Verfahren zur Steuerung von Strebbetrieben unter Einbeziehung von wetter- und klimatechnischen Ressourcen

B e s c h r e i b u n g

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Gewinnungsleistung von im untertägigen Steinkohlenbergbau geführten Strebbetrieben, und zwar sowohl eines einzelnen Strebbetriebes als auch in einer Verknüpfung von mehreren in einem zusammenhängenden Grubengebäude geführten Strebbetrieben miteinander.

In Betrieben des untertägigen Steinkohlenbergbaus besteht generell das Problem einer optimalen Ausnutzung der installierten Gewinnungsleistung sowohl einzelner Strebbetriebe als auch mehrerer Strebbetriebe in ihrer Summe. Dabei stellen die jeweils für die optimale Leistungsentfaltung einem einzelnen Strebbetrieb zuzuführenden wetter- und klimatechnischen Ressourcen eine Begrenzung beziehungsweise Einschränkung der Gewinnungsleistung dar. Diese wetter- und klimatechnischen Ressourcen bestehen im wesentlichen aus den Einflussgrößen der einem Strebbetrieb zuzuführenden Frischwetter, der vorzuhaltenden Kälteleistung von eingesetzten Kühlanlagen sowie der eingerichteten Gasabsaugung, wobei sich die vorgenannten Einflussgrößen zum Teil gegenseitig beeinflussen. So darf die Wettergeschwindigkeit Werte von 4 m/s in den Strebbetrieben und 6 m/s in den Strecken nicht überschreiten, wodurch in Abhängigkeit von den jeweils zur Verfügung stehenden Querschnitten die durchzuleitende Wettermenge

begrenzt ist. Die Gebirgstemperatur sowie die installierte, vorzugsweise elektrische Leistung bestimmen im wesentlichen den Bedarf an vorzuhaltender Kälteleistung, um ein physiologisch noch annehmbares Klima für das Bedienungspersonal sicherzustellen, und schließlich ist ein Grenzwert von 1 % bzw. 1 ,5% an Methan im Wetterstrom zu beachten, dessen überschreiten zu automatischen Betriebsabschaltungen führt. Die Methankonzentration ist dabei wiederum auch abhängig von der durchgeleiteten Wettermenge als Verdünnungsfaktor und kann weiterhin durch den Betrieb einer Gasabsaugung beeinflusst beziehungsweise gesteuert werden, deren Wirksamkeit wiederum auch von der Anordnung und dem Zustand von Gasabsaugebohrlöchern abhängig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mittels dessen eine möglichst optimale Ausnutzung der Gewinnungsleistung von Strebbetrieben des untertägigen Steinkohlenbergbaus realisierbar ist.

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

Die Erfindung sieht hierzu ein Verfahren vor, bei welchem aufgrund der für die maschinelle Ausrüstung der Strebbetriebe sowie für die von den jeweiligen Strebbetrieben zu durchfahrenden Verhiebsflächen geltenden Lagerstättenparameter geltenden Daten der Bedarf des jeweiligen Strebbetriebs an wetter- und klimatechnischen Ressourcen auf der Basis von zuzuführenden Wettern, an vorzuhaltender Kälteleistung von eingesetzten Kühlanlagen sowie an einzurichtender Gasabsaugung als Einflussgrößen für eine Soll-Fördermenge eines Strebbetriebs in Form von in einer Rechnereinheit abzuspeichernden Soll-Daten ermittelt wird und während des laufenden Betriebs zu den einzelnen Strebbetrieben die Ist-Daten für die Rohkohlenfördermenge sowie für die den jeweiligen Strebbetrieb

durchströmenden Wetter, für die jeweils zugeführte Kälteleistung und für die Gasabsaugung mittels installierter Sensoren erfasst und der Rechnereinheit zugeführt werden, und wobei bei Erkennung eines Mehrbedarfs an wetter- und klimatechnischen Ressourcen die Bedarfsdeckung über eine Umsteuerung von an anderen Strebbetrieben zur Verfügung stehenden überschuss-Ressourcen eingeleitet wird und bei Erkennung eines Minderbedarfs überschüssige Ressourcen an andere Strebbetriebe mit entsprechenden Bedarfslücken umgeleitet werden.

Danach werden zunächst in einer ersten Phase die Soll-Daten für die wetterund klimatechnische Versorgung eines geplanten Strebbetriebes bei einer angenommenen Plan-Fördermenge ermittelt. Ausgehend von den geplanten Querschnitten, der installierten Leistung, dem Ausgasungsverhalten des hereinzugewinnenden Flözes und der vorherrschenden Gebirgstemperatur werden Ausgasungs- und Klimavorausberechnungen in Abhängigkeit von der geplanten Gewinnungsleistung durchgeführt, wobei technische Machbarkeitsgrenzen wie maximal zulässige Wettergeschwindigkeiten, maximal mögliche Kühlerdimensionen im Verhältnis zu den Streb- und Streckenabmessungen, maximal wirtschaftlich vertretbare Kaltwassermassenströme sowie ein maximal realisierbarer Unterdruck in der Gasabsaugung zu beachten sind. Auch ist die Realisierbarkeit der Versorgung anhand der im Grubengebäude unter Berücksichtigung der Versorgung weiterer Betriebe zur Verfügung stehenden Ressourcen zu beachten.

Soweit im späteren Betrieb mit entsprechend im Strebbetrieb installierten Sensoren die Ist-Werte bezüglich der genannten Einflussgrößen für die wetter- und klimatechnischen Ressourcen fortlaufend und in Echtzeit erfasst und in einer entsprechend eingerichteten Rechnereinheit mit den dort abgelegten Sollwerten verglichen werden, ist zunächst für den einzelnen Strebbetrieb zu ermitteln, ob ein Mehrbedarf an wetter- und klimatechnischen Ressourcen gegeben ist, um eine vorgegebene und technisch realisierbare Rohkohlenfördermenge zu erreichen, oder ob die zur Verfügung stehenden

wetter- und klimatechnischen Ressourcen bei Realisierung der aktuellen Rohkohlenfördermenge nicht ausgeschöpft werden, so dass ein gewisser überschuss zur Verfügung steht. Sowohl Mehrbedarf als auch Minderbedarf einzelner Strebbetriebe können in einem automatisierten Ablauf durch entsprechende Ansteuerung seitens der Rechnereinheit über mehrere Strebbetriebe hinweg ausgeglichen werden, so dass mit der Erfindung der Vorteil einer Leistungsoptimierung über die Gewinnungskapazitäten eines gesamten Bergwerks hinweg möglich ist. Dabei können auch einzelne Einflussgrößen wie Wettermenge, Kälteleistung und Gasabsaugung für einzelne Strebbetriebe wie auch über mehrere Strebbetriebe hinweg eingeregelt werden.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Rechnereinheit die Einflussgrößen für die wetter- und klimatechnischen Ressourcen im Rahmen von Soll-/Ist-Analysen einzeln überwacht und vor Erreichen eines eingestellten Grenzwertes für eine einzelne Einflussgröße eine automatische Nachregelung der betreffenden Einflussgröße erfolgt.

Im Rahmen der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass in der eine Mehrzahl von Strebbetrieben steuernden Rechnereinheit eine Prioritätenliste zur automatisierten Veränderung der Versorgung von einzelnen Strebbetrieben mit wetter- und klimatechnischen Ressourcen abgelegt ist; dabei ist die Prioritätenliste in Abhängigkeit von dem Ist-Zustand der einzelnen, an einen entsprechenden Versorgungsausgleich angeschlossenen Strebbetriebe frei parametrierbar.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die eingehenden Ist-Daten in der Rechnereinheit einer Plausibilitätskontrolle auf überschreiten üblicher Datenabweichungen unterzogen und bei Vorliegen derartiger Abweichungen eine Störmeldung generiert wird. So kann der Fall eintreten, dass einer oder mehrere Sensoren ausfallen oder innerhalb eines kurzen übertragungsintervalls deutlich abweichende Signalgrößen anzeigen.

In solchen Fällen kann in der Rechnereinheit ermittelt werden, ob die von den Sensoren übertragenen Werte im Rahmen von vorgegebenen Grenzen liegen. Liegt eine systemrelevante Störgröße vor, so kann der Systemfehler protokolliert und angezeigt werden. Weiterhin ist es möglich, in der Rechnereinheit für das Vorliegen von systemrelevanten Störgrößen eine Prioritätenliste zu hinterlegen dahingehend, ob vor oder nachgeschaltete Sensoren zur Abbildung eines Steuerungswertes für die Ressourcenermittelung herangezogen werden können. Wenn dies möglich ist, kann die Rechnereinheit den üblichen Ablauf folgen.

Im einzelnen kann nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen sein, dass jeweils die Wettergeschwindigkeit mittels an einzelnen Stellen in den Strebbetrieben beziehungsweise den nachgeschalteten Strecken überwacht werden.

Entsprechendes gilt auch für die überwachung der Kälteleistung, in dem beispielsweise der Durchsatz an Kaltwasser oder aber die Kaltwasservorlauftemperatur und/oder die Kaltwasserrücklauftemperatur überwacht werden. Auch kann eine überwachung der Laufleistung der an den Kühlvorrichtungen eingesetzten Ventilatoren eingerichtet sein.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Konzentration an Methan am Wetterstrom überwacht wird, ebenso der an einer Gassammelleitung anliegende Unterdruck wie auch der über eine Gassammelleitung abgeführte Volumenstrom und/oder die Methankonzentration in der Gasabsaugung.

Die jeweils ermittelten Ist-Daten geben einen Anhalt für den jeweils aktuellen Verbrauch an wetter- und klimatechnischen Ressourcen, der den entsprechend in der Rechnereinheit abgelegten Soll-Daten gegenüber zu stellen ist. Aus dem Soli-Ist-Vergleich können dann in einer automatisierten Form entsprechende Veränderungen bei der Versorgung einzelner Betriebe mit wetter- und klimatechnischen Ressourcen eingeleitet werden.

Im Rahmen eines Ausführungsbeispiels sollen in dem Grubengebäude eines Bergwerks mit einer zentralen Kälteerzeugung und einer zentralen Gasabsaugung mindestens mehrere Strebbetriebe umgehen. Dabei wird gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung angenommen, dass ein Streb A einen messtechnisch erfassten Rohkohlenförderstrom in der Größenordnung seiner Plan-Fördermenge produziert, die in der Regel unterhalb des technisch möglichen Produktionsmaximums angesetzt ist. Sensoren erfassen die Konzentration an Methangas an verschiedenen Punkten des Abwetterstroms, so dass mit den dort ermittelten Daten beispielsweise Führungsgrößen M l , M2, M3.... für die Steuerung der wetter- und klimatechnischen Ressourcen aufgenommen werden. Weiterhin wird der an der Gassammelleitung anliegende Unterdruck sowie auch die Methankonzentration des in der Gassammelleitung abfließenden Gasstroms erfasst, ferner die Wettervolumenströme in den dem Strebbetrieb zugeordneten Strecken. Als weitere Führungsgrößen werden die physikalischen Größen zur Abschätzung der in an sich bekannter Weise ermittelten Klimasummenwerte ebenfalls an ausgewählten Orten mit KLI l , KLI2, KLI3.... ermittelt. Der für den j eweils geltenden Betriebszustand erforderliche Wettervolumenstrom wird mit Hilfe einer Oder-Verknüpfung der Führungsgrößen Ml , M2, M3... bzw. KLI 1 , KLI2, KLI3... eingeregelt, je nachdem, an welcher Führungsgröße gegebenenfalls ein eingestellter Grenzwert zuerst erreicht wird. Diese Regelung geschieht auf der Grundlage einer geeigneten und in das System integrierten Analyse des Regelungsverhaltens derart, dass eine Grenzwertüberschreitung mit einer eventuell dadurch ausgelösten Betriebsunterbrechung vermieden wird.

In einem weiteren Regelungsschritt werden dann beispielsweise Unterdruck und Volumenstrom der Gasabsaugung hinsichtlich der optimalen Gemischzusammensetzung für eine nachfolgende Verwertung des abgesaugten Methans nachgeregelt, solange hierdurch nicht die Führungsgrößen für die Steuerung der wetter- und klimatechnischen Ressourcen beeinflusst werden.

Während der durch die Rechnereinheit abgewickelten Regeleingriffe erfolgt ein fortwährender Veränderungsabgleich, um das überschwingen ineinander greifenden Regelprozesse zu vermeiden. Dabei sind die Rangfolge der Führungsgrößen und deren Reihenfolge wie auch eine einzurichtende Dämpfung der Regelschritte in dem vorgeschriebenen Zusammenhang frei programmierbar. Im Ergebnis verbleiben nach erfolgter Regelung bei der aktuellen Rohkohlenförderung eines Strebbetriebes im einzelnen nicht ausgeschöpfte wetter- und klimatechnische Ressourcen, wie zum Beispiel Wettervolumenströme oder Kaltwasservolumenströme, die in einem weiteren, in der Rechnereinheit auszuführenden Regelungsschritt zur Leistungsoptimierung anderer Strebbetriebe in dem Bergwerk zur Verfügung stehen.

So werden freie wetter- und klimatechnische Ressourcen der vorgenannten Art für eine Gesamtoptimierung der Gewinnungsleistung des Bergwerks verwendet. Hierzu werden beispielsweise die Kaltwasservolumenströme automatisch so geregelt, dass zunächst möglich vollzählig in allen laufenden Strebbetrieben des Bergwerks die durch den jeweiligen Betriebszustand der Strebbetriebe ausgelösten Grundanforderungen erfüllt werden. Vorgaben für das Regelungsverhalten bei Bedarfsabweichungen nach oben oder unten können im Sinne einer Prioritätenliste frei programmiert werden. Dies kann sich beispielsweise in einer Abschaltung oder Umbelegung von Strebbetrieben oder in einer Versorgung klimatisch besonders anspruchsvoller Betriebe mit überschüssigem Kaltwasser äußern. Gleiches gilt sinngemäß für die als Ist- Daten erfassten Wettervolumenströme. Eine Reduzierung der Gesamtwetteroder Kaltwassermengen bei einer vom Gesamtsystem Bergwerk gefahrenen Teillast ist mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ebenfalls darstellbar, sofern nicht technologische Gründe für eine gleichmäßige Belastung der eingesetzten Wetter- oder Kältemaschinen sprechen.

Zusätzlich wird in der Rechnereinheit auf der Grundlage des in Echtzeit ermittelten Rohkohlenförderstroms fortlaufend eine rohkohlenförderstrom- spezifische Ausgasungs- und Klimaprognose für die fortschreitende

Gewinnung erstellt, mittels der die zunächst im Planungsstadium in der Rechnereinheit abgelegten Solldaten als Vorgaben für die Ist-Steuerung ständig aktualisiert werden. Diese aktualisierten Sollwerte werden in der Rechnereinheit mit den dann tatsächlich ermittelten Ist-Werten korreliert. Dabei festgestellte Differenzen können entweder direkt auf eine bestimmte Einzelabweichung als Ursache für die Differenz hindeuten. Bei einer solchermaßen identifizierten Einzelabweichung kann beispielsweise eine automatische Störungsbeseitigung eingeleitet werden, wie zum Beispiel ein automatisches Abreinigen eines Kühlers bei Absinken der Kaltwasser- Rücklauftemperatur. Deuten die festgestellten Abweichungen auf komplexere Ursachen hin, kann in der Rechnereinheit eine Checkliste mit Hinweisen und Fehlermeldungen erstellt werden, aufgrund derer eine Einregelung der zugehörigen wie auch der sich damit überlagernden Führungsgrößen erfolgt. Nach erfolgter Einregelung und gegebenenfalls Wiederherstellung des SoIl- Zustands können eventuell noch verbleibende Abweichungen systematisch in einer Datenbank der Rechnereinheit abgelegt und zu einer regelmäßigen Rekalibrierung der eingesetzten Prognostizierung von Ausgasungs- und Klimaverhalten herangezogen werden.

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.