DE3443289C1

DE3443289C1 - Verfahren zur Verminderung der Zuendung von Grubengas beim Arbeiten einer Teilschnitt-Streckenvortiebsmaschine

Info

Publication number: DE3443289C1
Application number: DE19843443289
Authority: DE
Inventors: Friedrich Wilhelm Paurat; Roland Dipl.-Ing. 4230 Wesel Paurat
Original assignee: Individual
Current assignee: Howden Paurat GmbH
Priority date: 1984-11-28
Filing date: 1984-11-28
Publication date: 1993-02-11
Anticipated expiration: 2004-11-29
Also published as: GB2167789B; GB8528214D0; FR2573809A1; GB2167789A; FR2573809B1

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zur Verminderung der Zündung von Grubengas beim Arbeiten einer Teilschnitt-Streckenvortriebsmaschine, die einen aufundnieder sowie um eine vertikale Achse schwenkbaren Schneidarm und zumindest einen rotierenden Schneidkopf aufweist, der mit zumindest 30 Schneidmeißeln besetzt ist, die sich am größten Umfang mit einer Schnittgeschwindigkeit von 2 bis 3 m/sek bewegen und in der Ortsbrust beim Hereingewinnen des Gesteins Schneidrillen erzeugen, weichen einzelnen Schneidmeißeln Bedüsungsmittelzuführungskanäle und Bedüsungsmittelaustrittsdüsen zugeordnet sind, wobei als Bedüsungsmittel Druckluft und Wasser verwendet werden und in die einzelnen Schneidrillen ein Luft/Wasser-Gemisch als Gemischstrahl eingeführt wird. — Derartige Schneidköpfe besitzen im allgemeinen einen größten Durchmesser von etwa 450 bis 900 mm bei einer axialen, von Schneidmeißeln besetzten Länge von 500 bis 1000 mm. Im allgemeinen sind die Schneidmeißel längs einer Schraubenlinie auf einem entsprechenden Steg angeordnet. Der Schneidkopf kann gleichsam als Pilzkopf und koaxial zur Achse des Schneidarms auf diesem aufgesetzt sein oder mit zur Achse des Schneidarms orthogonaler Achse am Ende des Schneidarms beidseits vorkragen. Der Gemischstrahl kann während des gesamten Umlaufweges der Schneidmeißel aus den Bedüsungsmittelaustrittsdüsen austreten oder lediglich dann zugeführt werden, wenn die Schneidmeißel abtragend im Gestein der örtsbrust arbeiten.

Im Rahmen der bekannten gattungsgemäßen Maßnahmen (EP-A 00 10 534, Einleitung) wird eine Kühlung der Meißel und der Oberfläche der Schneidrillen angestrebt und dazu primär mit Wasser als Kühlmittel gearbeitet. Die Luft dient der Zerstäubung des Wassers. Mit ausreichender Sicherheit kann so die Zündung von Grubengas beim Arbeiten der beschriebenen Teilschnittmaschinen nicht vermieden werden, und zwar insbesondere dann nicht, wenn das Grubengas aus sogenannten Bläsern austritt, was in grubengasführenden geologischen Schichten häufig der Fall ist. Besondere Parameter, die mit ausreichender Sicherheit eine solche Zündung verhindern, sind im Rahmen der bekannten Maßnahmen nicht vorgeschlagen worden. Tatsächlich ist die Zündung von Grubengas beim Arbeiten einer Teilschnittmaschine des beschriebenen Aufbaus ein sehr komplexes Phänomen, welches oft und ausführlich, jedoch ergebnislos, in bezug auf die sichere Verhinderung der Zündung von Grubengas im praktischen Einsatz einer solchen Maschine, untersucht worden ist (vgl. »Glückauf-Forschungshefte«, 1980, S. 17 bis 21). Es versteht sich von selbst, daß eine Zündung nur erfolgt, wenn ein zündfähiges Gemisch vorliegt, und daß in das zündfähige Gemisch eine zumindest der Zündenergie entsprechende Energie eingetragen werden muß, die für die Zündung ausreicht. Die Zündfähigkeit des Gemisches hängt jedoch im übrigen von den thermodynamischen Parametern, wie Druck und Temperatur, in derje-

nigen Zusammenwirkung dieser Parameter ab, die durch die entsprechenden, die Zündung beherrschenden thermodynamischen Potentiale vorgegeben ist. Außerdem gehen die geometrischen und thermodynamischen Randbedingungen und die aerodynamischen Verhältnisse ein, die in der Umgebung des zündfähigen Gemisches herrschen bzw. das aerodynamische Verhalten des zündfähigen Gemisches bestimmen. Hinzu kommen die Oberfläche der glühenden Partikel, die beim Arbeiten' einer gattungsgemäßen Teilschnittmaschine frei werden, und deren Flugbahn. Es ist daher verständlich, daß eine Lehre zum technischen Handeln, die bei den gattungsgemäßen Verfahren mit ausreichender Sicherheit eine Zündung von Grubengas verhindert, bisher nicht en twickelt worden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anzugeben, wie das gattungsgemäße Verfahren zu führen ist, damit unter allen Betriebsbedingungen der Teilschnittmaschine des beschriebenen Aufbaus mit ausreichender Sicherheit die Zündung von Grubengas verhindert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß pro Schneidmeißel und pro Minute 0,25 m³ bis 1,0 m³ Luft und 0,2 bis 0,51 Wasser als Gemischstrahl in die zugeordnete Schneidrille eingeführt werden, und zwar mit einer Strömungsgeschwindigkeit, die um etwa einen Faktor zehn größer ist als die angegebene Schnittgeschwindigkeit, und daß der Gemischstrahl mit einem Strahlwinkel von 40 bis 70° gegen einen Radius zum Umlaufkreis des einzelnen Schneidmeißels vom Befestigungsfuß der einzelnen Schneidmeißel aus in den Winkel zwischen Schneidmeißelspitze und Schneidrille eingeführt wird. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung werden pro Schneidmeißel und pro Minute etwa 0,4 m³ Luft und etwa 0,31 Wasser zugeführt.

Der Gemischstrahl wird nach bevorzugter Ausführungsform mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 25 bis 35 m/sek, vorzugsweise von etwa 30 m/sek, in die jeweils zugeordnete Schneidrille eingeführt, und zwar vorzugsweise mit einem Strahlwinkel von etwa 50° gegen einen Radius zum Umlaufkreis. — Strömungsgeschwindigkeit des Gemischstrahls meint die Strömungsgeschwindigkeit der Luft des Gemischstrahls beim Austreten aus den Bedüsungsmittelaustrittsdüsen. Im allgemeinen hat in diesem Bereich das mitgeführte, tropfenförmige Wasser die gleiche Geschwindigkeit, doch können sich einzelne Tropfen auch langsamer bewegen. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird sichergestellt, daß mit Wassertropfen im Gemischstrahl gearbeitet wird, deren Masse groß genug ist, um unabhängig von der Ausbreitung des Luftanteils des Gemischstrahls vor der Schneidrille durch Trägheitskräfte auf die Oberfläche der Schneidrille zu gelangen.

Die beschriebenen Verfahrensmaßnahmen lassen sich sehr einfach verwirklichen, aufrechterhalten und steuern, wenn der Gemischstrahl mit einem Durchmesser von etwa 5 mm aus der Bedüsungsmittelaustrittsdüse herausgeführt wird. Dann kann die Luft des Gemischstrahls aus einer Druckluftleitung entnommen werden, die gegenüber der Atmosphäre einen Überdruck von 1 bis 2 bar aufweist.

Im Rahmen der Erfindung können die Druckluft einerseits und das Wasser andererseits über getrennte Bedüsungsmittelaustrittsdüsen austreten und danach zum Gemischstrahl vereinigt werden. Die Vereinigung kann aber auch bereits in den Bedüsungsmittelzuführungskanälen erfolgen. In diesem Zusammenhang ist eine bewährte Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft und das Wasser zumindest im Bereich der Bedüsungsmittelaustrittsdüsen gemeinsam in den Bedüsungsmittelzuführungskanal geführt werden und das Wasser an Abreißkanten im Bedüsungsmittelzuführungskanal, vor der Bedüsungsmitteiaustrittsöffnung, in Tropfen zerlegt wird. Dem Wasser kann ein Benetzungsmittel beigegeben werden, die Luft kann mit einem Inertgas, z. B. Stickstoff, durchmischt werden.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei Verwirklichung der Lehre der Erfindung bei einer Teilschnitt-Streckenvortriebsmaschine des beschriebenen Aufbaus mit ausreichender Sicherheit eine Zündung von Grubengas verhindert wird. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß zur Verhinderung dieser Zündung separate Maßnahmen erforderlich sind, die jedoch in funktioneller Verschmelzung zusammenwirken, nämlich einerseits Zuführung einer ausreichend großen Luftmenge in den Raum hinein, in dem sich die zündfähige Mischung aus Luft und Grubengas befinden könnte, andererseits Zuführung dieser Luftmenge mit einer ausreichend großen kinetischen Energie, die von der Schnittgeschwindigkeit der Schneidmeißel abhängt und etwa das zehnfache der Schnittgeschwindigkeit ausmacht. In Ergänzung dazu ist es erforderlich, eine ausreichend große, aber nicht zu große Wassermenge mit dem Luftstrahl zu vermischen. Ausreichend groß muß die Wassermenge sein, um die Oberfläche der Schneidrille ausreichend zu kühlen. Zu groß darf die Wassermenge deshalb nicht sein, weil sie sonst die Wirkung der strömenden Luft beeinträchtigt. Die Tropfen sollen nicht zu klein sein, damit sie in der angegebenen Weise durch Trägheitskräfte auch auf die Oberfläche der Schneidrille gelangen, was sich unschwer einrichten läßt und sichergestellt ist, wenn neben der Tropfengröße der Gemischstrahl mit dem angegebenen Strahlwinkel in den Winkel zwischen Schneidmeißelspitze und Schneidrille eingeführt wird. Dieser Winkel ist jedoch zugleich für den Einfluß der zugeführten Luft auf die Verhinderung der Zündung des Grubengases von Bedeutung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

F i g. 1 die Seitenansicht eines in einen Meißelhalter eingesetzten Schneidmeißels bei einer Teilschnittmaschine des beschriebenen Aufbaus,

F i g. 2 in gegenüber der F i g. 1 vergrößertem Maßstab den Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach F i g. 1 im Schnitt.

In den Figuren erkennt man von einer Teilschnitt-Streckenvortriebsmaschine, die einen aufundnieder sowie um eine vertikale Achse schwenkbaren Schneidarm aufweist, ein Teilstück des Scheidkopfes 1, daran befestigt einen sogenannten Meißelhalter 2 und im Meißelhalter 2 einen Schneidmeißel 3. Dem Schneidmeißel 3 ist ein Bedüsungsmittelzuführungskanal 4 zugeordnet, der in einer Bedüsungsmittelaustrittsdüse 5 endet. Als Bedüsungsmittel werden Druckluft und Wasser eingesetzt, ein Gemischstrahl 6 tritt wie angedeutet aus der Bedüsungsmittelaustrittsdüse 5 aus und in den Winkel zwischen Schneidmeißelspitze 7 und Schneidrille 8 ein. In der F i g. 1 ist diese Schneidrille 8 ebenso wie die Rotationsrichtung angedeutet worden. Pro Schneidmeißel 3 und pro Minute werden etwa 0,25 m³ bis 1,0 m³ Luft und 0,2 bis 0,5 1 Wasser zugeführt. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Gemischstrahl 6 mit einer Strömungsgeschwindigkeit, die um etwa einen Faktor zehn größer ist als die Schnittgeschwindigkeit, aus der Bedü-

sungsmittelaustrittsdüse 5 austritt. Der Strahlwinkel a liegt im Bereich zwischen 40 und 70°, im Ausführungsbeispiel ziemlich genau bei 50°, gemessen gegen den Radius r zum Umlaufkreis des einzelnen Schneidmeißels 3.

Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung werden die Druckluft und das Wasser zumindest im Bereich der Bedüsungsmittelaustrittsdüse 5 gemeinsam in dem Bedüsungsmittelzuführungskanal 4 geführt. In der F i g. 2 erkennt man eine Abreißkante 9. Dadurch wird erreicht, daß das Wasser im Bedüsungsmittelzuführungskanal 4, unmittelbar vor der Bedüsungsmittelaustrittsöffnung 10, in Tropfen zerlegt wird, die nicht zu groß sind. Im Ergebnis wird mit Wassertropfen im Gemischstrahl 6 gearbeitet, deren Masse groß genug ist, um, unabhängig von der Ausbrei- tung des Luftanteils des Gemischstrahls 6 vor der Schneidrille 8 durch Trägheitskräfte auf die Oberfläche der Schneidrille 8 zu gelangen.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verminderung der Zündung von Grubengas beim Arbeiten einer Teilschnitt-Strekkenvortriebsmaschine, die einen aufundnieder sowie um eine vertikale Achse schwenkbaren Schneidarm und zumindest einen rotierenden Schneidkopf aufweist, der mit zumindest 30 Schneidmeißeln besetzt ist, die sich am größten Umfang mit einer Schnittgeschwindigkeit von 2 bis 3 m/sek bewegen und in der Ortsbrust beim Hereingewinnen des Gesteins Schneidrillen erzeugen, welchen einzelnen Schneidmeißeln Bedüsungsmittelzuführungskanäle und Bedüsungsmittelaustrittsdüsen zugeordnet sind, wobei als Bedüsungsmittel Druckluft und Wasser verwendet werden und in die einzelnen Schneidrillen ein Luft/Wasser-Gemisch als Gemischstrahl eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß pro Schneidmeißel und pro Minute 0,25 m³ bis 1,0 m³ Luft und 0,2 bis 0,51 Wasser als Gemischstrahl in die zugeordnete Schneidrille eingeführt werden, und zwar mit einer Strömungsgeschwindigkeit, die um etwa einen Faktor zehn größer ist als die angegebene Schnittgeschwindigkeit, und daß der Gemischstrahl mit einem Strahlwinkel von 40 bis 70° gegen einen Radius zum Umlaufkreis des einzelnen Schneidmeißels vom Befestigungsfuß der einzelnen Schneidmeißel aus in den Winkel zwischen Schneidmeißelspitze und Schneidrille eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß pro Schneidmeißel und pro Minute etwa 0,4 m³ Luft und etwa 0,31 Wasser zugeführt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gemischstrahl mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 25 bis 35 m/ sek, vorzugsweise von etwa 30 m/sek, in die Schneidrille eingeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gemischstrahl mit einem Strahlwinkel von etwa 50° gegen einen Radius zum Umlaufkreis in die Schneidrille eingeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit Wassertropfen im Gemischstrahl gearbeitet wird, deren Masse groß genug ist, um, unabhängig von der Ausbreitung des Luftanteils des Gemischstrahls vor der Schneidrille, durch Trägheitskräfte auf die Oberfläche der Schneidrille zu gelangen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gemischstrahl mit einem Durchmesser von etwa 5 mm aus der Bedüsungsmittelaustrittsdüse herausgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gemischstrahl aus einer Druckluftleitung entnommen wird, die gegenüber der Atmosphäre einen Überdruck von 1 bis 2 bar aufweist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft und das Wasser zumindest im Bereich der Bedüsungsmittelaustrittsdüsen gemeinsam in dem Bedüsungsmittelzuführungskanal geführt werden und das Wasser an Abreißkanten im Bedüsungsmittelzuführungskanal, vor der Bedüsungsmittelaustrittsöffnung, in Tropfen zerlegt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasser ein Benetzungsmittel beigegeben wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Luft ein Inertgas beigemischt wird.