DE1815960C - Verfahren zur Gewinnung von Kohle im Untertagebetrieb - Google Patents
Verfahren zur Gewinnung von Kohle im UntertagebetriebInfo
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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.
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)
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
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