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Dokumentenidentifikation DE10236795B4 29.01.2009
Titel Verfahren zum Verfüllen tiefer Schächte
Anmelder R & B Industrieanlageverwertung GmbH, 46238 Bottrop, DE
Erfinder Heuwinkel, Heinz-Werner, 46242 Bottrop, DE;
Leib, Harald, Dipl.-Ing., 44797 Bochum, DE;
Becker, Hans-Jürgen, 46242 Bottrop, DE
Vertreter Bauer-Vorberg-Kayser, 50968 Köln
DE-Anmeldedatum 09.08.2002
DE-Aktenzeichen 10236795
Offenlegungstag 24.07.2003
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 29.01.2009
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.01.2009
IPC-Hauptklasse E21F 17/103  (2006.01)  A,  F,  I,  20080811,  B,  H,  DE
IPC-Nebenklasse E21F 15/08  (2006.01)  A,  L,  I,  20080811,  B,  H,  DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verfüllen eines tiefen Schachtes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei dem aus der DD 39 897 bekannten Verfahren der eingangs genannten Art wird Gestein in die als Rohr ausgebildete Führung eingegeben, das sich beim Herabstürzen zerschlägt und in diesem Zustand aus dem Austritt bzw. den Öffnungen austritt. Von dieser Verfülltechnik ist man bereits seit einiger Zeit abgegangen, weil das eingefüllte Material nicht ausreichend schnell zur Ruhe kommt. Seit den 70er Jahren hat man als Verfüllgut betonähnliches Material mit unterschiedlichen Druckfestigkeiten und Güten eingesetzt. Nach dem Stand der Technik werden zurzeit für die Verfüllung beispielsweise Betonarten verschiedener Qualitäten oder kohäsive Füllgüter gemäß DIN 1045 verwendet. Bei diesen betonähnlichen Materialien handelt es sich um aushärtendes Material, das in der Regel aus einem Bindemittel, einem Zuschlagstoff, einem Zusatzstoff und Wasser besteht.

Das Verfüllmaterial wird obertägig mittels geeigneter Anlagen hergestellt. Zwar kommt grundsätzlich auch Transportbeton in Frage, jedoch werden meist mobile oder semimobile Anlagen vor Ort eingesetzt. Nach Beendigung des Mischvorgangs wird das Verfüllmaterial über eine Förderanlage, meist über einen Gummigurtförderer zum Schacht transportiert. Über eine Abwurftrommel wird das Verfüllmaterial in den Schacht eingebracht, wobei die Abwurftrommel in der Regel derart über dem offenen Schacht angeordnet ist, dass der Verfüllmaterialstrom unter Berücksichtigung der Abwurfparabel mittig in den tiefen Schacht stürzt.

Unter einem "tiefen" Schacht wird im Rahmen der Erfindung ein Schacht verstanden, der mindestens 30 oder 40 Meter tief ist. Übliche Bergwerksschächte können beispielsweise 1000 und mehr Meter tief sein. Wenn normaler Betonbrei, hergestellt aus Zement, Sand als Zusatzstoff, Kieselsteinen als Zuschlagstoff und Wasser, über eine Strecke von etwa 30 Meter oder mehr im freien Fall nach unten fällt, findet ein Entmischen statt. Die typischerweise als Zuschlagstoff verwendeten Kieselsteine lösen sich vom Betonbrei und fallen schneller als der Zementleim. Beim Auftreffen auf den Boden des Schachts bzw. auf den Spiegel des bereits teilweise gefüllten Schachts hat also das frei herabgefallene Verfüllmaterial nicht mehr die Mischung, die es am Anfang des freien Falls hatte.

Außerdem hat sich gezeigt, dass es bei einem freien Fall über eine große Strecke unwahrscheinlich ist, dass das fallende Verfüllmaterial völlig frei nach unten fällt, ohne in Kontakt mit den Wänden des Schachts zu kommen. Vielmehr wird das herabstürzende Verfüllmaterial während des Falls verwirbelt und stellt keinen geschlossenen Strom mehr dar. Die einzelnen Körner kommen mit der Innenwandung des Schachtes in Kontakt und bleiben hängen. Diese Anbackungen können über die gesamte Schachtteufe entstehen und zu Querschnittsverengungen und im schlimmsten Fall zu Brückenbildungen führen, die mit Hilfe kostenintensiver Massnahmen beseitigt werden müssen.

Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass das herabstürzende Verfüllmaterial an Vorsprüngen, die in vielen Schächten vorhanden sind, hängen bleibt. Diese Vorsprünge können beispielsweise durch existierende Einbauten im Schacht (z. B. Einstriche, Spurlatten, Bühnen u. ä.) gebildet sein. Ein Rauben bzw. Ausbauen dieser Konstruktionselemente ist in der Regel nicht mehr möglich oder ist zumindest mit hohen Kosten verbunden.

Hinzu kommt, dass die wenigsten Tagesschächte noch lotrecht stehen. Die während der Lebensdauer eines Schachtes einwirkenden tektonischen Drücke führen dazu, dass die Schächte erheblich aus der Lotrechten verschoben werden ("Korkenzieher-Effekt), wodurch der freie Fall des Verfüllmateriales bis zum Tiefsten des Schachtes nicht mehr gewährleistet ist. Vielmehr prallt das Verfüllmaterial auf die schrägstehende Innenwandung auf, backt an und stellt wiederum ein Hindernis für nachfolgendes Verfüllmaterial dar.

All dies führt dazu, dass bei Beginn einer Schachtverfüllung ein erheblicher Teil des eingebrachten Materials keineswegs bis zur Sohle des Schachtes gelangt, sondern vielmehr vor der Schachtsohle bereits an den Wänden des Schachts hängen bleibt. Bei zahlreichen Versuchen hat sich gezeigt, dass nach Einbringen einer bestimmten Menge des Verfüllmaterials, die eigentlich für eine Verfüllung von beispielsweise 30 Metern ausgereicht hätte, an der Sohle des Schachtes keineswegs eine derartige Füllhöhe festgestellt wird. Die Füllhöhe liegt allenfalls bei einigen Metern, da das meiste Material an den Wänden des Schachtes hängen geblieben ist.

Weiterhin besteht der Nachteil, dass sich unterhalb von Verstopfungen Hohlräume bilden können. Bei Verfüllungen sind aber Hohlräume unbedingt zu vermeiden, da sich diese mit Gas, beispielsweise Methan, füllen und Grundlage für spätere Bergschäden sein können. Um entstandene Hohlräume nachträglich zu beseitigen, sind wiederum sehr kostenintensive Maßnahmen notwendig.

Da der Schacht während des Verfüllens nicht mehr durchgehend bewettert werden kann, können aufgrund von Methaneintritt gefährliche Konzentrationen eines Methan-Luft-Gemisches entstehen, die beim Verfüllen im freien Fall durch Funkenschlag gezündet werden können. Um dies zu verhindern, ist eine Inertisierung mit Stickstoff notwendig. Die hierfür gebräuchlichen Anlagen und auch die notwendigen Stickstoffmengen sind relativ teuer und die Inertisierung aufwendig.

Nach bisherigem Kenntnisstand kann ein Anbacken des Verfüllmaterials an der Innenwandung des Schachtes nur durch dadurch vermieden werden, dass dem Verfüllmaterial ein Zuschlagstoff mit abrasiven Eigenschaften zugemischt wird. Dieser Zuschlagstoff bewirkt einen permanenten "Scheuereffekt", der bereits an der anhaftendes Material beim Auftreffen nachfallenden Verfüllmaterials wieder lösen soll. Dieses Verfahren bietet jedoch zum einen keine hundertprozentige Gewähr dafür, dass es nicht doch zu Anbackungen kommt, zum anderen ist der Einsatz des zusätzlichen Zuschlagstoffs mit zusätzlichen Kosten und zusätzlichem Aufwand verbunden.

Ein Problem der Schachtverfüllung nach dem Stand der Technik ergibt sich auch aus ungewollten Wasserzuflüssen. Diese Wasserzuflüsse aus der Innenwandung des Schachtes können nicht verhindert werden, sondern das zufließende Wasser wird meist über sogenannte Träufel-Rinnen an der Innenwandung aufgefangen und gezielt abgeleitet bzw. abgepumpt. Das freie Verstürzen des Verfüllmateriales führt jedoch in der Regel dazu, dass diese Träufel-Rinnen zubetoniert werden und ihre Funktion somit nicht mehr gegeben ist. Das nunmehr in Richtung des Schachttiefstens laufende Wasser sammelt sich auf der frisch betonierten Sohle und kann je nach Mengenanfall zu einer nicht unbeträchtlichen Festigkeitsminderung des Verfüllmaterials führen.

Auch kann das freie Verstürzen des Verfüllmaterials zu Beschädigungen an Rohrleitungen führen, die bereits im Schacht vorhanden sind und nach dem Verfüllen des Schachtes weiter genutzt werden sollen.

Es soll ein Verfahren zum Verfüllen eines tiefen Schachtes mit Verfüllmaterial entwickelt werden, bei dem ungewollte Anbackungen des Verfüllmaterials an der Innenwandung des Schachtes vermieden werden. Weiterhin sollen während des Verfüllens keine in dem Schacht vorhandenen konstruktiven Einrichtungen beschädigt werden und auch eine Pfropfenbildung durch das Verfüllmaterial soll ausgeschlossen sein. Weiterhin soll das Verfahren kostengünstig und einfach durchführbar sein.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile des Verfahrens der eingangs genannten Art zu vermeiden und dieses Verfahren dahingehend weiterzuentwickeln, dass es auch für abbindende Verfüllmaterialien geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich verschiedene Erkenntnisse zunutze. So können Anbackungen an der Innenwandung des Schachtes nur dann zuverlässig vermieden werden, wenn ein Verwirbeln des Verfüllmaterials auf dem Weg zur Schachtsohle verhindert wird. Dies ist letztlich nur durch ein geführtes Einbringen des Materials erreichbar. Das geführte Einbringen ermöglicht weiterhin, dass potentiell hinderliche Einbauten gezielt umgangen werden können. Auch kann das Verfüllmaterial auf diese Weise problemlos in einen nicht lotrechten Schacht bis zur Schachtsohle eingebracht werden, ohne das Kontakt zur Innenwandung und damit ein Anbacken des Materials möglich ist.

Eine wesentliche Erkenntnis besteht auch darin, dass bereits vorhandene, bisher für die Verfüllung von Schächten nicht in Betracht gezogene Führungen genutzt werden können. In nahezu allen Tagesschächten sind. Rohrleitungen fest an der Innenwandung installiert. Diese weisen unterschiedliche Durchmesser (in der Regel DN 50 bis DN 600) auf und dienten während des Bergbaubetriebs dem Transport von Frischwasser, Abwasser, Methan (bei der Gasabsaugung), Druckluft, Fertigmörtel oder Kohlenmonoxid zur Inertisierung von Grubenbränden.

Eine derartige Rohrleitung oder auch andere geeignete Führung, wie beispielsweise eine Rinne, wird zunächst einige Meter oberhalb der Schachtsohle abgeschlagen bzw. abgetrennt. Dabei wird ein Austritt geschaffen, durch den das in der Führung geführte Verfüllmaterial austreten kann. Durch das Einbringen des Verfüllmaterials wird der Schacht nun kontinuierlich gefüllt, wodurch eine neue Schachtsohle geschaffen wird, die nach entsprechender Verfülldauer den Austritt der Führung erreicht. Die Führung wird dann erneut abgeschlagen bzw. abgetrennt, diesmal in dem gewünschten Abstand von der neuen Schachtsohle. Dieser Vorgang wird sooft wiederholt, bis der Schacht vollständig verfüllt ist.

Der Abstand des Austritts von der ursprünglichen Schachtsohle bzw. der sich neuen einstellenden Schachtsohle kann den Anforderungen entsprechend gewählt werden, der sich aus der Höhe ergebende freie Fall des Verfüllmaterials sollte jedoch so gering sein, dass Verwirblungen und daraus resultierende Anbackungen an der Innenwandung des Schachtes vermieden werden. Wie bereits eingangs erläutert, findet außerdem, wenn das Verfüllmaterial über eine Strecke von etwa 30 Meter oder mehr frei nach unten fällt, ein Entmischen statt. Demnach beträgt der Abstand des Austritts von der ursprünglichen Schachtsohle bzw. der sich neuen einstellenden Schachtsohle weniger als 30 m, beispielsweise 5 bis 25 m.

Der Krümmer leitet das austretende Verfüllmaterial in Richtung der Mitte der Schachtsohle.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Beispiel dann besonders wirkungsvoll, wenn Schachtkörbe und Seile im Schachttiefsten abgelegt und gezielt einbetoniert werden sollen. Das Ende der Führung bzw. der Austritt kann dann entsprechend ausgeführt werden, sodass das Verfüllmaterial gezielt um oder zwischen die Schachtkörbe und Seile eingebracht werden kann. Das Rauben von im Schacht befindlichen Konstruktionselementen ist bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens grundsätzlich nicht notwendig.

Die Gefahr von Brückenbildungen besteht nicht, da die Führung auf den jeweiligen problematischen Teufenniveaus geöffnet bzw. getrennt werden kann, um so das gezielte Einleiten des Verfüllmaterials sicherzustellen. Sogenannte „Betonierschatten" können vermieden werden.

Das Verfüllmaterial sollte beim herkömmlichen Verfahren im freien Fall eine Körnung von 0 bis 2 mm bzw. 0 bis 4 mm besitzen, um ein Entmischen während des Falls zu verhindern. Diese Gefahr des Entmischens ist beim Einbringen über eine Führung nicht gegeben, so dass nunmehr auch Zuschlagstoffe mit größerer Körnung verwendet werden können. Durch Verwendung größerer Körnung wird zudem der Selbstreinigungseffekt innerhalb der Führung begünstigt. Die Körnung kann in Abhängigkeit vom Durchmesser der Rohrleitung nahezu beliebig gewählt werden, beispielsweise kann sie 1 bis 10 cm betragen. Ein Vermischen unterschiedlicher Beton-Güten wird ebenfalls auf ein Mindestmaß reduziert.

Da die Ausbildung von Hohlräumen während der Verfüllung nahezu sicher ausgeschlossen werden kann und weil zusätzlich die Verfüllung über eine Führung einen Funkenschlag verhindert bzw. abschirmt, ist eine Inertisierung mit Stickstoff nicht mehr notwendig. Neben dem Aufwand können die hierfür gebräuchlichen relativ teuren Anlagen und die notwendigen Stickstoffmengen eingespart werden.

Auch ist das Verfüllen von nicht mehr lotrechten oder stark geneigten Schächten ebenfalls einfach und sicher zu bewerkstelligen.

Ein Zubetonieren von Träufel-Rinnen kann durch Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens wirkungsvoll verhindert werden.

Die oben aufgeführten Ausführungs- und Verwendungsbeispiele stellen nur einen kleinen Ausschnitt der sich für das erfindungsgemäße Verfahren ergebenden Möglichkeiten dar. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale sind in der Figurenbeschreibung und den Unteransprüchen enthalten.

Es zeigen:

1: eine Prinzipdarstellung eines unverfüllten Schachtes mit einer für eine Verfüllung vorbereiteten Führung zum Beginn der Verfüllung im Schnitt,

2: eine Prinzipdarstellung eines teilweise verfüllten Schachtes mit einer gekürzten Führung.

Wie die 1 und 2 verdeutlichen, weist ein tiefer Schacht 10, insbesondere ein Bergwerksschacht, eine Schachtöffnung 12, eine Innenwandung 14 und eine Schachtsohle 16 auf. Im Schacht 10 ist weiterhin eine Führung an der Innenwandung 14 installiert und reicht etwa von der Schachtöffnung 12 bis zur Schachtsohle 16. Die Führung kann jede beliebige geeignete Form, wie beispielsweise eine Rinne, aufweisen, jedoch eignet sich insbesondere eine nicht mehr genutzte Rohrleitung 18. Im Folgenden wird das Verfahren exemplarisch für die Nutzung einer Rohrleitung 18 als Führung erläutert. Derartige im Schacht verbliebene Rohrleitungen 18 weisen unterschiedliche Durchmesser, in der Regel DN 50 bis DN 600, auf. Die Rohrleitung 18 war also bereits vor dem Beginn der Verfüllung im Schacht 10 vorhanden und während des Bergbaubetriebs in Benutzung bzw. wurde sie nicht speziell zum Zwecke der Verfüllung installiert.

Die Rohrleitung 18 wird zunächst einige Meter oberhalb der Schachtsohle 16 abgeschlagen bzw. abgetrennt. Dabei wird ein Austritt 20 geschaffen, durch den in der Rohrleitung 18 geführtes Verfüllmaterial 22 austreten kann. Als Verfüllmaterial 22 eignet sich insbesondere ein aushärtendes Material, welches obertägig mittels geeigneter Anlagen her- und bereitgestellt wird. Zwar kommt grundsätzlich auch Transportbeton in Frage, jedoch werden meist mobile oder semimobile Anlagen 24 vor Ort eingesetzt. Das Verfüllmaterial 22 wird von diesen direkt oder ein Förderband 26 in die Rohrleitung eingebracht.

Durch das Einbringen des Verfüllmaterials 22 wird der Schacht 10 kontinuierlich gefüllt, wodurch sich eine neue Schachtsohle 28 bildet (vgl. 2), die nach entsprechender Verfülldauer den Austritt 20 der Rohrleitung 18 erreicht. Die Rohrleitung 18 wird dann erneut abgeschlagen bzw. abgetrennt, diesmal in dem gewünschten Abstand von der neuen Schachtsohle 28. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis der Schacht 10 vollständig verfüllt ist.

Der Abstand des Austritts 20 von der ursprünglichen Schachtsohle 16 bzw. der neuen Schachtsohle 28 kann den Anforderungen entsprechend gewählt werden, der sich aus dem Abstand bzw. der Höhe ergebende freie Fall des Verfüllmaterials 22 sollte jedoch so gering sein, dass Verwirblungen und daraus resultierende Anbackungen an der Innenwandung 14 des Schachtes vermieden werden. Der Abstand des Austritts 20 von der ursprünglichen Schachtsohle 16 bzw. der neuen Schachtsohle 28 kann beispielsweise weniger als 30 m, insbesondere 5 bis 25 m betragen.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante wird der Austritt 20 durch Anbringen eines Krümmers 30 an das Ende der abgeschlagenen Rohrleitung 18 in eine gewünschte Richtung verlegt. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Krümmer 30 das austretende Verfüllmaterial 22 in Richtung der Mitte der Schachtsohle 16 leitet.

2 zeigt weiterhin, dass ein Zubetonieren von Träufel-Rinnen 32, die an der Innenwandung 14 angebracht sind, durch Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens wirkungsvoll verhindert werden kann. Das Verfüllmaterial wird innerhalb der Rohrleitung 18 an den Träufel-Rinnen 32 vorbeigeführt.

Der Schacht 10 ist in den Figuren nur schematisch dargestellt, die Größenverhältnisse zwischen den einzelnen Komponenten entsprechen nicht der Wirklichkeit.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst jegliche, im Sinne der Erfindung wirkenden und sich die Erfindung zunutze machenden Verfahren.


Anspruch[de]
Verfahren zum Verfüllen eines tiefen Schachtes (10) mit Verfüllmaterial (22), wobei der Schacht (10) eine Innenwandung (14) und eine Schachtsohle (16) aufweist, wobei

– an einer Führung, die bereits vor dem Verfüllen des Schachtes (10) in diesen eingebaut und für andere Zwecke genutzt worden war, im Bereich oberhalb der Schachtsohle (16) ein Austritt (20) geschaffen wird, durch den in der Führung geführtes Verfüllmaterial (22) aus der Führung austreten kann, dann

– das Verfüllmaterial (22) über die Führung bis zum Austritt (20) geführt wird und dort durch den Austritt (20) aus der Führung austritt, dann

– bis zum Erreichen einer gewünschten entgültigen Füllhöhe des Schachtes (10) die Führung schrittweise jeweils auf ihrer der Schachtsohle (16) zugewandten Seite unter Bildung eines neuen Austrittes (20) verkürzt wird, sodass das geführte Verfüllmaterial (22) jeweils durch den dann neuen Austritt (20) auf eine sich durch das bereits eingebrachte Verfüllmaterial (22) bildende neue Schachtsohle (28) gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass der Austritt (20) durch Anbringen eines Verlängerungselementes, insbesondere eines Krümmers (30), in eine gewünschte Richtung verlegt wird, dass das Verlängerungselement derart ausgeformt ist, dass das austretende Verfüllmaterial (22) in Richtung der Mitte der Schachtsohle (16) bzw. der neuen Schachtsohle (28) geleitet wird, dass der Abstand vom Austritt (20) bis zur Schachtsohle (16) zu Beginn der Verfüllung weniger als 30 m, insbesondere 5 bis 25 m beträgt, und dass als Verfüllmaterial (22) ein aushärtendes Material verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung durch eine Rohrleitung (18) gebildet ist. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (18) an der Innenwandung (14) des Schachtes (10) angeordnet ist. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfüllmaterial aus einem Bindemittel, einem Zuschlagstoff, einem Zusatzstoff und Wasser gebildet ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der Abstand vom neuen Austritt (20) bis zur sich durch das bereits eingebrachte Verfüllmaterial (22) gebildeten neuen Schachtsohle (28) zu Beginn des jeweiligen Verfüllungsabschnittes weniger als 30 m, insbesondere 5 bis 25 m beträgt.






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