DE4029623A1

DE4029623A1 - Tagebau-abbaumethode

Info

Publication number: DE4029623A1
Application number: DE4029623A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl Ing Grathoff
Original assignee: MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Current assignee: Takraf GmbH
Priority date: 1990-09-19
Filing date: 1990-09-19
Publication date: 1992-03-26
Also published as: US5165757A; AU8266291A; AU632959B2; ZA916662B; CA2050018A1; DE4029623C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Tagebau-Abbaumethode zum Abbau von Kohle oder anderen Mineralien mit Hilfe eines stetig arbeitenden Gewinnungsgerätes mit einem walzenförmigen Gewinnungsorgan, das Mineralienspäne mit etwa rechteckigem Querschnitt heraushebt, wobei die Breite des Rechtecks etwa gleich der Breite des Gewinnungsorgans ist und die Höhe des Rechtecks bei der Geradeausfahrt des Gewinnungsgerätes maximal etwa dem halben Durchmesser des zylinderförmigen Gewinnungsorgans entspricht und wobei das Gewinnungsgerät durch ein Förderbandsystem mit einem Beladewagen verbunden ist, der die abgebauten Mineralien auf ein zur Fahrtrichtung des Gewinnungsgerätes annähernd paralleles rückbares Strossenband gibt.

Kohle-Tagebaue werden in der Regel in der Weise abgebaut, daß nach Entfernung der Deckschicht oberhalb der zu gewinnenden Kohle mit Hilfe von beispielsweise Löffelbaggern anschließend die Abtragung des Kohleflözes durch Schaufelrad- oder Eimerkettenbagger vorgenommen wird. Der sogenannte Abraum aus nicht kohlehaltigen Deck- und Zwischenschichten wird über Absetzer in das ausgekohlte Abbaufeld eingebracht.

Für den Abbau von Lagerstätten im Tagebau, die mittelharte Materialien enthalten, werden in letzter Zeit auch sogenannte Continuous Surface Miner eingesetzt. Hierbei handelt es sich um Weiterentwicklungen von Pflug- und Grabradbaggern, wobei das vom Grabrad gelöste Material in Schaufeln geladen und nach rückwärts auf Gurtbandförderer übergeben wird.

Hauptanwendungsbereiche von Continuous Surface Miner sind harte Stein- und Braunkohlen, aber auch z. B. Bauxit, Sand, Tonschiefer etc.

Das stetig arbeitende Gewinnungsgerät entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruchs der deutschen Patentanmeldung P 39 20 011.6 ist ein Gewinnungsgerät der Gattung der sog. Continuous Surface Miner.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Tagebau-Abbauverfahren zu schaffen, bei dem sog. Continuous Surface Miners, insbesondere ein Gewinnungsgerät nach der o.g. DE-Patentanmeldung, vorteilhaft einsetzbar sind. Das Abbauverfahren soll eine kostengünstige und möglichst vollständige Ausbeutung eines Abbaufeldes gewährleisten.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung in der Weise gelöst, wie es im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegeben ist. Die abhängigen Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Tagebau-Abbaumethode nach dem Hauptanspruch.

Bei der Durchführung der Tagebau-Abbaumethode nach der Erfindung sind außer dem vorgeschlagenen stetig arbeitenden Gewinnungsgerät mit einem walzenförmigen Gewinnungsorgan keine weiteren Gewinnungsgeräte wie Bagger oder dgl. erforderlich. Die Abbau-Methode ermöglicht die Erstellung von steilen Tagebau-Randböschungen nach allen drei Seiten des Tagebaufeldes, womit ein möglichst vollständiger Abbau des Tagebaufeldes gewährleistet wird.

In der Praxis ist das Tagebau-Abbaufeld nicht notwendigerweise rechteckig, da es den geologischen Gegebenheiten anzupassen ist.

Die in Anspruch 1 als "achtel- bis viertelkreisförmig" benannten Bögen an den Enden einzelner Mineralienspäne können - wie in Fig. 7 angedeutet - auch bei jedem der in einer Schicht nebeneinanderliegenden Mineralienspäne unterschiedlich weit geführte Bögen bilden, also z. B. der äußerste Bogen mit etwa 45° und der innerste Bogen mit etwa 90°.

Nach dem Bogenstück und vor der Rampe kann sich auch noch ein gerades Stück Mineralienspan anschließen. Die Rampe kann aber auch innerhalb des Bogenendes liegen.

Die Rampen an den Enden der Mineralienspäne eines Mineralienblockes sollen so angelegt werden, daß im Idealfall eine gemeinsame ebene Rampenfläche entsteht. In der Praxis können Abweichungen von der geometrisch idealen Ebene in Abhängigkeit von der Geländegängigkeit der Fahrwerke des Gewinnungsgerätes und eventuell eingesetzter Hilfsgeräte zugelassen werden.

Wo z. B. die äußeren Mineralienspäne einer Schicht Bögen von wesentlich weniger als 90° haben, können Stufen in der Rampenfläche verringert werden, wenn das Gewinnungsgerät am Ende der Gewinnungsfahrt in eine leichte Seitenneigung gebracht wird und am Beginn einer Gewinnungsfahrt aus einer leichten Seitenneigung beginnend in die normalerweise horizontale Querrichtung gebracht wird.

Die einzelnen Mineralienspäne können an ihren Enden auch schmäler werdend ausgeführt werden.

Idealisierend sind in den Figuren die Mineralienspäne und Mineralienblöcke waagerecht liegend dargestellt. In der Praxis wird man jedoch die besondere Fähigkeit des hier beschriebenen Gewinnungsgerätes nutzen und die Mineralienspäne im Rahmen der zulässigen Geräteneigungen entlang den Grenzen zwischen Nutzmineral und Abraum bzw. etwa parallel dazu legen, um die Mineralienspäne selektiv zu gewinnen.

Das erfindungsgemäße Abbauverfahren ist selbstverständlich nicht auf den Abbau von Kohle beschränkt, sondern es können nach dieser Methode auch Tagebau-Lagerstätten anderer Mineralien abgebaut werden.

Die erfindungsgemäße Tagebau-Abbaumethode wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Schemazeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung des bei der Tagebau-Abbaumethode verwendeten Gewinnungsgerätes,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Gewinnungsgerätes nach Fig. 1 mit Verbindungsbrücke und Beladewagen im Tagebau,

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch einen Tagebau zur Demonstration der Einschnittgeometrie, darüber als Einzelheit die perspektivische Ansicht eines abgebauten Mineralienspanes,

Fig. 4 eine schematische perspektivische Darstellung eines Tagebaues nach Fertigstellung des Aufschlußgrabens,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Abbaumethode in der Draufsicht zu Beginn des Abbaus,

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Abbaumethode gemäß Fig. 5 nach fortgeschrittenem Abbau,

Fig. 7 eine schematische Darstellung der Abbaumethode gemäß Fig. 5 und 6 , vor Beendigung der Abtragung des Abbaufeldes und

Fig. 8 eine Darstellung des Tagebaus zur Erläuterung der Patentansprüche 4 und 5.

Das Gewinnungsgerät (1) gemäß Fig. 1 bewegt sich vorzugsweise auf (nicht dargestellten) Raupenfahrwerken, wobei einzeln angetriebene Fahrwerke vor und hinter der Fräswalze (2) angeordnet sind. Die vorderen und hinteren Raupenfahrwerke können unabhängig voneinander über hydraulisch betätigbare Parallelogrammlenker gehoben oder abgesenkt werden.

Der Aufbau des Gewinnungsgerätes (1) und der Fräswalze (Gewinnungsorgan 2), gebildet aus Schneidbalken und auf diesen kippbar gelagerten Zahnhaltern mit Schneidzähnen ist im einzelnen in der DE-Patentanmeldung P 39 20011.6 beschrieben.

Das von den Schneidzähnen abgefräste Mineral wird durch die Schneidbalken und die Mitnehmerbleche bei der Drehbewegung der Fräswalze über eine feststehende Ringschurre und Aufgabeschurre in das Fräswalzeninnere und dort auf den Austragsförderer (3, 4, 5) abgeworfen.

Der Austragsförderer ist als Endlosförderer ausgebildet und in drei Abschnitte gegliedert. Der erste Abschnitt (3) befindet sich innerhalb der Fräswalze (Gewinnungsorgan 2) und tritt axial aus dieser heraus. Der zweite Abschnitt (4) verläuft als Senkrechtförderer bis etwa in Höhe der Oberkante des Chassis (6) des Gewinnungsgerätes (1). Der letzte Abschnitt (5) des Austragsförderers verläuft leicht ansteigend und endet im Übergabebereich (7) oberhalb des Gewinnungsgerät-Chassis (6).

Das gewonnene Mineral wird vom Austragsförderer (3, 4, 5) über den Übergabebereich (7) auf einen in einer Verbindungsbrücke (8) gelagerten Brückenförderer (9) abgeworfen.

Fig. 2 zeigt das Gewinnungsgerät (1) mit weiterführenden Fördermitteln im Tagebau. An dem Übergabebereich (7) des Gewinnungsgerätes (1) ist eine Verbindungsbrücke (8) gelagert und um die zur Verbindungsbrückenlängsachse senkrechtstehende horizontale Achse frei schwenkbar. Innerhalb der Verbindungsbrücke (8) ist ein Brückenförderer (9) in Gestalt eines Gurtbandförderers angeordnet.

Die Verbindungsbrücke (8) ist an dem dem Übergabebereich (7) gegenüberliegenden Ende auf einem z. B. mit Raupenfahrwerk versehenen Beladewagen (12) um alle drei Achsen frei schwenkbar und in ihrer Längsachse verschiebbar.

Unterhalb des Beladewagens (12) ist ein als Gurtbandförderer ausgebildetes Strossenband (13) angeordnet.

Die Einschnittgeometrie durch einen Tagebau soll an Hand von Fig. 3 (unten) demonstriert werden. Mit (14) ist die stufenförmige Tagebau-Randböschung bezeichnet, mit (15) der Aufschlußgraben, mit (16) der Mineralienblock und mit (17) die Mineralienblockbreite.

Die Tagebau-Randböschung (14) wird in der Weise hergestellt, daß das Gewinnungsgerät (1) bei seitlich versetzter Fahrt eine Anzahl von Mineralienspänen (18) abbaut.

Im oberen Teil von Fig. 3 ist in perspektivischer Ansicht ein herausgehobener Mineralienspan (18) gezeigt, der einen viertelkreisförmigen Bogen (19) und eine Rampenfläche (20) mit ca. 15°-Steigung aufweist. Mit (21) ist die rechteckige Querschnittsfläche des Mineralienspans (18) bezeichnet.

Fig. 4 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Teil des Tagebaufeldes nach Fertigstellung des Aufschlußgrabens (15). Man erkennt die stufenförmig ausgebildete Tagebau-Randböschung (14), die eine Generalneigung (22) von ca. 50° aufweist. Die gemeinsame Rampenfläche (20) am Ende des Tagebaus (nach dem viertelkreisförmigen Bogen) besitzt eine Neigung von etwa 15°. In der rechten Bildhälfte ist das Strossenband (13) vor und nach dem Versetzen um eine Rückbreite (23) angedeutet.

Eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Abbaumethode in einem Teilabschnitt des Abbaufeldes zeigt Fig. 5. Am unteren Rand von Fig. 5 sind das Gewinnungsgerät (1), die Verbindungsbrücke (8), der Beladewagen (12) und das Strossenband (13) in der Seitenansicht dargestellt. Darüber erkennt man in einer schematischen Draufsicht die unterschiedlichen Positionen von Gewinnungsgerät (1), Verbindungsbrücke (8) und Beladewagen (12) mit Strossenband (13) bei Beginn des Abbaus, d. h. beim Abtragen des obersten Mineralienspans (18).

Fig. 6 soll den fortschreitenden Abbau veranschaulichen. Die untere Ansicht zeigt, daß das Gewinnungsgerät (1) auf der nächst tieferen Stufe arbeitet. Der Beladewagen (12) und das Strossenband (13) befinden sich noch an der gleichen Stelle wie zu Beginn des Abbaus (Fig. 5). Ein Rücken des Strossenbandes (13) hat noch nicht stattgefunden.

Schließlich ist in Fig. 7 die Situation nach fortgeschrittenem Abbau, d. h. kurz vor Beendigung des Abtragens der Mineralien eines Mineralienblockes (16) dargestellt. Das Gewinnungsgerät (1) baut die untersten Mineralienspäne (18) ab. Seitlich vom Gewinnungsgerät ist eine steile Tagebau-Randböschung (14) erkennbar. Entsprechend dem Abbaufortschritt hat das Rücken des Strossenbandes (13) stattgefunden. Im viertelkreisförmigen Bogen (19) ist eine gemeinsame Rampenfläche (20) entstanden, die von dem Gewinnungsgerät (1) befahren wird, bevor dieses in Gegenrichtung wieder in das Abbaufeld einfährt.

Fig. 8 dient der Erläuterung der Patentansprüche 4 und 5. - Um den erforderlichen Schwenkwinkel zwischen dem Austragsförderer (5) des Gewinnungsgerätes (1) und dem Brückenförderer (9) in der Verbindungsbrücke (8) mit ca. ± 90° zu begrenzen und um das Sammel-Förderband (27) dicht am Tagebaurand anordnen zu können, ist es zweckmäßig, die Gesamtlänge des Mineralienblockes (16) in zwei Einzellängen zu unterteilen.

Nach dem Rücken des Strossenbandes (13) wird zunächst der Mineralienblock (16) von der Endrampe (24) bis zur Zwischenrampe (26) abgebaut. Dabei steht die Verbindungsbrücke (8) in einem Winkel α₁ kleiner 90° zum Strossenband (13). Danach wird die Richtung der Verbindungsbrücke (8) umgestellt auf einen Winkel α₂ größer 90° zum Strossenband (13) und dann der restliche Teil des Mineralienblockes (16) von der Zwischenrampe (26) bis zur anderen Endrampe (25) abgebaut.

Damit werden drei Ziele verfolgt:

1) wird vermieden, daß das Sammel-Förderband (27) etwa um die Länge der Verbindungsbrücke (8) weiter vom Tagebaurand entfernt aufgestellt werden muß und deshalb ein entsprechender Bodenstreifen zusätzlich für den Tagebaubetrieb beansprucht werden muß,
2) wird vermieden, daß das Strossenband (13) um die Verbindungsbrückenlänge länger als erforderlich ausgeführt werden muß und
3) wird vermieden, daß ein größerer Schwenkwinkel zwischen Gewinnungsgerät (1) und Verbindungsbrücke (8) vorgesehen werden muß. Dies wäre nur unter Inkaufnahme größerer Nachteile zu verwirklichen.

Da bei dem Durchschwenken der Verbindungsbrücke (8) von α₁ kleiner 90° auf α₂ größer 90° kein Mineral auf dem Brückenförderer (9) gefördert wird, kann die beladewagenseitige Stützung der Verbindungsbrücke (8) hierbei auch auf einem größeren Verschiebeweg erfolgen als während des Förderbetriebes, bei dem stets der Fördergutstrahl von der Verbindungsbrücke in den Trichter des Beladewagens (12) treffen muß.

Beim Durchschwenkvorgang nach der Erfindung wird daher die Automatik außer Betrieb gesetzt, die während des normalen Förderbetriebes den Beladewagen (12) innerhalb enger Toleranzen den Verschiebebewegungen der Verbindungsbrücke (8) folgen läßt.

Der Verschiebeweg der Verbindungsbrücke (8) auf dem Beladewagen (12) kann beim Förderbetrieb z. B. ± 0,5 bis ± 1 m betragen und beim Durchschwenken größenordnungsmäßig 1/3 bis 1/2 der Verbindungsbrückenlänge.

Die Strossenbänder (13) werden zweckmäßigerweise nach dem Abbau eines Mineralienblockes (16) in bekannter Weise gerückt, indem ein (nicht dargestelltes) Rückfahrzeug mit einem Rollenkopf eine an den Schwellen der Bandgerüste befestigte Schiene anhebt und durch seitlichen Zug das Bandgerüst bei jeder Fahrt über die Bandlänge um einen Betrag von größenordnungsmäßig einem Meter seitlich verschiebt.

Ein auf dem obersten Mineralienblock (16) stehendes Strossenband (13) erhält zweckmäßigerweise eine mobile oder teilmobile Antriebsstation (30) am Kopfende mit Materialübergabe auf ein oder zwei Sammelbänder. Falls zur getrennten Förderung von Nutzmineralien und Abraum zwei Sammelbänder (27, 28) vorgesehen sind, hat die Strossenbandantriebsstation (30) zweckmäßigerweise einen Verschiebekopf (29) oder eine Hosenschurre (29).

Strossenbänder von tieferen Abbauschichten übergeben zweckmäßigerweise auf eine mobile Steilförderbrücke (31), die mit einem Raupenfahrwerk auf der Ebene des Strossenbandes und mit einem zweiten Raupenfahrwerk auf der Ebene des Sammelbandes fährt. Wenn zwei Sammelbänder (27, 28) vorgesehen sind, fährt die Steilförderbrücke (31) am Abwurfende zweckmäßigerweise mit Verschiebekopf (29) oder Hosenschurre (29) ausgerüstet.

Bezugsziffernliste

1 Gewinnungsgerät
2 Fräswalze (Gewinnungsorgan)
3 Austragsförderer (1. Abschnitt)
4 Austragsförderer (2. Abschnitt)
5 Austragsförderer (3. Abschnitt)
6 Chassis des Gewinnungsgerätes
7 Übergabebereich von 5 auf 8
8 Verbindungsbrücke
9 Brückenförderer in 8
12 Beladewagen
13 Strossenband
14 Tagebau-Randböschung
15 Aufschlußgraben
16 Mineralienblock
17 Mineralienblockbreite
18 Mineralienspan
19 Bogen
20 Rampenfläche
21 Querschnittsfläche Mineralienspan
22 Generalneigung
23 Rückbreite Strossenband
24 Endrampe
25 Endrampe
26 Zwischenrampe
26 Sammel-Förderband
27 Sammel-Förderband (für Nutzmineral)
28 Sammel-Förderband (für Abraum)
29 Verschiebekopf bzw. Hosenschurre
30 Strossenband-Antriebsstation
31 Steilförderbrücke

Claims

1. Tagebau-Abbaumethode zum Abbau von Kohle oder anderen Mineralien mit Hilfe eines stetig arbeitenden Gewinnungsgerätes mit einem walzenförmigen Gewinnungsorgan, das Mineralienspäne mit etwa rechteckigem Querschnitt heraushebt, wobei die Breite des Rechtecks etwa gleich der Breite des Gewinnungsorgans ist und die Höhe des Rechtecks bei der Geradeausfahrt des Gewinnungsgerätes maximal etwa dem halben Durchmesser des zylinderförmigen Gewinnungsorgans entspricht und wobei das Gewinnungsgerät durch ein Förderbandsystem mit einem Beladewagen verbunden ist, der die abgebauten Mineralien auf ein zur Fahrtrichtung des Gewinnungsgerätes annähernd paralleles rückbares Strossenband gibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein vierseitiges Abbaufeld in der Weise aufgeschlossen wird, daß von dem Gewinnungsgerät (1) während seiner Fahrt, beginnend an einer kürzeren Seite des Abbaufeldes, sodann entlang der längeren Seite des Abbaufeldes und schließlich endend an der entgegengesetzten kürzeren Seite des rechteckigen Abbaufeldes mit Hilfe seines Gewinnungsorgans (2) ein Mineralienspan (18) herausgehoben wird, der an beiden Enden durch Kurvenfahrt des Gewinnungsgerätes (1) in einem etwa achtel- bis viertelkreisförmigen Bogen (19) und einer Rampenfläche (20) endet, welche durch Absenken bzw. Anheben des Gewinnungsorgans (2) entsteht, daß zur Schaffung einer stufenförmigen Tagebaurandböschung (14) eine Mehrzahl von Mineralienspänen (18) bei seitlich versetzter Fahrt des Gewinnungsgerätes (1) herausgehoben wird, wobei die Rampen aller Mineralienspäne (18) eine gemeinsame Rampenfläche (20) bilden, deren Neigung so beschaffen ist, daß sie von dem Gewinnungsgerät (1) mit eigener Kraft befahren werden kann, daß nach Herstellung der stufenförmigen Tagebaurandböschung (14) von dem so entstandenen Aufschlußgraben (15) ausgehend nacheinander die aus mehreren übereinanderliegenden, gegeneinander seitlich versetzten Schichten bestehenden Mineralienblöcke (16) des Abbaufeldes abgebaut werden, wobei jede Schicht aus einer gleichen Anzahl nebeneinanderliegender Mineralienspäne (18) besteht.

2. Tagebau-Abbaumethode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils nach Abbau des Mineralienblockes (16) des Abbaufeldes und seitlichem Rücken des Strossenbandes (13) um eine Blockbreite der nächste Mineralienblock (16) abgetragen wird.

3. Tagebau-Abbaumethode nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abbau eines Mineralienblockes (16) die Enden aller Mineralienspäne (18) eine gemeinsame Rampenfläche (20) bilden, die von dem Gewinnungsgerät (1) befahren werden kann und daß nach Abbau des nächsten und aller weiteren Mineralienblöcke (16) jeweils gemeinsame Rampenflächen (20) gleicher Art entstehen, die jeweils um die Strossenband-Rückbreite (23) versetzt sind.

4. Tagebau-Abbaumethode nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbau eines Mineralienblockes (16) in zwei Abschnitte unterteilt wird, indem zunächst der Mineralienblock (16) von einer Endrampe (24) bis zu einem beliebig auf der Gesamtlänge des Mineralienblockes (16) liegenden Bereich und danach von hier bis zur anderen Endrampe (25) abgebaut wird, wobei eine vom Gewinnungsgerät (1) befahrbare Zwischenrampe (26) entsteht, indem die Rampenflächen aller Mineralienspäne (18) in Längs- und Seitenrichtung aneinander anschließen und wobei die in der Draufsicht gesehene Verbindungsbrücken-Richtung beim Wechsel vom Abbau des ersten und zweiten Abschnitts so umgestellt wird, daß die Verbindungsbrücke (8) an den beiden achtel- bis viertelkreisförmigen Endrampen (24, 25) etwa in Richtung des jeweiligen Bogenradius weist.

5. Tagebau-Abbaumethode nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den auf tieferen Abbauebenen angeordneten Strossenbändern (13) und einem oder mehreren auf dem Tagebaurand angeordneten Sammel-Förderbändern (27, 28) mobile Steilförderer (31) beim Vorhandensein von mehr als einem Sammel-Förderband (27, 28) an ihrem Abwurfende mit einem Verschiebekopf (29) oder einer Hosenschurre (29) versehen sind.