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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bruchabbau dicker Kohlenflöze, wobei das Flöz we- nigstens in zwei Abbauscheiben abgebaut wird.
Bei dicken, nur in mehreren Scheiben abbaubaren Kohlenflözen stossen Anfang und laufender
Betrieb des Strebs unter dem Abraum auf erhebliche Schwierigkeiten. Nachdem die erste Scheibe unter der unbeschädigten Firste abgebaut ist, kann mit dem Vortrieb der zu der folgenden Schei- be gehörenden Parallelstrecke, mit der Vorbereitung des Abbaus und überhaupt mit dem unter Ab- raum erfolgenden Abbau der folgenden Scheibe erst nach dem Eintreten einer gewissen, spontanen
Verdichtung des Abraums begonnen werden. Die Wartezeit, die zwischen dem Abbau der einzelnen
Scheiben verstreicht, kann-abhängend von den Umständen und den behördlichen Sicherheitsvor- schriften - zwischen 1 und 3 Jahre betragen.
Diese herkömmliche Technologie hat unter anderem die folgenden Nachteile :
1. Infolge der in den Abraum gelangten Kohle und der lockeren Struktur des Abraums ist die Gefahr des Ausbrechens von endogenem Feuer gross, und leider entstehen auch oft endogene Brände. Dies kann, insbesondere in Bergwerken mit schlagenden Wettern, zu ausserordentlich schweren Katastrophen führen, aber auch ohne diese erfordert die Aufrecht- erhaltung einer relativen Sicherheit beträchtliche Aufwendungen, vor allem wegen der langen Wartezeit.
2. Während dieser Wartezeit müssen die Hauptstollen des Grubenfeldes und seine sonstigen unterirdischen Objekte (Pumpenkammer, Transformatorstation, Energieversorgung, Belüftung usw.) aufrechterhalten werden, was ebenfalls einen bedeutenden Aufwand an Arbeit und
Kosten bedeutet.
3. Die Produktionskapazität pro Arbeitsplatz ist geringer.
4. Beim Abbau unter Abraum ist die Leistung am Arbeitsplatz um 30 bis 60% geringer als bei Abbau unter unversehrter Firste.
5. Auch wenn genügend lange gewartet wurde und daher der Abraum sich entsprechend ge- setzt, verdichtet hat, sind doch aus technologischen und Sicherheitsgründen in jedem
Falle Verfahren und Vorrichtungen erforderlich, die eine ausreichende Sicherheit der Firste gewährleisten.
Wie aus Literaturangaben hervorgeht, wird beim Scheibenabbau dicker Flöze die Firste der folgenden Scheibe mit einem Drahtnetz verstärkt (Westfalia-Lünen). Das Wesen der Methode besteht darin, dass hinter der voranschreitenden Abbau-Lademaschine eine Art Teppich aus Kabelnetz gebildet und der Abraum auf diesen Teppich gebrochen wird. Durch diesen Netzteppich, eine Art Kunstfirste, wäre für die Sicherheit des Strebs unter dem Abraum bei Abbau der nächsten Scheibe gesorgt.
Die Anwendung der Methode in der Praxis ist mit mehreren technischen, betriebsmässigen und Sicherheitsproblemen verbunden, wie z. B. :
1. Das richtige Auflegen des Netzteppichs auf die Sohle des Strebs ist kompliziert und um- ständlich.
2. Durch die Kunstfirste wird die Standfähigkeit des Abraums nicht erhöht, auf seine Ver- festigung, Verdichtung kein Einfluss genommen, lediglich das Herabfallen von Firstbrocken wird eingeschränkt.
3. Der Netzteppich geht innerhalb kurzer Zeit zugrunde, er zerreisst bereits, wenn Abraum- blöcke von einigen Tonnen Gewicht darauffallen. Dies bereitet beim Abbau der folgenden
Scheibe nicht selten ernste Betriebsstörungen.
4. Die sicherheitstechnischen Probleme ergeben sich aus den vorhergehenden Punkten. Der grösste Nachteil ist jedoch, dass das Verfahren infolge seines mechanischen Charakters die Gefahr des Ausbrechens endogener Brände nicht vermindert, sondern im Gegenteil, in dem durch das Verfahren gelockerten Abraum können Brände noch leichter entstehen.
In der DE-AS 2216039 ist ein hydraulisches Bindemittel beschrieben, das der Sicherung von Bergwerken dient. Die Hauptbestandteile dieses Bindemittels sind natürlicher Anhydrit einer bestimmten Teilchengrösse, Gips-Halbhydrat und eine vorgeschriebene Menge Wasser. Dem Gemisch wird fallweise auch ein Aktivator zugesetzt.
Die Herstellung der einzelnen Bestandteile des Bindemittels, dessen pneumatische Förderung
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an den Ort der Verwendung im Bergwerk sind komplizierte Arbeitsgänge, zu denen entsprechende
Vorrichtungen, Rohrnetze usw. gebraucht werden. Die Druckfestigkeit ist auch nach dem völligen
Abbinden verhältnismässig gering, das Bindemittel kann daher bei grösseren Sicherheit-un Festig- keitsanforderungen nicht verwendet werden. Zur Verfestigung des Abbauabraums wird dieses Bini demittel deshalb und auch aus technologischen Gründen nicht verwendet.
Ziel der Erfindung ist die Ausarbeitung eines Verfahrens, mit dem dicke Flöze im in mehre- ren Scheiben erfolgenden Bruchabbau unter wesentlicher Verringerung der Gefahr des Entstehens endogener Brände unter gleichzeitiger Erhöhung der Arbeitsplatzkapazität und der Ausbeute abge- baut werden können. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren werden Stoffe verwendet, die in grossen
Mengen zur Verfügung stehen und billig sind, die Technologie ist einfach, die Produktivität hoch.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der staubförmige Teil des Abraumes, die Frak- tion unter 1 mm, die sich auf das Volumen des zu verfestigenden Abraumes bezogen bei jedem
Bruchabbau in der erforderlichen Menge von 5 bis 10 Vol.-% bildet, in der Verfestigungslösung die Rolle eines hydraulischen Zusatzstoffes übernimmt. Wichtig ist die Zusammensetzung des First- materials. Die bekannten Firstmaterialien - Mergel, Sandmergel, Ton, Sand, Schneckenmergel usw. - können, wenn sie als Abraum vorliegen, alle verfestigt werden. Besonders günstig ist es, wenn der Abraum Schneckenfossilien enthält, weil in diesem Fall der CaCOg-Gehalt die Verfestigung erhöht.
Während die Lösung die zu verfestigende Schicht des Abraumes durchtränkt, tritt die Ver- festigung nicht nur als eine Folge des Zusammenbackens der einzelnen Abraumbrocken ein, sondern auch innerhalb der Brocken. Zuerst werden die Bergebrocken plastisch und beginnen durch die
Einwirkung der Verfestigungslösung zu quellen. So entsteht aus den grösseren, plastisch gewordenen
Bergebrocken und den zwischen diesen befindlichen, ebenfalls plastisch gewordenen feineren Frak- tionen eine verhältnismässig zusammenhängende, plastische und deshalb beinahe luftdichte, später betonartig erhärtende Schicht. Die Schicht, die befeuchtende und wärmeentziehende Wirkung der
Verfestigungslösung, die Benetzung und der Verschluss der Luftwege vermindern die Gefahr des
Entstehens endogener Brände auf ein Minimum.
Durch die Lösung wird eine Schicht des Ab- raumes-im allgemeinen in einer Dicke von 10 bis 100 cm-zu einer entsprechend hoch belast- baren, betonartigen Schicht umgewandelt. Die auch bei Einsatz von verhältnismässig wenig Binde- mittel zureichend hohe Festigkeit kommt jedoch nicht nur durch die verfestigende Wirkung der Lö- sung zu Stande, sondern in überraschender Weise spielen dabei auch zusätzliche Druckkräfte eine
Rolle, die durch das Quellen der grösseren Brocken "von Innen", von den über dem zu verfesti- genden Abraum liegenden Abraumschichten "von aussen" ausgeübt werden.
Experimentell wurde festgestellt, dass durch Erhöhen der Aktivatormenge die eventuell nicht zureichende Menge des Schneckenmergels ersetzt werden kann. Besteht die Firste aus Kalkstein und ist daher der feinkörnige Teil im Abraum zu gering, so kann die Zielsetzung der Erfindung durch Zusatz von Kraftwerkasche, Aschenschlacke zu der Lösung erreicht werden.
Zu der Lösung können ferner gegebenenfalls die Chloride von Alkali- und/oder Erdalkali- metallen gegeben werden, die nicht nur das Abbinden beschleunigen, sondern darüber hinaus sowohl die Anfangs- wie auch die endgültige Druckfestigkeit der behandelten Schicht erhöhen.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zum wenigstens in zwei Scheiben er- folgenden Bruchabbau von dicken Kohleflözen. Für das erfindungsgemässe Verfahren ist kennzeich- nend, dass man aus gebranntem oder gelöschtem Kalk und/oder Zement, gegebenenfalls den Chlori- den von Alkali- und/oder Erdalkalimetallen, vorzugsweise Kraftwerkasche, Aschenschlacke, Sand,
Dolomitpulver usw., unter Zusatz von Wasser eine verfestigende Lösung herstellt, diese Lösung
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Scheibe des Flözes unter dem verfestigten Abraum abbaut.
Der gebrannte oder gelöschte Kalk und/oder der Zement werden auf das Gewicht des Wassers
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werden auf das Gewicht des Wassers bezogen in einer Menge von 0,3 bis 6 Gew.-%, zweckmässig 0,8 bis 3 Gew.-%, zu der Lösung dosiert. Im Bedarfsfalle werden der Lösung ferner auf das Gewicht des Wassers bezogen 5 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 20 Gew.-%, Zusatzstoffe mit grosser
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spezifischer Oberfläche zugesetzt.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird die Lösung über Tage hergestellt und durch ein Rohrsystem, mittels der Gravitation oder einer Pumpe, in den Abraum eingebracht.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Verfestigungslösung in Objekten unter Tage hergestellt und ebenfalls durch Rohre, gravitativ und/oder mittels Pumpen, in den Abraum geleitet.
Bevorzugt ist ferner eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der mit der Lösung behandelte Abraum durch mechanische Einwirkungen, zweckmässig durch Vibration, verdichtet wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zum Abbau zweier benachbarter Scheiben ein vorbereitendes Streckenpaar vorangetrieben. Dieses wird zwischen dem Abraum der oberen und der unteren Scheibe im Abraum belassen und beim Bruch der unteren Scheibe aufgegeben.
Bevorzugt ist es ferner, die unter dem Abraum liegenden Scheiben nach dem vollständigen Abbau der vorhergehenden Scheibe (n) oder damit gleichzeitig, jedoch mit einem späteren Anfangszeitpunkt abzubauen.
Bei der Ausarbeitung des erfindungsgemässen Verfahrens wurden Versuche vorgenommen, in deren Verlauf unterschiedliche Firstmaterialien mit Verfestigungslösungen unterschiedlicher Zusammensetzung behandelt wurden. Die Proben der verfestigten Firstmaterialien wurden dann einer Druckbeanspruchung ausgesetzt, die dem Abraumdruck entsprach. Nach 30 Tagen Belastungsdauer wurde die Bruchfestigkeit der Proben in einer Richtung gemessen.
Damit sollte festgestellt werden, wie sich die Festigkeit und im Zusammenhang damit die Verdichtung der Firstmaterialien natürlicher Teilchengrössenzusammensetzung durch die Wirkung mit Verfestigungslösungen verändern.
Einer dieser Versuche wurde mit Lumasella-Firstmaterial vorgenommen. Für das Material war ein hoher CaCO..-Gehalt kennzeichnend, der sich jedoch in der Probe ungleichmässig verteilt. Eine Anreicherung des CaC03 war vor allem in der Umgebung der Urversteinerungen zu beobachten, an den andern Stellen war eher Ton bzw.
Bitumen-Kohle-Bindemittel vorherrschend.
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<tb>
<tb> :a) <SEP> kalkigere, <SEP> härtere <SEP> Teilprobe <SEP> : <SEP>
<tb> CaC03-Gehalt <SEP> 86, <SEP> 5% <SEP>
<tb> MgCO. <SEP> -Geh <SEP> alt <SEP> 2, <SEP> 1% <SEP>
<tb> Lösungsrückstand <SEP> 11, <SEP> 4% <SEP>
<tb> b) <SEP> weniger <SEP> kalkige <SEP> Teilprobe <SEP> : <SEP>
<tb> CaCO. <SEP> -Gehalt <SEP> 66, <SEP> 0% <SEP>
<tb> MgCO. <SEP> -Gehalt <SEP> 1, <SEP> 4% <SEP>
<tb> Lösungsrückstand <SEP> 32, <SEP> 6% <SEP>
<tb> c) <SEP> Durchschnittsprobe <SEP> :
<SEP>
<tb> Carbonatgehalt <SEP> 82, <SEP> 0% <SEP>
<tb> Lösungsrückstand <SEP> 18, <SEP> 0% <SEP>
<tb>
Vergleichswerte zur Bruchfestigkeit in einer Richtung (Durchschnittswerte)
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<tb>
<tb> Kohle <SEP> 49 <SEP> bar
<tb> unversehrte <SEP> Firste <SEP> 147 <SEP> bar
<tb>
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Die Verfestigungslösung wurde jeweils bezogen auf das Volumen des Abraumes in einer Menge von 20 Vol.-% zugesetzt.
Die Zusammensetzung der Verfestigungslösungen und die Durchschnittswerte der in einer Rich- tung gemessenen Bruchfestigkeit der Proben nach 30 Tagen Belastung sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.
Tabelle
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<tb>
<tb> Probe <SEP> Zusammensetzung <SEP> der <SEP> Verfesti-0 <SEP> Bruchfestiggungslösung <SEP> (Gew.-% <SEP> auf <SEP> das <SEP> keit <SEP> bar
<tb> Wasser <SEP> bezogen)
<tb> Zement <SEP> gelöschter <SEP> MgCl2
<tb> Kalk
<tb> 1 <SEP> 22, <SEP> 0-0, <SEP> 75 <SEP> 114
<tb> 2 <SEP> 34, <SEP> 0-1, <SEP> 20 <SEP> 164
<tb> 3 <SEP> 18, <SEP> 0 <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 75 <SEP> 100
<tb> 4 <SEP> 26, <SEP> 0 <SEP> 8, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 20 <SEP> 142
<tb>
Bei den Untersuchungen wurde festgestellt, dass in dem mit Verfestigungslösung behandelten
Abraum das Abraummaterial plastisch wird und quillt und ferner von dem nicht behandelten Abraum ein äusserer Druck ausgeübt wird und durch die Wirkung dieser Faktoren die erforderliche Luftdich- tigkeit zu Stande kommt.
Ferner wurde gefunden, dass der behandelte Abraum bereits nach 30 Tagen eine-von der Zusammensetzung der Lösung und dem Material der Firste abhängige - Bruchfestig- keit aufweist, die den technologischen und sicherheitstechnischen Anforderungen Genüge tut und die Bruchfestigkeit der unversehrten Firste erreicht, fallweise sogar übersteigt.
Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen sowie an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt das erfindungsgemässe Verfahren in Draufsicht im Streb im Rückbau, Fig. 2 ist ebenfalls die Draufsicht auf einen Streb im Rückbau, wobei hier jedoch zwei benachbarte Scheiben mit einem Begleitstreckenpaar abgebaut werden können. Fig. 3 stellt in Draufsicht die bei einem genügend langen Flöz mögliche Ausführungsform dar, bei der gleichzeitig mehrere, mit einer entsprechenden Zeitverschiebung nacheinander begonnene Strebe betrieben werden. Fig. 4 zeigt die Draufsicht auf einen Streb, in dem mittels Parallelstrecken grossen Raumquerschnitts der Abbau von je zwei benachbarten Scheiben gleichzeitig vorangetrieben werden kann.
Die zu den einzelnen Scheiben gehörenden Einzelheiten sind in den Zeichnungen mit zweistelligen Zahlen gekennzeichnet. Dabei bedeutet die erste Ziffer immer die Nummer der Scheibe, die an zweiter Stelle stehenden Ziffern haben folgende Bedeutung : 1 = Strebfront, 2 = Parallelstreckenpaar, 3 = Bruchort des Parallelstreckenpaares, 4 = Abraum, 5 = Entfernung zu der vorhergehenden Strebfront, 6 = im Abraum gelassener Abschnitt des Parallelstreckenpaares mit grossem Raumquerschnitt.
In den Fig. 3 und 4 sind der Einfachheit halber abweichend von Fig. l und 2, die einzelnen Strecken durch eine Gerade markiert.
Beispiel 1 : Bei Streb im Rückbau oder im Vorbau werden, wenn diese nach unten geneigt verlaufen, in der Startstrecke des Strebs auf der Sohle perforierte Rohre verlegt. Diese sind mit der die Verfestigungslösung fördernden Rohrleitung verbunden, die in einer der Parallelstrecken verläuft. Beide Rohre werden-im Falle des Strebs im Rückbau - beim Brechen der Parallelstrecke bzw. des Strebflügels unter dem Abraum begraben.
In dem arbeitenden Strebflügel werden alle 20 bis 50 m weitere perforierte Rohre auf der Sohle verlegt und auch diese in die Rohrleitung der Parallelstrecke eingebunden. Gleichzeitig wird der vorhergehende, nun bereits unter dem Abraum liegende Rohrabschnitt der Parallelstrecke abgeblindet.
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:32-42-- grossen Querschnitts auf die im Beispiel 7 beschriebene Weise. Ausserdem ist, wie in Bei- spiel 8, abhängend von den Massen des Flözes und den technischen Möglichkeiten, das Vorantreiben von zwei, im Prinzip auch mehr derartiger Abbaue möglich.
Die Hauptvorteile des erfindungsgemässen Verfahrens können wie folgt zusammengefasst werden :
Durch die wärmeentziehende Wirkung der Verfestigungslösung und die plastische Verdichtung des behandelten Abraumes sowie dessen Verfestigung, ferner durch den Verschluss der in den Ab- bau führenden Wetterzugänge wird die Gefahr des Entstehens endogener Brände auf ein Minimum verringert.
Durch die erfindungsgemässe Verfestigung wird die behandelte Schicht des Abraumhaufens betonartig gebunden. Dadurch ist die Arbeitssicherheit grösser, die Gefahr von Erdrutschen ist geringer.
Durch das Verfahren ist es möglich, Abraum unterschiedlicher Zusammensetzung zu verfestigen und dadurch die in mehreren Scheiben abbaubaren, dicken Flöze in kürzerer Zeit abzubauen. Die bei den herkömmlichen Verfahren in der Grössenordnung von Jahren liegende Wartezeit zwischen dem Abbaubeginn der einzelnen Scheiben wird durch das erfindungsgemässe Verfahren auf einige
Monate verkürzt.
Das Vorantreiben der den Abbau unter dem Abraum vorbereitenden Parallelstrecken kann in einer Entfernung auf die Front der ersten Scheibe folgen, die der Wartezeit von einem Monat ent- spricht.
Beim Abbau der unter dem Abraum liegenden Scheibe ist auch die Abbaukapazität höher.
Das jeweilige Flöz kann demnach schneller und wirtschaftlicher abgebaut werden.
Durch den schnelleren Abbau der Scheiben steigt das Mass der vertikalen Konzentration vor- teilhaft an, was neben bedeutenden Material- und Kostenersparnissen auch eine Verminderung der
Gefahr des Entstehens endogener Brände bedeutet.
Mit einem Parallelstreckenpaar grossen Querschnitts ist auch der schnelle Abbau zweier benachbarter Scheiben möglich. Bei der Verfestigung des Abbauabraumes verfestigt sich auch der Abraum um die Strecken, und dadurch wird auch die Standfähigkeit des zwischen den zwei Abbaufronten im Abraum gelassenen Schlages erhöht.
Unter gegebenen geologischen Verhältnissen ist es mit dem erfindungsgemässem Verfahren möglich, das Flöz in mehreren Scheiben abzubauen, wobei der Abbau jeweils mit zeitlicher Verschiebung begonnen wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Bruchabbau dicker Kohlenflöze, wobei das Flöz in wenigstens zwei Abbauscheiben abgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, dass man aus gebranntem oder gelöschtem Kalk und/oder Zement, gegebenenfalls den Chloriden von Alkali- und/oder Erdalkalimetallen, vorzugsweise Natriumchlorid, Magnesiumchlorid, Kalziumchlorid, und notwendigenfalls Zusatzstoffen grosser spezifischer Oberfläche, vorzugsweise Kraftwerkasche, Aschenschlacke, Sand, Dolomitpulver usw., unter Zusatz von Wasser eine verfestigende Lösung herstellt, diese Lösung in einer Menge von auf den zu verfestigenden Abraum bezogen wenigstens 10 Vol.-%, zweckmässig 20 bis 25 Vol.-%,
auf einmal oder in mehreren Portionen in den Abraum einbringt und die folgende Scheibe des Flözes unter dem verfestigten Abraum abbaut.