DE2345863C3 - Verfahren und Vorrichtung zur hydraulischen Seigerförderung von Abbauprodukten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur hydraulischen Seigerförderung von Abbauprodukten, bei welchen das Betriebswasser zwischen einem Oberflächenbehälter und einem Untertagebehälter im Kreislauf geführt und die Energie der fallenden Wassersäule zum Transport der aufgeschlämmten Feststoffprodukte eingesetzt wird.

Ein derartiges Verfahren ist aus der GB-PS 9 45 489 bekannt. Es handelt sich hierbei um ein Verfahren zur Abraumbeseitigung beim Vortrieb eines Tunnels unterhalb von Flüssen oder der See. Dieses Verfahren ist einerseits nur bei bestimmten vorgegebenen räumlichen Verhältnisssen, nämlich unterhalb von Flußläufen oder des Seeuntergrundes durchführbar, während im besonderen die durch die Reibung innerhalb der Rohrleitung auftretenden Energieverluste fortlaufend durch über einen Elektromotor eingebrachte Zusatzenergie ausgeglichen werden müssen.

Auch aus den FR-PS 9 32 014 mit Zusatz-PS 55 014 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem die Energie des abströmenden Wassers ausgenutzt wird, wobei jedoch ebenfalls zur Aufrechterhaltung des Betriebes kontinuierlich zusätzliche Energie eingebracht werden muß und zwar unabhängig von deren wechselnden Kosten im Laufe von aufeinanderfolgenden 24 Stunden.

Es ist zwar auch bekannt (»Glückauf«, 1963, Seiten

1092 bis 1099) im Rahmen der normalen Wasserhaltung

bei der mechanischen Gewinnung und Förderung für die

Anhebung des Grubenwassers billigen Nachtstrom

einzusetzen. Hiernach ist jedoch die Ausnutzung billigen

Stromes zu Zeiten geringen Allgemeinverbrauches

besonders dann nicht möglich, wenn es sich um eine hydromechanische Gewinnung und Förderung handelt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das

ίο eingangs genannte Verfahren so weit zu verändern und zu verbessern, daß eine beträchtliche Kosteneinsparung bezüglich der aufzubringenden Energie möglich wird. Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der gesamte für den Förder- und ggf. Abbaubetrieb benötigte Energiebedarf durch aus dem Oberflächenbehälter fallendes Wasser gedeckt und daß das Überschußwasser in einem entsprechend großen Untertagebehälter gespeichert und später durch Fremdenergie wieder in die Oberflächenbehälter zurückgefördert wird. Vorzugsweise wird der Druck des zur hydraulischen Gewinnung verwendeten Wassers aus dem Untertagebehälter durch eine von der Energie der fallenden Wassersäule betriebenen Pumpe erzeugt Nach der Erfindung wird zur Durchführung dieses Verfahrens eine Vorrichtung verwendet, mit einem Oberflächenbehälter, von welchem eine Falleitung zu einem Untertagebehälter führt, über dem unmittelbar eine Turbine innerhalb der Falleitung vorgesehen ist, die mit einer in der Förderleitung angeordneten Pumpe kraftschiüssig in Verbindung steht, wobei zwischen dem Untertagebehälter und dem Oberflächenbehälter eine besondere Steigeleitung mit einer über einen durch Fremdenenergie gespeisten Motor angetriebene Pumpe vorgesehen ist. Bevorzugt ist an die Falleitung eine hydromechanische Gewinnungsvorrichtung angeschlossen.

Durch diese Maßnahmen wird es möglich, die Zuführung der Energie zum Ausgleich der Energieverluste intermittierend, und zwar über größere Zeiträume zu bewirken. Dementsprechend braucht dem System zu Zeiten hoher Stromentnahmespitzen der Industrie und der Haushalte, in welchem die Kosten auch am höchsten sind, praktisch keine Energie zugefügt zu werden. Dagegen kann andererseits, zu Zeiten minimalen Stromverbrauchs, wenn dementsprechend auch die Kosten am geringsten sind, der gesamte Energiebedarf gedeckt werden. Da es sich bei sämtlichen Abbauverfahren um energieintensive Verfahren handelt und somit die Energiekosten den wesentlichen Faktor beim Abbau von Bodenschätzen darstellen, läßt sich durch diese Maßnahmen eine beträchtliche Kosteneinsparung erzielen.

Verschiedene Beispiele sollen nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen die Erfindung näher erläutern. Dabei zeigt im einzelnen

F i g. 1 einen teilweise unterbrochenen Vertikalschnitt durch eine Bodenformation sowie in schematischer Darstellung die Abbaueinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

do F i g. 2 eine andere Ausführungsform der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung und

F i g. 3 eine weitere Ausführungsform der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Einrichtung.

In Fig. 1 ist ein Bergwerk 10 als Schnitt durch eine

f'5 Erdformation 11 dargestellt mit einer Oberfläche 12 und einem Stollen 13 im unteren Bereich, wo die Abbautätigkeit vorgenommen wird.

An der Bodenoberfläche 12 ist ein See oder ein Teich

vorgesehen, der das Oberflächenreservoir 14 bildet Dieses Reservoir soll ein großes Volumen besitzen und viel größer sein als dessen relative Darstellung in der schematischen Zeichnung. Es soll eine Kapazität besitzen, die ausreicht, eine hinreichende Wassermenge für die nachfolgend beschriebenen Betriebsvorgänge zur Verfugung zu stellen, wobei das Wasservolumen ausreichen soll, eine vorgegebene Feststoffmenge aufzuschlämmen, zu fördern, das Betriebssystem anzufüllen und einen bestimmten Oberschuß als Sicherheits- ι ο faktor zu bilden. Von dem Oberfiächenreservoir 14 führt eine Leitung 15 nach unten, die hier senkrechtstehend angeordnet ist, die jedoch von der Vertikalen abweichen kann. Das untere Ende der Leitung 15 steht mit einem Untertagereservoir 16 in Verbindung, das in bezug auf das Oberflächenreservoir 14 ebenfalls eine große Kapazität besitzt In die Leitung 15 ist kurz oberhalb des Untertagereservoirs 16 eine Turbine 17 eingebaut Diese Turbine wird durch das in der Leitung 15 abströmende Wasser angetrieben.

Für den Schlamm ist eine nach oben führende Förderleitung 18 vorgesehen. Das untere Ende der Förderleitung 18 steht mit einem Aufschlämmtank 19 in Verbindung, während das obere Ende an einen Erzseparator 20 angeschlossen ist.

Das Erz oder Abfallmaterial, das von dem Schlamm getrennt wird, verläßt den Separator 20, wie durch den Pfeil 21 angedeutet Die wertvollen metallischen und chemischen Bestandteile werden von der Lauge abgetrennt, worauf das übrigbleibende Wasser über die Leitung 22, die vorzugsweise ein leichtes Gefälle besitzt, dem Oberflächenreservoir 14 zugeführt wird.

In der Förderleitung 18 unmittelbar oberhalb des Aufschlämmtankes 19 ist eine Pumpe 23 eingebaut. Die Pumpe 23 wird mechanisch von der Turbine 17 ein Vorgelege 24 angetrieben. Das System zur Zuführung zusätzlicher Energie ist an die mechanische Pumpe 23 angeschlossen. Ein solches Zusatzsystem kann beispielsweise ein Elektromotors 6 sein, der an die Pumpe 23 angeschlossen ist

Dem Aufschlämmtank 19 wird Wasser über eine Rohrleitung 25 zugeführt, in welcher sich eine von einem Elektromotor 27 angetriebene Pumpe befindet, die mit dem Untertagereservoir 16 in Verbindung steht

Das abzubauende Erz 28 befindet sich am Ende des leicht geneigten Stollens 13. In den meisten Fällen enthält das Erz große Mengen an Gestein, das bei der hier beschriebenen Ausführungsform von einem Wasserstrahl gebrochen wird, der aus einer Düse — oder mehreren — austritt. Die Düsen 29 sind auf einem Fahrzeug 30 angeordnet, und das Druckwasser wird über einen flexiblen Schlauch 31 zugeführt, der über den Anschluß 32 mit dem nach unten führenden Rohr 15 in Verbindung steht. Der Anschluß 32 befindet sich unmittelbar oberhalb der Turbine 17. Eir. anderer flexibler Schlauch 33 ist mit einem Ende an dem Fahrzeug 30, und zwar direkt in der Nähe der Düsen 29 befestigt, während das andere Ende über einen Anschluß 34 mit dem Aufschlämmtank 19 in Verbindung steht. An den Schlauch 33 ist eine Pumpe 35 do angeschlossen, die von einem Elektromotor 36 angetrieben wird. Die Pumpe 35 und der Motor 36 sind aus dem Fahrzeug 30 befestigt.

Obwohl Stahlrohre in der Lage sind, das Gestein so hinreichend zu zerkleinern, daß es in Schlamm <>> verwandelt werden kann, der für den Transport zur Erdoberfläche geeignet ist, kann eine zusätzliche Zerkleinerungsmaschine 9 am Fahrzeug befestigt sein.

Ein Abzugsrohr 37 mündet mit seiner oberen öffnung 38 im Boden des Stollens 13, wo es das die Düsen verlassende überschüssige Wasser aufnimmt Das Abzugsrohr 37 besitzt ein leichtes Gefälle, so daß das Wasser hierdurch bis zum Untertagereservoir 16 geführt wird.

Das Abzugsrohr 37 wird durch einen Absetztank 39 unterbrochen, in welchem die feinen Partikeln, die in dem das Abzugsrohr 37 durchlautenden Wasser suspendiert sind, gesammelt werden. Ein Verbindungsrohr 40 ist mit einem Ende über den Anschluß 41 mit dem Absetztank 39 und dem anderen Ende über einen Anschluß 42 mit dem Aufschlämmtank 19 verbunden. In das Verbindungsrohr 40 ist eine Pumpe 43 für sedimontierte Partikeln eingebaut, die von einem Elektromotor 44 angetrieben wird.

Eine Rückführungsleitung 45 steht mit ihrem unteren Ende über einen Anschluß 46 mit dem Untertagereservoir 16 in Verbindung, während das obere Ende über einen Anschluß 47 in das Oberflächenreservoir 14 führt. In die Rückführungsleitung 45 ist eine Pumpe 48 eingebaut, die von einem Elektromotor 49 angetrieben wird.

Das Oberflächenreservoir 14 enthält eine hinreichende Menge Wasser, um die erforderliche Sirömungsmenge für die nachfolgend beschriebenen Arbeitsvorgänge zur Verfügung zu stellen. Das Wasser strömt durch das Rohr 15 nach unten und treibt die Turbine 17 an. Außerdem führt es unter Druck stehendes Wasser dem Schlauch 31 zu, der wiederum die Düsen 29 speist. Für eine andere wahlweise Arbeitsweise und für Notfälle ist eine zweite Pumpe 7 vorgesehen mit einer Umgehungsleitung 8 von dem Reservoir 16 bis zu dem Schlauch 31. Die Pumpe wird vorzugsweise von einem Elektromotor angetrieben, bei welchem es sich um den dargestellten Elektromotor 6 handeln kann. Die Formation 28 wird von dem hohen Druck der Wasserstrahlen aufgebrochen, worauf die gelösten Erzstücke zusammen mit etwas Wasser von dem Ende des Schlauches 33 an dem Fahrzeug 30 mit Hilfe der Pumpe 35 angesaugt werden, oder das Material und das Wasser werden, wie oben beschrieben, entfernt und abtransportiert, worauf diese Mischung von Erzbrocken und Wasser dem Aufschlämmtank 19 über den Schlauch 33 zugeführt wird. Hinter dem Aufschlämmtank 19 wird das Erz weiter zerkleinert, und es wird über die Leitung 25 aus dem Untertagereservoir 16 weiteres Wasser zugeführt. Auf diese Weise wird der das Erz enthaltende Schlamm von dem unteren Ende der Förderleitung 18 mit Hilfe einer Pumpe 23 angesaugt, die von der Turbine 17 über das Vorgelege 24 und das zusätzliche Energiezuführungssystem angetrieben wird. Der gehobene Schlamm wird dem Separator 20 zugeführt, in welchem das Abfallmaterial und das Erz vom Wasser getrennt werden. Das geklärte Wasser wird über das Rohr 22 dem Oberflächenreservoir 14 wieder zugeführt.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung entspricht der Fig. 2 und beinhaltet ebenfalls die Grundelemente der Ausführungsform gemäß F i g. 1 mit dem einen Unterschied, daß das Erz 28 am Ende des Stollens 13 mittels einer herkömmlichen Förderausrüstung 51 abgebaut wird. Das abgebaute Erz wird einem Brecher 52 zugeführt, von wo es auf ein Förderband 53 fällt, das es dem Aufschlämmtank 19 zuführt. Die Förderausrüstung 51, der Brecher 52 und das Förderband 53 werden vorzugsweise elektrisch angetrieben.

Die Betriebsweise der Seigerförderung entsprechend der Ausführungsform gemäß Fi e. 2 ist im wesentlichen

die gleiche wie die im Zusammenhang mit F i g. 1 beschriebene. Das in dem Brecher 52 zerkleinerte und mittels des Förderbandes 53 dem Aufschlämmtank 19 zugeführte Erz wird durch die Förderleitung 18 mit Hilfe der Pumpe 23 in der oben im Zusammenhang mit F i g. 1 beschriebenen Weise nach oben befördert.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 sind einige Merkmale der F i g. 1 mit denen der F i g. 2 verbunden. Der Aufschlämmtank 19 kann rein hydraulisch gerührt werden.

Bei dem Verfahren und der Einrichtung gemäß der F i g. 3 wird das Erz 28 durch Druckwasserstrahl aus den Düsen 29 abgebaut, die durch den flexiblen Schlauch 31 beschickt werden, zu dem auch eine Umgehungsleitung 8 mit einer entsprechenden Pumpe aus dem Reservoir 16 führt. Die Düsen 29 sind auf einem Fahrzeug 54 angeordnet, das eine Transportvorrichtung 55 trägt, die das abgebaute Erz dem Förderband 56 zuführt Das letztere transportiert das Erz zu dem Aufschlämmtank 19.

Die Pumpe 26 wird durch eine Turbine 57

angetrieben, die unterhalb der Turbine 17 angeschlosser ist.

Die Betriebsweise der Einrichtung gemäß Fig.3 isi nahezu vollständig hydraulisch. Das Erz wird hydrau lisch abgebaut, der Aufschlämmtank wird hydraulisch betrieben, und der Schlamm wird mittels der Pumpe 23 die von der hydraulisch betätigten Turbine 17 angetrieben wird, hochgepumpt. Dementsprechend sind die einzigen, vorzugsweise elektrisch betriebenen

ίο Vorrichtungen die Transportvorrichtung 55, das Transportband 56 und die Pumpe 43 vom Absetztank 39.

Wenn die Reservoire 14 und 16 eine hinreichende Kapazität besitzen, daß die zuzuführende Energie hydraulisch erzeugt werden kann, kann man die Abbauarbeiten während des Tages durchführen, wenn die elektrische Energie teuer ist, während man das Wasser von dem Untertagereservoir 16 zu dem Oberflächenreservoir 14 nachts zurückbefördert, wenn die elektrische Energie wesentlich billiger ist. Auf diese Weise können beträchtliche Einsparungen bei der Durchführung des Abbauverfahrens erreicht werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur hydraulischen Seigerförderung von Abbauprodukten, bei welchem das Betriebswasser zwischen einem Oberflächenbehälter und einem Untertagebehälter im Kreislauf geführt und die Energie der fallenden Wassersäule zum Transport der aufgeschlämmten Feststoffprodukte eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte für den Förder- und ggf. Abbaubetrieb benötigte Energiebedarf durch aus dem Oberflächenbehälter fallendes Wasser gedeckt und daß das Oberschußwasser in einem entsprechend großen Untertagebehälter gespeichert und später durch Fremdenergie wieder in den Oberflächenbehälter zurückgefördert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des zur hydraulischen Gewinnung verwendeten Wassers aus dem Untertagebehälter durch eine von der Energie der fallenden Wassersäule betriebenen Pumpe erzeugt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Oberflächenbehälter, von welchem eine Falleitung zu einem Untertagebehälter führt, über dem unmittelbar eine Turbine innerhalb der Falleitung vorgesehen ist, die mit einer in der Förderleitung angeordneten Pumpe kraftschlüssig in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Untertagebehälter (16) und dem Oberflächenbehälter (14) eine besondere Steigleitung (45) mit einer über einen durch Fremdenergie gespeisten Motor (49) angetriebenen Pumpe (48) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die Falleitung (15) eine hydromechanische Gewinnungsvorrichtung (29) angeschlossen ist.