.

11. Maschine nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei welcher auf jeder Längsseite der Maschine (12) mehrere Abstandssensoren (15) symmetrisch zu­ einander angebracht sind.

12. Maschine nach einem der Ansprüche 6 bis 11, bei welcher die mehreren Abstandssensoren (15) nach unterschiedlichen Wirkungsprinzipien ausge­ bildet sind.

13. Maschine nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Fahr­ wegsensor (16) zur Ermittlung des Unebenheits­ profils der überfahrenen seitlichen Stöße (11) vor­ gesehen ist.