DE2621680C3

DE2621680C3 - Verfahren und Vorrichtung zum vollständigen Abbau von Lagerstätten in der Arktis

Info

Publication number: DE2621680C3
Application number: DE19762621680
Authority: DE
Inventors: Eike Von Der Dipl.-Ing. 6079 Buchschlag Linden
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1976-05-15
Filing date: 1976-05-15
Publication date: 1979-10-11
Also published as: DE2621680B2; CA1049052A; DE2621680A1

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zurr vollständigen Abbau von im arktischen und subarktischen Klimabereich befindlichen Lagerstätten in kammerartiger Bauweise mit Restpfeilern.

Bekanntlich ist es beim Abbau von Lagerstätten zur Sicherheit und Verringerung der schädlichen Wirkung des Abbaus auf andere Grubenbaue und die Tagesoberfläche erforderlich, die Bewegungen und das Absinken der den verlassenen Abbauhohlrsum überlagernden Gebirgsschichten möglichst klein zu halten. Das geschieht entweder durch Versatiibau, bei dem der durch die Hereingewinnung des nutzbaren Lagerstätteninhalts entstandene Hohlraum mit taubem Gestein oder anderem geeigneten Material verfüllt wird oder durch Pfeiler oder Festenbau, bei denen der regelmäßig über das Baufeld in der Lagerstätte verteilt sind und in bestimmter Reihenfolge verhauen werden, erfolgt, wobei zwischen den einzelnen Kammern oder örtern Pfeiler stehenbleiben.

Es ist bekannt, die auf diese Weise hergestellten Kammern oder örter mit Versatz, dem aushärtende Bindemittel zugesetzt sind, zu verfüllen und anschließend die stehengelassenen Pfeiler hereinzugewinnen. Als Versatz dienen u. a. grobkörnige Abgänge aus der Aufbereitung, die unter Zusatz der Bindemittel, vorzugsweise Zement, in die Kammern bzw. örter eingebracht werden.

Beim Abbau einer Lagerstätte i.n arktischen und subarktischen Kliniabcreich, wo Dauerfrostperioden von mehr als sechs Monaten im Jahr herrschen, kommt der Frage des Einbringens des Versatzes besondere Bedeutung zu, da in diesem Bereich angesiedelte Bergbaubetriebe infolge ihrer Abgelegenheit und Entfernung von den Zivilisationsbereichen durch hohe I'ninsporlkoslen für eingehendes Material und ausgehende Produkte sowie durch hohe Betriebskosten, !"■dinjr! durch die liefen Außentemperaturen und durch .' i) /·.hh.ui der im Permafrost liegenden Lagerstätten, erheblich belastet sind.

Aufgrund dieser besonderen Situation und angesichts der hohen Investitionskosten für die betriebliche Infrastruktur sind die im arktischen und subarktischen ι Klimabereich tätigen Bergbaubetriebe bestrebt, die Lagerstätten vollständig abzubauen. Das kann einmal dadurch geschehen, daß das Hangende der Lagerstätte nach der Hereingewinnung des Lagerstäiteninhalts planmäßig zu Bruch geworfen wird. Da jedoch bei einer

in derartigen Behandlung der die Lagerstätte überdeckenden Gebirgsschichten mit größeren Belastungen durch Bergschäden infolge Absinkens und Zerreißens der Gebirgsschichten zu rechnen ist, werden heute in aller Regel bei in kammerartiger Bauweise betriebenem Abbau zwischen den Kammern oder örtern Bergfesten oder Pfeiler stehengelassen und somit auf eine vollständige Gewinnung des Lagerstätteninhalts verzichtet, insbesondere da das Einbringen von Versatz mit einem aushärtenden Bindemittel wegen der damit

2Ii verbundenen Transportkosten zu teuer ist. Darüber hinaus verursacht die beim Abbinden des ein aushärtendes Bindemittel enthaltenden Versatzes entstehende Wärme ein Auftauen des natürlichen unter Permanentfrost stehenden Nebengesteins, wodurch sich die

-> gebirgsmechanischen Verhältnisse ändern und damit betriebliche Störungen hervorgerufen werden können. Hinzu kommt, daß m arktischen und subarktischen Klimabereichen eine Deponie der Aufbereitungsabgänge in herkömmlicher Art und Weise nicht möglich ist, da

ⁱⁿ die Schlämme wegen der Frostperioden nicht entwässert werden können und die aus Bodenmaterial und Aufbereitungsabgängen aufgebauten Dämme während der warmen Jahreszeit, in der Dämme und Böden oberflächlich auftauen, statisch schwer beherrschbar

^r> sind.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einem Abbauverfahren der eingangs genannter; Art die Aufbereitungsabgänge in die verhauenen Kammern und örter in der Weise einzubringen, JiB sie als Versatz

■"' neue Auflager für die unter möglichst geringer Bruchwirkung nur gering absinkenden Oberdeckungsschichten bilden, wenn die zwischen den Kammern und örtern stehenden Pfeiler abgebaut werden. Gleichzeitig soll die Aufhaidung der Aufbereitungsabgänge über

■'"' Tage so gering wie möglich gehalten werden.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß zum Abbau der Restpfeiler in die Kammern und Örter von der Sohle bis zur Firste Aufbereitungsabgänge eingebracht und diesen auf thermodynamische Art und Weise

'" Wärme bis zu deren vollständigem Gefrieren entzogen wird, so daß gefrorene Pfeiler aus Aufbereitungsabgängen entstehen, zwischen denen die Restpfeiler abgebaut werden.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus in die eingefüllten Aufbereitungsabgänge eingebetteten Gefrierrohren, die mit einer Gefrieranlage verbunden sind.

Die Gefrieranlage wird durch einen Kühlturm und eine darüber angeordnete Düseneinrichtung gebildet,

^h() über die der über eine Rohrleitung zugeführte Kälteträger dem Kühlturm während der Frostperiode durch Versprühen aufgegeben wird. Der sich am Boden des Kühlturms sammelnde Kälteträger wird über eine Rohrleitung den Gefrierrohren zugeführt.

^b) Der Hohlraum für das Einbringen des Versatzes ist entweder durch künstlich hergestellte Schalungsflächen, ζ. B. Luftsäcken, begrenzt oder die zu gewinnenden Pfeiler bzw. das Nebengestein selbst bilden die

Begrenzungsflächen.

Die erforderliche Umlaufmenge des Kälteträgers errechnet sich aus der aus den Aufbereitungsabgängen abzuführenden Wärme und dem spezifischen Wärmeinhalt des Kälteträger.

Die Dimensionierung der Gefrierrohe ergibt sich aus der abzuführenden Wärme und dem Wärmeübergang vom Kälteträger durch das Gefrierrohr auf die Aufbereitungssvhlämme.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt, die nachfolgend näher erläutert werden:

In Fig. 1 ist die Draufsicht auf eine zwischen den Abbaugrenzen 1, 2 in kammerartiger bzw. kammerpfeilerartiger Bauweise verhauene Lagerstätte dargestellt

In dem Abbauhohlraum 3 stehen zum spateren Abbau bestimmte Erzpfeiler 4, die das Hangende abstützen.

Gemäß F i g. 2 sind zwischen den Erzpfeilern 4 quer zur Längserstreckung des Abbauhohlraums 3 aus Schalungselementen 5 gebildete Hohlräume 6 in der Weise angeordnet, daß zwischen dtr Stirnseite der Schalungseiemente 5 und der gegenüber.\egenden Abbaugrenze 1 eine Grundstrecke 7 entsteht und die Rückseite des Hohlraums 6 durch die Abbaugrenze 2 gebildet ist. In die Hohlräume 6 werden Aufbereitungsabgänge bis unter die Firste eingelagert und durch Gefrieren verfestigt Nach dem Aufbau und einer ausreichenden statischen Dimensionierung der gefrorenen aus Aufbereitungsabgängen bestehenden Pfeiler 8 werden die stehengelassenen Erzpfeiler 4 abgebaut. Nach dem Abbau werden die zwischen jeweils zwei benachbarten Pfeilern 8 bestehenden Zwischenräume 9 an der grundstreckenseitigen öffnung durch Anordnung von aus Aufbereitungsabgängen bestehenden gefrorenen Pfeiler 10 verschlossen. In die dadurch entstandenen Hohlräume 11 können weitere Aufbereitungsabgänge eingebracht werden.

Die Fig. 3 zeigt die Draufsicht einer zwischen den Abbaugrenzen 11, 12 mittels regelmäßig angeordneter Kammern .3 verhauenen Lagerstätte, wobei die zwischen den einzelnen Kammern 13 stehengelassenen Erzpfeiler 14 auf ihrer Stirnseite durch die Grundstrekke 15 und auf ihrer Rückseite durch die Abbaugrenze 12 begrenzt sind. Die öffnungen der Kammern 13 werden — wie in Fig.4 dargestellt — mit Schalungselementen

16 verschlossen und anschließend bis unter die Firste mit Aufbereitungsabgängen verfüllt und das bei der Sedimentation anfallende Wasser dem Betrieb wieder zugeführt. Nach dem Gefrieren der Aufbereitungsabgänge zu ausreichend statisch dimensionierten Pfeilern

17 werden die stehengelassenen Erzpfeiler 14 abgebaut. In Fig. ti ist in perspektivischer Darstellung die

zwischen zwei benachbarten Erzpfeilern 14 befindliche Kammer 13 mit zwei darin angeordneten Gefrierrohren

18 wiedergegeben.

Gemäß F i g. 6 ist die zwischen den beiden Erzpfeilern 14 gebildete Kammer 13 grundstreckenseitig durch das Schalungselement 16 verschlossen. Über die am Hangende 19 der Kammer 13 angebrachte bis zur Abbaugrenze 12 geführte Rohrleitung 20 werden — wie in dem in F i g. 7 entlang der Schnittlinie I-I der F i g. 6 gelegten Schnitt dargestellt — die Aufbereitungsabgän-

ge in die Kammer 13 eingefüllt. Das bei ihrer Sedimentation auf dem Liegenden 21 anfallende Wasser sammelt sich in dem zwischen dem Schalungselement 16 und dem dahinter angeordneten Trennwehr 22 befindlichen Zwischenraum 23, von wo es zurückgeführt wird. Sobald die Kammer 13 bis auf Höhe des Trennwehrs 22 mit Aufbereitungsabgängen gefüllt ist, wird die Rückleitung des anfallenden Wassers beendet und die Kammer 13 bis unter die Firste mit Aufbereitungsabgängen versetzt. Bei großvolumigen Kammern ist es erforderlich, die Gefrierrohre nahe der Kammerstöße anzuordnen.

In der in Fig.8 dargestellten Draufsicht ist das Einbringen von Aufbereitungsabgängen in den zwischen zwei gefrorenen Pfeilern 8 bestehenden, mit darin angeordneten Gefrierrohren 24 Hohlräumen 11 gemäß F i g. 2 wiedergegeben. Die öffnung des Hohlraums 11 ist durch das Schalungselement 25 verschlossen. Über die am Hängende befindliche bis zur Abbaugrenze verlegte Rohrleitung 26 wird der 'iohlraum 11 mit

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'«liksui uiluiigaaLTgaiigcn gciuuu L*ra3 Uli ι/ ΤΛ ^3CUlIIlCItIution anfallende Wasser sammelt sich in dem zwischen dem Schalungselement 25 und dem dahinter angebrachten Trennwehr 27 befindlichen Zwischenraum 2jj und wird vor dort abgeleitet. Wenn der Hohlraum 11 bis auf das Niveau des Trennwehrs 27 mit Aufbereitungsabgängen versetzt ist, wird der Rücklauf des bei der Sedimentation anfallenden Wassers beendet und der Hohlraum bis zur Firste mit Aufbereitungsabgängen verfüli:.

Die F i g. 9 zeigt die schematische Darstellung der für das Gefrieren der aus Aufbereitungsabgängen gebildeten Pfeiler verwendeten Gefrieranlage. Der Kälteträger wird über die Rohrleitung 29 den in Gen sedimentierten Aufbereitungsabgängen eingebetteten Gefrierrohren 18, 24 zugeführt. Über die Rohrleitung 30 wird der Kälteträger über die Düseneinrichtung 31 dem im Freien stehenden Kühlturm 32 aufgegeben, inden· dem Kälteträger, bevor dieser der Rohrleitung 29 wieder zugeführt wird, Wärme entzogen wird. Falls ein einr .aliger Durchlauf des Kälteträgers durch den Kühlturm 32 nicht ausreichen sollte, besteht die Möglichkeit, den Kälteträger im Kurzschluß über die Rohrleitung 33 dem Kühlturm erneut aufzugeben. Mit Hilfe der Pumpe 34 wird der Kälteträger mit der erforderlichen Fließgeschwindigkeit umgepumpt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß damit in arktischen und subarktischen Klimabereichen befindliche Lagerstätten ohne Störung der gebirgsmechanischen Verhältnisse vollständig abgebaut, wobei gleichzeitig die feinkörnigen Aufbereitungsabgänge in wirtschaftlicher und umweltfreundlicher Weise in der verhauenen Lagerstätte untergebracht werden können.

Die Erfindung eignet sich bei entsprechender Modifizierung grundsätzlich auch für andere Abbauvarianten, sowohl in flacher als auch in steiler Lagerung, bei denen es darauf ankommt, aus Lagerstättensubstanz bestehende Pfeiler durch aus Aufbereitungsschlämmen bestehende Pfeiler zu ersetzen, um dadurch die gesamte Lagerstätte zu gewinnen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum vollsiändigen Abbau von im arktischen und subarktischen Klimabereich befindlichen Lagerstätten in kamme.-arüger Bauweise mit Restpfeilern, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abbau der Restpfeiler die Kammern und örter von der Sohle bis zur Firste mit Aufbereitungsabgängen verfüllt und diesen auf thermodynamische Art und Weise Wärme bis zu deren vollständigem Gefrieren entzogen wird, so daß gefrorene Pfeiler aus Aufbereitungsabgängen entstehen, zwischen denen die Restpfeiler abgebaut werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch in die in die Kammern und örter eingefüllten Aufbereitungsabgänge eingebettete, mit einer Gefrieranlage verbundene Gefrierrohre (18,24).

3. Vorrichujig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefrieranlage aus einem Kühlturm (32) und einer darüber angeordneten Düsenvorrichtung (31) besteht, über die der im Kreislauf geführte, von den Gefrierrohren (18, 24) ablaufende Kälteträger in den Kühlturm einspriihbar ist.