DE2204281C3 - Verfahren zum Verfestigen von Kohle und/oder Gestein im Bergbau - Google Patents
Verfahren zum Verfestigen von Kohle und/oder Gestein im BergbauInfo
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Description
chloridlösung hergestellt wird.
dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion durch, 30 das Injektionsmaterial nach seiner Erhärtung eine
Zugabe des Magnesiumoxids zu einer Magnesium- hohe Biegefestigkeit aufweist. Schließlich besteht im
Vergleich zu der in der Praxis überwiegend verbreiteten
Anwendung von Kunststoffen noch der Vorteil einer wesentlich einfacheren Handhabung der Injektionsdispersion,
insbesondere wegen deren erst etwas spater einsetzender Erhärtung. Hiervon abgesehen hai das
Verfahren über die Verfestigung hinaus noch eine weitere, äußerst vorteilhafte Wirkung: Das Verfesti-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verfestigen von Kohle und/oder Gestein im Bergbau
i
gungsmiticl wirkt in einem Kohlenstoß zugleich als
g g
durch Injizieren einer nach ihrem Eindringen erhär- 40 ein besonders gutes Brandschutzmittel, und zwar ins-
tenden Dispersion, die aus 0,9 bis 3,5 Teilen Magnesiumoxid, einem Teil Magnesiumchlorid, einem Zusatzstoff
und Wasser hergestellt ist, wobei der Wasseranteil einer Magnesiumchloridlösung von mehr als
1,22 g/cm3 spez. Gewicht entspricht.
Ein solches Verfahren zum Verfestigen mittels der genannten als Sorelzement bekannten Stoffmischung
wird der älteren deutschen Patentanmeldung P 722 zufolge im Salzbergbau angewandt, um
besondere, wenn ein Überschuß an MgCI2 vorhanden
ist; das Magnesiumchlorid wirkt auch als Inhibitor gegenüber einer Selbstentzündung der Kohle.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß der Zusatz eines Bentonits beim Herstellen der Sorelzement-Injektionsdipersion
die Erhärtung beschleunigt. Diese Wirkung zeigt eine so exakte Abhängigkeit von der Menge des zugesetzten Bentonits, daß sich das
Erhärtungsverhalten der Injektionsdispersion äußerst
Laugenzuflüsse zu sperren. Der Zusatzstoff ist ein 50 zuverlässig und nach Belieben steuern läßt.
Ammoniumsalz, das die Umwandlung des Magne- Gemäß der Erfindung ist dementsprechend ein Ver
fahren der eingangs genannten Art vorgesehen, bei dem als Zusatzstoff Bentonit verwendet wird.
Nach diesem Verfahren ist es möglich, die Aushär-
siumoxids verzögern soll.
Zur Verfestigung kohäsionsarmer, körniger Böden,
in denen unterirdische Bauwerke errichtet werden sol
len, ist aus »Bergbau-Wissenschaften« 1970, S. 290 55 tungszeiten derart einzustellen, daß einerseits genügend
bis 294, ein Injizieren dünnflüssiger Suspensionen auf Zeit bleibt, die Einpreßvorrichtung einschließlich der
Preßschläuche von einem Bohrloch zum nächsten zu versetzen, ohne daß währenddem die in der Vorrichtung
verbleibende Dispersion zu weit aushärtet und
Bentonit-Zement-Basis bekannt. Der Bentonit dient hier dem Zweck, die dünnflüssige Suspension zu stabilisieren
und zu versteifen, so daß ein Absetzen der
Zementpartikeln und ein Auslaufen der Suspension aus 60 infolgedessen erst nach einer umständlichen Reinigung
gröberem Geröll verhindert werden.
Im Kohlebergbau wendet man Verfahren zur Gebirgsverfestigung insbesondere dort an, wo in Folge
tektonischer Störungen Ausböschungen des Kohlenstosses und Hangendausbrüche auftreten, die die
Mechanisierung im Streb und in den Strecken behindern und damit den Abbaufortschritt stark beeinträchtieen.
wieder weitergepumpt werden kann, andererseits aber die Verfestigung bald nach dem Einpressen einsetzt. In
Folge derthixotropen Eigenschaftendes Bentonits tritt
außerdem bei Stillstand eine gewisse Versteifung der Flüssigkeit auf, die insofern erwünscht ist, a's sie das
Zurückfließen der eingepreßten Dispersion aus dem Gebirge eindämmt. In der Einpreßvorrichtung schadet
diese Versteifung nicht, da sie hei erneutem Beginn des
Pumpens im wesentlichen wieder verschwindet. Die Zusatzrnengen werden im wesentlichen bis zu 25";
beiragen, meist zwischen 10 und 20%. Der Bentonit kann in dem Ansatz für die Injektionsdispersion das
j^a~nesiumoxid zu einem Teil ersetzen. Seine Verwen- -(Jung
bringt damit zusätzlich einen K DStenvorteil und jenkt außerdem die Wärmetönung beim Erhärtungsvorgang herab. Zu dem letzteren Zweck kann der
Mischung auch noch ein Steinmehl, beispielsweise Kalkstaub in einer Körnung bis hinauf zu 0,1 mm,
beigegeben werden. Von entscheidendem Einfluß ist bei der erfindungsgemäß hergestellten Injektionsdispersion
das Verhältnis zwischen Magnesiumchlorid J^fld Wasser, d. h. in dem Regelfalle der Verwendung
einer Magnesiumchloridlösung deren spez. Gewicht. Weitaus die besten Festigkeitswerte erzielt man mit
konzentrierten Lösungen von 1,33 bis 1,34 g/cm3 spez. Gewicht. Als weitere Maßnahme zur Verringerung der
bereits erwähnten Wärmeentwicklung kann man auch mit schwächer konzentrierten Lösungen, beispielsweise
von 1,30 g/cm3 arbeiten. Unter sonst günstigen Umständen kommt auch noch ein spez. Gewicht von
1,25 gern3 in Betracht. 1,22 g/cm3 dürften jedoch als
eine Grenze anzusehen sein, unterhalb derer keine befriedigender. Festigkeiten mehr erzielt werden köii-
Das Mengenverhältnis zwischen Magnesiumoxid und Magnesiumchlorid liegt vorzugsweise zwischen
2:1 und 1:1. Der hierbei vorhandene Überschuß von nicht umgesetztem MgCl2 verhindert die Schrumpfung
des Bindemittels und wirkt gleichzeitig inhibierend gegenüber einer Selbstentzündung der Kohle.
Um außer der Verzahnung des Injektionsmaterials mit den Unebenheiten der inneren Oberfläche des
Gesteins oder der Kohle auch eine möglichst gute Klebwirkung zu erzielen, können dem Ansatz ferner
entsprechende Klebmittel zugesetzt werden. Für diesen Zweck kommen unter anderem Carboximethylzellulosen,
beispielsweise in einer Menge zwischen 0,1 und 5%, in Betracht.
Ferner kann unter Umständen durch Zugabe oberflächenaktiver Stoffe, etwa in Mengen bis zu 3%, das
Eindringvermögen der Injektionsflüssigkeit in das Gestein oder die Kohle verbessert werden.
Die im folgenden angegebenen Versuche sollen die Erfindung weiter erläutern.
Versuchsserie 1
Durch Einrühren verschiedener Mengen technischer gebrannter Magnesia in verschieden verdünnte techni- 5«
sehe Magnesiumchloridlösungen wurde unter Zugabe von 15% Bentonit eine Reihe von Ansätzen zur
Gebirgsverfestigung hergestellt.
Die Ausgangsstoffe hatten folgende Beschaffenheit:
Γι,'
Technische gebrannte Magnesia:
Chemische Analyse:
Gewichtsprozent
Magnesiumoxid 86,4
Kalziumoxid 0,98 f.<
Schüttgewicht (lose, geschüttet): etwa 650 g/l.
Technische Maynesnimchloridlösung:
Chemische Analyse:
Gewichtsprozent
Siliziumdioxid 0.04
Eisen 0.05
Kalzium 0.08
Magnesium 8.30
Kalium 0.36
Natrium 0,54
Chlorid 24,43
Sulfat 1 44
Wasser 64,7K
Spez. Gewicht: 1.334 gern3 (konzentrierte
Lösung).
Bentonit:
Bayerischer Bentonit mit 50",, Montmoriüonit
und 10% Kaolinit.
Mit diesen Ansätzen wurden folgende Untersuchungen ausgeführt:
1. Es wurde die Stabilität des Ansatzes in Bezug auf
Entmischung ermittelt, indem nach 2 h Standzeit die Menge klarer Lösung bestimmt wurde, die sich über
der Dispersion gebildet hatte.
2. Zwei unglasierte Kacheln (!9,6 · 19,6 · 4.1 mm)
wurden jeweils an einer ihrer quadratischen Oberflächenseiten mit der angesetzten Dispersion benetzt,
mit den benetzten Seiten aufeinander gelegt und in Berührung miteinander 24 ;i stehen gelassen. Danach
wurde die Scherfestigkeit der Verbindungsstelle ermittelt.
3. Die Ansätze wurden in Formen von 20 · 20 · 200 mm gegossen. Anschließend wurde die Biegefestigkeit
des nach dem Entformen erhaltenen Prüfkörpers bei mittiger Belastung und 100 mm Abstand der Auflagen
bestimmt, wobei die Zeit vom Ansetzen der Dispersion bis zur Prüfung der Festigkeit ebenfalls 24 h betrug.
4. Es wurde der Anstieg der Reaktionstemperaiur in Abhängigkeit von der Zeit gemessen.
Die Mischungsverhältnisse der Ansätze und die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle sowie
auf dem Kurvcnblatt Fig. 1 wiedergegeben.
Die Mischungsverhältnisse sowie der Tempcraiurverlauf
sind dem Kurvenblau Fig. 2 zu entnehmen.
Die Kurven in Fig. 2 zeigen, mit welcher Genauigkeit und in weich weiten Bereichen sich der hiiiai-
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| (> | |||||||||||
Die Tabelle läßt erkennen, daß die erfindungsgemäß mit hochkonzentrierter Magnesiumchloridlösung hergestellten
Ansätze 1 und 4 im wesentlichen keine Entmischung gezeigt und sowohl gute Scherfestigkeit als
ai'.'n, was besonders ins Gewicht fällt, gute Biegeicstigkeit
ergeben haben. Die Ansätze 2 und 3 sowie 5 und 6. die mit MagnesiumehKniOlösungen von außerhalb
des erfindungsgemäßen Bereichs liegendem spez. Gewicht hergestellt worden sind, haben sich beim
Gewichtsverhältnis MgO: MgCL wie 2:1 stark entmischt
und sämtlich zu unzureichenden Festigkeiten peführt.
|-ig. 1 zeigt an Hand der Reaktionstemperaturen, daß auch die Erhärtung der Mischung umso eher
erfolgt, je höher das spezifische Gewicht der verwendeten
Magnesiumchloridlösung ist. Ferner läßt sich den betreffenden Kurven entnehmen, daß die Mischung
auch bei höherem Verhältnis MgO: MgCI2 früher erhärtet.
Ein Vergieich der Kurven mit dem hier nicht wiedergegebenen Erhärtungsverlauf bei Mischungen ohne
Bentonit ergibt, daß sich der Bentonitzusatz umso mehr auswirkt, je höher das spez. Gewicht der beim
Ansatz verwendeten Magnesiumchloridlösung ist.
Versuchsserie II
Durch Einrühren von Magnesia (gefällt) in technische Magnesiumchloridlösung von 1,33 g/cm3 spez.
Gewicht in einem Gewichlsverhältnis Magnesia zu Lösung -- 1:3 und Zugabe von verschiedenen Mengen
Bentonitnichl wurde eine weitere Reihe von Injektionsdispersionen hergestellt. Die durch Fällen und anschließcndes
Brennen erhaltene Magnesia hatte einen Magnesiumoxid-Gehalt von 91,1",,. einen Kalziumoxid-Gehalt
von 1,08",, und ein Schüttgewicht von (lose, geschüttet)
etwa 220 g/l.
Es wurde der Anstieg der Reaktionstemperatur in
ίο Abhängigkeit von der Zeit bestimmt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann übrigens auch dazu benutzt werden, Rißstrukturen in Kohle
und Gestein durch Anschnitte sichtbar zu machen. Damit können z. B. Fragen der Wasserverteilung bei
der Kohlenstoßtränkunc und ausbautechnischen Fragen gelöst werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zum Verfestigen von Kohle und/ oder Gestein im Bergbau durch Injizieren einer
nach ihrem Eindringen erhärtenden Dispersion, die aus 0,9 bis 3,5 Teilen Magnesiumoxid, einem
Teil Magnesiumchlorid, einem Zusatzstoff und Wasser hergestellt ist, wobei der Wasseranteil einer
Magnesiumchloridlösung von mehr als 1,22 g/cm3 spez. Gewicht entspricht, dadurch gekennzeichnet,
daß als Zusatzstoff Bentonit verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-
Die hier benutzten Verfestigungsve.i verschiedenen erheblichen Mängeln behaftet.
Preßt man Zementmilch in gebräche Gesteinsschichten oder Kohlenstöße ein, so zwingt die langsame Abs
bindung des Zements zu langen Wartezeiten Be1 Verwendung
von Wasserglas, auch in Verbindung mit HärtemT findet nur an den mit Luft in Berührung
kommenden Randzonen eine Verfestigung statt; im Inneren der Spalten und Risse bleibt das Wasserglas
, flüssig Der auf diese Weise verfestigte Bereich ist zu klein um die an den Gieiulächen im Kohlestoß und
dem 'Nebengestein auftretenden Schubkräfte aufnehmen zu können. Die Verwendung nichtschäumender
Kunstharze ist sehr teuer, außerdem erfassen auch
zeichnet, daß der Bentonit in einer Menge von bis zu 25 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10 bis 20 Gewichtsprozent,
zugesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion mit einem
Mengenverhältnis von 1,0 bis 2,0 Teilen Magnesiumoxid auf ein Teil Magnesiumchlorid hergestellt
wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion mit
einem Wasseranteil hergestellt wird, der einer Magnesiumchloridlösung von mehr als 1.25 g/cm3,
vorzugsweise 1,32 bis 1,34 g/cm3, spez. Gewicht entspricht.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
Kunststoffmischungen in Bohrlöchern, die dann verschlossen
werden, ist kostengünstiger, führt aber wegen mangelnder Eieenfestigkeit und auch Ausbreitung des
Kunststoffschaums häufig iu keiner genügenden Verfestigung.
.
Die Verfestigung durch Sorelzement ist demgegenüber wesentlich vorteilhafter. Die Abbindezeiten sind
weitaus kürzer als bei Zement. Die Injektionsdispersion
breitet sich in weiten Zonen aus und härtet auüi im
Inneren dieser Zonen durch. Die Kosten sind niedrig. denn es werden verhältnismäßig geringwertige Ausgangsstoffe
verwendet. Dabei wird eine außerordentliche gute Verfestigung erzielt, und zwar besonders, da
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19722204281 DE2204281C3 (de) | 1972-01-29 | Verfahren zum Verfestigen von Kohle und/oder Gestein im Bergbau | |
| BE172730A BE848784Q (fr) | 1972-01-29 | 1976-11-26 | Procede de consolidation de charbon et/ou de roche dans les mines, |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19722204281 DE2204281C3 (de) | 1972-01-29 | Verfahren zum Verfestigen von Kohle und/oder Gestein im Bergbau |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2204281A1 DE2204281A1 (de) | 1973-08-02 |
| DE2204281B2 DE2204281B2 (de) | 1975-07-31 |
| DE2204281C3 true DE2204281C3 (de) | 1976-03-04 |
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