DE2434546C3

DE2434546C3 - Verfahren zur Herstellung von hygroskopischen Salzpasten mit verlängerter Wirkungsdauer für die Staubbindung im Bergbau

Info

Publication number: DE2434546C3
Application number: DE19742434546
Authority: DE
Inventors: Hans 5810 Witten Lewer
Original assignee: Chemische Fabrik Kalk GmbH
Current assignee: LEWER, HANS, 5802 WETTER, DE
Priority date: 1974-07-18
Filing date: 1974-07-18
Publication date: 1978-06-22
Also published as: DE2434546A1; DE2434546B2

Description

errechnet, wobei RFm die gesuchte mittlere relative Feuchte in %, /1 bzw. /2 die Längen der betreffenden Wettereinzugstrecken in Metern und RF] bzw. RF? die relativen Feuchten der Wetter in den betreffenden Wettereinzugstrecken in % sind, unter Berücksichtigung des arithmetischen Mittels der Temperatüren allein in den Wettereinzugstrecken.

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Für den Bergbaubetrieb unter Tage sind Kohlen- und Bergestaub bekanntlich die Quelle für Gefahren und Schaden, die durch eine möglichst wirksame Bindung solcher Stäube zumindest vermindert werden können. Eine zu diecem Zweck bekannte Möglichkeit besteht darin, auf die Oberflächen des Streckenausbaus, vorzugsweise mittels Druckluft, eine Paste aufzubringen, die aus einer gallertartigen Trägersubstanz besteht, in die Lösungen hygroskopischer Salze inkorporiert sind. Die Pasten bilden auf den Oberflächen des Streckenausbaus einen nicht-austrocknenden, stets feuchten Überzug, der die anfliegenden Staubteilchen einfängt und flugunfähig festlegt. Die Trägersubc'.an? derartiger Pasten ist meist ein gallertartiges Magnesiumhydroxid, mit dem die wäßrige Lösung von hygroskopischen Salzen, wie beispielsweise Calcium- oder Magnesiumchlorid, zu einer Masse von pastenartiger Konsistenz verdickt ist. Um eine gute Benetzung des anfliegenden Staubes zu gewährleisten, enthalten diese Pasten außerdem oberflächenaktive Stoffe, wie bei spielsweise Netzmittel, die auch im alkalischen Bereich und in Gegenwart der hygroskopischen Salze wirksam sind.

Voraussetzung für eine gute Haftfähigkeit und Wirksamkeit einer Paste ist deren optimale Konsistenz, (.0 die von der Struktur und dem Aufbau des gelartigen Trägerstoffs und von dem Flüssigkeitsgehalt der Pasie abhängig ist. Um eine gute Staubbindung zu erreichen, muß der Flüssigkeitsgehalt der Paste groß sein, wobei jedoch ein bestimmtes Maximum an Flüssigkeitsgehalt ,^ nicht überschritten werden darf, weil sonst die Viskosität und Standfestigkeit der Paste zu gering werden, um eine gute Haftung der Paste auf den senkrechten und geneigten Oberflächen des Grubenausbaus und an der Firste zu gewährleisten.

So kann der Flüssigkeitsgehalt der Staubbindepasten nicht völlig willkürlich gewählt werden, weil er nach der Aufbringung der Paste von dem Feuchtigkeitsgehalt der Grubenwetter abhängig ist. Die Salzpaste wird aufgrund ihrer Hygroskopizität ihren Flüssigkeitsgehalt stets zu dem Feuchtigkeitsgehalt der Grubenwetter ins Gleichgewicht bringen, so daß der Wasserdampfpartialdruck über der Paste stets dem Wasserdampfpartialdruck in dem Grubenwetter gleich ist. Die Paste, in der die Konzentration an hygroskopischen Salzen zu gering ist, wird demnach Flüssigkeit an die Grubenwetter abgeben und kann im Extremfall zu steif werden. Zumindest tritt eine oberflächliche Austrocknung der Pastenschicht mit der Wirkung ein, daß der anfliegende Staub nicht mehr gebunden werden kann und die Paste somit ihre Schutzaufgabe nicht mehr erfüllt. Wenn dagegen die Konzentration an hygroskopischen Salzen in der Paste zu hoch ist, zieht die Paste so viel Feuchtigkeit aus den Grubenwettern an, daß sie zu dünnflüssig wird und abläuft. Zwar kann eine Paste geringe Unterschiede in der Wasserdampftension zwischen hygroskopischer Salzlösung und Grubenwetter, wie sie oft schon durch die Schwankungen der relativen Feuchte der Wetter gegeben sind, in gewissen Grenzen ohne nachteilige Folgen überbrücken; zu große Differenzen führen jedoch zum Eintrocknen bzw. Abfließen der Paste.

Es ist daher erforderlich, die Paste in ihrer Salzkonzentration den jeweiligen örtlichen Verhältnissen des Grubenklimas weitestgehend anzupassen. Jedoch würde ein konsequentes Befolgen dieser Forderung zu der Notwendigkeit führen, für jede Strecke eine besondere Paste mit einer ganz bestimmten Einstellung der Salzkonzentration herzustellen. Das ist aber aus wirtschaftlichen wie auch aus technischen Gründen nicht durchführbar. Der Aufwand an Vorratsbehältern bei den Herstellwerken wie auch bei den Verbrauchern sowie der Transport der Pasten würde ein solches Ausmaß annehmen, daß die Paste nicht mehr wirtschaftlich eingesetzt werden könnte. Außerdem ist zu berücksichtigen, daß es im Untertagebetrieb üblich ist, von einer zentralen Pumpstation aus mehrere Abbaubetriebe durch Rohrleitungen mit Paste zu versorgen. Da diese Rohrleitungen naturgemäß immer mit Paste gefüllt sind, ist ein Übergang auf eine Paste anderer Zusammensetzung jeweils nur nach Entleerung der betreffenden Rohrleitung möglich, so daß sich aus diesen Gründen bereits ein dauernder Wechsel in der Pasienzusammensetzung verbietet.

Aus diesen Gründen wird in der technischen Praxis meist eine Paste eingesetzt, deren durch die Salzkonzentration bedingter Feuchtigkeitsgehalt einem Wasserdampfpartialdruck über der Paste entspricht, der dem mittleren Wasserdampfpartialdruck der Wetter in den zu behandelnden Grubenräumen gleich ist, wobei als Maß für den Wasserdampfpartialdruck der Wetter deren relative Feuchte angesehen wird. Wenn beispielsweise in drei Abbaubetrieben eines Grubenbetriebs folgende relative Feuchten und dazugehörende Temperaturen festgestellt werden:

Abbaubetrieb A:

Wettereinziehstrecke 70% rel. Feuchte,
Temp. 26°C,

Wetterausziehstrecke 79% rel. Feuchte,
Temp. 31°C;

Abbaubetrieb B:

Wettercinziehstrecke 68% rel. Feuchte,

Temp. 28° C.

Wetterausziehstrecke 80% rel. Feuchte,

Temp. 30⁰C;
Abbaubetrieb C:

Wettereinziehstrecke 73% rel. Feuchte,

Temp. 25° C,

Wetterausziehstrecke 84% rel. Feuchte,

Temp. 28° C,

so betragen deren Mittelwerte 76% rel. Feuchte bei einer Temperatur von 28³C.

Die auf diese Mittelwerte eingestellte Paste gibt in den Wettereinziehstrecken etwas von ihrem Flüssigkeitsgehiilt an die Wetter ab, während sie in den Wetterausziehstrecken Wasser aus den Wettern aufnimmt. Dadurch ist die Kapazität der Paste für die Staubbindung in den Wetterausziehstrecken größer als in den Wettereinziehstrecken. Da aber auch die Staubbelastung der ausziehenden Wetter naturgemäß größer ist als die der einziehenden Wetter, erscheint eine Einstellung der Paste nach dem Mittelwert der relativen Feuchte durchaus den tatsächlichen Gegebenheiten zu entsprechen.

Wie jedoch aufgrund zahlreicher Untersuchungen festgestellt worden ist, läßt sich die Wirksamkeit und insbesondere deren Dauer einer solchen Staubbindepaste unter bestimmten Bedingungen noch weiter steigern.

Es wurde ein Verfahren zur Herstellung von hygroskopischen Salzpasten, die aus gallertartigen Trägersubstanzen, hygroskopischen Salzen, oberflächenaktiven Stoffen und Wasser bestehen, mit verlängerter Wirkungsdauer für die Staubbindung bei der Verwendung in mehreren Streckenbereiche'i unterschiedlicher Feuchte im Bergbau, durch Einstellen des Wasserdampfdrucks der Paste durch ihren Salzgehalt auf den Mittelwert aus den Wasserdampfpartialdrücken der Wetter in mehreren zu behandelnden Grubenräumen, unter Berücksichtigung des arithmetischen Mittels der Temperaturen, gefunden. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß für die Einstellung der Paste der Wasserdampfpartialdruclc in einem Grubenwetter zugrunde gelegt wird, dessen relative Feuchte sich als Mittelwert nach der Formel:

Kr κι =

F₁ + I₂ ■ RF₂ + ΊΓ+k+ ···

demgegenüber geringe Anhebung des Salzgehaltes einer erfindungsgemäß hergestellten Paste bedingt eine Verlängerung der Wirkungsdauer bzw. der Staubbindefähigkeit dieser Paste, die weit über den Wert hinausgeht, der nach der Zunahme der Salzkonzentration hätte erwartet werden können.

Bei der bisher üblichen Einstellung des Salzgehaltes der Pasten nach dem Mittelwert der relativen Feuchten der ein- und ausziehenden Wetter ergab sich weiterhin

ίο folgender Nachteil: An arbeitsfreien Tagen geht die relative Feuchte in den Ausziehstrecken auf die der Einziehstrecken zurück, da die mit dem Arbeitsablauf verbundene Wasserverdunstung entfällt. Dadurch trocknet die Paste oberflächlich aus. Der mit Beginn der Arbeitsaufnahme anfallende Staub kann daher zunächst nicht gebunden werden und stellt über mehrere Stunden eine latente Gefahr dar.

Bei der erfindungsgemäßen Einstellung des Salzgehaltes dei Pasten nach dem Mittelwert der relativen Feuchten nur der einziehenden Wetter ergeben sich normalerweise Pasten mit höherer Salzkonzentration. Dementsprechend stärker ist die Verdünnung dieser Paste durch Wasseraufnahme in den Ausziehstrecken. Es tritt hier zwür ebenfalls an arbeitsfreien Tagen eine Wasserverdunstung ein, jedoch reicht, wie Beobachtungen ergeben haben, der höhere Wassergehalt aus, um die Oberfläche der Paste bis zum Tag nach der Arbeitsruhe noch hinreichend feucht zu halten, so daß der nun anfallende Saub sogleich gebunden werden

.10 kann.

Beispiel
Für drei Abbaubetriebe:

A. 400 m Wettereinziehstrecke mit 70% relativer Luftfeuchtigkeit bei einer Temperatur von 26°C,

B. 900 m Wettereinziehstrecke mit 68% relativer Luft

feuchtigkeit bei einer Temperatur von 28°C,

C. 300 m Wettereinziehstrecke mit 73% relativer Luftfeuchtigkeit bei einer Temperatur von 25°C

= 69%

ergibt sich der Wert für

400 · 70 + 900 · 68 + 300 · 73

400 + 900 + 300^r

errechnet, wobei RFm die gesuchte mittlere relative Feuchte in %, l\ bzw. h die Längen der betreffenden Wettereinzugstrecken in Metern und RF\ bzw. RF2 die relativen Feuchten der Wetter in den betreffenden Wettereinzugstrecken in % sind, unter Berücksichtigung des arithmetischen Mittels der Temperaturen allein in den Wettereinzugstrecken.

Die Einstellung der Paste auf diese Mittelwet te der Temperaluren und relativen Leuchtfeuchtigkeiten in den Wettereinziehstrecken hat den Vorteil, daß die in diesen Streckenabschnitten applizierte Paste ihren Flüssigkeitsgehalt nur unwesent'ich ändert. Offenbar liegt darin die Ursache, daß die Wirkungsdauer einer erfindungsgemäß aufgebauten Paste um 40 bis 50% verlängert ist gegenüber einer Paste, die nach herkömmlicher Art und Weise auf die mittlere relative Feuchte der gesamten Grubenräume eingestellt ist, in denen die Paste angewendet werden soll. Die

und für den Mittelwert der Temperatur

Für die Wetterausziehstrecken ist der Salzgehalt der erfindungsgemäß eingestellten Pasten zunächst zu hoch. Die Paste nimmt daher laufend Feuchtigkeit aus den Wettern auf. Da jedoch die Staubbelastung der ausziehenden Wetter relativ hoch ist und die Feuchtigkeitsaufnahme der Paste zu langsam vor sich geht, wird die neu gebildete Salzlösung jeweils durch den sich ablagernden Staub gebunden, ohne daß es zum Ablaufen der Paste kommt. Andererseits steht immer so viel an Flüssigkeit in der Paste zur Verfügung, daß auch bei kurzzeitig hohen Staubbelastungen der Wetter, wie sie insbesondere bei stark mechanisierten Betrieben immer wieder vorkommen, eine verstärkte Staubablagerung schnell durchwandert und gebunden werden kann. Somit ergibt sich als Vorteil hier nicht nur die um ca. 30% höhere Staubaufnahmefähigkeit der erfindungsgemäß zusammengesetzten Paste, sondern auch

die größere Sicherheitswirkung, die dadurch gegeben ist, daß kein Staub längere Zeit sich ungebunden auf der Plaste ablagert und flugfähig bleibt.

Aus der Dampfdruck-Kurve für Calciuiichloridlösungen ergibt sich, daß mit der relativen Feuchte der Wetter von 69% eine CalciumchlonJlösung im Gleichgewicht steht, die 27,5 Gewichtsprozent CaCb enthält Diese Paste hat eine mittlere Wirkungsdauer von 32 Tagen in den Wettereinziehstrecken und von 20 Yager in den Wetterausziehstrecken.

Nach der Dampfdruck-Kurve für Magnesiumchlorid lösungen ist eine 24,5 Gewichtsprozent MgCb enthaltende Magnesiumchloridlösung mit einer relativer Feuchte der We'ter von 69% im Gleichgewicht.

Da der gallertartige Trägerstoff nur in untergeordne ten Mengen in der Paste enthalten ist, beeinflußt ei diese Konzentrationswerte nur unwesentlich, so daß die vorstehenden Konzentrationswerte auch für die trägerstoffhaltige Paste gelten.

Vergleichsbeispiel

Nach der bisher üblichen Berechnungsmethode wurde unter Zugrundelegung der für die Abbaubetriebe in vorstehendem Beispiel genannten Kenngrößen die durchschnittliche relative Feuchte aus der Gleichung

70 + 83 + 68 + 82 r 73 + 86

= 77"

zu 77% und die Durchschniustemperatur aus der ίο Gleichung

26 + 31 ■ 28 + 30 + 25 ■+ 29 _ 6

zu 28^LC errechnet. Bei dieser Temperatur ist mil der relativen Feuchte der Wetter der Wasserdampfpartialdruck über einer CaCb-Lösung im Gleichgewicht, die 24 Gewichtsprozent CaCb enthält. Eine mil diesem CaCb-Gehalt hergestellte Paste hat in den Wettereinziehstrecken eine Wirkungsdauer von nur 26 Tagen und in den Wetteraus/iehstrecken von nur 1 3 Tagen.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von hygroskopischen Salzpasten, die aus gallertartigen Trägersubstanzen, > hygroskopischen Salzen, oberflächenaktiven Stoffen und Wasser bestehen, mit verlängerter Wirkungsdauer für die Staubbindung bei der Verwendung in mehreren Streckenbereichen unterschiedlicher Feuchte im Bergbau, durch Einstellen des Wasser- ι ο dampfdrucks der Paste durch ihren Salzgehalt auf den Mittelwert aus den Wasserdampfpartialdrücken der Wetter in mehreren zu behandelnden Grubenräumen, unter Berücksichtigung des arithmetischen Mittels der Temperaturen, dadurch gekenn- >s zeichnet, daß für die Einstellung der Paste der Wasserdampfpartialdruck in einem Grubenwetter zugrunde gelegt wird, dessen relative Feuchte sich als Mittelwert nach der Formel

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__ _ f, ■ RF, + I₂ ■ RF₂ + ...