DE4041727A1 - Vorrichtung fuer die herstellung und foerderung von schaummoertel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Herstellung und Förderung von schnell abbindendem Schaummörtel, insbesondere zum Verfüllen von Hohl­ räumen im untertägigen Grubenbetrieb, bestehend aus einer Mischkammer, in der Trockenbaustoff, Wasser und Luft vermischt werden, einer der Mischkammer nachgeschalteten Dickstoffpumpe, an deren Druck­ stutzen sich eine Förderleitung anschließt, und Steuereinrichtungen zur Steuerung der zugeführten Mengen an Trockenbaustoff und/oder Wasser.

Eine Vorrichtung der genannten Art ist beispiels­ weise aus der GB-A 21 39 517 bekannt. Ein besonde­ res Problem bei derartigen Vorrichtungen besteht darin, den Schaummörtel in gerade noch fließfähigem Zustand in den zu verfüllenden Hohlraum einzubrin­ gen, damit er nicht vor dem Abbinden wieder aus dem Hohlraum herausfließt. Dabei sind die Konsistenz und insbesondere die Veränderung der Konsistenz des Schaummörtels über die Zeit von einer Vielzahl von Faktoren abhängig, beispielsweise der Reaktivität des Zements, dem Wasser-Zement-Wert, dem Zementge­ halt, der Temperatur etc. Der mit dem Wasser rea­ gierende Schaummörtel bleibt nur während einer be­ stimmten, kurzen Zeit, der sogenannten Gelierzeit, fließfähig. Je kürzer die Gelierzeit ist, desto größer ist natürlich die Gefahr, daß der Schaummör­ tel vorzeitig in der Förderleitung abbindet und diese verstopft. Diese Gefahr ist umso größer, je näher sich der Schaummörtel am Gelierpunkt befin­ det.

Bei der nach dem Stande der Technik bekannten Vor­ richtung ist die Konsistenz des Schaummörtels über eine entsprechende Steuerung der zugeführten Mengen an Trockenbaustoff und/oder Wasser in weiten Gren­ zen beliebig einstellbar. Dabei ist die jeweils richtige Einstellung der zugeführten Mengen schwie­ rig und mit großem Personalaufwand verbunden. Vor allem wird die Gefahr von Verstopfungen der Förder­ leitung groß, wenn man versucht, die zugegebenen Mengen an Trockenbaustoff und/oder Wasser so zu steuern, daß am Ende der Förderleitung ein mög­ lichst steifer Schaummörtel austritt, der sich nahe dem Gelierpunkt befindet.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, die Vor­ richtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß automatisch die optimale Konsi­ stenz des Schaummörtels eingehalten wird. Außerdem soll die Gefahr von Förderleitungsverstopfungen nach Möglichkeit klein gehalten oder sogar völlig vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs ge­ nannten Art vor, daß dem Druckstutzen der Dick­ stoffpumpe und/oder der Förderleitung mindestens ein Druckfühler zugeordnet ist, der die Zufuhr von Trockenbaustoff und/oder Wasser in Abhängigkeit vom Druck steuert.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß der Druck am Druckstutzen der Dickstoffpumpe bzw. in der Förderleitung ansteigt, wenn der in der Förderleitung befindliche Schaum­ mörtel eine zu feste Konsistenz hat, weil entweder das Mischungsverhältnis von Trockenbaustoff und Wasser nicht stimmt oder die Verweilzeit des Schaummörtels in der Förderleitung zu groß ist. In diesem Fall ändert die Vorrichtung gemäß der Erfin­ dung ohne Eingriff von außen automatisch die Konsi­ stenz des Schaummörtels in Richtung auf eine bes­ sere Fließfähigkeit und geringeren Strömungswider­ stand, und zwar dadurch, daß das Mischungsverhält­ nis von Trockenbaustoff und Wasser entsprechend ge­ ändert wird. Sinkt infolge dieser Veränderung der Strömungswiderstand in der Förderleitung und dem­ entsprechend der Druck am Druckstutzen der Pumpe bzw. in der Förderleitung unter einen bestimmten Wert ab, wird das Mischungsverhältnis wieder in Richtung auf eine steifere Konsistenz verändert. Auf diese Weise ist es möglich, einen bestimmten optimalen Betriebsdruck einzuhalten, welchem eine bestimmte, optimale Konsistenz des am Ende der För­ derleitung austretenden Schaummörtels entspricht. Durch die geschilderte automatische Einregelung des optimalen Betriebsdruckes wird auch die Gefahr von Förderleitungsverstopfungen erheblich reduziert.

Um dennoch im Falle von sich etwa anbahnenden För­ derleitungsverstopfungen schnell reagieren zu kön­ nen, ehe der Schaummörtel in der Förderleitung vollständig abbindet, sieht die Erfindung weiterhin vor, daß der Druckstutzen der Dickstoffpumpe oder die Förderleitung an eine gesonderte, zuschaltbare Hochdruckwasserquelle angeschlossen sind, deren Zu­ schaltung ebenfalls durch den Druckfühler gesteuert ist. Diese Hochdruckwasserquelle liefert Druckwas­ ser mit einem Druck, welcher erheblich über dem Ma­ ximaldruck der Dickstoffpumpe liegt. Diese Hoch­ druckwasserquelle wird allerdings nur zugeschaltet, wenn der Druck am Druckstutzen der Dickstoffpumpe bzw. in der Förderleitung einen Maximaldruck er­ reicht, der erheblich über dem Optimalbetriebsdruck liegt. Die zusätzliche Hochdruckwasserquelle wird natürlich abgeschaltet, sobald der normale Be­ triebsdruck wieder erreicht ist.

Die Hochdruckwasserquelle ist zweckmäßig eine von dem Druckfühler einschaltbare Wasserpumpe, deren Druckstutzen über ein von dem Druckfühler ansteuer­ bares 3/2-Wegeventil an den Druckstutzen der Dick­ stoffpumpe oder die Förderleitung angeschlossen ist.

Gegebenenfalls kann der Druckfühler am Druckstutzen der Dickstoffpumpe oder dem Beginn der Förderlei­ tung mit einer Einrichtung zur Erfassung des Druck­ gradienten über die Zeit versehen sein. In diesem Fall ist das Steuerkriterium für die Zuschaltung der Hochdruckwasserquelle einerseits das Über­ schreiten eines vorgegebenen, maximalen Betriebs­ druckes und andererseits die Überschreitung eines vorgegebenen Druckgradienten über die Zeit. Dieses zusätzliche Steuerkriterium ermöglicht es, die Hochdruckwasserquelle schon dann zuzuschalten, wenn sich eine Verstopfung anbahnt, und zwar zu einem Zeitpunkt, zu dem der oben erwähnte maximale Druck noch nicht erreicht ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im fol­ genden anhand der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung ist die Dickstoffpumpe mit dem Be­ zugszeichen 1 bezeichnet. Der Dickstoffpumpe 1 ist ein Mischbehälter 2 vorgeschaltet, in welchem eine als Misch- und Förderorgan dienende Schnecke 3 drehbar gelagert ist, welche mit der Pumpenwelle verbunden ist. Zum Antrieb der Schnecke 3 und der Pumpenwelle dient ein Antriebsmotor 4.

An der Oberseite des Mischbehälters 2 ist ein Einl­ auftrichter 5 für den Trockenbaustoff vorgesehen, welcher mittels einer als Dosiervorrichtung arbei­ tenden Förderschnecke 6 aus einem Vorratsbehälter 7 abgezogen wird. Die Förderschnecke 6 wird von einem Antrieb 8 angetrieben, dessen Drehzahl zum Zwecke der Veränderung der Fördermenge veränderlich ist.

An der Oberseite des Mischbehälters 2 befindet sich weiterhin eine Düsenanordnung 9, mittels der Wasser in den Mischbehälter eingegeben werden kann. Dieses Wasser wird über eine Wasserleitung 10 zugeführt, in welcher sich ein steuerbares Ventil 11 befindet, mit welchem der dem Mischbehälter 10 zugeführte Wasserstrom gesteuert und gegebenenfalls unterbro­ chen werden kann.

Die Dickstoffpumpe 1 weist einen Druckstutzen 12 auf, an welchen sich eine Förderleitung 13 an­ schließt. An den Druckstutzen 12 ist über ein steu­ erbares 3/2-Wegeventil 14 eine als Druckwasser­ quelle dienende Hochdruckpumpe 15 angeschlossen, die über eine Wasserleitung 16 mit Wasser versorgt wird. Die Hochdruckpumpe 15 wird von einem Antrieb 17 angetrieben. Der Druckstutzen 12 der Dickstoff­ pumpe 1 ist weiterhin mit einem Druckfühler 18 ver­ sehen, dessen Signalleitung 19 mit einer zentralen Steuereinheit 20 in Verbindung steht. Diese zen­ trale Steuereinheit 20 ist über Steuerleitungen 21a, 21b, 21c und 21d mit dem steuerbaren Antrieb 8 der Förderschnecke 6, dem steuerbaren Ventil 11 in der Wasserleitung 10, dem steuerbaren 3/2-Wegeven­ til 14 am Druckstutzen 12 und dem Antrieb 17 der Hochdruckpumpe 15 verbunden.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ar­ beitet wie folgt:

Beim Normalbetrieb der Vorrichtung sind die Dick­ stoffpumpe 1, die der Dosierung des Trockenbaustof­ fes dienende Förderschnecke 6 und die Wasserzufuhr über die Düsenanordnung 9 eingeschaltet. In dem Mischbehälter 2 werden der Trockenbaustoff, d. g. der Zement, die Zuschläge und die schaumbildenden Zusatzstoffe mit Wasser und Luft vermischt und von der schnellaufenden Schnecke 3 wie Schlagsahne zu einem dickflüssigen Schaummörtel aufgeschlagen. Dieser dickflüssige Schaummörtel wird von der Dick­ stoffpumpe 1 angesaugt und in die Förderleitung 13 gedrückt. Dabei mißt der am Druckstutzen 12 der Dickstoffpumpe 1 befindliche Druckfühler 18 konti­ nuierlich den dort anstehenden Druck, dessen Höhe im wesentlichen vom Strömungswiderstand der Leitung 13 bzw. der Konsistenz des Schaummörtels abhängig ist. Die vom Druckfühler 18 ermittelten Druckwerte werden über die Signalleitung 19 an die zentrale Steuereinheit geliefert und dort mittels eines Mikroprozessors zwecks Erzeugung von Steuerbefehlen ausgewertet. Ist der ermittelte Druck zu hoch, so werden über die Steuerleitung 21a und 21b die zuge­ führten Mengen an Trockenbaustoff und/oder Wasser so verändert, daß der Schaummörtel dünnflüssiger wird und der Strömungswiderstand in der Förderlei­ tung 13 entsprechend absinkt. Diese Druckreduzie­ rung registriert wieder der Druckfühler 18. Wird der ermittelte Druck zu niedrig, werden wiederum über die Steuerleitungen 21a und 21b die zugeführ­ ten Mengen an Trockenbaustoff und/oder Wasser so verändert, daß der Schaummörtel dickflüssiger wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Druck in der Förderleitung 18 auf einen optimalen Betriebsdruck PB einzuregeln. Zugleich ist es auf diese Weise möglich, eine bestimmte Konsistenz des Mörtels einzuhalten und Verstopfungen in der Förderleitung zu vermeiden.

Falls es dennoch zu Verstopfungen in der Förderlei­ tung 13 kommen sollte, beispielsweise bei kurzzei­ tigen Betriebsstillständen oder dergleichen, wird der vom Druckfühler 18 ermittelte Druck größer als ein zuvor eingestellter, maximaler Betriebsdruck Pmax. In diesem Falle werden zusätzlich das steuer­ bare 3/2-Wegeventil 14 und der Antrieb 17 der Hoch­ druckpumpe 15 angesteuert, so daß zusätzlich Hoch­ druckwasser in die Förderleitung 13 gelangt und die Verstopfung beseitigt wird. Sobald der vom Druck­ fühler 18 ermittelte Druck wieder normale Werte er­ reicht, wird das Ventil 14 umgeschaltet und der An­ trieb 17 abgeschaltet.

Gegebenenfalls kann die zentrale Steuereinheit 20 auch den Druckgradienten über die Zeit ermitteln und die zusätzliche Hochdruckwasserzuführung ein­ schalten, wenn der sich in der Förderleitung aus­ bildende Druck schnell zunimmt.

Außer dem Druckfühler 18 können gegebenenfalls wei­ tere Druckfühler vorgesehen sein, welche an anderen Stellen der Förderleitung 13 angeordnet sind. Außerdem können gegebenenfalls anstelle einer ein­ zigen Dosiervorrichtung für den Trockenbaustoff auch getrennte, steuerbare Dosiervorrichtungen für die einzelnen Komponenten des Trockenbaustoffes vorgesehen werden. Hiermit wäre eine noch genauere Einstellung der Konsistenz des Schaummörtels mög­ lich.

Die Steuerung gibt vor dem Signal "Einschalten H-D- Pumpe" folgende weitere Signale:

• - Abschalten Wasserzufuhr durch Schließen eines Ventils,
• - Abschalten der E-Motoren für Zementzufuhr und Manopumpe,
• - Schließen des Austragsstutzens der Manopumpe durch 3/2 Wegeventil.

Nach Beseitigen des Schlauchverstopfers fällt der Druck unter dem Signaldruck, worauf die Steuerung die Wiederanschaltung der Schaummörtelpumpe aus­ löst.

Claims (6)

1. Vorrichtung für die Herstellung und Förderung von schnell abbindendem Schaummörtel, insbesondere zum Verfüllen von Hohlräumen im untertägigen Grubenbe­ trieb, bestehend aus einer Mischkammer, in der Trockenbaustoff, Wasser und Luft vermischt werden, einer der Mischkammer nachgeschalteten Dickstoff­ pumpe, an deren Druckstutzen sich eine Förder­ leitung anschließt, und Steuereinrichtungen zur Steuerung der zugeführten Mengen an Trockenbaustoff und/oder Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß dem Druckstutzen (12) der Dickstoffpumpe (1) und/oder der Förderleitung (14) mindestens ein Druckfühler (18) zugeordnet ist, der die Zufuhr von Trockenbau­ stoff und/oder Wasser in Abhängigkeit vom Druck steuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Druckstutzen (13) der Dickstoffpumpe (1) oder die Förderleitung (13) an eine gesonderte, zuschaltbare Hochdruckwasserquelle (15, 16, 17) an­ geschlossen sind, deren Zuschaltung ebenfalls von dem Druckfühler (18) gesteuert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Hochdruckwasserquelle (15, 16, 17) eine von dem Druckfühler (18) einschaltbare Hoch­ druck-Wasserpumpe (15) aufweist, deren Druckstutzen über ein von dem Druckfühler (18) ansteuerbaren 3/2-Wegeventil an den Druckstutzen (12) der Dick­ stoffpumpe (1) oder die Förderleitung (13) ange­ schlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Steuerkriterium für die Steuerung der Zufuhr von Trockenbaustoff und/oder Wasser die Ein­ haltung eines vorgegebenen, optimalen Betriebsdruc­ kes P_B ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerkriterium für die Zu­ schaltung der Hochdruck-Wasserquelle (15, 16, 17) die Überschreitung eines vorgegebenen maximalen Be­ triebsdruckes P_max ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß ein zusätzliches Steuerkriterium für die Zuschaltung der Hochdruck-Wasserquelle (15, 16, 17) die Überschreitung eines vorgegebenen Druckgradien­ ten dP/dt über die Zeit ist.