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Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf die Ausbildung von Schächten für unterirdische Minen. Sie hat spezielle, aber nicht ausschließliche Anwendung auf die Ausbildung eines Minenschachts, durch den ein Zugang zu unterirdischer Bergbauaktivität und für die Gewinnung von abgebautem Material geschaffen wird, nachdem der Minenschacht ausgebildet wurde, sie kann jedoch auch Anwendung auf die Ausbildung von Schächten für andere Zwecke wie z. B. für die Verwendung als Belüftungsschächte für unterirdische Minen haben.
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Hintergrund der Erfindung
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Moderne große Blockbruchminen erfordern signifikante Zeit zur Entwicklung und eine sehr signifikante frühe Investition. Beide von diesen Faktoren machen ihren finanziellen Erfolg hinsichtlich des Kapitalwerts äußerst empfindlich gegen die Geschwindigkeit, mit der sie in Betrieb genommen werden können. Tiefe Höhlenminen erfordern einen Schachtzugang und die Entwicklung dieses Schachtzugangs bildet den anfänglichen Teil der Minenentwicklung und liegt daher direkt auf dem kritischen Projektweg, d. h. bis die anfänglichen Schächte fertig gestellt sind, kann keine andere unterirdische Entwicklungsaktivität begonnen werden.
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Herkömmliche Schachtabteufungsvorgänge werden durch Bohren und Sprengen, um Material auszugaben, um ein Loch zu bilden, und Entfernen des ausgegrabenen Materials durch ein Materialfördersystem, durch das das ausgegrabene Material aufgenommen und in Förderkübeln abgelegt wird, die an Seilen zur Oberfläche angehoben werden, die zu einem Förderturm und einer Winde verlaufen, die an der Oberfläche der Mine installiert sind, ausgeführt. Dieser Materialfördervorgang erfordert qualifizierte Arbeiter und ist von Natur aus gefährlich für Bergleute, die die Ausrüstung an der Unterseite des Schachts führen und betreiben müssen, während er gebildet wird. Überdies ist die Geschwindigkeit, mit der das ausgegrabene Material entfernt werden kann, durch den Bedarf, Vorgänge zum Bohren und Sprengen anzuhalten, die Schwierigkeit des Ladens von Material mit variabler Größe in die Förderkübel und die begrenzte Geschwindigkeit, mit der die Förderkübel angehoben und abgesenkt werden können, da sie sich gewöhnlich an den sehr langen Seillängen herum bewegen, während die Abteufung fortschreitet, begrenzt.
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Es gab Vorschläge zum Erhöhen der Geschwindigkeit, mit der die Abteufung fortschreiten kann, unter Verwendung einer Erdbohrmaschinenanlage. Beispielsweise das Patent 3 965 995 der Vereinigten Staaten von Sugden, das einen Vorschlag zur Verwendung eines Schneidrades offenbart, das sich um einen horizontalen röhrenförmigen Träger dreht, wobei das Schneidgut in den röhrenförmigen Träger gelenkt wird, damit es durch einen Endlosbehälter aufgenommen wird, der es zu einer Entleerungsstation nach oben trägt. Ein weiteres Beispiel ist das Patent 4 589 502 der Vereinigten Staaten von Salter et al., das einen Vorschlag zur Verwendung einer Schachtabteufungsvorrichtung offenbart, die eine Erdbohrmaschine mit einem Drehschneidkopf und einer Kübelfördereinrichtung zum Tragen von Schneidklein zu einem Zuführungsbehälter verwendet, der an der Bohrmaschine installiert ist, von dem das Schneidklein in ein Fördergefäß zugeführt werden kann, das durch einen Kran zur Bodenoberfläche angehoben wird. Diese Vorschläge des Standes der Technik beinhalten jedoch immer noch das direkte Füllen von Förderkübeln, Behältern oder Fördergefäßen und die Betriebsgeschwindigkeit und Kapazität von solchen Systemen ist somit begrenzt, indem solche Füllvorrichtungen an der Station vorhanden sind, d. h. wenn keine Füllvorrichtung an der Entleerungsstation für eine solche Erdbohrmaschinenanlage vorhanden ist, müssen die Maschinen das Schneiden vorübergehend anhalten, bis eine weitere Füllvorrichtung zur Verfügung steht. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Entwicklung eines robusteren und effektiveren Entfernungssystems, das ermöglicht, dass die fortgesetzte Zufuhr von ausgegrabenem Material von solchen Maschinen fortfahrt, selbst wenn keine Füllvorrichtungen an der Station vorhanden sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Entfernen von ausgegrabenem Material aus einem Minenschacht während der Bildung des Minenschachts für eine unterirdische Mine geschaffen, das umfasst:
Transportieren von ausgegrabenem Material nach oben auf einer im Wesentlichen kontinuierlichen Basis von einem Ausgrabungsbereich des Schachts zu einer Übergabestation über dem Ausgrabungsbereich;
Ablagern des transportierten ausgegrabenen Materials in mindestens einem Lagerbehälter, der an der Übergabestation angeordnet ist;
zyklisches Entleeren der diskreten Behälterladungen von ausgegrabenem Material von der Vielzahl von Lagerbehältern in eine gleiche Vielzahl von Fördergefäßen, die jeweils jedem der Lagerbehälter zugeordnet sind und entlang Fördergefäßführungen innerhalb des Schachts auf- und abbewegbar sind;
zyklisches Anheben jedes Fördergefäßes, nachdem es eine diskrete Behälterladung von ausgegrabenem Material aufnimmt, zu einem Erdoberflächenbereich, Entleeren der Ladung von ausgegrabenem Material aus dem Fördergefäß im Oberflächenbereich und Absenken des Fördergefäßes zurück zur Übergabestation, um eine weitere diskrete Behälterladung von Material von dem jeweiligen zugehörigen Behälter aufzunehmen; und
periodisches Umpositionieren der Übergabestation und der Lagerbehälter an nacheinander nach unten verlagerten Orten im Schacht, während die Ausgrabung vor sich geht.
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Es können ein Paar von Lagerbehältern an der Übergabestation und ein Paar von Fördergefäßen vorhanden sein, die innerhalb des Schachts entlang benachbarter Wege nacheinander auf- und abbewegbar sind, um die diskreten Ladungen von ausgegrabenem Material aufzunehmen und diese Ladungen zum Erdoberflächenbereich zur Entleerung im Erdoberflächenbereich zu transportieren und dann nach unten zur Übergabestation zurückzukehren.
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Die Fördergefäße können durch jeweilige Fördergefäßführungen eingeschränkt sein, um sich entlang Wegen zu bewegen, die innerhalb eines Seitensegments des Schachts mit einer Querschnittsfläche angeordnet sind, die geringer als 50% der Querschnittsfläche des Schachts ist.
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Das ausgegrabene Material kann durch eine Fördereinrichtung zur Übergabestation transportiert werden, die der Übergabestation zugeordnet ist.
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Die Fördereinrichtung kann ein vertikal bewegliches unteres Ende aufweisen, das zwischen der periodischen Umpositionierung der Übergabestation über einen begrenzten Abstand nach unten bewegt wird, während die Ausgrabung vor sich geht.
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Die periodische Bewegung der Übergabestation kann in Reaktion auf die Installation von Schachtauskleidungsverlängerungen unter der Übergabestation stattfinden.
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Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Bilden eines Minenschachts für eine unterirdische Mine, das umfasst:
Ausgraben von Erde, um ein Loch zu bilden, das sich von einem Erdoberflächenbereich nach unten erstreckt; und
Entfernen von ausgegrabenem Material aus dem Schacht durch das vorstehend definierte Verfahren.
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Die Ausgrabung von Erde kann durch eine Erdbohrmaschine mit einem Drehschneidkopf durchgeführt werden.
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Das Loch kann fortschreitend mit einer Schachtauskleidung ausgekleidet werden, die eine Führung für das oder jedes Fördergefäß beinhaltet, durch Installation von aufeinander folgenden Auskleidungs- und Fördergefäßführungsverlängerungen unter der Übergabestation, um die Auskleidung und die Fördergefäßführung vor der Abwärtsumpositionierung der Übergabestation zu verlängern.
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Die Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zum Entfernen von ausgegrabenem Material aus einem Minenschacht während der Bildung des Schachts, die umfasst:
eine Fördereinrichtung zum Transportieren von ausgegrabenem Material nach oben aus einem Ausgrabungsbereich zu einer Übergabestation;
eine Vielzahl von Lagerbehältern, die an der Übergabestation angeordnet sind, um ausgegrabenes Material von einem oberen Teil der Fördereinrichtung aufzunehmen, so dass das transportierte ausgegrabene Material vorübergehend in den Behältern gelagert wird, um statische diskrete Behälterladungen aus ausgegrabenem Material aufzubauen;
eine gleiche Vielzahl von Fördergefäßen, die jeweils jedem der Lagerbehälter zugeordnet sind und an Fördergefäßführungen innerhalb des Schachts jeweils zyklisch auf- und abbewegbar sind, um diskrete Behälterladungen von ausgegrabenem Material von einem jeweiligen der Lagerbehälter an der Übergabestation aufzunehmen, dieses Material zu einem Erdoberflächenbereich zum Entleeren im Oberflächenbereich zu transportieren und zur Lagerstation zurückzukehren, um weiteres ausgegrabenes Material zu empfangen.
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Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine Vorrichtung zum Bilden eines Minenschachts für eine unterirdische Mine, die umfasst:
eine Ausgrabungsmaschine zum Ausgraben von Erde, um ein Loch zu bilden, das sich von einem Erdoberflächenbereich nach unten erstreckt; und
eine Vorrichtung, wie vorstehend definiert, zum Entfernen von durch die Ausgrabungsmaschine ausgegrabener Erde.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Damit die Erfindung vollständiger erläutert werden kann, wird eine spezielle Ausführungsform im Einzelnen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 ein Schachtabteufungssystem darstellt, das gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist und betrieben wird;
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2 ein vertikaler Querschnitt durch das Schachtabteufungssystem ist;
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3 ein vertikaler Querschnitt durch einen oberen Teil des Systems ist;
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4 und 5 horizontale Querschnitte durch den oberen Teil des Systems sind; und
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6 und 7 die Konstruktion eines Paars von Fördergefäßen und Fördergefäßführungen, die in das System integriert sind, darstellen.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Die Zeichnungen stellen eine Minenschachtbohrvorrichtung dar, die im Allgemeinen als 20 bezeichnet ist und die in einem Schachtloch 19 angeordnet ist. Diese Vorrichtung umfasst eine Bohrmaschine 21 und eine Handhabungseinheit 22 für ausgegrabenes Material, die über der Bohrmaschine angeordnet ist und betriebsfähig ist, um ausgegrabenes Material von der Bohrmaschine aufzunehmen und es zu Fördergefäßen für den Transport zur Bodenhöhe zu überführen und es auf der Bodenhöhe an eine geeignete Förderanlage oder einen anderen Transport zur Entsorgung zu entleeren.
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Die Erdbohrmaschine 21 weist einen Drehschneidkopf 23 auf, der mit Schneidvorrichtungen 25 ausgestattet ist und am unteren Ende eines Hauptmaschinenrahmens 26 angebracht ist. Der Schneidkopf ist um eine vertikale Achse drehbar, so dass die Maschine betriebsfähig ist, um ein im Allgemeinen zylinderförmiges Loch zu bohren. Kübelfördereinrichtungen 45, 46 transportieren das ausgegrabene Material vom Schneidkopf nach oben zur Materialhandhabungseinheit 22, die über der Bohrmaschine angeordnet ist.
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Der Hauptmaschinenrahmen 26 kann innerhalb des gebohrten Lochs durch die Betätigung von hydraulisch betätigten Stabilisierungsstützböcken 27, 28, die obere und untere Greifer 29, 30 betätigen, um die Seitenwände des Schachts zu greifen, um die Position der Bohrmaschine im Schacht zu stabilisieren, stabilisiert oder in der Position verriegelt werden. Die Bohrmaschine kann durch schrittweisen Vorschub des Hauptrahmens 26 durch Betätigung der Stabilisierungsstützböcke 27, 28 und Greifer 29, 30 in bekannter Weise nach unten vorgeschoben werden.
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Die Materialhandhabungseinheit 22 umfasst ein Schachtgerüst oder einen Hauptrahmen 31, der durch eine Reihe von Plattformen oder Decks 31a gebildet ist, die durch auf dem Umfang beabstandete vertikale Bolzen 32 miteinander verbunden sind.
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Das Schachtgerüst 31 kann in den Schacht an Seilen abgesenkt werden und ist unabhängig von der Bohrmaschine 21 abgestützt.
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Die Materialhandhabungseinheit 22 umfasst eine Materialübergabestation 33 mit einem Paar von Lagerbehältern in Form von Trichtern 34, die nebeneinander am Schachtgerüst 31 angebracht sind. Das Schachtgerüst trägt auch eine Kübelfördereinrichtung 46, die ausgegrabenes Material von der Bohrmaschine 21 nach oben durch den Schacht zu einem Ort oberhalb der Übergabestation transportiert, von der es das ausgegrabene Material auf Entleerungsrampen 35 und in die Behälter 34 entleert. Die Fördereinrichtung 46 wird betrieben, während der Schneidkopf 23 schneidet, um das ausgegrabene Material in die Behälter zuzuführen, und das Material wird nacheinander aus den Behältern in ein Paar von Fördergefäßen 36 entleert, die an Seilen 40 von der Bodenhöhe angehoben werden und mit Rädern 37 ausgestattet sind, die an am Schacht eingebauten vertikalen Führungen 38 in der nachstehend zu beschreibenden Weise laufen.
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Die Fördergefäße 36 können Bogengatter-Bodenentleerungsfordergefäße sein, wie in 6 und 7 gezeigt. Die Oberseite und Unterseite jedes Fördergefäßes ist mit zwei Sätzen von Rädern 37 ausgestattet, um auf drei Seiten der jeweiligen vertikalen Führungen 38 zu laufen. Jedes Fördergefäß ist auch mit Laufleisten 50 mit offenem Kanal ausgestattet, die mit Verschleißblöcken ausgekleidet sind, um entlang der Führung zu laufen.
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Die Fördergefäße 36 werden hintereinander betrieben, so dass, wenn ein Fördergefäß von der Übergabestation 33 auf die Bodenhöhe angehoben wird, das andere Fördergefäß zur Ladestation abgesenkt wird. Wenn ein Fördergefäß 36 die Ladestation erreicht, wird der untere Boden des jeweiligen Behälters 34 bewegt, um Material, das im Behälter gelagert ist, durch die Auslassöffnung 39 in das Fördergefäß zu entleeren. Der Inhalt des Behälters entleert sich schnell, um eine vorbestimmte diskrete Ladung von Material in das Fördergefäß zu entleeren, und die untere Tür des Behälters wird geschlossen. Jeder Behälter weist ausreichend Kapazität auf, um Material von der Fördereinrichtung 46 anzusammeln, wenn das Fördergefäß an die Oberfläche angehoben wird, sein Inhalt durch Öffnen des unteren Bogengatters entleert wird und das Fördergefäß erneut zur Ladestation abgesenkt wird, um eine weitere diskrete Materialladung aufzunehmen.
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Die Fördergefäße 36 sind als lange rechteckige Behälter ausgebildet, die so angeordnet sind, dass sie sich vertikal entlang eines Seitenabschnitts oder -segments 52 des Schachts erstrecken. Dieser Abschnitt des Schachts, der beträchtlich weniger als 50% des Schachtquerschnitts belegt, kann vom Rest des Schachtraums durch ein Stahlgerüst abgeteilt sein, das die Fördergefäßführungen 38 trägt und in eine Schachtauskleidung 42 gesetzt ist, die innerhalb des Schachts installiert wird, wenn die Bohrung fortschreitet. Typischerweise kann die maximale Breite des Seitensegments 52 des Schachts nicht mehr als etwa ein Drittel des Schachtdurchmessers sein.
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Wie in 2 und 3 gezeigt, kann der Schacht mit Luftkanälen 43 und einem Förderbehälter oder Lift 44 für die Beförderung von Menschen und Materialien zu den Decks des Schachtgerüsts 34 und zum Hauptrahmen der Bohrmaschine ausgestattet sein, wobei ein zentraler Bereich 51 des Schachts als Hebeliftkammer verfügbar bleibt.
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Da die Fördergefäße 36 eingeschränkt sind, so dass sie an Führungen laufen, die durch das Gerüst 41 fest an der Schachtauskleidung verankert sind, können sie eine sehr robuste Konstruktion aufweisen und können entlang der Führungen und innerhalb des Schutzgerüsts viel schneller angehoben und abgesenkt werden, als die vorher zum Überführen von ausgegrabenem Material zur Oberfläche verwendeten Behälter. Die Auskleidung 42 kann aus Beton gebildet sein, und um die fortschreitende Verlängerung der Auskleidung und der Führungen für die Fördergefäße zu ermöglichen, können die Schachtauskleidung und die Fördergefäßführungen durch Installation von aufeinander folgenden Auskleidungs- und Fördergefäßführungsverlängerungen unter der Übergabestation 33 vor Bewegungen der Fördergefäße in die Verlängerungen der Auskleidung verlängert werden, während Material befördert und überführt wird, während die Schachtabteufung vor sich geht.
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Wenn Schachtbohrvorgänge vor sich gehen, kann die Bohrmaschine in aufeinander folgenden Inkrementen durch eine abwechselnde Betätigung der Stabilisierungsstützböcke 27, 28 vorgeschoben werden, um zu ermöglichen, dass sich die Maschine das Loch hinab bewegt. Das untere Ende der Fördereinrichtung ist durch die Bewegung einer unteren Schleife 46a der Fördereinrichtung mit einer Kompensationsbewegung einer oberen Schleife 46b vertikal ausfahrbar, um einen fortgesetzten Transport von ausgegrabenem Material durch die Fördereinrichtung zur Übergabestation und Entleerung in Trichter 34 zu ermöglichen, ohne die Übergabestation zu bewegen, wenn sich der Schneidkopf der Bohrmaschine und die Fördereinrichtung 45 über einen begrenzten Abstand bewegen. Während dieser Zeit kann eine Verlängerung der Schachtauskleidung 42 (nicht dargestellt) unter der Übergabestation installiert werden, insbesondere an den Plattformen oder Deckes unmittelbar unter den untersten Positionen der Fördergefäße 36 in der Auskleidungsinstallationszone 90 während der dann aktuellen Materialübergabe- und Materialanhebevorgänge.
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Die Auskleidung kann durch direktes Spritzen von Beton auf das gebohrte Loch durch eine Schlickleitung installiert werden, die sich von der Oberfläche erstreckt und Beton durch einen Verteiler zu einem oder mehreren, typischerweise zwei, manuell betätigten Aufbringungsschläuchen zuführt. Alternativ kann der Beton in eine Schalung gegossen werden, anstatt dass er gespritzt wird, oder die Auskleidung kann aus vorgegossenen Komponenten zusammengefügt und an der Wand durch Verschrauben oder andere zweckmäßige Mittel befestigt werden. Verlängerungen der Fördergefäßführungen und des Fördergefäßführungsgerüsts können dann installiert werden, so dass sie an der Auskleidung fest verankert werden. Die Einheit 22 kann dann abgesenkt werden, so dass die Ladestation abgesenkt wird und ermöglicht wird, dass die Fördergefäße 36 an den verlängerten Führungen innerhalb der verlängerten Auskleidung laufen. Wenn die Auskleidung in nasser Form auf das Bohrloch durch Spritzen oder andere Mittel aufgebracht wird, muss ausreichend Zeit belassen werden, damit der Beton härtet, bevor die Ladestation abgesenkt wird.
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Da die Übergabestation unabhängig von der Bohrmaschine abgestützt ist, kann sie in inkrementalen Schritten oder in im Wesentlichen kontinuierlichen Bewegungen, die den Bewegungen der Bohrmaschine entsprechen können oder nicht, bewegt werden. Typischerweise geschehen solche Bewegungen in Reaktion auf den Bedarf an einer Umpositionierung, um eine weitere Verlängerung der Schachtauskleidung durchzuführen.
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Die Erfindung ermöglicht die Entwicklung eines Materialübergabe- und Materialhebesystems, während das Loch fortschreitet, unter Verwendung von Fördergefäßen, die robust sein können und schneller als Förderkübel und andere ungeführte Behälter angehoben und abgesenkt werden können. Das dargestellte System ist in der Lage, ausgegrabenes Material mit einer Rate gleich jener zu bewegen, die für die Entfernung von Material in einer Betriebsmine erforderlich ist. Die Kapazität hängt von der Größe des Hebezeugs an der Oberfläche und von der Tiefe des Schachts ab, aber eine typische Installation sollte zu einer Bewegung von mindestens 4500 Tonnen von ausgegrabenem Material pro Tag in der Lage sein. Folglich können die Übergabestation und die Fördergefäßhebeausrüstung, wie während des Schachtabteufungsvorgangs installiert, in der Position belassen und anschließend zum Wiedergewinnen von Material von einer anschließend entwickelten Betriebsmine verwendet werden.
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Das dargestellte System wurde nur beispielhaft vorgebracht und es könnte beträchtlich modifiziert werden, einschließlich verschiedener Fördergefäßführungsanordnungen. Verschiedene Arten von Bohrmaschinen könnten in einer Vorrichtung oder einem Verfahren gemäß der Erfindung verwendet werden. Solche Bohrmaschinen könnten verschiedene Typen von Schneidvorrichtungen verwenden oder können hydraulische oder andere Typen von Ausgrabung verwenden. Die Ausgrabung kann alternativ durch Bohr- und energiearme Sprengvorgänge beispielsweise durch Bohren von kleinen eng beabstandeten Löchern, die mit energiearmen Ladungen gefüllt werden, ausgeführt werden. Das ausgegrabene Material kann für den Transport zur Übergabestation durch ein beliebiges geeignetes Mittel wie z. B. durch Wasserschlammtransport aufgenommen werden. Es wäre auch möglich, eine Materialklassierungseinheit an der Ausgrabungsmaschine zu installieren, um das ausgegrabene Material in einen Zustand zu zerkleinern oder anderweitig zu klassieren, der zum Laden auf das untere Ende der Fördereinrichtung geeignet ist, die es zur Übergabestation transportiert.
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Selbstverständlich können diese und viele weitere Modifikationen und Veränderungen vorgenommen werden, ohne vom Schutzbereich der Erfindung und der beigefügten Ansprüche abzuweichen.
