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Die Erfindung betrifft ein Bedüsungssystem, mit dessen Hilfe staub-, schlagwetter- oder explo- sionsgefährdete Bereiche im untertägigen Bergbau geschützt werden können. Besonderes geeig- net ist das neue Wasser-Nebel-Bedüsungssystem für den Einsatz an Teilschnittmaschinen in Streckenvortrieben. Durch eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Zerstäuberdüsen, aus denen jeweils ein auf den gefährdeten Bereich gerichteter Strahl aus einem Wasser-Nebel- Gemisch austritt, können Zündungen von explosiven Gas-Luft-Gemischen vermieden bzw. bereits entzündete Gas-Luft-Gemische gelöscht werden.
Nach dem Stande der Technik ist es bekannt und bergbehördlich vorgeschrieben, dass explosi- onsgefährdete Bereiche besonders geschützt sein müssen. Bei Teilschnittmaschinen ist dieses der Schneidbereich der Maschine. Für die Wasserbedüsung dieses Bereiches werden bisher bei- spielsweise Hochdruck-Wasserstrahldüsen (ca. 150 bar Wasserdruck) mit 0,4 bis 0,6 mm Durch- messer eingesetzt. Die Hochdruck-Wasserstrahldüsen sollen jeweils einen extrem schnellen Wassertröpfchenstrahl erzeugen, dessen eingetragene Bewegungsenergie die Umgebungsluft mitreisst und verwirbelt, um im Schneidbereich der Teilschnittmaschine das dort gegebenenfalls austretende Methangas zu verdünnen.
Zugleich soll das eingetragene Wasser den gesamten Schneidbereich und insbesondere die Schneidmeisselspuren am Stoss benetzen und kühlen, damit eine Zündung von etwa vorhandenen zündfähigen Gasgemischen verhindert wird bzw. eine doch entstandene Flamme sofort gelöscht wird. Dabei hat man es insbesondere für notwendig gehalten, die Düsen so nahe wie möglich am Schneidbereich anzuordnen, damit die Schneidspuren und die Schneidmeissel von den schnellen Wassertröpfchen unmittelbar benetzt werden können. Die Hoch- druck-Wasserdüsen sind deshalb entweder an einem sogenannten Fächerrohr und auf sogenann- ten Düsenschwertern am Getriebehals der Schneidköpfe oder auf den Schneidköpfen selbst ange- ordnet. Im zuletzt genannten Fall ist für die Druckwasserdurchführung eine aufwendige Hoch- druckdurchführung in den rotierenden Schneidkopf erforderlich.
Die bekannten Hochdruck-Wasserbedüsungen haben einen verhältnismässig grossen Wasser- verbrauch. Der hohe Wasserverbrauch führt zu einer Reihe von Nachteilen wie z. B. durchnässtes und klebendes Haufwerk mit negativem Einfluss auf Förderbänder, Bandübergaben und Bunker, Aufweichen und Aufquellen der Streckensohle etc.
Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, den Wasserverbrauch zu verringern, ohne die er- forderliche Sicherheit zu beeinträchtigen. So ist es z. B. bekannt, die auf den rotierenden Schneid- köpfen angeordneten Hochdruckdüsen so anzusteuern, dass sie nur dann mit Hochdruckwasser beaufschlagt sind, wenn sie sich entlang der Ortsbrust bewegen. Das führt zwar zu einer erhebli- chen Einsparung an Bedüsungswasser, ist aber mit einem ausserordentlich hohen technischen Aufwand bei der Herstellung und insbesondere auch bei der Wartung verbunden. Besondere Probleme bereitet es auch, die einwandfreie Funktion des Bedüsungssystems während der Arbeit der Teilschnittmaschine zu beobachten. Der Maschinenführer kann nämlich nicht sehen, ob alle Düsen einwandfrei arbeiten, weil diese nur dann in Betrieb sind, wenn sie in Richtung auf den Stoss gerichtet sind.
Zur Verringerung des Wasserverbrauches ist es auch bekannt, anstelle der Hochdruck- Wasserdüsen Zerstäuberdüsen zu verwenden, die ein Wasser-/Luftgemisch erzeugen. Ein derarti- ges Bedüsungssystem ist beispielsweise aus der DE-PS 37 17 188 bekannt. Die bei diesem be- kannten Bedüsungssystem verwendeten Zerstäuberdüsen erzeugen Sprühnebelstrahle, die ver- hältnismässig grosse und schwere Wassertröpfchen mit einem Durchmesser bis zu 100 um enthal- ten. Diese verhältnismässig grossen und schweren Wassertröpfchen sollen aufgrund ihrer höheren kinetischen Energie mit einer hohen Auftreffgeschwindigkeit die Schneidspuren und gegebenen- falls auch die Schneidmeissel benetzen, ebenso wie dies bei den bekannten Hochdruck- Wasserdüsen der Fall ist.
Wegen des hohen Anteiles an verhältnismässig grossen und schweren Tröpfchen verbraucht auch dieses bekannte Bedüsungssystem viel zu viel Wasser, nämlich je Schneidmeissel 0,2 bis 0,5 I/min; das bedeutet beispielsweise bei 170 Schneidmeisseln einen Was- serverbrauch von 34 bis 85 I/min.
Ein weiterer Nachteil des zuletzt genannten Bedüsungssystems besteht darin, dass das Was- serluftgemisch über eine verhältnismässig lange Leitung der Zerstäubungsvorrichtung zugeführt wird. Dabei besteht die Gefahr, dass sich das Wasser/Luftgemisch auf dem Wege zu den Zerstäu- bungsdüsen entmischt, so dass diese gewünschte Wirkung möglicherweise nicht gewährleistet ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Bedüsungssystem der eingangs genannten Art zu schaffen,
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welches ohne Beeinträchtigung der Sicherheit mit einen minimalen Wasserverbrauch auskommt, einen einfachen und robusten und deshalb bergbaugerechten Aufbau hat, weitgehend unempfind- lich gegen Verstopfungen und sonstige Störungen und einfach zu warten und zu überwachen ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einem Bedüsungssystem der eingangs genannten Art vor, dass die Zerstäuberdüsen als Nebeldüsen ausgebildet sind, die in eine mit Druckluft beaufschlagte Luftkammer eingesetzt sind und jeweils einen Düsenkörper aufweisen, dessen in Strömungsrichtung ausgerichtete Düsenbohrung über radial oder in spitzem Winkel zur Achse der Düsenbohrung verlaufende Luftzuführungskanäle mit der Luftkammer verbunden ist, und dass in der rückwärtigen Verlängerung der Düsenbohrung jeweils eine mit Druckwasser beauf- schlagte Wassereinspritzdüse vorgesehen ist, die einen in Längsrichtung der Düsenbohrung verlaufenden Wasserstrahl erzeugt, wobei der Druck des Druckwassers höher ist als der der Druckluft.
Die Zerstäuberdüse gemäss der Erfindung ist nicht als Sprühdüse, sondern als Nebeldüse aus- gebildet, die einen sehr feinen Wassernebel mit schwebefähigen Wassertröpfchen erzeugt, d.h. also Wassertröpfchen, die nicht grösser als 10 um sind. Diese feinen und schwebefähigen Tröpf- chen bilden einen sehr dichten und kühlen Wasser-Nebel mit grosser Oberfläche, der die Zündung von zündfähigen Gasgemischen zuverlässig verhindert und etwa entstandene Flammen sofort zum Verlöschen bringt. Von besonderem Vorteil ist, dass der von dem Bedüsungssystem gemäss der Erfindung erzeugte feine Wassernebel durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit der ihn erzeu- genden Druckluft auf dem Weg in den Schneidraum verhältnismässig viel Umgebungsluft mitreisst, so dass im Bereich des Schneidraumes eine starke Durchwirbelung und Verdünnung von etwa austretenden Gasen auftritt.
Durch den Einsatz des Bedüsungssystems gemäss der Erfindung kann der Wasserverbrauch bei gleichwertiger Sicherheit gegenüber den nach dem Stande der Technik bekannten Systemen auf ca. 20 bis 25 % reduziert werden. Da der vom Bedüsungssystem gemäss der Erfindung erzeugte Wasser-Nebel deutlich sichtbar ist, kann die einwandfreie Funktion des Systems vom Maschinenführer oder geeigneten Überwachungssystemen auf einfache Weise überwacht werden.
Von besonderem Vorteil ist der besonders einfache und robuste Aufbau des Düsensystems gemäss der Erfindung. Die mit Druckluft beaufschlagte Luftkammer sorgt für eine gleichzeitige und gleichmässige Versorgung aller in sie eingesetzten Düsenkörper mit Druckluft. Dadurch, dass der Druck des Druckwassers höher ist als der der Druckluft wird verhindert, dass das zugeführte Druck- wasser von der Druckluft in die Wasserzuführung zurückgedrückt wird.
Zweckmässig ist die Wassereinspritzdüse als in der Achse der Düsenbohrung verlaufende Boh- rung im Düsenkörper ausgebildet. Der Düsenkörper ist somit das einzige Bauteil des Bedüsungs- systems, welches einer komplizierten Bearbeitung bedarf.
Zweckmässig sind die Luftzuführungskanäle gleichmässig auf den Umfang des Düsenkörpers verteilt angeordnet, wobei der Wasserstrahl der Wassereinspritzdüse mittig in der Düsenbohrung verläuft und auf den Bereich gerichtet ist, in dem die aus den Luftzuführungskanälen zuströmende Druckluft in die Strömungsrichtung umgelenkt wird. Dadurch, dass das eingespritzte Wasser im Umlenkungsbereich mit der Druckluft in Verbindung kommt, findet schon hier eine besonders intensive Verwirbelung und Zerteilung des eingespritzten Wassers in feinste Tröpfchen statt. Die- ser Vorgang verstärkt sich noch im weiteren Strömungsweg in der Düsenbohrung.
Das Durchmesserverhältnis zwischen der Düsenbohrung und der Wassereintrittsdüse sollte ei- nen Wert von 5:1 nicht überschreiten. Hierdurch wird bewirkt, dass das durchgesetzte Luftvolumen erheblich grösser ist als das durchgesetzte Wasservolumen, wobei Querschnitte erreicht werden, die so gross sind, dass sie praktisch nicht verstopfen können oder im Bedarfsfall mit einfachen Mitteln wieder geöffnet werden können.
Die für die Bedüsung benötigte Wassermenge beträgt < = > 0,7 I/min, der Druckluft-Druck # 1,5 bar. Bei diesen Drücken hat die Wassereinspritzdüse typischerweise einen Durchmesser von # 1 mm, während die Düsenbohrung einen Durchmesser von 5 mm aufweist. Bei diesen Durchmesser- und Druckverhältnissen wird ein sehr intensiver Wassernebelstrahl mit grosser Oberfläche erzeugt, dessen Tröpfchen überwiegend kleiner als 10 um sind.
Die für das Bedüsungssystem gemäss der Erfindung verwendete Luftkammer hat zweckmässig die Form eines langgestreckten Hohlraumes, an den eine sich über dessen Länge erstreckende, als Wasserzuführung für die Wassereinspritzdüse dienende Wasserkammer angrenzt, wobei die
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Düsenkörper nebeneinander in die Wandung der Luftkammer eingesetzt sind und die Luftkammer sowie die Begrenzungswand zwischen Luftkammer und Wasserkammer durchdringen. Diese besondere Ausbildung des Bedüsungssystems erleichtert die Herstellung und die Wartung ausser- ordentlich. Die in die Luftkammer eingesetzten Düsenkörper können auf einfache Weise ein- und ausgebaut werden und dementsprechend ausgewechselt werden. Die Luftkammer und die Was- serkammer bilden gewissermassen ein Doppelrohr, dessen Verlauf den örtlichen Gegebenheiten optimal angepasst werden kann.
Um die Anbringung der einzelnen Düsenkörper in unterschiedlichen Winkelstellungen zu er- leichtern, hat die Luftkammer zweckmässig die Form eines kreisrunden Rohres, an dessen Aussen- seite eine die Wasserkammer bildende, etwa halbzylindrische Schale druckdicht angeschweisst ist.
Auf diese Weise ist es möglich, sowohl die Luftkammer als auch die Wasserkammer aus einfachs- ten Teilen herzustellen. Dadurch, dass die Luftkammer einen kreisrunden Querschnitt hat, ist es möglich, die Düsenkörper in unterschiedlichen Winkelstellungen anzubringen, so dass die Wasser- nebelstrahlen des Bedüsungssystems in Umfangsrichtung des Rohres beliebig aufgefächert wer- den können.
Zweckmässig haben die verschiedenen nebeneinander angeordneten Düsenkörper in Umfangs- richtung des die Luftkammer bildenden Rohres gesehen unterschiedliche Winkelstellungen.
Da das Bedüsungssystem gemäss der Erfindung weniger mit einer Benetzung der Schneidmei- #el oder Schneidspuren arbeitet, sondern im wesentlichen mit einer Wassernebelkühlung (Schneidraumkühlung) der umgebenden Luft und mit einer intensiven Zuführung von Frischluft in dem gefährdeten Bereich, können beim Bedüsungssystem gemäss Erfindung die Sprühdüsen in einem Abstand von mindestens 1000 mm von dem gefährdeten Bereich entfernt angeordnet wer- den.
Das Bedüsungssystem gemäss der Erfindung ist selbstverständlich nicht nur für die Bedüsung von Teilschnittmaschinen im Streckenvortrieb geeignet. Es kann ich gleicher Weise überall dort eingesetzt werden, wo zündfähige Gemische auftreten können, so z. B. in Grubenräumen mit grossen Querschnitten, wie z. B. in Strecken, Streben, Lokschuppen, Schächten, Bunkern, Lager- und Verkaufsräumen, in verwinkelten Kanalsystemen, wie z.B. Kabelkanälen, Lüftungskanälen, Abwasserkanälen sowie als Objektschutz z. B. an Bandübergaben und Silos. Gegebenenfalls ist das Wassernebelsystem auch zur Staubbekämpfung geeignet, wobei dem Wasser geeignete Additive zugesetzt werden können.
Beim Brand- und Explosionsschutz beruht die hohe Löschwir- kung in erster Linie auf der hohen Kühlung aufgrund der grossen Oberfläche des erzeugten Was- sernebels und in der Erzeugung einer zündungsunfreudigen Atmosphäre. Die sehr feinen, ver- dunstenden Wassertröpfchen verhindern nämlich die zur Zündung notwendige Kettenreaktion. Die besonderen Vorteile liegen in der Verminderung der Löschwassermenge, so dass das neue Bedü- sungssystem überall dort mit Vorteil eingesetzt werden kann, wo Wasser beim Löschen hohe Schäden verursachen kann, eine hohe Wasservorratshaltung unmöglich ist oder nur kleine Bau- grössen zugelassen werden können. Zudem fällt weniger, möglicherweise schadstoffbelastetes Löschwasser an.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläu- tert. Es zeigen:
Figur 1 Das Bedüsungssystem gemäss der Erfindung in Verwendung ei- ner Teilschnittmaschine schematisch in senkrechtem Schnitt;
Figur 2 einen senkrechten Schnitt durch den Düsenkörper, die Luftkam- mer und die Wasserkammer;
Figuren 3a und 3b Draufsichten zu Figur 2;
Figur 4 einen senkrechten Schnitt durch den Düsenkörper, die Luftkam- mer und die Wasserkammer in einer abgewandelten Ausfüh- rungsform.
In Figur 1 der Zeichnung ist der Schneidarm einer Teilschnittmaschine mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Am vorderen Ende des Schneidarmes 1 ist ein rotierender Schneidkopf 2 gelagert,
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der mit nicht dargestellten Schneidmeisseln bestückt ist. Mit einem Abstand von mehr als 1000 mm von dem im Schneideingriff befindlichen Schneidkopf 2 ist das Bedüsungssystem gemäss der Erfindung installiert, welches in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet ist.
Das Bedüsungssystem 3 ist mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Zerstäuber- düsen 4 versehen, die jeweils aus einem in etwa zylindrischen Düsenkörper 5 bestehen, in den eine sich in Längsrichtung des Düsenkörpers 5 erstreckende Düsenbohrung 6 mit einem Durch- messer von beispielsweise 5 mm eingebracht ist. Die Düsenbohrung 6 ist über Luftzuführungska- näle 7 mit Druckluft beaufschlagbar, die radial oder in spitzem Winkel zur Düsenbohrung 6 verlau- fen, den Mantel des Düsenkörpers 5 durchdringen und in die Düsenbohrung 6 einmünden. Vor- zugsweise sind pro Düsenkörper 5 mehrere Luftzuführungskanäle 7 vorgesehen, die gleichmässig auf den Umfang des Düsenkörpers 5 verteilt angeordnet sind.
In der rückwärtigen Verlängerung der Düsenbohrung 6 ist in den Düsenkörper 5 eine weitere als Wassereinspritzdüse 8 dienende Bohrung eingebracht, die mit Druckwasser von beispielsweise 6 bar beaufschlagbar ist und einen Durchmesser von beispielsweise # 1 mm hat.
Diese Wassereinspritzdüse 8 erzeugt einen etwa in der Achse der Düsenbohrung 6 verlaufen- den dünnen Wasserstrahl, der in der Düsenbohrung 6 auf die über die Luftzuführungskanäle 7 zugeführte Druckluft stösst, und zwar dort, wo diese Druckluft in die Längsrichtung der Düsenboh- rung 6 umgelenkt wird. In diesem Bereich herrscht eine besonders intensive Turbulenz, so dass das eingespritzte Wasser dort und in dem nachfolgenden Strömungsweg innerhalb der Düsenbohrung 6 in feinste Nebeltröpfchen zerstäubt wird. Der so erzeugte Wassernebelstrahl enthält im wesentli- chen Wassertröpfchen mit einer Teilchengrösse von unter 10 um und Druckluft. Der austretende Wassernebel-Druckluftstrahl ist sehr intensiv und reisst auf dem verhältnismässig langen Weg in den gefährdeten Bereich aus der Umgebung Luft mit, wie in Figur 1 durch Pfeile angedeutet ist.
Die durch die Erfindung erreichte feinste Vernebelung von Wassertröpfchen führt im gefährdeten Bereich zu einer quasi inerten Atmosphäre, in der aufgrund intensiver Kühlung und Verdünnung keine Zündung von explosiven Gemischen mehr stattfinden kann. Die durch die feinsten Wasser- tröpfchen verursachte Kühlung verhindert nämlich die zur Zündung von zündfähigen Gemischen erforderliche Kettenreaktion.
Besondere Vorteile ergeben sich weiterhin aus der besonderen Ausgestaltung der Halterung der Düsenkörper und der Zuführung von Druckluft und Wasser, wie sie aus den Figuren 2 bis 4 hervorgehen.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2 und 3 ist als Düsenträger für die Zerstäuberdü- sen 4 eine Luftkammer 9 vorgesehen, die ständig mit Druckluft beaufschlagt ist und die die Form eines langgestreckten Hohlraumes mit im wesentlichen halbkreisförmigem Querschnitt hat. An die Luftkammer 9 grenzt eine sich über deren Länge erstreckende Wasserkammer 10 an, die ständig mit Druckwasser beaufschlagt ist. Die Wasserkammer 10 hat ebenfalls einen halbkreisförmigen Querschnitt, derart, dass sich die Luftkammer 9 und die Wasserkammer 10 zu einem kreisrunden, mittig geteilten Rohr ergänzen.
In die gekrümmte Wandung der Luftkammer 9 sind nebeneinander die Zerstäuberdüsen 4 ein- gesetzt, und zwar derart, dass deren Düsenkörper 5 die Luftkammer 9 und die Begrenzungswand zwischen der Luftkammer 9 und der Wasserkammer 10 durchdringen. Hierdurch stehen die in den Düsenkörpern befindlichen Luftzufuhrkanäle 7 ständig mit der Luftkammer 9 und die Wasserein- spritzdüsen 8 ständig mit der Wasserkammer 10 in Verbindung. Die Düsenkörper 5 sind zweck- mässig druckdicht in die gewölbte Wand der Luftkammer 9 eingeschraubt und ebenfalls druckdicht in der Trennwand zwischen Luftkammer 9 und Wasserkammer 10 gelagert.
Dem aus der Luftkammer 9 und der Wasserkammer 10 bestehenden Doppelkammerrohr kann man ersichtlich auf einfache Weise jede beliebige Form geben, so dass man das Bedüsungssystem den örtlichen Gegebenheiten immer bestens anpassen kann.
Dadurch, dass sowohl die Düsenbohrung 6 als auch die Wassereinspritzdüse 8 verhältnismässig grosse Querschnitte haben, lassen sich diese leicht und mit einfachen Werkzeugen von gegebe- nenfalls vorkommenden Verstopfungen reinigen. Darüber hinaus können die Düsenkörper 5 auf einfache Weise herausgeschraubt und in Stand gesetzt oder erforderlichenfalls ersetzt werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich aus Figur 4, die eine abgewandelte Ausführungsform der Wasserkammer und der Luftkammer zeigt. Für die einander entsprechenden Bauteile sind hier die gleichen Bezugszeichen verwendet worden, wie beim Ausführungsbeispiel
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der Figuren 2 und 3.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 4 ist die Luftkammer 9 als kreisrundes Rohr ausgebildet, an dessen Aussenseite eine die Wasserkammer 10 bildende, etwa halbzylindrische Schale druck- dicht angeschweisst ist. Diese Ausführungsform hat den besonderen Vorteil, dass man die Düsen- körper 5 in unterschiedlichen Winkelstellungen auf den Umfang des die Luftkammer 9 bildenden Rohres verteilen kann. Auf diese Weise ist es noch besser möglich, einen entsprechend aufgefä- cherten Bedüsungsbereich zu schaffen.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Bedüsungssystem für staub-, schlagwetter- oder explosions-gefährdete Bereiche im unter- tägigen Bergbau, insbesondere für Teilschnittmaschinen im Streckenvortrieb, mit einer
Vielzahl von nebeneinander angeordneten Zerstäuberdüsen, aus denen jeweils ein auf den gefährdeten Bereich gerichteter Strahl aus einem Wasser-Nebel-Gemisch austritt, dadurch h gekennzeichnet, dass die Zerstäuberdüsen (4) als Ne- beldüsen ausgebildet sind, die in eine mit Druckluft beaufschlagte Luftkammer (9) einge- setzt sind und jeweils einen Düsenkörper (5) aufweisen, dessen Düsenbohrung (6) über radial oder in spitzem Winkel zur Achse der Düsenbohrung (6) verlaufende Luftzufüh- rungskanäle (7) mit der Luftkammer (9) verbunden ist, und dass in der rückwärtigen Ver- längerung der Düsenbohrung (6)
jeweils eine mit Druckwasser beaufschlagte Wasserein- spritzdüse (8) vorgesehen ist, die einen in Längsrichtung der Düsenbohrung (6) verlaufen- den Wasserstrahl erzeugt, wobei der Druck des Druckwassers höher als der der Druckluft ist.