EP0059910A2 - Verfahren zur Erschliessung sehr tief liegender Kohleflöze - Google Patents

Verfahren zur Erschliessung sehr tief liegender Kohleflöze Download PDF

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EP0059910A2
EP0059910A2 EP82101531A EP82101531A EP0059910A2 EP 0059910 A2 EP0059910 A2 EP 0059910A2 EP 82101531 A EP82101531 A EP 82101531A EP 82101531 A EP82101531 A EP 82101531A EP 0059910 A2 EP0059910 A2 EP 0059910A2
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EP
European Patent Office
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coal
liquid
seams
explosive
earth
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EP0059910A3 (en
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Karl Dr. Wisseroth
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/25—Methods for stimulating production
    • E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
    • E21B43/263—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures using explosives
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B43/29—Obtaining a slurry of minerals, e.g. by using nozzles
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    • E21B43/29—Obtaining a slurry of minerals, e.g. by using nozzles
    • E21B43/292—Obtaining a slurry of minerals, e.g. by using nozzles using steerable or laterally extendable nozzles

Definitions

  • the invention relates to a method for the development and extraction of coal from very deep seams after the ignition of explosives.
  • Coal both as lignite and hard coal, is mined in the open pit or mined from more or less large depths. In the latter case, the temperature increasing with the depth (on average an increase of approx. 3 ° C per hundred meters depth) limits the penetration into greater depths. Mountain temperatures around 5 0 ° C and higher no longer allow mining work. Changed weather conditions or the use of very elaborate cooling units on site allow the depths to drift down a little further, but the access limit in Ruhr mining, for example, is currently around 1200 m.
  • the object is that explosives and means for igniting them are fed to the area of the seams through which the liquid flows, and the pieces of coal released during the detonation are conveyed to the surface of the earth with the aid of a liquid whose density is at least equal to that of the coal , but is smaller than the loose rock pieces.
  • the explosives required for the detonation in the seams and the means for its ignition are supplied to the seams with the liquid flow.
  • the mode of operation of coal extraction according to the invention with continuous loss of coal is advantageously distinguished from the conventional technology in mine mining by avoiding cavities in the mountain.
  • the latter require - not least to prevent or limit possible damage to the mountain due to subsidence on the earth's surface - an intensive bracing technique in the tunnel.
  • all sections of the mine, ie bores for the supply of the conveying liquid and for the coal discharge with the conveying liquid as well as the cavern in the seam, in which the crushing work is carried out by blasting are consistently filled with material.
  • Coal of very deep seams can be brought to the surface of the earth by means of a conveying liquid if an explosion is triggered in the coal-bearing layer in an underground cavern through which the liquid flows, which causes the coal to split and comminute. Because of its lower density, the coal is discharged with it to the surface of the earth compared to the liquid being pumped. During the flowing transport, a separation of blasted and crushed rock occurs due to the higher density of the latter compared to coal. Above ground, the usually finely divided coal is separated from the production liquid by sieving, which is then returned to the underground for reuse.
  • the flow of the conveying liquid which is fed back to the coal-bearing layers serves at the same time to transport the explosive to be ignited on site and also to supply filler materials into the mined layers in order to fill up the cavities again.
  • the coal separated from the flow by sieving adheres to a certain amount - about 1 to 2 percent by weight - of substances that are added to the liquid to adjust its density. These can either be easily removed by washing with water or left on the coal after partial evaporation of the solvent, which is usually water, whereby the reactivity is increased when calcium chloride is used in a later coal gasification.
  • fat and lean coal density 1.30 to 1.40 g / cm 3
  • other substances such as sodium sulfate, magnesium chloride or zinc sulfate, are also suitable for setting concentrated aqueous solutions of the required specific weight.
  • the weight of the liquid to be pumped is roughly equal to the amount of coal to be pumped.
  • the generally high density of the deep layers of the earth limits the loss of production fluid as a result of occasional seepage to an acceptable level.
  • the usual weather explosives such as ammonites or the more explosive explosives such as hexogen, dynamite or explosive gelatin can be used, since these lead to smaller explosive pieces in comparison to the slowly reacting ammonites.
  • the usual weather hazard in conventional mining does not exist with this type of mining, since the explosions are carried out without exception under water or in aqueous solutions.
  • the liquid is used thereby transferring a shock wave to the coal to be crushed.
  • coal can be shredded more easily than the accompanying rock under comparable blasting conditions.
  • the mechanical shock correlates completely with the thermal shock that can be generated by forcing a suitably high temperature gradient in a coal or rock sample.
  • the amount of explosives required to detonate and crush the coal is relatively small. As was found in tests, depending on the explosive nature of the explosive, the need is around 1 to 5 kg of explosive per ton of coal.
  • the ignition of the explosive supplied to the caverns in the seams with the conveying liquid can be effected by time detonators or by overpressure, possibly with a delay.
  • a weighting ballast may be required for the explosive to be transported with the liquid.
  • the voids caused by the degradation of coal are initially filled with fluid, and then finally introduced offset masses again overall L J to be closed.
  • All rock-like materials in comminuted state or materials with a higher density than those of the conveying means are suitable as facing masses.
  • stone gravel, sea sand or even rubble and heavy garbage residues can be used.
  • thermosiphon effect will take effect between two holes that connect the underground cavern to the surface of the earth. This effect means that the mechanical pumping devices are relieved in terms of performance for the circulation flow of the liquid flowing through the underground cavern.
  • additional energy can be drawn from the liquid / coal stream on the surface of the earth by cooling.
  • the range of mining by blasting can be increased significantly if the explosive charges are brought to the seam to be mined with the help of additional propellant charges - a type of underwater rocket.
  • this explosive device is used during or after reaching its sole, what about the supply of transportation liquid takes place automatically brought by its keel arrangement into the position of its direction of propulsion which determines the angle of inclination. This will mostly be within an almost horizontal level.
  • the propellant charge is ignited and the explosive charge carried on site by means of an overpressure fuse, possibly with a delay. After the propellant has burned off, an initial ignition is triggered, for example lead azide, Knall mercury, aluminum / barium peroxide mixture, which finally detonates the explosive charge.
  • the explosive charge can be ignited particularly advantageously by a detonator which can be arranged at the head of the propellant charge.
  • the underwater rocket is equipped with axial fins to stabilize the orbit. Their weight is also carefully balanced to approximate the state of suspension in the transport liquid.
  • the mining front in the seam can now be reached immediately. Because of the relatively low weight of the hose materials, the hose floats in the liquid-filled cavern. The circulating flow of means of transport can be fed through the hose or loaded with detached coal and returned to the surface of the earth. It is generally sufficient if only the section penetrating the seam is made of highly flexible material. The portion remaining in the borehole can be a rigid material - possibly even metal - which facilitates the mobility of this additional line.
  • hoses of about 30 cm in length were made from normal red soft rubber, foam rubber, plasticized t-J Polyvinyl chloride, high pressure polyethylene and polytetrafluoroethylene under water in a 12 liter hobbock exposed to the explosive effects of 60 grams of ammonium nitrate explosive. The steel container was completely destroyed by the blast, while all the hoses remained undamaged.
  • the liquid can also be brought directly to the site when the liquid is supplied via a hose line. In this case there is no need to use an additional rocket-like propellant.
  • the risk of premature detonation of the explosive device, which would lead to the destruction of the hose, can be countered by a reasonable delay in the detonator charge. If the two functions are separated, ie the shredded coal is transported through the hose and the explosive charge is brought to the site using an additional propellant charge, the risk of hose damage is low.
  • the location of the explosion and the location of the hose are usually noticeably separate from each other. Doing so the position of the hose - never remain constant, but change more or less strongly from blasting to blasting.
  • Another way to protect the hose from damage is to take the measure that the hose is pulled back a few meters immediately after the explosive has been supplied and only after the explosion, which is observed above ground via pressure pulse registration, until before Place for the removal of the shredded coal or for the supply of further transport liquid and possibly also explosives is advanced.
  • the liquid can also be used to supply fillers to fill the mountain sections cleared of coal.
  • the blasted and comminuted coal is separated from the crushed rock with difficulty by the constantly recurring vibrations in the liquid and brought to the earth's surface with the production liquid through a further cased borehole 7, also about 250 millimeters in diameter.
  • borehole 7 is increasingly shortened.
  • the zones of coal mining migrate through appropriate borehole routing in the direction of the course of the seam.
  • the coal can be fed directly to energy-generating combustion or can be freed from adhering residues by washing with water and can be used for other purposes.
  • Figure 2 shows a vertical section of seam deposits in geologically solid formations, e.g. of the Upper Carboniferous and Permian and Zechstein, such as those found in the Palatinate-Saarland Kchle Mountains.
  • the coal is partly penetrated by mountain inclusions, which has since affected their economic extraction using conventional technology.
  • Deep drilling up to 3000 meters and 300 millimeters in diameter penetrates a larger number of seams, the individual thickness of which is a few to many meters, with a total thickness of several hundred meters.
  • the mining of the deposit which begins at the bottom, has progressed to a depth of 2,000 meters, and the deepened cleared deposit has been replenished with mountain offset 10.
  • the reference number 11 designates the seam that is being mined, the excavation range being driven approximately symmetrically to the central borehole 12 up to a width of approximately 25 meters.
  • a flexible hose 13 made of plasticized polyvinyl chloride with a clear width of about 150 millimeters and a wall thickness of 6 millimeters connects the mining front in the area of the cleared seam with an i 'Pipeline 14.
  • the direction of flow of the transport liquid can also be reversed, ie the liquid to be fed is passed through the hose line together with the explosives - to the site.
  • the coal mining then takes place in the wellbore outside the tubing b zw. Pipeline. 835 grams of explosive 17 are added to the backflow at intervals of about half a minute.
  • the explosive charge With a propellant charge of 100 grams of black powder in a propellant charge 20 equipped with axial fins 18 and a keel 19, which is ignited by an overpressure detonator delayed by three seconds, the explosive charge is carried on site, which after the propellant charge has been burned up by an initial detonator, For example, from a barium peroxide-aluminum powder mixture, is detonated and leads to renewed blasting and crushing of coal. Since the explosive charge moves away from the end of the hose line, the detonation does not occur in its immediate vicinity. By partially pulling back the hose line before the blasting and pushing it forward after the blasting, the distance between the blasting site and the hose position can be further increased in order to avoid damage to the hose due to the blasting effect.
  • an initial detonator For example, from a barium peroxide-aluminum powder mixture, is detonated and leads to renewed blasting and crushing of coal. Since the explosive charge moves away from the end of the hose line,
  • the explosive supplied is ignited in the borehole at the seam level by means of a time-delayed pressure detonator, the end of the hose line remaining a few meters from the point of detonation. In this case, no additional propellant charge is necessary.
  • the end of the hose is retracted into the seam in order to ensure thorough flushing and thus extensive removal of the shredded coal.

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Abstract

Verfahren zur Erschließung und Förderung von Kohle sehr tief liegender Flöze mit Hilfe einer Förderflüssigkeit, die über Bohrlöcher (1, 7) den Flözen (5) zugeführt und von dort mit losgelöster Kohle wieder an die Erdoberfläche zurückgeführt wird, wobei der Flüssigkeit Mittel zum Loslösen und Zerkleinern der Kohle beigegeben werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erschließung und Förderung von Kohle sehr tief liegender Flöze nach Zündung von Sprengstoffen.
  • Kohle, und zwar sowohl als Braunkohle wie auch als Steinkohle, wird im direkten Tagebau gewonnen oder bergmännisch aus mehr oder weniger großen Teufen gefördert. Im letzteren Fall beschränkt die mit der Tiefe zunehmende Temperatur (im Mittel eine Zunahme von ca. 3°C je hundert Meter Tiefe) das Vordringen in größere Tiefen. Bergtemperaturen um 50°C und höher lassen bergmännische Arbeit nicht mehr zu. Geänderte Wetterführungen oder die Verwendung von sehr aufwendigen Kühlaggregaten vor Ort lassen die Teufen noch etwas weiter niedertreiben, jedoch liegt beispielsweise im Ruhrbergbau die Zugriffsgrenze derzeit bei etwa 1200 m.
  • Der größte Teil - etwa 80 % - der sehr reichlich vorhandenen mitteleuropäischen Steinkohle liegt aber in Tiefen von 1500 bis 2000 m, unter der Nordsee sogar in Tiefen bis zu. etwa 5000 m.
  • Die angespannte Energiesituation in den letzten Jahren, insbesondere der hoch industrialisierten Länder veranlaßte bereits eine Reihe von Versuchen, diese bisher unerschlossenen Energievorräte verfügbar zu machen. Mehrere Untertagevergasungsverfahren wurden entwickelt. Daneben hat man auch schon erwogen, die Kohle selbst aus diesen großen Tiefen zu fördern. Erhitztes Lösungsmittel, beispielsweise Anthracenöl, soll unter hohem Druck über Bohrlöcher in die Lagerstätte gepreßt werden, so daß die Kohle unter partieller Lösung in (z.T.) kleine Teilchen zerfällt und mit dem Lösungsmittel an die Erdoberfläche gepumpt werden kann. Durch anschließende Aufarbeitung des Gemisches separiert man dann die Kohle.
  • Bekannt ist auch, eine chemische Zerkleinerung der Kohle Vorort mit Hilfe flüssiger Chemikalien, beispielsweise flüssiges Ammoniak, durchzuführen. Das Gelingen dieser Technik ist allerdings sehr vom Verunreinigungsgrad der Kohle abhängig, so daß ihre Anwendung nicht generell möglich ist.
  • Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Erschließung und Förderung von Kohle sehr tief liegender Lagerstätten der eingangs beschriebenen Art zu entwickeln, durch das ein leistungsfähiger und wirtschaftlicher Abbau möglich wird.
  • Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß dem von Flüssigkeit durchströmten Bereich der Flöze Sprengstoff und Mittel zu dessen Zündung zugeführt werden und die bei der Sprengung aus den Flözen gelösten Kohlestücke mit Hilfe einer Flüssigkeit zur Erdoberfläche gefördert werden, deren Dichte mindestens gleich der der Kohle, aber kleiner als die mitlosgelöster Gesteinsstücke ist.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden der für die Sprengung in den Flözen benötigte Sprengstoff und die Mittel zu dessen Zündung mit dem Flüssigkeitsstrom den Flözen zugeführt.
  • Die erfindungsgemäße Arbeitsweise der Kohleförderung unter laufender Lossprengung von Kohle zeichnet sich gegenüber der herkömmlichen Technik im Stollenabbau vorteilhaft aus durch Vermeidung von Hohlräumen im Berg. Letztere erfordern - nicht zuletzt zur Verhinderung bzw. Einschränkung möglicher Bergschäden durch Absenkungen an der Erdoberfläche - eine intensive Verstrebungstechnik im Stollen. Bei der vorliegenden Fördertechnik sind dagegen alle Abschnitte des Bergwerks, d.h. Bohrungen für die Zuführung der Förderflüssigkeit und für den Kohleaustrag mit der Förderflüssigkeit sowie die Kaverne im Flöz, in der die Brecharbeit durch Sprengung erfolgt, durchweg materiell ausgefüllt.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden allgemeinen Beschreibung.
  • Kohle sehr tief liegender Flöze kann mittels einer Förderflüssigkeit an die Erdoberfläche gebracht werden, wenn in einer unterirdischen, von der Flüssigkeit durchströmten Kaverne in der kohleführenden Schicht eine Sprengung ausgelöst wird, durch die eine Absplitterung und Zerkleinerung der Kohle bewirkt wird. Die Kohle wird dabei wegen ihrer geringeren Dichte im Vergleich zur Förderflüssigkeit mit dieser zu Erdoberfläche ausgetragen. Während des fließenden Transportes erfolgt gleichzeitig eine Separation von abgesprengtem und zerkleinertem Gestein aufgrund höherer Dichte des letzteren im Vergleich zur Kohle. übertage wird die in der Regel feinstückige Kohle durch Absieben von der Förderflüssigkeit getrennt, welche anschließend zur Wiederverwendung nach Untertage zurückgeleitet wird. Der den kohleführenden Schichten wieder zugeführte Strom der Förderflüssigkeit dient gleichzeitig dem Transport des vor Ort zuzündenden Sprengstoffes wie auch der Zufuhr von Versatzmassen in die abgebauten Schichten, um die entstehenden Hohlräume wieder auszufüllen.
  • Der durch Sieben vom Förderstrom abgetrennten Kohle haftet eine gewisse Menge - etwa 1 bis 2 Gewichtsprozent - von Stoffen an, die der Förderflüssigkeit zur Einstellung ihrer Dichte beigegeben werden. Diese können entweder durch Waschen mit Wasser leicht entfernt werden oder aber nach teilweisem Verdunsten des Lösungsmittels, welches in der Regel Wasser ist, auf der Kohle belassen werden, wobei bei Verwendung vom Calciumchlorid bei einer späteren Kohlevergasung die Reaktionsfähigkeit erhöht wird.
  • Es wurde gefunden, daß sich insbesondere Calciumchlorid gut zur Einstellung einer Förderflüssigkeitsdichte von etwa 1.35 bis 1.40 g/cm3 eignet, um vor allem Steinkohle (jüngere Steinkohlen: Dichte = 1.25 bis 1.35 g/cm3, Fett- und Magerkohlen: Dichte 1.30 bis 1.40 g/cm3) in den schwimmfähigen Zustand zu überführen. Aber auch andere Stoffe, wie z.B. Natriumsulfat, Magnesiumchlorid oder auch Zinksulfat eignen sich zur Einstellung konzentrierter wäßriger Lösungen vom benötigten spezifischen Gewicht.
  • Der Bedarf an Förderflüssigkeit gleicht gewichtsmäßig etwa der zu-fördernden Kohlemenge. Die im allgemeinen hohe Dichtheit der tiefen Erdschichten schränkt den Verlust an Förderflüssigkeit als Folge gelegentlichen Versickerns auf ein annehmbares Maß ein.
  • Zur Sprengung können die im Bergbau üblichen Wettersprengstoffe wie z.B. Ammonite oder auch die brisanteren Spreng- 'stoffe, wie etwa Hexogen, Dynamite, oder Sprenggelatine eingesetzt werden, da diese im Vergleich zu den langsam reagierenden Ammoniten zu kleineren Sprengstücken führen. Die im konventionellen Bergbau übliche Gefahr schlagender Wetter besteht bei der vorliegenden Abbauweise nicht, da die Sprengungen ausnahmslos unter Wasser bzw. in wäßrigen Lösungen ausgeführt werden. Die Förderflüssigkeit dient dabei der Übertragung einer Schockwelle auf die zu zerkleinernde Kohle. Versuche haben gezeigt, daß unter vergleichbaren Sprengungsbedingungen Kohle leichter als das begleitende Gestein zerkleinert werden kann. Der mechanische Schock korreliert hierbei völlig mit dem thermischen Schock, den man durch Erzwingen eines geeignet hohen Temperaturgradienten in einer Kohle- bzw. Gesteinsprobe erzeugen kann. So wurden beispielsweise bei Einwerfen von vortemperierten Probestücken in flüssigen Stickstoff folgende Ergebnisse erhalten: Kohle und Gestein, insbesondere Sandstein und/oder Tonschiefer, von Zimmertemperatur zerspringen nicht und zeigen auch kaum Rissbildung. Auf 200°C vortemperierte Kohle zerplatzt in kleine Teilchen, eine auf 200°C vorerhitzte Gesteinsprobe dagegen nicht. Bei Vortemperierung auf 300°C zerplatzt die Kohle feinpulverig, das Gestein dagegen immer noch nicht.
  • Die zur Lossprengung und Zerkleinerung der Kohle benötigte Menge Sprengstoff ist verhältnismäßig gering. Wie in Versuchen festgestellt wurde, liegt der Bedarf je nach Brisanz des Sprengstoffes bei etwa 1 bis 5 kg Sprengstoff je Tonne Kohle.
  • Die Zündung des mit der Förderflüssigkeit den Kavernen in den Flözen zugeführten Sprengstoffes kann durch Zeitzünder oder aber durch Überdruck, gegebenenfalls mit Verzögerung, bewirkt werden. Je nach Dichte des eingesetzten Sprengstoffes (Ammonite: 1.30 g/cm3; Hexogen: 1.70 g/cm3) ist unter Umständen ein beschwerender Ballast für den mit der Förderflüssigkeit zu transportierenden Sprengstoff erforderlich.
  • Die durch den Abbau der Kohle entstehenden Hohlräume sind zunächst noch mit Förderflüssigkeit gefüllt, um dann schließlich durch eingebrachte Versatzmassen wieder ge- L J schlossen zu werden. Als Vorsatzmassen eignen sich alle gesteinsartigen Materialien in zerkleinertem Zustand bzw. Materialien mit höherer Dichte als die des Fördermittels. So können z.B. Gesteinsschotter, Seesand oder gar Bauschutt und schwere Müllrückstände verwendet werden.
  • Die in große Tiefen geleitete Förderflüssigkeit erfährt eine erhebliche geothermische Erwärmung. In 2000 m Tiefe können bereits Temperaturen herrschen von etwa 80 bis 100°C. Auch ein Teil der Detonationsenergie des Sprengstoffes wird in Wärme umgewandelt, was eine weitere - allerdings nur noch geringfügige - Erhitzung des Fördermediums verursacht. Es wird also die aus den Tiefen kommende Flüssigkeit eine höhere Temperatur und mithin eine niedrigere Dichte als die zuströmende Flüssigkeit haben. Insgesamt wird zwischen zwei Bohrungen, die die unterirdische Kaverne mit der Erdoberfläche verbinden, ein Thermosyphoneffekt zur Wirkung kommen. Dieser Effekt bedeutet eine leistungsmäßige Entlastung der mechanischen Pumpeinrichtungen für die Zirkulationsströmung der die unterirdische Ka~ verne durchfließenden Flüssigkeit. Gleichzeitig kann dem Flüssigkeits/Kohle-Strom an der Erdoberfläche durch Kühlung zusätzlich Energie entnommen werden. Bei einer Förderleistung von beispielsweise 100 to/h Kohle wird eine zusätzliche Wärmeleistung von etwa 5 Megawatt durch Erwärmung des Förderflüssigkeitsstromes in den tiefen Schichten erhalten - allerdings bei relativ niedriger Temperatur (etwa 100°C).
  • Die Reichweite des Abbaues durch Sprengung kann merklich erhöht werden, wenn die Sprengladungen mit Hilfe zusätzlicher Treibladungen - einer Art Unterwasser-Rakete - an den abzubauenden Flöz herangetragen werden. Zu diesem Zwecke wird dieser Sprengsatz während oder nach Erreichen seiner Arbeitssohle, was über die Zufuhr der Transportflüssigkeit erfolgt, automatisch durch seine Kielanordnung in die Position seiner den Neigungswinkel bestimmenden Vortriebsrichtung gebracht. Dies wird überwiegend innerhalb einer nahezu waagerechten Ebene sein. Durch überdruckzünder, gegebenenfalls mit Zündverzögerung, wird der Treibsatz gezündet und die Sprengladung vor Ort getragen. Nach Abbrand des Treibsatzes wird eine Initialzündung, z.B. Bleiazid, Knallquecksilber, Aluminium/Bariumperoxid--Mischung, ausgelöst, die schließlich die Sprengladung zur Detonation bringt. Besonders vorteilhaft kann die Sprengladung durch einen Aufschlagzünder gezündet werden, der am Kopf des Treibsatzes angeordnet werden kann. Zur Bahnstabilisierung ist die Unterwasser-Rakete mit achsialen Flossen versehen. Ebenso ist ihr Gewicht sorgfältig auf annähernden Schwebezustand in der Transportflüssigkeit abgeglichen.
  • Durch Einführung eines Schlauches in das Bohrloch kann nun die Abbaufront im Flöz unmittelbar erreicht werden. Wegen des relativ geringen Gewichtes der Schlauchmaterialien schwimmt der Schlauch in der flüssigkeitsgefüllten Kaverne auf. Die zirkulierende Transportmittelströmung kann sowohl durch den Schlauch zugeführt, als auch mit losgelöster Kohle beladen, zur Erdoberfläche zurückgefördert werden. Es genügt im allgemeinen, wenn nur der in den Flöz eindringende Abschnitt aus hochflexiblem Material besteht. Der im Bohrloch verbleibende Anteil kann ein starres Material - evtl. sogar Metall - sein, was die Beweglichkeit dieser zusätzlichen Leitung erleichtert.
  • Es hat sich nämlich gezeigt, daß hochelastische Materialien wie Weichgummi den Detonationsschock selbst in unmittelbarer Nähe des Explosionszentrums in der Regel unbeschädigt überstehen. So wurden z.B. Schläuche von etwa 30 cm Länge aus normalem rotem Weichgummi, Schaumgummi, weichgemachtem t- J Polyvinylchlorid, Hochdruckpolyethylen und Polytetrafluorethylen unter Wasser in einem 12-Liter Hobbock der Sprengwirkung von 60 Gramm Ammonsalpeter-Sprengstoff ausgesetzt. Durch die Sprengung wurde der stählerne Behälter völlig zerstört, während alle Schläuche unbeschädigt blieben.
  • Der gleiche Versuch in Gegenwart von Gesteinschotter und stückiger Kohle ausgeführt zeigte lediglich bei Schaumgummi einen merklichen Effekt, indem dieser Schlauch in mehrere Teile zerfiel, und zwar insbesondere dort, wo er stirnflächig zusammengeklebt war. Überraschenderweise zeigten Hochdruckpolyethylen und Polytetrafluorethylen keinerlei Beschädigung, weichgemachtes Polyvinylchlorid wies nur oberflächliche Kratzer durch Gesteins- und Kohlesplitter auf. Offensichtlich vermögen hochelastische und visköelastische Stoffe nicht nur einer Schockwelle in flüssigem Medium auszuweichen, sondern sogar den hochbeschleunigten Festkörpersplittern erfolgreich zu widerstehen.
  • Da der zur Sprengung erforderliche Sprengstoff mit der der Abbauzone zugeführten Flüssigkeit transportiert wird, gelingt'bei Zuführung der Flüssigkeit über eine Schlauchleitung auch gleichzeitig das unmittelbare Herantragen des Sprengstoffes bis vor Ort. In diesem Falle erübrigt sich die Verwendung eines zusätzlichen raketenartigen Treibsatzes. Dem Risiko einer vorzeitigen Zündung des Sprengsatzes, was zur Zerstörung des Schlauches führen würde, kann durch angemessene Verzögerung des Zeitzünders der Sprengladung begegnet werden. Bei Trennung der beiden Funktionen, d.h. Abtransport der zerkleinerten Kohle durch den Schlauch und Heranbringen der Sprengladung bis vor Ort etwa mittels zusätzlicher Treibladung, ist das Risiko einer Schlauchbeschädigung gering. Insbesondere schon deswegen, weil Ort der Sprengung und Lage des Schlauches räumlich in der Regel merklich voneinander getrennt sind. Dabei wird die Lage des Schlauches-keinesfalls ortskonstant bleiben, sondern von Sprengung zu Sprengung sich mehr oder weniger stark verändern.
  • Eine weitere Möglichkeit, den Schlauch vor Beschädigungen zu schützen, besteht in der Maßnahme, daß der Schlauch unmittelbar nach der Zuführung des Sprengstoffes bis vor Ort um einige Meter zurückgezogen wird, und erst nach erfolgter Sprengung, die oberirdisch über Druckimpulsregistrierung beobachtet wird, wieder bis vor Ort zum Abtransport der zerkleinerten Kohle bzw. zur Zufuhr weiterer Transportflüssigkeit und gegebenenfalls auch Sprengstoff vorgeschoben wird. Die Zufuhr von Versatzstoffen mittels der Flüssigkeit kann ebenfalls über die Schlauchleitung erfolgen, um die von Kohle geräumten Bergabschnitte wieder zu füllen.
  • Die Verwendung von Schlauchleitungen vereinfacht die Kohleförderung erheblich, indem einerseits die Zuführung und Rückführung der Transportflüssigkeit durch die raumteilende Schlauchleitung in einer einzigen Bohrung erfolgen kann, und andererseits der Aufschluß einer Lagerstätte ausgehend von einer zentralen Bohrung bis zu beträchtlichen Ausdehnungen gelingt. Die erheblichen Bohrkostenbelastungen der bisherigen in-situ-Techniken entfallen somit.
  • Anhand der Zeichnung nachstehend erläuterte Ausführungsbeispiele verdeutlichen das erfindungsgemäße Verfahren.
  • . Es zeigen:
    • Figur 1 eine schematische Erschließungsanordnung im Schnitt zur Durchführung des Verfahrens, mit zwei Bohrlöchern, bei unterseeischem Abbau.
    • Figur 2 Bohrloch und Kaverne mit eingeführter Schlauchleitung in schematischer Schnittansicht.
    Beispiel 1
  • Durch ein Bohrloch 1 von etwa 250 Millimetern Durchmesser, das in seiner gesamten Länge verrohrt ist, werden als Förderflüssigkeit stündlich 80 Tonnen einer gesättigten wäßrigen Calciumchloridlösung mit Hilfe einer Pumpe 2 einer Kaverne 3 in den Flözen 5 zugeführt. In zeitlichen Abständen von etwa 8 bis 10 Sekunden wird dem Flüssigkeitsstrom eine mit Sprengstoff beladene Patrone 4 mit einem Gewicht von etwa 120 g zugefügt, welche mit einem überdruckzünder ausgestattet ist, so daß dieser nach Erreichen der Kaverne die Zündung der Sprengladung auslöst. Die Gleichmäßigkeit der Zündungen wird auf einem Druckimpulsschreiber 6 verfolgt, der an der Erdoberfläche mit einem am Bohrlochrohr angebrachten Sensor verbunden ist. Gelegentliche "Blindgänger" bleiben wegen ihres höheren spezifischen Gewichtes im Vergleich zur Förderflüssigkeit in der Kaverne und werden spätestens durch die nachfolgende Sprengladung mitgezündet.
  • Die abgesprengte und zerkleinerte Kohle wird durch die stetig wiederkehrenden Erschütterungen schweremäßig in der Flüssigkeit von gleichzeitig zerkleinertem Gestein getrennt und durch ein weiteres verrohrtes Bohrloch 7 von ebenfalls etwa 250 Millimetern Durchmesser mit der Förderflüssigkeit zur Erdoberfläche gebracht. Mit fortschreitender Sprengung der Kohle und damit Vergrößerung der Kaverne wird das Bohrloch 7 zunehmend verkürzt. Dabei wandern die Zonen des Kohleabbaus durch zweckmäßige Bohrlochführung etwa in Richtung des Flözverlaufes.
  • Auf einem Sieb 8 werden stündlich etwa 50 Tonnen zerkleinerte Kohle von der zur Wiederverwendung über die Pumpe 2 weitergeführten Förderflüssigkeit getrennt und durch eine Austragsvorrichtung 9, beispielsweise eine Förderschnecke, aus dem Kreis geführt.
  • Die Kohle kann in diesem Zustand unmittelbar der energiegewinnenden Verbrennung zugeführt werden oder durch Waschen mit Wasser von anhaftenden Rückständen befreit und für andere Verwendungszwecke vorgesehen werden.
    • Beispiel 2
  • Figur 2 zeigt einen Vertikalschnitt von Flözeinlagerungen in geologisch festen Formationen, z.B. des Oberkarbon bzw. Perm und Zechstein, wie sie etwa im pfälzisch-saarländischen Kchlegebirge angetroffen werden. Die Kohle ist z.T. von Gebirgseinschlüssen durchsetzt, was ihre wirtschaftliche Gewinnung nach herkömmlicher Technik seither beeinträchtigte. Eine Tiefbohrung bis 3000 Meter und von 300 Millimetern Durchmesser durchdringt eine größere Anzahl von Flözen, deren Einzelmächtigkeit einige bis viele Meter beträgt, bei einer Gesamtmächtigkeit von mehreren hundert Metern.
  • Der von unten beginnende Abbau der Lagerstätte ist bis zu einer Teufe von 2000 Metern fortgeschritten, und die tiefer liegende geräumte Lagerstätte mit Bergversatz 10 wieder aufgefüllt. Mit der Bezugszahl 11 ist der im Abbau befindliche Flöz bezeichnet, wobei die Abbaureichweite etwa symmetrisch zum zentralen Bohrloch 12-bis zu einer Weite von etwa 25 Metern vorgetrieben ist. Ein flexibler Schlauch 13 aus weichgemachtem Polyvinylchlorid mit einer lichten Weite von etwa 150 Millimetern und einer Wandstärke von 6 Millimetern verbindet die Abbaufront im Bereich des ausgeräumten Flözes mit einer im Bohrloch angeordneten i 'Rohrleitung 14. Der Schlauch und die Rohrleitung dienen der Förderung der abgebauten und zerkleinerten Kohle mit Hilfe einer konzentrierten Calciumchloridlösung (Dichte = 1,40 g/cm3) als Transportflüssigkeit nach Übertage. Mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 1,5 Metern/Sekunde werden stündlich mit Hilfe einer Umwälzpumpe 15 etwa 50 Tonnen zerkleinerte Kohle gefördert, die über eine Austragsvorrichtung 16 von etwa stündlich 40 Kubikmetern der Transportflüssigkeit getrennt werden. Letztere wird zur Wiederverwendung nach Untertage zurückgeführt.
  • Selbstverständlich kann die Strömungsrichtung der Transportflüssigkeit auch umgekehrt werden, d.h. die zuführende Flüssigkeit wird gemeinsam mit dem Sprengstoff durch die Schlauchleitung geleitet - und zwar bis vor Ort. Die Kohleförderung geschieht dann im Bohrloch außerhalb der Schlauch- bzw. Rohrleitung. Dem Rückstrom werden in Abständen von etwa einer halben Minute 835 Gramm Sprengstoff 17 zugefügt. Mit einer Treibladung von 100 Gramm Schwarzpulver in einem mit achsialen Flossen 18 und einem Kiel 19 ausgestatteten Treibsatz 20, die durch einen zeitlich um drei Sekunden verzögerten Überdruckzünder gezündet wird, wird die Sprengladung bis vor Ort getragen, die nach Abbrand des Treibsatzes durch einen Initialzünder, beispielsweise aus einer Bariumperoxid-Aluminiumpulver-Mischung, zur Detonation gebracht wird und zum erneuten Absprengen und Zerkleinern von Kohle führt. Da sich dabei die Sprengladung vom Ende der Schlauchleitung entfernt, erfolgt die Detonation nicht in ihrer unmittelbaren Nähe. Durch teilweises Zurückziehen der Schlauchleitung vor der Sprengung und Wiedervorschieben nach der Sprengung kann der Abstand zwischen Sprengort und Schlauchlage zusätzlich weiter vergrößert werden, um eine Beschädigung des Schlauches durch die Sprengwirkung möglichst zu vermeiden.
  • Zu Beginn einer Flözaufsprengung wird der zugeführte Sprengstoff im Bohrloch in Höhe des Flözes mittels zeitlich verzögertem Überdruckzünder gezündet, wobei das Ende der Schlauchleitung einige Meter vom Ort der Sprengung entfernt bleibt. In diesem Falle ist keine zusätzliche Treibladung notwendig. Nach der Detonation wird das Schlauchende bis in den Flöz eingefahren, um gründliche Durchspülung und damit weitgehenden Abtransport der zerkleinerten Kohle zu bewirken.

Claims (7)

1. Verfahren zur Erschließung und Förderung von Kohle sehr tief liegender Flöze, dadurch gekennzeichnet, daß die Flöze (5) über wenigstens ein Bohrloch von Flüssigkeit durchströmt werden und das dabei in den Flözen entstehende Gemisch aus mechanisch losgelöster Kohle und Flüssigkeit zur Erdoberfläche gefördert wird, wobei dem von Flüssigkeit durchströmten Bereich der Flöze (5) Sprengstoff (4) und Mittel zu dessen Zündung zugeführt werden und die bei der Sprengung aus den Flözen gelösten Kohlestücke mit Hilfe einer Flüssigkeit zur Erdoberfläche gefördert werden, deren Dichte mindestens gleich der der Kohle, aber kleiner als die - mitlosgelösten Gesteins ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Sprengung in den Flözen benötigte Sprengstoff (4) und die Mittel zu dessen Zündung mit dem Flüssigkeitsstrom den Flözen (5) zugeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengstoff (17) mit Hilfe eines Treibsatzes (20) befördert wird, der nach Erreichen der Kaverne gezündet wird und den Sprengstoff in dem abzubauenden Kohleflöz (11) bis vor Ort heranträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderflüssigkeit über eine im abzubauenden Flöz (11) bis vor Ort reichende Schlauchleitung (13) aus hoch- oder viskoelastischem Material zugeführt und/oder an die Erdoberfläche zurückgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlauchleitung (13) vor der Sprengung zurückgefahren und danach wieder vor Ort vorgefahren wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Bohrloch (12) durch eine darin eingesetzte Rohr- oder Schlauchleitung (13) in einen zuführenden und einen zurückführenden Kanal geteilt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Auffüllen der bei dem Kohleabtrag entstehenden Hohlräume (3) dem Flüssigkeitsstrom Versatzmassen zugesetzt werden, deren Dichte größer als die der Flüssigkeit ist.
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