DE2809311A1

DE2809311A1 - Verfahren zum unterirdischen hydraulischen abbau

Info

Publication number: DE2809311A1
Application number: DE19782809311
Authority: DE
Inventors: Thomas Milton Sullivan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-03-03
Filing date: 1978-03-03
Publication date: 1979-09-13

Description

Verfahren zum unterirdischen
hydraulischen Abbau Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum unterirdischen hydraulischen Abbau und insbesondere ein solches Verfahren, das zu vernacht lässigbaren Oberflächeneffekten führt.
Wegen der ökologischen Nachteile und Widerstände gegen den Tagebau bei der Kohlegewinnung wurde das vorliegende System entwickeltt bei dem zwei Stränge oder Schächte in eine weiche Sed iment lagerstätte wie Kohle durch das Deckgebirge niedergebracht werden, das häufig eine Dicke von 100 Fuß oder mehr aufweisen kann. Das Wasser kann den einen Strang oder Schacht heruntergepumpt werden und durch die Lagerstätte zu dem zweiten Schaft oder Strang hindurchgepreßt werden. In dem zweiten Strang wird es durch eine hydraulische Fördereinrichtung in einen Trenntank gefördert. Das von dem ersten Schaft oder Strang zum zweiten Schaft oder Strang strömende Wasser nimmt einige Teile der Lagerstätte auf; die sich ergebende Auf schlämmung wird in den Trenntank gepumpt. Das Wasser wird dann dem ersten und zweiten Strang erneut zugeführt, d.h. es ist ein ge--schlossenes hydraulisches System vorhanden. Die hydraulische Fördereinrichtung in dem zweiten Schacht oder Strang macht es erforderlich, daß Wasser parallel zum zweiten Schaft in die hydraulische Fördereinrichtung gepumpt wird. Um den Abbau zu beginnen, werden geformte Ladungen (shaped charges) zunächst in dem ersten Schacht niedergebracht und auf den zweiten Schacht ausgerichtet, 1wodurch in Richtung auf den zweiten Schacht ein kleiner Hohlraum ausgebildet und die Lagerstätte in der Nähe des ersten Schachtes und in Richtung auf den zweiten Schacht mit Spalten versehen wird.
Nachdem dies geschehen ist, wird ein ausrichtbares Düsenelement in dem ersten Schacht niedergebracht und auf den zweiten Schacht ausgerichtet, um zu einem größeren Wirkungsgrad zu gelangen. Nachdem der Bereich zwischen den beiden Schächten oder Strängen abgebaut worden ist, wird die Ausrüstung aus dem ersten Schacht geborgen und der erste Schacht wird mit einem Deckel verschlossen. Ein neuer Zufuhrschacht wird gebohrt und der Vorgang wiederholt, wie es im folgenden beschrieben wird.
Mit dem vorstehend beschriebenen System wird daher die Aufgabe ge-; löst, ein unterirdisches hydraulisches Abbausystem zu schaffen, das vernachlässigbare Oberflächeneffekte zeigt.
Das beschriebene System weist aber auch den Vorteil auf, daß es wegen des erforderlichen Minimums an Personal sehr wirtschaftlich ist.
Im vorstehenden und im folgenden werden die Ausdrücke Schacht oder Strang synonym verwendet, da die hydraulische Förderung mit Hilfe ivon Wasser als Transportmittel sowohl in unverrohrten als auch in verrohrten Schächten geschehen kann, wobei die anhand der beigefügten Figuren beschriebene Verrohrung aber bevorzugt wird.
Von den Figuren zeigt: ig. 1 eine schematische Darstellung zur Durchführung des Verfahrens, Fig. 2-4 geformte Ladungen, die erfindungsgemäß eingesetzt werden, Fig. 5 eine hydraulische Fördereinrichtung, die bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 zur Verwendung kommt, ìFig. 6 ein Düsenelement, das gemäß Fig. 1 zum Einsatz kommt und Fig. 7 einen Querschnitt durch das Düsenelement längs der Linien 7-7.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, besteht das Deckgebirge 11 aus einer Sand- und Schmutzschicht 12, einer Tonschicht 13, einer Sedimentschicht 14 und einer Schieferschicht 16. Zwischen der Schieferschicht 16 und einer Granitschicht 18 liegt ein Kohlenflöz 17. Zufuhrstränge 19 und 21 stehen in Verbindung mit einem ausgekohlten Hohlraum 22. Ein Förderstrang 23 steht in Verbindung mit dem ausgekohlten Hohlraum 22. Zufuhrstränge 24 und 26 stehen in Verbindung mit einem ausgekohlten Hohlraum 27. Ein Förderstrang 28 steht auch in Verbindung mit dem Hohlraum 27. Die an der Erdoberfläche liegenden Öffnungen der Stränge 19,21,23,24,26 und 28 sind durch Deckel 29,31,32,33,34 und 36 verschlossen.
Der Zufuhrstrang 37 endet in einem Düsenelement 40, das in Verbindung mit einem mit Spalten versehenen Bereich 38 des Kohleflözes steht. Ein Förderstrang 39 endet in einer hydraulischen Fördereinrichtung 41, die ebenfalls mit den mit Spalten versehenen Bereich 38 des Kohleflözes 17 steht. Eine Zufuhrleitung 42 steht in Verbin ung mit der hydraulischen Fördereinrichtung 41. Die hydraulische Fördereinrichtung 41 kann eine hydraulische Fördereinrichtung vom üblichen Evans-Typ sein. Der Zufuhrstrang 37 weist auch eine Druckt luftleitung 37A auf, die auch mit dem Düsenelement 40 in Verbinung steht. Die Druckluftleitung 37A ist mit einem Kompressor 43 verbunden und der Zufuhrstrang 37 ist mit der Druckseite einer Pum pe 44 verbunden. Die Zufuhrleitung 42 zur hydraulischen Fördereinrichtung 41 ist mit der Druckseite einer Pumpe 46 und der Förderstrang 39 ist mit einem Trenntank 47 verbunden. Der Trenntank 47 'ist über eine Leitung 48 mit der Saugseite der Pumpe 44 und einer Leitung 49 mit der Saugseite der Pumpe 46 verbunden. Dem Trenntank; 247 sind Fördereinrichtungen 51 und 52 zugeordnet.
jIn den Fig. 2-4 ist dargestellt, wie in dem unteren Ende des Föriderstrangs 37 geformte Ladungen 35 (shaped charges) durch verschienen gerichtete Öffnungen 45 hindurch wirksam werden können.
Die gestrichelten Linien zeigen die Wirkungsrichtung der Ladung 35.
In der Fig. 5 ist eine hydraulische Fördereinrichtung 41 vom Evans Typ dargestellt. Die Zufuhrleitung 42 steht in Verbindung mit der gezeigten Zufuhröffnung 64. Zufuhröffnungen 62 und 63 stehen auch in Verbindung mit der Öffnung 64, um die Förderung durch die hydraulische Fördereinrichtung in den Förderstrang 39 hinein zu unterstützen.
Wie aus der Fig. 6 ersichtlich ist, besitzt das Düsenelement 40 eine Öffnung 71. Das Düsenelement 40 ist mittels eines Kugellagers 72 drehbar an den Zufuhrstrang angekoppelt. Die Druckluftleitung 37A ist koaxial zum Zufuhrstrang 37 angeordnet und fest an einem spinnenartigen Träger 73 angeordnet.
Wie aus der Fig. 7 ersichtlich ist, ist der mit der Druckluftleitung 37A verbundene spinnenartige Träger 73 unterhalb des Kugellagers 72 angeordnet.
Unter Bezugnahme auf alle Figuren, insbesondere Fig. 1, soll nun das Verfahren erläutert werden. Der Hohlraum 22 in dem Kohlenflöz 17 ist in der Fig. 1 als Ausgangspunkt des Abbaus der hydraulischen Förderung im Grubenbetrieb anzusehen. Hier wird der erste Zufuhrstrang bei 19 in der Nähe eines Förderstrangs 23 gezeigt.
Nachdem der Bereich zwischen den Strängen 19 und 23 abgebaut worden ist, wird die Ausrüstung des Strangs 19 entfernt und ein Deckel 29 auf die verbleibende Oberflächenöffnung gesetzt. Zu diesem Zeitpunkt wird ein anderer Zufuhrstrang 21 gebohrt und der Bereich zwilschen den Strängen 19 und 21 wird durch den Strang 23 hindurch ab gebaut. Wenn dieser Abbau vollendet worden ist (natürlicherweise können auch mehr als zwei solcher Schritte erforderlich sein, in Abhängigkeit von der Flözstärke, der Tiefe usw.), wird die Ausrüstung des Zufuhr strangs 21 und des Förderstrangs 23 entfernt und die verbleibenden öffnungen werden durch die Deckel 31 und 32 verschlossen. Die Ausrüstung wird dann weiterbewegt und es werden der Zufuhrstrang 24 und der Förderstrang 28 gebohrt, um den unterirdischen Abbau im Bereich des Hohlraums 27 einzuleiten. Auch hier wird nach Auskohlen des anfänglichen Hohlraums ein Zufuhrstrang 26 weiter zurückgelegen gebohrt und der Strang 24 verschlossen. Der Bereich zwischen den ausgekohlten Hohlräumen 22 und 27 wird nicht abgebaut, um als Abstützung zu dienen.
Jetzt wird auf den Bereich Bezug genommen, der in Betrieb mit dem mit der Druckseite der Pumpe 44 verbundenen Zufuhrstrang 37 ist.
Der Zufuhr strang 37 besitzt - wie bereits erwähnt - die konzentrisch in seinem Inneren angeordnete und mit dem Ausgang des Kompressors 43 verbundene Druckluftleitung 37A. Sowohl die Druckluftleitung 37A als auch der Strang 37 enden in dem Düsenelement 40, das auf der hydraulische Fördereinrichtung 41 am unteren Ende des Förderstrangs 39 angeordnet ist. Die Zufuhrleitung 42 führt der hydraulischen Fördereinrichtung 41 zum Betrieb derselben Druckwasser zu und ist mit der Druckseite der Pumpe 46 verbunden. Der Förderstrang 39 führt die Aufschlämmung bestehend aus Kohle und Was-Iser dem Trenntank 47 zu. Bei Beginn des Abbaus wird zunächst eine keformte bzw. gerichtete Ladung 35 an die Stelle gebracht, an der der Fig. 1 das Düsenelement 40 dargestellt ist. Bei Zündung der ladung 35 führt diese zur Spaltenbildung in der Kohle in dem Beeich 38 zwischen dem Zufuhrstrang 37 und dem Förderstrang 39.
ach der Sprengung wird das Düsenelement 40 in Stellung gebracht lnd Luft und Wasser werden nach unten durch das Düsenelement 40 lindurchgepumpt. Wasser und Luft werden durch die Kohle zu der hydraulischen Fördereinrichtung 41 hin wandern und Kohlestücke mit.
;ich durch die hydraulische Fördereinrichtung 41, den Förderstrang 39 zu dem Trenntank 47 hin mitnehmen. In dem Förderstrang 47 setzt ;ich die Kohle ab und wird durch die Fördereinrichtungen 51 und 52 uf eine Halde 50 gefördert, die am Ende der Fördereinrichtung 52 in der Fig. 1 gezeigt ist. Die Fördereinrichtungen sind als Förerbänder ausgebildet. Das im Trenntank abgetrennte Wasser wird über die Leitung 48 zur Saugseite der Pumpe 44 und über die Leitung 49 zur Saugseite der Pumpe 46 geleitet, um wieder dem Abbau zugeführt zu werden. Naturgemäß wird nicht die gesamte Wassermenge zurückgewonnen und dem Trenntank 47 müssen daher entsprechende Wassermenge zugeführt werden. Nachdem der Bereich zwischen dem Düsenelement 40 und der hydraulischen Fördereinrichtung 41 abgebau worden ist, wird ein zweiter Förderstrang niedergebracht, um einen Hohlraum auszukohlen, der mit den Hohlräumen 22 und 27 vergleichba ist. (Vgl. die Strichelung im rechten Teil der Fig. 1.) In den Fig. 2,3 und 4 sind geformte Ladungen (shaped charges) 35 dargestellt, die durch verschieden orientierte Öffnungen 45 der Zufuhrstränge hindurch wirksam sind. Die Sprengung wird benutzt, um die Kohle zum Beginn des hydraulischen Abbaus mit Spalten oder Rissen zu versehen, d.h. zu fragmentieren.
In der Fig. 5 ist eine hydraulische Fördereinrichtung 41 dargestellt, bei der die Zufuhrleitung 42 über eine Mündungsöffnung 61 mit Förderwasser beaufschlagt wird, so daß der .Schlamm durch die Eintrittsöffnung 64 hindurch in den Förderstrang 39 hineingefördert werden kann. Die Eintrittsöffnungen 62 und 63 leiten den Schlamm im Bereich der Eintrittsöffnung 64 fort von der Innenwandung der hydraulischen Fördereinrichtung 41.
Wie aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, endet die Druckluftleitung 37, die konzentrisch in dem Zufuhrstrang 37 angeordnet ist, in dem spinnenartigen Träger. Das Düsenelement 40 ist mittels des Kugellagers 72 drehbar an dem Zufuhrstrang 37 angekoppelt. Auf 1diese Weise kann die Ausrichtung der Öffnung 71 durch eine Drehung Rer Druckluftleitung 37A an der Erdoberfläche eingestellt werden. L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum unterirdischen hydraulischen Abbau, dadurch gekennzeichnet, daß von der Erdoberfläche ein Zufuhrstrang in die abzubauende Sedimentlagerstätte gebohrt wird, daß von der Erdoberfläche mit Abstand von dem Zufuhrstrang in die Lagerstätte ein Förderstrang gebohrt wird, daß am unteren Ende dieser Stränge eine geformte Ladung benutzt und damit das Sediment zwischen Zufuhrstrang und Förderstrang rissig gemacht wird, daß ein Strömungsmittel in den Zufuhrstrang nach unten gepreßt wird und das Strömungsmittel an einer in vertikaler Richtung bestimmten Einspritzstellung in die rissige Lagerstätte eingespritzt wird, so daß das Strömungsmittel Teile des Sedimentmaterials in die Nähe des Förderstrangs trägt, daß das untere Ende des Förderstrangs unter den Strömungsmittelpegel gebracht wird, so daß das Strömungsmittel und das Sedimentmaterial zu einer Aufnahmeöffnung am unteren Ende des Förderstrangs durch Fließbewegung bewegt werden, daß am unteren Ende des Förderstrangs eine Pumpe für die Förderung des Sedimentmaterials und des Strömungsmittels durch den Förderstrang zur Erc oberfläche hin eingesetzt wird, daß die Einspritzstellung für das Einspritzen des Strömungsmittels selektiv vertikal in der Lagerstätte bewegt wird, während das untere Ende des Förderstrangs an oder nahe der öffnung in der Lagerstätte gehalten wird, die durch den Strömungsmittelfluß vom Zufuhrstrang geschnitten worden ist und daß um den Förderstrang und den Zufuhrstrang ein Hohlraum aufrechterhalten wird, der nicht mit Strömungsmittel gefüllt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser in dem Zufuhrstrang heruntergepreßt wird und das Wasser durch ein zur Seite gerichtete Düse herausgepreßt wird, daß Luft durch eine Hochdruckdüsenöffnung in den Wasserstrom eingeleitet wird, wodurch die Luft in den Wasserstrom eintritt, um die Strahlwirkung des Wassers zu unterstützen und damit das Sedimentmaterial aufzubrechen, wobei die Luft benutzt wird, um den durch den Wasserstrom von dem Zufuhrstrang zum Förderstrang ausgekohlten Hohlraum mit Luft aufzufüllen, so daß das aus dem Düsenelement austretende Wasser vor dem Auftreffen auf das Sedimentmaterial mehr durch ein Luftmedium als durch ein Wasser medium tritt, so daß der Wasserstrahl mit einer größeren Strahlkraft auf die Innenfläche des Sedimentmaterials auftrifft, um das Sedimentmaterial zu lösen und es zu dem Ende des Förderstrangs hin zu spülen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderstrang mit einer relativ großen öffnung für den Durchgang relativ großer Stücke des Lagerstättenmaterials versehen ist und eine Strahlpumpe für die Bewegung des Wassers und des Lagerstättenmaterials zur Erdoberfläche durch den Förderstrang hindurch eingesetzt wird.
04. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeic -net, daß die Sedimentmaterialien in einem gegebenen Hohlraum der Lagerstätte ausgewaschen werden, daß die Löcher, in denen die Förderstränge und die Zufuhrstränge angeordnet waren, geschlossen werden, daß neue Zufuhr- bzw. Förderstränge von der Erdoberfläche in den danach abzubauenden Bereich der Lagerstät te an einer Stelle nahe des ausgeräumten Hohlraums gebohrt wer en, daß ein Strömungsmittel den Zufuhrstrang in das mit Spalten ve -sehene Lagerstättenmaterial hineingepreßt wird und Teile des Sedimentmaterials von dem Zufuhrstrang in den Förderstrang gespült werden und eine Wand des Sedimentmaterials zwischen den benachbarten Hohlräumen belassen wird, um die Formation abzustützen.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Luft der Zufuhrstrang hinuntergepreßt wird, die aus dem unteren Ende des Strangs austritt,und daß die Luft eingesetzt wird, um den durch den Strömungsmittelfluß von dem Zufuhrstrang zu dem Förderstrang hin ausgeräumten Hohlraum mit Luft aufzufüllen, so daß das aus der Düse austretende Strömungsmittel eher durch ein Luftmedium alsdurch ein Wassermedium tritt, ehe es auf das Sedimentmaterial auftrifft, wodurch auf der zugewandten Fläche des Lagerstättenmaterials eine größere Strahlkraft auftrifft, um das Lagerstättenmaterial zu lösen und es zu dem Ende des Förderstrangs zu bewegen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstrahl am unteren Ende des Förderstrangs in horizontaler Richtung gedreht werden kann, um den Strömungsmittelstrom in alle Richtungen durch das Luftmedium in dem Hohlraum richten zu können.