-
Verfahren und Vorrichtung zur Hereingewinnung von Mineralien Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Hereingewinnung von Mineralien in Berghaubetrieben oder
Steinbrüchen.
-
Bei diesem Verfahren werden die Mineralien bzw. das mineralführende
Gestein aus dem Gebirgsverband herausgebrochen.
-
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Gewinnung von Gold
aus goldführenden Gesteinschichten.
-
Im Goldbergbau ist es üblich, in der goldführenden Schicht jeweils
zwei parallel zueinander verlaufende Strecken aufzufahren, deren Abstand beispielsweise
etwa 30 m beträgt. Diese Strecken werden dann durch ein in der goldführenden Schicht
aufgefahrenes Aufhauen verbunden, das beispielsweise nur eine Höhe von 1,10 m hat.
Zur Fortführung des Abbaues wird ein seitlicher Begrenzungsstoß dieses Aufhauens
in Verhieb genommen. Das Abbauverfahren ist demnach etwa dem Strebbau mit kurzer
Abbaufront vergleichbar. Die goldführende Schicht hat oft nur eine Mächtigkeit von
0,25 - 0,3 m. Trotzdem muß der zur Gewinnung dienende Grubenbau in der obengenannten
Höhe aufgefahren werden, um einwandfreie Arbeitsplatzverhältnisse an der Abbaufront
und die Befahrbarkeit des Grubenbaues zu gewährleisten.
-
ie Gewinnung erfolgt in der Regel durch Bohr- und Schießarbeit. Dies
hat den Nachteil, das in dem anfallenden Haufwerk das goldführende Gestein mit dem
Nebengestein vermischt wird, so daß oft unnötig viel taubes Gestein mitgefördert
wird und die Fördereinrichtungen und die Wäsche übermäßig belastet. Außerdem sind
nach jedem Schießvorgang umfangreiche Räumarbeiten nötig, bevor die Gewinnungsarbeit
wieder aufgenommen werden kann. Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, daß während
und nach dem Schießen das Ort nicht wieder betreten werden kann, bevor die Schießschwaden
abgezogen sind. Die hierdurch entstehenden Arbeitszeitverluste liegen im Goldbergbau
aufgrund der sehr langen Fahrwege und der komplizierten Bewetterung sehr hohc.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das bekannte Gewinnungsverfahren
derart weiterzuentwickeln, daß die Gewinnungsarbeit kontinuierlich ohne Unterbrechungen
ablaufen kann, daß umfangreiche Räum- und Säuberungsarbeiten nicht mehr nötig sind
und daß schließlich schon an der Abbaufront eine Separation des anfallenden Haufwerkes
in goldführendes Gestein und taubes Nebengestein vorgenommen werden kann. Weiterhin
ist es Aufgabe der Erfindung, die notwendigen Vorrichtungen und Arbeitsgerätschften
für dieses Gewinnungsverfahren zu schaffen.
-
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Hereingewinnung von
Mineralien, das sich dadurch kennzeichnet, daß das minealführende Gestein einer
Druckwelle von hoher Energie ausgesetzt wird, durch die das Gestein zerstört und
aus dem Gebirgesverband gelöst wird, wobei die Energie der Druckwelle von einer
Energiequelle erzeugt wird und
auf das Gestein über ein Übertragungsmittel
übertragen wird, das zwischen der Energiequelle und dem hereinzugewinnenden Gestein
angeordnet ist.
-
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens gemäß der
Erfindung sieht vor, daß das mineralführende Gestein durch Schlagkräfte von hoher
Energie zerstört wird, die von einem Projektil ausgeübt werden, das mit sehr hoher
Geschwindigkeit auf das Gestein auftrifft.
-
Zweckmäßig ist die Geschwindigkeit der Druckwelle oder des Projektiles
etwa ebenso groß oder größer als die Schallgeschwindigkeit.
-
Das Verfahren gestaltet sich besonders vorteilhaft, wenn das Übertragungsmittel
oder das Projektil als Schlageisen ausgebildet ist, das ein keilförmiges vorderes
Ende aufweist. Dieser Keil kann entweder direkt selbst in das Gestein eingetrieben
werden, oder er kann auf andere Keile wirken, die beispielsweise als keilförmige
Einlagestücke ausgebildet sein können, die in Bohrlöcher eingesteckt sind.
-
Die Energie für die Druckwelle oder das Projektil kann durch eine
chemische Reaktion erzeugt werden, die explosionsartig abläuft, wie z. B. die Detonation
von Sprengstoff. Ebenso kann die Energie durch den plötzlichen Druckanstieg erzeugt
werden, der durch die Zündung eines explosiven Gases in einem allesitig umschlossenen
Raum entsteht, wie dies beispeilsweise bei Verbrennungsmaschinen bekannt ist. Weiterhin
kann die Energie auf das Übertragungsmittel oder das Projektil auch über hochgespannte
Gase oder über ei unter hohem Druck stehende
Flüssigkeit aufgebracht
werden. Hierbei wird zweckmäßigerweise so verfahren, daß der Druck eines Druckmediums
gesteigert wird, bis er eine bestiinmte Höhe erreicht, wobei das Druckmedium nach
Erreichn dieses Druckes zur plötzlichen Beauschlagung des Projektiles oder des Übertragungsmittels
freigegeben wird. Weiters Möglichkeiten zur Aufbringung der erforderlichen Energie
für die Schockwelle oder die Bewegung des Projektiles sind elektrische Linearmotoren
oder Elekromagneten.
-
Die Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
sind so leicht ausgebildet, daß sie von Hand transportiert und am Abbaustoß angesetzt
werden können.
-
Sie haben die Form einer Pistole oder eines kleinen Zylinders, in
denen Sprengstoffpatronen oder andere geeignete Vorrichtungen zur Erzeugung eines
Schlages' oder einer Druckwelle von hoher Energie angeordnet sind. Diese Energie
wird über ein Übertragungsmittel oder ein Projektil, dae in dem Gerät angeordnet
ist, auf das Gestein übertragen. Die Energiequelle kann jedoch auch außerhalb des
Gerätes und sogar außerhalb des Strebes angeordnet sein.
-
So kann beispielsweise eine Verbrennungskammer, wie sie beispielsweise
in Düsentriebwerken oder in Gasturbinen Verwendung findet, in einiger Entfenung
außerhalb des Strebes aufgestellt sein und über eine Versorgungsleitung mit dem
Gerät verbunden sein, das vom Bergmann im Streb gehandhabt wird.
-
Der Abbaustoß kann mit besonderen Substanzen behandelt werden, oder
mit ultraviolettem Licht bestrahlt werden.
-
Hierdurch können auf einfache Weise Spaltflächen oder andere Schwächezonen
ausgemacht werden, die sich als Ansatzstellen
für die Geräte besonders
eignen.
-
Die resultierende Druckwelle kann direkt auf das Gestein mit Hilfe
des ProJektiles übertragen werden, oder sie kann indirekt über Werkzeuge auf das
Gestein übertragen werden, die an den Spaltflächen angesetzt werden und durch das
Projektil beaufschlagt werden.
-
Dort, wo die Energiequelle außerhalb und in Entfernung von dem Gerät
angeordnet ist, können an dem Gerät Anzeigevorrichtungen vorgesehen sein, die anzeigen,
ob eine ausreichende Energieversorgung vorhanden ist oder nicht.
-
Falls die Geräte jedoch eine eigene Energieversorgung haben, etwa
in Form von Sprengstoffpatronen oder einer Verbrennungskammer für explosive Gase,
ist jedes Gerät mit einer geeignete Zündvorrichtung versehen.
-
Die Keilflächen der als Projektil dienenden Schlageisen können jeweils
so ausgerichtet an den Abbustoß angesetzt werden, daß das losgelöste Gestein jeweils
nur in die Richtung gedrückt wird, in der sich schon ein Einbruch befindet.
-
Das pistolenförmige Gerät kann weiterhin mit einer Rückstoßvorrichtung
versehen sein, um den starken Rückprall auszugleichen, den das Gerät bei seiner
Betätigung erfährt.
-
Normalerweise wird das Projektil bei der Betätigung des Gerätes auf
den Abbaustoß zu bewegt. Diese Bewegungsrichtung kann jedoch auch umgekehrt werden.
Beispielsweise
kann in den Abbaustoß ein Loch gebohrt werden und
in dieses Loch können, ähnlich wie bei einem Gebirgsanker, mehrere konische oder
keilförmige Einsatzstücke eingelegt werden, die sich im Loch gegeneinander verklemmen.
Sodann kann mit Hilfe des Projektiles auf eines der Einsatzstücke ein entsprechend
starker Stoß ausgeübt werden, dessen Richtung vom Abbaustoß abgewendt ist. Durch
die plötzlich auftretende starke Zugkrat und die damit verbundene Aufspreizung der
konischen oder keilförmigen Einsatzstücke wird das Gestein um das Bohrloch herum
derart beansprucht, daß es auseinander bricht.
-
Vorzugsweise kann das Übertragungsmittel oder Projektil in schneller
Folge wiederholt Schläge von hoher Energie auf das Gostein ausühen. Hierzu können
die Bewegungsvorgänge in dem Gerät zyklisch ablaufen.
-
Zur Erleichterung der Arbeit kann bei diesem Gewinnungsverfahren noch
mit Hilfe einer dafür geeigneten Maschine über die gesamte Strehlänge ein Kerbe
in das Gestein oberhalb und unterhalb der gold- oder mineralführenden Schicht geschnitten
werden. Hierdurch kann das hereinzugewinnende Gestein in drei Richtungen abgesprengt
werden.
-
Besonders wird noch einmal darauf hingewiesen, daß es nach dem Verfahren
gemäß der Erfindung und mit Hilfe der Vorrichtung gemäß der Erfindung möglich ist,
schon während der Gewinnung das minralführende Gestein von dem tauben Nebengestein
zu trennen. Hieraus ergeben sich insbesondere bei sehr geringmächtigen Vorkommen
große Vorteile.
-
Fünf beispielsweise Ausführungsformen von Vorrichtungen gemäß der
Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert,
in der Pig -t einen Längsschnitt du'rch eine erste Ausführungsform der Vorrichtung
gemäß der Erfindung, bei der die Energie durch eine Sprengstoffpatrone erzeugt wird,
Fig 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß
der Erfindung, bei der die Energie durch ein explodierendes Gas erzeugt wird, Fig.
3 einen Längschnitt durch eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der
Erfindung, bei der die Energie über einen Elektromagneten zugsführt wird, Fig. 4
einen Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung,
bei der die Energie über einen linearen Elektromotor zugeführt wird und Fig. 5 einen
Längsschnitt durch eine fünfte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung
gezeigt.
-
Bei der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungform des Gerätes
gemäß der Erfindung besteht dieses aus einem Zylinder 10, der innerhalb von einem
Handgriff 11 angeordnet ist und der an beiden Enden mit Endplatten 12 und 13 versehen
Q
An der Endplatte 12 ist über einen Flansch 14 ein Rohrstutzen
1 13a befestigta Die Endplatte 13 ist in einer solchen Weise an dem Zylinder 10
befestigt, daß sie leicht vom Ende des Zylinders 10 abgenommen werden kann. Dies
geschieht zu einem Zweck. der im Folgenden noch beschrieben werden wird. In dem
Zylinder 10 ist längsverschiebbar ein Kolben 15 angeordnet, an dessen vorderen Ende
ein zylinderförmiges Schlageisen 16 befestigt ist, dessen nach vorn weisendes Ende
keilförmig ausgebildet ist. Dieses Schlageisen 16 ragt in den Rohrstutzen 13a hinein
und ist in diesem längs verschiebbar.
-
Der kolben 15 und das Schlageisen 16 bilden zusammen da Projektil
des Werkzeuges. Ein Herausschleudern des Schlageisens 16 wird durch einen Anschlag
17 verhindert, der im Flansch 14 angeordnet ist und an dem sich der Kolben, 15 am
Ende seines Hubweges abstützt.
-
Weiterhin ist in dem Zylinder 10 ein zweiter Kolben 18 angeordnet,
der ebenfalls längs verschiebbar ist und an seinem dem Kolben 15 zugewandten Ende
mit einer in axialer Richtung verlaufenden Bohrung 19 versehen ist. An der anderen
Seite ist der Kolben 18 mit einer Stange 20 verbunden, die die Länge des Zylinders
10 überragt, in der Endplatte 13 längsgeführt ist und an ihrem äußeren Ende mit
einem Kopf 21 versehen ist.
-
Bei der Verwendung des in Fig. 1 dargestellten Gerätes wird zunächst
die Endplatte 13 von dem Zylinder 10 abgenommen und der Kolben 18 aus dem Zylinder
10 herausgezogen.
-
Dann wird eine Sprengstoffpatrone 22 zusammen mit einem Zünder in
die Bohrung 19 eingesteckt. Anschließend wird
der Kolben 18 so
tief in den Zylinder 10 eingeführt, daß die Sprengstoffpatrone 22 am Kolben 15 anliegt.
Dann wird die Endplatte 13 wieder am Zylinder 10 befestigt. Nun wird der Rohrstutzen
13a gegen das zu zerteilende Gestein angesetzt und die in dem Zylinder befindliche
Sprengstoffpatrone 22 dadurch zur Detonation gebracht, daß der Kopf 21 entweder
mit der Hand oder durch einen Hammerschlag nach vorn gestoßen wird so daß der Zünder
der Patrone 22 gegen den Kolben 15 schlägt. Durch die Detonation der Patrone 22
wird das Projektil 15, 16 mit sehr großer Geschwindigkeit nach vorn geschleudert,
so daß das Schlageisen 16 über einen Teil seiner Länge aus dem Rohrstutzen 13 a
heraustritt und das vor dem Rohrstutzen befindliche Gestein zerstört.
-
Die in Pig. 2 dargestellte Ausführungsform des Gerät'e,s gemäß der
Erfindung weist einen Zylinder 23 auf, in da ein Kolben 24 längs verschiebbar ist.
Dieser Kolben 24 ist an einer Seite wiederum mit einem zylindrischen Schlageisen
25 verbunden, das an seinem aus dem Zylinder 23 herausragenden Ende mit einer keilförmigen
Spitze versehen ist und zusammen mit dem Kolben 24 als Proektil des Werkzeuges dient.
-
An seiner Rückseite ist der Zylinder 23 mit einem Handgriff 26 versehen,
an dessen Unterseite sich ein flexibler Schlauoh 27 anschließt, durch den dem Gerät
von einem 3ehälter her ein explosives Gas zugeführt werden kann.
-
Die Zuführung des explosiven Gases in den Zylinder 29 wird durch ein
Einlaßventil 28 geregelt, das durch einen Fingerabzugbügel
29
betätigt werden kann. Der Fingerabzugbügel 29 schließt dabei gleichzeitig einen
elektrischen Kontakt 30, wodurch in einer Zündkerze 31 ein Zündfunke erzeugt wird,
der das im Zylinder 23 befindliche explosive Gas zur Detonation bringt.
-
Bei der Verwendung des in Fig. 2 dargestellten Gerätes wird das vordere
Ende des Zylinders 23 gegen das hereinzubrechende Gestein angepresst, so daß zunächst
der Kolben 24 in dem Zylinder 23 vollständig zurückgeschoben wird.
-
Dann wird der Fingerabzugbügel 29 betätigt, wodurch zunächst das Ventil
28 gelffnet wird, so daß der Zylinderraum hinter dem Kolben 24 sich mit dem explosiven
Gas oder einem explosiven Gasgemisch anfüllt. Beim weiteren Durchziehen des Fingerabzugbügels
29 schließt sich das Ventil 28 wieder. Gleichzeitig wird der Kontakt 30 geschlossen,
so daß an der Zündkerze 31 ein Zündfunke entsteht und das im Zylinder befindliche
Gas gezündet wird. Hierdurch wird der Kolben 24 und mit ihm zusammen das Schlageisen
Z5 mit einer hoher Geschwindigkeit gegen das hereinzubrechende Gestein geschleudert.
Das verbrannte Abgas kann aus dem Zylinder 23 durch eine Öffnung 32 entweichen,
wenn der Kolben 24 gänzlich nach vorn verfahren ist. Dem in dem Zylinder 23 befindlichen
explosiven Gemisch kann schon vor' der Zündung eine gewisse Kompression dadurch
gegeben, werden, daß das Schlageisen 25 schon vor der Zündung gegen das Gestein
angepresst wird. Anstelle einer Zündung des explosiven Gases in dem Zylinder 23
kann der Schlauch 27 auch an eine externe, gesonderte Verbrennungskammer angeschlossen
eine von der die Verbrennungsgase mit hoher Geschwindigkeit dem Zylinder jeweils
dann zugeführt werden
können, wenn das Ventil 28 geöffnet ist.
In diesem Falls werden die Zündkerze 31 und der Kontakt 3Q nicht benötigt.
-
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform des Gerätes gemäß
der Erfindung ist wiederum ein Handgriff 33 sorge sehen, an dem ein Gehäuse 34 befestigt
ist, in dem sich eine elektrische Wicklung 35 befindet. Im Innern der Wicklung 35
ist ein Weicheisenkern 36 längs verschiebbar angeordnet, der an seinem vorderen
Ende mit einem Schlag eisen 37 verbunden ist. An dem Handgriff 33 ist weiterhin
ein Fingerabzugbügel 38 angeordnet, bei dessen Betätigung eine elektrische Spannung
an die Spule 35 angelegt wird, so daß der Weicheisenkern 36 und das mit diesem verbundene
Schlageisen 37 mit sehr hoher Geschwindigkeit gegen das hereinzugewinnende Gestein
angetrieben werden. Die Zurückbewegung des Weicheisenkernes 36 erfolgt duch eine
Spiralfeder 39.
-
Das in Fig. 4 dargestellte Gerät verwendet einen elektrischen Linearmotor
, um einem Schlageisen 40 eine sehr hohe Geschwindigkeit zu erteilen, durch die
dieses einen Schlag von sehr hoher Energie gegen das hereinzubrechende Gestein ausüben
kann. Der Linearmotor weist einen Bügel 41 aus magnetischem Material auf, der an
einem Handgriff 42 befestigt ist und in dem mehrere Phasenwicklungen 43'in Sternschaltung
angeordnet sind. Die Stromversorgung aus einem 3-Phasen-Wechselstromnetz der Phasenwicklungen
43 ist bei 44 dargestellt. Das Schlageisen 40 ist mit einem Weicheisenkern 45 verbunden,
der frei verschiebbar innerhalb der Wicklungen 43 angeordnet ist. Der Linearmotor
bewegt den Weicheisenkern mit hoher Geschwindigkeit gegen die Kraft einer Spiralfeder
46.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform des Gerätes gemäß der Erfindung
die im wesentlichen ähnlich aufgebaut ist, wie .
-
die an-hand der Fig, 2 beschriebene Ausführungsform, ist der Schlauch
27 an eine Druckmittelquelle angeschlossen, die einen sehr hohen Druckmitteldruck
erzeugt. Durch Öffnes des Ventiles wird durch diesen Druckmitteldruck plötzlich
der Kolben 24 beaufschlagt, so daß das Schlageisen 25 mit großer Geschwindigkeit
gegen das Gesteinangetrieben wird.
-
Bei einer ähnlichen Ausführungsform wird das Ventil 28 durch ein automatisches
Überdruckventil ersetzt, das dann öffnet und den Durchtritt des Druckmittels zuläßt,
wenn der Druck der Druckmittelquelle sich über einen bestimmten Wert erhöht hat.
-
Bei allen bisher beschriebenen Ausführungsformen des Gerätes gemäß
der Erfindung kann der Kolben bzw. Weicheisenkern vor seiner Beschleunigung in einem
gewissen Abstand von dem Schlageisen angeordnet sein, so daß er schon vor seinem
Auftreffen auf das Schlageisen eine hohe Geschwindigkeit erreichen kann.
-
Weiterhin können die oben beschriebenen Geräte mit Vorrichtungen osreshem
sein, mit denen sie am Einsatzort fest aufgestellt werden können. Insbesondere kann
es vorgesehen sein, daß die Geräte durch diese Einrichtungen eine einwandfreie Abstützung
gegen die Richtung ihres Arbeitshubes erhalten. Diese Vorrichtungen können beispielsweise
aus Gesteinsankern bestehen, mit denen die Geräte am umliegenden festen Gebirge
verankert werden können. Alternativ
können die Geräte auch an Spannsäulen
oder Spannstempeln befestigt sein, die sich am Einsatzort am Hangenden und Liegenden
abstützen.
-
Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Gerätes gemäß
der Erfindung weist einen Zylinder 47 auf, in dem ein Kolben 48 und ein weiterer
Kolben 49 längs verschiebbar angeordnet sind. Der Kolben 48. wirkt auf ein Schlageisen
50 oder ist mit diesem Schlageisen 50 verbunden, das zur Übertragung der Schlagenergie
auf das Gestein an der Abbaufront F dient.
-
Am rückwärtigen Ende ist der Zylinder 47 mit einer Einlaßöffnung 51
versehen, in der ein Rückschlagventil 52 angeordnet ist. Durch diese Öffnung 51
kann Druckflüssigkeit, die beispielsweise von einer Hydraulikpumpe her zugeführt
wird, in den rückwärtigen Teil des Zylinders 47 eingepresst werden, so daß der Kolben
49 nach links ( in Fig.5) verschoben wirdB Der Zylinderraum 47a zwischen den Kolben
48 und 49 ist als Verbrennungskammer ausgebildet und mit einem Einlaßventil 53 für
ein zündfähiges Gas- Luftgemisch versehen.
-
Das Einlaßventil 53 kann über einen Ventilstößel 54 von Hand betätigt
werden. Zur Zündung des Gemisches ist in die Wandung des Zylinderraumes 47a weiterhin
eine Zündkerze 55 eingeschraubt.
-
Der Zylinder 47 ist weiterhin mit einem Auslaßventil 56 versehen,
das über einen Ventilstößel 57 ebenfalls von Hand betätigbar ist.
-
An seiner Rückseite ist der Zylinder 47 mit zwei Abstützfüßen 58 versehen.
-
Bei der Verwendung des in Fig. 5 dargestellten Gerätes wird zunächst
der vordere Abschnitt 47b des Zylinders 47 zusammen mit dem Schlageisen 50 gegen
die Abbaufront F angepreßt und in dieser Lage durch die Stützfüße 58 festgelegt.
Die Auflagefläche des vorderen Zylinderabschnittes 47b an der Abbaufront kann noch
mit Zähnen versehen sein, so daß er einen besseren Halt an der Abbaufront hat. Dann
wird durch das Ventil 53 Gas in die Kammer 47a eingegeben.
-
Das in der Verbrennungskammer 47a befindliche explosive Gas - Luftgemisch
wird dann dadurch komprimiert, daß der Kolben 49 durch Druckflüssigkeit beaufschlagt
wird. Das komprimierte Gas-Luftgemisch wird dann mit Hilfe der Zündkerze 55 gezündet.
Der sich hierbei entwickelnde Druckstoß beaufschlagt das als Projektil dienende
Schlageisen 50, das hierdurch in das Gestein eindringt und das Gestein spaltet.
-
Patentansprüche: