Bedeutung des Kippenmodells für geomechanische Prognosen Einfluss der Tagebautechnologie

Transkript

1 Geotechnisches Symposium Standsicherheit von Kippen des Braunkohlenbergbaus Bedeutung des Kippenmodells für geomechanische Prognosen Einfluss der Tagebautechnologie Vortragender: Carsten Drebenstedt Freiberg, 22. März

2 Problemstellung Nach großen Zeiträumen, bis mehreren Jahrzehnten, finden Umbildungen von Kippen mit horizontalen und vertikalen Deformationen statt, die zu Gefährdungen führen können. Welchen Einfluß hat das angewendete Abbausystem der Abraumumlagerung auf die Stabilität der Kippen? Was wissen wir über den Kippenaufbau, die Zusammensetzung und die Eigenschaften der verkippten Massen sowie deren Umstrukturierung? 2

3 Zielstellung: Erstellung eines geo-technologischen Modells zum Kippenaufbau Veränderung der Lage und der Eigenschaften des Abraumes infolge der Umlagerung 3

4 Arbeitshypotesen - Grundlage für die bodenmechanische Bewertung der Kippenstabilität bildet die Kenntnis der Eigenschaften des verkippten Gesteins im Schüttkörper und dessen räumliche Verteilung (Körnung, ) - Für eine lagekonkrete Zuordnung der Eigenschaften des verkippten Materials ist es notwendig, die Herkunft des verkippten Materials aus dem geologischen Modell/andere Herkunft zu rekonstruieren (Verbindung Gewinnungs-/ Verkippungsort). - Desweiteren sind die Veränderungsprozesse der Eigenschaften des verkippten Materials vom Gewinnungs- zum Verkippungsort zu bewerten. 4

5 Bausteine des Informationssystems 5

6 Gliederung - Prozesse der Veränderung der geologischen Ausgangsmaterialien durch den Bergbau - Verkippungstechnologien und Kippenstrukturen - Lösungsansatz Künstliche Intelligenz (Neuronale Netze) 6

7 Typische Abbausystems im Braunkohlenbergbau Gewinnung Förderung Verkippung Schaufelradbagger Eimerkettenbagger Bandbetrieb Zugbetrieb Bandabsetzer Zugabsetzer Pflugkippe Spülkippe Abraumförderbrücke Direktversturzkombination

8 Abbausysteme für Abraum im Braunkohlentagebau Gewinnung: Schaufelradbagger, Eimerkettenbagger, Eingefäßbagger Förderung: Band, Zug, SKW Verkippung: Bandabsetzer, Zugabsetzer, Spülkippen, Pflugkippen, SKW Kombinierte Förder- und Verkippungsgeräte: Förderbrücken, Direktversturzkombination Ggf. Zwischenlagerung, z.b. Wendeschnitt C-N 8

9 Einfluß Abbausysteme für Abraum auf Kippenaufbau Technologische Komplexe Bewertung aus Sicht des Kippenaufbaus

10 Einfluß Geräteeinsatz auf Kippenmodell Räumliche Verlagerung der Ausgangsgeologie Förderbrückenbetrieb, Tagebau Reichwalde Bandbetrieb Tagebau Scheibe

11 Abbaurichtung Einfluß Abbau-/ Verkippungsrichtung /-art auf Kippe Räumliche Lageänderung der Ausgangsmaterialien durch Abbau-/ Verkippungsart (nicht immer identisch) Entsprechend der Entwicklung in der Fläche lassen sich verschiedene Abbau-/ Verkippungsarten unterscheiden: Abbaurichtung Abbaurichtung Parallelabbau Schwenkabbau Weitungsabbau Konzentrischer Abbau

12 Einfluß des Abbausystems auf das Kippenmodell Materialveränderung im technologischen Komplex

13 Einfluß der Verkippung auf das Kippenmodell Einfluß der Verkippung auf die Festigkeitsverteilung nach der Verkippung

14 Gewinnung mit Schaufelradbagger

15 Schnitteinteilung am Schaufelradbagger Horizontaler Schnitt (vertikaler Span) Terrassenschnitt Vertikaler Schnitt (horizontaler Span) Fallschnitt V S h S1 h B h B h S = 0,5 0,7 d a h S d a(240000er) 21 m => h S = m

16 Verhiebsarten beim Einsatz des Schaufelradbaggers Kopfblockverhieb Seitenblockverhieb

17 Schaufelradbagger - Tiefschnitt

18 Eimerkettenbagger Frontverhieb/Fächerschnitt Blockverhieb/ Parallelschnitt 18

19 Gewinnung: Eimerkettenbagger Frontverhieb: Parallelschnitt: Fächerschnitt:

20 Continuous Surface Miner

21 Kippen Innenkippe Abbaurichtung => Aufschüttung innerhalb der Tagebaugrenzen Außenkippe Abbaurichtung => Aufschüttung außerhalb der Tagebaugrenzen

22 Aufbau von Kippenböschungen Versturzkippen werden in der Regel aus systematisch angeordneten Volumenelementen gebildet. Wird das Gestein aus einzelnen Fördergefäßen über die Böschung verstürzt, entstehen einzelne Versturzsegmente. Bei kontinuierlicher Verkippung von Bändern (Absetzer) entstehen Versturzrippen. Die Versturzsegmente bzw. rippen können je nach Verkippungsgerät räumlich unterschiedlich angeordnet werden. Besonders flexibel sind Absetzerkippen. Beim Spülvorgang lagern sich die Spülmassen vereinfacht schichtweise ab. Versturzsegmente Versturzrippen Spülkippe Frontversturz Seitenblockversturz

23 Brückenkippen Rippenkippe 3. Abwurf 2. Abwurf 1. Abwurf Vorkippe Stützkippe - Räumliche Zwangsböschungen - Mischkippe, selektive Verkippung begrenzt - begrenzt einschwenkbar

24 Abraumförderbrücke F34 Konstruktion und Arbeitsweise beachten! Zweibrückenbetrieb! Umbaumaßnahmen an der Abraumförderbrücke F 34 a) Grundkonzeption b) Verlängerung Kippenausleger c) Einbau von Vorkippenund Schwenkband d) Stützweitenvergrößerung 24

25 Abraumförderbrücke F60 Drei Eimerkettenbagger + vier Abwürfe = Mischbodenkippe 25

26 Oberfläche einer AFB - Rippenkippe Basis für viele Absetzerkippen: Muster?

27 Planierung einer Brückenkippe

28 Struktur einer planierten Rippenkippe

29 Struktur einer Brückenkippe

30 Kippenumgestaltung im Brückenkippen-Randschlauch

31 Direktversturz mit SRs An der Kippenbasis befinden sich oft Direktversturzkippen des Grubenbetriebes! 31

32 Direktversturzkombination Einziger Einsatzfall in Lausitz: Tagebau Dreiweibern Besonderheit: tiefe Rippentäler 32

33 Verkippungsverhältnisse bei Strossenkippen Absetzerkippe Glatte Kippe - räumlich flexibel - selektive Verkippung - schwenkbar

34 Brückenkippe mit Bandabsetzerkippe

35 Absetzerkippen Tiefkippe (Tiefschüttung) h Kh Kippenhöhe h Vt Versturztiefe Hochkippe (Hochschüttung) h K Kipphöhe h Kh Kippenhöhe h Vt Versturztiefe 35

36 Bandabsetzerkippe Bandabsetzer bei der Tiefschüttung während der Seitenblockverkippung - als Schüttung auf die Böschungsschulter - als Rippe mit Zwischenverfüllung

37 Bandabsetzerkippe Rückwärtskippe mit Bandabsetzer

38 Bandabsetzerkippe: vertikale Strukturen

39 Bandabsetzerkippe: Oberflächenstrukturen

40 Bandabsetzerkippe: Material- und Strukturverteilung

41 Bandabsetzerkippe: Material- und Strukturverteilung

42 Zugabsetzerkippe Verkippen in Hoch- und Tiefschüttung 42

43 Zugabsetzerkippe: Rückwärtskippe Geschiebelehm Selektive Verkippung

44 Pflugkippe Arbeit des Kippenpfluges 44

45 Spülkippe: Material- und Strukturverteilung Entmischung des Materials

46 Fazit - Beim Abraumabbau wird die geologische Ausgangssituation in ihren Eigenschaften und in der räumlichen Lage stark verändert. - Einfluß haben Technik und Technologie der eingesetzten Gewinnungs-, Förder- und Verkippungsgeräte, die Abbau- /Verkippungsrichtung sowie die Kippengestaltung. - Es entstehen innere und äußere Konturen des Kippenkörpers. - Eine detailliertes Kippenmodell ist erforderlich um die Grundlagen für bodenmechanische Modelle zur Verfügung zu stellen - Der Abstraktionsgrad wird durch die genannten Bedingungen bestimmt. 46

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