GLÜCKAUF
Berg- und Hüttenmännische Zeitschrift
Nr. 4 0 3. Oktober 1914 50. Jahrg.
Die Einwirkung großer Teufen auf die Gestaltung des Abteufens von Schächten nach dem Gefrierverfahren.
V on D ipl. B erg in g en ieu r K . K e g e l , L e h re r a n d e r B ergschule zu B ochum . Ü b er die E in w irk u n g des m it d e r T eufe w achsenden
G ebirgsdruckes au f die beim A bteufen n a ch dem G efrier
verfahren h erg estellte F ro stm a u e r herrschen vielfach falsche V orstellungen, die sich n am e n tlic h auch a u f die D e u tu n g d e r B eo b ach tu n g en erstrecken. Diese falschen 'V orstellungen sind teilw eise in die L ite ra tu r übergegangen u n d hab en d o rt V eranlassung zu g an z unm öglichen S chlußfolgerungen gegeben. D a die D e u tu n g d er U r
sachen für. die b e o b a c h te ten D ru ckerscheinungen einen w esentlichen E in flu ß au f die bei dem G efrierverfahren zu treffen d en V orkehrungen a u sü b t, u n d d a die U r
sachen u n d W irk u n g en au ch vielfach in äh n lich e r W eise fü r an d ere B ergw erksbetriebe in B e tra c h t kom m en, so erscheint es an g e b ra c h t, eine K lä ru n g dieser w ichtigen F rage zu versuchen.
D ie E in w irk u n g der D ru ck zu n ah m e w u rd e bisher rechnerisch n a c h d er b e k a n n te n Form el x = -- ^ —
2 (kd - p )
e r m itte lt1. D er D ru ck p e n ts p ric h t bei schw im m endem G ebirge einem D ru ck , d e r von d er T eufe u n d dem spezi
fischen G ew icht des zu d u rc h te u fe n d en lockern G ebirges ab h ä n g t, so d aß p = H • sp. ist. D ie G röße D e n tsp ric h t d er lic h ten Weite, des in verlorenem A usbau stehenden S chachtes u n d k d d er spezifischen D ru ck festig k eit des F io stk ö rp e rs.
In dem Falle, in dem p oder H • sp. gleich k d ist, w ird das P ro d u k t im N en n e r des B ruches d e r G leichung gleich N ull, d a h e r d e r W e rt des B ruches, also die Größe x = oo . Die T eufe H , bei w elcher d e r W e rt H • sp.
gleich kd w ird, sei im folgenden k u rz die kritisch e Teufe g e n a n n t.
N ach der B erech n u n g w äre zu e rw a rten , d a ß die F ro stm a u e r bei d er U n te rte u fu n g d e r k ritischen Teufe so fo rt z e rd rü c k t u n d d e r S ch ach t Zusam m engehen w ürde, weil d er D ru c k die D ru ck festig k eit d er F ro stm a u e r ü b e r
steig t. D as is t jedoch n ic h t d e r Fall. D ie F ro stm a u e r b le ib t v ielm eh r in den m eisten F ällen au ch bei größerer T eufe sch ein b ar u n v e rä n d e rt, so d a ß m an bei wenig sorgfältiger B eo b ac h tu n g leicht zu dem S chluß gelangen k a n n , die ab g eleitete F orm el sei falsch, oder die D ru ck zunahm e erfolge n ic h t in gleichem M aße wie die Teufen- zunahm e. B eide A n nahm en sin d jedoch u n ric h tig . Die
1 v g l. z. B. H e i s e - H e r b s t , 2. A u fl., B d. I I , S. 252; fern er J o o s t e n : D ie n eu ea te A n w e n d u n g d es G efrierv erfa h ren s a u f d e r Z ech e A u g u ste V ic to r ia , G lü ck a u f 1904, S. 1544; K e g e l : D a s S c h a c h ta b te u fe n n a c h dem G efrierv erfa h ren v o n P o e ts c h , B er g b a u 1907, N r. 38.
U rsache fü r die A bw eichung des tatsäch lich en V erhaltens von dem rech n u n g sm äß ig zu erw arten d en is t in den W id erstän d en zu suchen, w elche die F ro stm a u e r der F o rm än d e ru n g en tg eg e n setzt, die bei d e r Ü berschreitung des k ritischen D ruckes e in tre te n m uß.
D as F orm än d eru n g sv erm ö g en , d. h. das Verm ögen, die F o rm ohne A ufgabe des Z usam m enhanges zu än d ern , ist eine jed em K ö rp e r eigentüm liche E ig en sch aft, die jedoch die verschiedenen K ö rp er in seh r verschiedenem G rade besitzen. D ie flüssigen u n d die so g en an n ten plastischen K ö rp er haben diese E ig en sch aft in hohem M aße, w äh ren d sie den so g en an n ten sta rre n K örp ern sch ein b ar fehlt. D aß jedoch au ch die sch ein b ar sta rre n K ö rp er plastische E ig en sch aften besitzen, zeigen die geologischen V orgänge, wie z. B. die o ft ä u ß e rs t sta rk e n B iegungen d er S an d stein sch ich ten im S tein k o h len gebirge usw ., bei denen seh r »starre« G ebirgsglieder eine w eitgehende F o rm än d eru n g erlitte n h ab en , ohne den Z usam m enhang d er E inzelteile zu verlieren. D er U n te r
schied zwischen den p lastisch en u n d s ta rre n K ö rp ern liegt au ch w eniger d a rin , ob u n d in w elchem M aße ein K ö rp er ü b e rh a u p t seine F o rm zu än d ern verm ag, sondern eigentlich n u r d arin , in w elcher Z eit eine Ä nderung seiner F o rm ohne Z erstö ru n g des Z usam m enhanges m öglich ist, d a schließlich jed er K ö rp er seine F o rm ohne A ufgabe des Z usam m enhanges än d ern k a n n , w enn die F o rm än d eru n g in d e r erforderlichen Z eit vor sich g eh t. Im folgenden is t m it dem W o rt F o rm ä n d eru n g s te ts n u r die ohne A ufgabe des Z usam m enhanges v o r sich gehende gem eint. W enn m an sich das A b h än g ig k eitsv erh ältn is von Z eit u n d F o rm än d eru n g vor Augen h ä lt, so w ird es schw er, ja unm öglich, eine Grenze zwischen flüssigen u n d festen u n d u n te r den le tz te m eine G renze zwischen p lastisch en u n d sta rre n K ö rp ern zu ziehen.
D ie fü r eine F o rm ä n d eru n g erforderliche Z eit is t sehr groß bei sta rre n , gering bei plastischen u n d seh r klein bei flüssigen K örpern. A ber a u c h bei tro p fb a r flüssigen K ö rp ern ist die erforderliche Zeit n ic h t u n en d lich klein.
D as zeigt z. B. die A uflösung des fallenden W asserstrah ls in T ropfen, die d a ra u f zu rü ck zu fü h ren ist, d aß d e r S tra h l infolge der m it d er Fallbeschleunigung zun eh m en d en G eschw indigkeit im u n te rn T eil im m er m eh r g e stre c k t w ird, bis die S treckungsgeschw indigkeit infolge d e r Z u n ah m e d e r F allgeschw indigkeit zu groß, d a m it das F o rm änderungsverm ögen ü b e rsc h ritte n u n d d er S tra h l a u s
einandergerissen w ird. Die K ohäsion d er einzelnen T ropfen v e rh in d e rt so d a n n , d aß d er T ropfen im obern u n d u n te rn Teil eine verschiedene F allgeschw indigkeit e rh ä lt; infolgedessen fä llt jed e r T ropfen m it einer für sich d urch die E rd a n z ie h u n g beschleunigten G eschwin
digkeit.
Von w esentlicher B e d e u tu n g is t dem nach das F o rm änderungsverm ögen d er K ö rp er für die B eu rteilu n g d er F rage, ob ein fester K ö rp er als s ta rre r oder plastisch er K örper anzusehen ist. D ie Begriffe s ta r r u n d plastisch sind d an ach n ich ts w eiter als A usdrücke fü r das v e r
schiedenartige F o rm änderungsverm ögen d er verschie
denen K örper. M an k an n m ith in ein spezifisches F o rm änderungsverm ögen fü r jeden K ö rp er feststellen, das an g ib t, in w elchem G rad e ein K ö rp er von b e stim m ter F o rm u n d b e stim m te m Stoff eine F o rm än d eru n g , die in n erh alb einer b e stim m te n Zeit erfolgt, ohne A ufgabe seines Z usam m enhanges a u sh ä lt. W ill m an die Zeit a ls G rundlage fü r zahlenm äßige Vergleiche benutzen, so m öchte ich den Begriff des F o rm än d eru n g sm o d u ls vorschlagen, wobei ein K ö rp e r ein geringes F o rm änderungsverm ögen o d er einen großen F o rm än d eru n g s
m odul h a t, w enn er zu einer bestim m ten F o rm än d eru n g einer langen Zeit b ed arf usw.
Tn einer F ro stm a u e r kom m en in der Regel, sobald eine W echsellagerung verschiedenartiger Schichten v o r
lieg t, au ch F ro stk ö rp e r von verschiedenem F o rm än d e
ru n g sm o d u l in Frage. D a die G rundlage d e r F ro stk ö rp er das gefrorene W asser ist, so liegt es n ah e , fü r die B e
u rte ilu n g der U rsachen u n d der W irkungen der v e r
schiedenen F o rm än d eru n g sm o d u ln von den E igenschaften des E ises auszugehen. Am b esten k a n n sein F o rm änderungsverm ögen bei d er Bew egung von G letschern b e o b a c h te t w erden. B e k an n tlich fließen die G letscher, sow eit es sich u m H ochgebirgsgletscher h an d elt, in den T älern gleich F lüssen herab, wobei sich das E is völlig d e r T alform a n p a ß t, ohne d en Z usam m enhang zu v er
lieren. N u r an T albiegungen finden sich häufig G letscher
sp alten . F e rn e r frie rt b ek a n n tlic h das E is w ieder a n einander. D a ra u s k a n n m an schließen, d aß das E is eine ziem lich schnelle F o rm ä n d e ru n g v e rträ g t, ohne seinen Z u sam m enhang zu verlieren, d aß .e s allerdings bei zu schneller F o rm än d e ru n g z e rreiß t u n d s p a lte t, d aß es ab e r w ieder zusam m en friert, w enn es längere Zeit ohne F o rm än d e ru n g an ein an d erlieg t. Diese E igenschaften des E ises sin d fü r die B eschaffenheit der aus losen (m eist te rtiä ren ) gefrorenen M assen b estehenden F ro stm a u e r von gru n d leg en d er B edeutung.
D ie T e rtiärsch ich te n , die zum eist d as m it H ilfe des G efrierverfahrens zu d u rch te u fen d e D eckgebirge bilden, b esteh en in d er Regel a u s einer W echsellagerung von S anden, K iesen u n d T onen. Im F ro s t v e rh a lte n sich die S an d e u n d Kiese ziem lich gleichm äßig u n d zeiclm en sich d u rc h eine größere W id ersta n d sfä h ig k eit als die T one aus.
D er Z u sam m enhang des gefrorenen Sandes, Kieses oder Tones ist in n erh alb einer S ch ich t seh r gleichm äßig, w eil S p alten oder K lüfte, die eine S tö ru n g des Z usam m en
h altes in n erh alb d e r lockern Massen bew irken können, n ic h t m öglich sind, obw ohl V erw erfungen als solche im T e rtiä r n a tü rlic h au ch a u ftre te n . Die G leichartigkeit
des Z usam m enhanges d e r te rtiä re n gefrorenen S chichten erleich tert erheblich die B eo b ac h tu n g u n d ihre D eu tu n g .
Von w esentlicher B ed eu tu n g fü r den G efriervorgang' ist z u n äch st die W ärm eleitu n g sfäh ig k eit d e r S ande u n d Tone. A nscheinend leiten die S ande die W ärm e schneller fo rt als die Tone. Infolgedessen w erden die S an d e auch schneller zum G efrieren g eb rach t. In n e rh a lb v er
schiedener, d u rch w assertrag en d e S chichten völlig ge
tre n n te r S an d sch ich ten (verschiedene G rundw asser
horizonte) k a n n die G efriergeschw indigkeit ja n ach d e r u n g leich artig en od er gleich artig en Z usam m en
setzung d e r betr. G rund w asserströ m e (S alzgehalt usw.) ungleich o d er gleich sein. A m sch lech testen w ird die W ärm e von den im T e r tiä r oft ein g elag erten B ra u n kohlen fo rtg eleitet, so d a ß diese oft n u r wenige od er g a r keine F ro stw irk u n g en zeigen, w enn die ü b rig en G ebirgsschichten schon fest gefroren sind. Jed o ch d a rf bei d e r B e u rte ilu n g d e r F rage, ob die S chichten ge
froren sind oder noch n ich t, die v ersch ied en artig e F e stig k eit d e r gefrorenen S chichten n ich t a u ß e r a c h t gelassen w erden, wie es anscheinend häufig geschieht. D ie ge
ringe F e stig k eit d e r gefrorenen B ra u n k o h le n u n d T one k a n n n ich t als Beweis d a fü r angesehen w erden, d aß diese S chichten noch n ich t gefroren wären.
Die v erschiedenartige F estig k eit d er . gelrorenen S ande u n d K iese einerseits u n d d e r Tone u n d B ra u n kohlen an d erseits v e rsu c h t m an vielfach m it dem v e r
schiedenen W asserg eh alt d er G ebirgsschichten zu e r
klären. M an n im m t dabei an, d aß die T o n e einen ge
rin g em W asserg eh alt als die S ande haben. D iese irrige A nsicht b e ru h t d a ra u f, d a ß in den T onen das W asser k a p illa r geb u n d en ist, dagegen bei den S an d en u n d K iesen n ic h t. Im ü b iig e n is t d e r W asserg eh alt d er T one etw a ebenso groß w ie d e r der S ande u n d b e trä g t d u rc h sc h n ittlic h 35 - 40 %. Bei seh r fe tte n T onen is t er so g ar m eist noch höher. M an k a n n also n ic h t sagen, d a ß d er T on kein W asser e n th a lte u n d d a h e r kein S to ff v o r
h an d en sei, der gefrieren könne.
D ie U rsache fü r die v ersch ied en artig e F e stig k e it der gefrorenen T one u n d S an d e lieg t in dem Z usam m en
w irken d e r F e stig k eit des E ises e in erseits u n d d er F e stig k e it der S a n d k ö rn er od er T on teile an d erseits.
Bei d en gefrorenen S an d e n setzen die d urch d as E is m itein an d er v e rk itte te n S an d k ö rn e r infolge ih re r F e stig k e it u n d H ä rte einer V erschiebung g eg en ein an d er einen w esentlich g ro ß em W id e rsta n d entgegen als die w eichen T on teilch en , deren H ä rte u n d F e stig k e it k a u m die d es reinen Eises übertreffen. D as E is ü b e rn im m t lediglich die R olle eines plastischen K lebstoffes, d e r die E in zelteile zu sam m en h ält. D a die S an d k ö rn er, die in n e rh a lb der S chichten regellos in ein an d er v e rz a h n t eingreifen, infolge ih rer großen H ä rte u n d F e stig k e it einen erheblichen S ch erw id erstan d aufw eisen, setzen sie bei gleicher H a f t
festigkeit des als B in d e m itte l d ienenden E ises d e r geg en seitigen V erschiebung u n d d a m it d e r F o rm ä n d e ru n g einen w esentlich g ro ß em W id e rsta n d entgegen, als ihn die T onteilchen au szu ü b en verm ögen. D a ra u s g e h t au ch hervor, d aß sch arfk ö in ig e u n d grobe w 'asserhaltige S ande im gefrorenen Z u sta n d einen g ro ß em F o rm än d eru n g s- w aderstand zeigen als feinkörnige, ab g e ru n d e te S an d e, eine B eo b ach tu n g , die sich beim S c h a c h ta b te u fen n a c h
dem G efrieiverfahren s te ts ergeben h a t. Infolge des g ro ß em W id erstan d e s des gefrorenen S a n d e s is t auch die etw aige F o rm än d eru n g bei g leichem D ru c k geringer als bei gefrorenem Ton. Bei einem b e stim m te n D ru ck k an n d a h e r die F o rm ä n d e ru n g eines g efrorenen T ones b ereits so schnell vor sich gehen, d aß d a s F o rm ä n d e ru n g s
verm ögen des d en Z u sa m m e n h a lt b ew irk en d en E ises ü b e rsc h ritte n w ird ; infolgedessen s p a lte t d er gefrorene Ton, w äh ren d gefrorener S an d bei diesem D ru c k infolge des g ro ß em W id ersta n d es d e r S a n d k ö rn e r n u r eine so langsam e F o rm än d eru n g erleidet, d a ß ih r das E is ohne A ufgabe des Z u sam m en h altes folgen k a n n . D er S an d w ürde also n ic h t sp a lte n , sondern seinen Z u sam m en h a n g u n v e rä n d e rt b ehalten.
D ie G röße d e r m it E is er
fü llte n Z w ischenräum e d ü rfte hinsichtlich des spezifischen F o rm än d eru n g sv erm ö g en s d er gefrorenen T one u n d S ande ebenfalls eine R olle spielen. Bei gleichem spezifischem F o rm änderungsverm ögen w ächst se lb stv erstän d lich d as a b so lu te M aß d e r in n erh alb b e stim m te r Z eit m öglichen F o rm ä n d eru n g des E ises m it d e r G röße d e r Z w ischenräum e, die es a u sfü llt. L e tz te re sind vergleichsw eise groß in den S anden u n d se h r klein in d en Tonen. A uch dieser U m sta n d d ü rfte d a s größere F o rm ä n d e rungsverm ögen d e r gefrore
nen S ande m it bew irken.
D ie V ersch ied en artig k eit in dei B eschaffenheit u n d in dem V erh alten d er einzelnen te rtiä re n S chichten m a c h t sich sow ohl w ä h re n d des G efriervorganges als auch beim nachfolgenden A b teu fen d eu tlich bem erkbar.
B eim G efriervorgang ist v o r a lle m zu b each ten , d aß die E isb ild u n g zugleich eine V olum envergrößerung des im G ebirge befindlichen W assers b e d e u te t. D a die S an d k örner u n m itte lb a r an e in a n d e r liegen, so können sie nicht ausw eichen — so n st m ü ß te ein A nheben d e r ganzen Ge- birgsm assen die F olge sein — , sondern das überschüssig w erdende W asser zw ischen d en P oren w ird v e rd rä n g t.
Als Folge hiervon zeigt sich das b e k a n n te A nsteigen des W asserspiegels im S ch ach t, sobald die F ro stm a u e r geschlossen ist, weil d a n n d as in n erh alb davon befindliche W asser n ic h t m e h r nach einer ä n d ern R ic h tu n g aus- weichen k a n n . E in S onderfall e n ts te h t jedoch, w enn die einzelnen S chichten ein sehr verschiedenes W ärm e
leitungsverm ögen besitzen. H ab en z. B. zwei S a n d schichten eine größere W ärm eleitu n g sfäh ig k eit als eine eingeschlossene T o nschicht, so k a n n nach einiger D auer des Geh iervorganges d e r S c h a c h tq u e rsc h n itt in den S anden völlig ausgefroren u n d ein u n g efro ren er K ern in d er T o n sch ich t rings v o n gefrorenem G ebirge u m geben sein. Sobald infolge des w eiter fo rtsch reiten d en G efriervorganges a u ch dieser ungefrorene K ern au sfriert, m u ß das sich h ier bildende E is die ganze um schließende F ro stm a u er u n d d a m it au ch d as an ste h e n d e G ebirge
infolge der V olum enzunahm e n ach au ß en d rän g en (s. Abb. 1). Infolge d e r d u rch diesen a k tiv w irkenden D ru ck • hervorgerufenen R e a k tio n e n tste h e n in diesem K ern d a n n o ft so sta rk e D rücke, d aß die R oh rw an d u n g en v o n den vielfach im M itte lp u n k t der S chachtscheibe ang esetzten M ittellöchern ein g e d rü c k t w erden. Diese E rsch ein u n g t r i t t desto auffallender ein, je m ächtigere te rtiä re S chichten zu d u rch teu fen sin d u n d je g rö ß er d er S c h a c h tq u e rsc h n itt gew ählt ist, weil in solchen F ällen die G efrierw andstärke m eist d u rch die A n o rd n u n g von zwei G efrierlochkränzen v e rs tä rk t ist, u n d weil ferner d er A u ß en d ru ck des Gebirges infolge d er g ro ß em T eufe a n sich schon s tä rk e r ist. A uf d e r Zeche CaroluS M agnus in B erge - B orbeck w urde dem V erfasser eine v o llstän d ig eingedrückte, etw a 3 m lange B ohrloch verroh n in g ge
zeigt, die nach A ngabe d e r G ru b en v erw altu n g aus dem M ittelbohrloch eines d e r beiden nach dem G efrier
v erfah ren im A bteufen begriffenen S ch äch te dieser Zeche sta m m te .
E in e w eitere Folge dieses V organges ist häufig die A usbiegung d e r G efrierrohre (s. Abb. 1). D abei kom m t es vor, d aß die R ohre n ic h t in dem selben M aße n a c h geben können, w ie das gefrierende G ebirge nach au ß en d rä n g t, so d aß sich a n den* R ohren S p a lte n im F io s t- k ö rp e r bilden. U n te r dem G ebirgsdruck schließen sich diese zw ar w ieder, w obei das E is in b e k a n n te r W eise w ieder zu sam m en friert, jedocli n u r, w enn die R ohre n ic h t u n d ic h t w erden. Im le tz te m F all w erden die S p alten im E n tste h e n sofort m it L auge gefüllt, die den F ro s t
k ö rp er w eiter an g reift, so d a ß schlitzförm ige H ohlräum e oder aufgew eichte G eb irg sk ö rp erp artien e n tsteh en . E r re ich t m an beim A bteufen diese S tellen, so b rich t m it
u n te r das G ebirge schlitzförm ig bis an die G efrierrohre nach . D ieser V organg is t n ic h t im m er als eine u n m itte l
b are G efahr anzusehen, d a m eisten s die äu ß ere G efrier
w and u n b esch äd ig t b leib t, jedoch is t zu bedenken, d aß die G efrierw and an dieser Stelle eine erhebliche Schw ächung erfah ren h a t.
Spielt, wie au s dem G esagten h erv o rg eh t, b ereits beim G efriervorgang die v ersch ied en artig e W ärm e
leitungsfähigkeit d e r verschiedenen G ebirgsarten eine w esentliche Rolle, so is t es k la r, d a ß die verschieden
artig e B eschaffenheit des gefrorenen G ebirges au ch a u f die Vorgänge beim A b teu fen eine seh r erhebliche E in w irkung ausüben, m u ß . . ’-4’ ~
Die W ärm eleitu n g sfäh ig k eit k o m m t hier insofern in B e tra c h t, als die S tä rk e d e r G efrierw and in S chichten m it gu tem W ärm eleitungsverm ögen b e trä c h tlic h e r ist als in S chichten m it schlechtem W ärm eleitungsverm ögen.
Im übrigen sin d fü r das A b teu fen die F e stig k e it der verschiedenen gefrorenen G ebirgsschichten gegen D ru ck u n d ih r F o rm änderungsverm ögen von w eit größerer B edeutung.
H in sich tlich d e r D ru ck w irk u n g ist zu b e a ch ten , d aß die F ro stw a n d von au ß en h er in den beim A bteufen h e r
gestellten S c h ach th o h lrau m h in ein g ep reß t wird. D ie Masse d er F ro stw a n d w ird also gleichzeitig au f D ruck u n d au f F o rm ä n d eru n g b e a n sp ru c h t. Von besonderer B ed eu tu n g ist hinsichtlich des F o rm än d eru n g sv erm ö g en s der F ro stw an d d er U m sta n d , d a ß es in n e rh a lb eines allseitig eingeschlossenen F ro stk ö rp e rs zu n im m t. Be-
k a n n tlic h frie rt E is u n te r höherm D ruck schneller zu sam m en als bei geringem . D arin liegt die eine U rsache fü r d as b eschleunigte F o rm änderungsverm ögen. D ie zw eite ist, d a ß ü b e rh a u p t je d er allseitig fest um schlossene K ö rp er schneller u n d s tä rk e r u m g efo rm t w erden k an n als ein frei liegender, n u r von einigen P u n k te n aus einem D ru c k ausg esetzter K ö rp er. H ie rü b e r hab en v o r allem die eingehenden Versuche v. K i r m a n s1 K la rh e it g e
schafft. A uch H e i m h a t bereits im J a h re 1878 d a ra u f hingew iesen, d a ß alle G esteine bei allseitigem , sehr hohem D ru ck plastisch sind. D ie V ersuche von S t i l l e , T h a m - m a n n u. a. hab en dasselbe erwiesen*. Infolgedessen k an n d ef frei stehende S to ß eines G efrierschachtes zu r S p alten b ild u n g neigen, ohne d aß die F ro stw an d selbst durchw eg g esp alten sein m u ß ; im G egenteil ist a n z u nehm en, d a ß d er äußere Teil d e r F ro stw a n d noch ge
schlossen ist. Im m erh in ist zu b each ten , d aß die gelösten Schalen a u f die F ro stw a n d keinen G egendruck m ehr ausüben: k ö n n e n ; die S c h alenbildung m u ß sich d ah er im m er m eh r n a c h d er A ußenseite d er F ro stw an d , d. h.
vom S ch ach tin n ern n a c h d en G efrierrohren hin u n d gegebenenfalls ü b e r die F ro stw a n d hinaus, fortsetzen, w enn kein G egendruck aufgeboten wird.
D er B eginn d e r S chalenbildung b e d e u te t, d aß die F o rm än d eru n g (infolge d er D ru ck zu n a h m e m it w achsen
d er Teufe) so schnell v o r sich g eh t, d aß ih r d er einseitig freiliegende F ro stk ö rp e r a m S c h a ch tsto ß n ic h t m ehr zu folgen verm ag, d a ß vielm ehr n u r d er F ro stk ö rp er im In n e rn der F ro stw a n d n och geschlossen bleibt.
M a n h a t d a h e r s e h r s c h a r f z w i s c h e n d e m F o r m ä n d e r u n g s v e r m ö g e n e i n e s a l l s e i t i g f r e i
l i e g e n d e n , e i n e s n u r e i n s e i t i g f r e i l i e g e n d e n u n d e i n e s a l l s e i t i g u m s c h l o s s e n e n K ö r p e r s z u u n t e r s c h e i d e n . D a s F o r m ä n d e r u n g s v e r m ö g e n n i m m t m i t d e r U m s c h l i e ß u n g d e s K ö r p e r s zu.
G anz allgem ein is t beim A bteufen eines Gefrier
schachtes d a ra u f zu a ch ten , d a ß die S chalenbildung am S ch ach tsto ß verm ieden w ird, w as zw eckm äßig d urch einen geeigneten A usbau geschieht. Solange d er D ru ck u n d d a m it die F o rm ä n d eru n g n och so gering ist, d aß es zu einer S p a lte n b ild u n g am S ch ach tsto ß ü b e rh a u p t noch n ic h t ko m m t, ist ein A u sb au kein u n b ed in g tes E rfo rd ern is. Im G egenteil h alte ich in diesen geringen T eufen den verlorenen A usbau fü r schädlich, weil er n u r etw aige G efrierrohrbruchstellen v erd e c k t u n d ih r E r k ennen u n d A uffinden erschw ert. In geringen T eufen k an n m an beschädigte G eirierrohre m eist u n b ed en k lich vom Schacht her freilegen u n d d u rc h Schellen usw.
ab d ich ten . Im m erhin ist a u c h hier d er fü r größere T eufen zw eckm äßige, sofort ein zubringende endgültige A usbau m it U n terh än g etü b b in g s v o rteilh aft.
Im v o rsteh e n d en is t die D ru c k w irk u n g in ihren F olgeerscheinungen b e h a n d e lt w orden, wie sie ganz a ll
gem ein beim A bteufen eines G efrierschachtes in größerer T eufe a u ftritt. Aus d en eingangs g em ach ten A usfüh
ru n g en g e h t ohne w eiteres hervor-, d a ß sich die D ru ck w irk u n g m it fo rtsch re ite n d er T eufe im m er u n g ü n stig er b em erk b a r m achen m uß, u n d d aß diese u n g ü n stig e
1 F e s titr k e itsv e r su c h e u n ter a lls e it ig e m D ru ck , Z.r d. V er. d. Ing"
1911, S. 1749 ff.
2 Z. d. V er. d. I n g . 1912, S . 284.
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r- W irk u n g des D ru ck es bei gefrorenen T onen frü h er ein- tre te n m u ß als bei S anden, besonders bei grobkörnigen F lu ß san d en .
D iese E rsch ein u n g en sind n a tü rlic h au ch beim Ab- te u fb e trie b en tsp rech en d zu b erücksichtigen, d a m it er d en D ruck w irk u n g en m öglichst en tg eg en arb eiten kann.
E s h a n d e lt sich in d e r H a u p tsa c h e d a ru m , ob langsam oder schnell a b g e te u ft w erden soll, ob m a n den e n d gültigen A usbau u n m itte lb a r folgen lä ß t oder a b s a tz weise a b te u ft u n d a u sb a u t, u n d schließlich, ob die Sch ieß arb eit a n w en d b ar ist oder nicht.
Z u n ä c h st m ögen die F olgen eines lan g sam en A bteufens, v e r
b u n d en m it absatzw eisem , en d g ü l
tigem A usbau e rö rte rt w erden. Setzt m a n ein in d e r ganzen T eufe gleich
m äßiges Gebirge v oraus, so ist es klar, d aß die F ro stm a u e r u n te rh a lb • des le tz te n K eilkranzes infolge des D ruckes u n a u fh a ltsa m in den S ch ach t h in ein g ep reß t w ird, d a die freigelegte F läch e seh r erheblich ist.
D er gew öhnliche v erlorene A usbau in eisernen R ingen ist bei g ro ß em T eufen n ich t w id erstan d sfäh ig ge
nug. S elbst wenn es bei A nw en
d u n g eines sorgfältigen verlorenen A usbaues gelingen sollte, die Scha
lenbildung am S ch ach tsto ß zu v e r
h ü te n , k a n n m an keinesfalls das H in ein w an d ern d e r F ro stm a u e r in den in n ern S c h a c h tra u m v e rh in dern. D ie Folge d av o n is t vor allem , d a ß die G efrierrohre u n te r
halb des le tz te n K eilkranzes nach der S c h a c h tm itte zu durchgebogen
werden. D ie S tä rk e d er D u rchbiegung n im m t m it der D au er der u n g eh in d erten D ru ck w irk u n g zu u n d k an n an beiden E n d en des A b teu fsatzes, d. h. u n te r dem u n te rs te n K eilkranz u n d ü b er d e r jeweiligen S ch ach t
sohle, so s ta rk w erden, d aß die G efrierrohre z. T.
reißen (s. Abb. 2). Die U rsache dieser E rsch ein u n g ist d arin zu suchen, d aß die F ro stm a u e r h in te r dem en d gültigen T ü b b in g au sb au n ic h t m eh r in das S c h ach t
innere h in ein g ep reß t w erden k a n n , weil die T übbings den D ruck aufzunehm en verm ögen, w äh ren d u n te r der jew eiligen S chachtsohle noch keine B ew egung ein- tre te n k o n n te , weil noch kein H o h lrau m v o rh an d en w ar. Im m erh in ist ein geringer A uftrieb d e r S ch ach t
sohle, besonders bei tonigem G ebirge u n d bei hohem D ru ck , n ich t ausgeschlossen, jedoch ist die T iefen
w irkung n u r gering.
S te llt m an sich vor, d a ß d er obere A bsatz v o r seinem en d g ü ltig en A u sb au ebenfalls h erein g ed rü ck t w urde u n d d a m it au ch die G efrierrohre a n dieser Stelle, so erg ib t sich, d aß die G efrierrohre in d e r Regel ü b er der jew eiligen S chachtsohle d u rch den D ru ck des Gebirges gebogen u n d g e d e h n t w erden, w ährend sie sich u n te r dem K eilk ran z z u n ä c h st w ieder streck en (s. Abb. 3). L au g en stellen sin d also besonders u n te rh a lb d e r K eilkränze zu erw arten.
Abb. 2.
E in W echsel d er G ebirgsbeschaffenheit tr ä g t in dieser H in sich t ebenfalls z u r V erschärfung d er e rw ä h n te n u n angenehm en F olgeerscheinungen bei. D a toniges Gebirge wegen seines geringem D m c k w id erstan d es einer schnellen F o rm än d e ru n g u n te rlie g t, so w erden au ch die G efrier
rohre in n erh alb von T oneinlagerungen stä rk e r n a c h dem S ch ach tin n ern zu gebogen als in groben Sandschichten.
Auch h ierd u rch e n tste h e n Z errungen u n d B iegungen dex G efrierrohre, die je n ach ih re r S tä rk e zu B rüchen V eranlassung geben können.
G anz besonders g efä h rd et sind solche S tellen, an denen zwei
Schichten oder G ebirgsabschnitte a n einanderliegen, die einen sehr erheblichen U n tersch ied in ih rer D ru ck festig k eit aufw eisen. D as k an n d er Fall sein, wenn tonige u n d sandige Schichten w echseln, u n d w ird sich s te ts an d e r Stelle zeigen, an d er die losen te rtiä re n G ebirgsm assen a u f dem festen S teinkohlengebirge u n m itte lb a r a u f
liegen, besonders, w enn die liegenden te rtiä re n G ebirgsm assen tonig sind uncl die S chichtenköpfe des üb er
lag erten S teinkohlengebirges aus S an d stein en bestehen.
, ln solchen Fällen m u ß ein G leiten d er w eichem Schicht an d er S chichtenfläche d er h a rte m S ch ich t s ta ttfin d e n , u. zw. in dem M aße, in dem die F o rm än d eru n g dex w eichem S chicht u n te r der E in w irk u n g des D i'uckes schneller von
s ta tte n g e h t als die d er h a rte m S chicht. D ieser U n tersch ied u n d d a m it das M aß des G leitens ist n a tü rlich ^ b eso n d ers s ta r k d a, wo die rolli
gen tertiären ? S chichten a u f h a rte n .Schichten des S tein
kohlengebirges u n m itte lb a r aufliegen (s. Abb. 3).
D a a n solchen S tellen die G efrierrohre in dem festem G ebirgsteil zu rü ck g eh a lten w erden, fin d e t kein gleich
m äßiges W a n d e rn d er R ohre u n d des G ebirges s t a t t wie an d en S tellen, a n denen die G ebirgsbeschaffenheit gleichm äßig ist u n d das ganze Gebirge gleichm äßig in das S ch ach tin n ere g e p re ß t w ird. V ielm ehr m u ß an der Ü bergangsstelle das w eichere G ebirge an den zu rü ck g eh alten en R ohren vorbeiw andern, w as in A n b e tra c h t d er P la s tiz itä t u n d . des D m ck e s n ic h t an d ers zu e r
w arte n ist. W erd en d a d u rc h die Gefrierrohi-e an diesen Stellen b esch äd ig t, so ergießt sich die L auge in die e n t
steh en d en S p alten , ehe sie d u rch den D ru ck w ieder ge
schlossen w erden. D a sich S p a lte n n ic h t allein in sen k re c h te r R ic h tu n g an den R o h ren , sondern a u ch in söhliger R ic h tu n g a n d en S ch ich ten fläch en bilden können, so lieg t h ier die G efahr eines W asserd u rch bruches seh r nahe. D aß die G efrierrobre a n dem Ü b er
gang vom T e rtiä r zum S teinkohlengebirge a u ß e ro rd e n t
lich s ta rk e n n ach trä g lic h en B iegungsbeanspruchungen ausgesetzt sind, die au f d as eben beschriebene W an d ern des G ebirges zu rü ck g e fü h rt w erden m üssen, ist d urch
A bb. 3.
die E rfa h ru n g in m eh rern F ä lle n bewiesen worden.
I n einigen F ä lle n zeigten die au s dieser T eufe n ach träg lich gezogenen G efrierrohre teilw eise seh r sta rk e K rüm m ungen.
V e rstä rk t w ird diese G efahr d u rch die A nw endung der S chießarbeit. M an m u ß dabei b erücksichtigen, daß d er Z u sam m en h alt an den w ieder v erheilten S p alten nie so groß ist wie in n e rh a lb einer S chicht, weil sich leicht g la tte G leitflächen g eb ild et hab en lcönnen, die der F o rm ä n d e ru n g n ic h t denselben W id erstan d entgegensetzen wie die u rsprüngliche F ro stm au er. F e rn e r sind die G efrierrohre schon m ehr oder w eniger s ta rk gebogen, befinden sich also in S p an n u n g xind können bei einer w e item Biegung brechen. D u rch die E rsc h ü tte ru n g e n beim Schießen w ird die F o rm ä n d e ru n g aber weseixtlich b e g ü n stig t, also au ch die E in trittsm ö g lic h k e it einer G efahr v e rsch ärft.
A us den v o rsteh e n d en A usführungen g e h t hervor, d a ß die G efahr d e r W asserd u rch b rü ch e am . s tä rk s te n a n den Schichten flächen vorliegt, a n denen tonige ( w e ic h e r e ) m it sandigen ( h a r t e m ) oder lockere (tertiäre) m it sehr festen (karbonischen) S chichten wechseln. F e rn er w ird die G efahr d u rch absatzw eise erfolgendes A b teufen u n d A usbauen sowie d urch die S ch ieß arb eit erhöht. Die S chlußfolgerung erg ib t sich d a n a c h von selbst.
Beim D u rch teu fen von te rtiä re n S chichten sollte m an in g ro ß em T eufen den S ch ach t s te ts u n m itte lb a r en d g ü ltig au sb a u en , u. zw. zw eckm äßig in genügend s ta rk e n U n terh än g etü b b in g s. D as Gebirge sollte m an n u r so w eit herausnehm en, als es zum E in b rin g en d er T ü b b in g s u n b e d in g t erforderlich ist. E tw aig e H o h l
räu m e h in te r den T ü b b in g s sin d d ich t m it nassem S an d oder m it Z em en tm ö rtel auszufüllen, u m die gefährlichen D urchbiegungen d e r G efrierrohre zu v e rh ü te n oder doch a u f ein u n gefährliches Maß zu verm in d ern . A n den S tellen, a n denen zwei S chichten od er Schicht en
g n ip p e n v o n seh r verschiedener F e stig k eit a n e in an d er
sto ß en , ist die S chießarbeit n u r m it V orsicht a n z u w enden. A m b esten b esc h rä n k t m a n sich h ier au f die E in b ru ch sch ü sse u n d v erzich tet au f die Stoßschüsse, v'enn m an n ich t vorzieht, die S ch ieß arb eit ü b e rh a u p t zu u n terlassen . D as g ilt besonders d a n n , w enn m an u n m itte lb a r ü b e r d em S teinkohlengebirge ste h t. A uf alle F ä lle g ibt m an zw eckm äßig den E in b rach sch ü ssen m öglichst geringe V orgaben, u m die E rsc h ü tte ru n g e n zu m ildern. D as A bteufen soll m öglichst beschleunigt w erden, wobei m a n a u ch au f einen gleichm äßigen F o r t
s c h ritt zu a c h te n h a t.
Bei A nw endung dieser V orsichtsm aßregeln k a n n die k ritisch e Teufe, in w elcher d er G eb irg sd rack g rö ß er w ird als die D ru c k festig k eit des gefrorenen Gebirges, u n b e sch ad et d er S ich erh eit des B etrieb es beim A bteufen w esentlich ü b e rsc h ritte n w erden, weil, wie oben a u s
g efü h rt w urde, bei den geringen freigelegten F läch en die F o rm änderungsgeschw indigkeit d as F o rm ä n d e ru n g s
verm ögen d er F ro s tm a u e r nie ü b ersch reiten wird.
Jedenfalls k an n d an n dieser G efahi bis zu gan z er
heblichen T eufen h in ab v o rg eb eu g t werden.
Z u s a m m e n f a s s u n g .
N ach U n tersu ch u n g d e r F o rm e n än d eru n g e n , denen d e r m eh r o d er w eniger p la stisch e F ro stk ö rp e r eines nach dem G efrierverfahren a b z u te u fe n d e n Schachtes besonders bei g ro ß e r T eufe, e in erseits w äh ren d des G efriervorganges u n d a n d e rse its w äh ren d des A bteufens, au sg esetzt ist, w erden die n a ch te ilig e n F olgen dieser F o rm än d eru n g en , b esteh en d in B ieg u n g sb ean sp ru ch u n gen u n d B rüchen d er G efrierrohre, E n tste h u n g von
L au g en n estern u n d B ild u n g von S p alt- u n d G leit
flächen in n erh alb des F ro stk ö rp e rs, v erb u n d en m it d er M inderung seiner F estig k eit, eingehend besprochen.
Z um Schluß w erden M aßnahm en angegeben, die ge
eignet sind, eine V erm eidung od er doch eine w esentliche V erm inderung dieser nachteiligen Folgen d e r F o rm än d eru n g des F ro stk ö rp e rs u n d d e r d a m it v erb u n d en en G efahren fü r d as A_bteufen nach dem G efrierverfahren zu bewirken.
Die neuem Fortschritte in Theorie und Praxis der Generatorgaserzeugung.
V on D ipl.-Ing. J. G w o s d z , C h a rlo tte n b u rg . (Fortsetzung.)
K o h l e n s t a u b v e r g a s e r .
E in von dem so n st üblichen B e trie b e d er G as
g en erato ren v o llstä n d ig abw eichendes V ergasungs
v erfahren b e ste h t d a rin , d aß d er B ren n sto ff in P u lv e r
form m it d er zu r K o h len o x y d b ild u n g erforderlichen L n ftm en g e verm ischt u n d in eine hoch e rh itz te K am m er geblasen w ird. D iese A rt G aserzeuger, die zu erst von M a r c o n n e t ausgebildet w orden i s t1 u n d die m an kurz a ls »Staubblasgeneratoren« oder
»K ohlenstaubvergaser« bezeichnen k ö n n te , h a t in F ra n k reic h , ihrem E n ts te h u n g s la n d , anscheinend keine w eitere A nw en d u n g e rfa h re n 2. D er G edanke M arconnets w urde von dem A m erik a n er H ir t aufgenom m en.
E r w ar d er A nsicht, d a ß sich die B etriebschw ierigkeiten des M ar- co n n etg en erato rs h a u p tsä ch lich d a ra u s ergeben h ä tte n , d aß bei diesem die A sche als flüssige Schlacke a b gestochen w erden sollte, w as sich n ic h t leicht h ä tte erm öglichen
lassen. E r ■ m isch te d a h e r dem Abb. 38. Senkrechter B ren n sto ff keine Z uschläge bei u n d Schnitt, fü h rte die A sche in feste r F orm
ab . D u rch E in fü h ru n g von W asser
d am p f w urde die O fe n te m p e ratu r erm äß ig t.
D ie G ru n d fo rm d e s G a se rz e u g e rs v o n H i r t ist fo lg e n d e (s. d ie A b b . 38 u n d 39). I n ein em n a h e z u
6 m h o h e n S c h a c h t is t d ie rin g - A bb. 39. G rundriß, fö rm ig e V e rg a s u n g s k a m m e r a a u s - A b b . 38 u n d 39. G as
g e s p a r t, in d ie d a s K o h le n s ta u b - erzeuger v o n H irt.
L u ftg e m is c h d u r c h d ie Ö ffn u n g b in
t a n g e n ti a le r R ic h tu n g e in g e b la se n w ird . D ie V e rg a su n g s
k a m m e r b e s itz t e tw a in m it tle r e r H ö h e e in e E in s c h n ü ru n g ,
h, ! 1 s. G lü ck a u f 1910, S. 1529.
F ~ 2 I n dem erw äbnteD B e r ic h t (Le G az, Jan .*1914)* b r in g t M a rco n n et a u c h A n g a b en ü b er d ie m it d ie sem G en era to r e r z ie lte n B e tr ie b se r g e b n isse. l>ie L e istu n g b e tr u g e tw a 3 0 0 -4 0 0 k g /q m S c h a c h tq u e r sc h n itt in d er S tu n d e . E s k o n n ten s e lb st B ren n sto ffe m it 50-l>0°/n A sch e v e rg a st w erd en . D ie h o h e T em p era tu r (S e g e r k e g e l 32) e r m ö g lic h te d ie Ab
fü h r u n g d er S c h la c k e in flü ss ig e r F orm u n d e rg a b ein v o lls tä n d ig te e r f r e ie s Gas. D en H a u p tn a c h te il d ie s e s V e r fa h r e n s s ie h t M arcon n et darin, daß d er B re n n sto ff b is zu ein em fe in e n M eh l z e r k le in e r t w erd en muß, w o d u r c h s ic h d ie B r e n n sto ffk o ste n u m 1,0 -1,7 -^.'t erh ö h en -
u n te r d er vier D am p fd ü sen c einm ünucn. In dem u n te rn R ingteil erfolgt die V erb ren n u n g u n d teilw eise au ch die V ergasung des B ren n sto ffs, w äh ren d in d er obern R ingkam m er die G asb ild u n g v o llen d et w erden soll.
A us der obern K am m er tre te n die G ase d u rch zahlreiche Ö ffnungen d in den ze n tralen K a n a l e, fallen in diesem senkrecht h erab u n d w erden bei / w e iterg e fü h rt. Sowohl der V ergasungsraum a als auch d er K a n a l e besitzen im u n te rn Teil eine A nzahl A schen Öffnungen g bzw . h.
W ie bei d en M arco n n etg en erato ren m u ß auch bei dem S taubblasgaserzeuger von H irt d er B ren n sto ff g ep u lv ert u n d in rich tig er M ischung m it d er V ergasungsluft ein
geblasen w erden. D ie K o sten fü r das M ahlen des B re n n stoffs, w erden als n ic h t b e trä c h tlic h angegeben. F ü r eine w irtsch aftlich e A u sn u tzu n g d er K ohle, wie sie u n te r deutschen V erhältnissen gefo rd ert w ird, w äre jedoch eine w eitgehende A u sn u tzu n g d er fü h lb aren W ärm e der G ase gerade fü r diesen G aserzeuger eine u n erläß lich e B edingung. Man b e a ch te wohl, d a ß d a s K o h len stau b - L uftgem isch m it großer G eschw indigkeit d u rch den V ergasungsraum h in d u rch g etrieb en w ird u n d die heißen Gase n ich t, wie bei d en gew öhnlichen G eneratoren, G elegenheit h aben, ihre W ärm e z u r V o rw ärm u n g einer B ren n sto ffsch ich t abzugeben. L eider is t ü b er den W irk u n g sg rad d er H irtsch en A nlage n ic h ts N äheres b eric h te t w orden. In einem V o rtrag , den N isb et L a t t a g eh alten h a t 1, ist eine A nzahl A n aly sen von G asproben, die a u s dem H irtsc h e n G en erato r en tn o m m en w aren, w iedergegeben. Sie zeigen folgende W e rte für:
Vol.—%
CO 12,2 - 2 7 .5 CÖ2 9,4 - 2,8 H2 6 ,1 7 - 1 2 ,2 CH4 2,1 - 5,17.
V ergast w urde hierbei K ohle m it einem G eh alt von 17,5 - 3 3 % a n flüchtigen B estan d teilen .
D ie Z ahlen sin d von hohem th eo retisch em In teresse, insofern, als sie zeigen, w ie w eit m an sich im B etrieb e d e r S tau b b la sg e n e ra to ren b ereits d e r in d en gew öhn
lichen G aserzeugern erzielten G aszusam m ensetzung g e n ä h e rt h a t. M an w ird au f G ru n d dieser Z ahlen wohl sagen können, d aß die H e rste llu n g von G eneratorgas
l v g l, J o u r n . o f th e A m erican S o c ie ty o f M ec h a n ic a l E n g in e e r s, D ez. 1910,
keinesw egs an d as V orhandensein einer festen Schicht von glühendem B ren n sto ff gebunden ist. F reilich zeigen sie auch, d a ß die G aszusam m ensetzung z u r Z eit d er V ersuchsvornahm e m in d e te n s noch sehr geschw ankt h a t. M an w ird dies vielleicht in e rste r L inie d a ra u f zu rü ck fü h ren d ü rfe n , d aß eine M ischung von L u ft u n d B re n n sto ff in d er th eo retisch erforderlichen Z usam m en
se tz u n g schw er zu erzielen sein w ird.
E in e an d ere F rage, die sich h ie r a u fd rä n g t, ist die n ach den R eak tio n en , die sich in dieser A rt v o n G ene
ra to re n abspielen. D a eine feste Schicht von glühendem K ohlenstoff, die zu r R e d u k tio n d er K o h len säu re im gew öhnlichen G aserzeuger erforderlich ist, hier feh lt, so m uß die K o hlensäure, falls sie in g ro ß em Mengen geb ild et w ird, beim D u rch streich en der G ase d urch die stä rk e r e rh itzten o bern T eile d e r G askam m er d u rch den u n v e rb ra n n te n g lühenden K o h le n sto ffsta u b bzw.
die bei d e r E rh itz u n g au sg etrieb en en K ohlenw asserstoffe zu K o h len o x y d re d u z ie rt w erden. D aß sich au f jeden F a ll beim E in tr itt des K o h le n sta u b - L uftgem isches in dem V ergasungsraum zu n ä ch st eine gewisse M enge K o h len säu re b ildet, ist als sicher an zu n eh m en , d a ja d as Gemisch k a lt e in tritt. N ach den A usführungen im erste n T eil dieses A ufsatzes v e rlä u ft die R ed u k tio n d e r K o h len säu re selb st beim D u rch streic h en d u rc h ein F ilte r von glühendem K o h le n sta u b v erh ältn ism äß ig trä g e . M an w ird d a h e r an n eh m en d ü rfe n , d a ß die feine V e rte ilu n g des K ohlenstoffs in dem G asstrom den V erlauf d er R e d u k tio n beschleunigt. Zu dieser B e
schleunigung w ird au ch die A nw esenheit d e r h och
e rh itz te n K ohlenw asserstoffe beitragen. V ielleicht ist ab e r au ch die A n n ah m e n ich t von der H a n d zu weisen, d aß n u r ein kleinerer Teil des K ohlenstoffs anfangs zu K o h len säu re v e rb re n n t, w äh ren d d e r übrige in den h ö h e r e rh itz te n Zonen des Ofens sogleich in K o h len o x y d ü b erg eh t, u n d d aß a lsd an n die R ed u k tio n d e r e n tsta n d e n e n K o h len säu re in d er H a u p tsa c h e au f die gasförm igen K ohlenw asserstoffe zurückzuführen sein wird.
E s w äre noch die F ra g e zu streifen , w elche V orteile m an sich: von d e r A nw endung d er S tau b b lasg en erato ren v ersp rich t. M arconnet w ollte in e rs te r L inie die V er
g asu n g von seh r aschereichen u n d stau b fö rm ig en B re n n stoffen eim öglichen. F e rn e r erschien es als ein großer V orzug, d aß in den G en erato ren auch aus teerabgebenden B ren n sto ffen ein v o llstä n d ig teerfreies G as zu erzielen ist. A uch vom H irtg e n e ra to r w ird b e ric h te t, d aß in ihm b itu m in ö se K ohle verschiedener Z usam m ensetzung u n d B ren n sto ffe m it 3 0 % A sche u n d 1 5 % F eu ch tig k eit noch v o rte ilh a ft v erg a st w ürden. D a ohne B re n n sto ff
b e tt g e a rb e ite t w ird, sind se lb stv e rstä n d lic h au ch keine aus einer V erschlackung d e r G asbildungszone h e rrü h ren d en Ü b e lstä n d e v o rh a n d e n ; ferner fä llt jed e S chürarbeit weg. D e r H a u p tg e sic h tsp u n k t jedoch, d er von L a tta fü r die A nw endung d er S tau b b lasg en erato ren geltend g em ach t wird, ist die große D u rch satzleistu n g , die n a m e n tlic h fü r G roßgasm aschinen von W ichtigkeit wäre.
So h a t m an beispielsw eise m it einem einzigen Ofen von 3 m D urchm esser bei d er R ite r C onley Co. in L eetsdale genügend G as zum A n trieb einer 3000 PS-G asm aschine erzielt.
G a s e r z e u g e r m i t N e b e n p r o d u k t e n g e w 'i n n u n g . Im G egensatz zu d er u n m itte lb a re n V erbrennung von B rennstoffen in d er gew öhnlichen F eu eru n g gibt die V ergasung d as M ittel an die H a n d , A m m oniak u n d T eer als N ebenerzeugnisse zu gew innen. D er hohe M arktw ert, den das A m m oniak a ls schw efelsaures Salz b esitzt, h a t es denjenigen B etrieb en , die G en erato rg as in großen Mengen v erb rau ch en , n ah egelegt, durch G ew innung d er N e b en p ro d u k te ihre A usgaben fü r B re n n stoffe zu erniedrigen. Ü b er die A ussichten dieser B e
streb u n g en für d eu tsch e V erhältnisse ist in d en letz te n J a h re n eine A nzahl von A ufsätzen v eröffentlicht w orden, die h ier zu n äch st au fg efü h rt seien.
V or 3 J a h re n erschien ein B e ric h t1 üb er S auggas
erzeuger m it G ew innung d er N eb en p ro d u k te, die von dem In g en ieu r M ü l l e r in E ssen (R uhr) k o n s tru ie rt u n d von den R u h rw erk en in D u isb u rg sowie von E h rh a rd t u n d Sehm er in S aarb rü ck en au sg efü h rt worden sind.
E s h a n d e lte sich um einen G aserzeuger, d er n am en tlich fü r H olz, B rau n k o h le u n d T o rf b e stim m t w ar u n d z. Z.
des B erich tes e rst in w enigen A usfü h ru n g en (für R u ß land) vorlag. D as K ennzeichnende an dem G aserzeuger selbst b e steh t d arin , d aß die D estillationsgase g e tre n n t von dem eigentlichen G eneratorgas (K largas) ab gesaugt u n d in einem besondern R einiger von ihrem Teer- u n d A m m oniakgehalt in d er H a u p tsach e befreit w erden, um h ierau f m it den K largasen gem einsam in dem üblichen S k ru b b er eine vollständige R einigung zu erfahren. An m ehrern Beispielen w aren in dem A ufsatz die w irt
schaftlichen V orteile ausgerechnet w orden, die sich aus d er G ew innung d e r N ebenerzeugnisse beim B etrieb e von S auggasanlagen ergeben. Freilich s tü tz te n sich diese Z ahlen anscheinend n u r zum geringen Teil au f p rak tisch e E rfah ru n g en , und es ist anzunehm en, d aß sich die an diese G aserzeuger g eknüpften E rw a rtu n g e n bis je tz t noch nicht in vollem Maße verw irklicht h ab en , weil seitdem von ih rer w eitern V erw endung n ich ts b e k an n t gew orden ist.
Mit d er F rag e de: W irtsc h a ftlic h k eit d e r N eben- p ro d u k ten g ew in n u n g au s G en erato rg as h ab en sich fern er G w i g g n e r2 u n d S chulz® besch äftig t. G w iggner legt an d er H a n d eines B eispiels d a r, d aß bei der V er
w endung des G ases fü r m etallu rg isch e H eizzw ecke dem au s den N e b e n p ro d u k ten erzielbaren G ew inn ein b e trä c h tlic h e r M ehraufw and a n B re n n sto ff gegen ü b er
ste h t, d e r u n te r H in zu rech n u n g der T ilgungs- u n d sonstigen au s der A nlage en tsteh en d e n U n k o sten die N eb en p ro d u k t engew innung als u n w irtsch aftlich er
scheinen lassen k ann. F ü r v o rte ilh a fte r h ä lt er die B en u tzu n g des Gases zum A n trieb von G asm aschinen.
Zu w esentlich g ü n stig em E rgebnissen hinsichtlich d er N eben p ro d u k ten g ew in n u n g auch bei H eizgasanlagen g elan g t Schulz. E r s te llt in seiner B e tra c h tu n g dem norm alen G aserzeuger den M ondgaserzeuger u n d den
»Zonengaserzeuger« gegenüber. U n te r Z onengaserzeuger ist ein G en erato r m it g e tre n n te r A b fü h ru n g d er D estillationsgase u n d d er G eneratorgase (K largase) en tsp rech en d dem oben erw ähnten G e n e ra to r von
1 s. B ra u n k o h le 1911, S. 519/
2 s. S ta h l u. E isen 1911, S. 2035; 1913, S. 183. SB 3 s. S ta h l u. E ise n 1913, S. 1221.
M üller zu verstehen. Schulz k o m m t zu dem E rg eb n is, d a ß sich das M ondverfahren hinsichtlich des G aspreises u n te r den b e tra c h te te n V erhältnissen b ed e u te n d g ü n stig er ste lle als d as Z onenverfahren u n d die gew öhnliche G as
erzeugung. M it großem V orteil sei es n am e n tlich d a zu verw enden, wo bei z e n tra le r G asversorgung g roße M engen des G ases ü b er ein au sg ed eh n tes L eitu n g sn etz v e rte ilt w erden sollen.
Inzw ischen sind au ch a u f dem F e stla n d M ondgas
anlagen von g rößerer L eistu n g , u. zw. fü r die V er
a rb e itu n g von Stein- u n d B rau n k o h le zu r A u sfü h ru n g gelangt, nachdem die D eu tsch e M ondgasgesellschaft das V erfahren b ek an n tlich schon seit m eh rern Ja h re n für die V ergasung von T o rf in A nw endung g eb ra c h t h a t.
U b er die fü r böhm ische B rau n k o h le b e stim m te M ond
gasanlage d e r ö ste rre ic h isc h en M annesm annröhrenw erke in K o m m o tau , wo d a s erzeu g te G as sowohl zu K ra ft
zwecken als au ch b ei d en v e rsch ied en sten W ärm e- u n d G lühöfen d es W alzw erks A nw endung fin d et, h a t T r e n k - l e r1 au sfü h rlich b e ric h te t. N ach diesem B erich t w ird auf der A nlage in K o m m o tau eine m in d erw ertig e B ra u n kohle von 15 — 1 9 % A sche u n d 32 — 3 6 % F eu ch tig k eit m it etw a 2 9 0 0 -3 1 0 0 W E H eizw ert v e ra rb e ite t. D as G as b esitzt eine m ittle re Z u sam m ensetzung von 1 5 % C 0 2, 1 3 % CO, 4 ,5 % CH4 u n d 2 5 % H sowie einen m ittle rn H eizw ert von 1425 W E . N ach A bzug des S elb stv er
b ra u c h s d er G aserzeugeranlage w erden au f 1 t T ro ck en kohle rd . 1700 cbm G as fü r w eitere V erw endungs
zwecke v erfü g b ar. D ie A u sb eu te a n schw efelsauerm A m m oniak b e tra g t auf 1 t T rockenkohle bei einem G ehalt von 0 ,8 6 % S tick sto ff 27,8 kg, die R o h te e r
m enge 151 kg. U n te r d en d o rt herrsch en d en V er
h ä ltn issen , wo sich d e r m ittle re G aspreis fü r gew öhnliche G en erato rg asan lag en n eu e ste r B a u a rt au f 0,28 P f./c b m ste llt, erg ib t sich neben d er G ew innung kostenfreien G ases n ach T ilgung u n d V erzinsung d e r A nlagekosten noch ein Ü berschuß aus dem E rlö s fü r die N eben- p ro d u k ten g ew in n u n g . M an ersieht h ieraus, ein wie hoher w irtschaftlicher N u tz e n aus d er N ebenproduktengew in- n u n g erzielt w erden kann. A llerdings soll sich die B ra u n kohle des K o m m o tau er B ezirks fü r d ie V ergasung n ach dem M ondverfahren besonders g u t. eignen.
V or kurzem ist ein in te re ssa n te r B e ric h t des O ber
ingenieurs O tto W o l f f3 üb er die e rste n fü r d eutsche S teinkohle au sg efü h rten M ondgasanlagen, die fü r die B adische A nilin- u n d S o d afab rik in W ald h o f von L y m n , einem frü h e m D ire k to r d er englischen Pow er Gas C orporation, g eb au t w orden sind, erschienen. Diese L y m n an lag en arb eiten im G ru n d g ed an k en nach dem M ondverfahren, weichen jedoch von den üblichen M ond
an lag en sowohl hinsichtlich d er A u sführung d e r G as
erzeuger, als auch in d er A u sg estaltu n g d er K ü h l- u n d R einigungsanlage ab. F ü r die e rs te m sind D reh ro st
gaserzeuger d eu tsch er B a u a rt gew ählt, die eine U m m a n te lu n g zu r w eitern E rh itz u n g des Gem isches von D am p f u n d L u ft besitzen. Z ur K ü h lu n g u n d R einigung d er G ase dienen steh e n d e Z y lin d e r; d a rin sin d die Gase W asserschleiern ausgesetzt, die d u rch eine A nzahl von au f einer gem einsam en W elle sitzen d en Z erstäuber- telle rn erzeugt w erden. Im ganzen erscheint die B a u a rt
1.8. F e u e r u n g s t e c h n i k 1913, S . 32 2 «. S t a h l u . E i s e n 1914, S. 679.
d er N eb e n p ro d u k te n a n lag e g e d rä n g te r u n d einfacher als die d er M ondgasanlagen, w odurch sich die A nlage
kosten d e r L y m n a n la g e n n ied rig er stellen sollen.
In dem B e ric h t is t hervorgehoben, d aß die sp arsam ste A u sn u tzu n g d er W ärm e G ru n d b ed in g u n g fü r die W irt
sch aftlich k eit d e r N eb en p ro d u k te n g ew in n u n g sei u n d d aß es dan eb en v o r allem auch a u f eine gleichm äßige B elastu n g d e r A nlage ankom m e. U n te r günstigen V erhältnissen k ö n n e m a n au s d eu tsc h e r S teinkohle 1 cbm G eneratorgas, d as nach • dem gew öhnlichen V erfahren 0,38 Pf. k o ste, fü r 0,18 Pf. h erstellen u n d in G asm aschinen 1 K W s t zu rd. 1 P f. erzeugen.
A uch die F irm a P in tsc h in B erlin h a t dem B a u von G aserzeugeranlagen m it G ew innung von N eb en p ro d u k te n , n am e n tlic h fü r die V ergasung von B ra u n kohle, ihre besondere A u fm erk sam k eit gew idm et. U b er die E rgebnisse eines P ro b eb etrieb es m it R o h b ra u n k o h le sind dem V erfasser die folgenden M itteilungen g em acht w orden.
D ie D u rc h sc h n ittsp ro b e des B ren n sto ffs zeigte folgende Z u sam m en setzu n g :
% %
C . . . 49,36 H 20 ...18,26 H . . . 3,37 A s c h e ... 13,63 O . . . 9,07 U n te re r H eizw ert . 4633 W E S . . . 5,45 T eerau sb eu te . . . 6,5 N . . . 0,85 G asw asser . . . . 25,6
D ie w ährend des V ersuches ausgeschiedene T eer
m enge b e tru g 5 ,9 % d e r aufgegebenen K ohlenm enge.
D ie U n te rsu c h u n g des T eers ergab folgendes:
1. A llgem eine Z usam m ensetzung.
In 100 T eilen w aren e n th a lte n : H ygroskopisches W asser 4,63 A s c h e ... 0,32 B re n n b a re S u b stan z . . 95,05
2. E lem e n ta ran a ly se . 100 T eile en th ie lte n :
C 75,29, LI 7,01, O 7,06, S 4,61 N 1,08, H 20 4,63, A sche 0,32.
D er freie K ohlenstoff b e tru g 2,7% .
3. D estillatio n . %
L eichtöl bei rd. 170° C . . 4,57 M ittelöl bei 1 7 0 -2 3 0 ° C . . 35,52 Schw eröl bei 2 3 0 -2 7 0 ° C . . 16,33 H eizw ert v o n 1 kg Schw erteer 7935 W E .
Spez. G e w ich t... 1,103
S chm elzpunkt ... 4 4 - 4 7 ° C F l a m m p u n k t ... 141° C.
N achdem im G aserzeuger d er B e h a rru n g sz u sta n d ein g e treten w ar, w urden am 27. u n d 28. J u n i 1911 die Gas- u n d A m m oniakausbeuten g en au u n te rs u c h t. D ie E rgebnisse d e r V ersuche sind folgende:
E rste r T ag
Z w eiter T a g
V erg aster B ren n sto ff in 24 s t ... kg 3 750 4 200 E rz e u g te G asm enge, abgelesen a m G asm esser
in 24 s t ... cbm 10 840 11 950 M ittlere T e m p e ra tu r im G asm esser . . °C 44 45 M ittle re r D ru c k im G asm esser ___ m m W S 25 25 G a s m e n g e ... i u m g e re ch n e t ]
E rz eu g te G asm enge a u f 0° u n d } cbm au s 1 kg K ohle . ( 760 m m QS )
8 525 9 345 2,27 2,22
E rster Z w eiter T a B T a g
D u rc h sc h n ittsa n a ly s e des G ases: 1 2 ,6 12,5 CO, ... °/ 17,4 18,2 CO ... % 20,5 19,S H , ... % 3,6 3,4 C H4 ... % 0,22 0,5
C x H y ... % 1 390 1 437 U n te re r H eiz w ert des G ases ... W E
N H3 in 1 cb m G as a m T cerscheideraus- 2,97 3,08 g an g ... ... g
H in te r dem A m m oniakw ascher, d e r m it s ta rk v e r
d ü n n te r Schw efelsäure berieselt w urde, fanden sich n u r geringe Spuren von A m m oniak, die v ern ach lässig t -werden k o n n ten .
A us 1 kg B rau n k o h le m it einem H eizw ert von 4633 W E w urden d em n ach gew onnen 2,25 cbm G as m it einem m ittle rn H eizw ert von 1414 W E /c b m , also 2 ,25-1414
==. 3181,5 = 6 9 % , ferner 0,059 kg T eer m it 7935 W E /k g
= 1 0 % oder zusam m en 7 9 % d er in d er K ohle e n th a l
te n e n W ärm e.
An F risc h d a m p f w urden a u f 1 kg K ohle 0,31 kg = 200 W E = 4 ,3 % zugesetzt, so d aß d er th erm isch e W irk u n g sg rad 7 4 ,7 % b e tru g .
A ußerdem w urden auf *1 t K ohle 1000 • 2,25 • 3,03 = 6740 g A m m oniak oder 26,960 kg = rd. 27 kg A m m onium s u lfa t gew onnen.
S e tz t m an d en V erkaufspreis fü r A m m onium sulfat m it 250 u n d d enjenigen für Schw efelsäure m it 35 M / t ein, so w urden au f 1 t A m m onium sulfat 215 J i oder auf
1 t v e rg aster K ohle 0,027 ■ 215 = 5,80 J i erzielt.
D iese V ersuche zeigen zu n äch st, d aß m an bei gewissen B ra u n k o h le a rte n auch u n te r A nw endung im V e rh ä ltn is zum M ondverfahren b e trä c h tlic h geringerer Mengen an F risch d am p f hohe A m m oniakausbeuten erzielen k ann.
D enn bei d en V ersuchen w urden bei einer D am pf
zuführung von 0,31 kg au f 1 kg B ren n sto ff rd. 6 5 % des in d er K ohle e n th a lte n e n Stickstoffs als A m m oniak w iedergew onnen. L eider ist in dem B erich t n ich ts über die G esam tm enge des in den G aserzeuger eingeführ
te n W asserdam pfes gesagt. In K o m m o tau , wo der Stickstoff d er v e ra rb e itete n B rau n k o h le gleichfalls v er
h ä ltn ism ä ß ig leicht en tb u n d e n w ird, werden au f 1 kg B ren n sto ff insgesam t etw a 1,7 k g D am p f benötigt. Von In te re sse sin d au c h V ersuche, die von a n d e re r Seite an einem K erp e ly g e n e ra to r m it ungarisch er B rau n k o h le a n g e stellt w u rd e n 1. Sie zeigten d as Ansteigen der A m m o n iak au sb eu ten bei erh ö h tem D am pfzusatz, wie au s folgender Z usam m en stellu n g ersichtlich ist. Gleich
zeitig so llte festg estellt w erden, ob ein Z u satz von geb ran n tem K a lk zu d er K ohle die A m m oniakausbeute g ü n stig beeinflußt.
1 D in ^ le rs J. 1912, S. 149.
Die B rau n k o h le (von Pilis-V örösvar) h a tte n a c h steh en d e Z usam m ensetzung:
C H O N S A sche W asser H eizw ert
49,5 3,4 12,97 1,01 4,5 12,8 16,0 4550 W E . D ie D e stillatio n von 1 kg K ohle ergab 0,143 cbm Gas v o n :
C 00 CO CH4 H O N H 2S H eizw ert 18,4 11,0 31,4 26,5 0,6 3.0 5,6 4429 W E .
V ersuch I I I I I I
D u r c h s a t z ... kg /s t 850 850 800 W in d d ru c k u n te r
R o s t ... W S 100- 120 1 0 0 - 1 3 0 1 0 0 - 1 3 0 D am p fz u satz a u f 1 kg
v erg a ste K ohle . . . . kg 0,3 0,58 0,62 D am p f ü b e rh itz t a u f . °C 225
G a sa n a ly se :
c o4 ... % 4,5 9,1 9,1 CO ... % 29,7 23,9 22,1 H , ... % . 14,7 19,1 18,7 c h4 ... % 2,4 3,0 3,0 H eiz w ert . . . W E /c b m 1440 1420
F e u c h tig k e itsg e h a lt
des G a s e s ... g /c b m 150 190 223 T eer- u. S ta u b g e h .g /c b m 43 49 43 N H ,-G e h a lt ... g /c b m 0,95 2,22 2,41 A us 1 kg erzeugten
G a s e s ... .cbm 2,52 2,56 2,7 A usbeute an N im
G as ... % 19,5 45,5 53,0 G a ste m p e ra tu r im
M ittel ... °C 200 200
K o h len v e rlu st im
M ittel ...% 1,25 1,25 1,25 K alk z u sa tz d u rc h sc h n ittlic h 4 % vom B rennstoffgew icht.
Ü b er die W irtsch aftlich k eit der in D eu tsch lan d 1
n eu erd in g s a u sg efü h rten M ondgasanlagen für V erar
b e itu n g von S teinkohle sind n ä h ere A ngaben bisher n ic h t b e k a n n t gew orden. D agegen scheinen sich die E rw a rtu n g e n , die m an au f die V ergasung von T o rf n ach dem M ondverfahren g esetzt h a t, n ich t erfü llt zu h ab en , d a die große V ersuchsanlage im Schw eeger,M oor b ek an n tlich stillg eleg t w orden ist.
Von V ersuchen, die d ara u f abzielen, d as M ond
v erfah ren zu verbessern, ist z u n ä ch st das V erfahren von M o o r e zu n en n en , ü b e r d a s ich k ü rzlich an dieser S telle1 eingehend b eric h te t hab e. W eiterh in gehört hierh er d a s V erfahren von S a c h s , ü b er dessen V ersuche eingehend im ersten Teil dieser A rbeit b eric h te t w orden ist. E n d lich sei liier noch ein V orschlag des dänischen In g en ieu rs M a u le erw äh n t, d er bei d e r V ergasung von nassem T o rf den Z u satz von F risch d am p f d a d u rc h er
niedrigen will, d aß er einen Teil des erzeugten, s ta rk w asserhaltigen R ohgases im Gemisch m it d er V ergasungs
lu ft u n te r den R o st tre te n lä ß t. (F orts, f.)
1 8. G lü ck a u f 1913,>S. 980.
Die Entwicklung der mederrheinisch-westfälischen Steinkohlenzechen im 2. Vierteljahr 1914.
Im A nschluß a n die in N r. 30 d. Z. veröffent- 1. V iertel d. J . bringen w ir im folgenden die e n t- lich ten A ngaben ü b e r die P roduktionsergebnisse des sprechenden Zahlen fü r d as 2. Jah resv iertel,
niederrheinisch-w estfälischen Steinkohlenbergbaues im
