DE69615912T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Gewinnen eines Bodenschatzes aus einer Lagerstätte - Google Patents

Description

Zusammenfassung der Erfindung
• Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbauen von abbaubaren Produkten wie z. B. Kohle von einem unterirdischen Flöz und insbesondere Verbesserungen bei dem Verfahren und Werkzeuge, die bei dem Verfahren verwendet werden.
• Das Abbauverfahren dieser Offenbarung wird von Hydrauliktechnikern als "geschlossenes hydraulisches Flußsystem" klassifiziert. Das Verfahren verwendet die Prinzipien der mechanischen und Strömungsdynamik in einem geschlossenen Leitungssystem unter Druck und Vakuum. Die ursprüngliche Erfindung ist im US-Patent 5 139 312, das dem Erfinder erteilt wurde, beschrieben. Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren, das die frühere. Erfindung übertrifft und weniger kostspielige Werkzeuge bei der Gewinnung von abbaubarem Erz verwendet, wobei somit die Kosteneffizienz verbessert wird.
• Wie in dem angeführten Patent beschrieben, beginnt der Abbauprozeß, nachdem eine sich bewährte, abbauwerte geologische Schürfstelle, wie z. B. ein Kohleflöz, ausgewählt wurde. Die Schürfstelle sollte derart sein, daß sie ein dickes Kohleflöz (18 Inch oder mehr) aufweist, das gleichmäßig von 1 bis 90 Grad abfällt. Es sollte eine leicht verfügbare Wasserversorgung vorhanden sein, wie z. B. tiefe Brunnen, Seen oder große Teiche, mit Wasser gefüllte, alte, offene Tagebaugruben oder unterirdische Minen, Flüsse oder permanente Ströme. Die Lage vor Ort erfordert ein Minimum an Oberflächenstörung, gewöhnlich ein paar Morgen. Es besteht keine Anforderung für Absetzbecken oder für die Entsorgung von Abfallfluiden oder -schlamm.
• Der erste Schritt ist das Bohren eines Bohrlochs von 22 Inch am Fallrichtungsende des Kohleflözes. Das hierin erörterte Verfahren nimmt an, daß das Loch etwa 100 Fuß tief ist, dieses Verfahren kann jedoch auf viel größere Tiefen anwendbar sein. Es wird angenommen, daß das hierin erörterte Kohleflöz in einem Bereich von 28 bis 36 Inch dick ist, aber wiederum wird dieser Bereich nur der Bequemlichkeit halber angenommen. Andere Bohrlöcher von 22 Inch sind ungefähr 660 bis 1320 Fuß in einer Linie, die zum Fund des darunterliegenden Kohleflözes parallel ist, beabstandet. Diese Bohrlöcher mit großem Durchmesser werden zum Gewinnen von Kohle und Schlammflüssigkeiten an der Oberfläche von den unterirdischen Kohleschichten verwendet und werden als "Gewinnungslöcher" bezeichnet.
• Eine Reihe von sekundären Bohrlöchern von 6 Inch werden als "Einleitungslöcher" bezeichnet. Die Anzahl von Einleitungslöchern, die in einer Abbaueinheit mit einem Gewinnungsloch verwendet werden, hängt von der Geologie, dem Kohletyp, der Kohleneigung und -dicke, der Abbautiefe, der Anlagengröße und anderen ortsspezifischen Faktoren ab.
• Die in das Gewinnungsbohrloch eingesetzte Ausrüstung umfaßt eine röhrenförmige, mit Bundringen versehene und gegliederte Welle und ein lochabwärts befindliches Gewinnungswerkzeug. Das lochabwärts befindliche Gewinnungswerkzeug besteht aus einer Grundloch-Erdbohrereinrichtung, die in dem Kohleflöz angeordnet wird, welche sich etwa 12 Inch unter das Kohleflöz und 36 Inch über die Oberseite des Kohleflözes erstreckt. Dieses Grundlochwerkzeug weist ein Fenster auf, das in der Länge der Kohleschichtdicke ausgeschnitten ist, durch welches das Kohleflöz dem inneren Erdbohrerwerkzeug ausgesetzt wird. An der Oberfläche des Gewinnungslochs wird ein Förderdruckwerkzeug angeordnet, das eine Verbindung vom Rohr in dem Loch mit einer Baggerpumpe und einer Drehkraftquelle an der Oberfläche vorsieht. Zwischen diesen zwei Werkzeugen wird eine Säule von erforderlichen Längen einer röhrenförmigen, mit Bundringen versehenen und gegliederten Hohlwelle für ein geschlossenes Rohrsystem mit Innenbohrfähigkeiten angeordnet.
• Das Gewinnungsloch wird zuerst mit einem Bohrmeißel von 22 Inch etwa 20 Fuß tief in das Grundgestein gebohrt. Das zwanzig Fuß tiefe Loch wird dann bis zur Unterseite mit einem Gehäuse von 20 Inch zementiert. Das Loch wird dann mit einem Bohrmeißel von siebzehneinhalb (17 ¹/&sub2;) Inch tiefer durch das Oberflächengehäuse bis zur Kohle und einen Fuß unterhalb das Kohleflöz gebohrt. Als nächstes wird das Grundlochwerkzeug, wobei der obere Teil auf 12 Inch verringert ist, bis zum Boden des Lochs abgesenkt durch endweises Verschweißen von längeren Gelenken mit einem Gehäuse von 12 Inch (Innendurchmesser), um eine Gehäusesäule herzustellen.
• Das lochabwärts befindliche Werkzeug mit der Erdbohrereinrichtung weist eine hohle röhrenförmige Welle auf, an der zusätzliche Abschnitte von röhrenförmigen Wellen die ganze Strecke bis zur Oberseite des Lochs befestigt werden.
• Wasser unter Druck wird die röhrenförmige Welle hinabgepumpt, damit es aus den Wasserdüsen, die vertikal und radial nach außen entlang der Welle, einschließlich des lochabwärts befindlichen Werkzeugs, beabstandet sind, austritt. Die Drehung des Erdbohrers des lochabwärts befindlichen Werkzeugs, die nach oben weisenden Druckwasserdüsen und die Baggerpumpe auf der Oberfläche arbeiten alle, um den Kohleschlamm nach oben und aus dem Gewinnungsloch zu heben.
• Die Anfangsstufe des Bohrvorgangs beginnt mit vier Bohrlöchern, die in unmittelbarer Nähe zum Gewinnungsloch mit großem Durchmesser gebohrt werden, welches vorher zum Bohren angeordnet und abgesteckt wurde. Der Bohrvorgang beginnt mit drei Einleitungsbohrlöchern mit einem Durchmesser von 6 Inch, die jeweils fünf Fuß von dem Gewinnungsbohrloch beabstandet sind. Die Löcher von 6 Inch werden in einer geraden Linie entgegen der Fallrichtung und senkrecht zum Fund des darunterliegenden Kohleflözes gebohrt. Jedes Loch wird bis zur Unterseite der Kohleschicht gebohrt. Das Bohren und die Fertigstellung der ersten zwei Bohrlöcher von 6 Inch sind gleich, außer daß nur eines auf einmal ausgeführt wird. Das erste Bohrloch wird durch die Kohleschicht gebohrt und das Oberflächengehäuse wird eingerichtet. Unterwassersprengstoffe werden nur in dem Kohleflöz mit einer elektrischen Sprengkappe und einem Drahtleiter zur Oberfläche an der Oberseite der Kohleschicht angeordnet. Über den Sprengstoffen in einem Loch wird ein aufblasbarer, langgestreckter, ballonartiger Lochstopfen von fünf Fuß angeordnet. Es kann in einigen Lochsituationen erforderlich werden, 3 Fuß Kalksteinbesetzung auf den Sprengstoffen hinzuzufügen und dann den Ballonstopfen an die Stelle zu setzen. Dieser Ballon wird an einem kleinen Luftschlauch befestigt, der sich zur Oberfläche erstreckt, wo er aufgeblasen oder entleert und auf Wunsch zurückgeholt werden kann. Wenn das Einleitungsloch naß und bis zu einem gewissem statischen Wasserspiegel gefüllt ist, dann wird der Luftballonstopfen vielmehr an diesem Punkt aufgeblasen als auf den Sprengstoffen. Diese Verstopfungsvorrichtung dichtet das Loch vorübergehend ab, wodurch verhindert wird, daß jegliche Sprengenergie während der Explosion des vorher eingesetzten Sprengmaterials in dem Kohleflöz das Bohrloch hinaufgelenkt wird.
• Vor der Explosion von irgendeinem der Sprengstoffe wird das Gewinnungsloch mit großem Durchmesser durch das Kohleflöz hindurch gebohrt und durch die Bohranlage von jeglichem Material gereinigt. Vor der Explosion der Sprengstoffe in dem Loch, das zum großen Gewinnungsloch am nächsten liegt, wird die Bohranlage ein paar Fuß über die Kohleebene angehoben, bleibt jedoch im Gewinnungsloch. Das am nächsten liegende Loch von 6 Inch wird dann zur Explosion gebracht. Da der Weg des geringsten Widerstandes in Richtung des einzigen Hohlraums in der Kohle, des Gewinnungslochs, liegt, wird das gesprengte Material in diesen Hohlraum getrieben. Im Anschluß an das Sprengen wird der Bohrmeißel wieder zur Kohleflözebene abgesenkt und jegliches gesprengtes Material wird dann durch die Bohranlage entfernt und das Loch wird wieder gereinigt.
• Das zweite Einleitungsbohrloch von 6 Inch wird dann wie das erste Einleitungsloch vorbereitet. Wieder wird der Bohranlagenmeißel des Gewinnungslochs angehoben und das zweite Loch wird gesprengt. Das Gewinnungsloch wird im Anschluß an das Sprengen wieder gereinigt. Ein drittes Einleitungsloch von 6 Inch wird vorbereitet und in derselben Weise wie die ersten zwei Einleitungslöcher gesprengt, und das Gewinnungsloch wird wieder durch die Bohranlage gereinigt. Das Gehäuse wird dann in das Gewinnungsloch eingesetzt und zementiert. Die Grundloch- und die Oberflächenausrüstung werden für hydraulische Abbauvorgänge an der Stelle eingerichtet.
• Der Erdbohrvorgang wird dann gestartet und Wasser wird das erste offene Loch von 6 Inch hinabgepumpt. Das gepumpte Wasser drückt die gesprengte Kohle das Kohleflöz hinab zum Gewinnungsloch-Erdbohrerwerkzeugfenster. Nachdem ein Hohlraum vom ersten Loch zum Gewinnungsloch erzeugt ist, wird Wasser in das zweite Einleitungsloch gepumpt. Der Hohlraumbereich in dem Kohleflöz erstreckt sich etwa 10 Fuß entgegen der Fallrichtung. Das dritte Einleitungsloch wird ebenso mit Wasser von der Oberfläche unter Druck gesetzt, was die gesprengten Kohlebrocken zum Gewinnungsloch treibt. Bei der Drehung des Erdbohrers wird unter gepumpten Flüssigkeiten die Kohle von einem langen Kanal in dem Kohleflöz an die Oberfläche gehoben.
• Das Gewinnungsloch wird die ganze Strecke bis zum Grundlochwerkzeug hinab die Mittelachse des Lochs hinab mit einem Rohr ausgestattet. Wasser wird das Loch hinabgedrückt, welches aus den Düsen gedrückt wird, die radial und vertikal entlang des zentralen Rohrs und einschließlich des Grundlochwerkzeugs beabstandet sind. Wenn sich das Rohr dreht, dreht es die spezielle Erdbohrereinrichtung in dem Grundlochwerkzeug und es dreht auch die Wasserdüsen. Die Wasserdüsen weisen nach oben, um Wasser unter Druck das Gewinnungsloch hinaufzuspritzen, welches die Kohle vom Kohleflöz das Gewinnungsloch hinaufschieben soll. Von den Düsen radial nach außen befinden sich Wälzlager, die entlang der Innenseite des Gehäuses rollen, wenn das zentrale Rohr gedreht wird. Die Wälzlager helfen beim Verhindern, daß die Düsen die Drehung des Rohrs und des Erdbohrers in dem Grundlochwerkzeug behindern, und helfen auch beim Halten des Rohrs entlang der Mittelachse des Gewinnungslochs.
• Der Vorgang wird dann vorübergehend verzögert, bis beide Einleitungslöcher #1 und #2 mit Rohrsträngen von 2 Inch bis zum Kohleflöz ausgestattet sind, wobei eine Schwenkstrahldüse installiert wird. Diese Düsen sind kurz und vertikal einstellbar, um dem Neigungswinkel des Kohleflözes gerecht zu werden. Der Düsenstrahl kann von der Oberfläche aus horizontal gedreht werden. Das Rohr und die Düsen werden permanent in das Loch und in den Hohlraumbereich im Kohleflöz abgesenkt. Das Rohr wird an der Oberseite des Oberflächengehäuses mit einer Schraubenkappe mit einem Lager für eine Wasserleitung abgedichtet. Das Wasserleitungsrohr kann durch das Lager gedreht werden. Die Düse kann in Richtung des Gewinnungslochs gedreht werden. Die zwei Einleitungslöcher werden jeweils mit einer Oberflächenwasserpumpe verbunden. Das dritte Einleitungsloch wird nach der Entfernung des aufblasbaren Ballonstopfens an einer dritten Oberflächenpumpe angeschlossen. Sie pumpt Flüssigkeiten das offene Loch hinab, die die gesprengten Kohlebrocken in Richtung des Gewinnungslochs schwemmen. Es kann möglich sein, vielmehr jedes zweite oder dritte Loch Flüssigkeiten hinabzupumpen als jedes gesprengte Loch. Dies hängt von der Wirkung der Sprengerschütterung und dem effektiven Radius der Sprengstoffe und der Steigung oder Abwärtsneigung des Flözes ab.
• Das erste und das zweite Einleitungsloch stehen unter einer kontinuierlichen Flüssigkeitsströmung von den Oberflächenpumpen. Diese Pumpen halten einer hohen Wasserdruck zu den Düsen aufrecht, um die Kohlebrocken im Gewinnungsloch und im unmittelbar abgebauten Bereich weiter zu zerkleinern. Diese zwei Einleitungslöcher sehen auch das erforderliche Volumen an Wasserschlamm vor, um die Hohlraumbereichsströmung von Schlamm zum Gewinnungsloch aufrechtzuerhalten.
• Das Gewinnungsloch steht auch unter kontinuierlicher Flüssigkeitsströmung von einer Oberflächenpumpe. Die Pumpe hält einen hohen Wasserdruck zu den Düsen aufrecht, der den. Kohleschlamm aus dem Grundlochwerkzeug das Gewinnungsloch hinauf und an der Oberfläche herausschiebt.
• Nach der ersten Stufe des Einrichtungsvorgangs wird die zweite Stufe des Vorgangs begonnen. Diese Stufe besteht aus dem Bohren von Einleitungsbohrlöchern, dem Füllen derselben mit Sprengstoffen, die bereit sind, um der Reihe nach für kontinuierliche Vorgänge zur Explosion gebracht zu werden. Das 4., 5. und alle anschließend gebohrten Löcher werden senkrecht zum Kohlefund und der Fallrichtung entgegen sowohl in einer geraden Linie als auch radial vom Gewinnungsloch angeordnet gebohrt. Diese Löcher werden auch bis zur Unterseite des Kohleflözes gebohrt und mit Unterwassersprengstoffen in derselben Weise wie das erste, das zweite und das dritte Einleitungsloch gefüllt. Diese Löcher enthalten jeweils eine zurückholbare, aufblasbare Luftballon-Verstopfungsvorrichtung von fünf Fuß zum Verstopfen des Lochs auf irgendeinem Grundwasserspiegel in dem Loch. Die Sprengstoffe werden dann unter Verwendung einer Kappe und eines Drahts bis zur Oberfläche, der mit einer elektrisch gesteuerten Zündvorrichtung verbunden ist, zur Explosion gebracht. Wenn die Löcher trocken sind, kann es erforderlich sein, ein paar Fuß zerkleinerte Kalksteinaggregate als Besetzung auf der Kohle zuzugeben, bevor der Ballonstopfen eingesetzt wird. Der Bedarf für die Kalksteinbesetzung hängt von der Härte der Schichten auf und unter dem Kohleflöz ab.
• Die gepumpten Flüssigkeiten lenken das gesprengte Kohlematerial in den vorher erzeugten Hohlraum in dem Kohleflöz und drücken die Kohle in Richtung des Gewinnungslochs. Da Steinkohlen gewöhnlich kompakt, spröde, streifig sind und lamellare, muschelige, splitterige Bruchflächen aufweisen und eine mehr oder weniger wohl definierte prismatische Gliederung aufweisen, fallen sie gewöhnlich auf Kräfte von Sprengstoffen und einen hohen Flüssigkeitsdruck hin in kubische oder prismatische Blöcke entlang ihrer Spaltungs- und Fugenebenen auseinander.
• Nachdem die anfänglichen drei Einleitungslöcher fertiggestellt sind und die Kohle aus ihnen über das Gewinnungsloch entnommen wurde, existiert ein 15 bis 20 Fuß langer Kanal in der Kohleschicht von dem Gewinnungsloch der Fallrichtung entgegen. Die nächste Folge von Einleitungslöchern wird gesprengt und der Abbau fährt fort, entweder der Fallrichtung entgegen, wodurch ein längerer Kanal erzeugt wird, bis die niedrigste Kohle erreicht ist, ungefähr 600 Fuß vom Gewinnungsloch geschätzt, oder radiale Einleitungslöcher werden gesprengt und die Kohle benachbart zur anfänglichen Kanalöffnung wird gewonnen, wodurch ein breiterer Kohleflözhohlraum erzeugt wird. Dieses letztere Gewinnungsverfahren wird sowohl den Kanal entgegen der Fallrichtung erweitern als auch gleichzeitig in einer Fächerform von dem Gewinnungsloch aufweiten.
• Die Kohle aus den zur Explosion gebrachten und unter Druck gesetzten Einleitungslöchern wird dazu gebracht, dem Weg des geringsten Widerstandes zu folgen, der in Richtung des Bodens des Gewinnungslochs liegt, wo die Kohle in das Grundlochwerkzeug durch das Fenster des Werkzeugs eintritt. Däs Werkzeug ist dazu ausgelegt, die Kohle in kleinere Größen zu zerkleinern, wenn sich der Erdbohrer dreht. Die Kohle fließt aufgrund ihres spezifischen Gewichts frei in dem schweren Medium Schlamm nach oben durch das Gewinnungsloch, was durch das Druckwasser-Düsenrohr unterstützt wird, zur Oberfläche. Die Düse hebt den Flüssigkeitsstrom und verhindert jegliche Verstopfung in dem Rohr. Im oberen Teil des Gewinnungslochrohrs zieht die Baggerpumpe mit ihrer Saugwirkung den frei fließenden Kohle- und Materialschlamm durch das Förderdruckwerkzeug aus dem Loch, drückt dann den Schlamm auf das Schüttelwerk und die Waschanlage in einem Volumenverhältnis von etwa 60% Kohle zu 40% Schlammflüssigkeiten.
• Jedes Einleitungsloch wird im Anschluß an seine Explosion vorübergehend verstopft und Kohle wird entnommen. Dies wird durch die Verwendung einer aufblasbaren Gummivorrichtung durchgeführt, die in dem Loch zwischen der Oberfläche und der Oberseite der Kohleebene in Abhängigkeit von den Wasserspiegeln in dem Loch oder direkt über der Ebene, wo das Kohleflöz vor der Kohleentnahme war, in einer Situation eines trockenen Lochs angeordnet wird. Die Vorrichtung wird dann aufgeblasen und bleibt an der Stelle, bis das Loch dauerhaft versiegelt wird. Diese Vorrichtung verhindert, daß Untergrundfluide zur Oberfläche austreten.
• Wenn der gesamte hydraulische Abbau in einem Satz von Einleitungslöchern mit jedem großen Gewinnungsloch vollendet ist, wird das Verstopfen dieser Löcher durch zuerst Entfernen des Grundlocherdbohrerwerkzeugs und der Rohrstange in dem großen Gewinnungsloch durchgeführt. Das Gehäuse von 12 Inch in dem Gewinnungsloch kann auch entfernt werden. Das Gewinnungsloch wird mit Sand und Schotter bis innerhalb ein paar Fuß von der Oberfläche gefüllt. Wenn das Gehäuse dann nicht entfernt wird, werden die oberen drei Fuß des Gehäuses unterhalb der Erdebene abgeschnitten und der Hohlraum wird mit Zement gefüllt. Die Einleitungslöcher von 6 Inch werden dann mit Sprengstoffen in 10 bis 20 Fuß oberhalb der ursprünglichen Kohleebene gefüllt. Die exakte Höhe wird durch Berechnung in Abhängigkeit von dem Obergesteinsmaterial und der Kohleflözhohlraumdicke festgelegt. Nach Explosion der Sprengstoffe in diesen Löchern fällt das gesprengte Material in den Abbauhohlraum darunter zusammen. Das gesprengte Material stellt genügend Aufblähung bereit, um den Minenhohlraum und den gesprengten Bereich vollständig mit Material zu füllen, und verhindert das Einsacken des Obergesteinsmaterials an der Grundfläche. Nach dem Sprengen aller Bohrlöcher werden die luftballonartigen Verstopfungsvorrichtungen und das Oberflächengehäuse jedes Lochs entfernt und jedes Loch wird bis innerhalb 2 Fuß der Oberfläche aufgefüllt und zementiert.
• Es besteht im wesentlichen kein Schlammwasser oder Abwasser zur Entsorgung am Abschluß eines hydraulischen Abbausatzes. Es besteht ein kontinuierlicher Verlust an Schlammwasser bei dem Vorgang aufgrund seines Austauschs der Kohle, die aus dem Untergrund entfernt wird. Dieses Wasser ist erforderlich, um alle Hohlräume, die durch den Kohleabbau belassen werden, zu füllen, um während der Abbauvorgänge ein Drucksystem aufrechtzuerhalten. Der Schlamm, der mit dem Abbau von Kohle entnommen wird, wird zurückgeführt und geht durch die Waschanlage und in einen Absetztank. Er wird dann in den unterirdischen Minenbereich zurückgepumpt. Dasselbe Wasser kann mehrere Durchläufe vom unterirdischen Minenbereich zur Oberfläche durchführen, bleibt jedoch schließlich unterhalb der Erde, um den durch den Kohleabbau zurückgelassenen Hohlraum zu füllen.
• Das bei diesem Abbauverfahren verwendete Erdbohrerwerkzeug besteht aus zwei separaten Vorrichtungen, die in Verbindung mit einem Verbindungsrohr verwendet werden, das in ein vertikales Bohrloch eingesetzt wird. Dieses System stellt einen umschlossenen Rohrdurchgang von einer unterirdischen Kohleschicht zur Oberfläche bereit. Die Vorrichtung an der Oberfläche wird "Förderdruckwerkzeug" genannt. Die unterirdisch installierte und durch die Kohleschichtspanne positionierte Vorrichtung wird "Grundlochwerkzeug" genannt. Das Grundlochwerkzeug ist typischerweise derselbe Zylinder mit einem Durchmesser von 12 Inch wie das Gehäuserohr im Gewinnungsloch, das aus einem Rohr von ¹/&sub2; Inch Stahl konstruiert ist. Die Länge des Grundlochwerkzeugzylinders variiert mit der Dicke der hydraulisch abzubauenden Kohle. Unter der beispielhaften Annahme einer speziellen Kohleflözdicke von 42 Inch soll ein Fenster mit dieser Länge in den Zylinder geschnitten werden. Dieses Fenster wird durch Entfernen von bis zu ¹/&sub2; der Umfangswand konstruiert. Das Fenster wird in der Kohle zwischen der Oberseite und der Unterseite des Kohleflözes angeordnet und setzt die inneren Werke des Zylinders der Kohle vor Ort aus. Das Fenster dient als Durchgang in den Grundlochwerkzeug-Zylinder für Kohlebrocken und Wasserschlamm, die während des Betriebs der Vorrichtung unter einem hydraulischen Druck stehen. Beim Betrachten des Grundlochwerkzeugs in einer vertikalen Position ist das Fenster in den mittleren und unteren Teil der Zylinderlänge geschnitten.
• Ein ein Inch dicker und 3 Inch breiter Stahlverstärkungsstreifen ist an die vertikale Außenkante des Fensters am Grundlochwerkzeug geschweißt. Dieser Verstärkungsstreifen erstreckt sich ein paar Inch über die Werkzeugbasis hinaus zur Verankerung des Werkzeugs im Untergrund. Wenn dieser Verstärkungsstreifen am Außendurchmesser des Grundlochwerkzeugs befestigt ist, weist es typischerweise einen Gesamtaußendurchmesser von 14 Inch auf.
• Das Grundlochwerkzeug, das bei diesem Abbauverfahren verwendet wird, besteht aus einer speziellen Erdbohrvorrichtung, wobei der Erdbohrer keine durchgehende Stange ist, die sich spiralförmig um die zentrale Welle windet, sondern vielmehr aus Segmenten mit Öffnungen zwischen diesen besteht. In dieser Weise winden sich die Erdbohrersegmente für nur 180º um die zentrale Welle und scheinen aufeinander zu liegen, wenn sie von oben oder entlang der vertikalen Achse des Erdbohrers betrachtet werden. Bei Drehung der Welle beläßt diese Erdbohreranordnung einen Spalt, der ermöglicht, daß die in Segmente aufgeteilten Erdbohrerschaufeln über und unter einem zahnartigen Keil durchgehen, der an einer vertikalen Stange, die "Zerkleinerungsstange" genannt wird, montiert ist. Die Zerkleinerungsstange mit beabstandeten Keilen ist auf der entgegengesetzten Seite des Fensters an die Innenseite des Grundlochwerkzeugs geschweißt. Die Zerkleinerungsstange bricht große Kohlebrocken in Verbindung mit der Wirkung des Erdbohrers auf und schiebt die Kohle durch die erste Hubwirkung der unteren Wasserdüse die Rückseite des Grundlochwerkzeugs zur Oberfläche hinauf.
• An der Unterseite des Bereichs des offenen Fensters und unter dem Drehweg der unteren Erdbohrerschaufel ist eine Ablenkplatte installiert. Die Ablenkplatte ist eine Leitwand, die an die Innenseite des Gehäuses geschweißt ist. Sie ist eine kreisförmige Stahlplatte, die sich von der Fensteröffnung nach unten abwinkelt. Die Leitwand ist ausgekerbt, um die Drehung der zentralen Welle zu ermöglichen, durch die Druckwasser abwärts gepumpt wird, damit es durch die Düsen austritt. Die untere Wasserdüse befindet sich unterhalb der Leitwandplatte und die Leitwandplatte wirkt ferner zum Verhindern, daß das Druckwasser aus der untersten Düse durch den Fensterbereich in das Kohleflöz hinausgedrückt wird.
• Unterhalb des Fensterabschnitts und des unteren Endes des Zylinders befindet sich auch ein Rohrabschnitt, der ein Lager und eine Bodenendanordnung zum Halten des unteren Endes der Erdbohrvorrichtung unterbringt. Es befindet sich ein spezielles Segment an der Oberseite des Grundlochwerkzeugs, das den Außendurchmesser von einem Durchmesser von 20 auf 12 Inch einstellt, so daß zusätzliche Abschnitte eines Rohrgehäuses von 12 Inch mit dem Grundlochwerkzeug zur Verbindung desselben mit dem Oberflächen-Förderdruckwerkzeug verbunden werden können.
• Die Oberseite des Erdbohrers ist durch eine Welle mit einer Drehkraftquelle verbunden.
• Der Grundlochwerkzeug-Erdbohrer ist ein in Segmente aufgeteilter Stahlerdbohrer. Er wird aus Erdbohrersegmenten konstruiert, indem ein Segment über dem anderen positioniert wird und diese jeweils an eine gemeinsame hohle Stahlwelle geschweißt werden. Die zwei Erdbohrersegmente sind mit Kerben gerieft. Diese Kerben sind vorzugsweise entlang der Seiten mit einem harten legierten Schweißmaterial verstärkt. Der geriefte Rand des Erdbohrers zerkleinert, wenn dieser gedreht wird, das einströmende feste Kohle- und Schlammaterial, das den Erdbohrer durch das Fenster hindurch erreicht hat. Das zerkleinerte Material wird dann durch eine Druckströmung, die durch die rotierenden Erdbohrersegmente und das Druckwasser aus den Düsen unterstützt wird, an die Oberfläche angehoben.
• Das Förderdruckwerkzeug umfaßt eine Abführungs- Bogenrohrvorrichtung, die an der Oberfläche des Lochs angeordnet ist, durch welches das Kohle- und Schlammaterial durch den Wasserdruck und durch die rotierenden Erdbohrersegmente unterstützt geschoben wird. Das Förderdruckwerkzeug ist an der Oberseite des Gewinnungsrohrs in dem Loch befestigt und ist aus einem L-förmigen Rohr von 90 Grad konstruiert, wobei ein aus Stahl konstruierter rechteckiger Kasten an die Außenseite der "L"-Biegung des Rohrs geschweißt ist. Das Bogenrohr und der Kasten weisen typischerweise 1/2 Inch dicke Wände mit einem Loch von 5 Inch, das aus der Mitte der Kastenoberseite und durch die konvexe Biegung des Rohrs ausgeschnitten ist, auf. Wenn die Förderdruckwerkzeugvorrichtung mit dem Rohr im Loch verbunden wird, wird das Loch von 5 Inch in der Mitte der Rohrbasis von 12 Inch zum Einfügen der Erdbohrerwelle durch den Stahlkasten nach oben angeordnet. Das Erdbohrerwellenende wird dann mit einer Drehkraftwelle verbunden.
• An der Oberseite des Stahlkastens befindet sich ein Lager und ein Dichtungsgehäuse, um das Durchsickern von Gasen zu verhindern, wenn Vakuumdruckfluide behandelt werden. Das Förderdruckwerkzeug stellt ein geschlossenes Flüssigkeitsströmungssystem sicher. Das Förderdruckwerkzeug ist mit Drehbewegungskomponenten von außen zur Erdbohrerinnenseite ausgelegt. Das kleinere Ende des Werkzeugs mit einem Durchmesser von 8 Inch ist an einer Baggerpumpe befestigt. Die Drehkrafteinheit zum Betreiben des Erdbohrers ist ein hydraulischer Motor mit einem Getriebegehäuse, das mit der Erdbohrerwelle von 5 Inch verbunden ist.
• Die Verbesserungen dieser Erfindung gegenüber dem früheren Verfahren stellen ein wiedergewinnbares Grundlochwerkzeug, eine kleinere Erdbohrvorrichtung, die nur innerhalb des Grundlochwerkzeugs vorliegt, im Gegensatz zu einem Erdbohrer über die volle Länge des Gewinnungslochs, und die Modifikation des Grundlochwerkzeug-Erdbohrers derart, daß er aus Erdbohrersegmenten, einer Zerkleinerungsstange, einer Leitwand und einer Grundloch-Wasserdüse besteht, die jeweils zum Verbessern der Gewinnung des Kohleschlamms und zum Verringern der Kosten des beschriebenen Abbauvorgangs vorgesehen sind, bereit.
• Die in dieser Zusammenfassung angegebener Abmessungen sind nur beispielhaft und stellen typische Größen von Strukturen zum Ausführen der Verfahren dieser Offenbarung dar.
• Zur Bezugnahme auf andere Verfahren und Vorrichtungen zum Abbauen eines abbaubaren Produkts aus einem unterirdischen Flöz kann auf die folgenden. Patente der Vereinigten Staaten Bezug genommen werden: 4 396 075; 4 252 200; 4 421 182; 4 804 050; 4 433 739; 4 629 011; 4 348 058; 4 449 593; 4 411474; und 4 330 155.
• Ein besseres Verständnis der Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erhalten.
Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist eine isometrische Ansicht, die einen Querschnitt eines Abschnitts der Erde von der Oberfläche bis geringfügig unter ein unterirdisches Flöz von abbaubaren Materialien wie z. B. ein Kohleflöz zeigt und einiges der bei dem Verfahren dieser Erfindung verwendeten Grundausrüstung zeigt.
• Fig. 2 ist eine vergrößerte Teilansicht bei 2 von Fig. 1, die ein Grundlochwerkzeug an der Stelle zeigt und das Verfahren zum Abbauen eines abbaubaren Materials aus dem Flöz zeigt.
• Fig. 3 ist eine vergrößerte Teilansicht bei 3 von Fig. 1, die in Seitenaufrißansicht einiges der Oberflächenausrüstung, die bei der Ausführung des Verfahrens dieser Erfindung verwendet wird, zeigt.
• Fig. 4 ist eine vergrößerte Seiten-Teilquerschnittsansicht eines Grundlochwerkzeugs, das bei dieser Erfindung verwendet wird.
• Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 von Fig. 4.
• Fig. 6 ist ein Diagramm, das den Fluß von Wasser zeigt, das bei dem Abbauverfahren zum Abbauen eines abbaubaren Produkts von einem unterirdischen Flöz verwendet wird.
• Fig. 7 ist eine Draufsicht auf ein System zum Ausführen des Verfahrens dieser Erfindung, welche die Anordnung eines abzubauenden Gebiets und der an der Erdoberfläche befindlichen Ausrüstung zum Durchführen des Abbauvorgangs bildlich zeigt.
• Fig. 8 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Förderdruckwerkzeugs, das bei dem Verfahren dieser Erfindung verwendet wird.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
• Mit Bezug auf die Zeichnungen und zuerst auf Fig. 1 ist ein Querschnitt eines Oberflächenbereichs der Erde dargestellt, wobei die Erdoberfläche mit der Ziffer 10 gekennzeichnet ist und ein unterirdisches Flöz von abbaubaren Produkten mit der Ziffer 12 gekennzeichnet ist. Obwohl diese Erfindung ausgeführt werden kann, um verschiedene Abbauprodukte zu gewinnen, ist sie besonders zum Abbauen von Kohle anwendbar. Die Erfindung wird den Abbau von Kohle betreffend beschrieben, wobei es selbstverständlich ist, daß anstelle von Kohle andere abbaubare Produkte durch das Verfahren dieser Erfindung gewonnen werden können. Die Erfindung ist jedoch besonders für Kohle nützlich, da das spezifische Gewicht von Kohle es leicht macht, sie durch fließendes Wasser zu bewegen, wohingegen die Gewinnung von abbaubaren Produkten mit größerer Dichte viel schwieriger wäre, wenn deren Gewinnung durch die Prinzipien dieser Offenbarung versucht wird.
• Das Ziel besteht darin, Kohle aus dem Flöz 12 zur Erdoberfläche zu bewegen, ohne den üblichen Abbauprozessen zu folgen, das heißt, ohne Entfernen des Obergesteins und dann Gewinnen der Kohle, was gewöhnlich als "Tagebauprozeß" bezeichnet wird, oder ohne Durchleiten von unterirdischen Durchgängen, in denen Bergarbeiter arbeiten. Statt dessen besteht das Verfahren dieser Erfindung darin, eine Einrichtung zum Gewinnen von Kohle aus dem Flöz 12 vorzusehen, wobei die Oberfläche der Erde kaum gestört wird und wobei es nicht erforderlich ist, daß sich irgendein Bergarbeiter unter die Erdoberfläche begibt.
• Der erste Schritt bei der Ausführung des Verfahrens dieser Erfindung besteht darin, ein im wesentlichen vertikales Bohrloch mit relativgroßem Durchmesser zu bohren, das als "Gewinnungsloch" bezeichnet wird, welches mit der Ziffer 14 gekennzeichnet ist. Das Gewinnungsloch 14 erstreckt sich von der Erdoberfläche 10 bis geringfügig unter das Kohleflöz 12. Das Gewinnungsloch wird vorzugsweise unter Verwendung eines Oberflächenrohrs 16 mit relativ großem Durchmesser, wie z. B. ein Rohr mit einem Durchmesser von etwa 20 Inch, für eine relativ kurze Strecke, wie z. B. etwa 20 Fuß, ausgebildet. Das Oberflächenrohr wird in dem Bohrloch ausgekleidet oder zementiert.
• Anschließend erstreckt sich ein Bohrloch mit etwas kleinerem Durchmesser von dem Oberflächenrohr bis geringfügig unter die Unterseite des Flözes 12. Ein Gehäuse, das typischerweise einen Durchmesser von 12 Inch aufweisen kann, erstreckt sich innerhalb des Oberflächengehäuses durch das Flöz.
• Das Grundprinzip dieser Erfindung besteht darin, Kohle im Kohleflöz 12 durch Sprengstoffe zu zerbrechen und die zerbrochene Kohle von dem Flöz zu einem Grundlochwerkzeug 18 zu bewegen, das am unteren Ende des Gewinnungslochs 14 angeordnet ist und durch das die zerbrochene Kohle entnommen wird. Um die Kohle innerhalb des Kohleflözes 12 zu zerbrechen, werden eine Vielzahl von Einleitungslöchern 20 in beabstandeter Beziehung und in einem Muster bezüglich des Gewinnungslochs 14 gebohrt. Jedes der Einleitungslöcher 20 wird von der Erdoberfläche 10 und in das Kohleflöz 12 gebohrt. Dann werden Sprengstoffe in dem Kohleflöz durch die Einleitungslöcher hindurch angeordnet und die Sprengstoffe gezündet, um die Kohle zu zerbrechen, wonach Wasser durch die Einleitungslöcher 20 eingeleitet wird, um die zerbrochene Kohle zum Grundlochwerkzeug 18 zu bewegen. Alle diese Schritte und die bei der Ausführung der Schritte verwendeten Vorrichtungen werden nun beschrieben.
• Mit Bezug auf die Fig. 2, 4 und 5 wird das Grundlochwerkzeug 18 beschrieben.
• Innerhalb des Gewinnungslochs 14 wird ein Gehäuse 22 mit großem Durchmesser angeordnet. Am unteren Ende des Gehäuses 22, wie am besten in Fig. 4 zu sehen, befindet sich ein röhrenförmiger Körper 24, der größer sein muß als der Durchmesser des Gehäuses 22. Eine spezielle Reduktionskopplung wird verwendet, um die Segmente zu verbinden.
• Das Fenster 32 liegt in Form eines Ausschnitts aus der Wand des röhrenförmigen Körpers 24 vor. Der Ausschnitt sollte ungefähr die Höhe des Flözes 12 aufweisen.
• Eine Welle 34 ist koaxial innerhalb des röhrenförmigen Körpers 24 gelagert. Die Welle wird durch ein unteres Lager 36 gelagert. Die Welle 34 kann aus einer Länge eines Rohrs, wie z. B. eines Rohrs mit einem Durchmesser von 4 Inch, ausgebildet sein. Das Rohr wird dann an anderen Abschnitten des Durchmesserrohrs auf der vollen Länge des Gewinnungslochs befestigt. An der Welle 34 ist eine Erdbohrerschaufel ausgebildet und bei der bevorzugten Anordnung, wie dargestellt, besteht der Erdbohrer aus halbkreisförmigen Segmenten, die derart angeordnet sind, daß, entlang der vertikalen Achse des Erdbohrers betrachtet, die Segmente einander überlappen. Die Erdbohrerschaufelsegmente 42 weisen intern ausgebildete Zähne 46 an der äußeren Umfangskante auf.
• An das Äußere des röhrenförmigen Körpers 24 sind vertikale Verstärkungsstreifen 48A und B geschweißt. Diese Verstärkungsstreifen sind an die vertikale Außenkante des Fensters 32 geschweißt und dienen dazu, einer Durchbiegung des röhrenförmigen Körpers standzuhalten, und erstrecken sich zur Verankerung in den Untergrund unter dem Kohleflöz.
• An das Innere des Grundlochwerkzeuggehäuses ist eine Verstärkungsstange 47 geschweißt, die konform mit dem Inneren des Gehäuses geformt ist, an welcher konisch geformte Stahlvorsprünge 49 montiert sind, die wirken, um das Aufbrechen irgendwelcher größeren Stücke von Kohle oder einem anderen Erz zu unterstützen.
• Mit Bezug auf die Fig. 3 und 8 sind Einzelheiten eines Förderdruckwerkzeugs, das im allgemeinen mit der Ziffer 50 gekennzeichnet ist, gezeigt. Das Gehäuse 22 erstreckt sich durch das Oberflächenrohr 16 nach oben. Über der Erdoberfläche 10 ist ein Flansch 52 an dem Gehäuse befestigt. An dem Flansch 52 ist ein röhrenförmiges Bogenelement 54 befestigt, dessen erstes Ende 54A an dem Flansch befestigt ist, wobei das Bogenelement ein zweites Ende 54B aufweist, das mit einer kurzen Länge eines Rohrs 56 verbunden ist. Die Ansaugöffnung 58 einer Baggerpumpe 60 ist am anderen Ende des Rohrs 56 befestigt.
• Das röhrenförmige Bogenelement 54 weist eine Öffnung 62 auf, die mit einem Gehäuse 64 in Verbindung steht, das am Äußeren des Bogenelements befestigt ist.
• Innerhalb des Gehäuses 22 ist eine vertikale Welle 66 angeordnet, durch die Wasser unter Druck geleitet wird und an der Düsen 68 montiert sind, die axial und radial beabstandet sind. Die Düsen erstrecken sich von einer direkt über dem unteren Lager in dem Grundlochwerkzeug und daher entlang der Welle bis benachbart zur Erdoberfläche. Wie in Fig. 8 gezeigt, erstreckt sich die Welle 66 durch die Öffnung 62 und durch die Öffnung im Gehäuse 64 und nimmt ein abgedichtetes Lager 70 auf. Die Welle ist dann an einem hydraulisch angetriebenen Reduktionsgetriebe befestigt, das bei 72 emblematisch dargestellt ist. Durch Kraft, die vom Reduktionsgetriebe 72 geliefert wird, werden die Welle 66 und dadurch die an dieser befestigten Düsen 68 gedreht. Außerdem ist das untere Ende der Welle 66 an der Grundlochwerkzeugwelle 34 befestigt, um dadurch auch die Erdbohrerschaufeln 42 zu drehen.
• Eine Draufsicht für ein Grundsystem zum Ausführen der Erfindung ist in Fig. 7 dargestellt. Das Gewinnungsloch ist mit 14 gekennzeichnet und eine Vielzahl von Einleitungslöchern 20 sind dargestellt. Das Rohr 56, das sich vom Gewinnungsloch erstreckt, verbindet mit der Baggerpumpe 60, wie vorher beschrieben. Von der Baggerpumpe 60 verbindet eine Schlammleitung 73 mit einem Schüttelwerk 74 zum Trennen von zerbrochener Kohle von einem Schlamm. Die Kohle verläuft durch eine Fördereinrichtung 76 zu einem Kreiselbrecher 78. Durch den Kreiselbrecher getrenntes Gestein wird durch eine Fördereinrichtung 80 einem Gesteinaufbewahrungshafen 82 zugeführt. Die abgetrennte Kohle wird durch eine Fördereinrichtung 84 einer Stapelvorrichtung 86 zugeführt. Außerdem führt eine Schlammleitung 88 vom Schüttelwerk 74 zu einer Waschanlage 90, wo die abgetrennte Kohle gewaschen wird. Durch eine Fördereinrichtung 92 wird die Kohle einem Entwässerungssieb und Trockner 94 zugeführt. Vom Trockner 94 wird die gewonnene Kohle durch eine Fördereinrichtung 96 der Stapelvorrichtung 86 zugeführt.
• Ein Wassertank 98 sieht ein Wasserbecken vor. Der Abfluß aus der Waschanlage und dem Entwässerungssieb wird durch Leitungen 100 in den Wassertank geführt. Von dem Wassertank speisen Pumpen 102 und 104 ein Verteilungsrohr 106, das Einrichtungen zur Verbindung von Wasser mit dem Eingang der Einleitungslöcher sowie für die Düsen im Gewinnungsloch aufweist.
• Eine Wasserquelle 108, die ein Brunnen, ein See, ein Fluß oder dergleichen sein kann, wird verwendet, um Wasser für den Abbauvorgang bereitzustellen. Die Pumpe 110 verbindet das Wasser mit dem Verteilungsrohr 106 und kann verwendet werden, um den Tank 98 durch eine Wasserversorgung 112 zu füllen.
• Die Anlagenanordnung von Fig. 7 stellt eine Ausrüstungseinrichtung, die zum Ausführen der Erfindung verwendet wird, dar.
• Fig. 6 ist ein Flußdiagramm von Wasser, das in dem System verwendet wird. Das ganze Wasser wird zurückgeführt und der einzige Wasserverlust, wie anschließend beschrieben wird, ist jenes, das verwendet wird, um das Flöz zu füllen, wenn Kohle abgebaut wird.
• Nachdem die physikalischen Vorrichtungen und das System zur Verwendung des Verfahrens der Erfindung beschrieben wurden, wird nun das grundlegende Verfahren dargelegt. Zuerst wird ein großes Loch für eine relativ kurze Tiefe gebohrt und ein Oberflächenrohr 16 wird in das Loch eingesetzt. Dann wird ein Gewinnungsloch 14 durch das Oberflächenrohr gebohrt und erstreckt sich bis direkt unterhalb das Kohleflöz 12. Die Ausrüstung der Fig. 2, 4 und 5 wird im Gewinnungsloch 14 in der vorher beschriebenen Anordnung installiert, das heißt, das Grundlochwerkzeug 18 wird mit dem Verbindungsgehäuse installiert und die Oberflächenausrüstung wird am Gewinnungsloch installiert, wie in Fig. 3 gezeigt.
• Einleitungslöcher werden benachbart zum Gewinnungsloch und typischerweise vom Gewinnungsloch beabstandet, wie z. B. etwa fünf Fuß, gebohrt. Während das Gewinnungsloch 14 vorzugsweise im wesentlichen vertikal gebohrt wird, werden die Einleitungslöcher vorzugsweise so gebohrt, daß sie das Flöz 12 senkrecht zu diesem schneiden. Sprengstoffe werden in den Einleitungslöchern angeordnet und zur Explosion gebracht, um Kohle aus dem Kohleflöz zu brechen. Dann wird Wasser in die Einleitungslöcher eingeleitet, um die zerbrochene Kohle zum Grundlochwerkzeug 18 zu bewegen.
• Fig. 1 zeigt das System, nachdem die ersten Einleitungslöcher, die zum Gewinnungsloch am nächsten liegen, zur Explosion gebracht wurden, was einen freien Bereich 114 vorsieht. Die zerbrochene Kohle in dem Raum zwischen dem Explosionspunkt und dem Gewinnungsloch wird durch den Wasserstrom in der Richtung zum Gewinnungsloch hin bewegt. Nach der Explosion wird Wasser in alle oder einen Teil der Einleitungslöcher eingeleitet, um die zerbrochene Kohle zum Grundlochwerkzeug 18 zu bewegen. Am Grundlochwerkzeug 18 wird die Kohle durch das offene Fenster 32 zum Kontakt mit den Erdbohrerschaufeln 42 getragen. Wasser unter Druck, das durch die untere Düse 44 ausgestoßen wird, hilft, die Kohle nach oben in das Innere des Grundlochwerkzeugs 24 und weiter nach oben in das Innere des Gehäuses 22 und von dort zur Oberfläche zu bewegen. Der untere Flansch 45 sieht einer Puffer vor, um die untere Wasserdüse 44 davon abzuhalten, die Kohle aus dem Fenster des Grundlochwerkzeugs auszustoßen. Jegliche Kohlefragmente, die zu groß sind, um durch den Erdbohrer nach oben getragen zu werden, werden durchtrennt und durch die Erdbohrerschaufeln 42 mit Zähnen 46 an diesen zum Aufbrechen der Kohle und ferner durch die Zerkleinerungsstange 47 weiter zerbrochen. Der hydraulische Druck innerhalb des Systems sowie der rotierende Erdbohrer, die rotierenden Wasserdüsen im Gewinnungsloch helfen alle zum Bewegen der Kohle und des Schlamms zur Erdoberfläche.
• Wenn der Bohrvorgang fortschreitet, werden die Einleitungslöcher, die für die Anordnung von Sprengstoffen verwendet werden und dann anschließend für die Einleitung von Wasser verwendet werden, abgedichtet, wenn weitere Einleitungslöcher verwendet werden, da Wasser am weitesten Punkt vom Gewinnungsschacht, wo zerbrochene Kohle existiert, eingeleitet werden muß. Der Verschluß oder das Verstopfen der Einleitungslöcher 20 kann unter Verwendung eines aufblasbaren Verstopfungswerkzeugs durchgeführt werden.
• Das Verfahren dieser Offenbarung wird vorzugsweise in einem Kohleflöz ausgeführt, das nicht horizontal ist, sondern das eine Aufwärtssteigung aufweist. Das Gewinnungsloch 14 wird am untersten Punkt in dem abzubauenden Gebiet angeordnet und die Einleitungslöcher werden in Mustern von dem Gewinnungsloch 14 die Steigung des Kohleflözes 12 aufwärts gebohrt. Auf diese Weise bewegt Wasser, das in das Kohleflöz eingeleitet wird, um zerbrochene Kohle zu bewegen, die Kohle immer abwärts in die Richtung zum Gewinnungsloch hin.
• Ein einzelnes Gewinnungsloch kann mit einer großen Anzahl von Einleitungslöchern verwendet werden, so daß ein einzelnes Gewinnungsloch verwendet werden kann, um eine relativ große Fläche abzubauen. Wenn die zerbrochene Kohle in größeren Abständen von dem Ort, wo sie durch eine Explosion aus dem Kohleflöz gebrochen wird, zum Gewinnungsschacht bewegt werden muß, beginnt natürlich die Bewegungseffizienz abzunehmen.
• Nachdem ein Gebiet in dem kommerziell durchführbaren Ausmaß unter Verwendung eines Gewinnungslochs abgebaut wurde, wird ein neues Gewinnungsloch gebohrt und der gesamte Vorgang wiederholt.
• Wenn die Verwendung der Einleitungs- und Gewinnungslöcher vollendet wurde, werden sie verstopft, um eine Verunreinigung von Wasserversorgungen zu verhindern. Nachdem ein Gebiet unter Verwendung der Verfahren hierin abgebaut wurde, können außerdem Sprengstoffe in den Einleitungslöchern über dem Kohlflöz gezündet werden, um Gestein loszusprengen, damit es in das entleerte Kohleflöz fällt und dieses füllt.
• Wenn der gesamte Bohrvorgang abgeschlossen ist, kann die gesamte Ausrüstung entfernt werden und die Oberfläche der Erde wird im wesentlichen ungestört belassen. Alle Gewinnungslöcher und Einleitungslöcher werden verstopft und die Rohre gut unterhalb der Pflugtiefe entfernt, so daß durch die Abbauverfahren dieses Systems fast keine Umweltschädigung verursacht wird.
• Die Ansprüche und die Beschreibung beschreiben die dargestellte Erfindung, und die Begriffe, die in den Ansprüchen verwendet werden, erlangen ihre Bedeutung aus der Verwendung solcher Begriffe in der Beschreibung. Dieselben Begriffe, die im Stand der Technik verwendet wurden, können hinsichtlich der Bedeutung umfassender sein als speziell hierin verwendet. Wann immer ein Zweifel zwischen der umfassenderen Definition solcher Begriffe, die im Stand der Technik verwendet wurden, und der spezielleren Verwendung der Begriffe hierin besteht, ist die speziellere Bedeutung gemeint.
• Obwohl die Erfindung mit einem gewissen Grad an Besonderheit beschrieben wurde, ist es offenkundig, daß viele Änderungen an den Einzelheiten der Konstruktion und der Anordnung von Komponenten vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und Schutzbereich dieser Offenbarung abzuweichen. Es ist selbstverständlich, daß die Erfindung nicht auf die hierin für Veranschaulichungszwecke dargelegten Ausführungsbeispiele begrenzt ist, sondern nur durch den Schutzbereich des beigefügten Anspruchs oder der beigefügten Ansprüche, einschließlich des vollen Bereichs an Äguivalenz, auf die jedes Element derselben Anspruch hat, begrenzt sein soll.

Claims (6)

1. Grundlochwerkzeug zum Abbauen eines zerbrochenen abbaubaren Produkts aus einem unterirdischen Flöz, wie z. B. Kohle aus einem Kohleflöz, wobei das Flöz durch ein im wesentlichen vertikal von der Erdoberfläche aus gebohrtes Loch durchdrungen wird, welches folgendes umfaßt:

einen aufrechten, röhrenförmigen Körper mit einer Röhrenachse, mit einem oberen Ende und einem unteren Ende und mit einer Röhrenwand, wobei die Wand eine langgestreckte, vertikale Öffnung mit einer Breite, die geringer ist als im wesentlichen die Hälfte des Umfangs der Röhrenwand, darin aufweist;

einen Erdbohrer, der in dem Röhrenkörper angeordnet ist, wobei der Erdbohrer eine Rotationsachse aufweist, die im wesentlichen mit der Röhrenachse des Körpers zusammenfällt, und einen Durchmesser aufweist, der geringer ist als der Innendurchmesser des Röhrenkörpers, wobei der Erdbohrer ein oberes Ende und ein unteres Ende aufweist, wobei die Länge des Erdbohrers zumindest die Länge der Röhrenkörperöffnung ist; wobei sich die Schaufeln des Erdbohrers nur auf halbem Weg um den Umfang der zentralen Welle erstrecken und derart angeordnet sind, daß sie sich übereinander befinden, wenn von der Röhrenachse des Erdbohrers aus betrachtet;

eine hohle zentrale Welle, durch die Wassereingeleitet werden kann;

gekennzeichnet durch eine Düse, wobei ein Ende an der zentralen Welle angebracht ist und das andere Ende radial nach außen verläuft und nach oben in Richtung des oberen Endes des Erdbohrers weist, so daß die hohle zentrale Welle hinabgeleitetes Wasser mittels der Düse nach oben ausgestoßen werden würde, wobei sich die Düse über der Unterseite des Röhrenkörpers, aber unter dem untersten Erdbohrerschaufelsegment befindet, wobei die Düse innerhalb des Grundlochwerkzeugs drehbar ist, wenn der Erdbohrer gedreht wird;

einen Flansch, der an der unteren Kante der langgestreckten, vertikalen Öffnung angebracht ist, wobei sich der Flansch von der Öffnung in unmittelbare Nähe des Außendurchmessers der zentralen Wellenvorrichtung zum Drehen des Erdbohrers nach innen und nach unten erstreckt;

eine Zerkleinerungsstange, die konform an der Innenwand des Röhrenkörpers entgegengesetzt zur vertikalen Öffnung befestigt ist, wobei an der Zerkleinerungsstange Vorsprünge, die vertikal entlang der Stange beabstandet sind, zwischen den rotierenden Erdbohrersegmenten montiert sind; und

eine Vorrichtung zum Befestigen des oberen Endes des Röhrenkörpers an einer Leitungsvorrichtung, die sich von der Erdoberfläche erstreckt.

2. Grundlochwerkzeug nach Anspruch 1 mit:

einer Lagervorrichtung, die das untere Ende des Erdbohrers an dem Röhrenkörper benachbart zu dessen unterem Ende drehbar lagert.

3. Grundlochwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung zum Drehen des Erdbohrers folgendes umfaßt:

eine drehbare Wellenvorrichtung, die sich von der Erdoberfläche erstreckt, wobei die drehbare Wellenvorrichtung ein unteres Ende aufweist, das an dem oberen Ende des Erdbohrers in koaxialer Anordnung befestigt ist.

4. Grundlochwerkzeug nach Anspruch 1, wobei der Erdbohrer eine spiralförmige Schaufel mit einer spiralförmigen Kante umfaßt und wobei die spiralförmige Kante zumindest teilweise eine Sägezahngestalt aufweist.

5. Grundlochwerkzeug nach Anspruch 3, wobei die drehbare Wellenvorrichtung eine hohle Welle mit einer Vorrichtung zum Einleiten von Wasser die hohle Welle hinab und mit Düsenvorrichtungen umfaßt, die radial nach außen von der hohlen Wellenvorrichtung in Intervallen entlang der Länge der Welle vom Grundlochwerkzeug zur Oberfläche der Erde beabstandet montiert sind, wobei die Düsenöffnung in Richtung der Oberfläche nach oben weist und sich innerhalb des Lochs dreht, wenn die drehbare Welle gedreht wird.

6. Verfahren zum Abbauen eines abbaubaren Produkts wie z. B. Kohle aus einem unterirdischen Flöz eines abbaubaren Produkts, wie z. B. einem Kohleflöz, mit den Schritten:

Bohren eines im wesentlichen vertikalen Gewinnungslochs von der Erdoberfläche durch ein Flöz eines abbaubaren Produkts hindurch;

Installieren eines Grundlochwerkzeugs im Gewinnungsloch, wobei der Außendurchmesser des Werkzeugs größer ist als der Durchmesser des Gehäuses des Gewinnungslochs;

wobei das Grundlochwerkzeug eine langgestreckte Öffnung mit im wesentlichen der Hälfte des Umfangs des Werkzeugs aufweist, wobei die Öffnung in Richtung des Erzflözes positioniert ist;

wobei das Grundlochwerkzug mit einer Erdbohrervorrichtung und einer Vorrichtung zum Lagern der Erdbohrervorrichtung und zum Drehen derselben ausgestattet ist;

wobei die Vorrichtung zum Drehen des Erdbohrers ein hohles Rohr mit Verbindungen von dem Grundlochwerkzeug zur Erdoberfläche umfaßt;

Bohren einer Vielzahl von eng beabstandeten Einleitungslöchern von der Erdoberfläche durch das Flöz des abbaubaren Produkts, wobei die Einleitungslöcher in einem Muster gebohrt werden, das sich von dem Gewinnungsloch erstreckt;

Einfügen eines Sprengstoffs in das Flöz des abbaubaren Produkts, wo es durch jedes der Einleitungslöcher durchdrungen ist;

nacheinander Zünden des Sprengstoffs in jedem der Einleitungslöcher, um zerbrochenes abbaubares Material aus dem Flöz zu sprengen;

Einleiten von Wasser nacheinander in die Einleitungslöcher, um zerbrochenes abbaubares Material in Richtung des Gewinnungslochs zu bewegen;

gekennzeichnet durch

Düsen, die von dem hohlen Rohr radial nach außen entlang der Länge des Rohrs von der Unterseite des Grundlochwerkzeugs unter den Erdbohrerschaufeln entlang des Rohrs zur Oberfläche beabstandet montiert sind, wobei die Düsen Wasser das Gewinnungsloch hinaufdrücken;

Betätigen des Gewinnungsloch-Erdbohrers und Einleiten von Wasser das zentrale hohle Rohr hinab und nach oben durch die Düse, um das zerbrochene abbaubare Material, das aus dem Flöz gesprengt wurde, an die Erdoberfläche zu heben.