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Verfahren zur Ansteuerung von Ausbauschilden und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Dokument DE10141043C2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10141043C2 21.08.2003
Titel Verfahren zur Ansteuerung von Ausbauschilden und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
Anmelder Pranjic, Kruno, 44653 Herne, DE
Erfinder Pranjic, Kruno, 44653 Herne, DE;
Walbrodt, Peter, 46569 Hünxe, DE;
Becker, Roland, 45891 Gelsenkirchen, DE
Vertreter Bockermann, Ksoll, Griepenstroh, 44791 Bochum
DE-Anmeldedatum 22.08.2001
DE-Aktenzeichen 10141043
Offenlegungstag 13.03.2003
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.08.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.08.2003
IPC-Hauptklasse E21D 23/12
IPC-Nebenklasse E21D 23/16   E21C 41/18   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zur Ansteuerung von Ausbauschilden bei der untertägigen Kohlegewinnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und andererseits eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 5.

Bei der Kohlegewinnung werden überwiegend elektro-hydraulische Steuerungen für das automatische Setzen, Rauben und Rücken der Ausbauschilde eingesetzt. Die Koordination aller den Ausbauschilden zugeordneten Steuergeräte übernimmt dabei eine untertägige Steuerzentrale, die an einem Ende des Strebs angeordnet ist. Diese Zentrale ist im Normalfall über eine Punkt zu Punkt (peer-to-peer)-Verbindung mit einem separaten Rechner in der übertägigen Leitzentrale des Bergwerks verbunden. Eine direkte Verbindung dieses Rechners in der Steuerzentrale mit dem zentralen Leitrechner des Bergwerks ist normalerweise nicht gegeben.

Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Ansteuerung der einzelnen Steuergeräte bekannt. In der einfachsten Ausführungsform ist eine einzige untertägige Steuerzentrale an einem Ende der Kette von Steuergeräten vorgesehen. Tritt nun ein Defekt, beispielsweise ein Kabelbruch, zwischen zwei Steuergeräten auf, sind nur noch die Steuergeräte erreichbar, die zwischen der defekten Stelle und der Steuerzentrale angeordnet sind. Steuergeräte hinter der defekten Stelle sind von der Steuerzentrale nicht mehr erreichbar. Bei der weiteren Gewinnung rücken die ausgefallenen Ausbauschilde nicht mehr mit. Ein Fortsetzen des Gewinnungsbetriebs hätte scharfe Abbruchkanten in der Schildfront zur Folge, die weitere Störungen nach sich ziehen. Demnach ist eine sofortige Fehlerdiagnose und Reparatur erforderlich. Während der Zeit für die Fehlerdiagnose, die bei einer einzigen Steuerzentrale durchaus bis zu 300 Minuten in Anspruch nehmen kann, und der anschließenden Reparatur, die üblicherweise zwischen 0,5 bis 2 Stunden dauert, findet keine Kohlegewinnung statt.

Neuere Steuersysteme weisen daher zwei untertägige Steuerzentralen auf, wobei an jedem Ende des Strebs eine Steuerzentrale angeordnet ist. Es ist jedoch immer nur eine Steuerzentrale aktiv geschaltet, das heißt, nur eine Steuerzentrale übernimmt die Koordination aller Steuergeräte. Bei einem Defekt im Streb wird als Ersatz von der ersten Steuerzentrale auf die zweite Steuerzentrale umgeschaltet. Diese Maßnahme ist allerdings nur dann erfolgreich, wenn sich die Störung im Randbereich des Strebs befindet und von der zunächst aktiven Steuerzentrale nur noch wenige Steuergeräte erreicht werden können. Nach dem Umschalten auf die zweite Steuerzentrale am anderen Ende des Strebs können wieder mehr Steuergeräte aktiviert werden. Ereignet sich jedoch ein Kabelbruch in der Mitte des Strebs, fällt beim Umschalten von der ersten auf die zweite Steuerzentrale mindestens die Hälfte aller Steuergeräte aus. Eine Unterbrechung der Kohlegewinnung und eine nachfolgende Reparatur ist somit sofort erforderlich. Während die Zeit der Fehlerdiagnose beim Einsatz von permanent aktiven Steuerzentralen weniger als eine Minute beträgt, fällt die planmäßige Kohlegewinnung durch die anschließende Reparatur wiederum für etwa 0,5 bis 2 Stunden aus.

Aus der DE 200 09 816 U1 ist eine elektrohydraulische Steuervorrichtung für Schreitausbaue eines untertägigen Strebbetriebs bekannt, wobei den Schreitausbauen über ein als Ringnetz konfiguriertes Bus-System miteinander gekoppelte elektrohydraulische Steuergeräte zugeordnet und die Steuergeräte über eine erste oder eine zweite Vorzentrale endseitig der Schreitausbaue in dem Bussystem ansprechbar sind. Die Vorzentralen sind gleichzeitig aktiviert und sprechen jeweils Steuergeräte unterschiedlicher Schreitausbaue an. Bei zwei gleichzeitig aktivierten Vorzentralen ist nicht ausgeschlossen, dass der komplette Datensatz einer ersten Vorzentrale im Rahmen einer Parametrisierung bzw. neuen Segmentierung auf die zweite Vorzentrale übertragen werden muss, beispielsweise weil der Defekt im äußeren Strebrandbereich auftritt.

In der Zeitschrift "Glückauf" 134 (1998) Nr. 10, Seiten 562 bis 567 wird eine Steuerung für den hydraulischen Schreitausbau beschrieben, bei der eine oder mehrere Strebzentralen vorgesehen sein können. Das dort vorgeschlagene System kommt auch gänzlich ohne untertägige Strebzentralen aus. Bei dieser Konstellation müsste für eine Umsegmentierung und Parametrisierung das gesamte Datenvolumen von einer übertägigen Leitzentrale über das Bussystem nach unter Tage geschickt werden, wodurch die als nachteilig angesehenen hohen Initialisierungszeiten entstehen.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ansteuerung von Ausbauschilden bei der untertägigen Kohlegewinnung sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens aufzuzeigen, mit welchem bzw. mit welcher störfallbedingte Ausfallzeiten während der planmäßigen Kohlegewinnung verringert und somit Fördervorgaben besser erfüllbar sind.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Maßnahmen des Patentanspruchs 1 sowie mit einer Anordnung mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 5.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung von Ausbauschilden bei der untertägigen Kohlegewinnung werden den im Streb angeordneten Ausbauschilden elektro-hydraulische Steuergeräte zugeordnet. Diese Kette von Steuergeräten steht mit einer untertägigen, permanent aktiven Steuerzentrale über einen Datenbus in Verbindung, und zwar in der Weise, dass die Steuergeräte der jeweils endseitigen Ausbauschilde des Strebs über den Datenbus mit der Steuerzentrale verbunden werden. Des Weiteren sind auch alle Steuergeräte an den Datenbus angeschlossen. Durch eine freie Segmentierung der Steuergeräte, das heißt eine Aufteilung der Steuergeräte im Streb hinsichtlich der Steuerungs- und Überwachungsfunktion in ein erstes und ein zweites Segment, können diese jeweils vom einen oder vom anderen Ende des Strebs her angesteuert und überwacht werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, gleichzeitig von dem einen Ende des Strebs her als auch von dem anderen Ende des Strebs her Segmente der Kette von Steuerungsgeräten anzusteuern und zu überwachen.

Mit einer einzigen aktiven Steuerzentrale, die sowohl Unter- als auch Übertage einsetzbar ist, können sowohl die Segmentierung als auch die Parametrierung der Steuergeräte wahlweise vom einen als auch vom anderen Ende des Strebs her oder wahlweise von beiden Enden her durchgeführt werden. Die durch dieses Verfahren gewonnene hohe Flexibilität der Segmentierung hat bei einem Störfall, wie beispielsweise einem Kabelbruch zwischen zwei Ausbauschilden, gegenüber der derzeit eingesetzten Methode den Vorteil, dass sehr kurze Fehlerdiagnosezeiten realisierbar sind, insbesondere gegenüber der Lösung mit nur einer Steuerzentrale ohne variable Segmentierung der einzelnen Steuergeräte. Durch die Anbindung an den Datenbus sind auch bei einer CH4- Abschaltung sehr kurze Wiedereinschalt- und Initialisierungszeiten für Steuergeräte möglich, die unterhalb der Wiederanfahrzeit für die Motoren und Antriebe liegen. Folglich ist ein früherer Wiederbeginn der Kohlegewinnung als mit bekannten Systemen möglich. Zum Vergleich beträgt die Initialisierungszeit der Steuergeräte bei nur einer Standard-Steuerzentrale, die nicht permanent aktiv geschaltet ist, 5 bis 10 Minuten, wohingegen die Initialisierung der Motoren und Geräte ca. 1 Minute beträgt.

Die Vorteile der Erfindung kommen insbesondere dann zum Tragen, wenn es einen Defekt in der Kette von Steuergeräten gibt, der eine Umsegmentierung der Kette zur Folge haben muss, um alle Steuergeräte nach wie vor ansprechen zu können. Bei der Erfindung reicht ein erstes Segment von dem einen Ende des Strebs bis zum Defekt und ein zweites Segment von dem anderen Ende des Strebs her ebenfalls bis zum Defekt, so dass auch im weiteren Betrieb beide Segmente von der Steuerzentrale gleichzeitig ansprechbar sind. Die Aufteilung der Überwachung und Steuerung von zwei Seiten aus hat den Vorteil, dass bei einer Störung, wie einem Kabelbruch zwischen zwei Ausbauschilden, diese Segmentierung und Parametrierung der Steuergeräte gegenüber der normalen Auslegung so verändert werden kann, dass von beiden Enden des Strebs aus alle Steuergeräte bis zur Störungsstelle wieder erreicht werden können. Eine Unterbrechung der Kohlegewinnung und eine sofortige Reparatur ist in diesem Fall somit nicht notwendig. Der Gewinnungsbetrieb kann ohne Unterbrechung weiter ablaufen und die Reparatur in einem planmäßigen Wartungsintervall, zum Beispiel in einer Wartungsschicht, durchgeführt werden. Durch die mit der Erfindung eröffnete Möglichkeit, Reparaturen auf ein planmäßiges Wartungsintervall verschieben zu können, in dem ohnehin keine Kohle gewonnen wird, sind Fördervorgaben besser erfüllbar und kostspielige Ausfallzeiten werden reduziert.

Tritt ein Defekt an einem Ausbauschild oder zwischen zwei Ausbauschilden auf, rückt jedes ausgefallene Ausbauschild in der ansonsten gleichmäßig vorrückenden Schildfront nicht mehr mit. Im Normalfall würde eine scharfe Abbruchkante in der Schildfront durch die angrenzenden vorrückenden Ausbauschilde auftreten. Eine sofortige Reparatur wäre notwendig. Die Erfindung löst dieses Problem durch die Maßnahmen des Patentanspruchs 2, gemäß welchen nach dem Anpassen der Segmentierung in Bezug auf die Schadensstelle die zu dem defekten Ausbauschild benachbarten Ausbauschilde derart angesteuert werden, dass bei weiterem Vorrücken der Ausbauschilde ein fließender Übergang zwischen den vorrückenden Segmenten der Schildfront und dem defekten Ausbauschild geschaffen wird. Dies kann dadurch erzielt werden, dass der Vorschub der dem defekten Ausbauschild benachbarten Ausbauschilde minimal gehalten und mit zunehmendem Abstand vom defekten Ausbauschild größer wird, so dass eine Art Beule in der Schildfront entsteht. Durch diese Maßnahmen ist eine Unterbrechung der Kohlegewinnung nicht erforderlich.

Vielmehr ist nach Patentanspruch 3 vorgesehen, nach Beendigung der Förderschicht den defekten Ausbauschild zu reparieren und die Schildfront durch Vorrücken des nunmehr reparierten Ausbauschilds und der benachbarten, gegenüber der Schildfront zurückgebliebenen Ausbauschilde auszugleichen. Im Ergebnis entsteht eine ausgeglichene Schildfront mit einer Segmentierung entsprechend der Schadensstelle in der Kette der Ausbauschilde.

Nach Patentanspruch 4 ist vorgesehen, dass die ursprüngliche Segmentierung der Kette von Ausbauschilden wieder hergestellt wird und am Ende eines Wartungsintervalls eine ausgeglichene Schildfront für die anschließende Gewinnungsschicht zur Verfügung steht.

Die Steuerzentrale zur Ansteuerung der Steuergeräte ist permanent aktiv und über einen Profibus mit den Steuergeräten im Streb verbunden, weshalb die Steuerzentrale sowohl Übertage als auch Untertage positioniert sein kann. Insbesondere ist es nach Patentanspruch 5 möglich, dass eine untertägige einzige Steuerzentrale über einen Datenbus mit einem übertägigen zentralen Leitrechner des Bergwerks direkt in Verbindung steht, so dass der Normalbetrieb direkt vom Leitrechner des Bergwerks überwacht wird und bei einem eventuellen Störfall einen sofortigen Eingriff des Leitrechners ermöglicht. Die Zwischenschaltung weiterer PC's, wie es im Stand der Technik teilweise üblich ist, entfällt bei der erfindungsgemäßen Anordnung.

In einer Ausgestaltung des gegenständlichen Erfindungsgedankens ist nach Patentanspruch 6 die einzige Steuerzentrale an einem Ende des Strebs angeordnet, wobei sie über eine Kabelverbindung direkt mit den ihr strebseitig benachbarten Steuergeräten verbunden ist. Eine solche Kabelverbindung zum anderen Ende des Strebs ist nicht erforderlich, da eine Ansteuerung über den Datenbus möglich ist.

Das beschriebene Verfahren und die beschriebene Anordnung tragen zur Optimierung der Kohlegewinnung dadurch bei, dass viele kleinere Reparaturen nicht mehr direkt durchgeführt, sondern auf die planmäßigen Wartungsschichten verschoben werden können. Gegebene Planungsziele der Kohlegewinnung werden dadurch eingehalten und nicht durch Reparaturzeiten unterbrochen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Anordnung zur Ansteuerung von Ausbauschilden im Normalbetrieb,

Fig. 2 die Anordnung gemäß Fig. 1 in einem Störfall und

Fig. 3a bis 3e den Ausgleich einer Schildfront in mehreren Schritten.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Kette 6 von Steuergeräten 1 zur Ansteuerung nicht näher dargestellter Ausbauschilde in einem Streb. Jedes Steuergerät 1 ist einem Ausbauschild zugeordnet, wobei in dieser Darstellung das erste Steuergerät 1 mit n = 1 bezeichnet ist, das letzte mit n, wobei die Anzahl der Steuergeräte 1 grundsätzlich beliebig wählbar ist. Die Steuergeräte n = 1 und n sind jeweils über einen Datenbus 2 mit einer Steuerzentrale 3 verbunden. Der von der Steuerzentrale 3 in der Zeichnungsebene nach oben weisende Pfeil deutet die Verbindung des Datenbus 2 mit einer nicht näher dargestellten übertägigen Leitwarte mit einem Zentralrechner an. Über den Datenbus 2 sind die Steuergeräte 1 sowohl von dem einen Ende 4 als auch von dem anderen Ende 5 des Strebs her gleichzeitig ansteuerbar. Das heißt beispielsweise von einer Kopfstrecke her, in der auch die Steuerzentrale 3 angeordnet sein kann und von einer dem Streb zugeordneten Ladestrecke.

Die Steuergeräte 1 des Strebs können von der permanent aktiven Steuerzentrale angesteuert und überwacht werden, wobei eine Segmentierung und Parametrierung der Steuergeräte 1 wahlweise von dem in der Zeichnungsebene linken Ende her erfolgen kann, wie das Segmentierungsbeispiel a mit den nach rechts weisenden Pfeilen verdeutlichen soll.

Den umgekehrten Fall stellt das Segmentierungsbeispiel b dar, bei welchem die Segmentierung und Parametrierung der Steuergeräte 1 von dem in der Zeichnungsebene rechten Ende erfolgt.

Im Fall c ist die Kette 6 von Steuergeräten 1 in ein erstes Segment 7 und in ein zweites Segment 8 aufgeteilt. Die Ansteuerung der Segmente 7, 8 erfolgt von beiden Enden 4, 5 des Strebs her, wobei die beiden Segmente 7, 8 etwa die gleiche Anzahl von Steuergeräten 7, 8 umfassen.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung gemäß Fig. 1, bei welcher zwischen den mit n und n + 1 bezeichneten Steuergeräten ein Störfall aufgetreten ist, beispielsweise ein Kabelbruch. Nach einer Umsegmentierung der Ursprungssegmente 7, 8 in ein erstes Segment 9, das die Steuergeräte 1 bis n umfasst und ein zweites Segment 10, das die Steuergeräte n + 1 bis m umfasst, sind alle Steuergeräte 1 bis m von beiden Enden 4, 5 des Strebs her überwachbar, so dass eine Kohlegewinnung ohne Unterbrechung weitergeführt werden kann und eine notwendige Reparatur im Rahmen einer planmäßigen Wartungsschicht grundsätzlich ausreichend ist.

Die Fig. 3a-3e zeigen prinzipiell die Verfahrensschritte bei Auftreten eines Defektes zwischen zwei Steuergeräten 1. In Fig. 3a ist die Standardsegmentierung der Kette 6 von Steuergeräten 1 dargestellt. Die Kette 6 umfasst dabei zwei gleich große Segmente 7, 8 (vgl. Fig. 1). Der nach unten weisende Pfeil F verdeutlicht die Gewinnungsrichtung für den planmäßigen Kohleabbau.

Tritt nun nach einer gewissen Arbeitszeit ein Defekt 11 z. B. eine Unterbrechung 12 zwischen zwei mit n bzw. n + 1 bezeichneten Steuergeräten auf (Fig. 3b), wird als erster Verfahrensschritt eine Fehlerdiagnose durchgeführt und eine Umsegmentierung in die Segmente 9 bzw. 10 durchgeführt, so dass nach wie vor alle Steuergeräte 1 von der Steuerzentrale 3 ansprechbar sind. Allerdings rücken die ausgefallenen Ausbauschilde und die sie hier verdeutlichenden Steuergeräte 1 in der Schildfront nicht mehr mit. Eine Steuersoftware steuert in diesem Fall die Steuergeräte n - 3 bis n - 1 und n + 2 bis n + 5 in der Weise an, dass quasi eine Beule in der Schildfront entsteht, wobei eine scharfe Abbruchkante vermieden wird (Fig. 3c). Die Gewinnung braucht daher nicht unterbrochen zu werden.

Fig. 3d zeigt das Ende der Gewinnungsschicht und den Beginn der Wartungsschicht. In dem Wartungsintervall wird der Defekt 11 bzw. die Unterbrechung 12 behoben und die Schildfront begradigt (Fig. 3e).

Schließlich wird die Standardsegmentierung gemäß Fig. 3a wieder hergestellt mit den ursprünglichen Segmenten 7 und 8. Anschließend kann eine neue Gewinnungsschicht bei ausgeglichener Schildfront begonnen werden. Bezugszeichenaufstellung 1 Steuergerät

2 Datenbus

3 Steuerzentrale

4 Ende des Strebs

5 Ende des Strebs

6 Kette v. 1

7 Segment v. 6

8 Segment v. 6

9 Segment v. 6

10 Segment v. 6

11 Defekt

12 Unterbrechung

F Gewinnungsrichtung


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Ansteuerung von Ausbauschilden bei der untertägigen Kohlegewinnung, bei welchem den in einem Streb angeordneten Ausbauschilden elektro-hydraulische Steuergeräte (1) zugeordnet werden, die mit einer einzigen Steuerzentrale (3) in Verbindung stehen, wobei die Steuergeräte (1) der jeweils endseitigen Ausbauschilde in einem Streb über einen Datenbus (2) mit der Steuerzentrale (3) verbunden und nach einer freien Segmentierung der Steuergeräte (1) sowohl gleichzeitig von dem einen Ende (4) des Strebs als auch von dem anderen Ende (5) des Strebs her angesteuert und überwacht werden und bei einem Defekt (11) in einer Kette (6) von Steuergeräten (1) die Segmentierung der Kette (6) angepasst wird, wobei ein erstes Segment (9) von dem einen Ende (4) des Strebs bis zum Defekt (11) geführt wird und ein zweites Segment (10) von dem anderen Ende (5) des Strebs bis zu dem Defekt (11) geführt wird und beide Segmente (9, 10) von der Steuerzentrale (3) gleichzeitig ansprechbar sind.
  2. 2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines defekten Ausbauschilds die Segmentierung angepasst wird und die zum defekten Ausbauschild benachbarten Ausbauschilde derart angesteuert werden, dass bei fortschreitendem Vorrücken der Ausbauschilde ein fließender Übergang zwischen den vorrückenden Segmenten der Schildfront und dem defekten Ausbauschild geschaffen wird.
  3. 3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung einer Gewinnungsschicht der defekte Ausbauschild repariert und die Schildfront durch Vorrücken des reparierten Ausbauschilds und der gegenüber der Schildfront zurückgebliebenen Ausbauschilde ausgeglichen wird.
  4. 4. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekenzeichnet, dass nach der Reparatur des defekten Ausbauschilds die ursprüngliche Segmentierung wieder hergestellt wird.
  5. 5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige Steuerzentrale (3) über einen Datenbus (2) mit einem übertägigen zentralen Leitrechner des Bergwerks verbunden ist.
  6. 6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige Steuerzentrale (3) an einem Ende (4, 5) des Strebs angeordnet ist, wobei sie über eine Kabelverbindung direkt mit dem benachbarten Steuergerät (1) des ersten Segments verbunden ist und mit dem Steuergerät (1) des zweiten Segments am anderen Ende (4, 5) des Strebs über einen Datenbus (2) in Verbindung steht.






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