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Vollautomatischer Strebwanderausbau mit Stützelementen aus elastischen,
gas- oder flüssigkeitsgefüllten, kissenartigen Gummi- oder Kunststoffkörpern Die
Erfindung betrifft einen vollautomatischen Strebwanderausbau mit Stützelementen
aus elastischen, gas- oder flüssigkeitsgefüllten, kissenartigen Gummi- oder Kunststoffkörpern
zur großflächigen Aufnahme des Gebirgsdruckes.
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Beim Flözabbau wird der Abbauraum durch einzelne Stempel (z. B. starre
Holzstempel, nachgiebige Stahl- oder Leichtmetallstempel) zwischen Firste und Sohle
des Lichtprofils abgestützt, wobei das Nachbrechen des Hangenden durch Kappen (aus
Holz, Stahl oder Leichtmetall, ohne oder mit Verzug) verhindert wird, die in Reihen
ohne Verbund oder in gelenkiger Verbindung miteinander angeordnet sind. In neuerer
Zeit erfolgt diese Abstützung auch durch Ausbaugespanne, die aus mehreren Stempeln,
Sohlenkappen und Firstkappen bestehen und einzeln oder in Verbindung mit einem benachbarten
Ausbaugespann hydraulisch oder pneumatisch dem Abbaustoß folgend schrittweise gerückt
werden. Diese Ausbauverfahren durch Stempel und Kappen weisen unter anderem folgende
Nachteile auf: a) In Hangendem und Liegendem bilden sich an den Aufliegeflächen
von Stempeln und Kappen Druckkonzentrationen, dazwischen entspannte Zonen, die aufblättern.
Das Hangende wird entsprechend der Stempelreihendistanz und entsprechend den Schritten
beim Vorrücken durchgewalkt. Die Stempel und Kappen stanzen sich in das Nebengestein
ein, besitzen ungleichmäßige Tragkraft und werden oft schlecht oder zu spät gesetzt.
Dadurch werden das Hangende und Liegende zerstört. Beim Vordringen des Flözabbaues
in größere Teufen werden diese Verhältnisse immer schwieriger.
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b) Der übliche streichende Stempelausbau wird in Schritten von jeweils
einer Kappenlänge gesetzt, die aus wirtschaftlichen Gründen selten kürzer als 1
m ist. Das Arbeitsfeld im mechanischen Gewinnungsbetrieb mit Spanbreiten, die geringer
als eine Kappenlänge sind (z. B. Hobelbetriebe), bleibt bis zur Breite einer Kappenlänge
umverbaut. Bei Handbetrieb kann im Arbeitsfeld nur provisorischer Ausbau gestellt
werden. Dadurch entstehen bereits im Verhiebfeld am Flözstoß Absenkungen und Setzrisse,
die den Zusammenhang und die Festigkeit des Hangenden zerstören können.
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c) Ein Stempel kann seinen Standort unter Last nicht verändern. Deshalb
müssen bei den bekannten mechanischen Ausbauverfahren die Stempel erst entlastet,
dann vorgezogen und schließlich wieder belastet werden. Hierdurch kann das Hangende
ebenfalls weitgehend gestört werden.
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d) Setzen und Rauben des Stempelausbaues erfordert qualifizierte Handarbeit
mit hohen Kosten. e) Die vollmechanische Gewinnung scheitert bei schlechtem Hangenden
daran, daß der Ausbau nicht rechtzeitig nachgebracht oder der erforderliche stempelfreie
Flözstoß nicht erzielt werden kann.
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Durch die erfindungsgemäße Behebung dieser Nachteile wird das Hangende
durch gleichmäßige Stützung über großen Flächen gepflegt. Ein gepflegtes Hangendes
kann mit erheblich geringeren Kräften gestützt werden als ein schlechtes Hangendes,
weil seine natürliche Festigkeit erhalten bleibt.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, einen Ausbau für den Flözabbau
zu schaffen, der unter voller Last, in kleinen Schritten dem Abbaustoß folgend,
mechanisch vorwärts bewegt werden kann und der deshalb das Hangende vor Zerstörung
schont.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Stützelemente als Wälzkörper
in sich abwälzbar ausgebildet und mittels zugeordneter gegenläufiger Walzen zwischen
Liegendem und Hangendem unter voller Belastung vorwärts bewegbar sind.
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Diese kissenartigen Wälzkörper sind um ihre normal zur Richtung der
Vorwärtsbewegung liegende Längsachse in sich abwälzbar. Sie sind auf oder unter
parallelen Walzen bzw. Rollenbahnen liegend angeordnet,
die aus
in Trägern verlagerten Rollen bestehen oder auch zweite kissenartige Wälzkörper
sein können. Rollenbahnen bzw. zweite Wälzkörper sind gleichfalls als Stützelemente
ausgebildet.
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Die Wälzkörper mit den zugeordneten Walzen (Rollenbahnen bzw. zweite
Wälzkörper) sind im Lichtprofil des Abbauraumes zwischen Liegendem und Hangendem
eingefügt. Der Durchmesser der unbelasteten, gefüllten Wälzkörper ist größer als
die ihnen zugeordnete Lichthöhe, so daß sie im Arbeitszustand auf den Rollenbahnen
bzw. als Wälzkörperpaare auf der Sohle und an der Firste in breiter Fläche aufliegen.
Die Wälzkörper bestehen z. B. aus elastischem, undurchlässigem, druck- und verschleißfestem
Gummi und sind mit Luft unter Druck gefüllt. Die Gebirgslast des Hangenden wird
dann von den Stützelementen, nämlich den Wälzkörpern mit Rollenbahnen bzw. den Wälzkörperpaaren,
elastisch und über große Flächen wirkend auf das Liegende übertragen, wobei für
die Größe der Ausbaustützkraft die tragende Fläche und der Druck der Füllung maßgebend
sind.
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In einem Strebbau liegen die Stützelemente, mit ihrer Längsachse parallel
zum Abbaustoß, längs der Strebfront angeordnet und stützen das Hangende auf der
Versatzseite des Arbeits- und Fördererfeldes.
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Die Vorwärtsbewegung der Stützelemente in Richtung des Flözverhiebes
erfolgt in der Weise, daß die Wälzkörper auf oder unter den ihnen zugeordneten Rollenbahnen
bzw. die aufeinanderliegenden Wälzkörper eines Paares, zwischen Liegendem und Hangender
eingepreßt, um die Längsachsen zum Flözstoß hin vorgerollt werden. Hierbei besitzen
sie festen Reibungsschluß mit Firste, Sohle und miteinander und rollen gegenläufig
aufeinander ab. Es kann dabei kein Gleiten oder Zerren eintreten, weil die gleitende
Reibung ein Vielfaches der Summe von rollender Reibung und Walkwiderstand ist. Dadurch
wird erreicht, daß die als Stützmauer 'wirkenden Stützelemente unter der vollen
Last des Gebirgsdruckes zwischen Firste und Sohle wälzend vorwärtsbeweglich sind.
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Das Rollen der Stützelemente wird durch eine geeignete Schub- oder
Zugvorrichtung bewirkt, durch welche der Wälzkörper und das ihm zugeordnete zweite,
gegenläufige Stützelement zum Abbaustoß hin geschoben oder gezogen wird. Die Schub-
oder Zugvorrichtung wird zweckmäßig mit dem Förderer gelenkig verbunden, so daß
sich Ausbau und Förderer gleichzeitig und um denselben Weg zum Flözstoß bewegen.
Die Abwälzung des Wälzkörpers kann schiebend durch die ihn auf der Rückseite teilweise
umfassende gegenläufige Rollenbahn oder eine besondere schiebende Rollenbahn erfolgen,
die am Förderer befestigt sind. Sie kann aber auch ziehend durch Zugbänder, die
um den Wälzkörper und eine am Förderer angelenkte lose Rolle gelegt sind, bewirkt
werden.
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Fördermittel und Ausbau werden unmittelbar nach jedem Durchgang der
Gewinnungsmaschine (bei Hobelbetrieb also in ganz kurzen Abständen von etwa ? 0
cm) in einer flachen S-Linie zum Stoß gerückt. Es ist aber auch möglich, Förderer
und Ausbau nach Abschluß einer Maschinenfahrt frontal, über die ganze Streblänge,
vorzurücken. Als Vordrückvorrichtungen können bekannte pneumatisch oder hydraulisch
betätigte Kolbenmaschinen (Rückzylinder) oder elektrische Maschinen verwendet werden.
Die Schub- oder Zugvorrichtungen können auf die unteren oder beide Wälzkörper eines
Wälzkörperpaares wirken.
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Es können eine oder mehr Reihen von Stützelementen nebeneinander verwendet
werden.
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Die Wälzkörper werden durch Druckschläuche von zentralen Pumpstationen
unter gleichem Druck gehalten und über Rohrbruchventile an die Zentralleitung angeschlossen.
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Bei Betätigung der Vordrückvorrichtungen des Förderers, an den der
Ausbau angelenkt ist, von einer zentralen Stelle (z. B. Kopf- oder Ladestrecke)
aus ist es möglich, mit dem erfindungsgemäßen Ausbau in Verbindung mit einer vollmechanischen
Gewinnungsmaschine und einem mechanischen Fördermittel einen sogenannten »mannlosen«
vollautomatischen Strebbetrieb, umfassend Gewinnung, Förderung und Ausbau, zu verwirklichen
und wirtschaftlich zu betreiben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt vor den bekannten Ausbauverfahren
folgende Vorteile: a) Sowohl Hangendes wie Liegendes werden nicht punktweise (wie
durch Stempel) oder linienweise (wie durch Kappen), sondern über große Flächen,
also mit kleinen spezifischen Flächendrücken belastet. Dadurch entfallen Ausbauschwierigkeiten
bei stanzbarem Nebengestein und bei schlechtem Gebirge (in großen Teufen).
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b) Die Druckwirkungen auf das Gestein sind völlig gleichmäßig.
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c) Die Vorwärtsbewegung des Ausbaues erfolgt in kurzen Schritten entsprechend
dem Nachrucken des Förderers hinter der stetig um Spanbreite vorrückenden Gewinnungsmaschine.
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d) Die nicht unterstützte Breite des Abbauraumes bleibt beim Verhieb
immer konstant und beträgt ein bauliches Minimum, d. h. Optimum.
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e) Der Ausbau trägt während der Vorwärtsbewegung die gleichmäßig bleibende
volle Last.
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f) Die Pflege des Hangenden ist optimal, die natürliche Gesteinsfestigkeit
bleibt im Bereich des Abbauraumes weitgehend erhalten.
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g) Das gefahrvolle Rauben von Stempeln und Kappen des Ausbaues entfällt.
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h) Die Unfallgefahr beim Abbau ist ganz wesentlich gemindert, weil
Zusammenhang und Festigkeit des Gebirges erhalten bleibt. Die allgemeine Unfallgefahr
ist erheblich verringert, weil die Abbaubelegschaft sich auf wenige Bedienungs-und
Kontrollpersonen beschränkt.
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i) Die Vorwärtsbewegung des Ausbaues erfolgt vollautomatisch und wird
von einer zentralen Stelle aus gesteuert. Dadurch entfallen die menschlichen Arbeitskräfte
für Setzen und Rauben des Ausbaues, was beim derzeitigen Mangel qualifizierter Bergleute
bedeutsam ist, und die Kosten hierfür.
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k) Das zeit- und mannschaftsaufwendige Einbringen des Stempelausbaues
beim Flözverhieb hemmt den Fortschritt der mechanischen Gewinnung. Beim erfindungsgemäßen
Verfahren folgt der Ausbau vollautomatisch und unmittelbar der Gewinnung. Die Verhiebsleistung
kann hier deshalb sehr erheblich gesteigert werden.
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In der Zeichnung sind fünf verschiedene Ausführungsbeispiele zur Ausübung
des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch gezeigt.
Abb. 1., 2,
3, 4 und 5 stellen Querschnitte normal zum Flözstoß bzw. zur Abbaufront, Abb. 6
den Grundriß zu Abb. 2 dar.
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Es bedeutet 1 den Flözstoß, 2 die Firste, 3 die Sohle und 4 den Förderer.
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Abb.1 zeigt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der
Ausführung mit einem elastischen Wälzkörper 5, der auf der Firste 2 abrollt und
auf einer Rollenbahn 6 gelagert ist, die auf der Sohle 3 vom Förderer 4 gezogen
wird, wobei der Wälzkörper von den ihn auf der Versatzseite käfigartig umfassenden
Rollen schiebend vorgerollt wird.
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Abb.2 und 6 zeigen die Ausführung mit einem elastischen Wälzkörper
5, der auf der Sohle 3 abrollt. Zwischen ihm und der Firste 2 ist die Rollenbahn
6 angeordnet. Abb. 6 stellt den Grundriß dar, wobei das untere Ende des Wälzkörpers
5", der Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Wälzkörpern mit der Vordrückvorrichtung
14 und der obere Teil des Wälzkörpers 5 skizziert wurden. Abb. 2 stellt den Schnitt
a-b normal zur Strebfront dar. Die Rollenbahn 6 wird durch im Zwischenraum beiderseits
der Wälzkörper angeordnete Zugstangen 10 und 10" vom Förderer 4 vorwärts gezogen.
Die Rollenbahn 6 ist zur Sicherung des Fördererfeldes durch eine gelenkig mit ihr
verbundene zweite Rollenbahn 12 verlängert, die durch mit dem Förderer
4 festverbundene, steuerbare, z. B. hydraulische Stempel 13 gestützt wird.
Die Rollen der Rollenbahnen sind im Grundriß nicht dargestellt.
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Abb. 3 zeigt eine Ausführung, die eine Kombination der Ausführungen
nach Abb.1 und 2 mit zwei hintereinanderliegenden Wälzkörpern 5 betrifft, zwischen
denen eine Rollenbahn 11 eingelagert ist.
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Abb.4 veranschaulicht die Ausführung, bei der dem Wälzkörper 5 als
gegenläufige Walze ein zweiter Wälzkörper 5' zugeordnet ist, so daß ein Wälzkörperpaar
entsteht. Der hier z. B. untere Wälzkörper 5 ist zwecks ziehender Vorwärtsbewegung
des Wälzkörperpaares vom Zugband 7 umwickelt, das über die am Förderer 4 befestigte
Rolle 8 umläuft. Beim Nachrücken des Förderers rollt das Band 7 auf der Sohle 3
ab und zieht durch Reibungsschluß die beiden Wälzkörper 5, 5' vorwärts.
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Abb.5 stellt eine Ausführung dar, bei der zwei solche Wälzkörperpaare
nebeneinanderliegen. Sie werden vom Förderer 4 mittels der Zugstangen 10 und der
Rollenbahn 9 vorwärts geschoben, wobei eine Reibung der Wälzkörperpaare aneinander
durch eine zweite, gegenläufige Rollenbahn 11 verhindert wird.
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Eine unzeitige, d. h. unerwünschte Vorwärtsbewegung der Wälzkörper
kann durch auf der Seite des Flözstoßes angeordnete sperrende Rollen (z. B. in Abb.
1 Rolle 60, in Abb. 2 Rolle 62) verhindert werden.
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Es kann in bestimmten Gebirgs- und Abbauverhältnissen zweckmäßig sein,
diese aufgezeigten Ausführungsbeispiele hinsichtlich Wahl von Rollenbahnen oder
zweiten Wälzkörpern als gegenläufige Walzen, hinsichtlich Lage der Rollenbahnen,
hinsichtlich Vorwärtsbewegung durch schiebende Rollen oder ziehende Zugbänder, hinsichtlich
Länge der Wälzkörper, hinsichtlich Anordnung mehrerer Stützelemente nebeneinander
usw. zu kombinieren.
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Über die praktische Durchführbarkeit des Erfindungsgedankens wird
folgende Erwägung angeschlossen: Betrachtet sei ein Strebbau in einem 1,25 m mächtigen
Kohlenflöz unter normalen Gebirgsverhältnissen, mit Hobelbetrieb. Beim üblichen
T-förmigen Strebausbau durch Stahlstempel mit Reibungsschluß beträgt die Ausbaulast
durch den Gebirgsdruck etwa 6 t/m= in der ersten, 19 t/m2 in der zweiten und 29
t/m2 Hangendfläche in der dritten Stempelreihe vom Flözstoß bei Beginn der Auskohlung
des neuen Feldes. Mit fortschreitender Kohlung des Feldes steigern sich diese Lasten
auf etwa 19 bzw. 32 bzw. 42 t/m2 Hangendfläche bis zum Ende der Auskohlung, vor
Stellen der neuen Stempelreihe. Hierbei betragen die Stanzdrücke der Kappen aufs
Hangende bis 40 kg7cm2 und der Stempel aufs Liegende bis 400 kg/cm2. Die belastete
Liegendfläche macht nur etwa 10/0 der unterstützten Hangendfläche aus.
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Beim erfindungsgemäßen Ausbau, der im Schritt des Hobelverhiebes,
gleichzeitig mit dem Förderer, in konstantem Abstand zum Flözstoß vorrückt, wird
die Gebirgslast des ersten (Förderer-) Feldes von steuerbaren (z. B. hydraulischen)
Stempeln (die zugleich dem wechselnden Vorrücken des Förderers mit Ausbau und Nachziehen
der Vordrückvorrichtungen dienen) und die Gebirgslast des zweiten und dritten Feldes
vom Wälzkörperausbau gestützt. Letztere beträgt 24 t/m2 = 2,4 kg/cm2 Hangendfläche.
Die tragende Fläche der Wälzkörper macht (je nach Ausführung) etwa 64'% der unterstützten
Hangendfläche aus, so daß der spezifische Flächendruck der Wälzkörper auf Hangendes
und Liegendes etwa 3,75 kg/cm2 beträgt. Der Fülldruck der Wälzkörper ist 3,75 atü.
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Der Vergleich der Kennzahlen beider Ausbauverfahren nach diesem Beispiel
zeigt überzeugend, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren die spezifischen Flächendrücke
auf das Nebengestein im Verhältnis 1 : 10 bzw. 1 : 100 geringer sind.
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Hierdurch und durch den Entfall jedes Spannungswechsels im Nebengestein
infolge Vorwärtsbewegung des Wälzkörperausbaues unter voller Belastung, gleichmäßig
und in konstantem Abstand vom Flözstoß, wird der natürliche Zusammenhang bzw. die
Tragfähigkeit des Gesteins so weitgehend erhalten werden, daß aus dieser Ursache
die Größe der im Strebraum abzustützenden Kräfte wesentlich geringer sein wird als
beim Stempelausbau.
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Es ist technisch durchführbar, gas- oder flüssigkeitsgefüllte elastische
Wälzkörper aus geeigneten Stoffen herzustellen, die unter einer aufliegenden Last
sich verformend rollen können, genügend verschleißfest sind und den zu übertragenden
Stützkräften entsprechende Drücke aushalten.