DE3429010C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von z. B. als Streckenbegleitdämme, Streckenhinterfüllun­ gen o. dgl. dienenden Baukörpern im Untertagebetrieb aus einem pulverförmigen Baustoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Im Untertagebetrieb werden nach der Erfindung Baukörper für unterschiedliche Zwecke errichtet. Dazu gehören neben dem Hauptanwendungsgebiet der Erfindung, den Strecken­ begleitdämmen, welche zur Verbesserung der Stützwirkung des Abbaustreckenausbaus und zur Verminderung der Brand­ gefahr errichtet werden, auch Baukörper, welche andere Hohlräume, z. B. in Streckenstößen ausfüllen oder Ver­ kleidungen darstellen, die aus unterschiedlichen Gründen hauptsächlich in Strecken und Räumen des Untertage­ betriebes benötigt werden. Die pulverförmigen Baustoffe, welche die Erfindung verwendet, bestehen in der Regel aus hydraulisch abbindenden Zementen und Zuschlägen, welche aus wirtschaftlichen Gründen häufig Flugaschen von Steinkohlen- bzw. Braunkohlenkraftwerken sind. Der­ artige Baustoffe werden in großen Mengen mit zunehmender Tendenz, insbesondere im Steinkohlenbergbau unter Tage zur Bewältigung der wachsenden Ausbauprobleme bei ver­ größerten Teufen eingesetzt.

Baukörper der erfindungsgemäßen Art qualifizieren sich u. a. durch ihre Druckfestigkeit bezogen auf die Abbinde­ dauer des Baustoffes. Grundsätzlich unterscheidet man die sofort tragenden von den früh tragenden Baustoffen und diese von den spät tragenden Baustoffen. Während die Druckfestigkeit früh tragender Baustoffe bereits nach wenigen Minuten einsetzt und schon nach etwa einem Tag Druckfestigkeiten bis zu 30 N/mm² erreichen können, beginnen spät tragende Baustoffe häufig erst nach Stunden abzubinden und erreichen ihre Endfestigkeit teilweise erst nach mehreren Wochen. Die Verwertbarkeit solcher Baustoffe beschränkt sich daher auf Baukörper, deren Härtungszeiten keine entscheidende Rolle spielen. Das ist jedoch bei den meisten Einsatzfällen unter Tage nicht der Fall, weshalb man Baustoffe anstrebt, welche mindestens frühfest sind, d. h. einen geringen Wasser- Feststoffwert besitzen und sich daher für einen hydro­ mechanischen Ferntransport nicht eignen. Andererseits sind solche meist körnigen Baustoffe kostspieliger und unter Bergbaubedingungen transporttechnisch schwie­ riger zu beherrschen als pulverförmige Baustoffe. Unter Berücksichtigung der großen Baustoffmengen, die für derartige Baukörper im Untertagebetrieb verbraucht werden, hängt hiervon der Einsatz des jeweiligen Bau­ stoffes ab.

Gemäß der Erfindung werden die Baustoffe hydromechanisch ferntransportiert, wobei ohne zwischenförderanlagen, d. h. Pumpen allein durch Nutzung der hydrostatischen Drücke Entfernungen von z. B. 6 km überwunden werden. Dazu wird der Baustoff mit Überschußwasser in eine für das Pumpen durch Rohr- oder Schlauchleitungen geeignete Konsistenz gebracht. Die hierfür benötigte Wassermenge ist wegen der großen Oberfläche des pulverförmigen Bau­ stoffes beträchtlich. Allein für die zum Abbinden er­ forderliche Benetzung des Baustoffes (Hydratation) ergeben sich bereits Wasserfeststoffwerte von z.B. 0,32 bis 0,34, die bei hydromechanischem Ferntransport auf 0,42 bis 0,5 erhöht werden müssen. Hierdurch und durch die meist wesentlich preisgünstigeren, pulver­ förmigen Baustoffe unterscheidet sich die Erfindung von den pneumatisch transportierten körnigen Baustoffen, aus denen bis jetzt früh tragende Baukörper unter Tage hergestellt werden. Denn hierbei werden wegen der geringeren Oberfläche bei pneumatischer Einbringtechnik Wasserfeststoffwerte von 0,1 bis 0,11 nicht überschrit­ ten, worauf im wesentlichen die Eigenschaft der Früh­ festigkeit beruht, aber deren hydromechanischen Fern­ transport verbietet. Andererseits können die im Rahmen der Erfindung eingesetzten hydromechanischen Fern­ transportanlagen Transportmengen zwischen 10 bis 15 m³/h über Entfernungen bis zu 6 km bewältigen. Insoweit unterscheidet sich die Erfindung auch von pneumatischen Transportanlagen, in die bei derartigen Transport­ entfernungen Zwischenstationen eingeschaltet werden müssen, was kostspielig und kompliziert ist; solche pneumatischen Transportanlagen bewältigen im allgemei­ nen ohne Zwischenstationen auch nur Transportmengen von 6-8 m³/h über 1.500 bis 2.000 m Entfernung und verlangen in den Schachtleitungen Abmessungen von DN 100 bis 150, während erfindungsgemäße Anlagen mit lichten Durchmessern von 50 mm auskommen.

Es ist ein Verfahren bekannt, bei den synthetischer Anhydrid verwendet wird (Zeitschrift Glückauf 111 (1975) Nr. 3 S. 114-119), mit dem man im Bergbau Streckenbegleit­ dämme und Abschlußdämme herstellt. Der Baustoff besteht aus einem wasserfreien Kalziumsulfat, das in Verbindung mit Wasser und mit bestimmten Anregersubstanzen zu Dihy­ drat umgewandelt wird und dann zu einer festen Masse ab­ bindet. Bei diesem Verfahren kann der mit Überschußwasser versetzte Baustoff hydromechanisch gefördert werden. Der Anregerzusatz wird an der Verwendungsstelle vorgenommen. Dazu sind am Ende der hydromechanischen Förderstrecke An­ regerdüsen erforderlich. Das führt jedoch dazu, daß sich der Anreger nicht vollständig und nicht homogen mit dem Baustoff vermischt. Bei der Spritztechnik mit Hilfe von Treibluft kommt hinzu, daß unvermeidliche Verluste an dem Anreger entstehen, weil Teile des Anregers mit der Treibluft weggetragen werden.

Es ist jedoch auch bekannt (DE-OS 33 35 953), bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum pneumatischen Aus­ bringen von hydromechanisch gefördertem hydraulischen Baustoff im Untertagebetrieb, bei dem dem im Dichtstrom gepumpten nassen Baustoff in einer zum Ausbringen die­ nenden Spritzdüse Druckluft derart zugesetzt wird, daß diese zusammen mit dem Baustoff ausgetragen und der Bau­ stoff aufgebrochen wird, den Anreger der dadurch ver­ größerten Oberfläche des Baustoffs aufzubringen, wodurch eine bessere Verteilung des Anregers im Baustoff erzielt wird, wenn dieser vorzugsweise flüssig ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Arten derart weiterzubilden, daß eine verbesserte Ver­ gleichmäßigung der Verteilung des Anregers im Baustoff und eine weitere Vergleichmäßigung der Festigkeit des Baustoffes erreicht wird.

Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 und vorrichtungsmäßig mit den Merkmalen des Anspr­ uchs 4 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet einen pulverför­ migen Anreger. Dieser muß in einer stark verkürzten Lei­ tungsstrecke homogen im Baustoff verteilt werden. Die meisten Anreger werden in Mengen von 5% bis 20% dem Baustoff zugemischt, um die erforderlichen Wassermengen zu binden. Daraus ergibt sich eine starke Anfangskonzen­ tration des Anregers im Strömungskern und des hydromecha­ nisch geförderten Baustoffes an der Stelle, an der der Anreger eingeblasen wird. Die dort entstehende Sofortver­ festigungsneigung des Baustoffes wird mit der Erfindung so schnell wieder aufgehoben, daß Verstopfer vermieden werden. Denn durch die Aufteilung des an der Einblas­ stelle entstandenen Gemenges an Baustoff, Anreger und Blasluft auf einzelnen Teilströme wird der Strömungskern zerteilt und dadurch die Anregerkonzentration in jedem Teilstrom herabgesetzt. Die im Rahmen des erfindungsge­ mäßen Verfahrens vorgesehene spiralförmige Führung und Wiederzusammenführung der Teilströme bewirkt, daß die zwangsläufig in den Teilströmen unterschiedlichen Konzen­ trationen des Anregers in der nachfolgenden Strecke auf unterschiedliche Teilquerschnitte im Gesamtleitungsquer­ schnitt des hydromechanischen Transporters verteilt wer­ den. Dadurch wird die Gesamtverteilung des Anregers stark vergleichmäßigt.

Wie sich herausgestellt hat, führen auch die unvermeidli­ chen Transportunterbrechungen nicht zur Bildung von Ver­ stopfern in der Leitung der hydromechanischen Transport­ anlage. Der pneumatische Transport des Anregers hat den Vorteil, daß die Dünnstromförderung des pulverförmigen Anregers eine Mengendosierung zuläßt, die eine jederzei­ tige Anpassung der Anregermenge an unterschiedliche Transportmengen des Baustoffes in der hydromechanischen Transportanlage ermöglicht.

Das in dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehene Um­ setzen von Teilquerschnitten der hydromechanischen Förde­ rung in entsprechende Teilströme durch die spiralförmige Führung dieser Teilströme kurz vor der Mündung der hydro­ mechanischen Transportanlage mit dem Ziel einer Homogeni­ sierung von Anreger und Baustoff bei fortschreitendem Wasserentzug aus der ursprünglichen Baustofftrübe läßt sich ergänzen durch weitere Maßnahmen, welche auf eine zusätzliche Homogenisierung des Transportstroms vor der Leitungsmündung abzielen. Das gelingt mit den Merkmalen des Anspruches 2. Solche Maßnahmen führen dazu, daß dem durch die bereits in der Transportleitung infolge des An­ regerzusatzes unter Wasserentzug zur Verfestigung neigen­ den Baustoff keine Gelegenheit zur Erhärtung noch in der Transportleitung gegeben wird.

Eine Verminderung der Konzentration des Anregers im Strö­ mungskern der hydromechanischen Transportanlage ermögli­ chen auch die Merkmale des Anspruches 3. Bei dieser Aus­ führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Querschnitt des mit Anmachwasser versetzten Baustoffes in der Leitung, in den der pulverförmige Anreger eingeblasen wird, vergrößert. Gleichzeitig wird der Transportstrom der pneumatischen Transportanlage in Teilquerschnitte zerlegt. Darauf beruht insgesamt die bessere Anfangsver­ teilung des Anregers im Transportstrom der hydromechani­ schen Transportanlage gegenüber solchen Ausführungsarten der Erfindung, welche den Anregerstrom als Ganzes in den Baustoffstrom einbringen.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die zu seiner Aus­ führung geeignete Vorrichtung werden im folgenden anhand der Figuren in den Zeichnungen erläutert; es zeigen

Fig. 1 eine Systemdarstellung mit teilweise schematisch wiedergegebenen Baugruppen,

Fig. 2 in der Fig. 1 entsprechender Darstellung eine Einzelheit des Systems in abgeänderter Aus­ führungsform,

Fig. 3 in perspektivischer Darstellung vergrößert einen Ausschnitt, der eine Rohrstrecke wieder­ gibt, die sich unmittelbar vor der Mündung der hydropneumatischenTransportanlage befindet und

Fig. 4 zur Verdeutlichung der frühtragenden Eigen­ schaften des Baustoffes ein Diagramm, das unterschiedliche Druckfestigkeiten von Bau­ stoffen in Abhängigkeit von der Abbindedauer wiedergibt.

In der Darstellung der Fig. 1 ist links die Ferntransport­ leitung 1 einer bekannten und daher nicht dargestellten hydromechanischen Transportanlage wiedergegeben. Gemäß der Richtung des Pfeiles 2 strömt in der Leitung 1 eine mit Überschußwasser versetzte Baustofftrübe, welche, würde sie bereits aus der Transportleitung 1 ausgebracht, spättra­ gende Eigenschaften entwickeln würde, wie sie sich aus dem Diagramm nach Fig. 4 ergeben. Diese Eigenschaften beruhen im wesentlichen auf dem relativ hohen Wasser­ zusatz, der den Baustoff erst durch die Leitung 1 transportierbar macht.

Über einen Erweiterungsstutzen 3 mündet die Ferntransport­ leitung 1 in ein Rohr 4, welches im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ein konzentrisch inneres Schutzrohr 5 auf­ weist, das gestrichelt wiedergegeben ist. Dieses Schutzrohr ist annähernd radial aus dem Rohr 4 bei 6 herausgeführt und umgibt das Ende 7 einer Rohrleitung 8, in der pulverförmiger Anreger pneumatisch gemäß dem Pfeil 9 transportiert wird. Der Anreger wird einem abbaunahen Bunker 10 entnommen, der in der Systemdarstellung der Fig. 1 gleichzeitig als pneumatischer Sender ausgebildet ist. Derartige Sender werden mit Druckluft unter Überdruck entsprechend der Anzeige eines Manometers 11 ge­ setzt und transportieren dann über eine Rohrsonde 12 den im Sendegefäß enthaltenen Anreger.

Auch die Rohrleitung 8 mündet radial in den Rohr­ stutzen 6. An den Rohrstutzen 6 schließt sich ein weiterer Rohrabschnitt 13 an, welcher sich mit einem Schieber 14 absperren läßt. Druckluft strömt gemäß dem Pfeil 15 in das Rohr 13 und bewirkt, daß in dem Rohr 5 ein Überdruck entsteht, welcher das Ein­ dringen des hydromechanisch transportierten Baustoffes in das Rohr verhindert.

An das Leitungsrohr 4 schließen sich zwei weitere Leitungsrohre 16, 17 an. Diese Rohre werden im fol­ genden anhand der Darstellung der Fig. 3 näher er­ läutert. An die Rohre 16 und 17 schließt sich eine Mischrohrstrecke 18 an, die ebenfalls in Fig. 3 genauer dargestellt ist. Über einen Reduzierstutzen 19 gelangt das mit dem Anreger versetzte Wasser- Baustoffgemisch in eine Schlauchleitung 20, aus der es ausgetragen wird.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 dadurch, daß sich die Leitung 8 vor ihrem Eintritt in den Rohrstutzen 6 mehrfach verzweigt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 handelt es sich um vier Zweigleitungen, die bei 21 bis 24 zu denken sind. Sie sind ihrerseits mit Schutzrohren gemäß dem Vorbild der Fig. 1 umgeben. Die Druckluft wird wiederum durch das Rohr 13 über das Absperrorgan 14, also auch in diesem Fall zentral zugeführt.

Die Darstellung der Fig. 3 läßt die aufgeschnitten wiedergegebenen Rohre 17 und 18 erkennen. Das Rohr 17, welches für seinen Einbau in die hydromechanische Transport­ leitung mit Flanschen 25 und 26 versehen ist, enthält an beiden Enden je einen Rohrboden 27 bzw. 28 zur Festlegung der Rohre 29 bis 32 eines Rohrbündels, welches allgemein mit 33 bezeichnet ist. Die Rohr­ böden 27 und 28 dienen außerdem dazu, den Strom des Transportgutes durch die Leitung in die Teilquerschnitte der Rohre des Rohrbündels zu zwingen, d. h. den Raum zwischen den Rohrböden 27 und 28 freizuhalten.

Wie sich aus der Darstellung der Fig. 3 ergibt, sind die Rohre des Rohrbündels 33 spiralförmig umeinander­ geführt, was zur Folge hat, daß am Ende des Rohrbün­ dels die Rohr- und damit Förderquerschnitte etwa um einen Viertelkreis versetzt sind, wenn man sie mit den Eintrittsquerschnitten vergleicht. Das Rohr 17 hat also die Wirkung, die Teilquerschnitte des Transportstromes in der beschriebenen Weise umzusetzen und hinter dem Rohrboden 28 wieder zusammen zu führen.

Wie die Darstellung der Fig. 1 erkennen läßt, ist diese Wirkung auch mit dem Rohr 16 verbunden,welches dem Rohr 17 genau entspricht und diesem vorgeschaltet ist. Wie man aus der Fig. 1 aber weiter erkennt, sind die Teilquerschnitte der Rohre der Rohrbündel in den Rohren 16 und 17 nicht miteinander ausgefluch­ tet, sondern ihrerseits gegeneinander um ca. 45° versetzt. Dadurch wird einerseits im Rohr 17 eine andere Unterteilung des Gesamttransportstroms am Eintritts­ ende, d. h. am Rohrboden 27 erreicht, andererseits wird der Gesamttransportstrom im Rohr 17 noch einmal um einen Viertelkreis versetzt.

An das Rohr 17 ist das Rohr 18 mit Flanschen 34 bzw. 35 angebracht, weil die Durchströmungsrichtung des Rohres 18 keine Rolle spielt. Auf seiner Innenseite 36 weist das Rohr 18 als Schikanen dienende Körper 37 bzw. 38 auf. Diese Körper sind teils prismatisch, wie sich aus dem Bezugszeichen 37 ergibt, teils sind sie abgerundet und elliptisch, um einen geringeren Strömungswiderstand zu erzeugen. Ihre Wirkung besteht darin, daß sie den bei 39 zu denkenden Gesamt­ strom durch verminderte, beispielsweise bei 40 und 41 zu denkende Leitungsquerschnitte zwingen, gleich­ zeitig aber auch zerteilen, so daß der Transportstrom hinter den Rohren 16 und 17 noch einmal intensiv durchmischt wird.

Im Betrieb wird bei der Errichtung eines Baukörpers der Strom durch die Leitung 1 freigegeben. Das Ab­ sperrorgan 14 in der Leitung 13 wird geöffnet und die pneumatische Transportierung durch die Leitung 8 in Gang gesetzt. Wie schematisch in den Fig. 1 und 2 wiedergegeben ist, wird dadurch der pulver­ förmige Anreger aus dem Sender 10 in die hydropneumatische Transportanlage, d. h. im Rohr 5 eingeblasen.

Er tritt aus dem Füllrohr aus und bildet zunächst einen stark mit dem Anreger angereicherten Strömungs­ kern. Tatsächlich ist das durch die Leitung 1 strömende Transportgut eine pumpfähige Trübe mit relativ hoher Baustoffkonzentration. Der Strömungskern, der sich am Austritt des Füllrohres 5 bildet, wird an dem Rohrboden 27 des Rohres 16 in der oben beschriebenen Weise aufgeteilt, wobei die Teilströme durch die Rohre des Rohrbündels 33 umgesetzt werden. Diese Wirkung wiederholt sich am Ende des Rohres 16 und am Eintritt des Transportstromes in das Rohr 17. Wenn der Baustoffstrom wieder zusammengeführt wird, was hinter dem Rohrboden 28 des Rohres 17 der Fall ist, muß er die Schikanen passieren, die im Rohr 18 aufgebaut sind. In diesem Rohr 18 hat der Baustoff bereits die Eigenschaft der frühtragenden Baustoffe, obwohl er im Rohr 1 noch zu den spättragenden Bau­ stoffen gezählt werden muß. Die Schikanen verhindern, daß sich auf der Rohr- bzw. Schlauchstrecke 18 bis 20 Verstopfer bilden können.

Entgegen der Darstellung und Beschreibung der wieder­ gegebenen Ausführungsbeispiele können die Rohrleitun­ gen auch ganz oder zum Teil durch Schläuche ersetzt werden.

Das Diagramm der Fig. 4 zeigt, wie sich die Eigen­ schaften des spättragenden Baustoffes durch den Anregerzusatz und seine Einbringung mit der beschrie­ benen Einrichtung in den hydromechanischen Transportstrom in den Bereich der frühtragenden Baustoffe verschieben.

Claims (5)

1. Verfahren zum Einbringen eines Anregers in eine hydromechanisch transportierte Baustofftrübe aus einem pulverförmigem Baustoff und Wasser, wobei der Trübe, die zur Herstellung von Streckenbe­ gleitdämmen, -hinterfüllungen oder dergleichen eingesetzt wird und zu einem frühtragenden Bau­ stoff abbindet, der pulverförmige Anreger vor dem Austragsende der Transportleitung pneumatisch in die Leitung eingeblasen und danach mit der Trübe in einem, zumindest eine Schikane aufweisenden Verwirbelungsbereich vermischt wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Verwirbelungsbereich der Ma­ terialstrom in Teilströme unterteilt wird und die Teilströme in einer Mischstrecke entlang spiral­ förmiger Bahnen umeinandergeführt und in einer nachfolgenden Strecke wieder zusammengeführt wer­ den und daß danach die Trübe nach nochmaliger intensiver Durchmischung aus der Trübeleitung aus­ getragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere intensive Durchmischung dadurch erfolgt, daß vor der Mündung der Transportleitung der aus den zusammengeführten Teilströmen gebil­ dete Förderstrom durch eine Schikanestrecke längs kaskadenförmiger Bahnen gepreßt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der pneumatisch transportierte Anreger in Teil­ ströme aufgeteilt wird, die einzeln in dem Querschnitt des hydromechanischen Transportstromes eingeblasen werden.

4. Vorrichtung zum Einbringen eines Anregers in eine einen Baustoff als Trübe fördernde Rohr- oder -schlauchleitung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der vor dem Austrag der Baustofftrübe am Ende der Förderlei­ tung eine pneumatische Dünnstromtransportanlage mit unmittelbarem Eintrag des pulverförmigen Anre­ gers angeschlossen ist und bei der an die Einbrin­ gestelle des Anregers anschließend zumindest eine von zumindest einer Schikane gebildete Misch­ strecke vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischstrecke aus einem Hüllrohr (16, 17) besteht, in der den Trübestrom in Teilströmen tei­ lende Schlauch- oder Rohrbündel (33) aus spiral­ förmig umeinandergeführten Einzelrohren (29-32) bzw. -schläuchen untergebracht sind und daß sich daran eine Strecke zur Vereinigung der Teilströme sowie eine weitere, Querschnittsverengungen auf­ weisende Mischstrecke anschließt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Transportleitung (8) der pneumati­ schen Dünnstromtransportanlage (8-14) sich in meh­ rere Einzelrohre (21, 24) bzw. -schläuche ver­ zweigt.