Die Erfindung betrifft ein Stoffgemisch zur vollständigen Verfüllung von untertägigen Hohlräumen.

Der Stand der Technik stellt sich wie folgt dar.

Die Verfüllung von bergbaulichen oder sonstigen Hohlräumen ohne besondere Anforderungen an Verfüllungsgrad bzw. zu erreichende Druckfestigkeit wird derzeit im Regelfall durch das vollständige Auffüllen mit einer als Monolith abbindenden Suspension aus Filteraschen und Wasser erreicht. Als Versatzmaterial kommt überwiegend eine pumpfähige Suspension zum Einsatz, die aus Braunkohlenfilteraschen (BFA) und Wasser ohne Zusätze oder Zuschlagstoffe besteht und die Bedingungen der Umweltverträglichkeit erfüllt. Die BFA wird mit einem für die eingesetzte Technik optimalen Wasser-Feststoff-Faktor von 0, 6 (0, 6 m³ H₂O auf 1, 0 t Asche) angemischt und ergibt somit die Garantie einer minimalen Sedimentation in der Versatzleitung, erfüllt aber auf jeden Fall den Wasserbedarf der BFA, um eine Festkörperbildung zu realisieren. Entsprechend der unterschiedlichen Bekohlung der verschiedenen Kraftwerke, die als Lieferanten der BFA zur Verfügung stehen, ändert sich die chemische Zusammensetzung der Aschen und damit die Festigkeitsentwicklung des BFA-Steines, der nach abgeschlossener Sedimentation und Festigkeitsentwicklung in den Grubenbauen entsteht. Das Versatzmaterial wird deshalb in regelmäßigen Abständen (einmal jährlich) chemisch-analytisch und bauphysikalisch labormäßig untersucht.

Als Mindestanforderungen für den entstehenden BFA-Stein gelten derzeit:

• – ausreichende Lagerstabilität, um Wasserbewegungen in den Grubenbauen oder Hohlräumen zu widerstehen, der Kf-Wert soll < 10⁻⁷ m/s betragen;
• – Mindestdruckfestigkeit nach 40 – 60 Tagen ca. 1 bis 2 N/mm², das heißt, der BFA-Stein übersteigt die Festigkeit des den BFR-Stein umgebenden Gebirges;
• – Versatzgrad mindestens 90 %;
• – ausreichende Korrosions- und Erosionsbeständigkeit;
• – Einhaltung der entsprechenden Grenz- und Zuordnungswerte (siehe Bundesverordnung Versatz ... vom Juli 2002).

Besondere Bedingungen und Anforderungen werden an den Versatz bzw. die Verfüllung von Hohlräumen unter Verkehrswegen, wie Straßen und Eisenbahntrassen, Gebäuden, gefährdeten Medienleitungen oder anderen sensiblen Bauten gestellt. Diese variieren in einer großen Bandbreite je nach Aufgabenstellung und können generell auf folgende Mindestanforderungen reduziert werden:

• – hohe Volumenstabilität (geringes Schwinden beim Aushärten, Versatzgrad 95 bis 100 %);
• – gute Fließeigenschaften (hohes Ausbreitmaß bei geringem Wasseranteil);
• – vollständiges Ausfüllen auch unbekannter angrenzender Hohlräume ohne zusätzliches Druckaufgeben;
• – Druckfestigkeit > 2 N/mm² nach 28 Tagen und schnelle Festigkeitsentwicklung;
• – hohe Resistenz gegen Wasser und Chemikalien;
• – Umweltverträglichkeit.

Die vorher beschriebenen BFA-Suspensionen erreichen diese Eigenschaften und Anforderungen nicht, was als Nachteil des Standes der Technik hervorzuheben ist. Des Weiteren tritt bei der BFA-Suspension eine Sedimentation auf, das heißt, es ist eine Trennung der Feststoffanteile vom Wasser zu beobachten. Dadurch kann mit einer solchen Suspension selbst bei mehrmaligem Pumpen keine vollständige Verfüllung der Hohlräume erreicht werden, was weiterhin einen Nachteil darstellt.

Um diesen erhöhten Anforderungen und Bedingungen an den Versatz bzw. der Verfüllung von Hohlräumen unter Verkehrswegen, wie Straßen und Eisenbahntrassen, Gebäuden, gefährdeten Medienleitungen oder anderen sensiblen Bauten zu genügen, werden für diese Zwecke relativ teure Spezialbaustoffe, wie Dämmer oder Zementmischungen, eingesetzt.

Zu diesen gehören unter einer Vielzahl von Produkten:

• – Füllbinder L, M, H, S, R von Schwenk-Zement
• – Prefill K von Readymix Zement Rüdersdorf
• – Bergbaumörtelprodukte von Quick Mix
• – Zemente und Zement-Kalkgemische der Zementindustrie.

Mit dem Dämmer/Beton wird ebenfalls nach Verarbeitungsvorschrift bzw. Aufgabenstellung eine pumpfähige Suspension hergestellt. Druckfestigkeitsangaben und umweltrelevante Parameter sind hersteller- bzw. erzeugnisabhängig. Entsprechende Zertifikate/Datenblätter werden mit den Produkten geliefert.

Der Transport der Braunkohlenfilterasche (BFA) bzw. der Zemente/Dämmer zur Versatzanlage erfolgt mit Straßensilofahrzeugen. Die Entladung der Straßensilos erfolgt mittels Druckluft je nach Aufbauvariante direkt in den Trockengutbehälter des Durchlaufmischbehälters bzw. direkt in das Mischrohr des Hydromischers, der den Vorratsbehälter (mit Rührwerkzeug) bedient. Mittels Schrägrohrschneckenförderer wird die BFA aus den Hochsilos dem Trockengutmischbehälter zugeführt. Der Füllstand im Aufsatz des Durchlaufmischers wird dabei überwacht und entsprechend geregelt. Nach Zuführung in das Mischrohr wird dem Trocken- bzw. Feuchtmaterial die erforderliche Wassermenge zugeführt, um im kontinuierlichen Prozess eine gleich bleibende Konsistenz zu erreichen. Aus dem Durchlaufmischer fällt das gemischte Gut über ein Einlegesieb in den Nassmörtelbehälter der Dickstoffpumpe. Das gemischte Versatzgut wird nun mittels der ölhydraulischen Doppelkolbenpumpe über die Förderleitung in das im Bohrloch eingebaute 2"-Versatzrohr und von dort aus in die offenen Grubenbaue oder sonstige Hohlräume gepumpt. Bei der Aufbaubauvariante mit BFA-Zufuhr direkt aus den Straßensilos wird durch Einblasen der Asche und gleichzeitiger dosierter Wasserzugabe im Mischrohr (Hydromischer) eine BFA-Suspension vorgemischt. Diese gelangt in den Vorratsbehälter und wird dort mittels Rührwerk homogenisiert. Die mit Kugelventilen oder Doppelkolben arbeitende Dickstoffpumpe saugt sich die BFA-Suspension direkt aus dem Vorratsbehälter und pumpt sie, wie bereits beschrieben, in die Grubenbaue bzw. sonstige Hohlräume.

Während der Versatzarbeiten werden die technischen Parameter:

• – Druck am Bohrlochkopf (Ausdruck des Druckbandschreibers)
• – Dichte der Suspension
• – Anstieg der Suspension in den umliegenden Hohlräumen, Überprüfung der Teufenangaben (loten) und Dokumentation in der Lottabelle und
• – Sedimentation der Suspension

Ziel ist es, eine Erfindung nachzuweisen, welche die Nachteile des Standes der Technik unterbindet und womit erreicht wird, dass ein Stoffgemisch gefunden wird, welches den Anforderungen einer Verfüllung untertägiger Hohlräume jeglicher Art genügt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stoffgemisch auf der Basis von Kraftwerksfilteraschen zu schaffen, das ohne Überschuss von Wasser hervorragende Fließeigenschaften besitzt und dadurch eine vollständige Verfüllung von untertägigen Hohlräumen garantiert sowie erhöhte pumpfähige Druckfestigkeitsanforderungen, die mit den bisherigen Asche-Wasser-Suspensionen nicht geschaffen werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Zusatzmittel zu einem steifen Gemisch von Kraftwerksfilteraschen und Wasser gegeben wird, womit aus dem steifen Gemisch ein flüssiges Gemisch, wie es zur Verfüllung von untertägigen Hohlräumen benötigt wird, entsteht. Durch das Zusatzmittel wird einerseits die pumpfähige Konsistenz erreicht und zum anderen kann erreicht werden, dass nur soviel Wasser der Asche zugesetzt wird, wie zum Abbinden der hydraulischen Bestandteile der jeweiligen Kraftwerksfilterasche benötigt wird. Dadurch werden ausreichend hohe Druckfestigkeitswerte erreicht, wie sie sonst nicht von Kraftwerksfilterasche sondern nur von Spezialbaustoffen, wie Dämmer oder Zementmischungen, erreicht werden. Als Zusatzmittel zur Verflüssigung der steifen Kraftwerksfilteraschen-Wasser-Suspension werden neue Verflüssiger auf der Basis von Polycarboxylether (PCE) eingesetzt.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Die Braunkohlenfilterasche aus dem Kraftwerk Boxberg ergibt mit 32,5 Masseprozent Wasser gemischt ein steifes Gemisch, das nach 7 Tagen eine Druckfestigkeit von 0,9 N/mm², nach 28 Tagen eine Druckfestigkeit von 7, 3 N/mm² und nach 56 Tagen eine Druckfestigkeit von 12,7 N/mm² erreicht. Dieses steife Gemisch ist für den bergbaulichen Versatz allerdings nicht zu verwenden, da es nicht pumpfähig ist. Für den bergbaulichen Versatz wird die Braunkohlenfilterasche mit 60 Masseprozent Wasser gemischt, um eine pumpfähige Suspension zu erhalten. Bei diesem Mischungsverhältnis erreicht die Druckfestigkeit nach 7 Tage nur 0,32 N/mm² und nach 28 Tagen 0,83 N/mm². Außerdem tritt bei dieser Suspension eine Sedimentation auf, das heißt, es ist eine Trennung der Feststoffanteile vom Wasser zu beobachten. Dadurch kann mit einer solchen Suspension selbst bei mehrmaligem Pumpen keine vollständige Verfüllung der Hohlräume erreicht werden.

Bei der Zugabe eines Fließmittels auf der Basis von Polycarboxylether (PCE) – Dosierung 0,3 Masseprozent der Braunkohlenfilterasche – kann das steife Gemisch aus Braunkohlenfilterasche des Kraftwerkes Boxberg mit 32,5 Masseprozent Wasser auf eine pumpfähige Konsistenz gebracht werden, wie man sie ohne Fließmittelzugabe nur bei einem Mischungsverhältnis von 100 % Braunkohlenfilterasche Boxberg mit 60 Wasser erhält.

Die Druckfestigkeitswerte stellen sich wie folgt dar: 2 Tage 1, 5 N/mm² 7 Tage 6,0 N/mm² 28 Tage 7,5 N/mm²

Außerdem wird nach 28 Tagen eine Biegezugfestigkeit von 2 N/mm² erreicht. Bei diesem pumpfähigen Gemisch tritt keine Sedimentation auf. Es wird eine Verfüllung von 98 – 100 % erreicht.

Auf Grundlage des neuen Stoffgemisches aus der Braunkohlenfilterasche, dem entsprechenden Wasseranteil und der Zugabe des Fließmittels Polycarboxylether (PCE) ergeben sich entsprechende Festigkeitswerte, welche insbesondere auch den Nachteil des Standes der Technik damit ausräumen, dass diese Verfüllung von untertägigen Hohlräumen, speziell für die Anwendung bei erhöhten Anforderungen dienlich ist. Dabei ist es also möglich, das neue Stoffgemisch zur Verfüllung von Hohlräumen unter Verkehrswegen, wie Straßen und Eisenbahntrassen, Gebäuden, gefährdeten Medienleitungen oder anderen sensiblen Bauten zu nutzen. Die entsprechenden Festigkeitswerte sind diesseitig dokumentiert.