Sensoren im Bergbau

Der Einsatz moderner Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) ist ein wesentlicher Innovationstreiber in fast allen Branchen, der unter dem Stichwort „Industrie 4.0“ auch als Schlüsseltechnologie für zukünftige intelligente Produktionsanlagen gilt. Auch im Bergbau schreitet der Einsatz von IKT rasant voran, von immer weitgehender Automation bis hin zur Vision von „mannlosen“, d. h. komplett von intelligenten Maschinen und Robotern betriebenen Bergwerken, Tunnelbaustellen oder Altbergbaubereichen. Dies dient nicht nur der erhöhten personellen Sicherheit im Bergwerk oder im Ereignisfall, sondern hat auch einen direkten Einfluss auf die Effizienz des Bergbaus und dient damit dem Ressourcenschutz.

In jüngerer Zeit gelang am Standort Freiberg der Einstieg in zwei Schlüsseltechnologien für den entstehenden „Bergbau 4.0“, d.h. dem Einsatz mobiler Roboter im Bergbau am Institut für Informatik sowie dem „Internet of Things“ (IoT) durch die Instrumentierung des Forschungsbergwerks „Reiche Zeche“ mit vernetzter physikalischer Sensorik. Maßgeblich initiiert durch das Institut für Elektronik- und Sensormaterialien und in enger Zusammenarbeit mit Mitarbeitern des Forschungs- und Lehrbergwerks und des Instituts für Rohstoffabbau und Spezialverfahren unter Tage erfolgte der Aufbau der Sensornetzwerk-Infrastruktur „Living Lab Reiche Zeche“, die zur Überwachung von im Bergwerk befindlichen Menschen, Maschinen und Robotern sowie deren Umgebung dienen soll. Das „Living Lab Reiche Zeche“ besteht derzeit aus einem Personenverfolgungssystem basierend auf Bluetooth-Technologie und Stereokameras an den Bergwerkseingängen. Es erfasst dabei (in der Regel anonym) den Ort und die Aktivität aller Personen im Bergwerk und kann auch zur Überwachung von Maschinen und Robotern dienen. Ziel ist die Zusammenführung dieser Aspekte mit der Überwachung von Umweltparametern, die ebenfalls sensorisch erfasst werden könnten.

Die dafür notwendigen Sensoren und Sensorsysteme werden derzeit am Institut für Elektronik- und Sensormaterialien entwickelt:

  • Im Rahmen des Landesstipendiums „Cyberchemische Systeme für mobile Bergbauroboter“ des Freistaats Sachsen werden Sensorknoten entwickelt die volatile organische Komponenten und Gase messen können.
  • In der ESF Landesinnovationspromotion „Nanolaminate für die feldeffektbasierte pH-Sensorik“ werden robuste pH-Sensoren entwickelt und auf ihre Anwendung zur Vermessung von sauren Wässern im Bergbau getestet.
  • Im Rahmen der ESF-Nachwuchsforschergruppe ARIDuA („Autonome Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen“, entwickelt das Institut für Elektronik- und Sensormaterialien eine modulare Sensorplattform basierend auf integrierter physikalischer und chemischer Sensorik, die von Robotern z. B. zum Umweltmonitoring von Bergwerkswässern oder des Wetters nach untertage getragen und dort temporär oder dauerhaft installiert werden kann.