DE2439399A1

DE2439399A1 - Abbauverfahren

Info

Publication number: DE2439399A1
Application number: DE2439399A
Authority: DE
Inventors: Albert Theodore Janssen
Original assignee: Atlantic Richfield Co
Current assignee: Atlantic Richfield Co
Priority date: 1973-08-16
Filing date: 1974-08-16
Publication date: 1975-02-20
Also published as: CA999311A; US3892442A; GB1471746A

Description

ATLANTIC RICHFIELD COMPANY, LOS.ANGELES CALIF.· / USA

Abbauverfahren

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abbbauverfahren für Untertagebau, bei welchem Material von einer Wandung eines Grubenschachtes entfernt wird, während die gegenüberliegende Wandung gestützt wird, und insbesondere auf Verbesserungen bei Verfahren zur Beeinflussung des Absenkens des Hangenden und des Absackens.

Im Bergbau, insbesondere, beim Abbau von Kohlenvorkommen oder

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dergleichen, werden normalerweise ein oder mehrere Zugangsstollen bzw. Eingänge in das abzubauende Flöz bzw. Lager eingetrieben. Bei einem allgemein verwendeten Verfahren - dem sogenannten "Langwand-Verfahren" (long wall method) - wird entlang einer Wandung einer Öffnung im Kohlenflöz bzw. dem Streb zwischen den Zugangsstollen ein Hobel bzw. eine Schrämmaschine oder ein anderes Bergbaugerät angetrieben oder geschleppt, um einen Teil der Wandung in der Öffnung abzutragen und wegzuschaffen, wobei im der vorgetriebenen Tiefe ein neuer Streb entsteht. Der Schräm bzw. das Ausgeschrämte wird mittels eines Förderers oder einer anderen Einrichtung aus dem Bergwerk entfernt, wobei dieser Verfahrensschritt nacheinander wiederholt und die Wandung ausgeschrämt wird, bis der Hobel um die benötigte Strecke in das Lager hineinbewegt wurde. Mit zunehmender Grosse des Abbautrichters, aus dem das abgebaute Produkt entfernt wurde, beginnt das Hangende abzubröckeln und in dem Abbaustollen zusammenzufallen. Gewöhnlich verwendet man eine bestimmte Anzahl von Stützvorrichtungen für das Hangende, um Einfluss auf den Zusammenfall im Bereich unmittelbar um den Hobel nehmen zu können. Im Normalfall lässt man jedoch das Hangende im Stollen an einer Stelle, die vom Hobel entfernt ist, direkt in den Abbautrichter fallen. Somit werden die Stützen für das Hangende sowie der Förderer oder ähnliche: Einrichtungen auf die neue Wandung bzw. den neuen Streb zubewegt, wenn der Hobel Teile der Wandung abträgt, wobei das Hangende an Stellen ausserhalb der Vorwärtsbewegung des Hobels in dem abgebauten Flöz zusammenfällt.

Nach einer bestimmten Zeit sinkt das Erdreich über der Mine ab bzw. senkt sich in die durch Entfernung des unter der Oberfläche abgebauten Produkts geschaffenen Hohlräume. In vielen Fällen ist es wünschenswert oder auch erforderlich, auf den

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Grad des Absenkens Einfluss zu nehmen, beispielsweise beim Abbau untör einem Fluss, da dessen Lauf durch das Absenken der Landstriche in der Nähe seines Bettes verändert werden kann. ■

Da es erforderlich ist, die Stutzen für das Hängende und die Förderer für das abgebaute Gut jedesmal zu bewegen, wenn die Wandung der Mine abgeschrämt wird, benötigt man gewöhnlich sehr viele Bergleute, beispielsweise einen' Arbeiter für eine bestimmte Anzahl - z.B. 10 - dör Stützen für das Hängende. Derartige Arbeit unter Tage ist schwierig, körperlich sehr anstrengend und gefährlich, weshalb sie für viele Bergleute · nicht erstrebenswert ist. Ausserdem stellen derartige zusätzliche Arbeiter einen direkten Kostenfaktor im Bergbaubetrieb dar.

Ein weiteres Problem bei derzeit angewandten Abbauverfahren' ist das geringe GeWinhungsverhältnis mit dem das abzubauende Gut abtransportiert werden kann. In einem typischen Fall liegt das Gewinnungsverhältnis bei derzeitigen Verfahren in der Grössenordnung von 50 % oder auch weniger, da, wenn einmal ein horizontaler Stollen eingetrieben wurde, das Absenken des Hangenden im Abbaugebiet einen ahschliessenden Abbau oberhalb oder unterhalb des zu dem Zeitpunkt eingetriebenen Abbautrichters verhindert, oder da man dafür' eine ausgedehnte künstliche -: Abstützung benötigt. Derartige Abstützungen werden beispielsweise für einen Abbau unterhalb des Stollens vorgesehen, wobei man eine besondere Wandungsdicke zwischen dem zuvor geschaffenen Abbautrichter und dem Abbaugebiet belässt; vielleicht zusammen mit Stützpfeilern oder Balken im darunterliegenden Stollen. Oft belässt man auch grosse Stützen aus Kohle oder einem anderen Abbauprodukt, um die Bildung von Hohlräumen in Gebieten aktiven Bergbaus zu verhindern.

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Die erzielbare Deckenhöhe bzw. Flözdicke stellt einen weiteren Faktor im Gewinnungsverhältnis dar, da weniger als das gesamte Material, das man abbauen könnte, nur abgefördert werden kann. Im Idealfall sollte die Flözdicke so gross ■ wie möglich sein, -um soviel Abbaumaterial wie möglich abzufordern. Jedoch gibt es in bezug auf die Höhe, bei der die Stützen für die Decke bzw. das Hangende ohne Gefahr verwendet werden können, eine praktische Grenze. Bei zunehmender Höhe benötigt man grossere Stützen, die sich nur schwerer handhaben und bewegen lassen, wodurch wiederum mehr Warrungspersonal und mehr Zeit zum Bewegen derselben erforderlich sind. Eine Gefahr, die man nicht ausser Acht lassen sollte, insbesondere im Kohlenbergbau, besteht darin, dass giftige oder gefährliche Dämpfe, explosiver Staub und dergleichen oft während des Abbaus entstehen. Derartige Dämpfe, Staub und dergleichen müssen unter Kontrolle gehalten werden oder aus dem Stollen entfernt werden, um eine Gefahr für die Bergleute zu verhindern. Um die Dämpfe und Staub unter Kontrolle zu halten, verwendet man oft Bewetterungsverfahren, bei denen im typischen Fall Anlagen zur Anwendung gelangen, die bei der Wartung und Bedienung grosse Kosten verursachen und eine ausgeklügelte Planung der Schräge bzw. Neigung erfordern, um geeignete Luftwege zu schaffen.

Erfindungsgemäss wird nun ein Abbauverfahren für Untertagebau geschaffen, bei welchem Material von einer Wandung eines Grubenschachtes entfernt wird und geschäumtes Stützmaterial auf eine gegenüberliegende Wandung aufgebracht wird, um das Absenken des Hangenden und das Nachsacken darüberliegenden Erdreichs zu beeinflussen.

Somit wird ein Abbauverfahren geschaffen, bei welchem das

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abzubauende Produkt von einer Wandung eines Stollens entfernt wird. Mit fortschreitender .Entfernung des. Abbauproduktes wird auf eine gegenüberliegende Wandung ein stützen-, des Schaummaterial abgelagert. Im wesentlichen füllt der _c Schaum den Abbaubereich mit Ausnahme des zum Betrieb der Abbauvorrichtungen erforderlichen Raumes. Bevorzugte Schaummaterialien bestehen aus Kunststoffen, wie beispielsweise Polystyrol, Polyurethan oder dergleichen oder auch Zellzement und ähnliches, womit die Decke gestütz-t wird und bei Bedarf das Nachsacken des darüberliegenden Erdreichs unter Kontrolle gehalten wird. Die Druckfestigkeit des Schaumes kann entspre-* chend dem gewünschten Grad der Kontrolle über das Nachsacken festgelegt werden - je tiefer der Stollen, desto höher die Druckfestigkeit des Schaumes bei gleichem Kontrolleffekt.

In der beigefügten Zeichnung wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Abbaufeld, teilweise im Schnitt, mit der Darstellung der Eingänge und des Kohlenstrbes, sowie der Abbaugeräte, gemäss der Erfindung.

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Kohlenstreb entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 mit der Darstellung der erfindungsgemässen Abbauvorrichtung nach dem Abschrämen einer Wandung, während die andere Wandung mit Schaum besprüht ist.

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Kohlenstreb entlang der Linien 3-3 in Fig. 1 mit der Darstellung der erfindungsgemässen Sprühvorrichtung nach dem

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Abschrämen einer Wandung vor Ablagerung von Schaum auf der anderen Wandung, und

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Kohlenstreb entlang der Linie 4-4 aus Fig. 1 vor dem Abschrämen.

In den Figuren der Zeichnung wurden verschiedene Teile in Grosse bzw. Abmessung zum Zweck der klareren Darstellung und leichteren Beschreibung übertrieben dargestellt. Ausserdem werden für die Zeichnung gleicher oder ähnlicher Teile dieselben Bezugszeichen verwendet.

Fig. 1 bis 4 der Zeichnung zeigen ein Abbaufeld, bei dem das erfindungsgemässe Verfahren durchgeführt werden kann. Dieses Abbaufeld umfasst Förderzugänge 10 und 11 an jedem Ende eines Abbaufeldes 12. Gemäss den wohl bekannten "Langwand "-Verfahren (long wall mining method ) wird das Material im Abbaufeld 12 von einem Hobel, einer Schaufel oder einer Schrämmaschine 14 von einer Wandung 13 kontinuierlich abgeschrämt und entfernt. Das Abgeschrämte wird durch die Schrämmaschine 14 auf einen Förderer 15 geleitet, welcher im typischen Fall ein Kettenförderer zum Entfernen des Materials aus dem Stollen ist. Die Schrämmaschine 14. wird auf einem Kettenförderer 15 getragen und durch eine Trosse 21 geschleppt, die durch angetriebene Kabeltrommeln 22 und 23 gezogen wird.

Erfindungsgemäss bringt man ein geschäumtes Kunststoffmaterial oder anderes geschäumtes Material durch Sprühen, Aufblasen oder auf jede andere Weise auf eine Wandung 24 auf, die gegenüber der durch die Schrämmaschine 14 abgeräumten Wandung liegt, wobei der abgebaute Hohlraum bzw. Abbautrichter 25 mit Schaummaterial gefüllt wird. Zur Aufbringung dieser Schaumschicht

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sind zwei Düsensätze 31 auf einer Mischvorrichtung 32 vorgesehen, mit deren Hilfe das geschäumte Kunststoffmaterial, vermischt und auf das Hangende und die gegenüberliegende Wandung 24 aufgesprüht wird. Die Düsen 31 können so eingestellt werden, dass sie. im allgemeinen in eine zurVorwärtsbewegung entgegengesetzte Richtung gerichtet werden können. Die Mischvorrichtung 32 ruht, auf dem Förderer 15 und wird hinter der Schrämmaschine 14 mittels einer Trosse 40 zwischen angetriebenen Kabeltrommeln 42 und 43 in einem gewünschten Abstand geschleppt. Wahlweise kann auch die Mischvorrichtung 32 direkt an der Schrämmaschine 14 mittels einer Trosse, einer Kette oder dergleichen (die jedoch nicht dargestellt sind) befestigt sein, und somit in gewünschtem Abstand hinter der Schrämmaschine 14 von dieser gezogen werden. Die Bestandteile zur Herstellung der Mischung.aufgeschäumtem Kunststoff werden unter Druck von .(nicht dargestellten) Vorratsbehältern über Tage oder von einem anderen geeigneten Platz aus durch, ein oder mehrere Schläuche - beispielsweise die Schläuche 33, 34, die in der Zeichnung dargestellt sind■ "*- zur Mischvorrichtung 32 und den ausgewählten Düsen 31 geleitet.

Zum Schutz "der Schläuche 33 und 34 vor Beschädigung durch Schleppen derselben auf dem Boden des Stollens ist auf dem Förderer 15, auf dem der Mischer 32 fährt, eine Rinne bzw. ein. Kanal 36 vorgesehen. Die Schläuche 33 und 34 können auch jeweils auf Schlauchhaspeln 44 und 45 aufgewickelt und von diesen bei Bedarf abgewickelt werden,"wenn sich die Mischvorrichtung 32 entlang des Förderers 15 bewegt.

Somit wird beim Betrieb die Schrämmaschine 14 von einem Förderzugang 11 zum anderen Förderzugang TO geschleppt, wobei von der Wandung ¥3 Material abgeschrämt und zum Abtransport

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auf den Förderer 15 geleitet wird. Die chemische Mischvorrichtung 32 wird entlang der entgegengesetzten Seite des Förderers 15 in einem Schleppabstand von einigen Metern (feet) gezogen und sprüht Schaum,um den abgebauten Hohlraum 25 zu füllen. Da der Schaum gegen die Decke gerichtet ist (vgl. Fig. 2) wie auch gegen die gegenüberliegende Wandung, sind keine Vorrichtungen zum Stützen des Hangenden mehr erforderlich. Beim weiteren Abschrämen und Abtransportieren des abgebauten Materials bewegen sich der Förderer 15 und die Schrämmaschine 14, sowie die Mischvorrichtung 32 auf daxneuen Streb 19 zu, der mittels Rollen 47 und 48 auf der Mischvorrichtung 32 durch die Schrämmaschine 14 abgebaut wurde. Die Rollen 47 und 48 fahren auf dem zuvor auf der gegenüberliegenden Wandung 24 abgelagerten Schaum, so dass die Mischvorrichtung 32, die seitlich des Förderers 15 in festem Abstand fährt, den Förderer gegen den-neuen Streb 19 drängt, wenn die Mischvorrichtung 32 hinter der Schrämmaschine 14 hergeschleppt wird. Die Rollen 47 und 48 dienen ausserdem dazu, die Schrämmaschine 14 gegen die abzubauende Wandung 13 in deren relativer Stellung zu halten.

Erreichen die Schrämmaschine 14 und die Mischvorrichtung 3 2 den Förderzugang 10, werden sie in ihrer Richtung umgedreht, wobei sie auf ihrem Rückweg zum Förderzugang 11 ebenfalls ä.bschrämen und sprühen. Die Kabeltrommeln 22 und 23 sowie 42 und 43, wie auch die Schlauchhaspeln 44 und 45, bewegen sich innerhalb der jeweiligen FörderZugänge 10 und 11 in der allgemeinen vorwärtsgerichteten Bewegungsrichtung der Schrämmaschine 14 ebenfalls vorwärts. Die Kabeltrommeln und Haspeln können je nach Bedarf von Hand oder durch Fernsteuerung bewegt werden.

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Wird die Bewegungsrichtung der Schrämmaschine 14 und. der. ' Mischvorrichtung 32 umgedreht, wird die Vorrichtung 32: ■ _ wiederum um den gewünschten Abstand .,hinter dem Bewegungs- ■-. weg der Schrämmaschine 14 geschleppt. Da ausserdem bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der geschäumte Kunst"-stoff hinter dem Mischer 14. ausgesprüht wird, wir.d der Schaum an die gewählten und nach hinten gerichteten Düsen 31 geführt, wobei der Vorgang fortgesetzt wird. Dieses^ Verfahren wieder- , holt man so oft, bis das gesamte Abbaufeld 12 abgebaut wurde. Es ist ersichtlich, dass das Verfahren auch leicht an eine .Fernbedienungsanlage angepasst werden kann, so dass es nicht mehr erforderlich ist, Bedienungsleute für die .Vorrichtungen im Stollen zu beschäftigen, da die einzige durchzuführende Arbeit darin besteht, die Schrämmaschine und die Mischvorrichtung vorwärts und rückwärts zu-.ziehen.

Die der Mischvorrichtung 32 ,durch die Schläuche 33 und 34 zugeführten Chemikalien bilden zusammen ein Schaummater.ial, wie beispielsweise geschäumtes Polystyrol, Polyurethan, Zellzement, geschäumten Kunststoff oder dergleichen. Durch geeignete Wahl der Materialien kann der auf.die Wandung 24 aufgebrachte Schaum praktisch jede gewünschte Druckfestigkeit aufweisen. Ein besonderer Vorteil hinsichtlich der Sicherheit besteht darin, dass durch Zusatz geeigneter Zuschlagstoffe , der Schaum feuerhemmend gemacht werden kann. Beispiele für , Materialien die zu diesem Zweck verwendet werden können, sowie deren physikalische Eigenschaften sind in, der Encyclopedia of Chemical Technology, 2. Ausgabe, Seite. 860.und Seiten 864 bis 867 zu finden, die hier jedoch nur als,Beispiele genannt werden. Somit kann man das Absacken des; da-- . rüberliegenden Erdreiches praktisch in jedem gewünschten Ausmass unter Kontrolle bringen, indem einfach die Druckfestigkeit

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des geschäumten Materials entsprechend eingestellt wird. Es ist beispielsweise bekannt, dass Polyurethan mit einer Dichte von beispielsweise 0,128146 g/cm (8 lb/cuft) hergestellt werden kann, was ausreicht, um das N chsacken bei einer Tiefe von ca. 60 m (200 ft) wirksam zu verhindern und das Ausmass der Bodensenkung auch noch in grösseren Tiefen in Grenzen zu halten. ·

Wenn somit das Material 12 aus dem Stollen abgeschrämt und^: durch Schaum ersetzt wird, zeigt sich, dass das gesamte Material im'Abbaufeld wirksam abgeräumt werden kann, da die den Abbauwandungen gegenüberliegenden Wandungen mit Schaum kontinuierlich besprüht werden. Da ausserdem der gesamte Abbautrichter bis zur Decke mit Schaum gefüllt ist, ist die Begrenzung in der Höhe bzw. Flözdicke hauptsächlich so bemessen, dass sie der Grosse der verwendeten Abschrämmaschine bzw. des Hobels entspricht. Somit lässt sichldie Begrenzung für die Decke bei gleichzeitiger Zunahme desGewinnungsverhältnisses erhöhen,da keine Stützen für das Hangende verwendet werden, während andererseits das zu diesem¹ Zweck bisher benötigte Personal zur Überwachung und Bedienung der Stützen nicht mehr erforderlich ist.

Bei Bedarf kann das von der Wandung 13 mittels des Hobels bzw. der Schrämmaschine 14 abgenommene Material aus dem Stollen durch Luftsaugwirkung bzw. in diesem Bereich bekannten ünterdruckgeräten entfernt werden, die jedoch nicht dargestellt sind; beispielsweise mit Hilfe einer Vorrichtung,die ähnlich der in Min—ing Congress Journal, Ausgabe Dezember 1971, Seiten 42 ff. beschriebenen Maschine ist. Derartige Absaug- bzw. Unterdruckeinrichtungen stellen ein geeignetes Verfahren zum

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Abtransport des Abgeschrämten dar, insbesondere beim Kohlenbergbau, da das beim Abbau der Kohle freigesetzte gefährliche Methangas unter Kontrolle gehalten werden kann, wie auch andere schädliche Gase, die durch Erzeugung des Schaums entstehen, können. Weiterhin können derartige Absaug-! bzw. Unterdruckgeräte in ausreichendem Mass den möglicherweise beim Abbau entstehenden Staub unter Kontrolle zu halten, der zu unerwünschten explosiven Bedingungen führen kann. Die Dichte der Zähne auf dem Schrämkopf kann so ausgelegt sein, dass das abgeschrämte Material in ausreichend geringer Brockengrösse abgeschrämt werden kann, um den Abtransport des abgebauten Materials in den Saugleitungen zur Erdoberfläche hin zu erleichtern.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemassen Vorrichtung besteht darin, dass sie sich durch Fernbedienung betätigen lässt, beispielsweise von einem zentralen Kontrollraum aus, ohne dass vor Ort noch Personal erforderlich ist. Ausserdem ist dieses Verfahren sehr viel wirksamer und rationeller als die bisher verwendeten, da keinerlei Stütz- oder Trennwände zum Abstützen des Hangenden mehr vorgesehen werden müssen. Da ausserdem jeder Abbautrichter vollständig mit dem erzeugten Schaum gefüllt wird, ist es möglich, in Schichten abzubauen, d.h. zunächst eine erste Schicht abbauen, dann zurückfahren und die nächste darüber- bzw. darunterliegende Schicht in Angriff zu nehmen usw. " . '

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Claims

Patentansprüche

1. Abbauverfahren für Untertagebau, bei welchem Material von einer Wandung eines Grub en sch acht es entfernt wird, während die gegenüberliegende Wandung gestützt wird, dadurch gekennzeichnet , daß auf eine gegenüberliegende Wandung ein geschäumtes Stützmaterial aufgebracht wird, um das Absenken des Hangenden und das Nachsacken darüberliegenden Erdreichs zu beeinflussen.

2. Abbauverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile eines geschäumten Kunststoffs vermischt werden und daß der geschäumte Kunststoff durch Versprühen aufgebracht wird.

3. Abbauverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile von einer vom Grubeneingang entfernt liegenden Stelle in diesen eingeleitet werden .

4. Abbauverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß von einer entfernt liegenden Stelle aus eine Vorrichtung zum Abräumen von Material von einer Grubenwandung sowie eine Sprühvorrichtung für Kunststoff durch den Grubeneingang durch mindestens einen Schlauch geschleppt werden.

5. Abbauverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material vom Streb abgenommen wird.

6. Abbauverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abräumen durch Entfernen des Materials unter Unterdruck erfolgt, wobei die Gase, Staub und andere Substanzen, die sich beim Abräumen bilden, aus der

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Grube entfernt werden.

7. Abbauverfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß entläng einer Wandung einer Grube ein Hobel zum Abräumen von Material, eine Vorrichtung zum Versprühen von geschäumtem Stützmaterial auf eine der ersten gegenüberliegende Wandung bewegt werden, und daß die Bestandteile zur Herstellung des geschäumten Stützmaterials der Sprühvorrichtung zugeführt und in dieser vermischt werden.

8. Vorrichtung für Untertagebau, welche einen entlang einer Wandung einer Grube bewegbaren Hobel sowie einen Antrieb zum Bewegen des Hobels aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß auf der Vorrichtung eine Sprühvorrichtung zum Versprühen geschäumten Materials auf eine Wandung der Grube angeordnet ist, welche der Wandung, entlang welcher sich der Hobel bewegt, gegenüberliegt.

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