DE3400044C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ausbruchverfüllungen im Untertagebetrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bergbauanhydrit, das chemisch Kalziumsulfat (Ca SO₄) darstellt und als sogenanntes Naturanhydrit berg­ männisch gewonnen wird, hat gegenüber den meisten hydraulischen Zementen als Baustoff für die Ausbauver­ füllungen im Untertagebetrieb den Vorteil größerer Wirtschaftlichkeit. Seine Anwendung anstelle der Selbstverfüllung von Ausbrüchen oder der Verwendung von früher üblichen Versatzmaterialien wird durch die mit fortschreitender Teufe zunehmende Konvergenz des Streckenausbaus erzwungen, der durch eine Verstärkung des Ausbauwiderstandes entgegengewirkt werden muß. Das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung sind daher Ausbruchverfüllungen im Streb und in der Strecke, die Errichtung von Wetterabschlußdämmen und von Basis­ dämmen für die Einrichtungsarbeiten im Streb.

Der steigende Bedarf hat dazu geführt, daß Bergbau­ anhydrit in der Regel in Kesselwagen angeliefert und pneumatisch durch Rohre gefördert wird, bevor es verbaut werden kann (Glückauf 116 (1980), Nr. 10 S. 490/492). Die pneumatische Rohrförderung wird durch die hohe Reibung des Bergbauanhydrits an den Rohrwänden erzwungen. Dabei gilt, daß die Fördereigenschaften des Naturanhydrits umso günstiger sind, je größer der Anteil an grobem Korn ist. Das beruht auf der fegenden Einwirkung des Grobkornes auf das Feinkorn auf den Rohrwänden. Das Härten des unter Zusatz von Klarwasser in einem Ver­ hältnis von Wasser zu Naturanhydrit zwischen 0,07 und 0,12 bedarf eines Anregers, der sich in dem Anmach­ wasser löst. Dabei handelt es sich um ein zunächst trockenes sulfatisches Salz, das dementsprechend erst an der Verwendungsstelle des Baustoffes unter Tage oder bereits über Tage zugesetzt werden kann.

Das Härten des eingebauten Naturanhydrits erfolgt relativ schnell. Naturanhydrit hat deswegen gegenüber anderen Baustoffen des Bergbaues den Vorteil einer hohen Frühfestigkeit, die man anhand der Würfeldruck­ festigkeit festlegt. Dabei geht man davon aus, daß nach 5 Stunden Abbindezeit eine Druckfestigkeit von 5 N/mm² nach 44 Stunden eine Füllfestigkeit von 10 N/mm² und nach 28 Tagen eine Füllfestigkeit von 20 N/mm² erwartet werden muß, wenn der Baustoff seiner Aufgabe in einem Ausbruch gerecht werden soll. Diese Erwartungen werden bereits von den sogenannten spättragenden Baustoffen erfüllt, stellen also in der Regel Mindestanforderungen dar.

Günstiger vom bergmännischen, insbesondere ausbau­ technischen Standpunkt sind indessen die sogenannten soforttragenden Baustoffe, zu denen auch Naturanhydrit gehört. Dabei geht man davon aus, daß der Anstieg der sogenannten Frühfestigkeit auf 20 N/mm² bereits nach 12 Stunden abgeschlossen sein muß, woraus sich Frühfestigkeiten von bis zu 9 N/mm² nach 5 Stunden ergeben. Im allgemeinen brauchen solche Werte zwar nicht genau eingehalten werden, sie sollten aber stets über den Frühfestigkeiten von spättragen­ den Baustoffen liegen.

Obwohl die Versorgung mit Naturanhydrit durch die großen örtlichen Vorkommen und deren zechennahe Standorte un­ problematisch ist, stellt sie doch eine erhebliche wirt­ schaftliche Belastung der Zechen dar. Das beruht zu­ nächst auf den Kosten für die Beschaffung des Naturan­ hydrits, ist aber auch durch die relative hohen Kosten der pneumatischen Förderung dieses Baustoffes bedingt. Die Beschaffungskosten für einen derartigen Baustoff sind umso drückender, als die Bergbaubetriebe selbst über große Mengen von Stoffen verfügen, die mit er­ heblichen Kosten deponiert werden müssen oder die in Zechennähe zur Verfügung stehen. Zu den erstge­ nannten Stoffen gehören die Aufbereitungsabgänge, ins­ besondere die sogenannten Waschberge, die in der Regel aufgehaldet werden müssen, sowie die verschiedenen Aschen aus den zechennahen Kraftwerken. Hierbei han­ delt es sich um das in großen Mengen anfallende so­ genannte Schmelzkammeraschegranulat; daneben kommen wesentlich geringere, dennoch aber bedeutende Mengen Elektrofilterasche in Frage, deren überwiegender Anteil absolut unverwendbar ist und die nur mit be­ sonderen Schwierigkeiten deponiert werden können. Kalk gehört zu denjenigen Stoffen, die manche Be­ triebe jedenfalls billiger als Naturanhydrit zur Verfügung haben.

Es hat sich indessen herausgestellt, daß Bergbau­ anhydrit im Gegensatz zu anderen hydraulischen Baustoffen des Untertagebetriebes auf Zementbasis außerordentlich empfindlich, nämlich mit einem steilen Abfall der Druckfestigkeitswerte auf Zusätze der obenaufgeführten Zuschlagstoffe reagiert. Zwar kann man durch einen hohen Aufbereitungsgrad des Natur­ hydrits mit dem Ziel der Ausscheidung der größeren Körnungen, z. B. bei Aufbereitungen auf 0 bis 2 mm die geforderten Festigkeiten dennoch erreichen. Auf Seiten der Naturanhydrits wirken sich jedoch nicht nur der Aufbereitungsaufwand kostensteigernd aus, sondern auch die Förderschwierigkeiten, die sich aus der Aufgabe eines Naturanhydrits mit einem derart hohen Feinkorn­ anteil ergeben. Auf diese Weise läßt sich wirtschaftlich das Ziel einer Verbilligung des zur Ausbruchverfüllung eingesetzte Naturanhydrits nicht erreichen. Zwar haben Versuche ergeben, daß bei Bergbauanhydrit in einer Mischung mit Waschbergen einer Steinkohlenaufbereitungs­ anlage im Feststoffverhältnis von 50 zu 50 Gew.-% einer Aufbereitung des Bergbauanhydrits auf 0 bis 2 mm die geforderten Druckfestigkeiten nach 5 Stunden erreicht werden. Ein solcher Baustoff ist dennoch wegen der hohen Aufbereitungskosten nicht wirtschaftlicher als Natur­ anhydrit in den üblichen Körnungen von 0 bis 8 mm bzw. 0 bis 10 mm.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs als bekannt vorausgesetzte Verfahren so zu führen, daß ein günstig förderbares, nicht zusätzlich aufbereitetes Bergbauanhydrit in geringerem Umfange als bisher Verwen­ dung finden kann.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es ist überraschend, daß sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die geforderten Druckfestigkeiten erreichen lassen, die zwischen den sofort tragenden Baustoffen und den spät tragenden Baustoffen liegen. Dabei bedarf es keiner weiteren Aufbereitung des Nauranhydrits, und es entstehen keine Aufwände hierfür. Die Herstellung der Mischung des Naturanhydrits mit der Elektrofilterasche ist wegen deren relativ geringem Anteil in der Mischung unproblematisch. Offenbar spielt eine Rolle der Rohr­ transport dieses Baustoffes, was auf der Zerkleinerungs­ wirkung, die von einer derartigen Rohrförderanlage aus­ geht, beruhen mag. Jedenfalls wird durch diese Förderung der Anteil an Fein- und Feinstkorn in dem Naturanhydrit gesteigert. Dabei treten die an sich zu erwartenden Förderschwierigkeiten nicht ein. Jedenfals nimmt zwar die Elektrofilterasche aufgrund ihrer von dem Natur­ anhydrit abweichenden stofflichen Zusammensetzung nicht an der Erlangung der Frühfestigkeitswerte teil. Sie wirkt aber möglicherweise nach Art eines Schmiermittels in der Rohrförderleitung, so daß das Förderverhalten des neuen Baustoffes im Ergebnis sogar verbessert wird.

Allerdings ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der eingesetzte Baustoff empfindlich gegen einen zu hohen Wasser-Feststoffwert. Wie Laborversuche ergeben haben, führen Wasser-Feststoffwerte von 0,12, welche bei Naturanhydrit durchaus üblich sind, in dem erfindungs­ gemäßen Baustoff bereits dazu, daß sich die Mischung nicht mehr absetzt und der Baustoff nicht mehr verwendet werden kann. Andererseits ist die ganze Einhaltung der vorgeschriebenen Wasser-Feststoffwerte auch unter Tage nicht mehr problematisch, weil sich der Wasserzusatz mengenregeln läßt.

Die Erfindung hat den Vorteill, daß sie einerseits die Kosten der Ausbruchverfüllung mit Naturanhydrit erheblich senkt, weil trotz des an sich geringen Anteiles der Elektrofilterasche in der Mischung aufgrund des hohen Verbrauches an derartigen Baustoffen für die Ausbruch­ verfüllung ein erheblicher wirtschaftlicher Effekt durch die Einsparung an Naturanhydrit und die Einsparung an Deponiekosten für Elektrofilterasche erzielt wird. Eine moderne Steinkohlengroßzeche nimmt durchaus Mengen von mehr als 160 t/Tag an einem derartigen Baustoff auf. Weitere Vorteile ergeben sich aus der erheblich besse­ ren Förderfähigkeit des Gemisches im Gegensatz zu Naturanhydrit. Diese Vorteile sind zwar mit einem Abfall der Druckfestigkeitswerte in Abhängigkeit von der Abbindedauer verbunden. Da aber mit dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren dennoch Druckfestigkeitswerte erreicht werden, die zwischen denen von soforttragen­ den Baustoffen und denen von spättragenden Baustoffen liegen, entstehen hierdurch keine bergmännischen oder ausbautechnischen Nachteile.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß der Anhydritanteil des der Rohr­ förderung aufgegebenen Feststoffverhältnisses Anhy­ drit zu Elektrofilterasche entsprechend dem Anwachsen des Anhydritfein- und feinstkornanteiles in der Rohr­ förderanlage in der aufgegebenen Mischung vermindert wird. Dadurch werden die höheren Anteile an Elektro­ filterasche ermöglicht, ohne daß die ausgebrachte Mischung in den Bereich der spättragenden Baustoffe gerät. Da die Zerkleinerungswirkung der Rohrförderanlage umso intensiver ist, je länger die Rohrstrecken sind, kann der Anteil an Elektrofiterasche unbedenklich ent­ sprechend gesteigert werden, wodurch auch intensiver den Folgen der verschlechterten Fördereigenschaften des Naturanhydrits entgegengewirkt wird.

Diese Verbesserung der Fördereigenschaften ermöglicht nunmehr auch erstmalig beim Einsatz von Naturanhydrit, daß die Mischung aus Klarwasser vor der Aufgabe der Förderrohranlage zugesetzt und der Baustoff hydrau­ lisch gefördert wird. Die hydraulische Förderung hat gegenüber der bei Naturanhydrit bislang ausschließ­ lich möglichen pneumatischen Förderung den Vorteil größerer Wirtschaftlichkeit.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Versuchs­ ergebnissen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine Tabelle, die die Eigenschaften erfindungsgemäßer Mischungen mit ihren Druckfestigkeits- und Biegezugfestig­ keitswerten einander gegenüberstellt und

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Haupt­ werte der Tabelle nach Fig. 1.

In der Tabelle sind in der ersten Spalte die Meßwerte für Naturanhydrit, das auf 0-10 mm aufbereitet ist, wiedergegeben. Wie sich hieraus ergibt, werden bei einem Wasser-Feststoffverhältnis von 0,06 Druckfestig­ keiten erreicht, welche allgemein im Bereich der soforttragenden Baustoffe liegen. Das ist aus dem Diagramm nach Fig. 2 ersichtlich, in dem links der Bereich der soforttragenden Baustoffe schraffiert wiedergegeben ist, wobei die mit Kreisen und Strichen gekennzeichnete Funktion mit 0 Gew.-% EFA wiedergegeben ist.

Das Diagramm läßt in den folgenden beiden Zeilen die Werte für ein Feststoffverhältnis von 95 zu 05 Gew.-% bzw. 85 zu 10 Gew.-% Anhydrit zu Asche erkennen. Dieser Bereich ist durch die entsprechend gekennzeichneten Funktion im Diagramm nach Fig. 2 graphisch darge­ stellt. Es zeigt sich, daß für diese Mischungen Früh­ festigkeiten erreicht werden, die bis zu 3 Stunden Abbindedauer etwa im Breich der soforttragenden Baustoffe bleiben und bei längeren Abbindedauern zwischen den soforttragenden und den spättragenden Baustoffen liegen.

Die in der 4. Zeile des Diagramms wiedergegebenen Werte gelten für ein Feststoffverhältnis von 85 zu 15 Gew.-% Anhydrit zu Elektrofilterasche und sind ebenfalls im Diagramm mit der entsprechend wiedergegebenen Kurve gekennzeichnet. Der hierdurch verbreiterte Bereich der erfindungsgemäßen Baustoffe reicht nun allerdings im Bereich der Abbindedauern zwischen 3 Stunden und 12 Stunden bereits in den der spättragenden Baustoffe, liegt dann aber wieder zwischen den sofort- und spättragenden Baustoffen. Ihr Bereich ist daher bergmännisch und ausbautechnisch noch immer im Sinne einer ausreichenden Gegenwirkung auf das Aufblättern des Gebirges nutzbar.

Wie die weiteren Werte im Diagramm zeigen, führen Steigerungen des Anteils der Elektrofilterasche um jeweils weitere 5% sehr schnell zu Baustoffen, die praktisch nicht mehr nutzbar sind. Das Feststoffver­ hältnis zur Elektrofilterasche ist daher ebenso wie das Wasser-Feststoffverhältnis für die betreffenden Mischungen kritisch. Infolgedessen ist es möglich, je nach Länge der Rohrförderleitung mit einem Verhältnis von 85 zu 15 Gew.-% Anhydrit zu Elektrofilterasche aus dem Bereich spättragender Baustoffe heraus in den gewünschten Mittelbereich zwischen soforttragenden und spättragenden Baustoffen zu gelangen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung von Ausbruchverfüllungen im Untertagebetrieb, bei dem Aufkörnungen von 0 bis 8 mm, vorzugsweise 0 bis 10 mm aufbereitetes Bergbauanhydrit durch Rohrleitungen bis zu dem Ausbruch herangeführt und unter Zusatz von Klarwasser mit Anreger verbaut wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Bergbauanhydrit in einer Mischung mit Elektro­ filterasche einer Steinkohlengroßfeuerungsanlage im Fest­ stoffverhältnis von 95 zu 5 Gew.-% bis 85 zu 15 Gew.-% Anhydrit zu Elektrofilterasche der Rohrförderanlage aufgegeben und am Rohraustrag mit einem Wasser-Fest­ stoffverhältnis von 0,06 bis 0,08 ausgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bergbauanhydritanteil des der Rohrförder­ anlage aufgegebenen Feststoffverhältnisses Anhydrit zu Elektrofilterasche entsprechend dem Anwachsen des Anhydritfein- und feinstkornes in den Rohrleitungen der Förderanlage in der aufgegebenen Mischung ver­ mindert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischung das Klarwasser vor der Aufgabe der Förderrohrleitung zugesetzt und diese als Baustoff hydraulisch gefördert wird.