DE1184311B - Verfahren zur elastischen und/oder plastischen Verfestigung von Kohlen und Nebengesteinen - Google Patents

Description

• Verfahren zur elastischen und/oder plastischen Verfestigung von Kohlen und Nebengesteinen Unter Taae treten durch das Auffahren von Gesteinsstrecken und den Abbau der Kohle erhebliche Veränderungen der Druckverhältnisse im Grubengebäude auf, die zu entsprechenden Gebirgsbewegungen führen. In diese Bewegungen werden auch stehengebliebene Teile der Kohleflöze miteinbezogen, die beim mechanisierten Abbau der Kohle nach dem Pfeiler- und Kammerbau in Form von Kohlerippen oder Kohlebeinen tragende Funktionen im Grubengebäude ausüben sollen.
• Bei wachsendem Gebirgsdruck werden die stehengebliebenen Gebirgs- und Flözteile allmählich in ihrem Gefüge aufgelockert, so daß sie die ihnen zugedachte tragende Funktion nicht mehr ausüben können. Der eingebrachte Ausbau wird deshalb immer stärker belastet, bis neben der Verformung des Ausbaues unter Umständen sogar ein Zubruchgehen dieses Teils des Grubengebäudes eintritt.
• Nach einem noch nicht zum Stand der Technik gehörenden Vorschlag werden zwar zur Verfestigung, Konservierung und Selbstentzündungshemmung von Kohle härtbare Kunstharze in die anstehende Kohle eingepreßt, um eine Verringerung der inneren Oberfläche der Kohle unter innerer und äußerer Abdichtung ihres Poren- und Schlechtenvolumens herbeizuführen. Nach diesem Vorschlag wird das härtbare Kunstharz nur in das Kohlematerial, nicht aber in das Gestein eingepreßt.
• Es ist weiterhin bekannt, das anstehende Gesteins-und/oder Kohlematerial durch Einpressen eines Gemisches aus härtbaren Kunststoffen und einem Härter zu befestigen. Der sehr hohe Festigkeitsgrad, der hierbei erreicht wird, ist aber in vielen Fällen unerwünscht. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die unter Tage eine tragende Funktion ausübenden Gebirgs- und/oder Flözteile verfestigt werden sollen. Hier hat es sich nämlich überraschenderweise als besonders wertvoll erwiesen, wenn durch das Einpressen des Kunstharzmörtels keine starre Verfestigung eintritt, sondern wenn neben erhöhter Festigkeit ein gewisser hoher Grad an Elastizität und/oder Plastizität der verfestigten Gebirgs- oder Kohlenteile erzielt wird. Solche verfestigten Gebirgs- und Flözteile halten nämlich auch einem wachsenden Gebirgsdruck ohne Zerstörung ihres Gefüges stand.
• Erfindungsgemäß wird die elastische und/oder plastische Verfestigung dadurch erreicht, daß man in das anstehende Gesteins- und/oder Kohlematerial ein Gemisch aus härtbaren Kunstharzen und einem Härter einpreßt, dem bituminöse Stoffe, Weichmacher oder öle, wie Steinkohlenteer, Steinkohlenteerpech, Erdölbitumen, Schweröle, Stearinpech, Sulfatpech, Säureschlamm, Tallöl, Rizinusöl oder Gemische dieser Stoffe zugesetzt sind.
• Es ist zwar bekannt, bei bituminösen Schichtstoffen durch Zusatz eines Gemisches aus Epoxydharz und Härter eine bessere Festigkeit zu erhalten. Dieses bekannte Verfahren legt aber keinesfalls dem Bergmann nahe, in umgekehrter Weise durch Zumischen biturninöser Stoffe zu dem bekannten Kunstharzmörtel hinsichtlich der Verfes#gung überraschend gute Eigenschaften der damit verpreßten Gesteins- und/oder Flözteile zu erreichen.
• Es ist ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß durch den zugesetzten plastifizierenden und/oder elastifizierenden Stoff die Haftfähigkeit des Kunstharzes erhöht wird. Außerdem erzielt man je nach der Natur des beigemischten Stoffes, z. B. eines bituminösen Stoffes, eines Weichmachers oder eines öles, einen mehr plastifizierenden oder mehr elastifizierenden Effekt durch die Beimischung. Dies rührt vom Grad der Reaktivität bei-# spielsweise des bituminösen Stoffes her. Bekanntlich enthalten bituminöse Stoffe Verbindungen mit mehr oder weniger reaktionsfähigen Gruppen, wie unter anderem alkoholische und phenolische Hydroxyl-, Carbonyl- oder Carboxylgruppen. Je nach dem Maß, wie die bitutninösen Stoffe als reiner Füllstoff in das Kunstharz eingebaut werden, wird nur ein mehr oder weniger großer plastifizierender Effekt erzielt.
• Tritt aber auf Grund der reaktionsfähigen Gruppen eine gewisse Orientierung der bituminösen Stoffe im Molekülverband des Kunstharzes ein, so wird ein mehr oder weniger großer elastifizierender Effekt in der eingepreßten Harzmasse nach dem Aushärten erreicht. Beide Effekte können selbstverständlich auch gleichzeitig auftreten, wobei der eine oder der andere überwiegen kann. Gleiches gilt auch für die erfindungsgemäß verwendbaren Weichmacher und öle.
• Als plastifizierende und/oder elastifizierende Zusatzstoffe sind beispielsweise geeignet Steinkohlenteer, Steinkohlenteerpech, Erdölbitumen, Schweröle, Stearinpech, Sulfatpech, Säureschlanim, Tallöl oder Weichmacher. Diese Aufzählung nennt nur eine Auswahl brauchbarer Stoffe. Sie ist keineswegs vollständig.
• Als Kunstharze wählt man zweckmäßigerweise rasch härtende, niedrig viskose Harze mit hoher Klebkraft, wie z. B. Phenolharze, Aminoplaste, Polyurethane, Epoxy- oder Polyesterharze. Als Härter sind je nach Harzkomponente z. B. Säuren, Polyalkohole, Polyamide oder Radikalbildner geeignet.
• Durch das erfindungsgemäße Einpressen des mit plastifizierenden und/oder elastifizierenden Stoffen und einem Härter vermischten Kunstharzes wird mit einem geringen Aufwand an Kunstharz und Zusatzstoffen die Festigkeit des anstehenden Gesteins und/ oder der Kohle rasch auf die Festigkeit eines völlig intakten Gefüges erhöht. Im allgemeinen genügt hierfür ein Harzaufwand von etwa 1 bis 3 Oh, dem auf das Harz bezogen etwa 3 bis 90 %, vorzugsweise etwa 10 bis 75 0/0 plastifizierende undloder elastifizierende Stoffe zugesetzt sind, Bei einem höheren Harzaufwand läßt sich die Festigkeit sogar noch über die Eigenfestigkeit des Gesteins oder der Kohle steigern. Im allgemeinen wird man sich jedoch mit dem Erreichen der Eigenfestigkeit des intakten Gefüges begnü-Cren. In manchen Fällen ist es empfehlenswert, auch C den Härter z. B. mit einem bituminösen Stoff oder einem öl zu vermischen, da er sich dann leichter mit der Har7komponente mischt.
• Neben der Verfestigung des Gesteins und der Kohle durch Einpressen des Harzes wird Hand in Hand ein Ausfüllen der Porenräume einhergehen. Hierdurch werden schleichende Wetterströme unterbunden und die Selbstentzündung der Kohle herabgesetzt. Auch hierbei ist es in vielen Hällen vorteilhaft, dem einzupressenden Harz oder Harzgemisch einen oder mehrere plastifizierende und/oder elastifizierende Stoffe beizumischen. Durch die sich bildende elastische bzw. plastische Masse werden die Poren auch bei Gebirgsbewegungen immer vollständig gefüllt bleiben, während sich bei einem unelastischen, spröden Harz bei Gebirgsbewegungen neue Hohlräume bilden können.
• Diese Nebenwirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann durch Zusatz von feuerhemmenden Komponenten, wie z. B. Chlorparaffine und Phosphorsäureester, noch wesentlich gesteigert werden. Durch einen solchen Zusatz wird nicht nur die Harzmischung schwer entflammbar gemacht, sondern auch das Kohlematerial selbst gegen Entzündung weit-,gehend inhibiert. Ein weiterer Vorteil ist die Verminderung der Entzündungsgefahr, die beim Einpressen unverschnittener Harze in größere Hohlräume als Folge der Wärmestauung durch die Härtungsreaktion besteht. Den gleichen Effekt kann man auch erreichen, indem man ein nicht oder schwer entflammbares, härtbares Harz, z. B. vom Typ der Polyester, benutzt, bei dessen Aufbau hochchlorierte Carbonsäuren, wie z. B. Tetrachlorphthalsäure, verwendet wurden.
• Ist der zu verfestigende Teil des Gebirges oder Flözes stark gebräch, ist es weiterhin vorteilhaft, der Harzmischung zusätzlich anorganische Füllstoffe, wie z. B. Sand, Kies, Quarzmehl, Kaolin, beizumischen, weil hierdurch die Standfestigkeit erhöht wird.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, unter Tage den tragenden Gebirgs- und/oder Kohleteilen in Abbau- und Flözstrecken und -streben eine hohe Festigkeit zu verleihen, die wegen der elastischen und/oder plastischen Eigenschaften des die Hohlräume ausfüllenden Materials auch bei steigenden Gebirgs- oder Abbaudrücken standhält. Damit ist das Grubengebäude in die Lage versetzt, mit hoher Sicherheit tragende Funktionen zu übernehmen und den Ausbau weitgehend zu entlasten. Gleichzeitig wird die Gefahr einer Selbstentzündung der anstehenden Kohle praktisch ausgeschaltet. Beispiel 1 In das hangende Gestein einer Vortriebsstrecke werden 2,50m lange Bohrlöcher gebohrt. In die Bohrlöcher werden Stoßtränkrohre eingebracht und gegen den Bohrlochmund hin abgedichtet. Aus zwei getrennten Behältern werden die Komponente A (30 Gewichtsteile Epoxyharz, 10 Gewichtsteile Anthracenöl und 20 Gewichtsteile Weichpech) und B (25 Gewichtsteile Polyamidhärter und 10 Gewichtsteile Teeröl) über getrennte Zuleitungen von einem aus zwei Pumpen bestehenden preßluftbetriebenen Pumpaggregat angesaugt und druckseitig über zwei getrennte Zuleitungen einer preßluftbetriebenen Mischkammer zugeführt, in der die beiden Kompam-. nenten vollständig vermischt werden. Durch einen Hochdruckschlauch und das Stoßtränkrehr wird das nun katalysierte Gemisch, das auf eine Topfzeit von 4 Stunden bei 25' C eingestellt ist, unter Druck in das Gebirge injiziert. Nach einem anfänglichen Druckanstieg beim Injizieren bis auf maximal 250 atü (der im wesentlichen von der Schichten- und Porenstruktur des Gebirges abhängig ist), wird bei einem konstanten Druck von etwa 15 bis 50 atti so lange weitergepreßt, bis durch erneuten Druckanstieg oder durch Austritt der Harzmischung aus benachbarten Bohrlöchern die vollständige Ausfüllung des Poren- und Schlechtenvolumens durch die injizierte Kunstharzmischung angezeigt wird.
• Nach 36 Stunden Wartezeit werden aus dem verfestigten Gestein stückige Proben entnommen und ihre Druckfestigkeit bestimmt. Ein würfelförmiges Stück nahm dann ohne zu brechen bei einer elastischen Verformung von 1,3 % einen Druck von 245 kg/cm2 auf. Die vorher bestimmte Druckfestigkeit des unverfestigten Gesteins betrug 65 kg/cmt'.
• Beispiel 2 Ein 1,60m mächtiges Kohlenflöz wurde im Be- reich des Schachtpfeilers mit der im Beispiel 1 ausführlich beschriebenen Injiziermethode erschöpfend rait einem Phenolharzgemisch verpreßt. Hierbei wurde aus dem Behälter A ein Gemisch aus 35 Gewichtsteilen flüssiges Phenol-Resolhar7, 15 Gewichtsteilen Stearinpech und aus dem Behälter B ein Gemisch von 3 Gewichtsteilen Säureharz und 10 Gewichtsteilen, Anthracenöl über Mischkammer und Tränkrohr in das Flöz eingepreßt.
• Nach einer Härtungszeit von 24 Stunden wurden aus dem Flöz Proben entnommen, an denen die Druckaufnalune bestimmt wurde. Diese betrug beün Bruch 62 kg/cm2 bei einer Stauchung von 3 %. Bei der unverfestigten Kohle lag die Druckfestigkeit bei 17,3 kg/cm2. Eine Stauchung konnte nicht festgestellt werden.

Claims (2)

1. Patentanspräche: 1. Verfahren zur elastischen und/oder plastischen Verfestigung von unter Tage in Strecken und Streben anstehendem Gesteins- und Kohlematerial unter gleichzeitiger Konservierung und Selbstentzündungshemmung des Kohlematerials durch Einpressen eines Kunstharzmörtels, da - durch gekennzeichnet, daß man in das anstehende Gesteins- und/oder Kohlematerial ein Gemisch aus härtbaren Kunstharzen und einem Härter einpreßt, dem bituminöse Stoffe, Weichmacher oder öle, wie Steinkohlenteer, Steinkohlenteerpech, Erdölbitumen, Schweröle, Stearinpech, Sulfatpech, Säureschlamm, Tallöl oder Gemische dieser Stoffe, zugesetzt sind.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als härtbare Harze Phenolharze, Aminoplaste, Polyarethane, Epoxy-oder Polyesterharze verwendet. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1188 506; »Glückauf«, 1958, S. 1036 bis 1039; 1962, S. 275 bis 280; »Bergfreiheit«, 1960, S. 380.