DE19838472A1 - Vorrichtung zum Benetzen von pneumatisch geförderten Baustoffen mit Wasser im untertägigen Berg- und Tunnelbau - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Benetzen von pneumatisch geförderten Baustoffen mit Wasser im untertätigen Berg- und Tunnelbau, bei der das Baustoff-Luft-Gemisch in vorgegebener kurzer Entfernung vor Erreichen der Austragsöffnung des aus Rohren und/oder Schläuchen aufgebauten Fördersystems mittels einer Düsenanordnung bekannter Art, deren Zuleitung ein ventilartiges Regelelement aufweist, mit einer vorgebbaren Wassermenge pro Zeiteinheit benetzt wird, wobei das Baustoff-Luft-Gemisch vor Erreichen der Düsenanordnung (7) eine Meßanordnung (5) zur Bestimmung seiner momentanen Dichte durchströmt, die aus einer auf einer Außenseite des Fördersystems (1) angeordneten Quelle (11) kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung und einem auf der senkrecht zur Strömungsrichtung (10) des Baustoff-Luft-Gemisches gegenüberliegenden Außenseite des Fördersystems (1) angeordneten Nachweiselement (12) für von der Quelle (11) ausgesandte Strahlung aufgebaut ist, wobei die dem Nachweiselement (12) zugehörige Auswerteelektronik (13) ihrerseits der gemessenen Strahlungsintensität proportionale elektrische Signale zur Steuerung und Regelung eines in der Zuleitung (15) der Düsenanordnung (7) als ventilartiges Regelelement installierten Servoventils (16) erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Benetzen von pneu­ matisch geförderten Baustoffen mit Wasser im untertägigen Berg- und Tunnelbau gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patent­ anspruchs 1.

Im untertägigen Berg- und Tunnelbau ist es nicht nur üblich, sondern unbedingt erforderlich, Stöße und Firste frisch aufge­ fahrener Abschnitte des Grubengebäudes wie beispielsweise Strecken oder Querschläge unmittelbar nach dem primären Ausbau mit Drahtverbundmatten, Ausbaubögen und Gebirgsankern zur wei­ teren Stabilisierung mit einer Wandbeschichtung aus einer tor­ kretierbaren, schnell abbindenden Baustoff-Wasser-Aufschlämmung zu versehen und/oder bereits vorher die Ausbaubögen mit einer Hinterfüllung aus einer solchen Baustoff-Wasser-Aufschlämmung, beispielsweise unter Zuhilfenahme sogenannter Bullflex-Schläu­ che, zu unterfüttern. Dabei sind die Baustoffe im allgemeinen körnige oder pulverförmige Substanzen auf Anhydrit- oder Ze­ mentmörtelbasis, die mit unterschiedlichen Wasser-Feststoff- Werten verarbeitet werden, um so hohe Frühfestigkeiten schon nach kurzer Abbindedauer und ausreichende Endfestigkeiten zu erreichen. Der Wasser-Feststoff-Wert bestimmt weitgehend die technologischen Eigenschaften der entstehenden Wandbeschichtung und variiert bezüglich seines Optimums von Baustoffart zu Bau­ stoffart, wobei er insbesondere vom Wasserbedarf der einzelnen Komponenten für den erwünschten chemischen Abbindeprozeß bzw. für die gewünschte Konsistenz abhängt und der Wasserbedarf nor­ malerweise mit feiner werdendem Baustoff ansteigt.

Für den untertägigen Einsatz im Bergbau ist die Druckfestigkeit eine entscheidende Angabe für den Einsatz- und Anwendungsbe­ reich des Baustoffes, der je nach seinem Abbindeverhalten, das die Festigkeit in Abhängigkeit von der Zeit kennzeichnet, als sofort-, früh- oder spättragend klassifiziert wird. Die Zugabe des Wassers zum Baustoff erfolgt im untertägigen Berg- und Tun­ nelbau üblicherweise einige Meter vor dem Erreichen der Aus­ tragsöffnung eines von übertage bis vor Ort reichenden Förder­ systems aus Rohren und/oder Schläuchen mittels einer Ringdüse, deren Zuleitung mit einem manuell einstellbaren ventilartigen Regelelement, beispielsweise in Form eines Wasserhahnes mit Feingewinde, versehen ist. Damit ist die spezifische Wasser­ menge so hoch einzustellen, wie es die jeweiligen baustofftech­ nischen Bedingungen zulassen. Jede Verringerung bzw. Erhöhung der spezifischen Wassermenge führt zur Verschlechterung der Baustoffeigenschaften und somit zur Unbrauchbarkeit des Bau­ stoffes im jeweiligen Anwendungsfall - abgesehen davon, daß eine Wasserunterdosierung zu einer erheblichen Staubentstehung am Austragsort führt, die dann in vielen Arbeitsbereichen zur Belastung und Gesundheitsgefährdung der Belegschaft beiträgt. Das zugesetzte Wasser muß daher auch so in den Massenstrom des Baustoff-Luft-Gemisches eingeschleust werden, daß eine mög­ lichst gleichmäßige Durchfeuchtung erreicht wird.

Bei den normalerweise sehr langen Transportwegen des trockenen Baustoff-Luft-Gemisches von einer übertägigen Zentralstation zum Austragsort - ggfs. noch über einen oder mehrere Zwischenspeicher - bilden sich innerhalb des Fördersystems aus Rohren und/oder Schläuchen jedoch sehr leicht erhebliche Schwankungen der jeweiligen Baustoffbeladung des eingespeisten Druckluftstromes, d. h. eine sogenannte Schwallförderung, aus, die eine manuelle Einstellung der jeweils erforderlichen optimalen Wasserzugabe und damit den Aufbau einer Wandbeschichtung mit gleichmäßigen Eigenschaften - insbesondere aber gleichmäßiger Druckfestigkeit - unmöglich macht. Gerade bei körnigen Baustoffen sind dem optimalen Wasser-Feststoff- Wert jedoch enge Grenzen gesetzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Benetzung von pneumatisch geförderten Bau­ stoffen mit Wasser im untertägigen Berg- und Tunnelbau zur Ver­ fügung zu stellen, mit deren Hilfe einerseits Dichteänderungen des an der vor einer Austragsöffnung angeordneten Düsenanord­ nung zur Wasserzugabe ankommenden Baustoff-Luft-Gemisches un­ mittelbar erkannt und registriert werden und mit deren Hilfe andererseits die über die Düsenanordnung erfolgende Wasser­ zugabe unverzüglich jeder registrierten Dichteänderung des Bau­ stoff-Luft-Gemisches proportional angepaßt wird.

Diese Aufgabe löst die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Hilfe der Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruchs 1.

Dabei erweist es sich als besonders vorteilhaft, daß das Bau­ stoff-Luft-Gemisch vor Erreichen der Düsenanordnung eine Meßan­ ordnung zur Bestimmung seiner momentanen Dichte durchströmt, die aus einer auf einer Außenseite des Fördersystems angeordne­ ten Quelle kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung und einem auf der senkrecht zur Strömungsrichtung des Baustoff-Luft-Gemi­ sches gegenüberliegenden Außenseite des Fördersystems angeord­ neten Nachweiselement für von der Quelle ausgesandte Strahlung aufgebaut ist, wobei die dem Nachweiselement zugehörige Auswerteelektronik ihrerseits der gemessenen Strahlungsintensi­ tät proportionale elektrische Signale zur Steuerung und Rege­ lung eines in der Zuleitung der Düsenanordnung als ventilarti­ ges Regelelement installierten Servoventils erzeugt, weil eine solche Vorrichtung zunächst erlaubt, mittels einer einfach zu installierenden Meßanordnung jede Dichteänderung des durch das Strahlenfeld der Quelle hindurchströmenden Baustoff-Luft-Gemi­ sches unmittelbar als Impulsratenänderung am Ausgang des Nach­ weiselements, das beispielsweise als Halbleiterkristall bekann­ ter Art ausgebildet sein kann, registrieren zu können, wobei die primären Impulse dann in einer zum Nachweiselement gehören­ den Auswerteelektröhik derart aufbereitet werden, daß sie als Steuer- und Regelgrößen für ein in der Zuleitung der der vorge­ nannten Meßanordnung nachgeschalteten Düsenanordnung zur Benet­ zung des Baustoff-Luft-Gemisches mit Wasser angeordneten Servo­ ventils oder eines gleichwirkenden Steuer- und Regelelementes benutzbar sind. Dabei läßt sich in vorteilhafter Weise noch die Tatsache berücksichtigen, daß die von derartigen Meßanordnungen registrierten Impulse mit zunehmender Kurzwelligkeit der ver­ wendeten Strahlung, d. h. insbesondere bei der Verwendung harter γ-Strahlung, nur von der Dichte des durchstrahlten Materials, nicht aber von dessen Zusammensetzung abhängig sind, so daß sich entsprechende Eichmessungen für jeden einzelnen in Frage kommenden Baustoff erübrigen. Es genügt, für jeden Baustoff den gewünschten Ausgangswert der Dichte vorzugeben und dann einmal den dazu erforderlichen Referenzwert für die Wasserzugabe ein­ zustellen.

Darüber hinaus weist die vorgenannte Meßanordnung den erhebli­ chen Vorteil auf, daß sie keine Einbauten innerhalb des Förder­ systems selbst erfordert, so daß weder Teile der Meßanordnung einem Verschleiß durch Abrieb seitens des Baustoff-Luft-Gemi­ sches ausgesetzt werden noch solche Teile als Kondensations­ kerne für Anbackungen im Querschnitt des Fördersystems, die zu einer unkontrollierbaren Änderung des Strömungsverhaltens des Baustoff-Luft-Gemisches und damit auch der Erzeugung des ge­ wünschten Wasser-Feststoff-Wertes führen würden, dienen können.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung liegt auch dann vor, wenn die Quelle elektromagnetischer Strahlung ein Americium-Strahler in hochsicherer Ausführung ist, da es sich dabei um eine Strahlenquelle bekannter Art han­ delt, die in marktkonformer Ausgestaltung erhältlich und deren Handhabung Stand der Technik ist, deren wesentliche Bestand­ teile ²³⁹Am und ²⁴³Am Halbwertszeiten von 433 Jahren bzw. 7.400 Jahren haben und damit eine konstante Strahlungsleistung über jede denkbare Lebensdauer einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, einschließlich des damit gekoppelten Fördersystems, gewährlei­ sten und deren im wesentlichen von Zerfallsprodukten der primär α-Strahlung emittierenden Americium-Isotope stammende γ-Strah­ lung so hart ist, daß sie einerseits tatsächlich weitgehend un­ empfindlich gegenüber der Zusammensetzung des geförderten Bau­ stoff-Luft-Gemisches ist und andererseits eine solche Abstim­ mung zwischen Dichte des Baustoff-Luft-Gemisches und Strahlen­ schwächung erlaubt, daß die Fehlergrenzen der Dichtemessung vernachlässigbar werden.

Als vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung anzusehen, bei der das Nachweiselement und die Auswerteelektronik aus einem Strahlendetektor bekannter Art be­ stehen, der mit einer einem Servoventil zuzuordnenden Steuer- und Regeleinheit ebenfalls bekannter Art kombiniert ist, weil sowohl Strahlendetektoren als auch Steuer- und Regelschaltungen für Servoventile in jeder gewünschten Form im Handel erhältlich sind und daher in einfacher Weise beschaffbar und ohne erhebli­ chen Aufwand kombinierbar und installierbar sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der in Rede stehenden Vorrichtung ist auch dann gegeben, wenn der Meßanordnung zur Bestimmung der Dichte des Baustoff-Luft-Gemisches zunächst ein Verwirbelungs- und anschließend ein Beruhigungsrohr vorgeschal­ tet werden, da es damit ermöglicht wird, das im Endbereich des häufig mehrere km langen Fördersystems normalerweise in Form einer Schwallförderung ankommende Baustoff-Luft-Gemisch bereits vor dem Erreichen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Benet­ zen pneumatisch geförderter Baustoffe mit Wasser so zu vergleichmäßigen, daß die durchzuführende Steuerung und Rege­ lung der Wasserzugabe nur in Form langwelliger Schwebungen ge­ ringer Amplitude erfolgen muß, was die gleichmäßige Qualität der aus der Austragsöffnung des Fördersystems austretenden Bau­ stoff-Wasser-Aufschlämmung merklich verbessert.

Als vorteilhaft erweist sich bei einer Weiterbildung der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung auch, daß die Düsenanordnung eine an der Peripherie des Fördersystems angeordnete Ringdüse ist, weil damit ohne Einbauten innerhalb des Querschnitts des Fördersy­ stems, die ebenfalls als Kondensationskerne für unerwünschte Anbackungen (s. o.) wirken könnten, bei vielen der in Frage kom­ menden Baustoffe eine ausreichende und gleichmäßige Benetzung mit Wasser gewährleistet wird. Wo dieses möglicherweise nicht der Fall ist, beispielsweise bei sehr feinen pulverförmigen Baustoffen, läßt sich dann stattdessen in vorteilhafter Weise eine andere Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung ein­ setzen; bei der die Düsenanordnung eine im Querschnitt des För­ dersystems angeordnete Düsenlanze ist, wobei eine solche Dü­ senlanze zwar innerhalb des Querschnitts des Fördersystems an­ zuordnen ist, von Form und Anordnung der Düsenöffnungen her je­ doch so gestaltet werden kann, daß das Entstehen von Anbackun­ gen in der Umgebung dieser Düsenlanze von vornherein verhindert wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform der in Rede stehenden Vor­ richtung ist es auch als vorteilhaft anzusehen, daß die Auswerteelektronik in bergbaukonformer eigensicherer Bauart ausgeführt ist, da dies gestattet, die Auswerteelektronik in unmittelbarer Nachbarschaft oder in direkter Kombination mit dem Nachweiselement und/oder dem Servoventil anzuordnen und da­ mit einen kompakten und übersichtlichen Aufbau der gesamten Vorrichtung im Endbereich eines Fördersystems für pneumatisch geförderte Baustoffe zu erreichen.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1: Längsschnitt durch den Endbereich eines Fördersystems für pneumatisch geförderte Baustoffe in schematischer Darstellung ohne Berücksichtigung tatsächlicher Abmessungsverhältnisse.

Die einzige Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch den Endbe­ reich eines Fördersystems 1 für pneumatisch geförderte Bau­ stoffe in schematischer Darstellung ohne Berücksichtigung tatsächlicher Abmessungsverhältnisse, das sowohl aus Rohren als auch aus Schläuchen aufgebaut ist, von denen hier insbesondere ein Verwirbelungsrohr 2, ein Beruhigungsrohr 3, ein Rohrab­ schnitt 4 als Basis für eine Meßanordnung 5 zur Bestimmung der Dichte des hindurchstömenden Baustoff-Luft-Gemisches, ein Rohrabschnitt 6 zur Aufnahme einer Düsenanordnung 7 in Form einer Düsenlanze und ein flexibler Austragsschlauch 8 mit der Austragsöffnung 9 zu erkennen sind.

Die Meßanordnung 5 zur Bestimmung der jeweiligen momentanen Dichte des in Richtung des symbolischen Pfeiles 10 strömenden Baustoff-Luft-Gemisches besteht aus einer Quelle 11 kurzwelli­ ger elektromagnetischer Strahlung, von der hier - ohne Be­ schränkung der Allgemeinheit - vorausgesetzt ist, daß es sich um einen handelsüblichen Americium-Strahler in hochsicherer Ausführung als Quelle harter γ-Strahlung handelt, die auf ei­ ner Außenseite des Rohrabschnitts 4 des Fördersystems 1 ange­ ordnet ist, und einem Nachweiselement 12 bekannter Art für die von der Quelle 11 emittierte Strahlung, beispielsweise einem Halbleiterkristall mit geeigneter Dotierung, einschließlich der zugehörigen Auswerteelektronik 13, das auf der senkrecht zur Strömungsrichtung des Baustoff-Luft-Gemisches gegenüberliegen­ den Außenseite des Rohrabschnitts 4 montiert ist. Dabei ist hier - allerdings nicht zwangsläufig - vorausgesetzt, daß die Auswerteelektronik 13 aus der zum Nachweiselement 12 gehörigen elektronischen Folgeschaltung eines Strahlendetektors bekannter Art und einer dieser nachgeschalteten und angepaßten elektroni­ schen Schaltung zur Steuerung und Regelung eines Servoventils von ebenfalls bekannter Art zusammengesetzt ist, wobei die ge­ samte elektronische Einrichtung vom Nachweiselement 12 bis zu einem noch zu definierenden Servoventil in bergbaukonformer eigensicherer Ausführung vorliegt, um unmittelbar vor Ort gemäß den einschlägigen Sicherheitsvorschriften betrieben werden zu können. Dabei ist die Eigensicherheit selbstverständlich auch für die hier nur symbolisch angedeutete Energieversorgung 14 bekannter Art für die vorgenannten elektronischen Baugruppen sichergestellt.

Die Düsenanordnung 7 im Rohrabschnitt 6 ist im vorliegenden Fall eine innerhalb des Querschnitts des Fördersystems 1 ange­ ordnete Düsenlanze, die das vorbeiströmende Baustoff-Luft- Gemisch über mehrere Düsenöffnungen von innen her mit Wasser beaufschlagt. Dies kann selbstverständlich bei Bedarf auch mit jeder anderen Anordnung gleichwirkender Mittel erreicht werden, beispielsweise mittels einer hier nicht explizit dargestellten - da bekannten - Ringdüse, die auf der Peripherie des Rohrab­ schnitts 4 anzuordnen wäre. In jedem Fall ist allerdings erfin­ dungsgemäß zwischen der Zuleitung 15 für das Wasser und der verwendeten Düsenanordnung 7 ein Servoventil 16 angeordnet, das von der Auswerteelektronik 13 über die Signalleitung 17 derart mit elektrischen Steuer- und Regelsignalen beaufschlagt wird, daß es ein jeglicher Dichteänderung des Baustoff-Luft-Gemisches unmittelbar folgendes proportionales Nachfahren der Wasserzu­ fuhr in die Düsenanordnung 7 bewirkt. Damit sichert die vorlie­ gende Vorrichtung eine stets gleichmäßige Konsistenz der aus der Austrittsöffnung 9 austretenden Baustoff-Wasser-Aufschläm­ mung und damit auch eine gleichmäßige Qualität der damit er­ zeugten Wandbeschichtungen oder Hinterfüllungen von Ausbaubö­ gen.

Selbstverständlich bezieht sich das Schutzbegehren der vorlie­ genden Patentanmeldung nicht nur auf das explizit dargestellte Ausführungsbeispiel, sondern auch auf alle übrigen denkbaren Ausführungsformen des durch die Merkmalskombination des Patentanspruchs 1 charakterisierten Erfindungsgegenstandes - abgesehen davon, daß das diesem Erfindungsgegenstand zugrunde­ liegende Prinzip selbstverständlich auch in weiteren Arbeitsbe­ reichen anwendbar ist, beispielsweise bei der Zudosierung von Wasserglas bei hydraulisch gefördertem Baustoff im untertägigen Berg- und Tunnelbau oder bei der Beimengung von Zuschlagstoffen zu pneumatisch oder hydraulisch geförderten Medien in übertägi­ gen Arbeitsbereichen.

Bezugszeichenliste

1

Fördersystem für pneumatisch geförderte Baustoffe

2

Verwirbelungsrohr

3

Beruhigungsrohr

4

,

6

Rohrabschnitte

5

Meßanordnung zur Dichtebestimmung

7

Düsenanordnung (Düsenlanze)

8

Austragsschlauch

9

Austragsöffnung

10

symbolischer Pfeil für die Strömungsrichtung des Baustoff-Luft-Gemisches

11

Quelle kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung (Americium-Strahler)

12

Nachweiselement für elektromagnetische Strahlung

13

Auswerteelektronik

14

Energieversorgung

15

Zuleitung für Wasser

16

Servoventil

17

Signalleitung

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Benetzen von pneumatisch geförderten Bau­ stoffen mit Wasser im untertägigen Berg- und Tunnelbau, bei der das Baustoff-Luft-Gemisch in vorgegebener kurzer Entfernung vor Erreichen der Austragsöffnung des aus Roh­ ren und/oder Schläuchen aufgebauten Fördersystems mittels einer Düsenanordnung bekannter Art, deren Zuleitung ein ventilartiges Regelelement aufweist, mit einer vorgebbaren Wassermenge pro Zeiteinheit benetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Baustoff-Luft-Gemisch vor Erreichen der Düsen­ anordnung (7) eine Meßanordnung (5) zur Bestimmung seiner momentanen Dichte durchströmt, die aus einer auf einer Außenseite des Fördersystems (1) angeordneten Quelle (11) kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung und einem auf der senkrecht zur Strömungsrichtung (10) des Baustoff- Luft-Gemisches gegenüberliegenden Außenseite des Förder­ systems (1) angeordneten Nachweiselement (12) für von der Quelle (11) ausgesandte Strahlung aufgebaut ist, wobei die dem Nachweiselement (12) zugehörige Auswerteelektronik (13) ihrerseits der gemessenen Strahlungsintensität pro­ portionale elektrische Signale zur Steuerung und Regelung eines in der Zuleitung (15) der Düsenanordnung (7) als ventilartiges Regelelement installierten Servoventils (16) erzeugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (11) elektromagnetischer Strahlung ein Ame­ ricium-Strahler in hochsicherer Ausführung ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachweiselement (12) und die Auswerteelektronik (13) aus einem Strahlendetektor bekannter Art bestehen, der mit einer einem Servoventil (16) zuzuordnenden Steuer- und Regeleinheit ebenfalls bekannter Art kombiniert ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßanordnung (5) zur Bestimmung der Dichte des Baustoff-Luft-Gemisches zunächst ein Verwirbelungs- (2) und anschließend ein Beruhigungsrohr (3) vorgeschaltet werden.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenanordnung eine (7) an der Peripherie des För­ dersystems (1) angeordnete Ringdüse ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenanordnung (7) eine im Querschnitt des För­ dersystems (1) angeordnete Düsenlanze ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik (13) in bergbaukonformer eigen­ sicherer Bauart ausgeführt ist.