DE3308997C2 - Vorrichtung für das Auflockern und/oder Gewinnen von Kohle oder anderen Materialien mittels Druckluft - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Auflockerung und/oder Gewinnung von Kohlenflözen oder von anderen Gesteinen bzw. von körnigen und stückigen Materialien sowie von Abfallmassen mit Hilfe von mit Hochdruckpreßluft betriebenen Gewinnungsköpfen. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die Ausströmung der die Auflockerung und/oder Gewinnung durchführenden Gewinnungsluft hohen Druckes entlang des Bohrloches auf mehrere Gewinnungsabschnitte verteilt wird, wobei die Gewinnungsluft vom Bohrlochmund bis zum Bohrlochgrund auf den einzelnen Abschnitten in einer raschen Aufeinanderfolge, unter einer abschnittsweisen Verzögerung ausgelassen wird. Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist aus Gewinnungseinheiten zusammengebaut, die jeweils aus einem Gewinnungskopf und einem damit verbundenen Anschlußrohr besteht, wobei im Gewinnungskopf eine durchgehende abgestufte Bohrung ausgebildet ist, in welcher ein axial beweglicher und zum Öffnen und Schließen eines im Mantel des Gewinnungskopfes ausgebildeten Gewinnungsluft-Auslaßschlitzes geeigneter Differentialkolben angeordnet ist, zwischen dessen beiden Enden ein Rückschlagventil angeordnet ist.

Description

Die Erfindut.^ betrifft eine Vorrichtung zum Auflokkern und/oder Gewinner von Kehle oder anderen Materialien mittels Druckluft «jemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Der mechanische Abbau von geologisch gestörten, grubengasgefährdeten Kohlenflözen mit verhältnismäßig großer Festigkeit, die sowohl in Fallrichtung als auch in Streichrichtung nur eine kurze Ausdehnung aufweisen, ist heutzutage noch nicht befriedigend gelöst. In solchen Bergwerken wird neben der manuellen Gewinnung hauptsächlich das einzylindrige Kurzlochgewinnungs- bzw. Auflockerungsverfahren angewendet, 012 Gewinnung erfolgt also mit Hilfe von einem einzigen, in einem kurzen Bohrloch angeordneten druckluftbetriebenen Gewinnungskopf. Der herkömmliche Druckluft-Gewinnungskopf ist im wesentlichen ein rings seines Umfangs mit als Gewinnungsluft-Auslaßschlitze bezeichneten Öffnungen versehener Hohlzylinder mit konischen Enden, an welchen unter Einschaltung einer Spaltscheibe ein Hochdruckdruckluftschlauch angeschlossen ist. Zur Zeit beträgt die mit den herkömmlichen, von einem speziell für Bergbaubetrieb ausgebildeten Druckluftnetz mit einem maximalen Druck von 100 MN/m² gespeisten einzylindrigen Gewinnungsvorrichtungen in einem Schritt erzielbare Gewinnungslänge bzw. -tiefe bei flach gelagerten Flözen 1 bis 2 m, bei stark fallenden Flözen höchstens 6 m.

Bei flach gelagerten Flözen wird die Gewinnungstiefe in mehreren Schritten durch aufeinanderfolgende Gewinnungslängen von 1 bis 1,5 m erhöht, während diese Methode bei starkfallenden Flözen unter Anwendung der Technologie des Firstenbruches ohne Ausbau nicht möglich ist, weil die Firste oberhalb der abgebauten Stelle in den meisten Fällen ausbrechen würde. Wenn die zur Gewinnung notwendigen Bohrlöcher einfach langer gebohrt wurden und am Bohrlochgrund eine einzylindrige Gewinniingseinrichliing betätigt würde, hütte dies keine Aufiockerungs- und/oder Gewinnungswirkung, sondern nur eine verdichtende Wirkung zur Folge. Bei der Gewinnung durch Sprengen wäre wiederum eine zeitweilige Evakuierung der ganzen Wetterabteilung notwendig.

Die Nachteile der bekannten Gewinnungsmethoden sind unter den in der Einleitung beschriebenen Bedingungen die folgenden: geringe Gewinnungstiefe, geringe Produktivität sowie die Tatsache, daß dies^ Methoden zur Auflockerung und/oder Gewinnung von starkfallenden, gashaltigen Flözen unter Anwendung der Technologie des Firstenbruches ohne Ausbau nur bei einer geringen Effektivität — und wegen der häufigen Firstenausbrüche — b?i einem großen Abbauverlust

υ verwendet werden können.

Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen, mit Spaltscheibe ausgerüsteten einzylindrigen Gewinnungseinrichtungen besteht darin, daß sie hinsichtlich der Auflokkerung teilweise nachteilig arbeiten, weil die Druckluft am vollen Umfang des Gewinnungskopfes auf die Kohle einwirkt, wodurch die Gewinnung nur mit geringer Effektivität erfolgt.

Es ist jedoch auch eine Gewinnungsvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art bekannt (US-PS 30 98 442), bei welcher die Druckluft an am Umfang des Gewinnungskopfes örtlich begrenzten Stellen durch seitliche Auslaßschlitze ausgeblasen wird. Die in der Vorrichtung aufeinanderfolgenden Gewinnungseinheiten stehen über eine Drosselöffnung in den Differentialkolben miteinander in Verbindung, so daß die am einen Ende der Vorrichtung zugeführte Druckluft in die druckluftspeichernden Rohrstücke der aufei nander folgenden Gewinnungseinheiten strömt, um diese mit der zugeführten Druckluft aufzuladen. Die Differentialkolben werden von einer Rückstellfeder gegen ihren Ringsitz gedruckt, der seinerseits als verschiebbarer Differentialkolben ausgebildet ist. Wenn das druckbetätigte Auslaßventil des Anlaßrohrstückes anspricht, fällt der Druck an der einen Seite des Differentialkolbens des benachbarten Gewinnurigskopfes ab, so daß der Differentialkolben gegen die Kraf! der Rückstellfeder verschoben wird und den zugeordneten Auslaßschiit/, freigibt. Dadurch wird das angrenzende druckluftspcichernde Rohrstück entlüftet, wodurch der Differentialkolben der nächstfolgenden Gewinnungseinheit betätigt wird und die dort gespeicherte Druckluft aus dem zugeordneten Auslaßschlitz ausgeblasen wird. In dieser Weise werden die aufeinanderfolgenden Gewinnungseinheiten zeitlich nacheinander betätigt. Die Verzögc- rungszeit bestimmt sich nach dem Verhältnis der Arbeitsflächen der Differentialkolbcn, der Kraft der Rückstellfeder und der Größe der Drosselöffnungen, durch welche ein Teil der in der jeweiligen Gewinnungseinheit gespeicherten Druckluft aufgrund der Entlüftung der vorangehenden Gewinnungseinheit bereits entweicht, bevor noch der Auslaßschlitz im Gewinnungskopf der folgenden Gewinnungseinheit von deren Differentialkolben freigegeben wird. Dadurch aber ist der Druck der aus den seitlichen Auslaßschlitzen der Gewinnungs-

f)0 einheit ausgeblasenen Druckluft umso geringer, je mehr Gewinnungseinheiten aneinandergereiht sind und ic weiter die je weilige Gewinnungseinheit von dem AnIaU-rohrstück entfernt ist. Daher arbeiten die Gewinnungseinheiten der bekannten Vorrichtung mit mit zunch- mendem Abstand von dem Anlaßrohrstück uLnchmendcr Wirksamkeit. Dadurch ist die Anzahl der Cicwiiinungseinheitcn.die in der Vorrichtung aneinamkigiTcii werden können, beschrankt und daher kann das Auflok-

kern und/oder Gewinnen von Kohle oder dgl. nur über verhältnismäßig kurze Bohrlochlängen hin erfolgen. Außerdem haben die Gewinnungseinheiten verhältnismäßig viele aufeinander abzustimmende Teile.

Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, eine in der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art ausgebildete Vorrichtung zu schaffen, bei welcher die Ge\"innungseinheiten aus wenigen Teilen aufgebaut sind und ohne Beeinträchtigung der Funktion in beliebiger Anzahl aneinandergereiht werden können.

Dies wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale im kenrueichneiden Teil des Patentanspruchs erreicht

Wegen des faderbelasteten Rückschlagventils in den Differefitialkolt'en der erfindungsgemäßen Gewinnungsköpfe welken die Differentialkolben bei dem Anfüllen der Vorrichtung mit Druckluft bis zum Erreichen des AnsprechdiMckes des Rückschlagventils ohne Vorhandensein ein^r Rückstellfeder zuverlässig in die Sperrsteilung gedrückt Außerdem wird durch das Rückschlagventil verhindert, daß eine gegenseitige Entlüftung einander benachbarter Druckräume bei der aufeinanderfolgen^n Entlüftung der Gewinnungseinheit erfolgt, wodurch die Gewinnungslänge durch Aneinanderreihen entsprechend vieler Gewinnungseinheiten wesentlich gesteigert werden kann.

Wenn außerdem die Ausdehnung der Auslaßschlitze auf die der Fortschreitungsrichtung der Gewinnung entgegengesetzte Seite der Vorrichtung beschränkt wird, kann die Produktivität auch dadurch erhöht werden, daß die aus dem Gewinnungskopf ausströmende Gewinnungsluft hohen Druckes konzentriert auf die aufzulockernde Kohle gerichtet wird, damit die Energie der Luft in Richtung des weiteren Abbaus keinerlei Wirkung ausübt, dagegen auf der anderen Seite, in der gerade hereinzugewinnenden Schicht, eine wirksame Auflockerung erzielt.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann also die Auflockerungs- bzw. Gewinnungsluft hohen Drukkes entlang der gesamten Länge des in das Kohlenflöz gebohrten Bohrloches vom Bohrlochmund bis zum Bohrlochgr^nd in rascher Aufeinanderfolge fortschreitend bei einer selbsttätig gesteuerten, geringfügigen, abschnittsweisen Verzögerung verteilt werden, die von den beiden unterschiedlich großen Arbeitsflächen der Differentialkolben bestimmt ist. Die Gewinnungslänge kann deshalb ein Mehrfaches der Länge einer erfindungsgemSßen Gewinnungseinheit betragen, weil im Ergebnis der verzögerten Betätigung jeder Gewinnungskopf infolge der durch den vorhergehenden Gewinnungskopf erzielten Auflockerung schon unter günstigen Auflockerungsverhältnissen in Betrieb gesetzt wird. Die Länge des Druckspeichernden Rohrstückes jeder Gev.innungseinheit beträgt vorzugsweise 1 bis 2 Meter.

Im Falle von stark fallenden Flözen kann also die Gewinnungslänge mit der vollen Abdeckungslänge übereinstimmen, so daß diese Flöze auch durch Firstenbruch ohne Ausbau mit hoher Produktivität und minimalem Kohlenvorratsverlust sicher und äußerst wirtschaftlich abgebaut werden können.

Die Erfindung wird ausführlicher anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

I' i g. 1 einen Axialschnitt einer erfindungsgemäßen Cjewinnungseinheit mit einem Druckluft-Gewinnungskopf.

F 1 g. 2 die Anordnung einer erfindungsgemäßen Gewinnungsvorrichtung in einem stark fallenden Flöz ( » > 50), in Draufsicht,

Fig.3 die Anordnung nach Fig. 2 in Seitenansicht und

Fig.4 die Anordnung von erfindungsgemäßen Gewinnungsvorrichtungen in einem flachen Flöz (λ < 50°), in Draufsicht.

Wie in F i g. 1 dargestellt, ist in dem Gewinnungskopf 1 eine durchgehende abgestufte Bohrung 2 ausgebildet, in welcher ein Differentialkolben 3 angeordnet ist, dessen Abdichtung von einer an ihm ausgebildeten, mit einem Ringsitz 4 zusammenwirkenden kegelstumpfförmigen Dichtfläche 5 sowie einem Dichtring 6 sichergestellt ist

Auf dem Mantel des Gewinnungskopfes 1 ist ein von dem Differentialkolben 3 abschließbarer Gewinnun^sluft-Auslaßschlitz 7 ausgebildet, der sich entlang eines Bogens von etwa 90 bis 120° des Umfangs erstreckt und etwa unter 45° auf der Seite der hereinzugewinnenden Kohle nach unten gerichtet ist (siehe gestrichelter Pfeil in Fig. 1).

Im Inneren des Differentialkolbens 3 ist ein die StrömungsricWtung bestimmendes Rückschlagventil angeordnet, das aus einer Kugelführung.*:chraube 8. einem Sitz 9 und einer auf diesem Sitz 9 sitzenden Kugel 10 besteht, die von einer Feder 11 mit Hilfe einer in den Differentialkolben 3 eingeschraubten Schraube 12 auf den Sitz 9 gedrückt wird. Der im oberen Teil des Gewinnungskopfes 1 angeordnete Ringsitz 4 wird von einem Druckluft speichernden Rohrstück 13 in seiner Lage fixiert. Am unteren Zustromungsende des Gewinnungskopfes 1 ist über eine Gewindeverbindung ein Luftdämpferring 14 befestigt, der das Aufschlagen bzw. Festlaufen des Differentialkolbens 3 nach dem öffnen des Auslaßschlitzes 7 verhindert. Der Gewinnungskopf 1 bzw. die Gewinnungsköpfe Ii... I_n (Fig. 2) sind über Gewindeverbindungen unmittelbar mit den Druckluft speichernden Rohrstücken 13| ... 13„ als selbständigen Luftbehältern verbunden und die notwendige Abdichtung wird zwischen ihnen von Dichtringen 15 sichergestellt

Die Verbindung des Gewinnungskopfes 1 und des Druckluft speichernden Rohrstücks 13 kann mit Hilfe ein ^s Nippels erleichtert werden.

Die Fig.2 bis 4 zeigen zur Gewinnung vorbereitete Flöze, wobei die Gewinnungsvorrichtung jeweils in einem im Flöz ausgebildeten Bohrloch 16 angeordnet ist. Im Bohrloch 16 sind die einzelnen GewLnungsköpfe I₁, I2... In bzw. die an diese angeschlossenen Rohrstücke 13|, O2... 13„ zu sehen. Am Bohrlochmund befindet sich ein Anlaßrohrstück 17, in welchem ein Auslaßventil 18 angeordnet ist. Die ganze Gewinnungsvorrichtung ist über einen flexiblen Schlauch 19 mit einem Einlaßventil 20 verbunden. Die zusammengebaute Gewinnungsvorrichtung ist mit Hilfe einer Kette 21 an dem Ausbau der Strecke 22 oder des Abbaus 23 befestigt. Zum Abführen der abgebauten Kohle dient ein Kettenförderer 24.

Das Gewinnungsverfahren wird mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung folgendermaßen durchgeführt:

Mit Hilfe von Handbohrmaschinen oder von Ständerbohrmaschinen mi', verlängerbaren Bohrstangen, die im Falle von stark fallenden Flözen (F i g. 2,3) in der Strekke und im Falle von flachen Flözen (Fig.4) im Abbau bzw. in aus diesem Zweck ausgebildeter. Einbrüchen als Montierungsstellen vor der Kohlewand aufgestellt sind, werden in die Kohlewand der Gewinnungs- bzw. Abdeckungslänge entsp^recherde Bohrlöcher 16 gebohrt. In das Bohrloch 16 werden die ebenfalls abschnittsweise vormontierte, aus dem Druckluft speichernden Rohr-

stück 13; und dem Gewinnungskopf Ii bestehende erste, dann die aus dem Rohrstück 132 und dem Gewinnungskopf h bestehende nächste Gewinnungseinheit hineingeschoben. Danach wird die jeweils nachfolgende Einheit mit den schon eingeschobenen Einheiten zusammengeschraubt und mit diesen nachgeschoben. Diese Arbeitsschritte wiederholen sich so lange, bis das Bohrloch 16 vollständig mit Gewinnungseinheiten besetzt ist. An dem letzten (untersten) Gewinnungskopf I_n wird mit Hilfe einer Gewindeverbindung das Anlaßrohrstück 17 mit dem Auslaßventil 18 befestigt und die so zusammengebaute Einrichtung wird mit Hilfe der Kette 21 an dem Ausbau der Strecke 22 bzw. des Abbaus 23 befestigt. Danach wird die gesamte Gewinnungsvorrichtung mit Hilfe des flexiblen Schlauches 19 mit dem den Weg der Hochdruckdruckluft öffnenden bzw. schließenden Einlaßventil 20 gekuppelt.

Danach verläßt man die unmittelbare Umgebung des Bohrloches 16 und zieht sich zum Einlaßventil 20 zurück, das an einer geschützten Stelle untergebracht ist. Nun wird das Einlaßventil 20 geöffnet und die Hochdruckdruckluft strömt durch den flexiblen Schlauch 19 hindurch in das Anlaßrohrstück 17 bzw. in den ersten (oder untersten) Gewinnungskopf I_n und drückt im letzteren den in Fig. I dargestellten Differentialkolben 3 auf den Ringsitz 4, so daß der Differentialkolben den Gewinnungsluft-Auslaßschlitz 7 verschließt. Wenn der Druck der Druckluft im Anlaßrohrstück 17 und im Gewinnungskopf I_n den zum öffnen des aus den Elementen 8, 9, 10, 11, 12 bestehenden Rückschlagventils not- jo wendigen, zweckn.ißigerweise auf 0,3 bis 0,5 MN/m^J im voraus eingestellten Wert übersteigt, öffnet sich das Rückschlagventil und die Luft strömt nun in das benachbarte Rohrstück 13„ und in den nächsten Gewinnungskopf I_n 1 und dieser Vorgang, das heißt, das aufeinander folgende Auffüllen des Druckluft speichernden Rohrstücks und das öffnen des Rückschlagventils im Gewinnungskupf wiederhoii sich bis zum Auffüllen des letzten (obersten) Rohrstücks 13; bzw. der ganzen Gewinnungsvorrichtung.

Wenn der Druck nach dem Auffüllen der ganzen Vorrichtung die zum öffnen des Auslaßventils 18 notwendige Größe erreicht, öffnet sich dieses Auslaßventil 18 und die Luft strömt aus dem Anlaßrohrstück 17 in die Kohlewand oder ins Freie. Während der raschen Entlüftung des Anlaßrohrstückes 17 wird der Differentialkolben 3 des zwischen dem Anlaßrohrstück 17 und dem Druckluft speichernden Rohrstück 13„ angeordneten Gewinnungskopfes I_n durch die Hochdruckdruckluft nach hinten (bzw. nach unten) gestoßen, wodurch der Gewinnungsluft-Auslaßschlitz 7 freigegeben wird und durch diesen Schlitz kann die Hochdruck-Gewinnungsluft mit großer Geschwindigkeit in die Kohlewand strömen, wo sie die Auflockerungs- bzw. Gewinnungsarbeit durchführt. Jeder der miteinander in Reihe geschalteten Gewinnungsköpfc Ii ... I_n funktioniert in der beschriebenen Art und Weise. Der in dieser Weise hereingewonnene Vorrat wird mit Hilfe von Kettenförderern 24 oder von anderen Transportmitteln abgeführt

Die Gewinnungsvorrichtung kann nicht nur für Kohle sondern auch für andere Gesteine, sowie für verschiedene körnige und stückige Materialien oder auch für Abfallmassen verwendet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung für das Auflockern und/oder Gewinnen von Kohle oder anderen Materialien mittels Druckluft, mit einem Anlaßrohrstück, in welchem ein druckbetätigtes Auslaßventil angeordnet ist, und einer Mehrzahl von auf das Anlaßrohrstück folgenden, aneinandergesetzten gleichen Gewinnungseinheiten, die jeweils aus einem Druckluft speichernden Rohrstück und einem Gewinnungskopf bestehen, in welchem ein Differentialkolben verschiebbar ist, in welchem eine seine Differentialflächen verbindende Durchgangsbohrung ausgebildet ist und von welchem ein seitlicher Auslaßschlitz im Mantel des Gewinnungskopfes absperrbar oder freigebbar ist und welcher in seiner Sperrstellung abgedichtet an einem Ringsitz anliegt, wobei an dem einen Vorrichtungsende eine Druckluftqueile angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Durchgapgsbohrung der Differentialkolben (3) ein in Druckluftzuführrichtung öffnendes federbelastetes Rückschlagventil (9, 10) angeordnet ist, daß die Druckluftquelle an das Anlaßrohrstück (17) angeschlossen ist und daß der Ringsitz (4) an der dem Anlaßrohrstück (17) abgewendeten Seite der Differentialkolben (3) angeordnet t,-t.