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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft die Sicherheitstechnik bei der Durchführung
von Bergbauarbeiten, genauer gesagt, Verfahren zum Einpressen von Flüssigkeit in
ein Flöz und Vorrichtungen zu deren Durchführung.
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Besonders erfolgreich kann die Erfindung zur vorbeugenden Bearbeitung
von Kohlenfiözen zur Verminderung der Gasentwicklung, der ^,taubbildung und zum
Verhindern von plötzlichen Ausbrfichen verwendet werden.
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Außerdem kann die Erfindung zum Zuführen von Flüssigkeit zu Berieselungseinrichtungen
von Abteufmaschinen und von Gewinnungsgeräten,sowie auch zur Bearbeitung von Abbauhohlräumenverwendet
werden.
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Die Wirksamkeit der vorbeugenden Bearbeitung eines Flözes (des Anstehenden)
wird durch das entssr chende Verhältnis zwischen den Bedingungen für das Einpressen
der Flüssigkeit und den Filtrier- und Sammlereigenschaften des Flözes bestimmt,
die sich in einem weiten Bereich sowohl in geometrischen Abmessungen des Flözes
wie auch im Verlauf des Finpressens der Flüssigkeit durch die Sättigung des Flözes
ändern.
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Es sind Verfahren zum Einpressenvon Flüssigkeit in ein Flöz bekannt,
die darin bestehen, daß in einem Flöz, z.B. einem Kohlenflöz Bohrungen niedergebracht
und diese an eine Druckhauptleitung, z.B. an das Druckhautleitungsnetz eines Schachtes
angeschlossen werden, und die Flüssigkeit unter einem ständigen Druck zugeführt
wird. Die Vorrichtungen, mit deren
Hilfe das Einpressen durchgeführt
wird, umfassen Tränke ungsgerät und Mittel zum Abdichten der Bohrungen; bei Notwendigkeit
können auch Druckerhöhungageräte verwendet werden, die in das Druckleitungsnetz
eingeschlossen werden (sdie Urheberscheim Nr. 111016 und 112449 und die DE-2S 1
269 976).
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Die Verwirklichung dieser Verfahren ist mit einer Reihe von Schwierigkeiten
verbunden, weil der Druck der Flüssigkeit f'.3r die ftberwindung des hydraulischen
Widerstandes des Flözes nicht ausreicht; dadurch nimmt die Zeit des Tränkens es
des Flözes zu und vermindert sich dessen Wirksamkeit.
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Es ist ein Verfahren zum Einpressen von Flüssigkeit in ein Flöz bekannt,
das eine Erhöhung des Druckes der Flüssigkeit durch das Zusammendrücken derselben
bis auf Werte vorsieht, die die Größe des hydraulischen Widerstandes des Flözes
übersteigen. (S. "Anleitung zur Staubbekämpfung in Kohlenschächten", Verlag M.Nedra,
1971, Seite 7-28). Das bekannte Verfahren besteht darin, daß man vorher auf einem
Versuchsweg die Größe des hydraulischen Widerstandes des Flözes ermittelt, den Druck
der Flüssigkeit bis zu den vierten, die unter der gemessenen Größe liegen, erhöht
und die Flüssigkeit durch die Bohrung in das Kohlenflöz zuführt.
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Zur Verwirklichung dieses Verfahrens verwendet man eine Vorrichtung,
die eine aus mehreren Zylindern bestehende Hochdrucknumpanlage, Hauptleitungen für
die Zuführung der Flüssigkeit in die Zylinder der Anlage und für die Zuführung der
Flüssigkeit
in die Bohrung,wobei die Hauptleitungen mit einer Eontroll- und ießapparatur versehen
sind, sowie ein Abdichtungselement enthält, welches in der Bohrung angeordnet ist.
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Die Kompliziertheit in der Durchführung des bekannten Verfahrens
besteht darin, daß die auf dem Versuchswege bestimmte Größe des hydraulischen Widerstandes
des Flözes nur fur den gegebenen Flö-- zpunkt und für das gegebene Zeitmoment giiltig
ist.
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Zur Gewährleistung einer hohen Wirksamkeit der Bearbeitung des Flözes
mit Flüssigkeit ist es notwendig, die esan an den Stellen sungen kontinuierlich
und,tim Flözkörper durchzuführen, die durch den Radius der Verbreitung der Flüssigkeit
begrenzt sind, was einen arbeitsintensiven und schwer durchführbaren Arbeitsgang
darstellt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Einpressen von Flüssigkeit in ein Flöz, das eine hohe Wirksamkeit durch die
Gewährleistung der Veränderung von Parametern der Einpressung der Flfissigkeit in
Abhängigkeit von den Filtrier- und Sammlereigenschaften des Flözes aufweist, zu
entwickeln, sowie eine Vorrichtung zu schaffen, die eine einfache Konstruktion besitzt
und eine selbsttätige Steuerung unter minimalen Energieaufwendungen für das Einpressen
der Flüssigkeit ermöglicht.
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Die gestellte Aufgabe wird durch die Anwendung eines Verfahrens zum
Einpressenvon Flüssigkeit in ein Flöz gelöst, das eine Erhöhung des Druckes der
Flüssigkeit durch deren Zusammenpressen bis auf Werte vorsieht, die die Größe
des
hydraulischen Widerstandes des Flözes übersteigen, und bei dem erfindungsgemäß im
Verlauf der Druckerhöhung ein Teil der zusammengedrückten FlfissiCkeit gespeichert
und beim Einpressen in die Druckzone zurückgeführt wird.
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Das gewährleistet einen kontinuierlichen Prozeß des Einpressens der
Flüssigkeit in das Flöz, wobei in jeder Zeitspanne der Druck in der llauptdruckleitung
der Größe des hydraulischen Widerstandes des Flözes entspricht. Eine hohe Wirksamkeit
der vorbeugenden Bearbeitung wird durch ein gleichmäßiges Tränken des Flözes und
durch die Verminderung des Zeitaufwandes für die Bearbeitung erreicht. Bei der Durchführung
dieses Verfahrens ist es nicht erforderlich, die Größe des hydraulischen Widerstandes
des Flözes ständig zu messen.
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Die gestellte Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß in einer Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens, die eine aus mehreren Zylindern bestehende Pumpanlage
mit Hauptdruckleitungen für die Zufiihrung der Flüssigkeit in die Zylinder der Anlage
und die Zuführung der Flüssigkeit in die Bohrung, wobei Hauptdruckleitungen mit
einer Sontroll-und Meßapparatur versehen sind, sowie ein Abdichtungselement, das
in der Bohrung angeordnet ist, enthält, erfindungsgemäß Jeder Zylinder der Pumpanlage
mit einem Speicherbehälter versehen ist, der mit dem Arbeitsraum des Zylinders leitungsverbunden
ist.
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Bei einer solchen Ausführung der Vorrichtung sind geringe Energieaufwendungen
für das Einpressen der Elüssigkeit erforderlich,
weil die gespeicherte
Flüssigkeit bei deren ickführung in den Arbeitszylinder die Drehung der Kurbelwelle
der Pumpe fördert, und außerdem die Zuführung der Flüssigkeit in die Pumpanlage
dem Verbrauch derselben streng entspricht.
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Die Vorrichtung zum Einpressen der Flüssigkeit in das Flöz weist eine
einfache Konstruktion auf und kann zusammen mit bekannten Schaltungen einer Fernsteuerung
eingesetzt werden.
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Im folgenden wird die Erfindung durch eingehende Beschreibung eines
konkreten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erlautert, die
ein grundsätzliches Schaltbild der Vorrichtung zum Einpressen von Flüssigkeit in
ein Flöz gemäß der Erfindung darstellt.
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Es wird ein Verfahren zum Einpressen von FlUssigkeit in ein Flöz
vorgeschlagen, das z.B. zur vorbeugenden Bearbeitung zwecks Verminderung der Staubentwicklung
bei der Gewinnung von Kohle verwendet wird; das Verfahren besteht darin, daß man
durch Zusammendrücken den Druck der Flüssigkeit erhöht und mit dieser die Bohrung
füllt, durch welche das Flöz getränkt wird. Gleichzeitig wird erfindungsgemäß ein
Teil der Flüssigkeit aus der Druckzone gespeichert. Nachdem der Druck der Flüssigkeit
die Größe des hydraulischen Widerstandes des Flözes erreicht hat, fängt die Flüssigkeit
an, in das Flöz einzudringen, wobei in diesem Moment die gespeicherte Flüssigkeit
in die Druckzone zurickgeführt und ein Teil der Flüssigkeit in die Bohrung zugeführt
wird, indem sie den Hochdruck aufrechterhält und eine Pulsation desselben abgleicht.
Teine erhöhung des Flüssigkeitsverbrauches in der
Bohrung führt
automatisch zu einer Senkung des Druckes in der Flüssigkeit. Bei einer Erhöhung
des hydraulischen Widerstandes des Flözes vermindert sich der Flüssigkeitsverbrauch,
undleine immer größer werdende Flüssigkeitsmenge bei erhöhterm Druck 74n der Druckzone
und in der Bohrung verbleiben was zu einem weiteren Anstieg des Druckes führen wird.
Auf diese Weise wird eine Selbsteinstellung der Parameter des Prozesses des Einpressens
auf die sich ändernden Filtrier-und Sammiereigenschaften des Flözes erfolgen. Bei
der Sättigung des Flözes mit Flüssigkeit wird der Prozeß des Einpressens eingestellt.
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Die Vorrichtung für die Durchführung des Einpressens von Flüssigkeit
in ein Flöz enthält eine aus mehreren Zylindern bestehende Pumpanlage t mit Zylindern
2, deren Arbeitsräume 3 über Einsaugventile 4 mit einer Hauptleitung 5 für die Zuführung
der Flüssigkeit zur Pumpanlage 1, und über Druckventile 6 mit einer Hauptleitung
7 für die Zuführung der Flüssigkeit von der Pumpanlage 1. zu einer Bohrung 8 verbunden
sind. Die Flüssigkeit wird in die Bohrung 8 durch ein Abdichtungselement 9 zugeführt;
als solches kann beispielsweise ein mechanisches Abdichtungsmittel eingesetzt werden,
das in den Vorrichtungen solcher Art eine weitgehende Anwendung findet.
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Die Arbeitsräume 3 eines jeden Zylinders 2 sind erfindungsgemäß mit
Speicherbehältern 10 verbunden. Das Zusammendrücken der Flüssigkeit in den Zylindern
2 wird mittels Plunger 11 verwirklicht, die durch eine Kurbelwelle 12 von einem
Elektromotor 13 angetrieben werden. Die Vorrichtung enthält auch eine
Sontroll-
und W!eßapparatur, und zwar einen Durchflußmesser 14, der in die Hauptleitung 5
eingeschaltet ist, und einen Druckmesser 15, der in die Hauntleitung 7 eingeschaltet
ist.
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Die Speicherbehälter 10 sind mit Ventilen 16 zum Ablassen von Zuluft
versehen.
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Die Vorrichtung hat folgende Arbeitsweise.
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In die Pumpanlage 1 wird eine Flüssigkeit durch die Hauptleitung
5, z.B. aus einem Schachtwasserleitungsnetz zugeführt. Durch das 3insaugventil 4
gelangt die Flüssigkeit in den Arbeitsraum 3 des entsprechenden Zylinders 2, in
dem beim Hingang des Plungers 11 eine Erhöhung des Flüssigkeitsdruckes erfolgt.
In mehreren Arbeitszyklen des Plungers 11 werden der Arbeitsraum 3 und der Speicherbehälter
10 mit der Flüssigkeit gefüllt, und über das Druckventil 6 werden die Hauptleitung
7 und die Bohrung 8 mit Flüssigkeit gefüllt.
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Bei der Erhöhung des Druckes der Flüssigkeit bis zu einem Wert, der
die Größe des hydraulischen Widerstandes des Flözes übersteigt, fängt die Flüssigkeit
an, in das Flöz aus der Bohrung 8 zu fließen, wobei beim Rückgang des Plungers 11
die Flüssigkeit aus dem Speicherbehälter 10 in den Arbeitsraum 3 zugeführt wird
und ein Teil dieser Flüssigkeit durch das Druckventil 6 in die Hauptleitung 7 und
die Bohrung 8 austritt.
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Dadurch werden in der Bohrung 8 beim Ruckgang des Plungers 11 die
Verhältnisse des Einpressens der Flüssigkeit aufrechterhalten. Außerdem wird der
Plunger 11 von der gespeicherten Flüssigkeit bei der Rückführung derselben in den
Arbeitsraum 3 beeinflußt, wodurch die Bewegung des Plungers 11 und die Bewegung
der
Plunger 11 der anderen Zylinder 2 gefördert wird.
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Dadurch wird der Energieaufwand für die Drehung der Eurbelwelle 12
vermindert. Bei einer Erhöhung des Flüssigkeitsverbrauches, z.B. infolge einer starken
Zerklüftung des Flözes wird der Flüssigkeitsdruck vermindert, weil eine größere
Men-Flüssigkeit ge der / in das Flöz eindringt. BeieinerSenkung des Flüssigkeitsverbrauches
infolge einer Sättigung des Flözes beginnt der Druck anzusteigen, und bei einer
vollständigen Sättigung des Flözes erreicht der Druck ein Maximum und die Zuführung
der Flüssigkeit aus der Haupbleitung 5 in die Pumpanlage wird völlig eingestellt,
weil der Flüssigkeitsdruck in den Arbeitsräumen 3 der Zylinder 2 und in den Speicherbehältern
10 mit dem Druck in den Hauptleitungen 7 ausgeglichen wird, wodurch das Öffnen des
Saugventils 4 und des Druckventils 6 verhindert wird.
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Beispiel Zur vorbeugenden Bearbeitung eines Flözes zwecks einer Senkung
der Staubbildung verwendet man eine aus sechs Zylindern bestehende Pumpanlage mit
einem Durchmesser der Plunger von 28 mm und einer Hubhöhe derselben von 16 mm. Bei
einem Hubraum des Zylinders von 9,8 cm3 besitzt ein Jeder Speichert behälter ein
Volumen von 500 - 510 cm3. Als Arbeitsflüssigkeit wurden geklärtes Schachtwasser,
das mechanische Beimengungen in einer Höhe von nicht mehr als 50 mg/l enthält oder
wäßrige Lösungen von oberflächenaktiven Stoffen verwendent. In der vorliegenden
Vorrichtung liegen die Grenzen für die Änderung des Flüssigkeitsverbrauches in einer
Höhe von
O - 55 l/min und der Betriebsdruck beträgt 5 - 300 kp/cm2.
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Der Flüssigkeitsdruck in der Hauntleitung für die Zuführung der Flüssigkeit
in die Pumpanlage beträgt mindestens 6 kp/cm².
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Die Zuführung der Flüssigkeit in das Flöz begann bei einem Druck von
48 kp/cm² und dauerte 12 Stunden bei einem FlüssiEkeitsverbrauch von 55 - O 1/min,
wobei sich der Druck bis auf 300 kp/cm² erhöhte. Die Zeit der Bearbeitung des Flözes
verminderte sich im Vergleich zu den bekannten Verfahren um 3 Stunden. Dabei wurde
die Staubbildung bis zu verringert.
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80% gegenüber 35 - 40% bei den bekannten Verfahren /Neben einer Erhöhung
der Wirksamkeit der vorbeugenden Bearbeitung werden<um ein 3-faches>die Energieintensität
des Prozesses des Einpressenslund der Metallverbrauch um 30% gesenkt.
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Das Verfahren zum Einpressen von Flüssigkeit in ein Flöz und die
Vorrichtung zu seiner Durchführung gemäß der vorliegenden Erfindung schließen völlig
den Energieverbrauch aus für das Zusammendrücken der iiberflüssigen Flüssigkeit»,
vermindern den Energieaufwand für dn betrieb der Anlage und sichern eine stoßfreie
Regelung der Parameter des Einpressens in Abhängigkeit von den Filtrier- und Sammlereigenschaften
des Flözes.
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VERFAHREN ZUM EINPRESSEN VON FLÜSSIGKEIT IN EIN FLÖZ UND VORRICHTUNG
ZU SEINER DURCHFt\'HMJNG Kurzfassung Die Erfindung betrifft die Sicherheitstechnik
bei der Durchführung von Bergbauarbeiten.
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Das vorgeschlagene Verfahren besteht darin, daß man durch das ZusanmendrückeneinerFlüssigkeit
bis zu den Druchlerten, die die Größe des hydraulischen Widerstandes des Flözes
übersteigen, den Druck der Flüssigkeit erhöht. Ein Teil der zusammengedrückten Flüssigkeit
wird erfindungsgemäß im Verlauf der Erhöhung des Druckes gespeichert, und beim Einpressen
der Flüssigkeit in das Flöz wird dieser Teil der zusammengedrTickten Flüssigkeit
in die Druckzone zurückgeführt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält eine aus mehreren Zylindern
bestehende Pumpanlage (1), die mit Hauptleitungen (5,7) für die Zuführung der Flüssigkeit
in Zylinder (2) und die Zuführung der Flüssigkeit in eine Bohrung (8) verbunden
ist, wobei dieHauptleitungen mit einer Kontroll- und Meßapparatur (14, 15) versehen
sind, sowie ein Abdichtungselement (9), das in der Bohrung 8 angeordnet ist. Gemäß
der Erfindung ist jeder Zylinder (2) der Pumpanlage mit einem Speicherbehälter (10)
versehen, der mit dem Arbeitsraum (3) des Zylinders (2) verbunden ist.
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Besonders erfolgreich kann die Vorrichtung zur vorbeugenden Bearbeitung
von Kohlenflözen zur Verminderung der Gasentwicklung, der Staubbildung und zum Verhindern
von plötzlichen Ausbrüchen der Kohle verwendet werden.