GLÜCKAUF
Berg- und Hüttenmännische Zeitschrift
Nr. 4 5 5. N o v e m b e r 1927 63. Jahrg.
T h eoretisch e Betrachtungen über G asausbrüche im Steinkohlenbergbau.
Von Bergrat K. R u d o l p h , W a l d e n b u r g (Schlesien).
(Schluß.) D i e V o r g ä n g e b e i d e r E n t l a d u n g
v o n G a s n e s t e r n .
Beim Vordringen von Grubenbauen in ein Flöz müssen die G leic hgewichtsverhältnisse zwis chen den Gebirgs- und den Gasspan nu ngen eine Störung er
leiden. Das im Flöz ein g e sch lo sse n e Gas wird nämlich je nach der Art seiner Bi ndung sehr verschieden schnell entweichen können, weil die dabei auftreten
den Reibungen sehr verschieden hoch sein müssen.
Am schnellsten wird das in Klüften, Schlechten und Schwindungsrissen befindliche freie Gas abfließen.
Einen g e w is s e n Anhalt für die G eschwindigkeit, mit der dies g e s ch eh en muß, bieten die Stoßtränk- versu ch e von T r i p p e 1, bei denen Preßw asser von etw a 2 5 - 4 0 atü normale Fettkohle etw a in 1 0 - 4 0 min auf 2 - 3 m T ie fe durchdrungen hat. Beach tct man, daß Kohlensäure eine etw a 23 fach und Methan eine 47 fach höhere B ew egli ch keit als W a sse r besitzt, so folgt, daß die für die g leich e Durch trittsgesc hwin dig keit erforderlichen Drücke entsprechend niedriger zu sein brauchen, oder bei gleichen Drücken der Durch
tritt entsprechend schneller erfolgt. Dazu kommt, daß an tektonisch ges tö rten Stellen, w ie sie meist bei G a s
ausbrüchen vorliegen, die Kohle zerrieben und lockcr zu sein p flegt und dem Gasdurchtritt massen haft Zer
klüftungsspalten zur V er fü g u n g stehen. Bei der für die E n tg a su n g meist reichlich vorhandenen Zeit fällt daher ganz natürlicherweise der freie Gasdruck nach den Kohlenstoßen hin s o stark ab, daß er sich hier nur selten merklich über meßbare W erte erhebt, auch wen n beständ ig nicht unerhebliche G asm e n g e n aus dem Kohlenstoß austreten. A bw eich u n gen erklären sich durch die unter Umständen erhebliche V erm ind e
rung der Durchlässigkeit in folge der Festklemm ung einzelner Flözzonen durch tektonischen Druck oder Abbauwirkungen.
Die adsorbierten G asm e n g e n sind wesentlich fester eingesch lo ssen als die freien, denn sie sitzen auf den Oberflächen der subm ikroskopischen Kohlenteilchen und Porenräume. Sie m üssen also, um frei zu werden, durch die W ä n d e dieser Porenräum e oder die sehr en gen Zwis chenräum e zw is ch en den Kohlenteilchen hindurch diffundieren und dabei den ihnen jew eilig gege n ü b ers te h e n d en freien Gasdruck überwinden.
Ihre Span nu ng muß daher unter allen Umständen höher sein als die der freien G asm en ge.
Mit dem Manometer meßbar ist diese Spannung natürlich nicht, denn dazu wäre es nötig, daß das Gas bereits frei ge w o r d e n ist, w o b e i es auch den Span-
1 T r i p p e : Sto ßträ nken und hydra ulische K ohle nsprengung in Stein
kohlenflözen, Glückauf 1910, S. 977.
nungsabfall auf den Druck der freien G ase d urch machen müßte. Dasselbe gilt in noch höherm Maße für die g elösten G asm en gen , die noch fester als die adsorbierten zwis chen den Kohlenmolekülen e i n g e sc hlo ssen sind und, um frei zu w erden, zunächst zw isch en diesen hindurch an die Oberflächen der Porenräume und Kohlenteilchen treten müssen, u m dann weiter den W e g der adsorbierten G ase mitzu
machen.
Dazu kommt, daß, der Eigentümlichkeit der Adso rptio nsk urve entsprechend, beim Abfall der höhern Druckstufen nur sehr ger in ge adsorbierte G a s m engen frei w erden und erst g e g e n den Nullpunkt des freien Gasdrucks hin eine starke Entbindung der adsorbierten G a sm e n g e e r f o l g t 1. Das hat zur F o lg e , daß bei Anzapfung des freien Gasg ehalts des G e birges durch Grubenbaue in größerer Entfernung von diesen der Abfall der höhern Druckstufen durch die dabei freiwerdenden gerin gen G a sm en g en w e n i g b e hindert wird und rasch erfolgen kann. In der N ä h e der Grubenbaue wird aber der hier schneller en t
w e ic h e n d e freie Gasdruck durch die rasch freiw erden den g ro ß en adsorbierten G asm en gen wieder a u f g e füllt, s o daß auch hierdurch gerade in der N ä h e des Stoßes eine starke Brem su ng der Entbindung nicht nur der adsorbierten, sondern besonders auch der ge lö ste n G asm en gen eintreten muß.
Auf diese W e i s e wird beim Vorrücken von Grubenbauen in die N ä h e von Gasnestern eine Gleic h g ew ic h tsstö ru n g der verschiedenen Spannungen erfol
gen , die desto größ er sein muß, je mehr der Zerfall der Lösungszustände verzögert ist und je steiler schließlich der freie Gasdruck g e g e n den Koh lenstoß hin abfällt. Dabei wird nicht nur das in den P o r e n räumen unter Überdruck steh en d e Gas zu expandieren suchen und daher einen w e it höhern Gasdruck ;auf den Kohlenstoß ausüben, als meßbar ist, sondern mit dem vorauseilenden Abfall der freien G a sk o n z en tration auch eine Übersättigung der Gas-K oh le nlö su ng eintreten. Das hat zur Folge , daß einerseits das Ent
mischungsbestreben der L ösung w ä c h st und das Gas sich mit einem durch die G leic h g e w ich tss tö r u n g b e stimmten Überdruck zu befreien sucht. Anderseits wird das vorher schlu m mern de Q uellungsbestreben der Lösung w ach , sucht das Lösun gsvolu m en dem freien Gasdruck an zupassen und übt, s o w e i t es durch die Festigkeit des S toß es hieran geh in dert wird, einen Qucllungsdruck g e g e n diesen aus.
1 Hie ra uf b e ru h t wohl auch die häufig b eobachte te Erschein ung, daß bei dem ge rin g e n Luftdruckabfall ein er B arom eterdepressio n unverh ältnis m äßig g ro ß e Oasm engen aus d e r Kohle und dem Alten Mann frei werd en, was sich aus e n tsprechender Ausd ehnung d e r freien o d e r mechanisch ein geschlo ssenen Oasm engen meines Erachtens nicht befrie dig end erk lä ren läßt.
Man kann diesen Zustand mit dem einer Selters
wasserfla sche vergleichen, über deren Flü ssig keitsspie
g e l eine starre, nur für Kohlensäure, nicht für W asser durchlässige Membran angebracht ist. Wird Kohle n
säure in diese Flasche gepreßt, s o diffundiert so la nge Gas durch die osm otisch e Membran in das W asse r hinein, bis der Lösungsdruck hinter der W an d dem Gasdruck entspricht. Wird diese Flasche nachträglich geöffnet, s o sinkt der Gasdruck auf 0 atü, der L ö s u n g s
druck hinter der osm otisch en W and bleibt aber im ersten Augenblick b esteh en , weil sich die L ösung nicht ausd ehnen kann. W äre die Membran elastisch, so müßte sie sich nach außen etwas durchbiegen, se lb s t dann, w en n ihr G egen druck ein Freiwerden von G a s blasen hinter ihr nicht ge sta tte n würde. D er Druck, den das aus der Lösung freiw erdendc und e x p a n dierende G as zu erzeugen vermag, ist natürlich t h e o retisch eb en so groß w ie der von ihm erzeugte Q u e l
lungsdruck, denn beide Druckwirkungen sind nur ver
s c h ie d e n e Formen derselben Energie und von einander abhängig. Je mehr die eine zur Wirkung kommt, desto ger in ger wird die andere. W en n die halbdurchlässige Membran in der Seltersflasche sc hon mit einem g e wis sen m ec hanischen Druck, der dem auf der Kohle lastenden Gebirgsdruck entsprechen w ürde, auf den W asse rsp ie gel der Flasche au fge setzt w ord en wäre, so könnte Gas in diese nur hinein diffundieren, w e n n es einen höhern Druck hätte als die Flüssigkeit hinter der Membran. In diese m Fall w ür de sich hinter der Membran w ie d e r derselbe Druck einstellen w ie vor ihr, nur w ü r d e dabei erheblich w e n ig e r Gas g e lö st werden, als w e n n das W a sse r nicht unter dem m ec h a nischen Druck gestan d e n hätte. Beim Öffnen der Flasche würden sich diese lben Erscheinungen ergeben w ie bei dem vorherigen Falle, nur mit dem U n ter
schiede, daß w en ig er Gas frei w erden könnte.
Die H ö h e des Quellungsdruckes der Kohle bzw. des Expansionsdruckes der gelö ste n G a s m e n g e hängt also hauptsächlich von der H ö h e des Gasdruckes ab, bei dem die Lösung entstanden ist, und von dem Maße, in dem der Druckabfall der freien G a s m e n g e dem der g elösten vorauseilt. Das A usmaß der angestrebten Q uellung wird d a g e g e n von der M e n g e des gelö ste n Gase s bestimmt, die hauptsächlich von dem ursprü ng
lich zur V er fü g u n g st eh en d e n Raum oder der D ich tig keit der Kohle abhängt.
Von der Größe der gelöste n G a s m e n g e hängt auch die m echanis che Festigk eit der K oh le -G as
lösu n g ab, w a s sich sc hon aus der Betrachtung d er innern V o r g ä n g e bei der Adsorption ergeben haben dürfte, denn je mehr Gas zwis chen die K oh le n m ole
küle gela g er t ist, d esto gerin ger muß ihre Kohäsion sein, entsprechend etw a der Eigenschaft von T o n geste inen, durch Q u ellu n g mit W asser weic h und plastisch zu w erden. W e l c h e Rolle der G asgehalt der Kohle für ihre Festigkeit spielt, läßt sich häufig an ga sh a ltig en Stellen von K oh le nstoßen, etwa in der Nachbarschaft g asfüh rend er Klüfte erkennen. Selbst w en n die Kohle noch ihre g es u n d e , unzerdriiekte Struktur besitzt, kann man sie in der Han d oh ne A n strengu ng zu Grus zerdrücken. Auch neigen so lc h e Stellen zum Auslaufen.
Beim Eintritt eines Übersättigungszustandes der L ösun g in folge raschen Abfalls des freien G a s g e g e n druckes muß daher die Kohäsion der Kohle ganz b e sonders klein w er de n. In fo lged essen kann dann ver
mutlich die innere Reibung innerhalb eines G asn es tes s o ger in g werden, daß eine Druckübertragung nach allen Richtungen fast w ie in einer Flüssigkeit möglich sein dürfte. Dadurch w er d e n sämtliche Spannungen, unter denen ein Gasn es t steht, w ie Gasexpan sio n s-, Q uellungs- und Gebirgsdruck, in nahezu voller H ö h e nach der freien Seite des S to ß es hinwirken und aus
zuweic hen suchen. W en n auf diese W e i s e die m echa
nische Beanspruchung des Kohle nstoßes die Grenze se iner W iderstan dsfäh igkeit erreicht hat, g e n ü g t natür
lich sc hon eine kleine Erschütterung, um se in e innern Spannungen zur A u s l ö s u n g zu bringen, fa lls dies nicht info lge fortschreitender S ch w ä c h u n g des das Gasnest verdamm en den Kohlenmittels von selbst erfolgt.
D en stärksten Impuls zur plötzlichen Entladung m üssen so lc h e Gasne^ter aber dann erhalten, w en n sie plötzlich unter eine starke m echanis che Dru ck wirkung geraten, etw a durch einen S prengsc huß oder p lö tz
liches Aufsetzen des H an gen d e n . Denn ein solcher Druck sucht das V olu m en der Lösun gsph ase zu ver
ringern, w as g le ic h b ed eu te nd damit ist, daß der innere Lösungsdruck und die G leic hgewich tsstörun g der S pannungen plötzlich entsprechend steigen.
Dieser V organ g wäre etw a zu vergleichen mit dem in einer Bierflasche, aus der sich bekanntlich durch kurzes Schütteln und kräftiges A ufstoßen ihres Bodens der Kork heraustreiben läßt. Der Grund hierfür ist, daß sich die der Flüssigkeit erteilte le be nd ig e Kraft beim Aufstoßen der Flasche plötzlich in eine innere Dru ck erhöhung umsetzt, unter der die L ös u n g ver
dichtet und ihr G asge h alt g e w is se r m a ß e n a u s g e quetscht wird. Dadurch werden plötz lich starke G a s
entbindung und Erhöhung des freien Gasdruckes erzeugt, die den Kork aus der Flasche treiben.
D ie beim Besc hie ßen von D isso u g a sfla sch en 1 auftretenden heftigen E x p lo sione n haben w o h l die g leich e Ursache, denn beim Durch schla g des G e sc h o sse s durch die Fla sc henwand wird ein starker mechanischer Druck auf den Flascheninhalt ausgeübt, der sich bei des sen groß er Dichte s ofort auf den ganzen Flascheninhalt überträgt, s o daß die Flaschen
w ä n d e überall auf den Druck beansprucht werden, mit dem das G e sch o ß den Flascheninhalt an der Ein
sc hla gste lle preßt. Mit dems'elben Druck su ch t auch das G as aus der L ös u n g frei zu werden. Daher müssen die Fla schenw än de nachgeben.
Auch in einem G asn est im Flöz wird eine Spreng
stoffexp losion oder ein m eh r oder w e n ig e r plötzlich einsetzender Gebirgsd ruck eine entsprechende Druck
er h ö h u n g auf die gan ze A u sd eh n u n g des Gasnestes und seiner V er däm m u ng ausüben. Der dabei ebenfalls auftretende G ase xpansionsd ruck kann also viel höher sein als der ursprüngliche L ösungs- oder der ihn b e
din gend e freie Gasdruck. Es ist daher o h n e weiteres zu verstehen, daß das G e f ü g e der Kohle bei Gasaus
brüchen durch das en tw e ic he nd e Gas g e s p r e n g t und vielleicht s o g a r der M o lek ülzu sam m en han g so g e lockert wird, daß eine erhebliche Volumenzunahme der Kohle eintritt.
Als Ursache der mürben Besc haffe nheit stark g a s
haltiger Kohle ist die Verminderung ihrer Kohäsion durch die Einlagerung der Gasmoleküle bereits erwähnt word en . Es bedarf daher keiner b esondern Erklärung, daß Gasn ester sich häufig durch diese Eigenschaft der Kohle ankündigen. W en n s o lc h e Kohle g e n ü g e n d Zeit
i Stahlflasclien mit gelöstem Azetylen.
zur E n tgasu n g hat, die bei Nachbarschaft eines Gas- ausbruchcs auch ziemlich schnell erfolgen kann, wird sie sich w ied er verfestigen, w ie w ied erholt beobachtet worden ist, s o w e i t natürlich ihr G e fü g e nicht durch den Gasdruck gew alt sam g e s p r e n g t w ord en ist.
Die Tatsache, daß ein Kohlenstoß manchmal vor einem Gasausbruch fester wird, erklärt sich w o h l ent
w ed er daraus, daß er bis zu einer Z on e vorgerückt ist, die die in der Nachbarschaft von Gasnestern zu er
wartende u n g le ic hm äßig e Druckbelastung f e s t g e klemmt hat, oder daraus, daß diese Einklemmung der Kohle erst info lge einer Abbau wirkung an der Stirn
seite des S toß es einge treten ist. D ie se starke Pressung der Kohle wird eine Verdichtung hervorrufen, die den Gasdurchtritt der hinter ihr st eh en d e n oder freiwer
denden G ase behindert und daher eine Stauung des freien und d em zu folge auch des geb u nd en en G a s
druckes verursacht. Wird nun die festgek le m m te Z on e en tweder durch H e re in g e w in n u n g beseitigt oder durch stärker einse tzen den Gebirgsdruck zerquetscht, s o wird eine plötzliche Entspannung des gestauten freien Gasdrucks erfolgen. Diese muß die bereits b e
sp rochene starke G leic hge w ich tsstör un g der übrigen Spannungen des Gas n este s zur F olge haben und daher zu dessen plötzlicher Entladung führen. Auf diese W e is e erklärt es sich auch, daß w e n ig zerdrückte und daher im all gem einen feste Flöze, bei denen in fo lg e
d essen w o h l auch eher eine F est k lem m u n g des Sto ß es zu erwarten ist, gefährlicher sein können als scheinbar mehr Gas führende lockere Flöze. In solchen Fällen, in d en en Gasausb rüche in fo lge plötzlicher Ent
sp ann un g einer Gass tauung auftreten, wird sich die Entspannung w ell en förm ig in den benachbarten Teilen des Koh lenflözes ausbreiten und sich vor dem G a s
ausbruch als ein mit dem M anom eter meßbarer Span
nungsabfall des freien Gasdrucks bemerkbar machen können, w ie es von M a r q u e t 1 beobach tet worden ist.
Kommt der Gasausbruch auf andere W e i s e zustande, s o wird er nachträglich einen entsprechenden well en förmigen Spannungsabfall zur F olge haben.
Sind die Spa nnungen, unter* denen ein Gasnest steht, noch nicht groß g e n u g , um den Kohlenst oß gänzlich zu zertrümmern, s o werden sic doch mit seiner fortschreitenden H e re in ge w in n u n g immer mehr g e g e n ihn drücken und sich immer stärker durch Ab
drücken von K ohlenwänden , plötzliches Lockerwerden des Stoßes, Zerspringen von Kohlenstückchen und ändern Erscheinungen äußern, die als W arn u n gsan zeichen bev orste hender Gasausbrüche bekannt sind.
Ist nun an der Stirnseite des Kohlenstoßes örtlich ein Teil der Q u e llu n g ssp a n n u n g durch Abdrücken einer Kohlenw and au sgegli ch en w ord en , s o ist an dieser Stelle damit natürlich auch ein starker E n tgasun gs
antrieb au fg ehob en , denn die Quellungsspannung su ch t das Volumen der Lösung durch Verminderung der Gaskonzentration zu verringern. Daraus läßt sich die auffallende Erscheinung erklären, daß vor G asa us
brüchen die En tgasu ng plötzlich nachlassen oder auf
hören kann. Eine andere M öglich k eit hierfür wäre, daß die vordere, bereits en tgaste Z on e des Stoßes durch A ufsetzen des H an gen de n eine s o g ro ß e Ver
d ichtu ng erfährt, daß die Gasd urch lä ssigkeit stark vermindert und die E n tg a su n g a b g erieg e lt wird.
Für die Erklärung der mechanischen Wirkungen von Gasausbrüchen ist in Betracht zu ziehen, daß das
< Z. B. H. S. W es. 1910, S. 21.
ausströmende Gas- und Kohle ngemis ch eine einheit
liche Stoß- und Schubwirkung hat, deren m echanische Energie von dem durchschnittlichen sp ezifischen G e wicht und der G esch w in d ig k eit des G em isch es a b hängt. Ein solcher Kohlenstaubstrom hat natürlich eine erheblich grö ßere lebendig e Kraft als ein Gasstrom und verm ag daher auch s c h w er e G e gen stän d e, die in dem Gas- und Kohlenstrom g ew is ser m a ß en s c h w i m men, mit sich fortzureißen und ihnen in kurzem eine starke B e sch le un ig u ng und damit eine le bend ig e Kraft zu erteilen, die bei einem Anprall zerstörend wirken kann. Die En tstehung dieser mechanischen W irkungen ist also mit den V o r g ä n g e n in einer Dampfturbine, nicht mit denen in einem Dampfzylinder zu vergleichen.
Das Auftreten beträchtlicher Gasdrücke in den b eein flußten Grubenräumen ist dabei nicht n otw en d ig.
W ie sc hon erwähnt, gibt es Gasausbrüchc, die sich in ihrer Erscheinungsform nur w e n i g von einer g e wissen Art von Gebirgsschlägen unterscheiden. Für diese Gebirgsschläge ist örtlich konzentrierte A u sw ir
kung eines starken Gcbirgsdruckes auf einen verhält
n ism äß ig kleinen Kohlcnpfeiler kennzeichnend, w o b e i das Austreten von G asm assen aus dem Kohlenstoß meist nur ge r in g fü g ig ist oder sich nur als Luftstoß äußert. G em ein sam ist beiden Erscheinungen, daß die Kohle ihr festes G e fü g e verliert und seitlich ausweicht.
Stellt man sich vor, daß ein Kohlenpfeiler g ä n z lich en tgast ist, also sich in se in em Innern im G leic h gew ic h t mit dem äußern Luftdruck befindet, s o b e deutet das k ein esw e gs, daß sich überhaupt kein Gas mehr in der Kohle befindet. Bei den Versuchen von Leprince-Ringuet absorbierte 1 t Kohle bei a t m o sphärischem Druck bis zu 7,5 m* C 0 2, 1,9 m 3 C H , oder 0,7 m 3 Luft. Bei ändern Versuchen wurde s o g a r noch mehr Gas au fge nom m e n. D ie se G a sm en g en m üsse n sich bei dem gerin gen P orenvolum en der Kohle im Zustande beträchtlicher Verdichtung befinden. Mit der Zeit wird natürlich auch dieser G asgehalt der Kohle g e g e n Luft ausgetauscht, was aber im Innern eines Kohlenpfcilers sehr lange dauern dürfte. Jedenfalls werden die Porenräume der Kohle stets mit ir gen d einem G a sg e m isch von erheblicher Verdichtung er
füllt sein. Letzten Endes hat also se lbst gänzlich en t
gaste Kohle insofern noch eine g e w is s e V er w a n d t
schaft mit einem Gasnest, als sie immer noch aus einer schau martigen kolloiden M ischung von festen und gasförm ig en Bestandteilen besteht, a b g e se h e n von einem ger in gen Gehalt an Wasser.
Solche Dispersionen von Stoffen in versc hiedenen A ggregatz uständen vereinige n aber die Eigenschaften beider A ggregatz ustän de, also im vorliegenden Falle einerseits den der Starrheit der festen Kohle, an der
seits den der leichten Beweg li ch keit der Gase . G e wöhnlich übe rw ie gt natürlich, dem Massenanteil en t
sprechend, der starre Zustand. W en n aber U mstände eiritreten, die die Starrheit des festen Anteils verm in dern und die B ew egli ch keit des gasförm ig en erhöhen, s o kann auch die letztgenannte Eigenschaft zum Durchbruch kommen . Das ist bei der Kohle dann der Fall, w en n die Konzentration des Gebirgsdrucks auf einen Kohlenpfeiler so groß g e w o r d e n ist, daß das Skelett der festen Kohlensubstanzen ihr nicht mehr standzuhalten verm ag und zusammenbricht. Dabei w erden die Porenräumc und ihre Oberflächen stark vermindert, und das adsorbierte G as so w ie auch g e gebenenfalls die adsorbierte Luft erleiden eine noch
1640 G l ü c k a u f Nr. 45
stärkere Verdichtung als vorher und su ch en a u szu weic hen, w a s um so leichter m öglich ist, als sich der Zu sam m e n h an g der K ohle nsubstanz sehr gelock ert hat. D ie Reibung der Kohlenteilchen aneinander wird dabei durch das zwis chen ihnen en tweic hend e Gas weiter herabgesetzt, s o daß die ganze Masse für einen Augenblick plastische Eigenschaften annehm en und seitlich au sweic hen kann. Dieser V o rg a n g m ag noch dadurch beg ü nstig t wer den, daß sich das sehr zähe H an gen d e , das für die G ebirgsschläge überhaupt V o r
au ssetzu n g zu se in scheint, vor dem G e b i r g s s c h l a g an den Rändern des Kohlenpfeilers herabsenkt und diese dabei stark einklemmt, währen d in der Mitte die ursprüngliche Lockerheit der Kohle erhalten bleibt und hier in fo lg ed esse n G asstau un g eintreten kann.
Beim plötzlichen Zerdrücken der Kohle in der Mitte des Pfeilers dürfte dann eine g e w i s s e Streckung des nach unten g e w ö lb t e n H a n g en d e n erfolgen, s o daß die Ränder des Pfeilers entlastet werden und dem Ex pansio nss to ß der G ase leicht n achgeben können.
D ies e Art der G e b irg ssc h lä g e1 würde s o g e w i s s e r maßen einen Grenzfall der Gasausb rüche darstellen, bei dem die selbstä ndig e Rolle der Span nu ng der g e bundenen G a s m e n g e zu einem lediglich durch G e b ir g sb e w e g u n g e n herbeigeführten Begleitumstand h erabges unken ist. Auf diese W e i s e sind zw isch en Gasau sbrüchen und Gebirgsschlägen alle Überg änge denkbar und wahrscheinlich, je nach M e n g e und Z u stand der G asan sam m lun gcn und den Bedingu ngen für die W irkung des Gebirgsdruckes.
D i e F r a g e d e r u n b e s t ä n d i g e n V e r b i n d u n g e n z w i s c h e n K o h l e u n d G a s .
Aus den vorste hend en Betrachtungen dürfte sich ergeben , daß die Erscheinungen, die bei G a sa u s
brüchen auftreten, durch kolloide und echte Lösungs- zustände in vielen Fällen hinreichend erklärt werden können. Auch für die Man nigfaltigkeit der Erscheinun
g en g ew ä h rt die D e u tu n g durch diese L ö s u n g s
zustände einen g e w is s e n Spielraum je nach dem Z u sam m enwir ken des ursprünglichen Gasdruckes in mehr oder w en ig er groß er Stärke, der gebu nd en en G a sm en g e, der Dichte der Kohle und der Mitwirkung des Gebirgsdruckes beim Ausbruch.
Zur befriedigen den Erklärung aller Erscheinun
gen , b esonders bei heftigen Gasausbrüchen, g e n ü g e n aber Lö sungszustände allein doch w o h l nicht. Die V er
su ch e von Leprince-Ringuet haben g ez eig t, daß bei den schon recht hohen Drücken von 4 0 - 5 0 at im H öc hstfälle nur etwa das 27 fache V olu men an K oh le n säure und etw a das 12fach e V olu m en an Methan von der Kohle a u fg e n o m m e n wird und daß sich diese G a sm en g en bei noch höherm Drucke nicht wesentlich erhöhen . D a g g e n g eh en die Sch ätzungen der fre i
g e w o r d e n e n G a sm en g en bei den h eftige m A u s brüchen von Methan bis zum 300 fachen, von Kohle n
säure bis zum 30 - 4 0 f a c h e n V olu m en der W urfmasse n.
Selbst w en n eine g e w i s s e U n ge n au igk eit der B e o b achtung in Rechn un g geste llt wird, nötigt dieser U m stand w en ig st e n s für die stärkern Methanausbrüche zur Annahm e eines V erbindungszustandes, der beim Ausbruch zerfällt. Aber auch die in einzelnen Fällen m onatela nge V e r zö g e ru n g von Ausbrüchen läßt sich
1 Eine an d ere U rsache von G ebirgsschlä gen g rü n d e t sich offenbar auf die Eigenschaft to n ig e r Oesteine, starkem Druck seitwärts auszuweichen, eine Eigenschaft, die dem Verhalten g asreich er Kohle v erw an d t ist und wohl ebenfalls auf kolloidem Oefü ge beruht, w obei d e r W assergehalt den beweglichen Anteil darstellt.
bei A nn ahm e ausschließlich von L ösun gsvorgän gen w o h l nur g e z w u n g e n erklären. Auch die in Südfrank
reich gem ac h te Erfahrung, daß kohlensäu reausbruch
gefährliche Flöze sich durch ein dichtes N e t z von Vor- richtungsstrecken entgase n lassen, nicht aber Flö ze mit A\ethanausbrüchen, deutet auf einen s t a b i le m Bin
dungszustand des Methans hin.
Man könnte vielleicht vermuten, w ie es auch ver
schiedentlich g e s c h e h e n ist, daß die Gasausb rü ch e g e wisse rm aßen auf Anomalien des In kohlungsp ro zesse s beruhen, indem dieser en tw e d e r durch dynam om eta - morphe V o r g ä n g e zu sprungar tigem Verlauf od er durch H e m m u n g e n zu einer V er zöge ru n g oder gar U m kehr g e z w u n g e n w o rd en sei, die e t w a in fo lg e der Unvollständigkeit dieser V o r g ä n g e zu überspannten, nicht stabilen Zuständen gefü hrt hätten. D a g e g e n spricht aber, daß sich so lc h e Anomalien in der Ent
wicklu ng der Kohle gasausbruchgefährlicher Flöze und Flözstellen durch entsprechende A b w eich un gen ihrer elementaren Z u sa m m e n se tz u n g bemerkbar machen müßten und daß bei einem gew alt sam en , sprungar tigen Verlauf des In k o h lu n g sp ro z esse s neben den Gase n auch W asser frei werden müßte, w as bisher noch nicht b eob ach te t w o rd en ist.
V er zöge ru nge n des In koh lu n gsvorganges durch h em m end e Kräfte, etw a b eson d e rs hohen Gasdruck in fo l g e hoher G e birgsd ich tig keit, sind w o h l denkbar, würden aber keine u n g e w ö h n lic h e En twick lu n g der Kohle zur F olg e haben und daher auch keinen Anlaß zu plötzlicher G asa bsp altung g e b e n können. Im übri
gen ist die Kohle vom Fett- oder M ag e r k o h le n charakter, w ie sie hier in Betracht kommt, bereits ein se hr stabiler Körper, der sich, w ie Versuche g ez eigt haben1, se lbst durch se hr h ohe Drücke nicht plötzlich verändern läßt. Vielmehr spielt offenbar die Zeit w ie bei allen kolloidalen V o r g ä n g e n auch beim In- koh lungsp rozeß eine w ich tig e Rolle. Eine Umkeh ru ng des V organ ges w ür de eine W ie derau fsp altun g der stabilen K oh lenm olek üle voraussetzen, die erst bei einer Temperatur von 3 0 0 - 4 0 0 ° beginnt, also kaum in Betracht kommt. Außerdem dürften dazu sehr hohe Gasdrücke erforderlich sein, w ofü r das Berginver- fahren vielleicht einen g e w is s e n Anhalt bietet. Sch ließ
lich liegt auch kein Grund zu der Ann ahm e vor, daß ein solcher V o r g a n g zu unbeständig en Verbin
dungszu ständen führen müßte.
Es bleibt daher das Wahrscheinlichste, daß Kohle und Gas oh ne w ese n tlic h e V eränderung ihrer M o le
küle lediglich durch ihre N eb en vale n ze n locker zu A n lagerungsv erbin dungen aneinander geb u n d e n werden, die nur bei hohen Gasdrücken stabil sind und daher mehr o d er w e n ig e r schnell zerfallen, sob ald ihr Stabilitätsbereich in f o l g e bergbaulicher Einw irkungen mehr oder w e n ig e r stark und plötzlich unterschritten wird. Nun ist allerdings bei den Versuchen von Leprince-Ringuet se lb st bei dem recht hohen Druck bis zu 80 at kein deutliches Anzeichen für die Ent
s teh u n g solcher Verbindun gen zu beob ach te n g e w ese n , was sich in einem U m b ie g en der Kurve für das g eb u n d en e G asvolum en zu steilerm A n stie g hätte bemerkbar machen müsse n. Bei diesen Versuchen können also die Bed in gu n ge n für das Zu stand ek om men der fraglichen Reaktionen noch nicht in aus
reichendem M aß e erfüllt g e w e s e n sein.
1 B e r g l u s : Die A nw en d u n g h oher Drücke bei chemischen V o r g ä n g e n und eine Nachbildung d e s Entste hungsprozesses d e r Steinkohle, 1913, S. 52,
Das könnte zunächst an zu gerin gen Temperaturen liegen, bei denen die Versuche ausgeführt w orden sind, denn die Temperatur sp ielt beim Zustandekom
men von Reaktionen eine se hr gr o ß e Rolle, weil die R eaktionsg eschwindig keit sc hon bei verhältnismäßig gerin gen Temperatursteig erungen g e w a lt ig anzu
w ach sen pflegt. D ie Temperaturen von 16 und 18° der mit höhern Drücken von Leprincc-Ringuet durch
geführten V ersu che erreichen kaum die Gestein- temperaturen der für die Entstehung gasausbruch
gefährlicher Stellen in Betracht k om m en den Teufen.
Für die E ntstehung von Gasnestern komm en aber noch andere, örtliche Wärmequellen in Frage. Z u nächst treten Gasausbrüche meist an Stellen auf, w o die Kohle in folge tektonischer V o rg ä n g e stark g e drückt oder zerrieben w ord en ist, w o b e i R eib ungs
wärm e frei werden mußte! Dann muß durch das Zu- sam m enp ressen von Flözstellen auf gr ößere Dichte nicht nur das etw a auf Schlechten und S ch w in d u n gs
klüften vorhandene freie Gas, sondern auch das g e löste stärker verdichtet werden und in folged esse n auch K om press io nswärm e auftreten, zumal weil infolge der Tem peratursteig erung die Adsor ptions- und L ösun gs
fähigkeit stark sinkt, wodu rch sich w ied er der G a s
druck erhöht. W o , w ie bei den Kohlensäurenestern, G ase vulkanischen Ursprungs beteiligt sind, m ag viel
leicht unter Umständen auch vulkanische W ärm e oder die W ärm e der aus groß en Tiefen au fsteigen den Gase mitgewirkt haben.
W ie schon an ged eu te t, muß mit der örtlichen Er
w ärm un g durch tektonische Einflüsse vorübergehend auch eine au ße rgew öh nlic h e S te ig er un g des G a s
druckes und Gasl ösungsd ruckes verbunden sein. Da das Gas bei plötzlich auftretenden tektonischen Drücken nicht schnell g e n u g aus der festen Lösung mit der Kohle a u sweic hen kann, wird der innere Druck, der in der Lös ung herrscht, vorüberge hend S teigerungen von tek tonischen Ausm aß en erfahren können.
Es st eh en also erhebliche Energien zur Ein
leitung von Reaktionen zur Verfü gun g. D a diese offenbar nicht von se lbst eintreten, sondern äußerer Arbeit für ihr Zustandekom m en bedürfen, muß W ärm e- oder Kom pressionsarbeit oder beides g e bunden w erden. Denn nach dem Le Chatelierschen Prinzip beg ü nstig t Wärmezufuhr den Eintritt der Reaktion, die W ärm e verbraucht, und Druckzunahme der gasförm ig en Phase die Reaktion, die den Druck durch Überführung der Gase in einen d ichtem Z u stand vermindert. Durch den Eintritt solcher Reak
tionen werden daher W ärm e und G ass p a n n u n g ver
braucht, so daß die Reaktionen je nach der mehr oder w en iger schnellen A ufze h r u n g beider Energien zum Stillstand kom m en müssen.
Einerseits ist zwar Gebirgsdruck, w ie dargetan wurde, zur Einleitung der Reaktionen notw endig, anderseits wirkt er aber h em m end auf den Verlauf einer Reaktion, bei der Volu menzun ahm e stattfindet.
Eine solc he ist aber bei Anlagerung gro ßer Gas- m en gen in Form lockerer Anlagerungsv erbin dungen zu erwarten. Auch für diese Form der Gasb indung dürfte also U ngleic hm äßigkeit der Gebirgsdruck- wirkungen V oraussetzung sein, indem die Bedingu n g en für die Entstehung von Gasnestern nur an den w en iger stark gep reßten Stellen g e g e b e n se in würden.
Auch die Durchlässigkeit des N eb en g estein s und der Kohle wird je nach den Umständen fördernd oder h em m end auf den Verlauf der Reaktionen wirken können. W en n nämlich nach Einleitung der Reak
tionen an einer zur Bildung eines G asn e s te s g e e i g neten Stelle die Möglichkeit der Zufuhr von großen G asm en gen mit ge n ü g e n d hoher S pannung auf Spalten oder p orösen Gesteinbänken besteht, werden die Reaktionen weiterlaufen und das G asn est g ro ß en U m fan g an nehm en können. Ist aber eine derartige Speicherung g e n ü g e n d hoch gespannter G asm en gen im G ebirge nicht vorhanden, sondern wird der zur Einleitung der Reaktionen erforderliche Gasdruck nur örtlich, etwa durch starke P re ssu n g g e lö ste r G a s m en gen erzeugt, s o würde eine leichte Durch lä ssig
keit der Kohle und des N eb en g estein s einen raschen Druckausgleich begü nstig en und das Weiterlaufen der Reaktionen hindern. In diesem Falle würde also eine möglichst gr o ß e Gasdichtigkeit des N eb en g estein s und der Kohle gü nstig er für den Eintritt der Reak
tionen sein. Diese würden allerdings auf die G a s zufuhr lediglich aus benachbarten Pressu ngszonen des Flözes a n g ew ies en sein und daher bald zum Stillstand komm en müssen.
Ansc hein en d geh ört also ein eigenartiges Z u sa m men treffen b esonderer U m stände dazu, um die Reak
tionen einzuleiten und sich in g e w is s e m U m f a n g e auswirken zu lassen. Daher wird ihr Auftreten im allgem einen w en iger häufig sein als das der ändern Bindungsarten der Gase, und diese werden neben dem Verbindungszustande b esteh en können, w en n etw a die erforderliche Wärm e oder G asp ressu ng zu schnell verbraucht w ord en ist oder für die Bi ndung der chemisch trä g e m Bestandteile der Kohle nicht aus
gereicht hat.
Aus den Bedingu ngen für das Zustandek omm en der Reaktionen lassen sich auch Anhaltspunkte für die B edingu ngen des Zerfalls der Verbindungen g e winnen.
Zunächst lassen die wahrscheinlich W ärm e bin
denden Reaktionen eine W ärm eabgab e beim Zerfall vermuten. D a g e g e n scheint zwar zu sprechen, daß bei Gasausbrüchen meist von Temperaturabfällen b e richtet wird und nur sehr selten w arm e G ass tr öm e beobachtet w orden sein soll en. Die verm uteten Ver
bindungen m üsse n aber bei ihrem Zerfall m eist die nicht unerhebliche Arbeit der Zertrü mmerung und Zerstäubung des Koh lenstoß es leisten. Info lgedessen muß ein Teil der ihnen in ne w ohn en de n Energie nicht in Wärme, sondern in Arbeit u m gesetzt wer den. Sehr groß dürfte die durch die Reaktionen geb u n d e n e W ä r m e m e n g e ohnehin nicht sein, Weil die ch em is che Energie, mit der das Gas der Kohle nur locker a n g e lagert wird, offenbar nur ger in g sein kann. Den übrigbleibenden Teil der etw a noch freiwerdenden W ärm e übe rw ie gt w o h l in den meisten Fällen die Expansionskälte der sich entspan nenden Gasm assen, und zwar nicht nur der chem isch geb u n d e n g e w ese n e n , son dern auch der meist w o h l gleichzeitig vorhandenen ge lö ste n und adsorbierten. Da Methan sich in fo lge seiner g r o ß e m spezifischen W ärm e durch Expansion w en iger abkühlt als Kohlensäure, ist es verständlich, daß gerade bei Methanausbrüchen W ärm e aufgetreten sein soll. Außerdem kann dies auch mit dem Um stande Zusammenhängen, daß die Löslichkeit des Methans in Kohle w ese ntlic h gerin ger
1642 G l ü c k a u f Nr. 45
ist als die der Kohlensäure und in folged esse n der Verbindungszustand, w enn überhaupt, für d iese eine gerin gere Rolle spielt.
Aus dem exoth erm en Zerfall der Verbindungen folg t weiter, daß sie unter normalen B edingu ngen nicht b eständ ig sein dürften. G e w i s s e V e r z ö g e r u n g s
erscheinungen bei den Gasau sbrüchen deuten aber darauf hin, daß der se lb stän dig e Zerfall sehr langsam verläuft o d er nahezu ruht, so la n g e nicht b eson dere Energieeinwirkungen, w ie Gebirgsdruck oder Spreng- sc hüsse, eine B e sch le un ig u ng bewirken. Außerdem m üssen g ro ß e Dichte und Festigk eit des Kohlenstoßes und noch vorhan dener od er neu gebildeter freier G a s druck im Stoß den Zerfall hemmen; fördern dagegen muß ihn der Gebirgsdruck oder ein anderer mechanischer Druck auf die gash altig e Kohle, weil dieser eine V er
dichtung der Kohlensubstanz anstrebt, der durch Frei
werden und A u sw eich en des G asge halte s Vorschub g eleis te t wird. W en n daher ein G asn est unter einem schon vorhandenen oder in fo lge von Abbauw irku ngen h in zugekom m en en Gebirgsdruck steht, wird sich eine N e ig u n g zu stärkerer G a sentw ick lu ng einstellcn, die durch die Dichte der Kohle, die Festigkeit des Stoßes und den etw a vorhan denen freien Gasdruck zu einer Gasdru ck erhöh ung au fgestau t wird, bis diese etwa durch einen Sprengschuß oder durch Abdrückung des Kohlenstoßes plötzlich zur Entspannung gelangt, w o durch der Anstoß zu plötzlichem Zerfall der V er
bindungen g e g e b e n wird. Dabei w erden zw is ch en den Kohlenm olekülen verhältnismäßig gr o ß e G a sm en g en frei, d, h. also, der Verbindungszustand g e h t plötzlich in den einer stark übersättigten L ösun g über. S o w e it nicht der Gasdruck den Z u sa m m e n h a n g der K ohle n
teilchen überhaupt sp rengt und dadurch fein en Staub erzeugt, muß derselbe V o rg a n g auftreten w ie bei der Druckentlastung einer festen Lösun g: die Dichte der Kohle muß erheblich gem in dert w erden und die K ohle nsubstanz i n fo l g e d e s s e n eine V o lu m e nz un ahm e erfahren. Eine so lc h e ist also auch bei den G a sa u s
brüchen zu erwarten, bei denen hauptsächlich Zerfall eines Verbindungszustandes vorliegt. Auch w enn dieser Zerfall nicht plötzlich, sondern langsam, etwa unter dem Einfluß des Gebirgsdruckes erfolgt, muß dabei ein Lösungs- und schließlich auch ein A d sorptionszustand durchlaufen werden, s o daß also auch in diesem Falle für die V o r g ä n g e im Stoß mehr o d er w en ig er die Quellungs- und so n stig en V o rg ä n g e m a ß g e b e n d wer den, die bereits als F olge von Lösungszustän den erörtert w ord en sind.
Da aber in diese m Falle die Lösungszustände nur nach und nach von verhältnismäßig gerin gen S u b stanzmengen durchlaufen werden, dürften sich die betreffenden Erscheinungen beim Zerfall von V er
bindungen nur sc h w a ch äußern, b esonders w enn der Zerfall langsam vor sich geht. Dadurch werden sich wahrscheinlich die w arn en den Anzeichen für einen b evorste hend en Gasausbruch oder das V o r
handensein eines Gasn es tes, w i e starke En tgasung und die durch die Q u ellu n gs- und G asspannungen er
zeugten G erä usche des Abdrückens der Kohle, kaum bemerkbar machen. D em nach ist es nicht u nwahr
scheinlich, daß der Verbindungszustand viel h eim tückischer als die L ösungsz ustände sein und zu A u s
brüchen gan z o h n e alle Anzeichen führen kann.
N eb en dem Auftreten b esonders gro ßer g e bundener G a sm e n g e n dürften also das Fehlen von
warnenden Anzeichen und eine u n ge w öh n lich lange Ver zöge ru ng von Ausbrüchen auf das Vorhandensein von Verbindungszuständen h inweisen . Im übrigen wird sich diese Art der Gasausbrüche in den Erschei
nungsformen nicht se hr wese ntlich von derjenigen unterscheiden, bei der Lösun gszu stän de vorliegen, was um s o mehr der Fall sein muß, als der V er bin d un gs
zustand w o h l nur selten allein Vorkommen dürfte.
Jedenfalls wird durch se in e vielleicht nur ge r in g e B e
t e ilig u n g an der Zahl der G asa usb rü ch e die M a n n ig faltigkeit der Erscheinungsfor men erhöht werden.
W en n sich auch das Vorhandensein von V er
bindungszuständen vorläufig nicht nac h weis en lassen sollte, dürfte es sich doch em pfehlen, die hier en t
wickelten M öglichkeiten für die Erklärung mancher Besonderheiten in Betracht zu ziehen.
U r s a c h e n f ü r d i e u n t e r s c h i e d l i c h e N e i g u n g d e r K o h l e z u G a s a u s b r ü c h c n . Die physikalische und ch em is c he Anlageru n g von Gase n an Kohle ist zwar auch oh ne kolloide D is p er
sität der Kohle und ihre dadurch b ed in gte A d so r p tio n sfäh igk e it denkbar, j e d o ch würden diese Vorgän ge oh ne die Porosität und die Feinheit der Verteilung der Kohle unendlich träge verlaufen. D ie se E ig en schaften haben d a g e g e n eine ähnliche W irkung auf die Schnelligkeit chem ischer und physikalischer Vor
g ä n g e w ie die A u f l ö s u n g fester S to f fe in L ö s u n g s
mitteln, weil dadurch viel zahlreichere Moleküle gleichzeitig in Berührung treten und ihre Zustände viel schneller ändern können. Hierauf k om m t es aber nicht nur bei der En tste hu ng gasausbruchgefährlicher Stellen, sondern auch bei ihrem Zerfall se hr w e s e n t lich an, daneben natürlich auch auf den Grad der Lösungstension und der ch em is chen Verwandtschaft zwis chen den betreffen den Gas- und Kohlenarten und deren versc hiedenen Entwicklungszuständen.
Holz- und Tierkohlen erhalten b esonders hohe adsorptive Aktivität unter anderm durch Anätzen mit hocherhitztem W asserd ampf, w o b e i w o h l durch H e rau slö su ng g e w is s e r Stoffe eine noch w eit ere Ver
feinerung des G e fü g es und eine V ergröß erun g der wirksa men Oberfläche bewirkt wird. Ein anderer W eg zur Erhöhung der Aktivität b esteh t in der Ablagerung weiterer wirksamer Substanz in den Porenräumen, z. B.
durch Verkittung von Tierkohle mit Blut und aber
maliges Glühen.
Man könnte vermuten, daß auch eine starke Zcr- drückung der Kohle, etw a durch tektonische Vorgän ge info lge der Erhöh ung der Körnung und der da
durch z w e if e ll o s eintretenden Ver größ er un g der Ober
flächen, eine starke E rhöh un g der A dsorptio nsfähig keit zur F olg e haben m üsse. D a g e g e n spricht aber, daß eine w esentliche A dso rptio nsfähig keit nur an Dispersität von kolloider Feinheit geb u n d e n ist, die erst mit der Grenze mikroskopischer Sichtbarkeit be
ginnt. D a g e g e n ist der Grad der Zerkleinerung, die durch G e b i r g s b e w e g u n g e n hervorgerufen werden kann, w ie sc hon der A uge nsc he in zeigt, durchschnitt
lich von einer so unverhältnismäßigen Derbheit, daß diese Art der Disp ersitätserh öhu ng für die Ver
g r ö ß e r u n g der Adsorptio nsf ähig keit w o h l nur selten in Betracht kom m en kann, w e n n dabei auch geringe M e n g e n feinsten Staubes auftreten m ö g en . Eine starke Zerklüftung der Kohle kann d a g e g e n natürlich die Schnelligk eit der G asau fnah m e und -a bgabe wesent
lich erhöhen und dadurch eine nicht unbedeutende
Rolle für die En tstehung oder Verm eid un g von G a s
ausbrüchen sp ielen, weil sie ein schnelleres Zu- und Abströmen der freien G a sm en g en gestatte t und die Diffusion auf g r o ß e m Flächen gleichzeitig einsetzen kann.
Recht bea chtensw erte Aufschlüsse über die D ich tigkeitverhältnisse in K oh le nflö zen verschiedenen Alters und mit verschiedenartigen Lagerungsverhält
nissen haben sich aus den Versuchen von T r i p p e mit der hydraulischen Stoßtränkung und Kohlen
s p re n g u n g e r g e b e n 1. Hierbei zeig te sich, daß durch 1 , 5 - 3 m tiefe Bohrlöcher Fettkoh lenflöze bei einem Wasserdruck von 25 40 at in 10 40 min angeblich
»bis in die innersten Poren« mit W asser durchtränkt werden konnten, w o b e i etw a 4 0 - 1 5 0 1 W asser bei der Durchtränkung einer bis zu 10 m 3 b etragenden Kohlen
m e n g e au fge nom m e n wurden. Die Be en d igu n g der Durchtränkung ergab sich daraus, d a ß feine W a sse r tröpfchen aus dem Kohlenstoß ausschwitztcn. Ver
schie dene Flöze und Flözteile verhielten sich sehr ver
schieden g e g e n die Durchtränkungsversuche. G a s
kohlenflöze nahmen re gelm äß ig se lbst bei stun den langer Einwirkung von 120 at Druck kein W asser auf.
D a g e g e n waren von den F ettk oh len flöze n nur w en ig e so dicht, daß die Durchtränkung bei 2 5 - 4 0 at gänzlich m ißlang oder vereinzelt bis zu 6 st dauerte. Aber auch die so n st im allgem einen w e n ig e r dichten Flöze waren bei steiler Aufrichtung an den Flanken gro ßer Sattel
erhebungen oder in der N ä h e von Stö rungen stell en w e is e in ihrer innern Beschaffenheit durch Druck
w irk u ng derart verändert word en , daß sich die Kohle unter Verlust ihrer Porosität und Schlechtenstruktur stark verdichtet hatte.
D ies e Angaben über die von der Kohle a u fg e n o m menen W a sse rm en g en eignen sich natürlich nicht dazu, daraus das Porenvolumen der Kohle zu berech
nen, das sich danach auf höchstens 1,5 o/o stellen würde, w eil sich das Druckwasscr zum Entweichen nur die bequem sten und geradesten W e g e suchen wird. Berech nungen nach dem spezifischen Gewich t der Kohle haben erheblich höhere Werte für das Porenvolum en ergeben. N ach R e e s ist es in Eng
land auf 3 10 o/o gesch ätz t worden-, Arbeiten von B r i g g s sollen sogar Werte von 2 0 - 3 0 % und für Faserkoh le bis zu 50°/o ergeb en haben3. Mikrobilder von Faserkohlenstrukturen lassen dies auch als durch
aus m öglic h er sc heinen4.
D ie G röße des Porenvolum ens einer Kohle kann nach dem Vorstehenden zwar nicht als Maßstab für ihre Adsorptionsfähigkeit a n g ese h e n wer den, weil sie wed er den Grad der chem ischen Verwandtsc haft zum adsorbierten Gas noch den der Dispersität der Kohlen- substauz bestimmt. Aber sie ist doch insofern von B e deutung, als die M öglichkeit und Wahrscheinlichkeit für h o h e Dispersität, Oberfläche und Gasdurchlässig- keit eher bei poröser als bei dichtcr Kohle g e g e b e n sind.
Hinsichtlich der E ntstehung der verschieden hohen Adsor ptionsfähigkeit der Kohle kann man aus den bei Gasausbrüchen beobachteten Verschie den
heiten der Umstände auf eine Anzahl verschiedener Ursachen schließen, die getren nt w erden können nach
J T r i p p e : Stoßtränken und hydraulische Kohlensprengung in Ste in kohlenflözen, Qlückauf 1910, S. 977.
9 R e e s : Zu r Selb ste ntzündung d e r Kohle, Kohle Erz 1926, Sp. 1094.
8 Nach A ngaben von Bergra t K i n d e r m a n n .
4 S t a c h : Zur Entstehung des Fusits, Olückauf 1927, S. 759.
Verschiedenheiten zwischen Kohlen: 1. verschiedenen Entwicklungsgrades, 2. benachbarter Flöze, 3. ört
licher Stellen derselben Flöze, 4. einzelner Bänke der
selben Flöze.
Der erste Unterschied muß in Bezieh ung zum Ent
w ick lu n gsgan g der Kohle, dem Inkohlungsprozeß und seinen Nebenvorgängen, stehen. Der zweite kann durch Einflüsse des Urmaterials oder des N eb en g estein s und seiner W asserführung verursacht worden sein. Der dritte Unterschied w e is t mit seiner örtlichen B e so n d e r
heit auf nachträgliche Störungen des einheitlichen Ent
wicklungsz us tandes hin, w ofü r v o rw ie g en d tektonische Einflüsse und deren Folg ewirkungen in Betracht k o m men dürften, und der vierte w ied er auf Besonderheiten des Urmaterials und sein es Zersetzungszustandes . Verhältnism äßig am einfachsten sind die letzten B e ziehungen, s o w e i t sie hier in Betracht kommen.
Durch die Unterschiede des Urmaterials, der Art seiner Anh äufung und se ines Zersetzungsz ustandes werden hauptsächlich die Unterschiede zwis chen den verschiedenen Kohlenarten, w ie Vitrit, Clarit, Durit, Fusit und Kännelkohle, bedingt. Darauf, daß diese verschiedenen Kohlenarten verschiedene Adsorptio n s
fähigkeit besitzen, wird sc hon in M u c k s »Chemie der Kohle« h in g e w ie s e n 1, und zwar so ll sie danach bei Glanzkohle meist größ er sein als bei Mattkohle. Auch liegt es w ohl in der Natur der Sache, daß sich die holzk ohlen artig e Fase rkohle mit ihrer von den ändern Kohlenarten scharf abweichenden Struktur und Z u sam m ensetzun g hinsichtlich der S chnellig keit und H ö h e ihrer A d sor p tion sfäh igk eit von den ändern Kohlenarten unterscheiden muß. Neu ere Untersuchungen über die Selbstentzündlichkeit der verschiedenen Kohlenarten haben deren recht ver
sc hie dene Adsorptionsfähigkeit durchaus bestätigt-'.
Diese Verschiedenheiten beruhen hauptsächlich auf Unterschieden der kolloiden Struktur, für deren Ent
st eh un g neben der Art der zur Ablageru ng gelangten Pflanzenteile und ihres Zersetzu ngszustandes auch die Bedingu ngen für die Ausfällung und Zusam menballung des H u m u sge ls von Bedeutu ng sein können.
D ie se Unterschiede der Kohlcnarten spielen j e doch nur eine untergeordnete Rolle für das Auftreten der Gasausbrüche, denn sie können bei dem im allge
meinen nicht sehr versc hiedenen Gehalt der Flöze an den einzelnen Kohlenarten kaum sehr ausgep rägte B e son derheiten hinsichtlich der Gasausb ruchgefährlich
keit mit sich bringen. Viel stärker tritt der Einfluß des Entwicklungszustandes der Kohle hervor, da G a sa u s
brüche nur in der verhältnismäßig e n g begrenzten Ent
wicklu ngss panne von Fett- und Mage rkohlen mit etwa 6 - 2 4 o/o flüchtigen Bestandteilen Vorkommen.
D ie se Erscheinung deckt sich mit der Tatsache, daß im Grubenbetriebe, auch dort, w o keine G a sa u s
brüche Vorkommen, die Fett- und M agerkohlenflöze in der Regel am meisten Gas ab zu geb en p flegen, währen d die Gasführung der Flöze nach der T o r f
stufe hin einerseits, der Anthrazitstufe anderseits a b nimmt. Man könnte daher vermuten, daß sich in der Fettkohlenstufe eine besonders h o h e A dsor ptio n s
fähigkeit der Kohle entwickelt. Dem sc heint aber das
1 H i n r i c h s e n un d T a c z a k : Die Chemie d e r Kohle, 1926, S. 107, 2 K i n d e r m a n n : Die Seib stentzündung d e r Kohle und die O x y d ie r
barkeit ihre r Gemengteile, Glückauf 1927, S. 204; W i n t e r : Die Streifen
kohle. II, Olü ckauf 1927, S. 483.
1644 G l ü c k a u f Nr. 45
Verhalten des hygrosk opis ch en W assers zu w id e r sp rechen, d essen Bindung auch auf Adsorption b e r u h t1. Der Gehalt der Kohle an h ygroskopis chem W asse r nimmt bekanntlich von der Tor f- bis zur Anthrazitstufe der Kohle st änd ig ab, eb en so die Energie, mit der dieses W asse r festgeh alten wird. Für diese en tge g e n g e se t z t e n A dso rptio nse rsc heinungen ist also w o h l w en iger der Dispersitätsgrad der Koh le als ihre ch em is c he Verwan dtsc haft zum W a sse r einerseits und zu den G rub en gasen anderseits m aßgebend , denn die Kohle erleidet im Laufe des In kohlungsv organges tiefg eh en d e ch em is che Veränderungen im Sinne eines Aufbaus immer kohlenstoffreicherer, stabilerer V er
bindun gen , w ie aus der elem en ta ren Z u sam m en se tz u n g und dem so n stig e n ch em is chen und p h y s i
kalischen Verhalten hervorgeht.
Es ist daher ganz natürlich, daß sich die A d sor p tio n s fä h ig k e it für ve rsc hie dene Substanzen im Laufe des In koh lu n gsvorganges in versc hiedener W e is e ändert. Auffallend ist dabei nur, daß diese A d sor p tionsfähigkeit für die G r u b en gase in der Fett- und M agerk ohlen stufe anscheinen d ein H öc hstm aß er
reicht und nachher w ied er abfällt. D ies muß mit besondern U mst änden Zusammenhängen, w ofü r die beim Stoßtränkverfahren beob ach te te Tatsache einen H inw eis gibt, daß ger ad e die Fettkohlenflöze am poröse sten und durchlässigsten zu se in pflegen, während jün gere Kohlen, b eson d e rs die G ask ohlen , undurchlässig sind.
D ie se Erscheinung läßt sich w o h l auf die Ent
s te h u n g der Koh le aus einem Torfgallertzustande zurückführen. G e w i s s e Gallerten haben die E ig en tümlichkeit, unter selbstä ndig er A uss ch eid u n g des Quellungsmittels und entsprechender S ch w in d u n g mit der Zeit ihre Viskosität bis zu einem H öc h stgrad e zu steigern, auf den bei weiterer A u ss ch eid u n g d es Q u ellu n g sm itte ls ein Visk ositätsabfall f o lg t. Dabei ist die H ö h e der Viskosität ein ausg ezeic hneter Maßstab für den Dispersitätsgrad der G alle r te2. Das bedeutet mit ändern Worten, daß mit fortschreitender Austrock
nung einer Gallerte, z. B. Gelatine, ihre Zähigkeit info lge von Z u sam m enballung der kolloiden Teilchen zunächst zunimmt, bis sie schließlich s o w e it erstarrt, daß Sprödigkeit, also Festig keitsverm in deru ng eintritt, die von D ispersitätserh öhung des kolloiden G e fü g e s begleitet ist. Diesen Prozeß macht augenscheinlich auch die Kohle durch. Ihr Vis kositätsmaximum erreicht sie etw a in der Gasfla m mkohlenstufe bei einem K ohle n
stoffgeh alt in der reinen Substanz von etw a 80 o/o, denn in diese m Zustande haben die Flöze die größ te Festigkeit und Undurchlässigkeit. Ihre ver
hältnismäßige Armut an S ch windungsr is se n bed eu te t, daß sich die Kohle bis zu diesem Entwicklungsgrade dem W asse r- und Substanzverlust entsprechend s e lb ständig zu sam m enzie hen konnte. Darüber hinaus wird sie aber im mer spröder, rissiger, mürber und durch
lässiger. Die Kohlensubstanz ist dem nach s o starr g e word en , daß die Verluste an hygrosk opis ch em W asse r und ch em isch abgespalteter Substanz nicht mehr hauptsächlich durch Verringerung der Flözmächtigkeit au sgegli ch en w erden, sondern daß nun dafür kleine Ho hlräume und reichlichere Sch wind un gsris se in der Kohle en tstehen und offe n bleiben. Die Kohle wird also porig, was mit der E rhöh un g von Dispersität und A d so rptionsfähigkeit insofern g le ich b ed eu tend ist, als
1 M e z g e r , a. a. O. S. 54.
8 W o. O s t w a l d , a . a . O . S. 70.
die se Eigenschaften mit der Anzahl und Feinheit der auf ein g e g e b e n e s Porenvolum en entfallenden P o r e n räume w ach sen . Da dies unter anderm von der Feinheit der Kohlenstruktur abhängt, die w ied er durch die Art des Urmaterials und seiner Anh äufun g bed in gt ist, ergibt sich hieraus w ied er die bereits erörterte Beziehung.
Für die W eite rentw ick lu ng der Kohle aus M a g e r kohle zu Anthrazit sind erheblich höhere E n ergie ein f lü s se n ötig als vorher. D ie s e bewirken bei der weitern chem ischen U m w a n d lu n g w ied er eine Verdichtung der Kohle und damit eine Abn ahm e der A dsorptio ns
fähigkeit und eine Erhöhung der Festigkeit.
Da die Erstarrung der Kohlensubstariz ga nz all
mählich innerhalb se hr gro ßer Zeiträume erfolgt, wird der Zeitpunkt und die G r ö ß e des mittlerweile auf die Kohle wirkenden Gebirgsdruckes Einfluß darauf haben, ob die Poren m ehr oder w e n ig e r offe n bleiben.
W ährend der Gebirgsbildungszeiten, in denen, w ie P a t t e i s k y w o h l mit Recht an n im m t1, die Inkohlung am lebhaftesten verläuft, w erden die hierbei auftreten
den M olekülum la gerungen selb st w e it g e h e n d er
starrter Kohle w ie d er eine g e w i s s e Bildsamkeit ver
leihen, die sie fähig macht, hohen Gebirgsdrücken nachzugeben, o h n e zerdrückt zu w er de n. D ie höchste Dispersität und Adsorptionsfäh igkeit der Kohle wird daher an Stellen zu erwarten sein, die in den H a u p t en twicklungszeiten von hohen Gebirgsdrücken m ö g lichst verschont g eb li eb en sind.
Solche Stellen w er d e n bei ton ige m , verhältnis
m äßig plastischem N e b e n g e st e in des Flözes seltener auftreten, weil sich in diesem Fall der Gebirgsdruck gle ich m äß ige r verteilen kann. W o d a g e g e n das N e b e n gestein aus harten Schichten, etw a m äch tigen Sand
steinlagen, besteht, muß die Druckübcrtragung auf das F l ö z bei tek tonischen Vorgän gen u n r egelm äß ig werden, w eil so lc h e Sandsteinplatten beträchtlichen Widerstand g e g e n D ur ch biegu ng oder Bruch leisten.
Dadurch wird die Kohle stellen w e ise b esonders stark- gep re ß t oder zermahlen, an ändern Stellen d a g eg en verhältnism äßig entlastet. N ach den entlasteten Stellen wird sich die Kohle hinzuschieben su chen, so daß dort Flözstauchungen entstehen können, währen d die stärker g ep reßten Stellen zur Bildung von Flözver
drückungen n eig e n w erden. Daraus erklärt es sich, daß Gasausbrüche mit Vorliebe an gesta uchte n Flözstellen auftreten. Die lockere Struktur und Lageru ng der meistens zerdrückten Kohle solc her Stellen läßt die rasche Aufnah m e beträchtlicher G asm en gen zu. Setzt sich dann die B e w e g u n g fort, s o daß das Gasnest von neuem unter Druck gerät, s o w erden besonders gü n stig e Um stän de für die Bildung von A nlageru n gs
verbindungen g e g e b e n sein, w o b e i die w eit ere Gas
zufuhr aus den benachbarten Sandsteinschichten oder Störungsspalten ged ec k t w erden kann.
Ein beach ten swertes Beispiel für das tatsächliche Vorhandensein solcher Um stän de bei Gasausbrüchen gib t v o n B u b n o f f bei der B esch reib un g der Ver
hältnisse des gasausb ruchgefä hrlichen Teiles der Rub en gru be2.
Für die verschiedene N e i g u n g benachbarter Flöze zu Gasau sbrüchen kom m en mehrere Ursachen in Frage, von denen die Einflüsse des Urmaterials und
1 P a t t e i s k y : Die Geologie d e r im Kohle ngebirg e auftre te nden Gase, Olü ckauf 1926, S. 1609.
* v. B u b n o f f : D e r geolo gis che Bau un d die Kohlensäureausbrüche d e r R u b en g ru b e bei N e u ro d e (N iederschlesien), Z.B . H .S . W es. 1926, S . 75.
