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Gerät für den Abbau mächtiger Flöze Für die bergmännische Gewinnung
von Mineralien sowie auch von Braunkohle im Tiefbau sind als Hilfskonstruktion bereits
zahlreiche Vorschläge von Schutzdächern bekanntgeworden. Viele von ihnen sollen
dem Vortrieb von Strecken dienen. Auch wenn sie unmittelbar die Gewinnung bezwecken,
halten sie sich meist an die durch das unterirdische Grubengebäude vorgeschriebenen,
begrenzten Abmessungen. In diesem Rahmen sind bereits mannigfaltige Vorschläge für
den Vortrieb der Schutzdächer mit Hilfe von Haspeln, Raupenantrieb und unter Mitwirkung
des Gebirgsdrucks gemacht worden. Großflächige Schutzdächer für hohe Abbauräume
sind bisher kaum vorgeschlagen worden und jedenfalls nicht gebaut worden, da es
bislang für unmöglich gehalten wurde, die Konstruktionen zu vergrößern. Einer der
Gründe dafür könnte beseitigt werden durch den Vorschlag eines fahrbaren Förderschachts,
der das unterirdische Grubengebäude unnötig macht bzw. es auf einen großräumigen
Abbauort zusammenzieht. Ein zweiter Grund ist, daß bei den größeren Abbauhöhen keine
Möglichkeit gesehen wird, den Gebirgsdruck noch zu beherrschen. Insbesondere bei
dem Abbau mächtiger Flöze wird die Sicherung des Hangenden mit zunehmender Flözmächtigkeit
immer schwieriger und praktisch tatsächlich bald unmöglich, weil die Knickfestigkeit
der Stempel mit wachsender Höhe zu rasch abnimmt. Dies macht es unmöglich, den Vorteil,
den das mächtige Flöz für einen großräumigen Abbau mit leistungsstarken Maschinen
bietet, auszunutzen. Der bisher übliche Ausweg ist, das mächtige Flöz in einzelnen
Scheiben abzubauen; es bedeutet dies eine Vervielfachung
der Vorrichtungskosten
und -arbeit, zudem wird die Mechanisierung der Gewinnung durch die Beschränkung
der Bauhöhe so außerordentlich erschwert, daß sie bislang keine wesentlichen Fortschritte
machen konnte.
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Das nachstehend beschriebene Gerät macht den Bergbau in mächtigen
Flözen unabhängig von Rücksichten auf die Knickfestigkeit der Stempel, so daß man
künftig also diesen Abbau allein abstellen kann auf die praktischen Erfordernisse
der mechanisierten Mineralgewinnung selbst. Es ist damit möglich, das mächtige Flöz
im Untertagebetrieb ohne Unterteilung in voller Höhe abzubauen mit Maschinen entsprechend
großer Leistungsfähigkeit, und zwar in schrägen Scheiben. Die Konstruktion des schrägen,
großflächigen Schutzdaches macht jedoch auch einen terrassenförmigen Abbau unter
Tage bei entsprechend standfesten Kohlen oder Mineralien möglich. Die für die mechanisierte
Gewinnung erforderliche größere Höhe stellt nämlich unter Umständen nur einen Bruchteil
der Flözmächtigkeit dar, selbst bei Einsatz der großen Maschinen, der durch diese
Schutzdachform in Verbindung mit anderen neuartigen Geräten, wie z. B. einem fahrbaren
Förderschacht, ermöglicht werden soll.
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Der Eigenart sedimentärer Deckgebirgsschichten, ihrer geringen Festigkeit,
wird ferner dadurch Rechnung getragen, daß dem Gebirgsdruck Gelegenheit gegeben
wird, sich dank der Schrägstellung des Schutzdaches zu einem wesentlichen Teilbetrag
in nützliche Arbeit umzusetzen, indem er den Vortrieb des Schutzdaches unterstützt.
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Das Hangende wird erfindungsgemäß abgefangen mit einem schrägen Schutzdach,
das in geeigneter Leichtbaukonstruktion so ausgeführt ist, daß die ganze Fläche
tragfähig ist. Mit diesem Schutzdach sind hydraulisch verstellbare Stempelreihen
verbunden. Sie sind nur daran aufgehängt oder bilden einen Teil dieser Dachkonstruktion.
Die Stempelreihen stützen sich und damit das Schutzdach auf die schräge Flözoberfläche
ab. Das Dach wird gebildet aus an sich bekannten Leichtbauformen, beispielsweise
in der Art, daß dünne Platten nach dem Prinzip der Wellpappen mehrfach übereinanderliegen
mit aufeinander senkrecht stehenden Wellen, wodurch die ganze Fläche zur tragenden
Konstruktion wird. Das Dach kann dabei eine einheitliche Fläche bilden oder in Streifen
in der Abbaurichtung oder in mehrere Flächen senkrecht zur Abbaurichtung unterteilt
sein. Diese Teilflächen können so miteinander verbunden sein, daß der Winkel zwischen
ihnen verstellbar ist. Das Schutzdach kann eben oder gewölbt sein. Ferner können
darin schmale Türen angebracht sein, um gegebenenfalls, etwa zum Einbringen von
Vorsatz, hinter das Schutzdach gelangen zu können.
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Das Dach ist fahrbar durch die auf Raupen oder Mehrfachgleisen laufenden
Antriebsvorrichtungen, die auf der Sohle des Flözes, also am Fuß der Dachform, angebracht
sind und durch solche auf den Terrassen bzw. an den Seitenwänden unterstützt oder
ersetzt werden können. Da der Abbau der mächtigen Flöze mittels Bruchbau erfolgt,
wirkt außerdem der Gebirgsdruck so auf das schräge Schutzdach, daß es in der Abbaurichtung
vorwärts gedrückt wird.
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Einige grundsätzliche Anordnungen zeigen die Abb. i bis 4. Darin ist
i das Dach, mit dem die Stempelreihen 2 verbunden sind, die sich mit Hilfe hydraulisch
betätigter Mehrfachstempel (vgl. Abb. 5) auf die Kohle abstützen. Abb. i a und i
b zeigen Ausführungsformen für ein lockeres Mineral, wie z. B. mulmige Braunkohle,
die mit Geräten in Anlehnung an den Böschungswinkel gewonnen wird. In Abb. i und
2 ist die Verwendung von Eimerketten-Baggern, in Abb.3 die von Kratzbaggern angedeutet.
Es ist also möglich, den Abbauwinkel der Kohle je nach den örtlichen Erfordernissen
zu wählen; er beträgt in Abb. i und 2 45°, in Abb. 3 6o° und in Abb. 4 etwa 5o°.
Abb. i zeigt zugleich die Verwendung des Schrägdaches i in Verbindung mit einem
Bohlenschutzdach 4. Stempelreihen2 sind an dem Dach in zweckentsprechenden Führungen
3 verschiebbar. Die Stempel 5 des Bohlendaches sind fahrbar auf Fahrwerken 6, die
auf Mehrfachgleisen laufen.
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Ist die Mächtigkeit des Flözes etwa 2o bis 30 m, so ergibt
sich die Länge der Stempel unter dem Schrägdach zu etwa 2,4o bis 3,6o m. Bei 2,40
m ergibt sich also eine von den bisherigen Verhältnissen in der Größenordnung noch
kaum abweichende Bauform, trotzdem aber läßt sich eine völlige Mechanisierung der
Gewinnung durchführen. Die Stempel unter dem waagerechten Dach haben eine Höhe von
etwa 4 bis 6 m. Sie sind auf Mehrfachgleisen fahrbar und werden in keinem Fall von
Hand bewegt.
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Die Art der verwendeten Bagger ist an sich beliebig, in Abb. i b (Schnitt
durch die Gewinnungsmaschinen) ist für die Gewinnung der Kohle im Hochschnitt ein
Schaufelrad-Bagger, für den Tiefschnitt ein Eimerketten-Bagger verwendet. Die Eimerleiter
7 des Eimerketten-Baggers wird dabei mit Flaschenzügen 8 an der Dachkonstruktion
verstellbar aufgehängt, um so wiederum an Bauhöhe zu sparen. Die im Tagebau üblichen
Gegengewichte fallen hier ebenfalls fort. Sie werden ersetzt durch die Abstützung
gegen das Hangende (vgl. Abb. i b).
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Abb. 2 stellt ein Schrägdach dar, das für die Gewinnung der Kohle
zugleich in Hoch- und Tiefschnitt ausgebildet ist. Es ist hier möglich, außer dem
Raupenantrieb auf dem Liegenden und an den seitlichen Abschlußwänden auf der Gewinnungssohle
nochmals Vorrichtungen für den Vortrieb des Schutzdaches unterzubringen. Abb. 3
zeigt die Verwendung von Kratzbaggern, die einen ziemlich steilen Winkel (6o°) der
Abbaufront und damit auch des Schutzdaches ermöglicht.
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Abb. 4 zeigt die Anwendung des schrägen Schutzdaches bei einem standfesten
Mineral, z. B. einer Steinkohle. Hier kann die Kohle in einzelnen Terrassen gegebenenfalls
noch mit den an sich bekannten Verfahren und Geräten gewonnen werden. Die Förderbänder
12 hängen ebenfalls an der Dachkonstruktion. Die Stempelreihen stehen senkrecht
auf
den Terrassen oder stützen sich senkrecht ab gegen das Schutzdach. Sie brauchen
in diesem Falle nicht seitlich verschiebbar zu sein. Im Bedarfsfalle können aber
zusätzliche Stempel an dem-Dach befestigt werden. Es sind dafür zusätzliche Führungsschienen
vorgesehen. Bei den Schutzdächern gemäß Abb. i, 2 und 3 können zwischen den Stempeln
in der gleichen Reihe noch Stempel vorübergehend eingeschoben werden. Der Abbau
schreitet gemäß den punktierten Linien fort, wobei das Mineral, das den Stempeln
als Widerlager dient, zunächst stehenbleibt. Erst auf ein bestimmtes Signal wird
das als Widerlager dienende Mineral weggeräumt, und auf diese Weise schieben sich
die Stempel und damit das Dach vor. Der Ausgleich kleinerer Unebenheiten geschieht
durch die hydraulische Längeneinstellung der Stempel.
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Abb. 6 zeigt Grundrisse der Schutzdachkonstruktionen nach Abb. i.
Abb. 5 a zeigt das Dach, wie es in Abb. i a dargestellt ist, wobei das Bohlenschutzdach
q. ebenfalls in die Ebene des Schrägdaches i gebracht ist. Die Stempelreihen 2 sind
auf den Schienen 3 seitlich verschiebbar, so daß sie den Eimerketten-Baggern 7 Platz
machen können. Abb. 5 a gibt darüber näheren Aufschluß. Sobald die Bagger ein Planum
wiederhergestellt haben, rückt das Dach vor, und die Stempelreihen werden verschoben,
so daß es möglich ist, die Bagger, deren jeder den durch gestrichelte Linien abgegrenzten
Arbeitsbereich hat, für die Herstellung eines neuen Planums anzusetzen. Die Raupenantriebe
9 gewährleisten die Fortbewegung des Daches, sie können durch Haspel, die auf der
Sohle der Gewinnungsmaschinen stehen, oder durch andere Vorrichtungen unterstützt
werden. Es wird also jeweils eine schräge Scheibe des Flözes gewonnen, und zwar
in zwei Abschnitten: Erst wird die eine Hälfte in einer der Zahl der Gewinnungsmaschinen
entsprechenden Reihe von Streifen auf das neue Planum gebracht, nach Verschieben
der Stempel die andere Hälfte.
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Wesentlich ist, man kommt hier in die Lage, eine ziemlich große Zahl
von Gewinnungsmaschinen einzusetzen, was dem raschen Abbaufortschritt dient.
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Abb. 6 zeigt die Schutzdachkonstruktion nach Abb. 2 im Zusammenwirken
mit den Gewinnungsmaschinen. Diese sind hier also nicht etwa zur Gewinnung eines
langen Strebs quer zur Abbaurichtung eingesetzt, sondern gewinnen nur einen schmalen
Streifen von einem Drittel der Breite des Schutzdaches in der Abbaurichtung. Sie
sind schwenkbar, außerdem aber seitlich -auf dem sehr breit gebauten Raupenfahrwerk
verschiebbar. Die Förderung der gewonnenen Kohle zum Schacht geschieht mittels Bandförderer
12. Ein besonderer Vorteil dieser Schutzdachkonstruktion ist, daß sie sich nicht
nur für den Abbau waagerecht liegender Flöze verwenden läßt, sondern auch bei welliger
Flözbildung sowie auch für Flöze von wechselnder Mächtigkeit. Es kommt hier unter
Umständen eine Verbindung solcher Schrägdachkonstruktionen mit zweckmäßigen Ausführungen
von waagerechten Schutzdachformen in Frage, wie sie bereits in Abb. i dargestellt
ist. In diesen Fällen kann auch der Abschluß gegen den alten Mann mit einer annähernd
senkrechten Wand, deren Winkel jedoch gegen die Dachfläche verstellbar ist, zweckmäßig
sein.
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Die zwischen den Gewinnungsmaschinen stehenden Reihen von Stempeln
stützen sich auf die durch die Kratzer usw. ziemlich gleichmäßig gestaltete Kohlenoberfläche
ab. Diese Stempelreihen bestehen bei größeren Abbauhöhen aus Hohlträgern in geeigneter
Leichtbauform, sind seitlich an dem Dach in beschränktem Umfange verschiebbar, so
daß sie den Gewinnungsgeräten zu folgen vermögen. Mit Hilfe hydraulischen Drucks
läßt sich die Höhe der Stempel verändern. Da die ganze Bewegung automatisch, ohne
menschlichen Arbeitsaufwand geschieht, so ist es ohne weiteres möglich, zu sehr
breiten Auflageflächen für -die Stempel zu kommen. Bei einer schweren Ausführungsform
tragen vier Stempel unten eine Platte, die mit zahnartigen Unebenheiten versehen
ist. In dieser Platte können Quetschhölzer zweckmäßig angeordnet werden. Infolge
des hydraulischen Drucks paßt sich die Bodenplatte jeder Form der Kohlenoberfläche
an, indem sich die vier Stempel auf verschiedene Länge einstellen. Es steuert also
gewissermaßen die Kohlenoberfläche selbst die Stellung des Hohlträgers. In ähnlicher
Weise kann dann auch die zweckmäßige Stellung der ganzen Stempelreihe gesteuert
werden. Die hydraulischen Stempel haben weiterhin den Zweck, die Bewegung des Gebirges
dadurch zu verhindern, daß sie dem wachsenden Gebirgsdruck den gleichen hydraulischen
Druck so lange entgegensetzen, bis das planmäßige Vorrücken des Schutzdaches erfolgt.
Dadurch sowie durch die Verstellbarkeit der Stempel und die Quetschhölzer wird,
trotzdem das Schutzdach doch selbst starr ist, der Ausbau labil, so daß sich der
Gebirgsdruck zum Teil als passiver Druck auswirkt. Das elektrische Schaltschema
der Stempel, das man für diese Zwecke schafft, vermag in jedem Augenblick eine Übersicht
über das Anwachsen des Gebirgsdrucks zu geben. Es ermöglicht also bis zu gewissem
Grade, auch das Vorrücken des Schutzdaches danach einzurichten. Der Gebirgsdruck
erhält auf diese Weise Gelegenheit, nützliche Arbeit zu leisten. Außerdem läßt sich
eine Registrierung des Gebirgsdrucks schaffen, die für den Betriebsingenieur eine
sehr wertvolle Hilfe bei der Steuerung des Abbaus darstellt.
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Die automatische Vorrichtung, die durch das Schutzdach und die mit
ihm verbundenen Stempelreihen gewährleistet wird - in Verbindung mit der Mechanisierung
der Gewinnung -, macht es möglich, dem Gebirgsdruck gewissermaßen davonzulaufen.
Der Abbau rückt rascher vor, als der Gebirgsdruck zur vollen Auswirkung kommen kann.
Erst durch die hier erzielte Mechanisierung von Gewinnung, Vorrichtung und Transport
wird z. B. auf begrenztem, übersichtlichem Raum die Braunkohlengewinnung im Tiefbau
wieder wirtschaftlich.