专利名称：用于通过监测运输中的废矿份额来控制工作面操作中的开采的方法
技术领域：
本发明涉及用于控制在地下煤矿中的具有工作面运输器(Strebfoerderer)、滚筒式采煤机(Walzenschraemlader)以及液压的防护支撑件的工作面操作(Mrebbetriebe) 中的开采的方法。
背景技术：
只要在煤矿的地下开采操作中追求开采工作的自动化，那么目标方向在于，实现原煤运输中的尽可能小的废矿份额(Bergeanteil)。废矿份额主要取决于用于在工作面中的开采工作的滚筒式采煤机的采煤滚筒的切割引导，其中，尤其重要的是，对于限定的工作面高度尽可能不切开煤层的顶壁(Hangend)并且将出于操作上的理由必要时需要的底部共切(Liegendmitschnitt)限制到最低程度。尤其考虑到边界层识别的精确性，直接检测煤层与邻岩之间的边界层的努力迄今还不够成功。
发明内容
因此本发明的目的在于，为了控制在工作面操作中的开采，给出用于使原煤运输中的废矿份额最小化的路径。
从权利要求的内容中得出该目的的解决方案，包括本发明的有利的设计和改进方案，权利要求置于本说明书后面。
本发明详细设计了一种方法，在该方法中，从工作面中运走的原煤运输量中的废矿份额借助于布置在下游的延伸区域中的测量装置而求得，并且在计算器单元中对于滚筒式采煤机在工作面中的单个位置计算从其中对应待开采的额定原煤运输量，并且换算成工作面运输器的适用于与滚筒式采煤机的位置相关联的装载分段的装载量，其中，接下来不仅与滚筒式采煤机的确定的位置相关联的每个装载分段的经过的时间点、而且对于有关的装载分段真实的实际原煤运输量以及废矿份额在此在测量装置中被求得，使得根据与滚筒式采煤机在工作面中的不断变换的位置相关联的废矿份额，辨别具有更高的废矿产量的工作面区域并且引入用于配合控制开采工作的措施。
本发明的优点在于，根据不断观测原煤运输量中的废矿份额而能够推断工作面中的操作情况，这是因为废矿份额的确定的波动各自与滚筒式采煤机在工作面中的确定的位置相关联。众所周知，因为对于滚筒式采煤机废矿份额随采煤滚筒的切割引导而改变，所以废矿份额可被用作对于采煤滚筒的切割引导的控制值。因此当沿层的底部水平面 (Liegendhorizont)切割引导时实现最小的废矿份额。与此相反，确定的更大的废矿份额能够指示存在过多的底部切割，使得因此可修正切割引导。根据本发明的方法的优点在于，没有对于废矿份额的确定的绝对的数值被用作对于开采控制的引导值，而是使用废矿份额的相应的最小值以便识别废矿最少的额定切割线。这种废矿份额最小值尽管取决于层状态而改变(例如考虑到矿层厚度(Maechtigkeit)或者在层中嵌入的岩石夹层(Bergemittel))，但是对于采煤滚筒废矿最小的切割引导总是在层的底部水平面处被发现。由此，当测量废矿份额时高的绝对精度也不是必需的，而有高的重复精度就足够了。
总的来说，当应用根据本发明的方法时能够根据原煤运输量中的当时确定的废矿份额认识到采煤滚筒的切割引导是否满足废矿最少的条件在层底部处实现，或者切割引导是否实现得底部切割太深或煤的构造太高。当识别出偏差时，底部滚筒的对于下一个滚筒路程的切割引导可根据情况在废矿份额最小化的方向上进行配合。因此，从滚筒式采煤机的切割到切割形成用于在边界层附近引导切割工作的调节循环。
此外，根据本发明的方法使能够识别和定位工作面中的废矿下沉 (Bergenachfall)，其中，根据进行的切割滚筒的切割运动和防护高度测量将废矿下沉与采煤滚筒的之前提到的底部切割隔开是可能的。由此，以有利的方式在边界层引导的滚筒式采煤机作为开采机器的情况下，本发明的方法可用作对于自动切割工作的控制手段用于产生限定的工作面高度并且最后用作对于开采工作的间接的边界层引导的控制手段。
因为当实施根据本发明的方法时还求得根据当时确定的切割情况待开采的额定原煤运输量并且使其相对于实际当开采时产生的原煤运输量成比例，所以对于工作面中的操作情况的进一步的推断是可能的。因此，例如从顶壁(Hangend)的回采(Ausbruch)短时间提高原煤运输量，而这种量提高不能够通过滚筒式采煤机的采煤工作的数据记录进行解释。带有突然的、不能够通过采煤工作(例如带有实施的底部切割)解释的提高的废矿份额的突然的、不能够通过采煤工作解释的原煤运输量的提高可因此识别为从顶壁的下沉。此外，煤矿采掘面(Kohlenstoss)的斜坡(Ausboeschung)短时间可提高原煤运输量，而这种提高不能够通过采煤工作进行解释。带有突然的、不能够解释的废矿份额的减小的原煤运输量的这种突然的提高可因此识别为煤矿采掘面成斜坡。最后，附加于从工作面的原煤运输量的下沉废矿和局部废矿对于原煤运输量也可导致短时间反复的并且不能够通过采煤工作解释的顶峰；在此废矿份额可未限定地波动，这是因为局部废矿例如可具有高的煤矿比例或者下沉废矿通常具有高的岩石比例。与连续的原煤运输相比，这种附加量仅仅短时间地进行干扰并且也仅仅具有总体积的较小的部分。
根据实施示例，测量装置由检测在延伸区域中使用的延伸运输器件(尤其运输带装置)的装载横截面的扫描器和由下游的带秤组成，其中，考虑到为煤和邻岩准备的对于材料密度的值，原煤运输量中的废矿份额被计算。
根据该方法，两个采煤滚筒的切割高度或从防护高度的测量值导出的在煤矿采掘面处的工作面高度、如有可能从工作面运输器的后退量(Rueckmass)的测量值导出的采煤滚筒的切割深度、滚筒式采煤机的行进速度以及从已知的矿层位置数据导出的层厚被用于求得由滚筒式采煤机开采的原煤运输量。
在实施示例中该方法设计成，滚筒式采煤机与工作面运输器的速度差以及在煤矿采掘面处的由采煤滚筒侵入所占有的松开体积的松散因素(khuettfaktor)被用于换算适用于工作面运输器的限定的装载分段的额定原煤运输量。
根据本发明的实施示例设计成，滚筒式采煤机离测量装置的相应距离以及工作面运输器和延伸运输器件的速度被用于求得预定的装载分段经过测量装置的时间点。
只要例如因为运输器件的速度的波动可导致基于使用的运输器件的真实的速度求得预定的装载分段经过测量装置的时间点的不精确，那么根据本发明的实施示例可设计成，在工作面运输器和延伸运输器件处建立转速测量装置并且因此集成与转速脉冲的数目成比例的各个路径分段，以便求得由预定的装载分段储存的总的路径长度。在这种情况下， 用于对滚筒式采煤机的位置的废矿份额测量的关联计算的时间基础不再是必须的，这是因为通过由装载分段储存的路径长度就可单独进行计算。
替代地可设计成，为了求得预定的装载分段经过测量装置的时间点，在至少一个装载分段中安装RFID芯片，并且为了检测包含滚筒式采煤机的位置的RFID芯片经过测量装置的时间点，借助于安装在测量装置处的RFID读取装置求得适用于该装载分段的废矿份额。利用这种方法应造成，滚筒式采煤机的位置与用于废矿份额的测量装置之间的计算的路径长度也与在观测的时间间隔中运输器件的实际的路径一致。因此，在至废矿份额测量装置的运输器路径中的总的滑动应该能够被检测并且通过修正因素被消除。
为了改善根据本发明的方法的精确性可设计成，为了校准求得的预定的装载分段经过测量装置的时间点，在时间间隔中滚筒式采煤机在它的进给中停车(stillsetzen)并且接下来继续以完全切割(Vollschnitt)的方式行驶，从而能够从工作面运输器的连续的装载中得到(absetzen)装载分段。
根据本发明的实施示例可设计成，测量装置为了求得废矿含量布置成与工作面延伸通道的距离尽可能小。此外可设计成，工作面运输器的驱动件以及铺设至测量装置的延伸运输器件装备有精确的转速检测装置。
最后，当使用运输带设备作为延伸运输器件时，运输带设备可装备有滑动监测装置。
在附图中显示本发明的实施示例，接下来描述这些实施示例。其中 图1显示带有下游的延伸区域的工作面的示意性的部分俯视图， 图2显示工作面装置的示意性侧视图，其带有底部侧的采煤滚筒的切割位置在抽取方向(Verhiebsrichtung)上标示的(aufgetragen)变化过程以及对此求得的对于原矿运输量中的废矿份额的特性曲线的变化过程。
具体实施例方式如图1中所示，在传统的工作面操作中沿煤矿采掘面10铺设有工作面运输器11， 滚筒式采煤机12在工作面运输器11处被引导。工作面装置还包括防护支撑单元13。在图 1中显示的情况中工作面的右端处布置有带有将原煤运输量从工作面运输器11传递到延伸运输器15上的传递处的工作面延伸通道，工作面延伸通道从它那方面来说在未进一步显示的巷道(Abbaustrecke)的进一步的走向中借助于传递处16转移到运输带设备17上。 在运输带设备17处布置有用于求得原矿运输量中的废矿份额的测量装置18。
测量装置根据本发明的实施示例由激光扫描器组成，激光扫描器检测位于运输带上的带有实际的原煤运输的装载横截面。与下游的带秤配合作业，能够首先确定行驶通过测量装置18的实际的原煤运输量并且此外在了解煤密度和废矿密度的情况下计算原矿运输量的废矿份额。
在开采工作中，在滚筒式采煤机12的相应位置处松开或装载可计算的额定原煤运输量，其能够由两个采煤滚筒的切割高度或从防护高度的测量值导出的在煤矿采掘面处的工作面高度、从工作面运输器的后退量的测量值导出的切割深度、滚筒式采煤机的行进速度以及从已知的矿层位置数据导出的层厚求得。
在另外的计算步骤中，求得的额定原煤运输量分配给工作面运输器11的与滚筒式采煤机12的位置相关联的装载分段，其中，为此滚筒式采煤机12与工作面运输器11的速度差以及在煤矿采掘面处由采煤滚筒侵入所占有的松开体积的松散因素被使用。也即工作面运输器11的分段装载有求得的额定原煤运输量尤其取决于滚筒式采煤机在工作面中是否运动到上坡行驶(Bergfahrt)(这意味着具有与工作面运输器11的运输方向相反的运动方向)还是位于下坡行驶(Talfahrt)(这意味着与工作面运输器的运输方向一致)。在换算中，在滚筒式采煤机12与煤矿采掘面10之间的狭窄通道(Gasse)的区域中的颗粒的装载的进-出储存行为被忽略，这对于沿工作面的对应的长的开采行驶是允许的。在工作面边缘区域中，为了使滚筒式采煤机12切入到煤矿采掘面10中，在工作面边缘区域中进行滑磨(Schleife)，当进行滑磨时开采的原煤运输量的评估不一定有意义，而对于开采工作的控制也不是必须的，这是因为对于这种抽取优选地手动进行。
为了在稍后的时间点进行的原煤运输量中的废矿份额的确定可关联于滚筒式采煤机12在工作面中的这样的位置，在该位置处开采在它的废矿份额中确定的原煤运输量， 对于由滚筒式采煤机的位置与测量装置之间的限定的装载分段储存的路径的时间需要可被求得。为此可使用滚筒式采煤机离测量装置的相应距离以及工作面运输器11、延伸运输器15和运输带设备17的速度。但是应考虑到，被观测的装载分段的装载量通过中间的传递处以及使用的运输器件的不同的速度而改变，使得待关联于滚筒式采煤机12的彼此紧接的不同的位置的装载分段不再能够足够精确地保持彼此的距离。每次传递发生某种比较缓和效应(Vergleichmaessigimgseffekt)，其使得各个装载记号的界限更加不清晰。由此在个别情况下，取决于使用的操作器件可确定在根据使用的操作器件确定的工作面操作中将产生的对于求得的废矿份额与滚筒式采煤机的位置的关联的精确度。
为了将不精确度保持得尽可能小，相应运输器件的驱动件应该装备有例如以脉冲传感器(Impulsegeber)为基础的精确的转速测量部，其使能够按马达的转动利用已知的传动比精确地应用由运输器件桥接的路径，这是因为因此转速波动也被正确地考虑。
只要运输带设备接通，运输带的附加的滑动监测可进一步改善速度检测的精确度。例如这可通过集成到带织物(Bandgewebe)中的、横向于行进方向布置的线芯 (Drahteinlage)实现，线芯以感应的方式被检测。替代地，但是也可应用例如运输带设备的头部驱动件相对于它的转向辊子(Kehrrolle)的转速差。总的来说，因此当评估时应该求得和考虑在传递处处的延迟效应和比较缓和效应以及在运输带设备处的滑动效应，其中， 在行进的运输操作中应该建立自动的同步。
这种自动的同步例如可由此建立，即滚筒式采煤机12在它的进给中短时间地停车，使得带有旋转的切割滚筒的滚筒式采煤机12停止而不侵入到煤矿采掘面中，并且接下来以完全切割的方式继续行驶。因此，在工作面运输器的待观测的装载分段中零装载快速地转变成满载，其中，这种由滚筒式采煤机12设置的装载轮廓记号可关联于限定的滚筒位置。这种清晰的装载轮廓记号经过测量装置18可利用对应的精确性来检测，使得在滚筒式采煤机12的位置与测量装置18之间的装载轮廓记号的真正行进时间(Laufzeit)被用于自动校准在滚筒式采煤机12的位置与测量装置18之间的装载分段的相应的行进时间。这种自动校准方法考虑运走路径的关于运输速度和运输路径长度包括在传递点处的加速过程以及运输带设备的平均滑动在内的所有特点。
替代的或也可附加地使用的可能性在于，当在滚筒式采煤机12的位置处进行开采时提供RFID芯片到运输流中并且记录滚筒式采煤机12的位置。从这个时刻开始RFID 芯片通过所有运输器件的运输路径被记录，直到RFID芯片到达测量装置18。此处芯片当它到达时利用对应设置的读取装置进行识别。由芯片检测的运输器件路径然后可与从芯片的投放位置至读取装置的实际通过的路径进行比较并且确定的偏差可用于修正。因此当需要时有规律的系统平衡是可能的。
通过在滚筒式采煤机12处安装有自动的RFID芯片投放器(Spender)，也能够使该解决方案自动化。RFID芯片施与器允许RFID芯片的远程控制的或自动的投放(Abmirf)， RFID芯片的投放地点对应于滚筒式采煤机12的位置被记录。只有工作面运输器11充分装载，投放才应该在此实现，由此RFID芯片可在运输流中同步并且对于空的运输器不被破坏。
从投放到全部的行进的运输器件路径处的时刻直到RFID芯片到达测量装置18， 计算器单元进行检测并且根据计算的运输器件路径与测量的运输器件路径之间的偏差 (通过学习偏差以及将来计算以确定检测的原煤运输量的来源的地点时使用偏差)来进行自动的修正。
为了使精确性完美，可在滚筒式采煤机12的采煤滚筒处附加地安装RFID读取装置，如果芯片已经收到工作面运输器11的速度，则RFID读取装置对于运输流中的滚筒通路检测所投放的RFID芯片。因此，RFID芯片当投放时自身获得的滑动，直到它到达完全的运输速度，在测量技术上从同步过程中消除。
图2描述可能的推断中的一个(考虑到进一步检测的开采数据从原煤运输量中的废矿份额的检测中的这些推断是可能的)。在图2中示意性显示滚筒式采煤机12的底部滚筒23相对于煤矿采掘面10的底部21在各个采煤行驶中给出的位置。在图2的上面的图示中显示对于在煤矿采掘面10处的16个彼此紧接的开采行驶底部滚筒23的各个位置。在下面的图示中，一方面显示底部滚筒23的切割引导的变化过程的特性曲线而另一方面显示原煤运输量中的废矿份额的变化过程的特性曲线，其中，以附图标记25标明切割引导的特性曲线而以附图标记26标明废矿份额的特性曲线。应认识到的是，当进行第二开采行驶时，底部滚筒23切入到底部21中。对于相同的时间点或者在相同的位置处废矿份额根据特性曲线沈对应上升。在第十二开采行驶中可认识到，底部滚筒23在底部21上方切割， 使得形成狭长的煤带(Kohlestreifen)。对应地，特性曲线25显示底部滚筒23的更高的位置，而特性曲线26显示废矿份额的更强的下降，能够认识到的是，当在滚筒式采煤机12的有关的位置处开采行驶时底部滚筒23处于底部21上方并且当接下来开采行驶时可对应地进行修正。
本文件的内容的在前面的说明书、权利要求书、摘要以及附图中公开的特征可单独地也可彼此任意组合地实现本发明的不同实施形式。
权利要求
1.一种用于控制在地下煤矿中的具有工作面运输器(11)、滚筒式采煤机(1 以及液压的防护支撑件(13)的工作面操作中的开采的方法，在所述方法中，从工作面中运走的原煤运输量中的废矿份额借助于布置在下游的延伸区域中的测量装置(18)而求得，并且在计算器单元中对于所述滚筒式采煤机(1 在所述工作面中的各个位置计算从所述位置中相应待开采的额定原煤运输量，并且换算成所述工作面运输器(11)的适用于与所述滚筒式采煤机(1 的位置相关联的装载分段的装载量，其中，接下来不仅求得与所述滚筒式采煤机(1 的确定的位置相关联的每个装载分段的经过的时间点，而且对于有关的所述装载分段在所述测量装置(18)中求得此处真实的实际原煤运输量以及所述废矿份额，使得根据与所述滚筒式采煤机(1 在所述工作面中的不断变换的位置相关联的所述废矿份额，能够辨别具有更高或更低的废矿产量的工作面区域并且引入用于配合控制开采工作的措施。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量装置(18)由检测在所述延伸区域中使用的延伸运输器件(15，17)的装载横截面的扫描器和由下游的带秤组成，并且考虑到待适用于煤和邻岩的材料密度的值来计算所述原煤运输量中的所述废矿份额。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，两个采煤滚筒(22，23)的切割高度或从防护高度的测量值导出的在煤矿采掘面处的工作面高度、所述采煤滚筒02，23)的所求得的切割深度、所述滚筒式采煤机(12)的行进速度以及从已知的矿层位置数据导出的层厚被用于求得由所述滚筒式采煤机(12)开采的所述原煤运输量。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，滚筒式采煤机(1 与工作面运输器(11)的速度差以及在所述煤矿采掘面(10)处的由所述采煤滚筒(22，2；3)侵入所占有的松开体积的松散因素被用于换算适用于所述工作面运输器(U)的限定的装载分段的额定原煤运输量。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述滚筒式采煤机(12) 离所述测量装置(18)的相应距离以及工作面运输器(11)和延伸运输器件(15，17)的速度被用于求得预定的装载分段经过所述测量装置(18)的时间点。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，为了求得预定的装载分段经过所述测量装置(18)的所述时间点，从在使用的运输器件(11，15，17)的驱动件处建立的转速检测装置得到的转速脉冲相应分配给成比例的路径分段，并且所述路径分段集成到由在所述滚筒式采煤机(1 的位置与所述测量装置(18)之间的所述装载分段行过的路径长度中。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，为了求得预定的装载分段经过所述测量装置(18)的所述时间点，在至少一个装载分段中安装有RFID芯片，并且为了检测包括所述滚筒式采煤机(1 的位置的所述RFID芯片经过所述测量装置(18)的时间点，借助于安装在所述测量装置(18)处的RFID读取装置求得适用于所述装载分段的所述废矿份额。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的方法，其特征在于，为了校准求得的预定的装载分段经过所述测量装置(18)的所述时间点，在时间间隔中所述滚筒式采煤机(1 在它的进给中停车并且接下来以完全切割的方式再次行驶，使得能够从所述工作面运输器(11) 的不断的装载中得到装载分段。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，其特征在于，所述测量装置(18)为了求得废矿含量布置成与工作面延伸通道的距离尽可能小。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其特征在于，工作面运输器(11)的所述驱动件以及铺设至所述测量装置(18)的所述延伸运输器件(15，17)装备有精确的转速检测装置。
11.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，当使用运输带设备(17)作为延伸运输器件时，所述运输带设备(17)装备有滑动监测装置。
全文摘要
一种用于控制在地下煤矿中的具有工作面运输器(11)、滚筒式采煤机(12)以及液压的防护支撑件(13)的工作面操作中的开采的方法，在该方法中，从工作面中运走的原煤运输量中的废矿份额借助于布置在下游的延伸区域中的测量装置(18)而求得，并且在计算器单元中对于滚筒式采煤机(12)在工作面中的各个位置计算从其中对应待开采的额定原煤运输量，并且换算成工作面运输器(11)的适用于与滚筒式采煤机(12)的位置相关联的装载分段的装载量，其中，接下来不仅与滚筒式采煤机(12)的确定的位置相关联的每个装载分段的经过的时间点、而且对于有关的装载分段真实的实际原煤运输量以及废矿份额在此在测量装置(18)中被求得，使得根据与滚筒式采煤机(12)在工作面中的不断变换的位置相关联的废矿份额，辨别具有更高或更低的废矿产量的工作面区域并且引入用于配合控制开采工作的措施。
文档编号E21C35/24GK102187058SQ200980139569
公开日2011年9月14日 申请日期2009年9月23日 优先权日2008年10月1日
发明者M·容克, A·莫扎尔 申请人:拉格股份公司