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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
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von z.B. als Streckenbegleitdämme, Streckenhinterfüllungen o.dgl.
dienenden Baukörpern im Untertagebetrieb aus einem pulverförmigen Baustoff gemäß
dem Oberbegriff des Anspruches 1. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung
zur Durchführunapieses Verfahrens.
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Im Untertagebetrieb werden nach der Erfindung Baukörper für unterschiedliche
Zwecke errichtet. Dazu gehören neben dem Hauptanwendungsgebiet der ERfindung, den
Streckenbegleitdämmen, welche zur Verbesserung der Stützwirkung des Abbaustreckenausbaus
und zur Verminderung der Brandgefahr errichtet werden, auch Baukörper, welche andere
Hohlräume, z.B. in Streckenstößen ausfüllen oder Verkleidungen darstellen, die aus
unterschiedlichen Gründen hauptsächlich in Strecken und Räumen des Untertagebetriebes
benötigt werden. Die pulverförmigen Baustoffe, welche die Erfindung verwendet, bestehen
in der Regel aus hydraulisch abbindenden Zementen und Zuschlägen, welche aus wirtschaftlichen
Gründen häufig Flugaschen von Steinkohlen- bzw. Braunkohlenkraftwerken sind. Derartige
Baustoffe werden in großen Mengen mit zunehmender Tendenz, insbesondere im Steinkohlenbergbau
unter Tage zur Bewältigung der wachsenden Ausbauprobleme bei vergrößerten Teufen
eingesetzt.
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Baukörper der erfindungsgemäßen Art qualifizieren sich u.a. durch
ihre Druckfestigkeit bezogen auf die Abbindedauer des Baustoffes. Grundsätzlich
unterscheidet man die sofort tragenden von den früh tragenden Baustoffen und diese
von den spät tragenden Baustoffen. Während die Druckfestigkeit früh tragender Baustoffe
bereits nach wenigen Minuten einsetzt und schon nach etwa einem Tag
Druckfestigkeiten
bis zu 30 N/mm2 erreichen können, beginnen spät tragende Baustoffe häufig erst nach
Stunden abzubinden und erreichen ihre Endfestigkeit teilweise erst nach mehreren
Wochen. Die Verwertbarkeit solcher Baustoffe beschränkt sich daher auf Baukörper,
deren Härtungszeiten keine entscheidende Rolle spielen.
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Das ist jedoch bei den meisten Einsatzfällen unter Tage nicht der
Fall, weshalb man Baustoffe anstrebt, welche mindestens frühfest sind, d.h. einen
geringen Wasser-Feststoffwert besitzen und sich daher für einen hydromechanischen
Ferntransport nicht eignen. Andererseits sind solche meist körnigen Baustoffe kostspieliger
und unter Bergbaubedingungen transporttechnisch schwieriger zu beherrschen als pulverförmige
Baustoffe.
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Unter Berücksichtigung der großen Baustoffmengen, die für derartige
Baukörper im Untertagebetrieb verbraucht werden, hängt hiervon der Einsatz des jeweiligen
Baustoffes ab.
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Gemäß der Erfindung werden die Baustoffe hydromechanisch ferntransportiert,
wobei ohne Zwischenförderanlagen, d.h. Pumpen allein durch Nutzung der hydrostatischen
Drucke Entfernungen von z.B. 6 km überwunden werden.
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Dazu wird der Baustoff mit Überschußwasser in eine- für das Pumpen
durch Rohr- oder Schlauchleitungen geeignete Konsistenz gebracht. Die hierfür benötigte
Wassermenge ist wegen der großen Oberfläche des pulverförmigen Baustoffes beträchtlich.
Allein für die zum Abbinden erforderliche Benetzung des Baustoffes (Hydratation)
ergeben sich bereits Wasserfeststoffwerte von z.B.
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0,32 bis 0,34, die bei hydromechanischem Ferntransport auf 0,42 bis
0,5 erhöht werden müssen. Hierdurch und durch die meist wesentlich preisgünstigeren,pulverförmigen
Baustoffe
unterscheidet sich die Erfindung von den pneumatisch transportierten körnigen Baustoffen,
aus denen bis jetzt früh tragende Baukörper unter Tage hergestellt werden. Denn
hierbei werden wegen der geringeren Oberfläche bei pneumatischer Einbringtechnik
Wasserfeststoffwerte von 0,1 bis 0,11 nicht überschritten, worauf im wesentlichen
die Eigenschaft der Frühfestigkeit beruht, aber deren hydromechanischer Ferntransport
verbietet. Andererseits können die im Rahmen der Erfindung eingesetzten hydromechanischen
Ferntransportanlagen Transportmengen zwischen 10 bis 15 m3/h über Entfernungen bis
zu 6 km bewältigen. Insoweit unterscheidet sich die Erfindung auch von pneumatischen
Transportanlagen, in die bei derartigen Transportentfernungen Zwischenstationen
eingeschaltet werden müssen, was kostspielig und kompliziert ist; solche pneumatischen
Transportanlagen bewältigen im allgemeinen ohne Zwischenstationen auch nur Transportmengen
von 6 - 8 m3/h über 1.500 bis 2.000 m Entfernung und verlangen in den Schachtleitungen
Abmessungen von DN 100 bis 150, während erfindungsgemäße Anlagen mit lichten Durchmessern
von 50 mm auskommen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, trotz Anwendung des bekannten
Verfahrens des hydromechanischen Ferntransportes bei pulverförmigen Baustoffen früh
tragende Eigenschaften zu erzielen und die Auswirkungen der infolge dieser geänderten
Baustoffeigenschaft ungünstigeren Transportbedingungen auf die Transportanlage gering
zu halten.
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Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruches
1. Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung
sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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Der mit dem Anregerzusatz verbundene verringerte Wasser-Feststoffwert,
welcher dem Baustoff die früh tragenden Eigenschaften verleiht, aber auch die Transportbarkeit
des-Baustoffes durch die Leitung nach dem hydromechanischen Ferntransportverfahren
aufhebt, wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einerseits dadurch unschädlich
gemacht, daß der Anregerzusatz erst kurz vor der Leitungsmündung erfolgt. Dadurch
wird dem durch den verminderten Wasseranteil, welchen der Anreger bewirkt, in seiner
Förderfähigkeit stark herabgesetzten Baustoff keine Gelegenheit gegeben, Verstopfer
zu bilden. Andererseits wird durch das erfindungsgemäße Verfahren trotz der stark
verkürzten Leitungsstrecke, welche nach dem Anregerzusatz noch übrig bleibt, eine
homogene Verteilung des Anregers im Baustoff erzielt. Da nämlich die meisten Anreger
in Mengen von 5 bis 20 % dem Baustoff zugemischt werden müssen, um die erforderlichen
Wassermengen zu binden, ergibt sich eine starke Anfangskonzentration des Anregers
im Strömungskern der hydromechanisch transportierten Baustoffe an der Stelle, an
der der Anreger eingeblasen wird. Die dort entstehende Sofortverfestigungsneigung
des Baustoffes wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren so schnell wieder aufgehoben,
daß Verstopfer vermieden werden. Denn durch die Aufteilung des an der Einblasstelle
entstandenen Gemenges an Baustoff, Anreger und Blasluft auf einzelne Teilstrecken
wird der Strömungskern aufgeteilt und dadurch die Anregerkonzentration in jedem
Teilstrom herabgesetzt. Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene;
spiralförmige Führung und Wieder zusammenführung der Teilströme hat zudem zur Folge,
daß die zwangsläufig inden Teilstrecken unterschiedlichen Konzentrationen des Anregers
an der Austrittsstelle der Teilstrecken auf unterschiedliche Teilquerschnitte im
Gesamtlei- tungsquerschnitt deshydromechanischen Transports verteilt
werden,
wodurch die Gesamtverteilung des Anregers sich stark vergleichmäßigt.
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Wie sich herausgestellt hat, führen auch die unvermeidlichen Transportunterbrechungen
nicht Hr Bildung von Verstopfern in der Leitung der hydromechanischen Transportanlage.
Der pneumatische Transport des Anregers hat den Vorteil, daß die Dünnstromförderung
des pulverförmigen Anregers eine Mengendosierung zuläßt, die eine jederzeitige Anpassung
der Anregermenge an unterschiedliche Transportmengen des Baustoffes in der hydromechanischen
Transportanlage ermöglicht.
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Das in dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehene Umsetzen von Teilquerschnitten
der hydromechanischen Förderung in entsprechenden Teilströmen durch die spiralförmige
Führung dieser Teilströme kurz vor der Mündung der hydromechanischen Transportanlage
mit dem Ziel einer Homogenisierung von Anreger und Baustoff bei fortschreitendem
Wasserentzug aus der ursprünglichen Baustofftrübe läßt sich ergänzen durch weitere
Maßnahmen, welche auf eine zusätzliche Homogenisierung des Transportstromes vor
der Leitungsmündung abzielen. Das gelingt mit den Merkmalen des Anspruches 2.
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Solche Maßnahmen führen auch dazu, daß dem durch die bereits in der
Transportleitung infolge des Anregerzusatzes unter Wasserentzug entstehenden Baustoff
keine Gelegenheit zur ERhärtung noch in der Transportleitung gegeben wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat hinsichtlich seiner Teilschritte,
mit denen schädlichen Wirkungen des Anregerzusatzes in der Transportleitung entgegengewirkt
wird, auch den Vorteil, daß diese Schritte in gewissem
Umfang wiederholbar
sind und sich dadurch deren Wirkung wesentlich verstärken läßt. Das gilt für die
beschriebene Teilqu,erschnittumsetzung in der Leitung der hydromechanischen Transportanlage
und ist Gegenstand des Anspruches 3.
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Eine Verminderung der Konzentration des Anregers, im Strömungskern
der hydromechanischen Transportanlage ermöglichen auch die Merkmale des Anspruches
4.
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Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der
Querschnitt des mit Anmachwasser versetzten Baustoffes in der Leitung, in den der
pulverförmige Anreger eingeblasen wird, vergrößert, wobei gleichzeitig derTransoortstrom
der pneumatischen Transportanlage in Teilquerschnitte zerlegt wird. Darauf beruht
insgesamt die bessere Anfangsverteilung des Anregers im Trnnsportstrcmder hydromechanischen
Transportanlage gegenüber Ausführungsarten der Erfindung, welche den Anregerstrom
als Ganzes in den Baustoffström einbringen.
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Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile des erfindungsgemäßen
Verfahrens sowie einer beispielsweise zu seiner Ausführung geeigneten Vorrichtung
werden im folgenden anhand der Figuren in der Zeichnung erläutert; es zeigen Fig.
1 eine Systemdarstellung mit teilweise schematisch wiedergegebenen Baugruppen, Fig.
2 in der Fig. 1 entsprechender Darstellung eine Einzelheit des Systems in abgeänderter
Ausführungsform,
Fig. 3 in perspektivischer Darstellung vergrößert
einen Ausschnitt, der eine Rohrstrecke wiedergibt, die sich unmittelbar vor der
Mündung der hydropneumatischen Transportanlage befindet und Fig. 4 zur Verdeutlichung
der frühtragenden Eigenschaften des Baustoffes ein Diagramm, das unterschiedliche
Druckfestigkeiten von Baustoffen in Abhängigkeit von der Abbindedauer wiedergibt.
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In der Darstellung der Fig. 1 ist links die Ferntransportleitung 1
einer bekannten und daher nicht dargestellten hydromechanischen Transportanlage
wiedergegeben. Gemäß der Richtung des Pfeiles 2 strömt in der Leitung 1 ei mit Überschußwasser
versetzte Baustofftrübe, welche, würde sie bereits aus der Transportleitung 1 ausgebracht,
spättragende Eigenschaften entwickeln würde, wie sie sich aus dem Diagramm nach
Fig. 4 ergeben. Diese Eigenschaften beruhen im wesentlichen auf dem relativ hohen
Wasserzusatz, der den Baustoff erst durch die Leitung 1 transportierbar macht.
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Über einen Erweiterungsstutzen 3 mündet die Ferntransportleitung 1
in ein Rohr 4, welches im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ein konzentrisch inneres
Schutzrohr 5 aufweist, das gestrichelt wiedergegeben ist. Dieses Schutzrohr ist
annähernd radial aus dem Rohr 4 bei 6 herausgeführt und umgibt das Ende 7 einer.
Rohrleitung 8, in der pulverförmiger Anreger pneumatisch gemäß dem Pfeil 9 transportiert
wird. Der Anreger wird einem abbaunahen Bunker 10 entnommen, der in der Systemdarstellung
der Fig. 1 gleichzeitig als pneumatischer Sender ausgebildet
ist.
Derartige Sender werden mit Druckluft unter Überdruck entsprechend der Anzeige eines
Manometers 11 gesetzt und transportieren dann über eine Rohrsonde 12 den im Sendegefäß
enthaltenen Anreger.
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Auch die Rohrleitung 8 mündet radial in den Rohrstutzen 6. An den
Rohrstutzen 6 schließt sich ein weiterer Rohrabschnitt 13 an, welcher sich mit einem
Schieber 14 absperren läßt. Druckluft strömt gemäß dem Pfeil 15 in das Rohr 13 und
bewirkt, daß in dem Rohr 5 ein überdruck entsteht, welcher das Eindringen des hydromechanisch
transportierten Baustoffes in das Rohr verhindert.
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An das Leitungsrohr 4 schließen sich zwei weitere Leitungsrohre 16,
17 an. Diese Rohre werden im folgenden anhand der Darstellung der Fig. 3 näher erläutert.
An die Rohre 16 und 17 schließt sich eine Mischrohrstrecke 18 an, die ebenfalls
in Fig. 3 genauer dargestellt ist. über einen Reduzierstutzen 19 gelangt das mit
dem Anreger versetzte Wasser-Baustoffgemisch in eine Schlauchleitung 20, aus der
es ausgetragen wird.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform
nach Fig. 1 dadurch, daß sich die Leitung 8 vor ihrem Eintritt in den Rohrstutzen
6 mehrfach verzweigt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 handelt es
sich um vier Zweigleitungen, die bei 21 bis 24 zu denken sind. Sie sind ihrerseits
mit Schutzrohren gemäß dem Vorbild der Fig. 1 umgeben. Die Druckluft wird wiederum
durch das Rohr 13 über das Absperrorgan 14,
also auch in diesem
Fall zentral zugeführt.
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Die Darstellung der Fig. 3 läßt die aufgeschnitten wiedergegebenen
Rohre 17 und 18 erkennen. Das Rohr 17, welches für seinen Einbau in die hydromechanische
Transportleitung mit Flanschen 25 und 26 versehen ist, enthält an beiden Enden je
einen Rohrboden 27 bzw. 28 zur Festlegung der Rohre 29 bis 32 eines Rohrbündels,
welches allgemein mit 33 bezeichnet ist. Die Rohrböden 27 und 28 dienen außerdem
dazu, den Strom des Transportgutes durch die Leitung in die Teilquerschnitte der
Rohre des Rohrbündels zu zwingen, d.h. den Raum zwischen den Rohrböden 27 und 28
freizuhalten.
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Wie sich aus der Darstellung der Fig. 3 ergibt, sind die Rohre des
Rohrbündels 33 spiralförmig umeinandergeführt, was zur Folge hat, daß am Ende des
Rohrbündels die Rohr- und damit Förderquerschnitte etwa um einen Viertelkreis versetzt
sind, wenn man sie mit den Eintrittsquerschnitten vergleicht. Das Rohr 17 hat also
die Wirkung, die Teilquerschnitte des Transportstromes in der beschriebenen Weise
umzusetzen und hinter dem Rohrboden 28 wieder zusammen zu führen.
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Wie die Darstellung der Fig. 1 erkennen läßt, ist diese Wirkung auch
mit dem Rohr 16 verbunden,welches dem Rohr 17 genau entspricht und diesem vorgeschaltet
ist. Wie man aus der Fig. 1 aber weiter erkennt, sind die Teilquerschnitte der Rohre
der Rohrbündel in den Rohren 16 und 17 nicht miteinander ausgefluchtet, sondern
ihrerseits gegeneinander um ca. 450 versetzt. Dadurch wird einerseits im Rohr 17
eine andere Unterteilung des Gesamttransportstroms am Eintrittsende,
d.h.
am Rohrboden 27 erreicht, andererseits wird der Gesamttransportstrom im Rohr 17
noch einmal um einen Viertelkreis versetzt.
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An das Rohr 17 ist das Rohr 18 mit Flanschen 34 bzw.
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35 angebracht, weil die Durchströmungsrichtung des Rohres 18 keine
Rolle spielt. Auf seiner Innenseite 36 weist das Rohr 18 als Schikanen dienende
Körper 37 bzw. 38 auf. Diese Körper sind teils prismatisch, wie sich aus dem Bezugszeichen
37 ergibt, teils sind sie abgerundet und elliptisch, um einen geringeren Strömungswiderstand
zu erzeugen. Ihre Wirkung besteht darin, daß sie den bei 39 zu denkenden Gesamt
strom durch verminderte, beispielsweise bei 40 und 41 zu denkende Leitungsquerschnitte
zwingen, gleichzeitig aber auch zerteilen, so daß der Transportstrom hinter den
Rohren 16 und 17 noch einmal intensiv durchmischt wird.
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Im Betrieb wird bei der Errichtung eines Baukörpers der Strom durch
die Leitung 1 freigegeben. Das Absperrorgan 14 in der Leitung 13 wird geöffnet und.
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die pneumatische Transportierung durch die Leitung 8 in Gang gesetzt.
Wie schematisch in den Figuren 1 und 2 wiedergegeben ist, wird dadurch der pulverförmige
Anreger aus dem Sender 10 in die hydropneumatische Transportanlage, d.h. im Rohr
5 eingeblasen.
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Er tritt aus dem Füllrohr aus und bildet zunächst einen stark mit
dem Anreger angereicherten Strömungskern. Tatsächlich ist das durch die Leitung
1 strömende Transportgut eine pumpfähige Trübe mit relativ hoher Baustoffkonzentration.
Der Strömungskern, der sich am Austritt des Füllrohres 5 bildet, wird an dem Rohrboden
27
des Rohres 16 in der oben beschriebenen Weise aufgeteilt, wobei die Teilströme durch
die Rohre des Rohrbündels 33 umgesetzt werden. Diese Wirkung wiederholt sich am
Ende des Rohres 16 und am Eintritt des Transportstromes in das Rohr 17. Wenn der
Baustoffstrom wieder zusammengeführt wird, was hinter dem Rohrboden 28 des Rohres
17 der Fall ist, muß er die Schikanen passieren, die im Rohr 18 aufgebaut sind.
In diesem Rohr 18 hat der Baustoff bereits die Eigenschaft der frühtragenden Baustoffe,
obwohl er im Rohr 1 noch zu den spättragenden Baustoffen gezählt werden muß. Die
Schikanen verhindern, daß sich auf der Rohr- bzw. Schlauchstrecke 18 bis 20 Verstopfer
bilden können.
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Entgegen der Darstellung und Beschreibung der wiedergegebenen Ausführungsbeispiele
können die Rohrleitungen auch ganz oder zum Teil durch Schläuche ersetzt werden.
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Das Diagramm der Fig. 4 zeigt, wie sich die Eigenschaften des spättragenden
Baustoffes durch den Anregerzusatz und seine Einbringung mit der beschriebenen Einrichtung
in den hydromechanischen Transportstrom in den Bereich der frühtragenden Baustoffe
verschieben.