用于确定采矿系统的挖掘水准线的装置，及其溜槽元件 【技术领域】
本发明涉及用于确定采矿系统，尤其是刨煤机系统的挖掘水准线的装置，具有可移动输送机，所述输送机由单个的溜槽元件和作为开采机器的机器导向装置安装在采煤工作面一侧上的导向段组成，所述导向段具有导向元件。所述溜槽元件在所有情况下具有输送溜槽，所述输送溜槽具有上行段和下行段，并且具有至少一个用于感应煤/基底岩石界面层的光学检测传感器，所述光学检测传感器具有传感器头部，所述传感器头部接收在传感器支架内并且可以通过至少一个压力装置压住要感应的界面层。本发明还涉及用于采矿系统的输送机的溜槽元件，具有带上行段和下行段的输送溜槽，并且具有导向段，所述导向段作为用于开采机器，尤其供这种类型的装置中使用的机器导向装置安装在采掘工作面一侧上。
背景技术
长久以来，人们在地下开采领域尝试在运转工作操作期间感应基底岩石和煤之间的界面层，以便根据界面层的测定值，使地下开采系统以尽可能最佳的方式适应(挖掘水准线设定)位于岩层上方的煤层轮廓，所述岩层随后形成基底岩石并且不被开采。为了感应界面层，通常使用光学检测传感器，所述光学检测传感器具有光学传感器头部和连接在前者前面的光学窗，例如特别是蓝宝石窗。通过传感器头部中的传感器，以光学方式利用基底岩石和煤的不同反射率并将其作为测量信号经由光波导管提供给光电转换器，随后提供给计算单元，所述计算单元根据输出信号计算基底岩石和煤之间的轮廓。
在用于基底岩石/煤界面层轮廓的检测系统(以前通常在地下开采领域的测试中使用)中，光学检测传感器安装在采矿机器中，因此，总是通过检测传感器或者有选择地通过采矿机器上的两个光学检测系统具有用于采矿机器的当前位置的测量信号。DE 19925949B1中详细描述了用于采煤系统的这类装置。已知的检测传感器可替换地布置在传感器支架中并且作为可互换部件固定在开采刨机的刨机主体上的凹部内。传感器头部通过压缩弹簧朝向基底岩石偏压，以便确保与要感应的界面层接触。这里，传感器支架相对于靠近刨煤机的两个可枢转工具架之一的刨机主体中心轴偏心地定位。传感器头部在端部上设置有磨损靴，所述磨损靴防止晶体窗受损。然而，在长期工作期间，光学检测传感器的使用寿命较短，光学检测传感器最迟在两到三个月之后必须更换。工作期间的经验显示，使用寿命缩短，通过压缩弹簧作用在要感应界面层上的传感器头部的压紧力越大，基底岩石的轮廓由于坳陷或凹部变得越不规则，刨机速度越快。此外，光学检测传感器的偏心布置导致不同刨采方向的负载不同。
在DE 4414578C2中，为了通过光学检测传感器确定基底岩石/煤界面层，申请人提出不使光学检测传感器随开采系统输送，而是将它们整合到机器导向装置的机器轨道的前支脚中，目的在于使光学检测传感器永久地布置在基底岩石上方并且可以感应界面层。光学检测传感器的大体上固定布置方式的优点在于，由于显著降低了单个检测传感器的负载，这样会显著提高工作可靠性。然而，缺陷在于，对于刨煤机的机器轨道上的光学检测传感器来说只有很小的可用安装空间，光波导管必须以不受保护的方式部分地设置到机器轨道的下侧上。到目前为止，一直没有实施DE 4414578C2中提议的检测传感器的布置方式。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种用于确定采矿系统的挖掘水准线的装置和适用于该目的的溜槽元件，能够可靠地感应可能的煤/基底岩石界面层，使工作可靠性提高并且将磨损危险性降到最低。
根据本发明，在相应的装置中实现上述目地，其中，分布在输送机长度上的多个溜槽元件配置为传感器溜槽(pan)，所述传感器溜槽设置有布置在防护位置上或铠装的凹部，所述凹部对基底岩石开放，传感器支架布置在所述凹部中，使得所述支架可以与传感器头部一起拆卸。此外，在根据本发明的装置中，使用可以通过压力装置压住要感应的界面层的传感器头部，所述传感器头部不分配给移动的开采机器，如现有技术中那样，而是以固定方式分配给分布在输送机长度上的多个溜槽元件，其因此形成传感器溜槽。由于使用至多通过输送机移动操作进行移动的大体上固定的光学检测传感器，作用在光学窗，例如尤其是蓝宝石窗上的摩擦力以及由于作用在基底岩石上的压紧力(所述压紧力通过压力元件施加)产生的任何磨损远小于随开采机器一起引导的光学检测传感器中的磨损。此外，不再需要在移动的光学检测传感器和防护装置等之间安装无线电传送装置，这是因为数据传输可以通过有线传输线路顺利进行。
为了提供与煤和基底岩石之间的界面层轮廓相关的充分信息，除了布置在输送机长度上的光学检测传感器，输送机的每个溜槽元件，或者同样可选择地，输送机的每第n个溜槽元件，例如每第5到15个，优选地大约每第8到10个溜槽元件配置为传感器溜槽。根据单个溜槽的长度，这在两个光学检测传感器之间产生大约1.8米到15米或者大约20米的间隔，因此，即使光学检测传感器失效，在传感器溜槽上也会产生足够的信息以通过检测传感器信号可靠地确定基底岩石轮廓以及将其作为控制信息提供以驱动地下采矿系统。地下采矿系统可以特别是通过常见的驱动缸进行驱动，所述驱动缸将开采机器的工作位置调节到变化的基底岩石水平面，从而将开采机器的挖掘水准线引导至实际基底岩石轮廓。
特别地，还可以通过适当的溜槽元件实现上述目的，所述溜槽元件配置为传感器溜槽并且具有防护凹部，所述防护凹部对基底岩石开放以可拆卸地接收用于光学检测传感器的传感器支架，所述光学检测传感器可以通过至少一个压力装置压在界面层上以感应煤/岩石界面层。在特别优选的实施例中，传感器支架布置在凹部中，所述凹部形成在上行段和下行段的采掘工作面一侧上靠近侧部型材(side profile)的位置处。传感器支架与采掘工作面之间具有小间隔，所述间隔大体上与用于引导开采机器的机器导向装置的必要深度相对应，所述开采机器安装有挖掘工具。检测传感器位置与机器导向装置底部之间的间隔(在本发明中有意选择)显著增大了凹部的可用安装空间，因此，可以使用更耐磨且同时设置有压力装置的光学检测传感器。在一个有利的实施例中，凹部可以在输送机部分的采掘工作面一侧上的侧壁上，更为有利地在导向段的采空(goaf)区一侧的连接壁上形成。如果导向段包括具有整体式连接壁(其具有相当坚固的结构)的铸造部件，可以特别简单地实现凹部以及包括位于导向段的连接壁中的传感器头部在内的传感器支架的结构。
根据本发明装置或根据本发明溜槽元件的优选用途涉及刨机系统，其中，机器导向装置配置为刨机导向装置，所述刨机导向装置具有用于开采刨机的链带的链条通道并具有用于开采刨机的机器轨道，在特别优选的实施例中，所述凹部布置在链条通道的采空区一侧上。与现有技术中已知的所有解决方案相比，光学检测传感器定位在链条通道的采空区一侧上大大简化了维护工作，因为可以在不必拆下机器轨道或者矿工走在刨机主体前面的情况下拆卸或安装光学检测传感器。如果所述凹部自顶到底地在输送机部分或导向段中延伸并且传感器支架的安装/拆卸可能从输送机的上行段进行的话，对于维护和任何可能需要的安装或拆卸来说是特别有利的。
在一个有利的实施例中，凹部可以具有圆筒形横截面和/或传感器支架配置为优选地圆筒形外壳部分，所述圆筒形外壳部分可插入凹部中，压力装置布置在所述凹部的内部，传感器头部安装成其可通过所述压力装置进行移动。
由于在输送机和机器导向装置之间的侧壁或连接壁上具有足够高的可用高度，基本上仍然可以使用传感器支架，如DE 19925949A1中所述，该文献的公开内容在此引入作为参考。在相应的实施例中，用于接收传感器支架的凹部的安装/拆卸开口可以特别是通过可拆卸的侧部型材元件密封或关闭，所述侧部型材元件用于输送机上行段位于采掘工作面一侧上的侧部型材。具有短总体长度的可拆卸侧部型材元件可以作为桥接元件通过螺旋连接件相对简单地固定到溜槽元件等上。
在可选实施例中，传感器支架可以布置到在导向装置或溜槽下侧上具有开口边的凹部中，传感器支架在本实施例中优选地安装为可通过至少一个压力装置相对于导向段输送机或溜槽移动。在本实施例中，传感器头部不再通过压力装置相对于传感器支架进行移动，而是使用具有耐磨结构的传感器支架，传感器头部固定地集成到所述传感器支架中，整个传感器支架连同传感器头部可移动地布置在所述凹部中，以便确保传感器支架中的传感器头部始终压靠要感应的界面层，与基底岩石的轮廓无关。用于这种类型的传感器支架的凹部特别是可以形成在机器导向装置部分的连接壁的采空区一侧上的保护区域内，所述机器导向装置部分优选地配置为铸造部件。相应的机器导向段可以具有(特别是)连接壁，所述连接壁至少部分地形成用于下行段中的刮板的轮廓分支(profile limb)并且具有用于下行段底座的焊接接头，用于检测传感器的凹部随后形成在下行段底座的下面和连接壁的采空区一侧上。相应的溜槽元件可以具有支撑肋，尤其是在下行段底座的下方，传感器支架可替换地安装在所述支撑肋上。同时，特别是在传感器支架布置在两个支撑肋之间的情况下，支撑肋可以形成用于可移动传感器支架的侧向保护装置。
用于光电信号转换的传感器电子装置可以直接布置在凹部中。作为可选方案，传感器电子装置可以布置在溜槽元件的采空区一侧的侧壁上，这在光学连接缆(例如，特别是，光波导管或光波导管束)铺设在上行段和下行段之间的中间底部中时是非常有利的。如果传感器支架同时配置有传感器电子装置并且连同后者一起布置在凹部中，电气连接缆可以作为可选方案铺设在上行段和下行段之间的中间底部中，以便确保开采工作面控制器或长壁工作面控制器和光学检测传感器之间的电力供应和信号馈给。
这在所有实施例中，压力装置包括至少一个弹簧的情况下是尤为有利的。在配置为圆筒形外壳部分的传感器支架中，弹簧可以定位在外壳部分内并且可以相对于所述壳体沿要感应的界面层的方向压紧传感器头部。在可移动于所述凹部内的传感器支架中，优选地使用多个压缩弹簧。光学窗，尤其是蓝宝石窗优选地连接在传感器头部的前面。由于整个采矿系统在开采机器的每次经过之后移动开挖深度，传感器头部，或者尤其是光学窗布置有护条。护条尤其可以配置为V形护条，护条尖端朝向运动方向，因此，即使围绕在周围的岩石也不能在移动操作期间损坏光学窗。为了在每次移动操作之后，确保可以在不受干扰的情况下感应界面层的反射率，气动供应装置尤其是压缩气体供应装置可以根据更为有利的实施例进行布置，以便有选择地清洁本发明的传感器溜槽中的光学窗。气动供应装置例如可以通向分配给光学窗的喷嘴并且在移动操作期间将光学窗吹扫干净。作为可选方案或另外，可以设置平衡所述压力装置的压紧力的可驱动提升装置，以便可选择地提升传感器头部或传感器支架。提升装置同样优选地通过气动驱动，以便例如在移动操作期间作为传感器头部的附加保护措施将后者或传感器支架压入所述凹部中，并且只是在移动操作结束之后通过压力装置将传感器头部压紧在界面层上。然而，提升装置可以通过电磁进行驱动。
【具体实施方式】
通过下文对在附图中示意性显示的示例性实施例的描述可以理解本发明进一步的优点和改进，其中：
图1沿开采面以横截面方式示意性地显示了根据本发明的刨机系统，所述刨机系统具有传感器溜槽和用于设定刨机挖掘水准线的起重臂控制器；
图2显示了根据第一示例性实施例的本发明的传感器溜槽沿位于采掘工作面一侧上的端部剖开的竖直剖面；
图3显示了根据第二示例性实施例的本发明的传感器溜槽沿位于采掘工作面一侧上的端部剖开的竖直剖面；和
图4显示了图3中IV的详细视图。
【具体实施方式】
在图1中示意性显示并且基本设计已知的刨机系统包括工作面运输机1，所述工作面运输机布置在采煤工作面(未显示)的前面并且可以沿工作方向移动，形式为铠装挠性运输机，图1只显示了所述铠装挠性运输机的一个溜槽元件1′。装煤的刨煤机3在输送机1上作为开采机器在输送机1上进行引导，其中，煤以剥离的方式在采煤工作面处采掘到工作面运输机1中。相应采掘出的煤可以通过工作面运输机1由开采操作输送出去。刨煤机3在刨机导向装置或机器导向装置上主动地进行引导，在所有情况下，所述导向装置作为导向段4安装在工作面运输机1的每个溜槽元件1′的输送机溜槽段2的采煤工作面一侧上。通过放置在链条通道5、6中的刨煤机链条使刨煤机3进行往复运动，所述链条通道位于形成机器导向装置的导向段4中，刨煤机3连接到位于下部链条通道6中的刨机链条上，如采矿领域的技术人员所知。为了控制包括工作面运输机1、刨煤机3和刨机导向装置在内的刨机系统的水平或高度，输送机1的每个溜槽元件1′或输送机1的每第二个溜槽元件1′设置有液压驱动缸7，所述液压驱动缸相对于基底岩石倾斜布置并且一端安装在前进机构的前进梁9的头部构件8上，另一端安装在位于溜槽元件1′上的铰接头部11中。前进梁9继而位于防护支撑框架10的底部滑架12之间，采煤工作面利用所述防护支撑框架保持打开并且可以进行开采系统的自动移动。可以通过驱动缸7的伸出或缩回调节形成开采机器的刨煤机3的挖掘水准线，挖掘水准线在最佳情况下以这样的方式进行设置，以致刨煤机3的下部刀翼14在位于不被采掘的基底岩石和要去除的煤之间的界面层处进行相对精密地挖掘。
在图1中，标记20示意性地表示光学检测传感器，所述光学检测传感器布置在位于链条通道5、6的采空区一侧上的导向段4的连接壁上的凹部内，通过所述光学检测传感器，在导向段4的底侧上可以感应到基底岩石和煤之间的界面层。分布在开采系统长度上的每个溜槽元件或每个机器导向段可以设置有相应的光学检测传感器20。然而，有选择地，不给每个溜槽元件或每个机器导向段提供相应的光学检测传感器20，而只是大约每第五到第十个作为传感器溜槽50的溜槽配置整合的或相关的光学检测传感器20。由光学检测传感器20感应并通过转换器(未显示)转换为电信号的测量数据可以通过光波导管和电缆传送给电子计算和控制单元(未显示)，传送给相关防护装置10的开采控制单元或者中央控制器，以便由测量信号产生用于控制缸7的控制信号，由此，刨煤机3的挖掘水准线可以适合于基底岩石/煤界面层的轮廓。由于煤层轮廓在大多数情况下不会突然改变，仍然可以通过以大约机器导向装置(导向段4)宽度偏离采煤工作面布置的光学检测传感器20充分接近实时地进行基底岩石/煤界面层的感应和挖掘水准线的高度控制。
现在参考图2，该图详细显示了位于采煤工作面一侧上的输送溜槽2的端部，其中，附接的机器导向段4具有用于接收光学检测传感器20的竖向凹部21。在所示实施例中，机器导向段4大体上包括构造为铸造部件的主体，所述铸造部件具有整体式链条导向通道5、6，整体形成的机器轨道15，用于链条滑车的导向突起16、和采空区一侧的坚固的连接壁17，所述链条滑车伸入下部链条通道5中以接合在后面，所述采空区一侧的坚固的连接壁上整体布置有用于中间底部30的焊接凸耳18和用于下行段底部31的焊接凸耳19。中间底部30使输送机部分2的下行段32与其构造为可拆卸电缆槽33的上行段34分开。凹部21的上部开口以这样的方式布置，使得它大体上在可拆卸电缆槽33的侧部型材35(位于采煤工作面一侧上)下方敞开，所述可拆卸电缆槽包括上行段34。检测传感器20可以作为一体式可互换的部件从上方插入凹部21中。为了安装/拆卸，可拆卸电缆槽33必须完全拆卸或者位于采煤工作面一侧上的侧部型材35以多个部件构造而成并且设置有中间部件，所述中间部件通过保护带36和螺旋连接件旋接到侧部型材部件上，所述侧部型材部件固定布置在可拆卸电缆槽33或上行段34上。因此，光学检测传感器20可以在顶部自由拆卸，不必将相应的传感器溜槽50从输送机上拆下或提升。凹部21通过开口通向位于机器导向段4的下侧23上的基底岩石或者(如图所示)通向支撑肋40的下侧23，所述支撑肋焊接在连接壁17的下部区域上。检测传感器20的光学传感器头部24的磨损靴23通过开口伸出。传感器头部24的磨损靴23在中心设置有光学窗(蓝宝石窗)25，通过所述光学窗可以检测基底岩石的反射率，开采系统通过支撑肋40和机器轨道15支撑在所述基底岩石上。这里，传感器头部24通过压缩弹簧26沿着朝向基底岩石的方向进行预加应力，目的在于如果(例如)支撑肋40的下侧43与基底岩石具有小间隔的话，如图2中的双点划线所示，使光学窗25本身支撑在基底岩石上。这里，传感器头部24和压缩弹簧26布置在圆筒形外壳部件27中，所述圆筒形外壳部件从上方插入同样的圆筒形凹部21中并且锚固到例如凹部21的台阶上。
在图2所示的示例性实施例中，传感器头部24的光信号通过光波导管45传送给光电转换器(未显示)，可选择地配置为光波导管束的光波导管45以受保护的方式布置在位于下行段32和上行段34之间的中间底部30中或者可拆卸电缆槽33中。然而，光电转换器或传感器电子装置还可以作为光学检测传感器20的整体构成部件布置在凹部21中或者位于凹部21上方的较大间隙28内，以便在检测传感器20的位置和远程布置的计算电子装置等之间专门传送电信号。用于光学检测传感器20中所需所有部件的电源供应可以通过连接缆立即实现。图2显示了光学检测传感器20的传感器头部24的位置，其中，光学窗25延伸到超出下侧43的底部。显然，如果支撑肋40的下侧43平坦地支撑在基底岩石上，考虑到通过压缩弹簧26确保的移动性，光学窗25齐平地终止于下侧43。
图3和4显示了具有防护凹部121和布置好的光学传感器120的传感器溜槽160的第二示例性实施例。还是在这里，传感器溜槽150具有带导向段104的输送溜槽102，所述导向段附接在采煤工作面一侧上并且大体上构造为铸造部件，所述铸造部件具有整体铸造机器导轨115、整体配置的链条通道105、106和坚固的连接壁117，所述连接壁位于链条通道105、106的采空区一侧上。输送机的上行段134继而配置为可拆卸电缆槽133，所述可拆卸电缆槽支撑在焊接到连接壁117上的中间底部130上。下行段底部131位于采煤工作面一侧上的端部也焊接到连接壁117上，所述连接壁部分地形成用于下行段132中的刮削器的侧导向装置，如上述示例性实施例中一样，所述端部具有向上倾斜的角边缘以便给下行段132中可能的刮削器提供顺畅的引导。然而，靠近位于采煤工作面一侧上的端部，下行段底部131部分地设置有底部切口160，其通过下行段底部元件161封闭，以便在拆下上部电缆槽133和下行段底部元件161时有可能对布置在凹部121中的光学检测传感器120进行维护工作，所述凹部在整体构造有机器轨道115的连接壁117的采空区一侧上和下行段底部131下方延伸。凹部121还在底部敞开，但是沿传感器溜槽150的移动方向或工作方向受到机器轨道115和连接壁117的相应分支段的保护。依次，支撑肋可以焊接到位于凹部121侧面的连接壁117上，如图4中的支撑肋140举例说明的那样。
在光学检测传感器120中，具有光学窗125的传感器头部124固定地安装到传感器支架127中，所述传感器支架在这里配置为坚固的磨损靴并且安装成使它可以相对于连接壁117和下行段底部131移动。为此，传感器支架127在侧面具有竖直导向切口170，例如固定在支撑肋140上的两个导向销171穿过所述导向切口并与之接合。为此目的支撑在下行段底部131下侧上的多个压缩弹簧126优选地压靠传感器支架127的上侧或后侧129。如果机器轨道115的下侧或者V形护条180(紧固于此并且沿工作方向的尖端为尖形)与基底岩石隔开的话，整个传感器支架127连同以受保护方式布置在传感器支架127内的传感器头部124在压缩弹簧126的作用下向下移动，并且可靠地压住基底岩石，以便检测传感器120中的光学系统能够感应基底岩石或煤的反射率并且将测量信号传送给控制单元。因为特别是在位于连接壁117后面和下行段底部130下方的区域内存在较大的可用间隙，包括光电转换器在内的整个传感器电子装置可以有选择地布置在该凹部121中。可以充分沿着下行段底部的下侧或者再次通过中间底部130将连接缆铺设到采空区一侧，并由此铺设到例如单个采矿保护装置的电子控制单元。
附图中没有显示具有喷嘴的气动供应装置或压缩气体供应装置可以在所有情况下通向传感器溜槽内的凹部，以便在移动操作期间，如果传感器溜槽从基底岩石暂时抬起的话，在必要时利用压缩空气吹扫传感器头部中的光学窗。此外，附图没有显示提升设备也可以(特别是)通过同一压力介质供应装置进行驱动，所述提升设备沿与压缩弹簧作用力方向相反地方向提升传感器头部或传感器支架，因此，即使在周围布满岩石等的移动操作期间也不会对光学窗造成损害或磨损。当传感器溜槽支撑在基底岩石上时，提升装置甚至可以在操作期间暂时提升传感器支架或传感器头部，以便在这个位置利用压缩空气清洁蓝宝石窗或光学窗。
本发明不局限于所示示例性实施例。特别是对包括连接壁设计在内的机器导向装置设计来说，如地下开采领域的技术人员所知，可以对机器导向装置、刨机主体、链条几何结构等进行各种改进。根据单个溜槽元件的长度和所希望的信息密度，每个溜槽元件或只是每第n个溜槽元件配置为传感器溜槽。还可以改变配置为传感器溜槽的两个输送溜槽之间的间距。