PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102004059071B4 26.04.2007
Titel Dreikammer-Rohraufgeber im Untertagebergbau
Anmelder SIEMAG GmbH, 57250 Netphen, DE
Erfinder Christian, Ottmar, 57250 Netphen, DE
Vertreter Patentanwälte Valentin, Gihske, Grosse, 57072 Siegen
DE-Anmeldedatum 07.12.2004
DE-Aktenzeichen 102004059071
Offenlegungstag 14.06.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 26.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.04.2007
IPC-Hauptklasse E21F 3/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse E21F 17/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Dreikammer-Rohraufgeber zum Austausch von Gruben- bzw. Warmwasser und von Frisch- bzw. Kaltwasser und/oder zur quasi kontinuierlichen, hydraulischen Förderung von Feststoffen über große, mehrere tausend Meter betragende Höhenunterschiede im Untertagebergbau, wozu in jedem Abschnitt einer Teufe jeweils ein einen Kühlkreislauf bereitstellender Dreikammer-Rohraufgeber angeordnet ist, der den direkten und kontinuierlichen Austausch zwischen einem einerseits die übertägige Einspeisung des Frisch- bzw. Kalt- oder Klarwassers und andererseits einem die Förderung des Gruben- bzw. Warmwassers oder der Trübe ermöglichenden Hochdruck-Flüssigkeitskreislauf und einem untertägigen Niederdruck-Flüssigkeitskreislauf gewährleistet.

Ein solcher Dreikammer-Rohraufgeber ist durch die DE 39 26 464 C2 oder DE 43 11 277 C2 bekannt geworden. Die kontinuierliche, hydraulische Förderung über große Höhen, um das im Untertagebau erforderliche Kaltwasser mit dem im Untertagebau anfallenden Warmwasser auszutauschen und auch Trüben und Feststoffe enthaltende Flüssigkeiten ohne Schwierigkeiten zu fördern, wird mit einem Dreikammer-Rohraufgeber erreicht, indem die an den Enden der Kammern angeordneten Sperrorgane durch eine entsprechende Schaltung eine kontinuierliche Füllung und Förderung erlauben.

Die stete Zunahme der Gewinnungsteufen (z.B. bis 4000 m) mit höheren Gebirgstemperaturen und die steigenden Betriebspunktförderungen mit größeren Abbaulängen und erhöhtem Energieumsatz zur Förderung und Gewinnung bedingen eine wesentlich höhere Kälteleistung, die in einer zentralen Kälteerzeugungsanlage Übertage erbracht wird. Aufgrund der einzuhaltenden Bedingungen für Schachtleitungen, die nur bis maximal 160 bar ausgeführt werden können, was einem Grenzwert von etwa 1300 m Teufe entspricht, schleusen die Dreikammer-Rohraufgeber das Kalt- und Warmwasser in jeder Teufe bzw. Stufe in sehr große Kalt- und Warmwasserbecken aus. Diese besitzen beispielsweise ein Füllvolumen von 10.000 m3, was einen großen Aufwand für die Erstellung und den Unterhalt mit sich bringt. Aus den Becken wird das Warm- und Kaltwasser dann mittels Pumpen in den jeweiligen nächsten Abschnitt/Teufe bzw. Stufe durch Schachtleitungen gefördert, um dort wiederum ausgeschleust zu werden. Sobald dann die endgültige Teufe, z.B. 4000 m, erreicht ist, erfolgt die Kühlung der Betriebspunkte. Abgesehen von dem erheblichen Aufwand kommt durch das Ausschleusen noch hinzu, daß sich das Kaltwasser in dem Kaltwasserbecken erwärmt und das Warmwasser in dem Warmwasserbecken abkühlt. Das erfordert für die notwendige Kühlleistung einen entsprechend höheren Energieeinsatz.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Einsatz von gattungsgemäßen Dreikammer-Rohraufgebern ohne die genannten Nachteile zu schaffen, insbesondere den Energiebedarf und den Betriebsaufwand zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die in den jeweiligen Teufen angeordneten Dreikammer-Rohraufgeber mit in Reihe geschalteten, geschlossenen Kühlkreisläufen ausgebildet sind, derart, daß die Niederdruckleitung des jeweils vorhergehenden Dreikammer-Rohraufgebers an eine Schachtleitung mit sich aufbauendem Hochdruck des folgenden Dreikammer-Rohraufgebers angeschlossen ist. Durch diesen erfindungsgemäßen Kurzschluß von in großen Tiefen bzw. den jeweiligen Teufen angeordneten Dreikammer-Rohraufgebern, von denen in den jeweiligen Teufen vorteilhaft auch parallel geschaltete Dreikammer-Rohraufgeber vorgesehen sein können, lässt sich erreichen, daß das Kaltwasser über die Schachtrohrleitungen für die Kühlung von Arbeitsplätzen ohne Zwischenausschleusung auch in tiefe Bergwerke gebracht werden kann. Gleichzeitig wird im Rücklauf das erwärmte Wasser nach erfolgter Kühlung ebenfalls ohne Zwischenausschleusung wieder zur Rückkühlung nach Übertage gebracht. Die bekannt guten thermischen Wirkungsgrade der Dreikammer-Rohraufgeber lassen sich somit nutzen, um das Kalt- und Warmwasser nahezu verlustfrei bis in die großen Tiefen zu bringen. Das gilt gleichermaßen für die bekannt guten hydraulischen Wirkungsgrade, um das warme Wasser mit wenig Pumpenenergie nach Übertage zur Rückkühlung zu fördern.

Als besonderer Vorteil ist jedoch zu sehen, daß das ohne Ausschleusung in die großen Tiefen geförderte Kaltwasser gegenüber den herkömmlichen Anlagen bei ca. 2600 m mit einer um ca. 2° kälteren Temperatur für die Kühlung zur Verfügung steht. Gegenüber herkömmlichen Anlagen ist damit ein bis zu 11 % höheres Kältepotential für die Kühlung der untertägigen Betriebspunkte erreicht. Bei Betrieben bzw. Abbaustätten, die bis zu 4000 m reichen, summiert sich der Vorteil auf dann etwa 22%. Oder es lassen sich gleiche Temperaturen wie bei herkömmlichen Anlagen mit deutlich geringerem Energieeinsatz erreichen.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, das nach jedem Dreikammer-Rohraufgeber an dessen Kalt- und Warmseite ein Sicherheitsventil vorgesehen ist. Hierdurch lässt sich ein konstant niedriger Druck nach jedem Dreikammer-Rohraufgeber erreichen, da die Sicherheitsventile das planmäßige Druckausgleichswasser und eventuelle Ventilleckagen abführen können.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Dreikammer-Rohraufgebers mit den in Verbindung stehenden Hochdruck- und Niederdruck-Flüssigkeitskreisläufen;

2 in schematischer Darstellung eine zum Stand der Technik zählende Anlage mit im Ausführungsbeispiel in unterschiedlichen Teufen (Tiefen) angeordneten Dreikammer-Rohraufgebern im Einsatz bei großen Tiefen mit Ausschleusung des Warm- bzw. Kaltwassers; und

3 in schematischer Darstellung die Anordnung nach 2 mit erfindungsgemäß in Reihe geschalteten, geschlossenen Kühlkreisläufen der aufeinander folgenden Dreikammer-Rohraufgeber.

Die 1 zeigt einen Dreikammer-Rohraufgeber 1 mit seinen drei Kammern 2, 3 und 4. Er ist so angeordnet und ausgebildet, daß er in einem direkten und kontinuierlichen Austausch einen Hochdruck-Kreislauf HD und einen Niederdruck-Kreislauf ND verbinden kann, um einerseits Frischwasser oder Kaltwasser aus den Übertagebereich in den Untertagebereich und andererseits Grubenwasser oder Warmwasser aus dem Untertagebereich in den Übertagebereich zu fördern.

Vom Übertagebereich 5 wird dabei Frischwasser oder Kaltwasser durch die Hochdruckleitung 6 in den Untertagebereich 7 eingespeist und den Kammern 2, 3, 4 des Dreikammer-Rohraufgebers 1 zugeführt. Der Druckaufbau und auch der Druckabbau in den Kammern 2, 3 und 4 des Dreikammer-Rohraufgebers 1 wird durch Sperrorgane 8 bis 11 vorgenommen, die einer jeden Kammer zugeordnet sind und zum Teil mit zu ihrer Steuerung dienenden (nicht dargestellten) Schaltern und Geräten zusammenarbeiten.

Das Gruben- bzw. Warmwasser wird über die Niederdruck-Grubenwasserleitung 14 den Kammern 2, 3, 4 des Dreikammer-Rohraufgebers 1 im Gegenstrom zum Frisch- bzw. Kaltwasser zugeführt. Da durch den Dreikammer-Rohraufgeber 1 eine kontinuierliche Füllung der Kammern 2 bis 4 bzw. eine kontinuierliche Förderung stattfindet, ist ein zentrales Steuersystem vorgesehen, in dem die Signale von Zeitgliedern und/oder Integratoren durch Kontaktmanometer sowie durch Endschalter der Sperrorgane 8 und 11 mit einer Folgesteuerung ausgelöst werden.

Während die Kammer 2 das Gruben- bzw. Warmwasser über eine Hochdruck-Grubenwasserleitung 16 in den Übertagebereich fördert, wird die Kammer 3 mit Gruben- bzw. Warmwasser gefüllt. Die Kammer 4 ist hingegen mit Frisch- bzw. Kaltwasser gefüllt und befindet sich in Bereitschaft zur Füllung mit Gruben- bzw. Warmwasser.

Das aus den Kammern 2, 3 und 4 des Dreikammer-Rohraufgebers in den Niederdruckbereich ND eingespeiste Frisch- bzw. Kaltwasser gelangt über die Niederdruck-Frischwasserleitung 17 zum Verbraucher.

Die 2 zeigt den Einsatz von zwei der zuvor beschriebenen Dreikammer-Rohraufgeber 1a und 1b im Untertagebereich mit großen Höhenunterschieden, hier einer ersten Teufe I in 1300 m Tiefe und einer zweiten Teufe II in 2600 m Tiefe, der sich noch weitere Teufen anschließen können, wie mit III verdeutlicht. Es war hier üblich, in jedem Abschnitt einer Teufe an der Kaltwasserseite K und an der Warmwasserseite W ein Kaltwasserbecken 12 und ein Warmwasserbecken 13 zur Ausschleusung des aus dem oberen Dreikammer-Rohraufgeber 1a in den folgenden Dreikammer-Rohraufgeber 1b eingespeisten Frischwassers bzw. des aus dem unteren Dreikammer-Rohraufgeber 1b in den oberen Dreikammer-Rohraufgeber 1a und weiter in die Übertage angeordnete, schematisch angedeutete zentrale Kälteerzeugungsanlage 15 zurückgeführten Grubenwassers vorzusehen. Zur Einspeisung aus dem Kaltwasserbecken 12 in den unteren, folgenden Dreikammer-Rohraufgeber 1b sind an der Kaltwasserseite K ebenso wie zur Rückführung des Grubenwassers auf der Warmwasserseite W Pumpen 18 zwischengeschaltet.

Die 3 zeigt am Beispiel von zwei Dreikammer-Rohraufgebern 1a bzw. 1b die Betriebsweise ohne in den Teufen I (bzw. II, III.....n) erforderlichem Kalt- und Warmwasserbecken (vgl. 2). Die Dreikammer-Rohraufgeber 1a, 1b, 1....n sind hier vielmehr mit in Reihe geschalteten, geschlossenen Kühlkreisläufen sowohl an der Kaltwasserseite K als auch an der Warmwasserseite W ausgebildet. Hierzu geht an der Kaltwasserseite K das aus der letzten Kammer 4 ausgeförderte Frischwasser über die Niederdruckleitung 17 direkt in die zu dem folgenden Dreikammer-Rohraufgeber 1b führende Schachtleitung 19 über, in der sich bis zur nächsten Teufe II wieder der systembedingte Hochdruck aufbaut, so daß diese Schachtleitung dann wieder als Hochdruckleitung 6 an den folgenden Dreikammer-Rohraufgeber 1b angeschlossen ist.

An der Warmwasserseite W gelangt das mittels der Pumpe 18 in die Niederdruckleitung 14 und von dort in die einzelnen Kammern des Dreikammer-Rohraufgebers 1b einströmende Grubenwasser aus der oberen Kammer 2 in die nach oben führende Schachtleitung 20 mit Hochdruck 16. Die im Abschnitt der Teufe I an der Warmwasserseite W angeordnete Pumpe 18 fördert das Grubenwasser zu den Kammern 2 bis 4 des oberen Dreikammer-Rohraufgebers 1a. Von dort gelangt das Grubenwasser in die Kälteerzeugungsanlage 15, wozu dieser in der Hochdruckleitung 16 eine Pumpe 18 vorgeschaltet ist.

Nach dem Dreikammer-Rohraufgeber 1a bzw. 1b sind sowohl an der Kaltwasserseite K als auch an der Warmwasserseite W Sicherheitsventile 21a bzw. 21b in die Leitungen integriert. Die Sicherheitsventile 21a, 21b gewährleisten einen konstant niedrigen Druck nach jedem Dreikammer-Rohraufgeber 1a bzw. 1b bzw. 1...n und führen gleichzeitig das planmäßige Druckausgleichswasser und eventuell geringfügige Ventilleckagen ab.

Die Ausführung mit kurzgeschlossenen Dreikammer-Rohraufgebern 1a, 1b, 1...n erlaubt es, das Kalt- bzw. Frischwasser ohne Zwischenausschleusung in tiefe Bergwerke zu bringen und umgekehrt das erwärmte Wasser bzw. Grubenwasser nach erfolgter Kühlung in den Dreikammer-Rohraufgebern ebenfalls ohne Zwischenausschleusung wieder zur Rückkühlung in die Kälteerzeugungsanlage 15 nach Übertage zu fördern. Es wird somit kaltes und warmes Wasser von den Primärkühlkreisläufen der Dreikammer-Rohraufgeber 1a und 1b bzw. 1b und 1a unter Zwischenschaltung der Sicherheitsventile 21a, 21b direkt ausgetauscht.


Anspruch[de]
Dreikammer-Rohraufgeber mit einem Kalt- bzw. Warmwasserbecken zum Austausch von Gruben- bzw. Warmwasser und von Frisch- bzw. Kaltwasser und/oder zur quasi kontinuierlichen, hydraulischen Förderung von Feststoffen über große, mehrere tausend Meter betragende Höhenunterschiede im Untertagebergbau, wozu in jedem Abschnitt einer Teufe jeweils ein einen Kühlkreislauf bereitstellender Dreikammer-Rohraufgeber angeordnet ist, der den direkten und kontinuierlichen Austausch zwischen einem einerseits die übertägige Einspeisung des Frisch- bzw. Kalt- oder Klarwassers und andererseits einem die Förderung des Gruben- bzw. Warmwassers oder der Trübe ermöglichenden Hochdruck-Flüssigkeitskreislauf und einem untertägigen Niederdruck-Flüssigkeitskreislauf gewährleistet, dadurch gekennzeichnet, daß die in den jeweiligen Teufen (I, II, III...n) angeordneten Dreikammer-Rohraufgeber (1a, 1b, 1...n) mit in Reihe geschalteten, geschlossenen Kühlkreisläufen ausgebildet sind, ohne Zwischenschleusung in ein Kait- bzw. Warmwasserbecken, derart, daß die Niederdruckleitung (17) des jeweils vorhergehenden Dreikammer-Rohraufgebers (1a) an eine Schachtleitung (19; 20) mit sich aufbauendem Hochdruck des folgenden Dreikammer-Rohraufgebers (1b, 1...n) angeschlossen ist. Dreikammer-Rohraufgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach jedem Dreikammer-Rohraufgeber (1a, 1b, 1...n) an dessen Kalt- und Warmwasserseite (K; W) ein Sicherheitsventil (21a, 21b) vorgesehen ist. Dreikammer-Rohraufgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den jeweiligen Teufen (I, II, III...n) parallel geschaltete Dreikammer-Rohraufgeber (1a, 1a; 1b, 1b; 1...n) angeordnet sind.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com