DE3636503A1 - Verfahren zur herstellung und verwendung einer stuetzenden und/oder abdichtenden masse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und Verwendung einer abgebundenen und/oder stützen­ den abdichtenden Masse, insbesondere abbindbare Massen, welche eine zementartige oder -haltige Kom­ ponente, Berge und Asche enthalten, wobei derartige Massen insbesondere zum Füllen von Weitungen und Hohlräumen unter Tage geeignet sind.

Es ist bekannt, Hohlräume im Untertagebergbau unter Verwendung einer abbindbaren Mischung zu füllen, welche Zement, Bentonit und Wasser enthält, um da­ durch das Hangende abzustützen, die Strecken zu stabilisieren und Bereiche abzudichten, um dadurch den Zugang von Luft und dergleichen zu verhindern oder zu steuern. Es gibt eine Anzahl von Markenpro­ dukten, von denen die modernsten ein hohes Verhältnis von Wasser zu Festbestandteilen aufweisen und ferner einen hochtonerdehaltigen Zement enthalten.

Berge oder Abgänge im Kohlebergbau stellen die sehr feinen Rückstände von der Kohleaufbereitung dar und enthalten Teilchen kleiner 0,5 mm Teilchengröße aus Dreck und einigen Kohlebestandteilen sowie Wasser. Der Wasserbestandteil variiert hierbei von etwa 45 bis mehr als 70 Gewichtsprozent. Moderne Abbau­ techniken, welche die Mechanisierung des Kohleabbaus und den Transport einschließen, führen zur Erzeugung von noch größeren Mengen an Feinanteilen, wobei um­ weltpolitische Überlegungen und Sicherheitsüberle­ gungen zur Zeit gegen die wirtschaftlichste Methode der Aussonderung der Feinbestandteile sprechen, näm­ lich das Absetzen in Absatzteilchen. Es ist bekannt, derartige Abgänge oder Berge mittels der verschie­ denen Verfahren zu trocknen und ferner zumindest in gewissem Maße zu stabilisieren, indem Zement verwen­ det wird und das stabilisierte Material als Material niedriger Qualität zu Bauzwecken zu verwenden oder das stabilisierte Material einfach zu verwerfen.

Im Rahmen vorliegender Erfindung wurde gefunden, daß Berge oder Abgänge in abbindbaren Massen zusammen mit zementhaltigen Materialien verwendet werden können, um Weitungen und Hohlräume beispielsweise im Bergbau unter Tage zu füllen. Es wird darauf hinge­ wiesen, daß andere Abfallstoffe, wie zum Beispiel grober Kohlenstaub als Abfall (üblicherweise über 0,5 mm), welcher üblicherweise auf der Oberfläche auf Halde genommen wird, auf 10 mm oder weniger ge­ brochen und dem Abgang zugemischt werden kann. Durch die Erfindung wird folglich ein Verfahren zur Her­ stellung einer abgebundenen stützenden und/oder dichtenden Masse geschaffen, bei welchem eine erste Komposition durch Mischen von Berge oder Abgang mit einem Wassergehalt von 45 bis 85 Gewichtsprozent mit einer feinen puzzolanischen Asche gebildet wird, der Feuchtigkeitsgehalt der ersten Masse überwacht wird und Wasser hinzugefügt wird, falls notwenig, um eine pumpbare Schlichte herzustellen, wobei die pumpbare Schlichte zu einem Verwendungsort gepumpt wird, dann mit der Schlichte am Verwendungsort eine zweite Masse gemischt wird, welche einen Zementan­ teil enthält, um dadurch eine abbindbare zementhal­ tige Masse zu bilden, wobei die abbindbare Masse am gewünschten Ort in eine stützende und/oder dichtende Masse abbinden und aushärten gelassen wird.

Die erste und/oder die zweite Masse kann vorzugsweise ein Schwebemittel enthalten, wobei Bentonit (üblicher­ weise als Natrium-Bentonit erhältlich) bevorzugt wird und zwar wegen der Verfügbarkeit und der Kosten. Die Berge oder Abgänge enthalten üblicherweise Kalk oder ähnliche Mineralien, welche in Schlichten eine Wirkung als Schwebemittel zeigen. Da sich jedoch die Zusammen­ setzung an Mineralien in den Bergen und Abgängen von Zeche zu Zeche ändert und tatsächlich von Flöz zu Flöz wird es bevorzugt, daß Routineuntersuchungen bei jeder Quelle von Abgängen oder Bergen durchgeführt wer­ den, um eine optimale Menge an Bentonit festzulegen, welche etwa in dem Bereich zwischen 0,1 und 5 Gewichts­ prozent der gesamten Masse an abbindbarer Zusammen­ setzung liegen soll.

Die zugegebene Asche besteht vorzugsweise aus einer pulverisierten Brennstoffasche, welche besonders be­ vorzugt in Form der sehr feinen Flugasche vorliegt, welche aus den Abgasen von kohlegefeuerten Boilern gewonnen wird. Flugasche stellt ein Abfallprodukt dar, welches seine eigenen Beseitigungsprobleme hat. Andere Aschematerialien, welche puzzolanische Eigen­ schaften aufweisen oder zumindest keine nachteilige Wirkung auf die Schlichte oder die abbindbare Masse haben, können vorhanden sein, wobei in diesem Zu­ sammenhang auch Aschen von der Müllverbrennung und/ oder Aschen aus Fernheizsystemen Verwendung finden können. Die Asche sollte eine Teilchengröße aufweisen, welche eine leichte Pumpbarkeit gewährleistet und ferner zweckdienliche Eigenschaften der abbindbaren Masse. Flugasche weist eine Teilchengröße auf, welche derart ist, daß ungefähr 80 Gewichtsprozent unter 75 Mikron liegen. Allgemein können im Zusammenhang mit puzzolanischen Materialien Abbindseiten in Ver­ bindung mit Zementbestandteilen dadurch verbessert werden, daß die Proportion an feinem zu grobem Materi­ al beispielsweise durch Mahlen vergrößert wird. Jede Mahlstufe fügt jedoch Kosten bezüglich des Verfahrens und der Materialien hinzu. Der Aschebestandteil ist nicht nur aufgrund seiner puzzolanischen Eigenschaften wirksam, sondern dient gleichzeitig dazu, den Wasser­ gehalt der Berge und Abgänge zu kontrollieren. Wie oben erwähnt, kann sich der Feuchtigkeitsgehalt der Abgänge selbst bei Eindickung unter Verwendung kon­ ventioneller Eindicker über eine Zeitspanne in erheb­ lichen Grenzen ändern. Es ist nachteilig und kompli­ ziert, die Zufuhrmengen der anderen Bestandteile ent­ sprechend dem Feststoffgehalt der Berge und Abgänge zu ändern und folglich ist es vorteilhaft, den Feststoff­ gehalt zu erhöhen, indem Asche mit einer bestimmten Zufuhrmenge hinzuzufügen und erfindungsgemäß den Feuchtigkeitsgehalt zu überwachen, um dadurch eine zweckdienliche pumpbare Schlichte von im wesentlichen konstantem Feststoffgehalt zu erreichen.

Die pumpbare Schlichte kann mit den Zementbestandtei­ len in jeder zweckdienlichen Weise gemischt werden. Beispielsweise kann eine getrennte zementhaltige Schlichte aus den Zementbestandteilen nahe am Ver­ wendungsort hergestellt werden und die beiden Schlichten in bekannter Weise miteinander vermischt werden, beispielsweise unter Anwendung der Sprüh­ mischung oder unter Verwendung eines Y-Rohrmischers. Bei einem anderen Verfahren kommt die pneumatische Förderung der trockenen Zementbestandteile zum Ver­ wendungsort in Frage, wo die pumpbare Schlichte und der trockene Zement unmittelbar vor Einführung in den Hohlraum gemischt werden, indem beispielsweise eine Spritzbetonkanone verwendet wird. Die gemischte abbindbare Masse kann am gewünschten Punkt oder in Nähe des gewünschten Punktes hergestellt und dort hingepumpt werden. Es wird angenommen, daß die Haupt­ anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Herstellung von durch Pumpen hergestellten Bergerippen in Strecken im Bergbau auftritt, wobei jedoch die An­ wendung auch bei jeder Situation erfolgen kann, bei der eine Wiederauffüllung erforderlich ist oder bei welcher unter Tage Dichtungen hergestellt werden sollen. Ein gewünschter Ort kann beispielsweise durch einen gepumpten Versatzsack oder einen anderen Behäl­ ter oder durch eine verwerfbare oder herausnehmbare Schalung gebildet sein, wobei eine Fläche einer zuvor abgebundenen Masse aus abgebundenem Material verwendet wird und/oder ein Abschnitt des Liegenden und/oder ein Abschnitt des Hangenden einer Strecke oder eines Strebs als Teil der den Ort definierenden Oberflächen dient.

Der Zementbestandteil ist nicht bezüglich vorliegender Erfindung kritisch, vorausgesetzt, daß die abbindbare Masse ausreichende Eigenschaften für die erforderlichen Leistungen aufweist, welche hauptsächlich in der Ent­ wicklung der Druckfestigkeit und des Youngschen Modul liegen. Der Zement kann folglich beispielsweise ein hochtonerdehaltiger Zement, eine Mischung aus hochton­ erdehaltigem und üblichem Portlandzement, üblicher Portlandzement, schnellbindender Portlandzement oder ein Spezialzement sein. In jedem Falle können Zu­ schlagstoffe zu dem auf dem Markt erhältlichen Zement vorteilhaft sein einschließlich Kalk, Formen von Kalziumsulfat, Verzögerungsmittel für die Abbindung und Beschleuniger für das Aushärten. Ein bevorzugter Zementbestandteil ist üblicher Portlandzement mit einem Beschleunigungsmittel, welches Natriumkarbonat, Kaliumkarbonat und Triäthanolamin enthält, da sich herausgestellt hat, daß hier zu einem Preis, der sehr viel niedriger liegt als bei Zementen auf der Basis hochtonerdehaltiger Zemente, eine gute Leistung er­ zielt wird. Es kann unter gewissen Umständen vorteil­ haft sein, daß die pumpbare Schlichte einen Beschleu­ niger für den Zement enthält oder eine Komponente ent­ hält, welcherzusammen mit dem Zementbestandteil in der zweiten Masse oder der die zweite Masse bildend einen zweckdienlichen Zement herstellt, welcher jedoch nicht ein Abbinden oder Absetzen der pumpbaren Schlichte hervorruft.

Es ist offensichtlich, daß die vorliegende Erfin­ dung ein Verfahren für den Pumpversatz darstellt, wel­ ches nicht nur niedrige Materialkosten auf der Basis einer Volumeneinheit des Versatzes aufweist, sondern welches gleichzeitig die Kosten einer Zeche bei der Beseitigung von Abgängen und Berge reduziert. Die vor­ liegende Erfindung kann daher im allgemeinen unter Tage beim Bergbau zur Steuerung der Schichten, zur Steuerung der Setzung und zum Abdichten gegen spontane Verbrennungen (Erhitzung und Feuer) dienen. Im Falle der Steuerung von Setzungen, bei denen das Material eine vergleichsweise niedrige Setzlast erfordert, würde das Material in die Abfallstoffe injiziert und dort erstarren gelassen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegen­ den schematischen nicht maßstäblichen Zeichnung näher erläutert. Durch die Bezugszeichen 1 bzw. 2 sind der Schacht und die Hauptstrecke im Schnitt beim Bergbau unter Tage gezeigt. Eine fortschreitende Abbaufront der Kohle 3 in Draufsicht liegt vom Unterende des Schachts entfernt und weist eine Hauptstrecke 4 und eine Hinterstrecke 5 auf. Zur Vereinfachung der Dar­ stellung ist die Kohleabbaumaschine und die fort­ schreitenden Ausbaurahmen im Streb nicht dargestellt.

An den Seiten der Hauptstrecke und der Hinterstrecke ist Bergeversatz 6 und ungefüllte Versatzsäcke zum Aufpumpen 7 gezeigt.

Bei 8 ist ein Mischpunkt für Berge und PFA (puzzolani­ sche Feinasche) gezeigt und ein Feuchtigkeitsgehalt­ monitor 9 ist wirksam, um die Feuchtigkeit zu über­ wachen und um die Zugabe von Wasser zu steuern, falls Variationen im Wassergehalt der Abgänge und Berge da­ zu führen, daß die Mischung von einem vorbestimmten Wert abweicht. Die Mischung wird durch eine Leitung 10 zu zwei Pumpstationen 11 gepumpt, welche mit der Abbau­ front vorgeschoben werden. Eine trockene Zement/Ben­ tonitmischung wird pneumatisch durch die Leitung 12 zu den Pumpstationen gefördert. Jede Pumpstation weist eine Mischereinheit 13 und eine Pumpeneinheit 14 auf, wobei die resultierende Mischung über eine kurze Ent­ fernung durch einen flexiblen Schlauch 15 in die Ver­ satzsäcke 7 gepumpt wird. Als Alternative können die Mischereinheit und die Pumpeneinheit 13, 14 auf den beweglichen Pumpstationen durch eine Kompressoranord­ nung ersetzt werden, welche eine trockene Zement/Ben­ tonitmischung unter Druck zu einer Sprühbetonkanone fördert, welche gleichzeitig mit der pumpbaren Mischung aus Abgängen und PFA beschickt wird.

Das Bruchfeld zwischen den Strecken 16, welches beim üblichen Vorschub des Strebabbaus niederbrechen ge­ lassen wird, kann erfindungsgemäß mit einer abbindbaren Masse versetzt werden, welche ähnlich oder identisch derjenigen Masse ist, die verwendet wurde, um den Ver­ satz längs der Strecke herzustellen. Zur Steuerung des Absetzens im Bruchfeld kann der niedrigeren Setz­ last in wirtschaftlicher Weise Rechnung getragen wer­ den, indem der Zementanteil in der abbindbaren Masse herabgesetzt wird.

Die Erfindung kann gleichermaßen im Rückbau für gleiche Zwecke verwendet werden. Zusätzlich kann die Erfindung verwendet werden, um Strecken beim Rückbau abzustützen. Dies stellt eine Technik dar, welche zur Zeit mit be­ kannten Pumpversatzmaterialien bei der Abernant Zeche in South Wales Anwendung findet.

Abbindbare Mischungen nach der Erfindung wurden im Labor hergestellt und Proben untersucht, um die mittle­ re uniaxiale Druckfestigkeit nach 24 Stunden und nach 48 Stunden Aushärtzeit festzustellen. Die Einzelbe­ standteile der Mischungen A bis F als Gewichtsangaben sind in der unten stehenden Tabelle mit den erzielten Ergebnissen der Druckfestigkeit zusammengefaßt.

Die Berge waren Proben aus der Hucknall-Miene, England, und wiesen in jedem Fall einen Feuchtigkeitsgrad von 70% auf. Es ist offensichtlich, daß der erforderliche Zementgehalt bei 17,5% oder höher liegt um eine mittlere Druckfestigkeit größer als 0,4 MN/m² bei 48 Stunden Aushärtzeit zu erreichen und um eine zufrieden­ stellende Entwicklung der Festigkeit zu zeigen. Andere Versuche, welche mit Berge ausgeführt wurden, die ei­ nen Feuchtigkeitsgehalt von 58% aufwiesen, ergaben zufriedenstellende Resultate bei 10% Zementgehalt oder höher.

Die Kosten/Leistungsvergleiche mit den beiden prinzipiellen Pumpversatzverfahren, wie sie in Groß­ britannien Anwendung finden, zeigen an, daß selbst wenn man die Kosten der Beseitigung der Berge oder der Abgänge außer Acht läßt, durch das erfindungsge­ mäße Verfahren das höchsteffektivste Versatzsystem geschaffen wird.

Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung und Verwendung einer ab­ gebundenen, stützenden und/oder abdichtenden Masse, bei welchem am Verwendungsort eine Zusammensetzung, die einen Zementbestandteil enthält, mit einer Schlichte gemischt wird um somit eine abbindbare zementhaltige Zusammensetzung herzustellen, wonach die abbindbare Zusammensetzung an einem gewünschten Ort zu einem stützenden und/oder abdichtenden Mate­ rial abgebunden und aushärten gelassen wird, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schlichte durch Mischen von Berge mit einem Wasser­ gehalt von 45 bis 85 Gewichtsprozent mit einer feinen Puzzolanasche gebildet wird, daß der Wasser­ gehalt der resultierenden Mischung aus Berge und Asche überwacht wird und Wasser in dem Maße zuge­ führt wird, um eine pumpbare Schlichte mit ge­ wünschtem Feststoffgehalt zu bilden, und daß die Schlichte zum Verwendungsort gepumpt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwebemittel in der Schlichte und/oder in der pumpbaren Schlichte enthalten ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die feine puzzolanische Asche aus einer pulverisierten Brennstoffasche besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverisierte Brennstoffasche durch Flug­ asche gebildet ist, welche mindestens 80 Gewichts­ prozent an Teilchen unterhalb einer Teilchengröße von 75 Mikron enthält.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zementbestandteil aus üblichem Portland-Zement und daß der pumpbaren Schlichte ein Beschleuniger oder Härter zugefügt wird, welcher Natriumkarbonat, Kaliumkarbonat und Triäthanolamin enthält.