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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auffahren von Räumen des
Untertagebetriebes, insbesondere des Steinkohlenbergbaus, z.B. der für den hydromechanischen
Talsohlenbruchbau benötigten wörter, wobei wenigstens ein Teil des Ausbruches hydromechanisch
hereingewonnen und vorzugsweise hydraulisch abgefördert wird, in dem abschlagsweise
zunächst ein Einbruch durch den hydromechanischen Angriff mindestens eines aus ender
Düse austretenden Wasserstrahles hergestellt und durch Erweitern des Einbruches
der Rest des Ausbruches hereingewonnen wird, worauf die Düse nachgeführt und ein
weiterer Abschlag hereingewonnen wird.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des
beschriebenen Verfahrens.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf das Auffahren von Flözstrecken,
die für das eingangs erwähn-te hydromechanische Abbauverfahren benötigt werden,u.a.
weil diese Strecken mit einem bestimmten Anstiegswinkel aufgefahren werden, der
für die hydraulische Abförderung des Haufwerkes in offenen Rinnen Voraussetzung
ist. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise auf die Hereingewinnung des
Kohlenanteiles am Streckenquerschnitt und auf ein Bergemittel beschränkt, das ähnliche
Gewinnungseigenschaften wie der Kohleanteil aufweist.
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Deswegen kann das erfindungsgemäße Verfahren auch auf die Hereingewinnung
des gesamten Ausbruches angewandt werden, wenn das anstehende Gebirge die für die
hydromechanische Hereingewinnung erforderlichen Eigenschaften besitzt.
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Im einzelnen hängt die Beurteilung bislang- von der wirksamen Reichweite
des aus der Düse austretenden Wasserstrahles ab, der mit zunehmender Entfernung
von der Düse stark an Energie verliert.
Es kommt außerdem auf das
Druck-Mengen-Verhältnis und auf die Eigenschaften des hydromechanisch zu bearbeitenden
Minerals an, wobei die Zusammensetzung und die Struktur eine Rolle spielen. Beim
hydromechanischen Abbau rechnet man diesbezüglich mit Pfeilerhöhen, die sich aus
einem örterabstand von 15-18 m ergeben.
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Es ist bereits bekannt, die Abbaustrecken eines hydromechanisch hereinzugewinnenden
Steinkohlenabbaus ihrerseits ganz oder teilweise hydromechanisch auf zufahren und
das Haufwerk hydraulisch abzufördern; bei teilweise hydromechanischer Hereingewinnung
des Ausbruches wendet man für die Hereingewinnung des Restausbruches konventionelle
Verfahren, zoBo die Schießarbeit an (US-PS 40 94 549). Das bekannte Verfahren beginnt
damit, daß man möglichst auf einer leicht gewinnbaren Stelle des Kohlenstoßes, jedoch
mit genügendem Abstand von den Begrenzungen des Streckenquerschnittes einen Hohlraum
mit einem Wasserstrahl ausspritzt, der von einem Wasserwerfer ausgeht Bekannte Wasserwerfer
sind an eine Hochdruckwasserleitung angeschlossen und mit mindestens einem, vorzugsweise
ferngesteuerten beweglichen Strahlrohr versehen, das eine Austrittsdüse aufweist
und auf einer umbaubaren Konsole schwenkbar befestigt ist.
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Die Verschwenkung erfolgt mit einem meist hydraulischen Antrieb und
läßt sich fernsteuern. Durch die beschriebene Arbeitsweise entsteht der eingangs
erwähnte Einbruch, der seinerseits freie Flächen für das Hereingewinnen des Restausbruches
schafft, der in nachfolgenden Arbeitsgängen von außen nach innen in den Einbruch
hydromechanisch gedrückt wird Im allgemeinen geht nach 6-8 m die Energie des Wasserstrahles
so weit zurück, daß der Wasserwerfer vorgebaut werden muß. Je nach den örtlichen
Verhältnissen kann es sich aber auch als
erforderlich erweisen,
den Wasserwerfer häufiger z.B. in 1 bis 2 m Schritten umzubauen. Im einzelnen gilt,
daß der Vortrieb der Stirnseite des Ausbruches wegen der fehlenden Freiflächen mit
geringerer Leistung vor sich geht und daß beim Her eingewinnen des Restausbruchs,
beispielsweise durch Schrämen, die Leistung auf das Mehrfache, z.B. bis auf das
Fünffache ansteigt.
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Da sich der Wasserstrahl mit zunehmender Entfernung von der Düse verbreitert,
hat das vorbekannte Verfahren den Nachteil, daß der Anteil des mit geringer Leistung
auf zufahrenden Einbruches am insgesamt hydromechanisch hereingewinnbaren Streckenquerschnitt
verhältnismäßig groß ist. Die Verbreiterung des Wasserstrahls hat auch zur Folge,
daß man den Streckenquerschnitt nur ungenau hereingewinnen kann. Dadurch kommt es
stellenweise zu unerwünschten Ausbrüchen, aber auch dazu, daß besonders harte Partien
des Ausbruches stehenbleiben. Diese müssen in aufwendiger Nacharbeit beseitigt werden,
bevor die Strecke ausgebaut werden kann. Außerdem führt jede Veränderung in der
Gewinnbarkeit des Ausbruches zu erheblichen Leistungsverminderungen und zu Änderungen
der Strählführung. Besonders unter solchen Umständen kann das Hereinbrechen von
Nebengesteinsschichten und das Auswaschen der Streckensohle nicht verhindert werden,
was eine entsprechende Vermehrung des Bergeanteils in der Förderung führe.
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Deswegen muß die Strahlführung hauptsächlich auf die Vermeidung solcher
Nachteile abgestellt werden und kann sich deswegen nicht auf die Gewinnung eines
fördergerechten Haufwerkes konzentrieren, das andererseits für die störungsfreie
hydraulische Abförderung Bedingung ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das vorbekannte Verfahren
so zu führen, daß große Anteile des Ausbruchquerschnittes
mit verhältnismäßig
hoher Leistung hereingewonnen werden können und daß eine scharfe Begrenzung des
mit den Wasserstrahlen erzeugten Ausbruches ermöglicht wird.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufhabe verfahrensmäßlq dadurch gelöst,
daß bei der flerstellunq des Einbruches (8) die Düse (12, 13) der Vertiefung des
Einbruches entsprechend nachqefUhrt und der Einbruch mit einem das Einführen von
quer zur Bohrlochachse gerichteten Wasserstrahlen (26, 27) ermöglichendem Mindesquerschnitt
aufgefahren wird, mit denen anschließend die Erweiterung des Einbruches (8) vom
Inneren her durch hydromechanischen Eingriff auf die Einbruchsstöße (18, 19) vorgenommen
wird.
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Hierdurch wird zunächst erreicht, daß die Reichweite des Wasserstrahles
von dem Düsenaustritt bis zur Angriffsfläche im wesentlichen konstant gehalten werden
kann, so daß während der Hereingewinnung des Abschlages nennenswerte Energieverluste
niche mehr auftreten und bis zu einem gewissen Grade durch die Nachführung der Düse
die Energie der örtlich unterschiedlichen Gewinnbarkeit des Ausbruches angepaßt
werden kann. Das gestattet einen Einbruch mit wesentlich verkleinertem Querschnitt
und von vergleichsweise großer Tiefe, die nur durch die maximale Nachf ührstrecke
begrenzt ist. Ein solcher z.B. bohrlochartiger Einbruch läßt sich weichen leicht
in besonders /Partien ansetzen und halten. Da man erfindungsgemäß ferner den Einbruch
durch in ihn eingeführte Wasserstrahlen von innen nach außen erweitert, kann man
trotz der verringerten Querschnittsabmessungen des Einbruches genügend freie Flächen
schaffen, um die beim Erweitern des Einbruches höhere Leistung zu erreichen und
auszunutzen.
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Vorzugsweise und gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung schwenkt
man während der Erweiterung des Einbruches die quer zur Einbruchachse gerichteten
Wasserstrahlen und erzielt dadurch einen Schram, den man so einrichten kann, daß
genügend Haufwerk von selbst und in der für die hydraulische Abförderung geeigneten
Körnung hereinbricht.
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Die geringe Flächenausdehnung des Einbruches ermöglicht bei einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das gleichzeitige Auf fahren mehrerer
Einbrüche und gegebenenfalls deren gleichzeitige Erweiterung. Dadurch lassen sich
die Vordrucksgeschwindigkeit entsprechend steigern und die Leistung entsprechend
erhöhen. Man kann diese Technik auch dazu verwenden, Teilquerschnitte hereinzugewinnen,
die man ausbaut, bevor man weitere Teilquerschnitte hereingewinnt.
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Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile des erfindungsgemäßen
Verfahrens sowie eine beispielsweise Ausführungsform der für die Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Vorrichtungen ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung anhand der Figuren in der Zeichnung es zeigen Fig. 1 schematisch und
in Seitenansicht die Herstellung eines Einbruches im Rahmen des erfindungsgemäßen
Verfahrens, Fig. 2 eine Stirnansicht des Streckenortes nach Fig. 1, Fig. 3 in vergrößerter
Darstellung die Wirkung der Wasserstrahlen beim Auffahren des Einbruches, Fig. 4
einen Wasserwerfer gemäß der Erfindung in Seitenansicht,
Fig. 5
eine Draufsicht auf den Gegenstand der Fig. 4, Fig. 6 schematisch die Erweiterung
des Einbruches auf den vollen Streckenquerschnitt, Fig. 7 in vergrößerter Darstellung;
jedoch schematisch die Wirkung der Wasserstrahlen beim Erweitern des Einbruches
und Fig. 8 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem gleichzeitig
mehrere Einbrüche hergestellt und Teilquerschnitte nacheinander hereingewonnen werden.
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Gemäß der Darstellung in den Fig. 1 bis 3 wird in einem Steinkohlenflöz
1 mit einem aus Fig. 2 ersichtlichen Einfallen eine Flözstrecke 2 hergestellt, die
gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Türstöcken 3 ausgebaut ist. Da der
gesamte Streckenquerschnitt im Flöz 1 aufgefahren wird, ist bei dem Ausführungsbeispiel
vorgesehen, den Gesamtausbruch nur mechanisch hereinzugewinnen.
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Zur hydromechanischen Gewinnung dient ein allgemein mit 4 bezeichneter
Wasserwerfer, dessen Einzelheiten weiter unten beschrieben werden. Zur Abförderung
des hereingewonnenen Haufwerkes dient eine am Unterstoß 5 der Strecke 1 auf dem
dort befindlichen Stempel 6 liegende Trapezrinne 7. Die Strecke wird mit etwa 70
Ansteigen aufgefahren, was aus den Figuren wegen des geringen Winkels nicht ersichtlich
ist. Diese geringe Neigung ermöglicht die hydraulische Abförderung.
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Die Hereingewinnung eines durch die Tiefe eines Einbruches 8 bestimmten
Abschlages beginnt mit der Herstellung des Einbruches.
Dazu weist
der Wasserwerfer 4 eine Lanze 9 auf, die V-förmig ist und aus einem oder mehreren
Rohren zusammengeschraubt sein kann. Das vorderste Rohr 10 hat einen Düsenkopf 11
mit je einer Strahldüse 12 bzw. 13. Die Düsenachsen der Düsen 12 und 13 schließen
einen Winkel ein. Dadurch entsteht eine in Richtung der geometrischen Achse 14 des
Strahlrohres 10 wirkende Reaktionskraft, die zur Führungdes Strahlrohres 9 auf der
Konsole 15 des mit je einem Stempel 16 bzw. 17 abgestützten Wasserwerfers ausgenutzt
wird.
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Die aus den Düsen 12 und 13 austretenden Wasserstrahlen bzw. sind
in Wirklichkeit enger gebündelt als die Darstellung der Fig. 3 erkennen läßt. Sie
treffen in kurzer Entfernung auf die Sohle 18 des Einbruches 8, die dadurch hydromechanisch
bearbeitet wird. Die Teile des anstehenden Minerals werden dadurch ausgebrochen
und von dem entspannten Wasser der Strahlen und 171aus dem Einbruch 8 herausgetragen.
Bei der Darstellung der Fig. 3 ergibt sich, daß dies wohl die Sohle 18 wie die Stöße
19 des Einbruches 8 unregelmäßig ausgebildet sind. Der Querschnitt 20 des Einbruches
8 ist gemäß der Darstellung der Fig. 2 unter diesen Einschränkungen im wesentlichen
rund. Er kann aber auch einen anderen Umriß haben. Bedingung ist lediglich, daß
sich in den Einbruch 8 ein anderer Düsenkopf 22 einführen läßt, der in Fig. 7 im
einzelnen dargestellt ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 wird nur ein Einbruch
aufgefahren. E* ist jedoch auch möglich, wie u.a. im Zusammenhang mit der Fig. 8
noch erläutert werden wird, mehrere Einbrüche anzusetzen. Man setzt im übrigen den
Einbruch 8 an einer Stelle des Flözes an, die sich besonders leicht hereingewinnen
läßt. Dadurch erzielt man bei der Herstellung des Einbruches 8 eine verhältnismäßig
höhere Leistung als bei
auf Angriff/weniger gut gewinnbare Partien.
Im übrigen richtet sich der Ansatz des Einbruches nach den örtlichen Gegebenheiten,
zu denen auch die Eigenschaften des Nebengesteins 21 gehören, das den Querschnitt
der Strecke 1 umgibt.
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Nach der Herstellung des Einbruches 8 wird dieser auf den vollen Streckenquerschnitt
erweitert. Dazu verwendet man-den bereits erwähnten Düsenkopf 22 (Fig. 7). Er unterscheidet
sich im wesentlichen von dem Düsenkopf 11, der für die Herstellung des Einbruches
8 Verwendung findet dadurch, daß seine Düsen 23, 24 radial gerichtet sind, so daß
die aus ihnen austretenden Wasserstrahlen 26, 27 die Stöße 19 des Einbruches hydromechanisch
angreifen und von innen nach außen mit im wesentlichen senkrecht zur Achse 29 des
Einbruches 8 in der Angriffsrichtung erweitern. Wie aus der Darstellung der Fig.
6 hervorgeht, kann diese Erweiterung dadurch erfolgen, daß man den Düsenkopf 22
mit Hilfe der ihm zugeordneten Lanze 28 entsprechend dem Fortschritt der Hereingewinnung
längs der Achse 25 des Einbruches 8 nach vorne fährt. Das setzt allerdings voraus,
daß die Reichweite der Strahlen 26, 27 voll ausreicht, um das anstehende Mineral
hereinzugewinnen. Das ist häufig wenigstens in streichends Richtung des Flözes nicht
der Fall.
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Zu diesem Zweck sitzt das Strahlrohr 28 in einer Längsführung 29,
die um eine senkrecht zur Grundplatte 30 verlaufende Achse 31 gemäß dem Doppelpfeil
32 der Fig. 5 mit Hilfe eines Antriebes verschwenkbar ist. Dieser Antrieb besteht
aus einem hydraulischen Schubkolbengetriebe 33, dessen Zylinder 34 über ein Gelenk
35 an eine Säule 36 angeschlossen ist, wobei man durch Verstellen der elenkbuchse
37 den Ausschlag des Strahlrohres einstellen kann. Die Kolbenstange 38 ist über
ein Gelenk 39 mit der Führung 29 verbunden.
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Das Strahlrohr 28 ist in der Führung 29 längs der Achse 25 des Einbruches
8 mit Hilfe eines Antriebes verschieblich, der allgemein mit 40 bezeichnet ist.
Für den Antriebsmotor dient ein Schubkolbengetriebe, dessen Zylinder 41 an den Grundrahmen
der Konsole 42 des Wasserwerfers bei 43 angeschlossen ist. Die Kolbenstange 44 ist
ebenso wie der Zylinder 41 verhältnismäßig lang, so daß die abgebrochene Darstellung
der Fig. 4 und 5 den Anschluß der Kolbenstange an die Lanze 28 nicht erkennen läßt.
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Dazu dient jedoch ein Querhaupt, an das einerseits die Kolbenstange
44 mit ihrem Ende gelenkig angeschlossen ist und das andererseits das Strahlrohr
28 umspannt.
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In die beschriebenen Wasserwerfer läßt sich der Düsenkopf 22 einerseits
in Richtung der Achse 25 des Einbruches hin- und herbewegen und andererseits in
Richtung des Pfeiles 32 schwenken.
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Dadurch können Schlitze geschrämt werden, die zweckmäßig im wesentlichen
parallel zum Liegenden 48 bzw. Hangenden 49 des Flözes 1 verlaufen (Fig. 2). Die
Anzahl der Düsen 23 und 24 und ihre Verteilung auf den Kreisbogen des Strahlrohrquerschnittes
ist so gewählt, daß die erwähnten Schlitze gleichzeitig mit der Hereingewinnung
in bankrechter Richtung hergestellt werden können.
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Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 8, in der die Strecke in Draufsicht
und im Streichen des Flözes 1 wiedergegeben ist, wird ein oberer Teilquerschnitt
50 nach den beschriebenen Verfahren mit einem Wasserwerfer 52 vorgetrieben, während
ein weiterer Teilquerschnitt 51 mit einem anderen Wasserwerfer 53 nachgeführt wird.
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Der vorgetriebene Streckenabschnitt 54 ist wie bei 55 schematisch
dargestellt, vorläufig ausgebaut. Die Strecke wird wie bei 56 schematisch bezeichnet,
hinter dem nachgeführten Streckenabschnitt 57 endgültig ausgebaut.