-
Verfahren und Vorrichtung zum Sprengen von Mineralien, insbesondere
zur Hereingewinnung von Kohle Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sprengen
von Mineralien, insbesondere zur Hereingewinnung von Kohle, bei welchem das Mineral
zunächst über in Bohrlöcher eingeführte und gegenüber der Bohrlochwandung abgedichtete
Tränkrohre mit Druckwasser getränkt und der Sprengdruck anschließend während der
vorgeschrittenen Tränkung und bei aufrechterhaltenem Tränkwasserdruck durch plötzlich
auf das Druckwasser einwirkende hochgespannte Druckluft erzeugt wird.
-
Bei den bekannten Verfahren dieser Gattung wird durchweg so gearbeitet,
daß die in einem an die Tränkrohre mittels Leitungen angeschlossenen Druckbehälter
vorgespannte Druckluft nach oder kurz vor Beendigung des Tränkvorganges mit Druckwasser
einer gegenüber der Druckluft wesentlich niedrigeren Druckstufe durch öffnen eines
Ventils freigegeben und dadurch plötzlich zur Einwirkung auf die in den Tränkrohren
bzw. dem Bohrloch anstehende Druckwassersäule gebracht wird. Die hiermit erzielten
Ergebnisse haben im allgemeinen nicht befriedigt, so daß sich diese Verfahren in
der Praxis ,nicht oder in beschränktem Maße nur dort durchsetzen konnten, wo besonders
günstige Verhältnisse vorliegen.
-
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die unbefriedigenden
Ergebnisse der nach diesem Prinzip arbeitenden bekannten Verfahren im wesentlichen
darauf beruhen, daß die bei vorgeschrittener Tränkung aus dem Druckspeicher plötzlich
freigegebene Druckluft nicht imstande ist, die verhältnismäßig große, träge und
und dabei inkompressible, Masse der im Tränkrohr bzw. im Bohrloch anstehenden Wassersäule
so schlagartig in die Schlechten und Spalte zu treiben, wie es für eine wesentliche
Sprengwirkung notwendig wäre. Versuche haben nämlich gezeigt, daß die aus dem Druckspeicher
freigegebene und in der nachfolgenden Leitung bzw. im Tränkrohr expandierende Druckluft
durch die verhältnismäßig starre Wassersäule zunächst angestaut wird und diese erst
nach einer längeren Einwirkungszeit allmählich beschleunigt. Der hiermit einhergehende
Verlust an momentan zur Verfügung stehender Sprengenergie ist so groß, daß das Tränkwasser
zwar unter entsprechender Auflockerung der Kohle mit hohem Druck aus den Klüften
und Spalten herausgepreßt wird, hierbei aber keine nennenswerte Sprengwirkung mehr
erzielt.
-
Erfindungsgemäß werden diese Schwierigkeiten und diedaraus herrührenden
Nachteile dadurch bes,eitigt, daß das Druckwasser sowie die erst zu einem vorbestimrnten
Zeitpunkt bei vorgeschrittener Tränkung aus einem Druckspeicher freigegebene Druckluft
innerhalb der Tränkrohre getrennt zugeführt werden, wobei die Druckluft durch die
Tränkrohre hindurch bis in den Bereich des Bohrlochtiefsten ge-
führt und
durch schlagartige Entfernung eines am vorderen Tränkrohrende vorgesehenen Absperrorgans
mit voller Anfangsspannung unmittelbar auf das sich bereits in den Poren, Rissen
und Klüften des Minerals befindende Tränkwasser zur Einwirkung gebracht wird. Es
hat sich gezeigt, daß auf diese Weise auch bei in stärkerem Maße mit Schlechten
und Klüften durchsetzer Kohle und innerhalb erträglich Druckgrenzen von wenigen
hundert atü durchaus befriedigende Sprengleistungen erzielt werden. Dieser Effekt
wird im wesentlichen durch zwei Voraussetzungen erreicht, nämlich erstens dadurch,
daß die hochgespannte Druckluft im Augenblick ihrer Entspannung unter Benutzung
der rückwärtigen Wassersäule als »Besatz« unmittelbar auf das im Bereich des Bohrlochtiefsten
in den Schlechten und Spalten anstehende Tränkwasser wirkt, und zweitens dadurch,
daß sie ihre Expansionskraft dort infolge des erst bei überschreitung eines vorbestimmten
Druckes plötzlich nachgebenden Absperrorgans schlagartig mit voller Anfangsspannung
ausübt.
-
Die Zuführung der Druckluft darf hierbei erst dann erfolgen, wenn
sämtliche Hohlräume im Sprengbereich, d. h. das Bohrloch und die sich anschließenden
Risse und Klüfte im Mineral, mit Druckwasser gefüllt sind, so daß die volle Expansion
der Druckluft für die Sprengung nutzbar gemacht werden kann. Während des eigentlichen
Tränkvorganges bei noch nicht aus dem Druckspeicher freigegebener Druckluft wird
aus diesem Grunde durch das sich erst beim überschreiten eines vorbestimmten Druckes
schlagartig öffnende Ab-
sperrorgan für die Druckluft zugleich der Rücktritt
des Druckwassers in die Luftzuführung verhindert.
Bei einer zweckmäßigen
Ausführungsform der Erfindung wird nach der-bei mäßigem Wasserdruck von z. B.
10 bis 20 atü erfolgenden Stoßtränkang der auf das als Berstscheibe ausgebildete
Absperrorgan einwirkende Druckluftdruck durch öffnen des Druckluftspeichcrs von
zunächst 0 atü auf gegebenenfalls mehrere hundert atü gesteigert, bis die
auf einen bestimmten Berstdruck abgestimmte Berstscheibe zertrümmert wird und den
Durchtritt der Hochdruckluft zum Bohrlochtiefsten hin freigibt. Die Verwendung einer
Berstscheibe als Absperrorgan hat hierbei den Vorteil, daß sie die von ihr zunächst
zurückgehaltene hochgespannte Druckluft im Augenblick ihrer Zertrümmerung ohne nachteilige
Verzögerungseinheiten und Drosselverluste sofort vollständig freigibt und überdies
leicht durch entsprechende Dimensionierung bzw. Austausch anders dimensionierter
Scheiben an jeden gewünschten, den jeweiligen Verhältnissen angepaßten Berstdruck
angepaßt werden kann.
-
Der zum Tränken verwendete Wasserdruck richtet sich nach der Art und
Beschaffenheit, insbesondere der Festigkeit und der Klüftung, des zu sprengenden
Minerals. Bei der Gewinnung von Kohle empfiehlt sich im alloemeinen ein Wasserdruck
in einer Größenordnung zwischen 10 und 20 atü, doch kann dieser in manchen
Fällen auch niedriger oder höher sein. Desgleichen nach der Beschaffenheit des Minerals
richtet sich auch der Druck der Druckluft bzw. der hierauf abgestimmte Ansprechdruck
der Berstscheibe, der im allgemeinen mindestens 150 bis 200 atü beträgt.
Es ist zweckmäßig, Druck und Menge der dem Bohrloch zugeführten Hochdruckluft den
jeweiligen Verhältnissen, insbesondere, der Festigkeit und Klüftung des Minerals
sowie dem angewendeten Tränkdruck, entsprechend verändern zu können, was vorzugsweise
mittels eines Druckmittelspeichers mit einstellbarem Fassungsvermögen geschieht.
-
Demgemäß kennzeichnet sich eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens dadurch, daß der Druckluftspeicher in an sich bekannter Weise in
einen Vorratsbehälter und eine hiervon getrennte Arbeitskammer unterteilt ist, an
welche die zum Tränkrohr führende Hochdruckleitung angeschlossen ist, wobei der
Raum-inhalt der Arbeitskammer durch eine verschiebliche Trennwand auf die für die
Sprengung jeweils benötigte Druckluftmenge einstellbar ist. Vorteilhaft ist dem
Druckluftspeicher hierbei ein den Vorratsbehälter gegen einen weiteren, an einen
Druckerzeuger angeschlossenen Raum abgrenzender fliegender Kolben zugeordnet, mittels
welchem der Druck im Vorratsbehälter durch eine der Druckluftentnahme entsprechende
Volumenverkleinerung annähernd konstant bleibt. Des weiteren kann der Druckluftspeicher
hierbei in ebenfalls an sich bekannter Weise aus einem durch einen axial ve-rschieblich
und dichtend geführten Kolben unterteilten Druckzylinder bestehen, dessen eine Zylinder-kammer
mit Hochdruckluft gefüllt ist und dessen andere Zylinderkammer unter einem durch
eine Pumpe od. dgl. auf stets gleicher Höhe gehaltenen Flüssigkeitsdruck steht.
-
Die zur Durchführung des Verfahrens besonders geeigneten Tränkrohre
sind in gleichfalls an sich bekannter Weise so ausgebildet, daß die Zuführungsleitungen
jedes Tränkrohres über je ein Rückschlagventil und/oder ein verstellbares
Absperrorgan an eine Druckwasserl-eitung sowie eine zum Druckluftspeicher führende
Hochdruckleitung anschließbar sind, wobei das Tränkrohr jedoch aus zwei einander
koaxial umschließenden Rohren unterschiedlichen Durchmessers besteht, von denen
das innere Rohr an die Hochdruckleitung und der Ringraum zwischen innerem und äußerem
Rohr an die Druckwasserleitung angeschlossen sind. Das der Druckwasserzufuhr dienende
Rohr ist zweckmäßig von einem an die Hochdruckleitung anschließbaren und stirnseitig
durch ein Berstorgan verschlossenen Mantelrohr umschlossen, wobei die Wandung des
Mantelrohres mindestens im Bereich des vorderen Tränkrohrendes in an sich bekannter
Weise elastisch aufweitbar ist.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
Es zeigt F i g. 1 in schematischer Darstellung die zur Durchführung des Verfahrens
verwendeten Vorrichtungen, F i g. 2 eine Ausführungsform. eines Tränkrohres im Längsschnitt
und F i g. 3 das vordere Ende eines anderen Tränkrohres, gleichfalls im Längsschnitt.
-
Bei der in F i g. 1 beispielsweise veranschaulichten Ausführungsform
ist in einem im Abbaustoß 1 vorgesehenen Bohrloch 2 ein hinsichtlich seiner
Ausführung nicht näher dargestelltes Tränkrohr 3 angeordnet. Das Tränkrohr3
ist - in der Zeichnung nicht dargestellt - gegenüber der Bohrlochwandung
abgedichtet und weist an seinem rückseitigen Ende ein Anschlußstück4 auf, an welches
eine im Streb verlegte Druckwasserleitung 5 sowie eine für die Druckluft
bestimmte Hochdruckleitung 6 angeschlossen ist. Die Hochdruckleitung
6 führt zu einem in der Nähe des Bohrloches angeordneten Druckluftspeicher
7.
-
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Druckluftspeicher
aus einem zylindrischen Behälter, der durch eine Trennwand 8 in eine Arbeits-kammer
9 und einen Vorratsbehälter 10 unterteilt ist. Die gegenüber der Zylinderwandung
abgedichtete Trennwand 8 ist axial verschiebbar ausgebildet, um den Rauminhalt
der Arbeitskammer 9 den jeweiligen Verhältnissen entsprechend verändern zu
können. Zwischen der Arbeitskammer 9 und der Hochdruckleitung 6 ist
ein von Hand verstellbares Absperrventil 11 vorgesehen. Die Arbeitskammer
9 kann außerdem über ein weiteres, von Hand zu betätigendes Absperrorgan
12 mit dem Vorratsbehälter 10
verbunden werden.
-
Innerhalb des Druckspeichers 7 ist ein gegenüber seiner Innenwandung
abgedichteter fliegender Kolben 13 axial verschieblich geführt. Durch den
Kolben 13 wird der durch die Trennwand 8 begrenzte Teil des Druckspeichers
in zwei Zylinderkammern, 10 und 14 unterteilt, von denen die der Arbeitskamm
er 9
benachbarte Zylinderkammer 10 mit Hochdruckluft gefüllt ist. Die
auf der anderen Seite des Kolbens 13
liegende Zylinderkamm er 14 ist mit Druckflüssigkeit,
z. B. Drucköl, gefüllt und steht unter der Einwirkung eines als hydraulische übersetzung
wirkenden Diflerentialkolbens 15. Der Differentialkolben 15 ist in
einem hydraulischen Druckzylinder 16 axial verschieblich und dichtend geführt.
Der Druck der Druckflüssigkeit im Druckzylinder 16 wird durch eine in der
Zeichnung nicht dargestellte Pumpe ständig konstant gehalten, so daß auf den fliegenden
Kolben 13 ein Flüssigkeitsdruck stets gleicher Höhe ausgeübt wird. Hierdurch
wird erreicht, daß bei Entnahme
von Druckluft aus dem Vorratsbehälter
10
dessen Volumen etwa proportional der Druckluftentnahme verkleinert wird,
derart, daß der im Vorratsbehälter 10 herrschende Druckluftdruck annähernd
konstant bleibt.
-
Der Rauminhalt des als Vorratsbehälter zur Vexfügung stehenden Teils
des Druckspeichers 7 wird zweckmäßig so groß bemessen, daß eine einmalige
Druckluftfüllung des Vorratsbehälters 10 für das Abtun einer größeren Anzahl
von Bohrlöchern ausreicht.
-
Die in den F i g. 2 und 3 im Ausschnitt veranschaulichten
Tränkrohre 3 sind jeweils mit getrennten, bis zu ihrem vorderen,
d. h. dem Bohrlochtiefsten zugekehrten Ende hin reichenden Zuführungsleitungen
für das Druckwasser und die Hochdruckluft ausgerüstet. Bei beiden Ausführungsformen
bestehen die Tränkrohre aus einem der Druckwasserzuführung dienenden Außenrohr
17, auf dessen rückseitiges Ende das Anschlußstück 4 aufgesehraubt ist. Innerhalb
des Außenrohres 17 ist ein zu diesem koaxial angeordnetes Innenrohr
18 kleineren Durchmesser vorgesehen, welches sich bei der in F #i
g. 3
dargestellten Ausführungsform über die gesamte Länge des Außenrohres
17 erstreckt. Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 endet das Innenrohr
18
in geringem Abstand vom vorderen Ende des Außenrohres 17. In diesem
Bereich ist das Außenrohr 17
von einem Mantelrohr 19 umschlossen, wobei
der zwischen Außenrohr 17 und Mantelrohr 19 verbleibende Ringraum
über Anschlußstutzen 20, 20a mit dem vorderen Ende des Innenrohres 18 verbunden
ist.
-
Die dem Bohrlochtiefste#n zugekehrte Stirnseite des Ringraumes zwischen
Außenrohr 17 und Mantelrohr 19 ist durch eine Berstscheibe 21 verschlossen.
Die hintere Stirnseite des Mantelrohres 19 ist ebenfalls gegenüber der Außenwandung
des Außenrohres 17 abgedichtet.
-
Bei der in F i g. 2 veranschaulichten Ausführungsform besteht
das Mantelrohr 19 auf einem Teil seiner Länge aus einem elastisch verformbaren
Werkstoff, beispielsweise einer Gummimanschette 19 a. In diesem Bereich
ist die Wandung des Mantelrohres elastisch aufweitbar. Bei der Zuführung von Druckluft
über das Innenrohr 18 und die Abzweigkanäle 20, 20a wird die aus Gummi oder
einem elastischen Kunststoff bestehende Manschette 19 a gegen die
Bohrlochwandung gepreßt und auf diese Weise ein dichter Abschluß zwischen Bohrlochwandung
und Tränkrohr erreicht.
-
Das Innenrohr 18 ist über ein im Anschlußstück 4 angeordnetes
federbelastetes Rückschlagventil 22 und ein von Hand verstellbares Absperrorgan
23 an die zum Druckmittelspeicher 7 führende Hochdruckleitung
6 angeschlossen. über ein weiteres, gleichfalls im Anschlußstück 4 angeordnetes
Rückschlagventil 24 und ein von Hand verstellbares Absperrorgan 25
steht der
zwischen Außenrohr 17 und Innenrohr 18
verbleibende Ringraum mit der
Druckwasserleitung 5
in Verbindung.
-
Bei der Verwendung des in F i g. 2 darg#Stellten Tränkrohres
wird zweckmäßig vor dem öffnen des Absperrorgans 215 durch teilweises öffnen des
Ab-
sperrorgans 23 die Dichtungsmanschette 19a bei einem wesentlich
unterhalb des Berstdruckes liegenden Druckluftdruck gegen die Bohrlochwandung verspannt.
Anschließend wird durch öffnen des Ab-
sperrorgans 25 die anstehende
Kohle bei einem Druckwasserdruck von z. B. 10 bis 20 atü getränkt, woraufhin
anschließend durch Öffnen der Absperrorgane 11. und 23 der volle Druck
der in der Arbeitskammer 9 befindlichen Hochdruckluft auf die Berstscheibe
21 zur Einwirkung gebracht wird.
-
Bei dem in F i g. 3 veranschaulichten Ausführungs# beispiel
ist das bis zum vorderen Ende des Außenrohres 17 durchgeführte Innenrohr
18 stirnseitig durch eine Berstscheibe 26 verschlossen. Das Außenrohr
17 ist im Bereich seines vorderen Endabschnittes mit einer aus einem elastischen
Werkstoff bestehenden Dichtungsmanschette 27 ausgerüstet, die in bekannter
Weise durch in der Zeichnung nicht dargestellte Mittel gegen die Bohrlochwandung
angepreßt werden kann.
-
An Stelle der in F i g. 1 dargestellten Anordnung ist es möglich,
gegebenenfalls auch mehrere Tränkrohre 3 gleichzeitig mit dem Druckluftspeicher
7 in Verbindung zu setzen. Hierbei ist es ferner möglich, dem Druckluftspeicher
einen besonderen, beispielsweise in der Abbaustrecke angeordneten Kompressor zuzuordnen,
durch welchen der Druckmittelspeicher laufend mit Hochdruckluft versorgt wird. Bei
Verwendung eines derartigen Kompressors ist es möglich, den Vorratsbehälter
10 kleiner auszubilden oder sogar ganz auf ihn zu verzichten, d. h.,
die Hochdruckluft vom Kompressor unmittelbar der Arbeitskammer 9 zuzuführen.
Selbstverständlich kann der Kompressor in diesem Fall auch unmittelbar mit dem Vorratsbehälter
10 verbunden sein.
-
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Verdichtung der Hochdruckluft
mit Hilfe des im Abbaubetriebspunkt vorhandenen Druckwassers vorzunehmen. Hierzu
läßt man das Druckwasser. über einen Differentialkolben mit besonders großer übersetzung
auf die in den Druckluftspeicher 7 eingefüllte, beispielsweise dem Druckluftnetz
entnommene Druckluft einwirken, so daß diese auf einen wesentlich höheren Druck
verdichtet wird. Die bei der Verdichtung der Luft entstehende Wärme wird zu einem
wesentlichen Teil durch das Druckwasser abgeführt. Diese Möglichkeit bietet sich
vor allem dann an, wenn die Beschaffenheit des zu sprengenden Minerals es erlaubt,
mit geringeren Druckluftdrücken zu arbeiten.