DE1815960C - Verfahren zur Gewinnung von Kohle im Untertagebetrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Kohle im Untertagebetrieb, bsi dem Bohrlöcher in die Kohle getrieben und durch die Bohrlöcher quellfähige Stoffe in die Kohie eingepreßt werden.

Kohle, insbesondere Steinkohle, besitzt eine mehr oder weniger ausgeprägte Schichtung, deren Gefüge durch tektonische Vorgänge gestört sein kann. Es ist üblich, die von der Schichtung der Richtung nach abweichenden Risse in der Kohle als Schlechten und j ο im Nebengestein als Klüfte zu bezeichnen. Außer diesen Rissen besitzt Kohle noch ein beträchtliches Porenvolumen.

Die Ausnutzung der Schlechten für den Abbau ist allgemein üblich, um den Gang der Kohle günstig zu beeinflussen. Dazu kommt die Ausnutzung der beim Abbau entstehenden erhöhten und häufig als Kämpterdruck bezeichneten Drücke, um das Lösen der Kohle zu erleichtern. Nachdem infolge der Mechanisierung und Rationalisierung im Abbau der lägliche Abbaufortschritl beträchtlich gesteigert worden ist, hat sich der Kämpferdruck vermindert, so daß in zunehmendem Maße mit einem schlechteren Gang der Kohle gerechnet werden muß.

Die obengenannten und durch die Struktur der as Kohle bzw durch tektonische Vorgänge bedingten natürlichen Öffnungen nützt das Tränk verfahren aus, um vor der Gewinnung der Kohle eine Staubbindung zu erreichen. Obwohl es bei sehr hohem Tränkdruck zu einem örtlichen Lösen von einzelnen Kohlepartien kommen kann, handelt es sich herbei nicht um ein Gcwinnungsverfahrcn, sondern um d>e Vorbereitung der Kohle auf die nachfolgende jewinnung. Sehr hohe Tränkdrücke erfordern indessen auch entsprechend hohe Tränkwiderstäde in der Kohle. Es ist bekannt, zur Erhöhung des Tränkwiderstandes dem Tränkwasser quellfähige Feststoffe, z. B. AIuminiumsilikat oder Bentonit zuzusetzen; diese Zusätze sollen örtlich die Viskosität des Tränkwassers und damit dessen Fließwiderstand erhöhen.

Is ist aber bereits vorgeschlagen worden, die beim Hochdrucktränken auftretenden starken Drücke zur Hereingewinnung der Kohle zu benutzen, indem der erforderlich hohe Tränkwidersland erzeugt und der Tränkdruck weiter erhöht wird. Das soll mit Hilfe von dosiert zugesetzten quellfähigen Stoffen, beispielsweise polymeren organischen Naturstoffen und/oder organisch synthetischen Andickungsmitteln erreicht werden, welche beim Quellen den Tränkdruck so weit steigern, daß er die Kohle sprengt. Praktische Bedeutung hat dieses Gewinnungsverfahren indessen bisher nicht erlangt.

Der Erfindung liegt als technisches Problem zugrunde, die Gewinnung von Kohle im Untertagebetrieb auch dann noch wirtschaftlich zu gestalten, wenn der Kämpferdruck als die Hereingewinnung unterstützender Druck ganz oder zum überwiegenden Teil fortfällt.

Gemäß der Erfindung besteht die Lösung dieser Aufgabe darin, daß die quellfähigen Stoffe nach ihrem Einpressen in der Kohle abgelagert und dann zum Quellen gebracht werden, wobei die Kohle mit Hilfe der durch die Volumenvermehrung der Stoffe beim Quellen freigesetzten Kräfte in einen freien Raum abgedrückt und dadurch hercingewnnnen wird.

Die Erfindung nützt die Fillercigenschafi der Knhle aus. um dadurch zu verhindern, daß die quell· fähigen Stoffe aus der Kohle heraus und in das Nebengestein gelangen. Diese Stoffe entfallen daher ausschließlich in der Kohle ihre quellmechanische Wirkung. Diese führt aber erst dann zum Austreiben der Kohle etwa in den freien Raum einer Strecke, eines Strebes oder eines anderen, vorher geschaffenen Grubenraumes, wenn sie den inneren Widerstand der Kohle übersteigt. Das hat den Vorteil, daß die quellmechanischen Kräfte entsprechend dem jeweiligen Abbaufortschritt zur Wirkung kommen. Auch ein sehr fester Kohlenstoß bedarf dann nur geringer oder überhaupt keiner mechanischen Einrichtung für die Gewinnung und nur noch entsprechender Vorrichtungen oder Vorkehrungen für die Abförderung der hereingewonnenen Kohle.

Die quellfähigen Stoffe können im flüssigen AggregatzustäF.d und unter Druck während bestimmter Zeiträume eingepreßt werden. Bei diesem Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, aber auch bei einer weiteren Ausführungsform, bei der die quellfähigen Stoffe in einer Tränkflüssigkeit dispergiert werden, erfolgt die Hercingewinnung der Kohle nicht etwa durch den Druck des flüssigen Mediums, sondern ausschließlich durch den Druck, der beim Quellen der Stoffe erzeugt wird. Die zum Eintragen der quel'-fähigen Stoffe verwendeten druckerzeugenden Aggregate, etwa die Hochüiuckpumpen sind von der Quellwirkung völlig unabhängig. Das hat den Vorteil, daß örtlich in der Kohle sehr hohe Drücke entwickelt werden können, die sich mii den üblichen Aggregaten, insbesondere den Hochdruckpumpen nicht erzeugen lassen.

Um die Quellwirkung erst dann herbeizuführen, wenn die betreffenden Stoffe bereits in die Kohle eingetragen und dort abgelagert sind, lassen sich verschiedene Maßnahmen treffen. Unter anderem kann so vorgegangen werden, daß mit der sich beim Einpressen der Dispersion ändernden Wasserstoffionenkonzentration das Quellen der Stoffe ausgelöst wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zrigl

F i g. 1 schematisch und in Draufsicht einen Langfronabbau gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 in der Fig. 1 entsprechender Tarstellung ein hinsichtlich der Anordnung der Bohrlöcher abgeändertes Verfahren,

Fig. 3 schematisch eine Darstellung der einzelnen Verfahrensschritte, wobei der linke Teil der Figur den Zustand vor und der rechte Teil den Zustand nach Eintritt des Quellens wiedergeben,

F i g. 4 das Vortreiben eines Aufhauens unter Benutzung des erfindungsgemäßen Gewinnungsverfahrens,

Fig 5 die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einen Teilflächenabbau,

F i g. 6 das erfindungsgemäße Verfahren bei bohrender Abförderung des hereingewonnenen Haufwerkes und

Fig. 7 im Schnitt und Seigerriß die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die mannlose Hereingewinnung eines steil gelagerten FlOr.es im schwebenden örterbau.

Bei der in den Fig. 1 und 2 wiedergegeben«»! An· wertdung des erfindungsgemäßen Oewinnutigsver· fahren« ist zwischen zwei Abbaustrecken 1 bzw. 2 ein Streb 3 vorhanden, dessen Kohlenfront mit 4 und dessert Versatz mit S bezeichnet ist.

Bei der Ausführungsform nuch Fig. I sind mehrere Bohrlöcher 6 im gegenseitigen Abstand itreichend in die Kohle gebohrt. Diese Bohrlöcher besitzen unterschiedliche Teufen, Bei dem in F i g. 1 wiedeigegebenen .Ausführungsbeispiel ist das der Abbaustrecke 1 nüehstliegende Bohrlach mit der größten Teufe aufgefahren, während die folgenden Bohrlöcher stetig in ihrer Teufe abnehmen.

Hiervon unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel nac'ii F i g. 2 hauptsächlich dadurch, daß die Bohrlöcher schwebend bzw. fallend aufgefahren sind und gleiche Teufen aufweisen können. Die Bohrlöcher 8 sind von der Abbaustrecke 1 aufgefahren, während die Bohrlöcher 9 von der Abbaustrecke 2 aus vorgetrieben wurden. Die Bohrlöcher 8 und 9 sind im übrigen wiederum im gegenseitigen Abstand voneinander angeordnet.

F i g. 3 zeigt die Verhältnisse, wie sie sich bei der Ausführungsform nach F i g. 2 im einzelnen ergeben. Im Streb 3 befindet sich der normale Ausbau 11, und vor der Kohlenfront 4 liegt ein Fördermittel 12. Durch die Bohrlöcher 8 und natür'ich auch durch die Bohrlöcher9, die jedoch in der Fig. 3 nicht dargestellt sind, werden quellfähige Stoffe, welche in Tränkflüssigkeit dispergiert sein können, in die Kohle eingepreßt. Dadurch werden entsprechend der Verteilung der Bohrlöcher 8 und 9 an den dadurch vorher bestimmten Stellen Zonen gebildet, in denen diese Stoffe abgelagert sind. Nachdem die Ablagerung der Stoffe in hinreichendem Maße erfolgt ist, was natürlich über den Flüssigkeitsverbrauch leicht zu bestimmen ist, kann die Tränkeinrichtung abgebaut werden. Je nach der Natur der quellfähigen Stoffe vergeht ein mehr oder weniger langer Zeitraum, ehe die Stoffe zu quellen beginnen. Beim Quellen tritt eine Volumenvermehrung der Stoffe ein, und dadurch werden Kräfte freigesetzt, die in der Darstellung der Fig. 3 rechis durch Pfeile wiedergegeben sind. Diese durcl. das Quellen der Stoffe freigesetzten Kräfte drücken die Kohle in den freien Raum des Strebes 3 ab, so daß die Kohle in Gestalt eines Haufwerkes 13 hereingewonnen wird. Sie wird fortlaufend durch den Förderer 12 abgefördert. Das Abfördern kann mit Hilfe des üblichen Kohlenhobels 14 erfolgen, der keine oder nur noch eine sehr geringe Lösearbeit vorfindet.

Zur Ablagerung der Stoffe in der Kohle bedarf es auch nicht unbedingt der Benutzung einer Tränkeinrichtung, die mit Wasser arbeitet. Die quellfähigen Sto'fe können vielmehr selbst im flüssigen Aggregatzustand vorliegen und können als solche in die Kohle eingepreßt werden.

Die int Streichen angeordneten Bohrlöcher 8 und 9, welche zu der zonenweisen Konzentration der quellfähigen Stoffe in der Kohle führen, ermöglichen es auch, diese Zonen einzeln zur Wirkung zu bringen, wie die Darstellung rechts in F i g. 3 erkennen läßt. Zunächst entfaltet nämlich die Zone ihrer Wirkung, welche dem freien Raum 3 zunächst liegt. Dann folgt die davon weiter entfernte Zone und so fort.

Zur Vorrichtung von Langfrontstreben, wie sie in den Fig. ι bis 3 wiedergegeben sind, wird regelmäßig ein Aufhauen erforderlich. Fig.4 zeigt die Möglichkeiten, die das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung solcher Aufhauen eröffnet.

Zwischen zwei Abbaustrecken 15 und Ii soll ein Aufhauen hergestellt werden. Ein oder mehrere Bohr· löcher werden in Richtung des geplanten Aufhauen* parallel zu diesem gestoßen. In F i g. 4 ist das betreffende Bohrloch mit 17 bezeichnet. Durch diesem Bohrloch werden quellfähige Sioffe in ein^- Zone eingetragen, welche durch punktierte Linien 18 und 19 begrenzt ist. Nachdem die quellfähigen Stoffe ihre Wirkung entfaltet haben, kann durch fortlaufende* Wegladen der durch das Quellen abgedrückten Kohle das Aufhauen aufgefahren und nachfolgend ausue-

ίο baut werden. Das Abdrucken der Kohle erfolgt nämlich nur in Richtung auf den aufzufahrenden Hohlraum, und die Hereingewinnung der Kohle besiehi ausschließlich in. Ladearbeit.

Fig. 5 zeigt schematisch einen sogenannten Teilflächenabbau; darunter versteht man den Abbau \on Flözflächen, die sich durch den allgemein verbreiteten und in den Fig. 1 und 2 insbesondere dargestellten Langfrontabbau nicht wirtschaftlich abhauen lassen. Hier kann das beschriebene Abbauverfahren in der Art eingesetzt werden, wie es im Zusammenhang mit Fig. 4 für ein 'jfhaucn dargestellt wurde Es entsteht dann ein Öricrhau, dessen Wirtschaftlichkeit dann nur noch von den zum Hinsatz kommenden und deshalb neuzeitlich ausgebildeten Lademitteln abhängt.

F i g. 5 zeigt im einzelnen einen in einem Flöz 20 mit einem Hangenden 21 und einem Liegenden 22 aufgefahrenes Großbohrloch 23. Im Großbohrloch is! ein Fördermittel 24 verlegt. Parallel zum Großbohrloch sind mehrere Bohrungen 25 aufgefahren, die zur Injektion der quellfähigen Stoffe verwendet werden. Wie die eingetragenen Pfeile zeigen, entwickeln diese Stoffe infolge der durch das Quellen eintretenden Volumenvermehrung Kräfte, die in den freien Raum des Großbohrloches weisen. Dadurch wird die Kohle in diesen Raum abgedrückt und mit dem Fördermittel 24 hereingewonnen.

F i g. 6 zeigt eine abgewanJclte Form des erfindungsgemäßen Verfahrens; bei dieser Verfahrens-Variante werden in ein Kohlenflöz 30 mit Hangendem 31 und Liegendem 32 Injektionsbohrlöcher 33 gestoßen; in der oben beschriebenen Weise werden durch diese Löcher quellfähige Stoffe in die Kohle eingetragen und zum Quellen gebracht. Mit Hilfe von Bohreiniichtungen mit Bohrschnecken werden sodann Gewinnungsbohrlöcher gestoßen, wobei die du:ch das Quellen der Stoffe gelöste Kohle abgefordert wird.
Von den bekannten Gewinnungsbohrungen unterscheidet sich dieses Verfahren dadurch, daß das Gewinnungs- bzw. das Transportloch 34 in einem zuvor hergestellten Ouellbereich vorgetrieben wird; dadurch wird der Überdruck abgebaut, so daß mit fortschreitendem Vortrieb des Gewinnungsbohrloches eine Massenwanderung in den so hergestellten Hohlraum eintritt. Die so hereingewonnene Kohicnmengc macht ein Mehrfaches der gebohrten Menge aus. Dadurch entsteht der Vorteil einer größeren Kohlcnausbcute. als er bei dem reinen Gewinnungsbohren zu erzielen ist. Außerdem genügen verhähtdsmäßig kleindurchmeßrige Gewinnungsbohrlöeher.

Fig.7 zeigt die Anwendung des erfindungsgemäßen Oewinmingsverfahrens auf den Abbau in der steilen Lagerung. Das Flöz 40 ist durch eine Abbau-

strecke 41 erschlossen. Ein Verwurf 43 bildet im an· genommenen Fall eine natürliche Abbaugrenze.

Bohrlöcher 44 und 45 dienen zur Errichtung von Zonen 46 bis 49, in denen quellfähige Stoffe kon-

/ciKriert sind. Diese Zonen sind dufch unbehandelte Zonen S9 bis S3 voneinander getrennt.

Zweckmäßig werden die Quellzonen 46 bis 49 nacheinander zur Wirkung gebracht.

Das Quellen der in den genannten Zonen konzentricrten Stoffe führt zu einer Zerstörung des Oefüges der Kohle, der dadurch ihr innerer Zusammenhang genommen wird. Auf Grund der Schwerkraft läuft daher die Kohle von selbst in die Strecke 41 aus. Nachdem ein Quellbereich auf diese Weise abgebaut worden ist. wird der folgende Quellbereich in Angriff genommen. Die unbehandehcn Zonen bewirken dabei eine Unterstützung der Hangendschichten und verhindern deren Nachbrechen. Diese Kohlenfesten verlieren jedoch ihren inneren Zusammenhang durch den später einsetzenden Abbaudruck, so daß sie in den durch das Quellen erzeugten Hohlraum hineingedrückl werden. Dadurch können auch diese Zonen zum Teil hereingewonnen werden.

Die eingezeichnete tektonische Verwerfung be- ao grenzt die Gewinnung durch das Quellen der genannten Stoffe zwar räumlich, behindert jedoch das Quellen nur unwesentlich. Starke Grubengasanreicherungen in den ausgequollenen Hohlräumen können, soweit erforderlich, nach bekannten Ver- »5 fahren abgesaugt werden.

Es zeigt sich, daß der Abbau in der steilen Lagerung unter Benutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß F i g. 7 zu einer mannlosen Gewinnung führt.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Kohle im Untertagebetrieb, bei dem Bohrlöcher in die Kohle getrieben und durch die Bohrlöcher quellfähige Stoffe in die Kohle eingepreßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die quellfähigen Stoffen nach ihrem Einpressen in der Kohle abgelagert und dann zum Quellen gebracht werden, wobei die Kohle mit Hilfe der durch die Volumenvermehrung der Stoffe beim Quellen freigesetzten Kräfte in einen freien Raum (3) abgedrückt und dadurch hereingewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die queüFähigcn Stoffe im flüssigen Aggregatzustand und unter Druck während bestimmter Zeiträume eingepreßt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die quellfähigen Stoffe in einer Tränkflüssigkeit dispergiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und wenigstens einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der sich beim Einpressen der Dispersion ändernden Wasserionenkonzentration das Quellen der Stoffe ausgelöst wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgernden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die quellfähigen Stoffe an vorher bestimmten Zonen (46 bis 49) konzentriert werden, die in der Kohle verteilt sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen in Abbaurichtung aufeinanderfolgend angeordnet werden und durch zonenweises Abdrucken und Wegladen der Kohle einzeln zur Wirkung gebracht werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur zonenweisen Anordnung der quellfähigen Stoffe parallel zur Abbaufront verlaufende und im Abstand voneinander angeordnete Bohrlöcher benutzt werden.

8 Vr tahren nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur zonenweisen Anordnung der quellfähigen Stoffe senkrecht zur Abbaufront (4) verlaufende und im Abstand voneinander angeordnete Bohrlöcher (6) mit unterschiedlicher Teufe verwendet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrlöcher (17) in Richtung eines geplanten Aufhauens parallel zu diesem gestoßen warden und das Aufhauen durch fortlaufendes Wqgladen der durch das Quellen abgedrückten Kohle aufgefahren wird.

10. Verfahren räch Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kohle eine Mehrzahl von Großbohrlöchern (23) gestoßen, neben den Großbohrlöchem die Injektionsbohrlöcher (25) aufgefahren und die durch die quellfähigen Stoffe gelösten Haufwerke durch die Großbohrlöcher abgefördert werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die quellfähigen Stoffe gelösten Haufwerke durch Gewinnungsbohrlöcher herangewonnen und abgefördert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen