DE102004059071B4 - Dreikammer-Rohraufgeber im Untertagebergbau - Google Patents
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Abstract
Dreikammer-Rohraufgeber
mit einem Kalt- bzw. Warmwasserbecken zum Austausch von Gruben-
bzw. Warmwasser und von Frisch- bzw. Kaltwasser und/oder zur quasi
kontinuierlichen, hydraulischen Förderung von Feststoffen über große, mehrere
tausend Meter betragende Höhenunterschiede
im Untertagebergbau, wozu in jedem Abschnitt einer Teufe jeweils
ein einen Kühlkreislauf
bereitstellender Dreikammer-Rohraufgeber angeordnet ist, der den
direkten und kontinuierlichen Austausch zwischen einem einerseits
die übertägige Einspeisung
des Frisch- bzw. Kalt- oder Klarwassers und andererseits einem die
Förderung
des Gruben- bzw. Warmwassers oder der Trübe ermöglichenden Hochdruck-Flüssigkeitskreislauf und
einem untertägigen
Niederdruck-Flüssigkeitskreislauf gewährleistet,
dadurch gekennzeichnet, daß die
in den jeweiligen Teufen (I, II, III...n) angeordneten Dreikammer-Rohraufgeber (1a,
1b, 1...n) mit in Reihe geschalteten, geschlossenen Kühlkreisläufen ausgebildet
sind, ohne Zwischenschleusung in ein Kait- bzw. Warmwasserbecken, derart, daß die Niederdruckleitung
(17) des jeweils vorhergehenden Dreikammer-Rohraufgebers (1a) an
eine Schachtleitung (19; 20) mit sich aufbauendem Hochdruck des
folgenden Dreikammer-Rohraufgebers
(1b, 1...n) angeschlossen ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Dreikammer-Rohraufgeber zum Austausch von Gruben- bzw. Warmwasser und von Frisch- bzw. Kaltwasser und/oder zur quasi kontinuierlichen, hydraulischen Förderung von Feststoffen über große, mehrere tausend Meter betragende Höhenunterschiede im Untertagebergbau, wozu in jedem Abschnitt einer Teufe jeweils ein einen Kühlkreislauf bereitstellender Dreikammer-Rohraufgeber angeordnet ist, der den direkten und kontinuierlichen Austausch zwischen einem einerseits die übertägige Einspeisung des Frisch- bzw. Kalt- oder Klarwassers und andererseits einem die Förderung des Gruben- bzw. Warmwassers oder der Trübe ermöglichenden Hochdruck-Flüssigkeitskreislauf und einem untertägigen Niederdruck-Flüssigkeitskreislauf gewährleistet.
- Ein solcher Dreikammer-Rohraufgeber ist durch die
DE 39 26 464 C2 oderDE 43 11 277 C2 bekannt geworden. Die kontinuierliche, hydraulische Förderung über große Höhen, um das im Untertagebau erforderliche Kaltwasser mit dem im Untertagebau anfallenden Warmwasser auszutauschen und auch Trüben und Feststoffe enthaltende Flüssigkeiten ohne Schwierigkeiten zu fördern, wird mit einem Dreikammer-Rohraufgeber erreicht, indem die an den Enden der Kammern angeordneten Sperrorgane durch eine entsprechende Schaltung eine kontinuierliche Füllung und Förderung erlauben. - Die stete Zunahme der Gewinnungsteufen (z.B. bis 4000 m) mit höheren Gebirgstemperaturen und die steigenden Betriebspunktförderungen mit größeren Abbaulängen und erhöhtem Energieumsatz zur Förderung und Gewinnung bedingen eine wesentlich höhere Kälteleistung, die in einer zentralen Kälteerzeugungsanla ge Übertage erbracht wird. Aufgrund der einzuhaltenden Bedingungen für Schachtleitungen, die nur bis maximal 160 bar ausgeführt werden können, was einem Grenzwert von etwa 1300 m Teufe entspricht, schleusen die Dreikammer-Rohraufgeber das Kalt- und Warmwasser in jeder Teufe bzw. Stufe in sehr große Kalt- und Warmwasserbecken aus. Diese besitzen beispielsweise ein Füllvolumen von 10.000 m3, was einen großen Aufwand für die Erstellung und den Unterhalt mit sich bringt. Aus den Becken wird das Warm- und Kaltwasser dann mittels Pumpen in den jeweiligen nächsten Abschnitt/Teufe bzw. Stufe durch Schachtleitungen gefördert, um dort wiederum ausgeschleust zu werden. Sobald dann die endgültige Teufe, z.B. 4000 m, erreicht ist, erfolgt die Kühlung der Betriebspunkte. Abgesehen von dem erheblichen Aufwand kommt durch das Ausschleusen noch hinzu, daß sich das Kaltwasser in dem Kaltwasserbecken erwärmt und das Warmwasser in dem Warmwasserbecken abkühlt. Das erfordert für die notwendige Kühlleistung einen entsprechend höheren Energieeinsatz.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Einsatz von gattungsgemäßen Dreikammer-Rohraufgebern ohne die genannten Nachteile zu schaffen, insbesondere den Energiebedarf und den Betriebsaufwand zu verringern.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die in den jeweiligen Teufen angeordneten Dreikammer-Rohraufgeber mit in Reihe geschalteten, geschlossenen Kühlkreisläufen ausgebildet sind, derart, daß die Niederdruckleitung des jeweils vorhergehenden Dreikammer-Rohraufgebers an eine Schachtleitung mit sich aufbauendem Hochdruck des folgenden Dreikammer-Rohraufgebers angeschlossen ist. Durch diesen erfindungsgemäßen Kurzschluß von in großen Tiefen bzw. den jeweiligen Teufen angeordneten Dreikammer-Rohraufgebern, von denen in den jeweiligen Teufen vorteilhaft auch parallel geschaltete Dreikammer-Rohraufgeber vorgesehen sein können, lässt sich erreichen, daß das Kaltwasser über die Schachtrohrleitungen für die Kühlung von Arbeitsplätzen ohne Zwischenausschleusung auch in tiefe Bergwerke gebracht werden kann. Gleichzeitig wird im Rücklauf das erwärmte Wasser nach erfolgter Kühlung ebenfalls ohne Zwischenausschleusung wieder zur Rückkühlung nach Übertage gebracht. Die bekannt guten thermischen Wirkungsgrade der Dreikammer-Rohraufgeber lassen sich somit nutzen, um das Kalt- und Warmwasser nahezu verlustfrei bis in die großen Tiefen zu bringen. Das gilt gleichermaßen für die bekannt guten hydraulischen Wirkungsgrade, um das warme Wasser mit wenig Pumpenenergie nach Übertage zur Rückkühlung zu fördern.
- Als besonderer Vorteil ist jedoch zu sehen, daß das ohne Ausschleusung in die großen Tiefen geförderte Kaltwasser gegenüber den herkömmlichen Anlagen bei ca. 2600 m mit einer um ca. 2° kälteren Temperatur für die Kühlung zur Verfügung steht. Gegenüber herkömmlichen Anlagen ist damit ein bis zu 11 % höheres Kältepotential für die Kühlung der untertägigen Betriebspunkte erreicht. Bei Betrieben bzw. Abbaustätten, die bis zu 4000 m reichen, summiert sich der Vorteil auf dann etwa 22%. Oder es lassen sich gleiche Temperaturen wie bei herkömmlichen Anlagen mit deutlich geringerem Energieeinsatz erreichen.
- Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, das nach jedem Dreikammer-Rohraufgeber an dessen Kalt- und Warmseite ein Sicherheitsventil vorgesehen ist. Hierdurch lässt sich ein konstant niedriger Druck nach jedem Dreikammer-Rohraufgeber erreichen, da die Sicherheitsventile das planmäßige Druckausgleichswasser und eventuelle Ventilleckagen abführen können.
- Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Dreikammer-Rohraufgebers mit den in Verbindung stehenden Hochdruck- und Niederdruck-Flüssigkeitskreisläufen; -
2 in schematischer Darstellung eine zum Stand der Technik zählende Anlage mit im Ausführungsbeispiel in unterschiedlichen Teufen (Tiefen) angeordneten Dreikammer-Rohraufgebern im Einsatz bei großen Tiefen mit Ausschleusung des Warm- bzw. Kaltwassers; und -
3 in schematischer Darstellung die Anordnung nach2 mit erfindungsgemäß in Reihe geschalteten, geschlossenen Kühlkreisläufen der aufeinander folgenden Dreikammer-Rohraufgeber. - Die
1 zeigt einen Dreikammer-Rohraufgeber1 mit seinen drei Kammern2 ,3 und4 . Er ist so angeordnet und ausgebildet, daß er in einem direkten und kontinuierlichen Austausch einen Hochdruck-Kreislauf HD und einen Niederdruck-Kreislauf ND verbinden kann, um einerseits Frischwasser oder Kaltwasser aus den Übertagebereich in den Untertagebereich und andererseits Grubenwasser oder Warmwasser aus dem Untertagebereich in den Übertagebereich zu fördern. - Vom Übertagebereich
5 wird dabei Frischwasser oder Kaltwasser durch die Hochdruckleitung6 in den Untertagebereich7 eingespeist und den Kammern2 ,3 ,4 des Dreikammer-Rohraufgebers1 zugeführt. Der Druckaufbau und auch der Druckabbau in den Kammern2 ,3 und4 des Dreikammer-Rohraufgebers1 wird durch Sperrorgane8 bis11 vorgenommen, die einer jeden Kammer zugeordnet sind und zum Teil mit zu ihrer Steuerung dienenden (nicht dargestellten) Schaltern und Geräten zusammenarbeiten. - Das Gruben- bzw. Warmwasser wird über die Niederdruck-Grubenwasserleitung
14 den Kammern2 ,3 ,4 des Dreikammer-Rohraufgebers1 im Gegenstrom zum Frisch- bzw. Kaltwasser zugeführt. Da durch den Dreikammer-Rohraufgeber1 eine kontinuierliche Füllung der Kammern2 bis4 bzw. eine kontinuierliche Förderung stattfindet, ist ein zentrales Steuersystem vorgesehen, in dem die Signale von Zeitgliedern und/oder Integratoren durch Kontaktmanometer sowie durch Endschalter der Sperrorgane8 und11 mit einer Folgesteuerung ausgelöst werden. - Während die Kammer
2 das Gruben- bzw. Warmwasser über eine Hochdruck-Grubenwasserleitung16 in den Übertagebereich fördert, wird die Kammer3 mit Gruben- bzw. Warmwasser gefüllt. Die Kammer4 ist hingegen mit Frisch- bzw. Kaltwasser gefüllt und befindet sich in Bereitschaft zur Füllung mit Gruben- bzw. Warmwasser. - Das aus den Kammern
2 ,3 und4 des Dreikammer-Rohraufgebers in den Niederdruckbereich ND eingespeiste Frisch- bzw. Kaltwasser gelangt über die Niederdruck-Frischwasserleitung17 zum Verbraucher. - Die
2 zeigt den Einsatz von zwei der zuvor beschriebenen Dreikammer-Rohraufgeber1a und1b im Untertagebereich mit großen Höhenunterschieden, hier einer ersten Teufe I in 1300 m Tiefe und einer zweiten Teufe II in 2600 m Tiefe, der sich noch weitere Teufen anschließen können, wie mit III verdeutlicht. Es war hier üblich, in jedem Abschnitt einer Teufe an der Kaltwasserseite K und an der Warmwasserseite W ein Kaltwasserbecken12 und ein Warmwasserbecken13 zur Ausschleusung des aus dem oberen Dreikammer-Rohraufgeber1a in den folgenden Dreikammer-Rohraufgeber1b eingespeisten Frischwassers bzw. des aus dem unteren Dreikammer-Rohraufgeber1b in den oberen Dreikammer-Rohraufgeber1a und weiter in die Übertage angeordnete, schematisch angedeutete zentrale Kälteerzeugungsanlage15 zurückgeführten Grubenwassers vorzusehen. Zur Einspeisung aus dem Kaltwasserbecken12 in den unteren, folgenden Dreikammer-Rohraufgeber1b sind an der Kaltwasserseite K ebenso wie zur Rückführung des Grubenwassers auf der Warmwasserseite W Pumpen18 zwischengeschaltet. - Die
3 zeigt am Beispiel von zwei Dreikammer-Rohraufgebern1a bzw.1b die Betriebsweise ohne in den Teufen I (bzw. II, III.....n) erforderlichem Kalt- und Warmwasserbecken (vgl.2 ). Die Dreikammer-Rohraufgeber1a ,1b ,1 ....n sind hier vielmehr mit in Reihe geschalteten, geschlossenen Kühlkreisläufen sowohl an der Kaltwasserseite K als auch an der Warmwasserseite W ausgebildet. Hierzu geht an der Kaltwasserseite K das aus der letzten Kammer4 ausgeförderte Frischwasser über die Niederdruckleitung17 direkt in die zu dem folgenden Dreikammer-Rohraufgeber1b führende Schachtleitung19 über, in der sich bis zur nächsten Teufe II wieder der systembedingte Hochdruck aufbaut, so daß diese Schachtleitung dann wieder als Hochdruckleitung6 an den folgenden Dreikammer-Rohraufgeber1b angeschlossen ist. - An der Warmwasserseite W gelangt das mittels der Pumpe
18 in die Niederdruckleitung14 und von dort in die einzelnen Kammern des Dreikammer-Rohraufgebers1b einströmende Grubenwasser aus der oberen Kammer2 in die nach oben führende Schachtleitung20 mit Hochdruck16 . Die im Abschnitt der Teufe I an der Warmwasserseite W angeordnete Pumpe18 fördert das Grubenwasser zu den Kammern2 bis4 des oberen Dreikammer-Rohraufgebers1a . Von dort gelangt das Grubenwasser in die Kälteerzeugungsanlage15 , wozu dieser in der Hochdruckleitung16 eine Pumpe18 vorgeschaltet ist. - Nach dem Dreikammer-Rohraufgeber
1a bzw.1b sind sowohl an der Kaltwasserseite K als auch an der Warmwasserseite W Sicherheitsventile21a bzw.21b in die Leitungen integriert. Die Sicherheitsventile21a ,21b gewährleisten einen konstant niedrigen Druck nach jedem Dreikammer-Rohraufgeber1a bzw.1b bzw.1 ...n und führen gleichzeitig das planmäßige Druckausgleichswasser und eventuell geringfügige Ventilleckagen ab. - Die Ausführung mit kurzgeschlossenen Dreikammer-Rohraufgebern
1a ,1b ,1 ...n erlaubt es, das Kalt- bzw. Frischwasser ohne Zwischenausschleusung in tiefe Bergwerke zu bringen und umgekehrt das erwärmte Wasser bzw. Grubenwasser nach erfolgter Kühlung in den Dreikammer-Rohraufgebern ebenfalls ohne Zwischenausschleusung wieder zur Rückkühlung in die Kälteerzeugungsanlage15 nach Übertage zu fördern. Es wird somit kaltes und warmes Wasser von den Primärkühlkreisläufen der Dreikammer-Rohraufgeber1a und1b bzw.1b und1a unter Zwischenschaltung der Sicherheitsventile21a ,21b direkt ausgetauscht.
Claims (3)
- Dreikammer-Rohraufgeber mit einem Kalt- bzw. Warmwasserbecken zum Austausch von Gruben- bzw. Warmwasser und von Frisch- bzw. Kaltwasser und/oder zur quasi kontinuierlichen, hydraulischen Förderung von Feststoffen über große, mehrere tausend Meter betragende Höhenunterschiede im Untertagebergbau, wozu in jedem Abschnitt einer Teufe jeweils ein einen Kühlkreislauf bereitstellender Dreikammer-Rohraufgeber angeordnet ist, der den direkten und kontinuierlichen Austausch zwischen einem einerseits die übertägige Einspeisung des Frisch- bzw. Kalt- oder Klarwassers und andererseits einem die Förderung des Gruben- bzw. Warmwassers oder der Trübe ermöglichenden Hochdruck-Flüssigkeitskreislauf und einem untertägigen Niederdruck-Flüssigkeitskreislauf gewährleistet, dadurch gekennzeichnet, daß die in den jeweiligen Teufen (I, II, III...n) angeordneten Dreikammer-Rohraufgeber (
1a ,1b ,1 ...n) mit in Reihe geschalteten, geschlossenen Kühlkreisläufen ausgebildet sind, ohne Zwischenschleusung in ein Kait- bzw. Warmwasserbecken, derart, daß die Niederdruckleitung (17 ) des jeweils vorhergehenden Dreikammer-Rohraufgebers (1a ) an eine Schachtleitung (19 ;20 ) mit sich aufbauendem Hochdruck des folgenden Dreikammer-Rohraufgebers (1b ,1 ...n) angeschlossen ist. - Dreikammer-Rohraufgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach jedem Dreikammer-Rohraufgeber (
1a ,1b ,1 ...n) an dessen Kalt- und Warmwasserseite (K; W) ein Sicherheitsventil (21a ,21b ) vorgesehen ist. - Dreikammer-Rohraufgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den jeweiligen Teufen (I, II, III...n) parallel geschaltete Dreikammer-Rohraufgeber (
1a ,1a ;1b ,1b ;1 ...n) angeordnet sind.
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