专利名称：用于控制开采设备的方法
技术领域：
本发明涉及一种方法，用于控制沿着在地下矿井中的工作面的开采设备，其中通 过至少一个气体传感器来测量气体浓度，并且根据测量结果发出报警信号。
背景技术：
这种类型方法基本上已经从实践中公开，并且用于确定危险的气体浓度，特别是 不允许的高甲烷气体浓度。通过测量气体浓度可以确定在工作面中气体浓度的升高，从而 可以通过所发出的报警信号来实现预警。例如该报警信号可以触发听觉和/或视觉显示设 备，或者该警示信号使在工作面中的用电设备关闭，以便使甲烷爆炸的危险降到最小。只有 当进行足够的通风一段时间之后所测量的甲烷值重新降低时，开采作业才可以继续进行。已公开的方法中的问题在于，尽管应用了现代的监测技术，但是目前在地下矿井 中仍然总是出现甲烷爆炸，对此其中一个原因是操作人员故意对气体传感器进行人为不正 当操纵。因此从实践中已知，为了提高日产量而盖住气体传感器，或者持续不断地向该气体 传感器输送空气流，从而该气体传感器不能检测出在工作面中实际存在的气体浓度。气体 爆炸的另一个可能的原因可能是气体传感器产生故障。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种方法和装置，利用该方法和装置可以在持续地运行 中检测到气体传感器的人为不正当操纵或者故障。该目的通过独立权利要求的特征来实现，并且特别是由此实现，即测定由开采设 备开采的采掘量，即测量气体浓度，即当确定出在所测定的开采采掘量和所测量的气体浓 度之间的不合格的相互关系时，发出报警信号。本发明基于以下认识，即在开采中由煤产生的甲烷至少大约与采掘量成比例。在 此，每开采一吨煤所产生的甲烷气体的值例如约为20m3。因此，当采掘量升高或者减少时， 所测量的气体浓度同样会升高或者降低(通常在时间上会有延迟)。进而，通过比较采掘 量与所测量的气体浓度的时间曲线可以测定，在这两个所测量的值之间是合格还是不合格 的相互关系。同样也可以在不同的时间点通过比较绝对值来检测出，是否可能存在对气体 传感器的人为不正当操纵。当采掘量上升时，也同样测定出气体浓度上升，并且采掘量下降 时，测定出甲烷气体浓度也同样下降(通常在时间上会有延迟)，那么可以认为是合格的相 互关系。然而，如果通过覆盖或者以新鲜空气进行喷射来人为不正当操纵该气体传感器，由 于所测定的气体浓度基本上不依赖于采掘量的波动，那么在采掘量和气体浓度之间就存在 不合格的相互关系。在这种情况下，发出报警信号，以便例如激活显示装置或者停止开采运 行，直到排除出现报警信号的原因，并确保在工作面中的甲烷气体浓度足够低。
本发明有利的实施例在说明书、附图以及从属权利要求中进行描述。根据有利的实施例，可以由开采设备的速度和挖掘深度算出采掘量。可选的用于 计算被开采的采掘量的可能性在于，通过设置在输送线路上的带式输送机秤给所开采的材 料称重，或者利用超声波测量算出输送体积。然而，本发明并不局限于所描述的方法。根据本发明方法的一个有利的变体，由于在开采时由煤产生的甲烷与采掘量至少 大约成比例，因此可以通过减少开采设备的采掘量而降低工作面内的甲烷浓度。在相应地 减少采掘量时，同样降低了由煤中喷出的甲烷，从而工作面内的甲烷浓度可以保持低于预 定最大临界值，而没有必要完全停止开采。当所测量的气体浓度足够低时，当然也可以相应 地重新提高开采设备的采掘量。因此，在持续的过程中，可以如此调节采掘量，即不超过或 者仅短暂地超过预定最大临界值。在根据本发明的方法变体中，因为在这里采掘量首先在 开采开始之后甚至也升高，所以也可以检测对气体传感器的可能的人为不正当操作。因此， 即使当气体浓度保持在预定最大临界值之下时，在工作面内部的气体浓度也应该在采掘量 升高时而同样升高。如果不是这样，或者尽管大致等于原来的采掘量而所测量的气体浓度 突然下降，这意味者在采掘量和气体浓度之间的不合格的相互关系，从而发出报警信号。根据本发明的另一方面，本发明涉及一种用于控制沿着在地下矿井中的工作面的 开采设备的方法，其中通过至少一个传感器测量气体浓度，并且基于测量结果驱动开采设 备。这种方法在实践中已知，其中在已知方法中的传感器(以通风方向来看)设置在 工作面端部上，并且当所测量的气体浓度(特别是所测量的甲烷浓度)超过预定临界值时， 开采设备被完全停止。当所测量的甲烷值通过足够的通风一定的时间后下降时，在这种方 法中开采设备才再次运行。为了在工作面中不降低安全性的情况下，提高开采作业的生产率，当接近于气体 浓度的预定最大临界值时，通过减少开采设备的采掘量，使在工作面内部的气体浓度保持 在预定最大临界值之下，而同时不停止开采设备。因为在开采时由煤产生的甲烷与采掘量至少大约成比例，所以可以通过减少开采 设备的采掘量来降低在工作面内部的甲烷浓度。在相应地降低采掘量时，也减少了由煤中 喷出的甲烷，从而在工作面内部的甲烷浓度可以保持在预定的最大临界值之下，而没有必 要完全停止开采。当所测量的气体浓度足够低时，当然也可以相应地提高开采设备的采掘 量。因此，在持续的过程中，可以如此调节采掘量，即不超过或者仅短暂地超过预定最大临 界值。在所计算出的采掘量和所测量的气体浓度的基础之上，可以算出在所开采的材料 中的气体含量，其中由新挖掘的煤量漏出的甲烷可以被认为非常近似地与所挖掘的煤体积 成比例。利用相应于采掘量的气体含量，可以如此调节采掘量，即不超过预定的最大气体浓 度，同时不必完全停止开采作业。换句话说，通过降低输送体积，例如通过降低开采速度或 者挖掘深度，可以如此减少所开采的煤体积，即在开采时所释放出的甲烷量不超过允许的 临界值。因为在此所释放的甲烷量未预先确定，而是首先通过测量而测定，利用本方法的变 体，在进行开采时也可以注意到改变的甲烷含量。根据另一个实施例，可以沿着工作面设置多个气体传感器，特别是甲烷传感器，其 中如此控制或者检测气体传感器，即在通风方向中运行时测量地点在开采设备之前，相反于通风方向运行时该测量地点在开采设备之后实现。因此，在工作面内部的不同的位置上 进行测量，其中在开采设备和测量地点之间的间距优选地近似恒定，这就是说，测量地点根 据运行方向以近似恒定的间距在开采设备之前或者之后移动。利用本发明的方法的变体，因为测量地点处于开采设备的附近，可以基本上快速 检测出危险的甲烷升高。在已知的方法中，在挖掘煤而产生甲烷的时间点和测量所属气体 浓度之间要经过约3至5分钟的时间段，相反根据本发明，由于总是在所挖掘的煤的附近进 行测量，测量结果在几秒之内就会得出。原则上，根据本发明的方法也可以利用仅一个设置 在工作面端部的气体传感器来实施。此外，有利的是，并非固定不变地确定预定最大临界值，而是动态地制定该临界 值。从而例如有利的是，特别是当在工作面内部(这就是说直接就地形成)测量到超出时， 允许仅短暂持续地超出该临界值。当在工作面端部设置仅一个唯一的传感器时，该传感器 测量到相对而言混勻的且通过通风而冲淡的甲烷/空气混合物。与此相反，沿着开采前沿 局部一定会出现较高的甲烷浓度，但是该甲烷浓度不必引起停机或者减少采掘量。当基于开采设备的位置来改变预定最大临界值时，同样是有利的。在使用一个唯 一的气体传感器的情况下，如果在工作面端部测量出高甲烷浓度，当开采设备处于工作面 开头时，该高甲烷浓度的情况被认为是紧急情况。与此相反，当开采设备处于工作面尾端 时，由于在这种情况下也许仅仅是局部和时间上有限的甲烷浓度的升高，也许可以承受高 的甲烷浓度。开采设备采掘量的影响可以自动地通过控制设备实现，例如在气体浓度升高时开 采速度和/或挖掘深度被自动降低。另一方面，升高的气体浓度也可以通过在工作面内部 的视觉显示设备显示，以便告知给开采设备的驾驶员，从而该驾驶员必须降低开采速度和/ 或挖掘深度。例如可以在工作面内部的多个位置上，例如在每第十个开采位置上设置信号装 置，该信号装置告知矿工，所测量的气体浓度是否高于或者低于预定临界值。根据本发明的另一个方面，本发明涉及一种工作面支架(Strebausbau)，该工作面 支架具有多个特别是均勻隔开的气体传感器，其中这些气体传感器可优选地基于开采设备 的位置由控制设备分别调用。因此，当在工作面内部的气体传感器可以连接到本来存在的 工作面控制设备上时，是特别有利的。这种基本上已知的工作面控制设备用于电动液压地 控制开采位置，并且该工作面控制设备与其各自的邻机以及与中心控制设备相连，以这种 方式，通过中心控制设备单独地或者全部地调用各个气体传感器，同时使用于甲烷测量的 额外的费用最小化。当由具有计算装置的控制设备实施检测在采掘量和气体浓度之间是合格或者不 合格的相互关系时，是有利的。例如控制设备可以利用计算机记录开采采掘量和所测量 的气体浓度的时间曲线，并且通过合适的运算法则检测所存在的相互关系是合格或者不合 格。例如当在采掘量在预定时间间隔的升高超过预设阈值之后，识别出气体浓度的升高未 超过另一预定阈值时，可以发出报警信号。相反，当所测量的气体浓度下降，但查出开采采 掘量没有相应地降低时，同样可以发出报警信号。在开采设备停车之后，必须识别出所测量 的甲烷浓度的明显的下降，即使当该气体浓度的下降可以在时间上延迟地出现时。如果例 如对气体传感器的进行人为不正当操作，即对准气体传感器喷射持续的新鲜空气流，那么所测量的气体浓度基本上保持不变，从而利用根据本发明的方法，确定出在采掘量和气体 浓度之间不合格的相互关系，进而发出报警信号。
下面，借助实施例且参照附图示例性地对本发明进行说明。图中示出图1是工作面支架的示意性示意图；图2是所开采的采掘量和所测量的气体浓度在合格的相互关系时的示意性曲线； 且图3是图2中在不合格的相互关系时的曲线。
具体实施例方式图1中示出了工作面支架的极大简化的示意图，该工作面支架具有多个并排设置 的开采位置10，该开采位置以通常的方式与输送机(未示出)连接。标号12表示开采设 备，该开采设备可以设计为轧辊机(Walze)或者刨煤机(Hobel)。通风方向在示意图中利用 箭头W表明，这就是说风流在示意图1中逆时针移动。为了测量在路径内部出现的甲烷浓度，沿着该工作面例如在每第十个开采位置中 设置甲烷传感器14，该甲烷传感器通过公共总线16与控制设备20连接。在此，总线16可 以是数据总线，各个开采位置10的控制设备利用该数据总线彼此通讯。此外在工作面端部 设置另一个甲烷传感器18。利用控制设备20 (该控制设备可以是各个开采位置10的中心 控制设备)可以个别地控制或者调用气体传感器14，更确切地说是根据沿着开采前沿的开 采设备12的位置(这些位置同样由控制设备20来检测)来个别地控制或者调用气体传感 器14。在此，甲烷传感器14被这样地调用或者选择，即在移动的开采设备中，以通风方向推 进时，测量的地点处于开采设备12之前，并且当以相反于通风方向推进时，处于该开采设 备之后。换句话说，测量的地点以固定不变的距离在开采设备12之前或者之后移动。通过通信线路(未示出)，一方面开采设备的速度传递到控制设备20上，另一方面 所调节的挖掘深度传递到该控制设备，并且该控制设备20基于该速度和挖掘深度计算出 采掘量，也就是说被开采的煤的数量。然后该控制设备由所计算的采掘量和所测量的甲烷 浓度确定所开采材料的甲烷含量。这个计算持续地进行，从而当在所开采的材料中的气体 含量改变时计算出不同的气体浓度。图2非常简略地示出了以虚线表示的由控制设备记录的以立方米为单位的采掘 量，并且示出了以点划线表示的由气体传感器测量的以百分比为单位的气体浓度。如图所 示，随着采掘量的升高，气体浓度也同样升高，该气体浓度在时间上几乎跟随着采掘量的曲 线变化。当控制设备测定这种相互关系时，该相互关系被证明是合格的并且不发出报警信号。图3同样非常简略地示出了开采过程，在该开采过程中，在时刻tl的时候出现了 对甲烷传感器的人为不正当操作。由于该人为操作，虽然采掘量几乎保持不变，但是所测量 的甲烷气体浓度急剧下降。在此，例如可以由控制设备通过第一时间导出(Ableitimg)气 体浓度信号以及所测定的开采采掘量的图像来确定出，这两个测量值未处于几乎相同的情 况，从而可以发出报警信号。
此外，控制设备20在事先算出的气体含量的基础上算出额定采掘量，该额定采掘 量的开采导致了一个气体浓度，该气体浓度处于预定最大的气体浓度(在图3中用max标 注)之下。当例如所开采的煤的甲烷含量提高时，控制设备20自动地降低开采速度和/或 挖掘深度，进而未达到预定最大的甲烷浓度，如在图3中示出。可选择地或者附加地，控制设备20可以控制不同的视觉显示设备，该显示设备设 置在工作面的内部，例如又设置在每第十个护板处，并且该显示设备也可以连接到开采位 置的控制设备上。这种视觉显示器例如可以具有三种不同色彩的信号光源，其中绿光表示 所测量的甲烷浓度低于阈值，红色光源可以表示浓度已经达到阈值，黄色光源可以表示所 测量的甲烷浓度接近阈值。以这种方式，开采设备的操作者可以手动地，例如通过降低开采 速度或者挖掘深度来相应地调整采掘量。利用根据本发明的方法或者根据本发明的装置，可以持续地且无中断地如此控制 开采作业，即通过改变采掘量而不达到甲烷临界值。同时，在考虑甲烷含量的情况下，使采 掘量最佳化，并且可以识别出对气体传感器的人为不正当操纵。
权利要求
一种用于控制沿着在地下矿井中的工作面的开采设备的方法，其中通过至少一个气体传感器测量气体浓度，并且基于测量结果驱动开采设备，其特征在于，当接近于气体浓度的预定最大临界值时，由控制设备通过减少所述开采设备的采掘量使在工作面内部的气体浓度保持在所述预定最大临界值之下，而无需停止所述开采设备，并且为了减少开采设备的采掘量减少挖掘深度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述开采设备的速度和挖掘深度计算 出所述采掘量，且由所算出的所述采掘量和所测量的所述气体浓度来计算所开采材料的气 体含量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，沿着所述工作面设置多个所述气体传感 器，并且在所述开采设备以通风方向推进时，测量地点在所述开采设备之前实现，在所述开 采设备在相反于通风方向上推进时，则所述测量地点在所述开采设备之后实现。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述开采设备以通风方向推进时，测 量地点以恒定的间距在所述开采设备之前实现，在所述开采设备在相反于通风方向上推进 时，则所述测量地点以恒定的间距在所述开采设备之后实现。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气体传感器设置在工作面端部。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述开采设备的位置和/或根据时间 上的波动来改变所述预定最大临界值。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工作面内尤其通过视觉显示设备显 示所测量的气体浓度是否接近或者达到所述预设的最大气体浓度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在多个位置的显示在所述工作面内部进行。
9.用于实施根据权利要求1的方法的工作面支架，所述工作面支架包括开采设备(12) 和多个开采位置(10)，其特征在于，沿着所述工作面支架设置多个气体传感器(14)。
10.根据权利要求9所述的工作面支架，其特征在于，所述气体传感器(14)均勻地分隔开。
11.根据权利要求9所述的工作面支架，其特征在于，所述气体传感器(14)基于所述开 采设备(12)的位置由控制设备(20)分别调用。
12.根据权利要求9所述的工作面支架，其特征在于，在通风方向上看，额外的气体传 感器(18)设置在所述工作面的端部。
13.根据权利要求9所述的工作面支架，在多个开采位置(10)上设置视觉显示设备，利 用所述视觉显示设备显示，所测量的气体浓度是否接近于或达到预定最大气体浓度。
14.根据权利要求9所述的工作面支架，其特征在于，每个所述开采位置(10)具有一个 电控制设备，所述电控制设备与其相邻的控制设备进行通讯，并且所述气体传感器(14)连 接到至少一些所述控制设备上。
15.用于根据权利要求9所述的工作面支架的控制设备，其特征在于，所述控制设备设 置有计算装置，利用所述计算装置根据开采设备(12)的速度和挖掘深度计算出采掘量，并 且利用所述计算装置由算出的所述采掘量和所测量的所述气体浓度计算出开采材料的气 体含量。
16.根据权利要求15所述的控制设备，其特征在于，包括调用装置，利用所述调用装置逐个地调用多个传感器(14)，输入装置，用于预先输入最大气体浓度值，比较装置，利用所述比较装置可以对所测量的气体浓度和预定最大气体浓度进行计算，以及输出端，所述输出端根据该比较来输出显示信号和/或控制信号。
17.根据权利要求15所述的控制设备，其特征在于，设置所述计算装置，利用所述计算 装置根据所算出的气体含量计算出额定采掘量，以所述额定采掘量开采则致使气体浓度维 持在预定最大气体浓度之下。
全文摘要
一种用于控制沿着在地下矿井中的工作面的开采设备的方法，其中通过至少一个气体传感器测量气体浓度，并且基于测量结果驱动开采设备，其特征在于，当接近于气体浓度的预定最大临界值时，由控制设备通过减少所述开采设备的采掘量使在工作面内部的气体浓度保持在所述预定最大临界值之下，而无需停止所述开采设备，并且为了减少开采设备的采掘量减少挖掘深度。
文档编号E21B47/00GK101852088SQ20101011048
公开日2010年10月6日 申请日期2007年9月4日 优先权日2006年9月5日
发明者马丁·路透 申请人:玛珂系统分析和开发有限公司