DE19849953C1 - Verfahren zum Lösen von Rohstoff aus einer Rohstofflagerstätte - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Abtrennen von Rohstoff aus einer Rohstofflagerstätte, bei dem ein Sprengstoff in einem im wesentlichen abgeschlossenen Sprengraum gezündet und dadurch eine sich in einer Arbeitsrichtung ausbreitende und die Abtrennung sowie eine Zerkleinerung der Rohstoffe bewirkende Druckwelle ausgelöst wird, wird vorgeschlagen, die durch die Zündung des Sprengstoffs ausgelösten und sich quer zur Arbeitsrichtung ausbreitenden Detonations- und Druckwellen mit einem vor der Zündung zwischen einer Begrenzungsfläche des Sprengraums und dem Sprengstoff angeordneten komprimierbarem Material abzuschwächen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Rohstoff aus einer Rohstofflagerstätte, wie etwa einer Festge­ steinlagerstätte, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Verfahren der eingangs angegebenen Art werden beispiels­ weise zur Gewinnung von Kalkstein im Tagebau eingesetzt. Dabei wird üblicherweise in der nachstehend anhand der Fig. 2 erläu­ terten Weise vorgegangen.

Der in Form von Kalkstein vorliegende Rohstoff wird blockweise aus einer Lagerstätte 100 bohr- und sprengtechnisch gelöst. Dazu wird ein Sprengbohrloch 120 ausgehend von einer Oberfläche der Festgesteinlagerstätte etwa parallel zu einer schräg oder senkrecht nach unten abfallenden und den abzu­ bauenden Block begrenzenden Abbauböschung 110 in die Lagerstätte getrieben und mit einem Sprengstoff 130 gefüllt. Die Tiefe des Sprengbohrlochs 120 entspricht dabei etwa der Höhe h des abzubauenden Rohstoffblocks, bzw. bei senkrechter Abbauwand bzw. bei geneigten Bohrlöchern der Länge l der Wandkontur.

Durch die Zündung des Sprengstoffs 130 in dem Spreng­ bohrloch 120 wird eine sich in der durch den Pfeil 140 angedeu­ teten Arbeitsrichtung in Richtung auf die Abbauböschung 110 aus­ breitende Detonations- und Druckwelle ausgelöst. Diese Wellen bewirken die Lösung bzw. Abtrennung der zwischen dem Spreng­ bohrloch 120 und der Abbauböschung 110 angeordneten Rohstoffe aus der Lagerstätte, wie durch den Pfeil 144 angedeutet. Gleich­ zeitig wird der durch die Zündung des Sprengstoffs 130 ausge­ löste und die Lösung bzw. Abtrennung der Rohstoffe bewirkende Impuls durch einen durch den Pfeil 142 angedeuteten Rückstoß­ impuls ausgeglichen. Dieser Rückstoßimpuls wird auf der der Ab­ bauböschung 110 abgewandten Seite des Bohrlochs 120 in die Roh­ stofflagerstätte eingeleitet.

Bei der Durchführung derartiger Verfahren kommt es zu erheblichen Erschütterungen der Umgebung, die beispielsweise zu Gebäudeschäden führen können. Zur Vermeidung dieses Problems wurde bereits vorgeschlagen besondere Zündungsanordnungen zur Zündung der im Sprengbohrloch 120 aufgenommenen Sprengstofflade­ säule einzusetzen. Als besonders zweckmäßig hat sich dabei der Einsatz von Zündungsanordnungen am Boden der Sprengbohrlöcher 120, also im Bereich des Bohrlochtiefsten erwiesen. Der Einsatz derartiger Zündungsanordnungen ist jedoch nicht nur mit hohen Kosten verbunden, sondern auch hinsichtlich der Handhabungs­ sicherheit und Sprengsicherheit problematisch, da aus Sicher­ heitsgründen zusätzlich auch noch vom Bohrlochmund gezündet wer­ den muß.

Daneben sind aus der DE-Zeitschrift "Nobel Hefte" (1994), Heft 1, S. 14 bis 21 auch noch Sprengverfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt, bei denen der Sprengstoff in Form von einzelnen Ladesäulen mit einem dazwischen angeordneten Zwischenbesatz in das Spengbohrloch gefüllt wird. Auch diese Verfahren führen zu erheblichen Erschütterungen der Umgebung.

Angesichts dieser Probleme im Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges und sicheres Verfahren der eingangs angegebenen Art bereitzustellen, mit dem durch die Sprengung ausgelöste Erschütterungen der Um­ gebung vermindert werden können und eine entsprechende Spreng­ anordnung anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 4 angegeben.

Diese Erfindung geht auf die Erkenntnis zurück, daß die unerwünschten Erschütterungen der Umgebung bei der Ausführung von Verfahren der eingangs angegebenen Art in erster Linie auf die sich quer zur Arbeitsrichtung ausbreitenden und durch die detonative Umsetzung des Sprengstoffs ausgelösten Druckwellen zurückzuführen sind. Die Detonationswelle pflanzt sich dabei mit einer Geschwindigkeit von 2000 bis 5000 m/s durch das Spreng­ bohrloch fort und trägt auch diese Energie in Richtung Bohrloch­ sohle in das Gebirge ein. Der Gasdruck breitet sich allseitig kugelförmig, also auch direkt in die unerwünschte Richtung aus.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden diese die unerwünschten Erschütterungen auslösenden Druckwellen mit einem geeigneten komprimierbaren Material abgeschwächt, mit dem ein direkter Kontakt zwischen Sprengstoff und dem den Sprengraum be­ grenzenden Festgestein im Bereich des Bohrlochtiefsten ver­ hindert wird. Überraschenderweise haben Versuchsergebnisse wei­ ter gezeigt, daß die unerwünschten Erschütterungen der Umgebung mit dem so angeordneten komprimierbaren Material ohne nennens­ werte Beeinträchtigung der gewünschten Sprengwirkung, d. h. der sich in der Arbeitsrichtung ausbreitenden und die Abtrennung der Rohstoffe bewirkenden Druckwellen, verringert werden können. Da­ bei kann Sprengstoff eingespart werden, weil das Bohrloch nicht bis zum Bohrlochtiefsten mit Sprengstoff gefüllt werden muß. Weiter ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine kostenauf­ wendige Zündung aus dem Bohrlochtiefsten nicht erforderlich.

Dabei können die Rohstoffe besonders wirkungsvoll aus einer in Schwererichtung schräg nach unten fallenden Abbau­ böschung der Festgesteinlagerstätte gelöst werden, wenn das Sprengbohrloch etwa parallel zur Abbauböschung in die Festge­ steinlagerstätte getrieben wird.

Die Zündung des in dem Sprengbohrloch aufgenommenen Sprengstoffs kann dabei unter Sicherstellung der gewünschten Verringerung der Erschütterungen der Umgebung mit einer durch eine Öffnung des Sprengraums, d. h. dem Bohrlochmund von oben zum darin aufgenommenen Sprengstoff geführten und diesen ggf. durch­ setzenden Sprengschnur erfolgen. Weiter kann eine Schlagpatrone, wie in Bergbaubetrieben möglich, zur detonativen Umsetzung mit Sprengzünder bis zum Puffermaterial geführt werden.

Im Hinblick auf die Handhabungssicherung und die Gewähr­ leistung einer möglichst wirkungsvollen Abschwächung der uner­ wünschten Druckwellen hat sich die Verwendung von stangenförmi­ gem Styropor (eingetragene Marke) als komprimierbares Material als besonders vorteilhaft erwiesen. Das Bohrloch kann dazu bis zu einer Höhe von etwa einem Meter mit einer entsprechenden Styroporstange gefüllt werden.

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, auf die hinsichtlich aller erfindungswesentlichen und in der Beschreibung nicht näher herausgestellten Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird, erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Ver­ fahrens nach dem Stand der Technik.

Nachstehend wird anhand der Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert, mit dem aus einer Festgesteinlagerstätte 10 Rohstoff in Abbaublöcken mit einer Höhe h und einer Konturlänge l abgetragen werden. Dazu wird ausgehend von einer Oberfläche 12 der Festgesteinlagerstätte 10 ein Sprengbohrloch 20 in die Fest­ gesteinlagerstätte 10 getrieben, das sich etwa parallel zu einer Abbauböschung 11 des abzutragenden Abbaublocks erstreckt. In den Bereich des Sprengbohrlochtiefsten wird ein komprimierbares Ma­ terial in Form von Styroporstangen® oder ähnlichem, komprimier­ baren Material eingeführt. Auf diesem komprimierbaren Material wird dann innerhalb des Sprengbohrlochs eine Sprengstoff­ ladesäule 30 angeordnet. Dadurch wird ein direkter Kontakt zwi­ schen der Sprengstoffladesäule 30 und der Bohrlochsohle 22 des Sprengbohrlochs 20 verhindert.

Zur Zündung der Sprengstoffladesäule 30 ist eine Spreng­ schnur oder eine Schlagpatrone durch den Bohrlochmund 21 in das Sprengbohrloch 20 eingeführt. Die Sprengschnur kann die Spreng­ stoffladesäule 30 zumindest teilweise durchsetzen oder es kann eine Schlagpatrone in der Sprengstoffladesäule angeordnet sein. Die Sprengschnur 32 und damit die Sprengstoffladesäule 30 können durch einen außerhalb des Spengbohrlochs 20 angeordneten Spreng­ zünder zur Explosion gebracht werden. Der Sprengstoff kann fer­ ner durch einen Zünder direkt in der Schlagpatrone innerhalb der Sprengstoffladesäule zur Explosion gebracht werden. Dadurch wer­ den sich in Richtung auf die Abbauböschung 11 ausbreitende De­ tonations- und Druckwellen ausgelöst, die zwischen der Abbau­ böschung 11 und dem Sprengbohrloch 20 zur Trennung der Rohstoffe aus der Festgesteinstätte führen, wie durch den Pfeil 40 ange­ deutet.

Der diese sich in der durch den Pfeil 40 angedeuteten Arbeitsrichtung ausbreitenden Druckwellen begleitende Rückstoß wird auf der der Abbauböschung 11 abgewandten Seite des Spreng­ bohrlochs 20 vom festen Gebirgsteil der Rohstofflagerstätte auf­ gefangen, wie durch den Pfeil 42 angedeutet. Dieser Rückstoß führt zu einer tolerierbaren Erschütterung der Umgebung, wenn die Vorgabeparameter optimiert sind.

Die ebenfalls durch die Zündung der Sprengstoffladesäule 30 ausgelöste und sich in Längsrichtung des Sprengbohrlochs 20 ausbreitende Druckwelle wird durch die im Bereich des Bohrloch­ tiefsten angeordneten Styroporstange 50 abgeschwächt. Ein Teil des in die Pufferzone eindringenden Gasdrucks führt zur Ver­ dampfung des Styropors, was von einer zusätzlichen, sich auch in Arbeitsrichtung ausbreitenden Druckwelle begleitet wird.

Insgesamt können so die Erschütterungsimmissionen bei Gewinnungssprengungen im Tagebau unter Verwendung einfacher und eine hohe Handhabungssicherheit und Sprengsicherheit gewährlei­ stender Zündungsanordnungen ohne nennenswerte Beeinträchtigung der gewünschten Sprengwirkung, d. h. der Druckwellenausbreitung in der Arbeitsrichtung, um etwa 30% gesenkt werden.

Unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Einsatzgebiet kostengünstiger Rohstoffgewinnungssprengungen da­ her in die Nähe erschütterungssensibler Bereiche erweitert wer­ den. Kostenaufwendigere mechanische Gewinnungsverfahren werden nicht erforderlich. Weiter ist das erfindungsgemäße Verfahren auch ein Beitrag zur Verminderung von Erschütterungen und Lärm allgemein.

Claims (4)

1. Verfahren zum Abtrennen von Rohstoff aus einer Roh­ stofflagerstätte, bei dem ein sich von einer Oberfläche der Roh­ stofflagerstätte im wesentlichen in Schwererichtung erstrecken­ des Sprengbohrloch gebildet, das Sprengbohrloch mit einem Sprengstoff und einem zusätzlichen Besatz gefüllt, der Spreng­ stoff in dem Sprengbohrloch gezündet und dadurch eine sich in einer Arbeitsrichtung ausbreitende und die Abtrennung sowie eine Zerkleinerung des Rohstoffs bewirkende Druckwelle ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Besatz in Form eines komprimierbaren Materials im Bereich des Bohrlochtiefsten des Sprengbohrlochs angeordnet wird und die durch die Zündung des Sprengstoffs ausgelösten und sich quer zur Arbeitsrichtung ausbreitenden Detonations- und Druckwellen mit dem kom­ primierbaren Material abgeschwächt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohstoff aus einer vorzugsweise in Schwererichtung schräg nach unten fallenden Abbauböschung der Rohstofflager­ stätte abgetrennt und zerkleinert werden und das Sprengbohrloch etwa parallel zur Abbauböschung in die Rohstofflagerstätte ge­ trieben wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung mit einer durch eine Öffnung des Sprengraums zum darin aufgenommenen Sprengstoff ge­ führten Sprengschnur aus Richtung Bohrlochmund oder mit einer Schlagpatrone vom Bohrlochtiefsten her erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als komprimierbares Material Styro­ por® (vorzugsweise stangenförmig) eingesetzt wird.