DE2035934A1 - Hydraulisch-pneumatisches Verfahren zum Abtragen oder Abbauen von Feststoffen unter Wasser oder sonstigen Flüssigkeiten - Google Patents

Description

• fiydraulisch-pneumatisches Verfahren zum Abtragen oder Abbauen von Feststoffen unter Wasser oder sonstigen Flüssigkeiten Die erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtragen von Eeststoffen unter Wasser oder sonstigen Flüssigkeiten mit Hilfe von Flüssigkeits- oder Gasstrahlen, die auch Eeststoffbeimengungen enthalten können, wobei die Umgebungsflüssigkeit durch Einblasen von Gas insbesondere Luft gezielt örtlich zu einem Gemisch geringerer Dichte und Zähigkeit gemacht wird bzw. die Umgebungsflussigkeit auch ganz verdrängt wird, insbesondere für den Abbau von Kohle und Erzen unter Wasser.
• I-lydraulische Abbauverfahren machen sich die Tatsache zunutze, daß die Geschwindigkeitsenergie eines Wasserstrahles beim Auftreffen auf Festkörper an diesen mechanische Veränderungen, wie Fvrmänderungen, Zerkleinerungen und Beschleunigung hervorrufen. Dabei ist es für die Wirksamkeit des Wasserstrahles sehr wichtig, daß seine Geschwindigkeit von der Düsenmündung bis zum Aufprall möglichst unvermindert bleibt, was im wesentlichen von der Dichte und Zähigkeit des umgebenden Mediums abhängt. Daher ist das hydraulische Abbauverfahren in gasförmiger Umgebung besonders günstig. Zum Einsatz von solchen Abbauverfahren pflegt man daher in Abbaugebieten mit größerem Wasseranfall, die Schächte vom Wasser leer zu pumpen. Literatur hierzu: Beckmann, Klaus, Die systematische Weiterentwicklung der Gewinnungsv erfahren und der Betriebsmittel Gluckauf 104 (1968), 5. 889-890 Gottwald, E.G., Ergebnisse von Versuchsbetrieben mit hydromechanischer Gewinnung und deren geplante Weiterentwicklung Glückauf 104 (1968), S.289-292 Jenkins, R.W., Hydraulic ESining Experiments at rrelewis Drift Mine Colliery Guardian, 1965, S.781- 788 u.
• S.817-823 Maurer, H. und Leise, K. , Hydromechanische Kohlengewinnung und hydraulische Kohlenförderung- ein weg zur Kostensenkung vom Kohlenstoß bis zum Kraftwerk Brennstoff-Wärme-Kraft, 20 (1968), Nr.8, S.395-401 Oettel, B., Hydraulischer Abbau und hydraulische Förderung Braunkohle-Wärme und Energie, Bd. 13, Heft 9 1961, S.341-354 Singhal, R.K., Coal Mining in Poland Collieery Guardian, 1965, S.824-833 Wussow, D., Wasser als Gewinnungs- und Fördermittel im Steinkohlenbergbau Glückauf, 101 (1965), Heft 5, 5.316-321 Verf. unbekannt, Sub-surface hydraulic Mining through small diameters boreholes Mining and Minerals,Engineering, 1969, S.
• 22-27 Wollte man mit einem Wasserstrahl unter Wasser Feststoffe abbauen, so benötigte man sehr geringe Abstände von der Düse zur Bruchstelle sowie viel höhere Drücke als in der Luft.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das hydraulische Abtragen insbesondere Abbauen von Feststoffen in dichteren und zäheren Medien, wie z.B. im UasserXzu ermöglichen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in das umgebende Medium in der Nähe der Strahlenbildung zusätzlich Gas eingeblasen wird, das dea Abbaustrahl den Weg erleichtert und/ oder an der Stelle des Abbaues einen gasgefüllten Hohlraum bildet.
• Durch dieses pneumatisch-hydraulische Abbauverfahren kann auf das Entwässern der Schächte verzichtet werden. Der Druck zur Beschleunigung des-liasserstrahles kann -in der üblichen Größenordnung bleiben. Der Abstand zwischen Düse und Abbaustelle. kann relativ groß sein wie bei hydraulischem Abbau in der Luft.
• Bild 1 veranschaulicht das rein hydraulische Abbauverfahren unter Wasser, bei dem aus der Strahldüse 1 der durch sehr hohen Druck beschleunigte \asserstrahl 2 als Freistrahl in das umgebende Wasser austritt und auf die abzutragende Feststoffwand 3 auftrifft. Um eine allzu rasche Abnahme der Geschwindigkeit in diesem Freistrahl zu vermeiden, muß der Druck in der Düse 1 äußerst groß sein und der Abstand a zur Festatoffwand 3 sehr klein gehalten werden. Literatur hierzu: Auslegeschrift des Patents ir. 1 292 602, Fig. 1. Bild 2a erläutert prinzipiell den Grundgedanken der Erfindung1 durch Einblasen eines Druckluftstrahles 1 aus einer Luftdüse 2 das Umgebungswasser so zu durchsetzen, daß der Wasserstrahl 3 aus der Düse 4 durch das örtliche hasser-Luftgemisch als Frei strahl wesentlich ungehinderter als nach Bild 1 hindurch dringen kann und auf die abzutragende Feststoffwand 5 auch bei größeren Abständen a noch mit ausreichender Energie auftrifft. Bild 2b zeigt eine weitere Nöglichkeit} diesen Grundgedanken der Erfindung zu verwirklichen. Hier tritt der Luftstrahl 1 aus der als Ringdüse ausgebildeten Luftdüse 2 und umgibt den aus der zentrisch oder exzentrisch angeordneten Wasserdüse 4 austretenden Wasserstrahl 3. Bild 3a und 3b zeigen eine Luft-Wasserdüsenkombination gemäß Bild 2b mit einer zusätzlichen Wasserrinßdüse t. Die Wasserringdüse 5, die zweckmäßigerweise die Luft-Was serdüs enkombination von oben bis etwas unterhalb der Nitte umschließt, ist am Austritt so abwärts geneigt und etwas vorgezogen, daß der austretende Wasserringstrahl 6 die ausgeblasene Luft am direkten Entweichen nach oben hindert und gleichzeitig auch zum Abtragen der Feststoffwand beitragen kann. Auf diese Weise kann sich unter dem Wasserringstrahl 6 ein Wasser-Luftgemisch noch geringerer mittlerer Dichte als Umgebungsmediuln einstellen.
• Bild 4 zeigt die Anwendung der Erfindung im Bergbau. In einem gebohrten Schacht 1 befindet sich das als Förderrohr ausgebildete Bohrgestänge 2 . Von diesem Bohrgestänge aus wird z.B.
• eine Kohleschicht 3 mit Hilfe einer Luft-Wasserdüsenkombination 4 gemäß dem Grundgedanken der Erfindung hydraulisch abgebaut.
• Die Luft-Was serdüs enkombination 4 ist zum seitlichen Aus schenken an zwei parallel angelenkten Führungsstangen 5 befestigt, die jenseits vom Zwischenstück 6 durch einen Hydraulikzylinder 7 betätigt wird. Zum weiteren Ausschwenken ist das Zwischenstück 6 durch zwei weitere parallele Führungsstangen 8 am Bohrgestänge 2 befestigt, deren eines rückwärts verlängertes Ende z.B. durch einen Hydraulikzylinder 9 betätigt werden kann. Durch dise oder ähnliche konstruktionen können von einem Bohrloch aus Lagerstätten bis zu einem Mehrfachen des Bolirlochdurchmessers abgebaut werden. Durch zusätzliche Verdrehung der Luft-Wasserdüsenkombination 4 ist eine weitere Anpassungsfähigkeit gegeben.
• Indem das Bohrgestänge 2 verdreht wird, kanal der Abbau über 3600 Grad erfolgen. Durcll Heben und Senken des Gestänges köiinen beliebig dicke Schichten abgebaut werden. Es sind Abwandlungen des Abbauverfahrens nach Bild 4 möglich, bei denen die eingeblasene Luft als Energieträger dem Lufthebeprinzip nutzbar gemacht wird. Bild 4a zeigt eine Möglichkeit hierfür. Das Bohrgestänge 2 ist gleichzeitig als Förderrohr ausgebildet, zum Fördern des abgebauten Feststoffes nach oben. Wie vom Lufthebevorfahren bekannt ist, wird in das Bohrgestänge 2 an einer geeigneten Stelle 10 unter dem Wasserspiegel Luft eingeblasen, die die mittlere Dichte im Bohrgestänge 2 oberhalb dieser Einblasstelle 10 llerabsetzt und dadurch eine Aufwärststromung erzeugt1 in der auch der abgebaute Feststoff transportiert wird. Wird das Ende des Bohrgestänges 11 so beweglich ausgebildet, z.B. dadurc, dn das Ende des Bohrgestänges 11 als Schlauch ausgebildet wird, wird nicht nur der abgebaute Feststoff direlct aligesaugt, sondern auch die Luft, die aus der Luft-Wasserdüsenkombination 4 ausgeblasen wurde. Somit tritt die aus der Luft-Wassdüsenkombination 4 ausgeblasene Luft in das Bohrgestänge 2 und wirkt als Energieträger zum Förderll des abgebauten Feststoffes nach oben.
• Bild 5a zeigt dieses Abbauverfahren mit einem aufblasbaren und Bild 5b mit einem spreizkragenartigen Verschluß 1 zwischen Bohrgestänge 2 und Bohrlochwand 3. Dadurch kann ein Abschluß der Abbaukaverne 5 erfolgen und ein Verdrängen des Wassers in dieser, so daß der hydraulische Abbau in Luftatmosphäre erfolgen kann. Die eingeblasene Luftmenge kann dann erheblich herabgesetzt werden. Die Wassermenge dew Abbauwasserstrahles kann so bemssen werden, daß sie auch für den hydraulischen Transport durch das Bohrgestänge 2 als Trägermedium ausreicht. Es kann aber auch ein ivasserzuführungsrohr 4 vorgesehen werden.
• Bild 6 zeigt dieses Abbauverfahren mit der Luft-Wassdüsenkombinatron und zusätzlicher örtlicher Wasserverdrängung durch besondere geometrische Gestaltung der Kaverne beim Abbau. tiierbei kann sogar auf den Abschluß zwischen Bohrgestänge und Bohrlochwand verzichtet werden.

Claims (11)

1. Patentansprüche: 1.
2. IIydraulisch-pneumatisches Verfahren zum Abtragen oder Abbauen von Feststoffen unter Wasser oder sonstigen Flüssigkeiten, insbesondere für deii Abbau von Kohle und sonstigen mineralien unter Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß durch Beimengen von Druckluft in der Umgebung des Abbauwasserstrahles das umgebende tLedium zu einem Gemisch geringerer Dichte und Zähigkeit gemacht wird. (Bild 2a) 2.
3. Hydraulisch-pneumatisches Verfahren zum Abtragen oder Abbauen von Feststoffen unter Wasser oder sonstigen Flüssigkeiten nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Luftbeimengung durch eine oder mehrere Düsen 2 unterhalb der Wasserstrahldüse 4 erfolgt. (Bild 2a) 3. iiydrauiisch-pneumatisches Abbauverfahren nach Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Luftbeimengung durch eine konzentrische Ringdüse 2 außerhalb der Wasserstrahldüse 4 erfolgt. (Dild 2b)
4. 4. Hydraulisch-pneumatisches Abbauverfahren nach Ansprüchen 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß die Luftbeimengung durch eine nach unten exzentrisch verschobene Ringdüse außerhalb des Wasserstrahles erfolgt.
5. 5. Hydraulisch-pneumatisches Abbauverfahren nach Ansprüchen 1-4 dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Luft-Wasserdüsenkombination eine zusätzliche Wasserringdüse 5 halbschalenartig mit etwas schräg abwärts gerichtetem Austritt angeordnet ist. (Bild 3a und 3b)
6. 6. EIydrauli sch-pneumati sches Abbauverfahren nach Ansprüchen 1-5 dadurch gekennzeichnet, daß die Luft-Wasserringdüse 4 durch parallelogrammartig angeordnete Führungsstangen 5 und 8 schwenkbar so am Bohrgestänge aufgehängt ist, daß die Luft-Wasserdüse über Hydraulikzylinder 7 und 9 in radialer Richtung zum Abbau von Lagerstätten weit ausgeschwenkt werden kann. (Bild 4)
7. 7. Hydraulisch-pneumatisches Abbauverfahren hach Ansprüchen 1-6 dadurch gekennzeichnet, daß durch die geeignete Anordnung des unteren Endes vom Bohrgestänge, die aus der Luft Wasserdüse ausgeblasene Luft ins Bohrgestänge zugeführt und als Energieträger des Lufthebeförderprinzips verwendet wird.

   (Bild 4a)
8. 8. Fiydraulisch-pneumatisches Abbauverfaiiren nach Ansprüchen 1-7 dadurch gekennzeichnet, daß die Luft-Wasserdüse zusammen mit einer aufblasbaren Abdichtung 1 angewendet wird, so daß das Wasser aus der Kaverne verdrängt wird. (Bild 5a)
9. 9. Hydraulisch-pneumatisches Abbauverfahren nach Ansprüchen 1-8 dadurch gekennzeichnet, daß die Luft-Wasserdüse zuswnmen mit einer spreizkragenartigen Dichtung 1 angewendet wird.

   (Bild 5b)
10. 10. Hydraulisch-pneumatisches Abbauverfahren nach Ansprüchen 7 und 8 dadurch gekennzeichnet' daß vom Bohrloch in die Abbaukaverne durch die Dichtung 1 eine Wasserzuführleitung konzentrisch mit dem Bohrgestänge angeordnet ist. (Bild 5a und 5b)
11. 11. Hydraulisch-pneumatisches Abbauverfahren nach Ansprüchen 1-10 dadurch gekennzeichnet, daß durch besondere Ausgestaltung der Abbankaverne die Luft-Wasserdüse so eingesetzt werden kann, daß sie sich durch Verdrängen des Wassers bzw. durch Auffangen der Luft eine Abbaugünstige Umgebung schafft. (Bild 6) L e e r s e i t e