DE1758185B1 - Verfahren zum Verfestigen von zum Auslaufen neigender Kohle und lockeren Gebirgsformationen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ver- bekannten Verfahren handelt es sich ausschließlich festigen von zum Auslaufen neigender Kohle und darum, die Ansammlung von Methan und schlagenlockeren Gebirgsformationen durch in einen festen den Wettern in unkontrollierten Hohlräumen zu ver-Aggregatzustand übergehende Stoffe, vorzugsweise hindern, um auf diese Weise eine versteckte Gefahr durch Einpressen eines härtbaren Kunstharzes in in 5 für die Grubensicherheit auszuschalten. An eine Verdas Gebirge oder die Kohle eingebrachte Bohrlöcher. festigung von zum Auslaufen neigender Kohle oder

Die Aufrechterhaltung von Grubenbauen wird be- Nebengestein ist bei dem bekannten Verfahren nicht

kanntlich außerordentlich dadurch erschwert, daß gedacht.

deren Wandungen, z. B. die Stöße, Sohle und Firste Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei in schon vergleichsweise kurzer Zeit nach dem Auf- io der Verfestigung nach dem Stoßtränkverfahren fahren unter Einfluß der Atmosphärilien, insbe- durch Einpressen von Kunstharz unter hohem Druck sondere der vom Wetterstrom mitgeführten Luft- auftretenden Nachteile zu vermeiden,
feuchtigkeit, verwittern. Das führt dazu, daß die Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geStandfestigkeit des Gesteins abnimmt oder verloren- löst, daß eine einen härtbaren, aufgeschäumten geht, ferner, daß sich Schalen lösen und herein- 15 Kunststoff bildende Kunstharzmischung vor dem brechen und im Ergebnis zu der Notwendigkeit Aufschäumen in fließfähigem Zustand in vorbereitete außerordentlich hoher Aufwendungen für die Bohrlöcher, vorzugsweise abwärts geneigte Bohrlaufende Instandhaltung der Baue. löcher und vorzugsweise ohne Anwendung eines

Es ist bekannt (»Glückauf«, 1962, S. 276), äußeren Druckes, eingebracht wird, worauf die Bohr-

Hangendschichten in Strecken unter Tage durch 20 löcher abgedichtet werden.

Einpressen von Kunstharz nach dem Stoßtränk- Gemäß der Erfindung werden somit kalthärtende ^ verfahren zu verkleben und dadurch das gefährliche Kunstharzgemische, die durch Zugabe geeigneter % Ablösen von Schalen aus Hangendschichten zu ver- Mittel in an sich bekannter Weise aufgeschäumt wermeiden. Hierbei werden kalthärtende Kunstharz- den können, in der noch flüssigen Phase und ohne gemische im allgemeinen als Zweikomponenten- 25 Anwendung von Druck lediglich unter dem Einfluß gemische, bestehend aus dem eigentlichen Kunst- der Schwerkraft fließend in abwärts geneigte Bohrharz und einem Härter, durch ein durch äußere Ein- löcher eingefüllt, worauf die Bohrlochöffnungen unflüsse erzeugtes Druckgefälle, beispielsweise mittels mittelbar und endgültig geschlossen werden. Der einer Hochdruckpumpe in die Hohlräume des Ge- beim späteren Reagieren der Kunstharzmischung birgskörpers oder der Kohle eingepreßt. Von Nach- 30 auftretende Blähdruck treibt den entstehenden und teil ist bei diesem Verfahren, daß eine außerordent- zunächst noch fließfähigen Schaum in die das Bohrlich aufwendige Vorrichtung für das Einpressen des loch umgebenden Hohlräume des zu verfestigenden Verfestigungsmittels unter hohem Druck benötigt Gebirgskörpers hinein, wo der Schaum erstarrt. Auf wird. Von größerem Nachteil ist jedoch, daß bei diese Weise werden die durch die Hohlräume gedurch Störungen hervorgerufenen Betriebsunter- 35 trennten Gesteinsbruchstücke miteinander verkittet, brechungen die Gefahr besteht, daß die Reaktion bzw. es werden großporige oder durch Haarrisse gebereits in der Mischkammer, in den Zuführungs- schwächte Gesteine geringer Festigkeit durch die Schläuchen zu den Bohrlöchern oder in den Bohr- Imprägnierwirkung versteift.

löchern selbst beginnt. Außerdem kann bei Defekten Obgleich der Blähdruck von wenigen Atmosphären an Maschinenteilen oder Schläuchen unter Druck 40 im Verhältnis zu dem von einer Hochdruckpumpe austretende Kunstharzmischung zu gesundheitlichen erzeugten Einpreßdruck bis zu mehreren hundert Schäden beim Bedienungspersonal führen. Weitere Atmosphären beim bekannten Verfahren gering ist, Nachteile dieser Arbeitsweise sind, daß nach dem genügt der Blähdruck, weil er in situ erzeugt und ύ Einpressen der Mischung beim Lösen der Tränk- während der Reaktion fortlaufend erneuert wird. Bei sonde ein Teil der Kunstharzmischung wieder aus 45 einer Anwendung äußeren Druckes steigen demdem Bohrloch treten kann, bevor der Bohrloch- gegenüber die Verluste in den vom Bohrloch ausverschluß mit einem Stopfen erfolgt. Außerdem ent- gehenden, sich vielfach verästelnden Rissen im Gespricht das ausgefüllte Hohlraumvolumen lediglich stein überproportional an, so daß der in den letzten der eingepreßten Mischungsmenge. Verästelungen verbleibende Restdruck selbst bei

Es ist weiter ein Verfahren bekannt (deutsche 50 sehr hohen Anfangsdrücken einmal gegen Null

Auslegeschrift 1 014 508), bei dem zur Verhütung gehen kann. Der Blähdruck bleibt demgegenüber, so-

einer Selbstentzündung von Steinkohle und zur Be- lange die aufschäumende Masse noch reagiert und

kämpfung von Grubenbränden mittels einer Spritz- diese noch fließfähig ist, auch in den letzten Ver-

vorrichtung ein spritzfähiger Schaumstoff, der aus. ästelungen auf der zu Beginn des Aufschäumens sich

einem aufgeschäumten, härtbaren Kunststoff und 55 einstellenden Druckhöhe stehen. Auf diese Weise

zugesetzten, stark schäumenden Netzmitteln besteht, werden auch noch in einiger Entfernung vom Bohr-

in untertägige Räume eingebracht wird. Als Kunst- loch befindliche kleine Risse gut verfüllt, in die beim

stoff kommen im wesentlichen in Wasser gelöste Einpressen mit äußerem Druck wegen der konti-

Harnstoffharze in Frage. nuierlichen Druckabnahme mit Entfernung vom

Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, bei dem zum 60 Bohrloch keine Einpreßmasse eindringen würde.
Ausfüllen von mit Grubenausbauen in Verbindung Die natürlicherweise geringe Festigkeit des ausgestehenden, leeren Räumen durch einen in einen härteten, geschäumten Kunstharzes gegenüber einem festen Aggregatzustand übergehenden Werkstoff in homogenen Kunstharz wird somit durch die bessere die Hohlräume ein aufblähbarer Werkstoff einge- Durchdringung des Gesteins vollauf ausgeglichen, pumpt und dort vor dem Erhärten aufgebläht wird, 65 Außerdem kann in bestimmten Fällen, z. B. beim bis er sich den Querschnittsformen der Hohlräume Hereingewinnen verfestigter Kohle, die geringere angepaßt hat. Als solche Werkstoffe sind bekannt- Eigenfestigkeit des Kunstharzschaumes geradezu von lieh die Polyurethanschäume geeignet. Bei diesem Vorteil sein.

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Waagerechte oder aufwärts gerichtete Bohrlöcher Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung

werden mit der Kunstharzmischung gefüllt, indem darstellen,

die Mischung vor dem Aufschäumen, vorzugsweise Es zeigt

unter Niederdruck, aus einem Windkessel in die F i g. 1 im Längsschnitt ein im Gebirgskörper anBohrlöcher entleert wird. Hierbei wird Druckluft 5 gebrachtes Bohrloch kurz nach dem Einfüllen der

nach dem Einfüllen der Mischung auf den Behälter Kunstharzmischung,

aufgegeben. F i g. 2 im Längsschnitt das verschlossene Bohr-

Außerdem können in die mit der Kunstharz- loch nach Eintritt des Aufblähens der Kunstharzmischung teilweise gefüllten Bohrlöcher Holzstangen mischung,

eingesetzt werden. Nach dem Erhärten des Kunst- xo F i g. 3 im Längsschnitt eine vergrößerte Darharzes wirken sie korsettstangenartig als Zug- stellung einer Spalte im Gebirgskörper,
bewehrung und verringern gleichzeitig die erforder- F i g. 4 im Längsschnitt schematisch die Anliche Harzmenge, da sie den größten Teil des Bohr- wendung des Verfahrens der Erfindung von der loches ausfüllen. Kopfstrecke aus,

Es ist außerdem ein Verfahren bekannt (»Glück- 15 F i g. 5 im Längsschnitt schematisch die Anauf«, 1962, S. 277), das als eine gewisse Verbindung wendung des Verfahrens der Erfindung auf die Stöße mit dem Ankerausbau angesehen werden kann. Bei von Strecken oder in Streben;
diesem Verfahren werden beim Verfestigen von zum F i g. 6 und 7 zeigen im Längsschnitt Vorrichtun-Auslaufen neigender Kohle durch Einpressen von gen zum Mischen der Ausgangsstoffe, und
Kunstharz gleichzeitig Seilstücke in die Bohrlöcher 20 F i g. 8 zeigt im Längsschnitt eine besondere Voreingeführt, worauf der Ringraum zwischen Bohr- richtung zum Verschließen der Bohrlöcher,
lochwandung und Seilstück mit Kunstharzmörtel Das in Fig. 1 dargestellte Bohrloch 1 ist zur verfüllt und außerdem das Gebirge hiermit ver- Hälfte mit der flüssigen Kunstharzmischung 2 gefestigt wird. Die Verwendung von Zugankern in füllt. Nach dem Einfüllen wird das Bohrloch, wie Form von Seilstücken soll hierbei zum besseren 25 F i g. 2 zeigt, mit dem Stopfen 3 verschlossen, der Halten und Einsparen von Kunstharzmörtel dienen. eingeschlagen oder mit einem schnell reagierenden Das Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Kunstharzkleber eingeklebt werden kann. Zuvor eingebrachten Seilstücke bei der späteren Her- kann beispielsweise ein Holzstab 4 eingeführt woreingewinnung der verfestigten Kohle hinderlich den sein, der den größten Teil des Bohrlochvolumens sind. 30 ausfüllt und der als eine korsettstangenartige Zug-

Der Verschluß der Bohrlöcher nach dem Füllen bewehrung wirkt. Die nach dem Reagieren der mit der Kunstharzmischung erfolgt mittels Stopfen Mischung 2 aufschäumende, aber noch fließfähige oder durch Druckluft, Druckwasser oder über eine Masse 5 füllt zunächst den verbleibenden Bohrloch-Spindel aufweitbare Bohrlochabdichtungskörper. Da- hohlraum aus und dringt dann in die das Bohrloch mit diese Abdichtungskörper leicht wiedergewonnen 35 umgebenden Hohlräume 6 des Gebirgskörpers 7 inwerden können, werden sie erfindungsgemäß vor folge des auftretenden Blähdruckes ein, wobei durch dem Einführen in das Bohrloch mit einer im Bohr- das Aufschäumen zugleich eine Volumenvergrößerung loch verbleibenden Schutzhülle versehen. der Masse eintritt. Auf diese Weise werden die Ge-

AIs Verfestigungsmittel für das erfindungsgemäße birgsbruch stücke 8 miteinander verbunden und ver-Verfahren dienen vorzugsweise Polyurethanschäume, 4° kittet, wobei bei großporigen Gesteinen geringer die in an sich bekannter Weise aus einer hoch- Festigkeit zugleich eine Imprägnierwirkung erzielt molekularen hydroxylgruppenhaltigen Verbindung wird, indem das geschäumte Kunstharz, wie in (Polyalkohol), aus einer Diisocyanat-Verbindung F i g. 3 gezeigt, von den Spalten 6 aus in größere und Wasser hergestellt werden. Durch entsprechende Poren oder Haarrisse 9 eindringt.
Zusammensetzung und Dosierung der Ausgangs- 45 F i g. 4 zeigt im Schnitt das Anbringen von Bohrstoffe läßt sich ein weitgespannter Rahmen für löchern in die Kohle von der Kopfstrecke aus. In jeden Verwendungszweck bezüglich der Schaum- steil gelagerten Flözen besteht häufig die Gefahr des eigenschaften erzielen. Dies gilt für die Herstellung Auslaufens der Kohle. Auch in Abbaubetrieben mit weicher oder harter, elastischer oder spröder Gewinnung am überhängenden oder im Einfallenden Schäume, die in der erwünscht schnellen Zeit er- 5° stehenden Kohlenstoß läuft die Kohle aus und gehärten, dabei aber noch ausreichend Zeit für das fährdet stark die in der Kopfstrecke stehende Aus-Herstellen und Vergießen der Mischung vor dem rüstung sowie die dort beschäftigten Bergleute. Aufschäumen gewähren. Als vorteilhaft hat sich Nach Anbringen der Bohrlöcher 1 und Füllen insbesondere ein Zusatz von V10 bis Vs Rizinusöl, der Hohlräume 6 mit dem geschäumten Kunstbezogen auf die Gesamtmenge der Ausgangsstoffe, 55 harz kann der Kopfstreckensaum wirksam gesichert erwiesen. werden.

Außerdem ist es vorteilhaft, um die im rauhen Fig. 5 zeigt im Schnitt, wie die Stöße von Bergbaubetrieb nicht immer gewährleistete, aber für Strecken oder die Kohlenstöße in Streben vor dem die Güte der jeweiligen Produkte erforderliche ge- Auslaufen (beispielsweise auf den Schlechten) genaue Dosierung der Ausgangsstoffe betriebssicher ^6o schützt werden, indem geneigte Bohrlöcher 1 in der zu gewährleisten, wenn zwei vorgefertigte Mischun- dargestellten Weise mit der Kunstharzmischung 2 gen aus nicht miteinander reagierenden Bestand- gefüllt und das umgebende Gestein oder Mineral teilen der 3 oder 4 Komponenten erst an der Ver- durch das geschäumte Kunstharz verfestigt wird,
wendungsstelle zusammengemischt werden, um die Selbstverständlich sind mit den Beispielen nicht Reaktion einzuleiten. Die Durchführung des erfin- ⁶5 alle Möglichkeiten des Verfahrens der Erfindung erdungsgemäßen Verfahrens wird im folgenden an schöpfend dargestellt. Beispielsweise können die aufHand einiger Zeichnungen beschrieben, die mehrere schäumenden Kunststoffe auch auf herkömmliche Ausführungsbeispiele und eine Vorrichtung zur Weise in die Bohrlöcher eingepreßt werden, wobei

der innere Blähdruck als zusätzliche Einpreßhilfe nach Beendigung des äußeren Einpreßvorganges wirkt, um eine noch bessere Durchdringung des aufgelockerten Gesteins zu erzielen.

Die F i g. 6 und 7 zeigen schematisch eine mögliehe Kombination an sich bekannter Einzelteile zu einer Vorrichtung zur Herstellung der Kunstharzmischung. Sie besteht aus den gleich großen Behältern 10 und 11, deren Größe den Mischungsverhältnissen der Diisocyanat-Verbindung und der vorgefertigten Mischung aus hochmolekularer hydroxylgruppenhaltiger Verbindung und Wasser oder Rizinusöl entspricht. Mit Hilfe der Sichtglasskalen 12 und der Ablaßhähne 13 gelingt es, die erforderlichen Mengen in das mit einem einfachen mechanisehen Rührwerk 14 ausgestattete Mischgefäß 15 zu füllen, dort die noch flüssige Endmischung in der erforderlichen kurzen Zeit herzustellen und die Mischung vor Beginn des Aufschäumens von Hand in die vorbereiteten Bohrlöcher zu gießen. ao

Fig. 8 zeigt im Schnitt eine besondere Ausgestaltung für den Bohrlochverschluß. Er besteht aus einem an sich bekannten über eine Spindel 16 aufweitbaren Abdichtungskörper 17, durch den ein wirksamer Bohrlochverschluß erzielt wird. Um eine Entfernung des Verschlusses nach dem Aushärten des Schaumes und damit seine wiederholte Verwendung zu ermöglichen, wird der Abdichtungskörper 17 mit einer elastischen, nach dem Erhärten des Schaumes im Bohrloch verbleibenden Schutzhülle 18 in das Bohrloch eingeführt. Auf diese Weise wird ein unerwünschtes Festkleben des eigentlichen Abdichtungskörpers 17 im Bohrloch vermieden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verfestigen von zum Auslaufen neigender Kohle und lockeren Gebirgsformationen durch in einen festen Aggregatzustand übergehende Stoffe, vorzugsweise durch Einpressen eines härtbaren Kunstharzes in in das Gebirge oder die Kohle eingebrachte Bohrlöcher, dadurch gekennzeichnet, daß eine einen härtbaren aufgeschäumten Kunststoff bildende Kunstharzmischung vor dem Aufschäumen in fließfähigem Zustand in vorbereitete Bohrlöcher, vorzugsweise abwärts geneigte Bohrlöcher und vorzugsweise ohne Anwendung eines äußeren Druckes, eingebracht wird, worauf die Bohrlöcher abgedichtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß waagerecht oder aufwärts gerichtete Bohrlöcher mit der Kunstharzmischung gefüllt werden, indem die Mischung vor dem Aufschäumen, vorzugsweise unter Niederdruck aus einem Windkessel in die Bohrlöcher entleert wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, A dadurch gekennzeichnet, daß in die mit der ^ Kunstharzmischung teilweise gefüllten Bohrlöcher Holzstangen vor dem Abdichten der Bohrlöcher eingesetzt werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an sich bekannte aufweitbare und wiedergewinnbare Bohrlochabdichtungskörper vor dem Einführen in das Bohrloch mit einer im Bohrloch verbleibenden Schutzhülle versehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen