DE19858133A1 - Verfahren zur Schachtverfüllung und Verwendung von Zuschlagstoffen hierfür - Google Patents
Verfahren zur Schachtverfüllung und Verwendung von Zuschlagstoffen hierfürInfo
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- E21F15/00—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings
- E21F15/005—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings characterised by the kind or composition of the backfilling material
Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verfüllen von tiefen Schächten (20), insbesondere Bergwerksschächten, mit aushärtendem Material, das ein Bindemittel, vorzugsweise Zement, einen Zuschlagstoff, einen Zusatzstoff und Wasser aufweist. Der Zuschlagstoff hat mindestens eine Korngröße von 4 mm und weist eine möglichst rauhe Oberfläche auf.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verfüllen von tiefen Schächten, ins
besondere Bergwerkschächten, mit aushärtendem Material, vorzugsweise hydraulisch
aushärtendem Material, das ein Bindemittel, vorzugsweise Zement, einen Zuschlag
stoff, einen Zusatzstoff und Wasser aufweist.
Abgeworfene Schächte, insbesondere Bergwerksschächte, wurden früher mit Locker
massen verfüllt. Hiervon ist man aber bereits seit einiger Zeit abgegangen, weil das
eingefüllte Material nicht ausreichend schnell zur Ruhe kommt. Seit den 70er Jahren
hat man als Verfüllgut betonähnliches Material mit unterschiedlichen Druckfestigkeiten
und Güten ähnlich DIN 1040 eingesetzt. Dieses betonähnliche Material, im folgenden
aushärtendes Material genannt, liegt dem Verfahren der eingangs genannten Art zu
grunde.
Dieses aushärtende Material wird obertägig mittels geeigneter Anlagen hergestellt,
meist werden semimobile Anlagen vor Ort eingesetzt. Grundsätzlich kommt aber auch
Transportbeton in Frage.
Bekannt ist ein Verfahren, bei dem das einsatzfertig gemischte, aushärtende Material
obertägig in eine Rohrleitung eingefüllt wird, die kurz unter- oder oberhalb des Spie
gels des bereits in den Schacht eingefüllten Materials endet und die immer weiter nach
oben gezogen wird, je höher der Spiegel steigt. Das Einfüllen erfolgt mit einer Rohrlei
tung, also einem Füllrohr, weil bei den großen, zu verfüllenden Tiefen im freien Fall ein
Entmischen der Bestandteile des aushärtenden Materials eintritt. Unter einem "tiefen"
Schacht wird ein Schacht verstanden, der mindestens 30 oder 40 Meter tief ist. Übliche
Bergwerksschächte sind beispielsweise 1000 Meter tief. Wenn normaler Betonbrei her
gestellt aus Zement, Sand als Zusatzstoff, Kieselsteinen als Zuschlagstoff und Wasser
über eine Strecke von etwa 30 Meter oder mehr im freien Fall nach unten fällt, findet
ein Entmischen statt. Die typischerweise als Zuschlagstoff verwendeten Kieselsteine
lösen sich vom Betonbrei und fallen schneller als der Zementleim. Beim Auftreffen auf
den Boden des Schachts bzw. auf den Spiegel des bereits teilweise gefüllten Schachts
hat also das frei herabgefallene aushärtende Material nicht mehr die Mischung, die es
am Anfang des freien Falls hatte.
Durch die Rohrleitung wird der freie Fall behindert, auch wenn am Anfang, beim er
sten Füllen des Rohrs, die Bedingung eines freien Falls nicht zu vermeiden ist. Erst
wenn das Rohr bis nahe seines oberen, obertägigen Endes mit dem aushärtenden Ma
terial gefüllt ist, ist ein Zustand gegeben, dass nun die Strömgeschwindigkeit geregelt
werden kann, indem das Rohr mehr oder weniger angehoben wird.
Nicht nur das Einbringen und zur Verfügungstellen der Rohrleitung als solche, sondern
auch die Handhabung während des Einfüllens des aushärtenden Materials ist aufwen
dig, teilweise auch schwierig zu bewerkstelligen.
Bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik wird ein Zuschlagstoff verwendet, der
eine Korngröße kleiner 2 mm hat. Auch der Zusatzstoff ist unter dieser Korngröße.
Aufgrund der verwendeten kleinen Körner des Zuschlagstoffes findet ein Entmischen
auch im freien Fall im Bergwerksschacht nicht statt. Das aushärtende Material wird in
den Schacht eingefüllt, beispielsweise mit einem Förderband und fällt dann ohne eine
Rohrleitung frei nach unten.
Hierbei hat es sich aber gezeigt, dass das aushärtende Material an den Schachtwänden
anhaftet. Es ist bei einem freien Fall über eine große Strecke umwahrscheinlich, dass
das fallende Material völlig frei nach unten fällt, ohne in Kontakt mit den Wänden des
Schachts zu kommen. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass es an Vorsprüngen, die
in vielen Schächten vorhanden sind, hängenbleibt. All dies führt dazu, dass bei Beginn
einer Schachtverfüllung ein erheblicher Teil des eingebrachten Materials keineswegs
bis zum Boden des Schachtes gelangt, vielmehr vor der Schachtsohle bereits an den
Wänden des Schachts hängenbleibt. Bei Versuchen hat es sich gezeigt, dass nach Ein
bringen einer Menge des aushärtenden Materials, die eigentlich für eine Verfüllung
von beispielsweise 30 Metern ausgereicht hätte, am Boden des Schachts keineswegs
eine derartige Füllhöhe festgestellt wird, die Füllhöhe liegt allenfalls bei einigen Me
tern, das meiste Material ist an den Wänden des Schachtes hängengeblieben. Bei fort
laufender Verfüllung geht dann das Einfüllen relativ rasch, weil bereits die Wände mit
dem aushärtenden Material umkleidet sind.
Dieses Verfahren hat weiterhin den Nachteil, dass sich Verstopfungen und darunter
Hohlräume bilden können. Das aushärtende Material, das an den Schachtwänden hän
genbleibt, schafft eine Ausgangslage dafür, dass nachfolgendes Material daran haftet,
so dass der Schacht verschlossen wird, obwohl sich darunter noch ein Hohlraum befin
det. Bei Verfüllungen ist aber ein Hohlraum unbedingt zu vermeiden. Ein Hohlraum
kann sich mit Gas, beispielsweise Methan, füllen, weiterhin kann es später zu Bergschä
den kommen.
Es liegt daher im Sinne der Erfindung, hier eine Abhilfe zu schaffen, die die Nachteile
des bekannten Verfahrens der eingangs genannten Art vermeidet. Demgemäß liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art da
hingehend zu verbessern, dass eine Pfropfenbildung beim Einfüllen des aushärtenden
Materials in den Schacht vermieden wird. Dabei soll auch auf eine beim Einfüllen einzu
setzende Rohrleitung, die ständig oder schrittweise nach oben weggezogen werden
muss, verzichtet werden.
Ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe da
durch gelöst, dass der Zuschlagstoff mindestens eine Korngröße von 4 mm hat und
eine möglichst rauhe Oberfläche aufweist.
Der Erfindung liegt folgende Überlegung zugrunde:
Durch den relativ grobkörnigen Zuschlagstoff wird erreicht, dass Anbackungen beim Verfüllen nicht zu dick werden können, vielmehr jeweils wieder durch nachfallendes und -dringendes Material sogar abgetragen werden. Die relativ großen Körner, die ei nen Korndurchmesser vorzugsweise weit oberhalb von 4 mm, beispielsweise 16 mm oder 22 mm aufweisen können, kommen mit den Schachtwänden und den dort be reits befindlichen Ablagerungen des aushärtenden Materials in Kontakt und schleifen beim Herunterfallen immer wieder das Material ab, reißen es also nach unten mit. Durch die groben Körner wird somit vermieden, dass sich merkliche Ablagerungen an den Wänden bilden können, die Gefahr einer Pfropfenbildung wird auf diese Weise gebannt.
Durch den relativ grobkörnigen Zuschlagstoff wird erreicht, dass Anbackungen beim Verfüllen nicht zu dick werden können, vielmehr jeweils wieder durch nachfallendes und -dringendes Material sogar abgetragen werden. Die relativ großen Körner, die ei nen Korndurchmesser vorzugsweise weit oberhalb von 4 mm, beispielsweise 16 mm oder 22 mm aufweisen können, kommen mit den Schachtwänden und den dort be reits befindlichen Ablagerungen des aushärtenden Materials in Kontakt und schleifen beim Herunterfallen immer wieder das Material ab, reißen es also nach unten mit. Durch die groben Körner wird somit vermieden, dass sich merkliche Ablagerungen an den Wänden bilden können, die Gefahr einer Pfropfenbildung wird auf diese Weise gebannt.
Wichtig ist dabei die relativ rauhe Oberfläche der Zuschlagstoffe. Die Zuschlagstoffe
wirken auf diese Weise wie Schmiergelteilchen, sie reiben mit ihrer rauhen Oberfläche
an den Schachtwänden entlang und reißen das dort bereits angebackene, noch nicht
ausgehärtete Material ab und mit sich in die Tiefe. Auf diese Weise sind Schachtverfül
lungen ohne ständige Überwachungen möglich.
Voraussetzung dafür, dass das nachfallende und -dringende Material bereits abgelager
te Anbackungungen abgetragen kann, ist, dass diese noch nicht ausgehärtet sind. Es
muss daher so rasch verfüllt werden, dass nicht schon ein Aushärten einsetzen konnte.
Die Erfindung ermöglicht ein sehr zügiges Einfüllen.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung hat der Zuschlagstoff ein spezifisches
Gewicht, das nahe, vorzugsweise gleich ist dem spezifischen Gewicht des einsatzferti
gen Materials, ohne den Zuschlagstoff. Unter einem naheliegenden spezifischen Ge
wicht wird dabei ein spezifisches Gewicht verstanden, das sich um maximal eins vom
spezifischen Gewicht des einsatzfertigen Materials ohne den Zuschlagstoff unterschei
det, vorzugsweise ist der Unterschied kleiner als 0,5. Das spezifische Gewicht des Mate
rials ohne Zuschlagstoff liegt typischerweise zwischen 1 und 2 Gramm pro Kubikzenti
meter.
Im luftleeren Raum fallen alle Körper gleich schnell, es gilt das Fallgesetz v = g*t. Mit
zunehmender Fallzeit t wächst die Geschwindigkeit v linear an, der Proportionalitäts
faktor ist die Erdbeschleunigung g.
Beim Fall in Luft bremst die Luft mehr oder weniger, was beispielsweise dazu führt,
dass Regentropfen trotz ihrer oft sehr großen Faltstrecke eine deutlich geringere Ge
schwindigkeit beim Auftreffen auf die Erde haben, als dies nach dem Fallgesetz sich
ergeben würde.
Bei dem erfindungsgemäßen aushärtendem Material wird nun vermieden, dass sich
Zuschlagstoff und Betonbrei voneinander trennen können. Betonbrei ist dabei die
Mischung aus dem Bindemittel Zement, dem Zuschlagstoff und Wasser. Eine Trennung
wird dadurch vermieden, dass der Zuschlagstoff etwa im selben Bereich der spezifi
schen Dichte (des spezifischen Gewichts) liegt wie der Betonbrei, mit der Folge, dass
der Zuschlagstoff etwa gleich schnell im Schacht nach unten fällt wie der Betonbrei,
also keine Differenzgeschwindigkeit zwischen beiden auftritt, so dass einem Entmi
schen entgegengewirkt wird.
Da der Zuschlagstoff zudem eine möglichst rauhe Oberfläche hat, kann sich der Beton
brei schlecht vom Zuschlag lösen, dadurch wird ebenfalls einer Entmischung entge
gengewirkt.
Beide Maßnahmen wirken zusammen. Je rauher also die Oberfläche des Zuschlags ist,
umso unterschiedlicher können die spezifischen Gewichte sein. Je glatter dagegen die
Oberfläche des Zuschlags ist, umso näher muss das spezifische Gewicht des Zuschlags
demjenigen des Betonbreis sein.
Das spezifische Gewicht des Zuschlagstoffs kann durch geeignete Maßnahmen beein
flußt werden, beispielsweise durch Blähverfahren oder andere Maßnahmen, um innere
Hohlräume zu schaffen. Wenn vom spezifischen Gewicht des Zuschlagstoffs die Rede
ist, so wird hierunter nicht ein Mittlung über eine große Menge an Zuschlagstoff ver
standen, sondern es muss für jedes einzelne Körnchen im wesentlichen die Bedingung
erfüllt sein, dass sein konkretes spezifisches Gewicht möglichst nahe dem spezifischen
Gewicht des Betonbreis ist. Auf diese Weise ist für jedes einzelne Korn die Bedingung
erfüllt, dass es in Luft im wesentlichen gleich schnell nach unten fällt wie der Beton
brei, der zumindest teilweise das Korn umgibt, vorzugsweise es ganz umhüllt.
Schließlich kann man einem Entmischen im freien Fall noch dadurch entgegen wirken,
dass man einen möglichst feinkörnigen Zuschlagstoff verwendet. Je feinkörniger er ist,
desto besser ist die Kohäsion des Betonbreis. Ein feinkörniger Zuschlagstoff hat aller
dings den Nachteil, dass er üblicherweise teuer ist. Für einen feinkörnigen Zuschlag
muss mehr Zementleim zur Verfügung gestellt werden als bei grobkörnigerem Zu
schlagstoff. Man ist daher bestrebt, möglichst nicht zu feinkörnigen Zuschlagstoff ein
zusetzen, hierdurch wird der Preis für das aushärtende Material, das obertägig zuberei
tet wird, erniedrigt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können Zuschlagstoffe bis 16 mm Korndurch
messer günstig verarbeitet werden. Es sind auch noch höhere Korndurchmesser bis 22
mm und darüber möglich, dies insbesondere dann, wenn das spezifische Gewicht mög
lichst nahe an demjenigen des Betonbreis liegt.
Als Zuschlagstoff kommen insbesondere kohäsive Materialien in Frage. Der Zuschlag
stoff kann aus natürlichen und/oder industriellen Stoffen (bis zum Grenzwert der LAGA
Z2) hergestellt werden. Diese Korngrößen zeigen typischerweise eine Verteilungskurve
von 0 bis 16 mm. Man kann dabei die Kornkurven steuern, also beispielsweise beson
ders viel grobkörniges Material oder besonders viel kleinkörniges Material einsetzen.
Als besonders bevorzugt hat sich die Verwendung folgender Zuschlagstoffe erwiesen:
Brechsand, Oesesand, (Kalkstein aus dem Bereich des Flusses Oese), Rheinsand, Remex- Sand, Granulat, Giessereireststoffe, Rostasche, Hüttensand, Reststoffe aus der Kohlen aufbereitung, Giessereialtsand, Reststoffe aus Eisen- und Hüttenindustrie, Reststoffe aus Stahlindustrie und Reststoffe aus Chemie-Betrieben.
Brechsand, Oesesand, (Kalkstein aus dem Bereich des Flusses Oese), Rheinsand, Remex- Sand, Granulat, Giessereireststoffe, Rostasche, Hüttensand, Reststoffe aus der Kohlen aufbereitung, Giessereialtsand, Reststoffe aus Eisen- und Hüttenindustrie, Reststoffe aus Stahlindustrie und Reststoffe aus Chemie-Betrieben.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprü
chen sowie der nun folgenden Beschreibung eines nicht einschränkend zu verstehen
den Ausführungsbeispiels, das unter Bezugnahme auf die Zeichnung im folgenden
näher erläutert wird. Anhand dieses Ausführungsbeispiels wird das erfindungsgemäße
Verfahren dargestellt. In der Zeichnung, die nur eine einzige Figur hat, ist ein Quer
schnitt durch einen tiefen Schacht dargestellt, der verfüllt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch ein tiefer Schacht 20 recht schnell
verfüllt werden. Da eine Pfropfenbildung nicht zu befürchten ist und das Einbringen
unter langsamem Hochziehen einer dem Füllen dienenden Rohrleitung nicht mehr
erforderlich ist, kann der Schacht 20 praktisch so schnell verfüllt werden, wie das aus
härtende Material obertägig in einer Mischanlage 22 hergestellt und von dort in die
Schachtöffnung 24 eingegeben werden kann. Es gelingt auf diese Weise, auch sehr tie
fe Schächte relativ rasch, z. B. in einem Tag zu füllen. Dies war bisher nach dem Stand
der Technik nicht möglich.
Die semimobile Mischanlage 22 befindet sich obertägig neben der Schachtöffnung 24.
Mittels eines Förderbandes 26 wird das einsatzfertig gemischte, hydraulisch aushär
tende Material in die Schachtöffnung 24 eingebracht und fällt in zusammenhaltenden
Materialklumpen 28 nach unten. Dabei kann es zu Anbackungen 30 an der Schachtwand
kommen. Diese werden aber immer wieder durch das nachstürzende Material abge
tragen. Das Einbringen des aushärtenden Materials geht so rasch, dass die Anbackun
gen 30 nicht aushärten können.
Der Schacht 20 ist bereits zu einem geringen Teil gefüllt, der Spiegel des eingefüllten
Materials ist mit 32 gekennzeichnet.
Der Schacht 20 ist in der Figur nur schematisch dargestellt. Es ist eine querlaufende
Sohle 34 eingezeichnet, die links durch eine Mauer 36 zugemauert ist, rechts ist die
Sohle offen. Im linken Bereich wird der Raum rechts der Mauer 36 durch das aushär
tende Material praktisch vollständig aufgefüllt. Ein Ansatz durch abgelagertes Material
hat sich bereits gebildet. Im rechten Bereich der Sohle 34 wird sich ein im gezeigten
Querschnitt der Figur etwa dreiecksförmiger Betonkörper ergeben, rechts von ihm
bleibt die Sohle 34 frei.
Nachfolgend wird ein Beispiel für ein Mischungsverhältnis des erfindungsgemäßen
aushärtenden Materials gegeben:
1270 kg Brechsandmix
120 kg Hochofenzement CEM III/B 32,5-NW/HS/NA (besonders schwindsicher, laugenfest, wenig Hydratationswärme)
230 Liter Wasser (bezogen auf 0% Eigenfeuchte der obigen Materialien).
1270 kg Brechsandmix
120 kg Hochofenzement CEM III/B 32,5-NW/HS/NA (besonders schwindsicher, laugenfest, wenig Hydratationswärme)
230 Liter Wasser (bezogen auf 0% Eigenfeuchte der obigen Materialien).
Eine Zugabe von 10% mehr Wasser hat sich als günstig erwiesen, weil dadurch die Ver
arbeitbarkeit des Materials besser ist.
Die 1.270 kg Brechsandmix bestehen zu 50 Gewichtsprozent aus Rostasche mit der Kör
nung 0 bis 16 mm und zu 50 Gewichtsprozent aus Brechsand mit der Körnung 0 bis 2
mm. Unter Brechsand wird der feinkörnige Rückstand aus der Baustoffaufbereitung,
insbesondere Aufbereitung von Bauschutt ohne humöse Bestandteile (keine Erde) ver
standen.
Vorzugsweise sind mindestens 20 Volumenprozent des Brechsandmixes Körner mit
einer Korngröße oberhalb von 10 mm, insbesondere sind es 30, vorzugsweise 40 und
insbesondere 50%, die einen größeren Korndurchmesser als 10 mm aufweisen.
Das aushärtende Material erhärtet hydraulisch mit einer Druckfestigkeit größer =
2 MN/m2 (vereinfacht als B2 bezeichnet).
Claims (10)
1. Verfahren zum Verfüllen von tiefen Schächten (20), insbesondere Bergwerks
schächten, mit aushärtendem Material, das ein Bindemittel, vorzugsweise Zement,
einen Zuschlagstoff, einen Zusatzstoff und Wasser aufweist, dadurch gekennzeich
net, dass der Zuschlagstoff mindestens eine Korngröße von 4 mm hat und eine
möglichst rauhe Oberfläche aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschlagstoff ein
spezifisches Gewicht hat, das nahe, vorzugsweise gleich ist dem spezifischen Ge
wicht des einsatzfertigen Materials, ohne den Zuschlagstoff.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschlagstoff eine
Verteilungskurve von 0 bis 16 mm aufweist, vorzugsweise eine Verteilungskurve
von 0 bis 22 mm hat.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aushärtende Mate
rial beim Einfüllen einen Wasseranteil von 20 bis 30% hat.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschlagstoff eine
Vielzahl von inneren Poren bzw. Luftkammern hat.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschlagstoff kohä
siv ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stoff verwendet
wird, der von Hause aus oder nach Aufbereitung einen Feinanteil aufweist, der den
Zusatzstoff bildet und zugleich einen Grobanteil hat, der den Zuschlagstoff bildet,
insbesondere Rostasche, Brechsand.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schächte (20) so züg
ig verfüllt werden, dass bereits gebildete Ablagerungen (30) nicht merklich aushär
ten können, bevor sie vom Spiegel (32) des eingefüllten aushärtenden Materials
erreicht werden.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Zement ein Zement
mit geringer Schwindung, Laugenfestigkeit und geringer Hydratationswärme, ins
besondere ein Hochofenzement, eingesetzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 20 Volu
menprozent, vorzugsweise 30, insbesondere 40 und vorzugsweise mindestens 50
Volumenprozent des Zuschlagstoffes einen Korndurchmesser größer 10 mm auf
weisen.
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Owner name: DAHME BAUSTOFF GMBH, 12557 BERLIN, DE |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8130 | Withdrawal |