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verein 9 «*.
B e z u g p r e i s
G l ü c k a u f
B e r g - u n d H ü t t e n m ä n n i s c h e Z e i t s c h r i f t
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A n z e i g e n p r e i s :
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Nr. 45 5. November 1910 46. Jahrgang
Inhalt:
Seite V e r s u c h e u n d S t u d i e n ü b e r d a s G e f r i e r
v e r f a h r e n . V on D ipl. B e rg in g e n ie u r W . W a l-
b r e c k e r , O b e rrö b lin g e n a. See. (S ch lu ß .) . . . 1757
A u s n u t z u n g m i n d e r w e r t i g e r B r e n n s t o f f e a u f Z e c h e n d e s O b e r b e r g a m t s b e z i r k s D o r t m u n d . V II. B e r ic h t d e r V e rsu c h sk o m m issio n , e r s t a t t e t v o n O b e rin g e n ie u r B i i t o w u n d B e rg a ssesso r D o b b e l s t e i n , E s s e n ... . . 1764
K a n a l b r e n n o f e n v o n M ö l l e r u n d P f e i f e r . V on D r. W . W o l l e n w e b e r , B o c h u m ...1766
D ie n e u z e i t l i c h e B e r g g e s e t z g e b u n g i m K ö n i g r e i c h S a c h s e n . V on D r. G. S t e i n , Z w ick au i. S. ( S c h l u ß . ) ... 1769
D ie B e w e g u n g d e r W a r e n p r e i s e i m a l l g e m e i n e n u n d d e r P r e i s e f ü r K o h l e , E i s e n u n d Z i n k i m b e s o n d e r n . V o n D r. L o re n z G l i e r , B e rlin ... 1773
M a r k s c h e i d e w e s e n : B e o b a c h tu n g e n d e r E r d b e b e n s ta tio n d e r W e stfä lisc h e n B e rg g e w e rk s c h a fts k a s s e in d e r Z e it v o m 24. b is 31. O k to b e r 1910 . . . . 1780
T e c h n i k : E is e r n e r A b b a u s te m p e l, S y ste m W in z 1780 V o l k s w i r t s c h a f t u n d S t a t i s t i k : B e r ic h t des V o rs ta n d e s des R h e in is c h -W e s tfä lis c h e n K o h le n - S y n d ik a ts ü b e r d e n M o n a t S e p te m b e r. S te in - Seite k o h le n fö rd e ru n g im O b e rb e rg a m ts b e z irk D o r t m u n d im 3. V ie rte lja h r 1910. A u s fu h r d e u ts c h e r K o h le n a c h Ita lie n a u f d e r G o tth a r d b a h n im S e p te m b e r 1910. K o h le n g e w in n u n g Ö ste rre ic h s in d en e rs te n drei V ie rte lja h re n 1910. A u ß e n h a n d e l des d e u ts c h e n Z ollgebiets in E rz e n , S c h la c k e n u n d A schen u n d in E rz e u g n isse n d e r H ü tte n in d u s tr ie in d en e rs te n d re i V ie rte lja h re n 1910. E in - u n d A u sfu h r c'es d e u ts c h e n Z ollgebiets von N e b e n p ro d u k te n d e r S te in k o h le n in d u s trie in d e n e rs te n drei V ie rte lja h re n 1910. K o h le n fö rd e ru n g u n d A u ß e n h a n d e l B elgiens im e rs te n H a lb ja h r 1910. A u sfu h r v o n K a lis a lz e n au s d e m d e u ts c h e n Z oll g e b ie t in d e n e r s te n d rei V ie rte lja h re n 1910 . . 1781
V e r k e h r s w e s e n : A m tlic h e T a rif v e rä n d e ru n g e n . 1784 M a r k t b e r i c h t e : R u h r k o h le n m a r k t. E sse n e r B örse. V om a m e rik a n isc h e n K o h le n m a rk t. V om Z in k m a r k t. M e ta llm a rk t (L o n d o n ). N o tie ru n g e n a u f d e m en g lisch en K o h le n - u n d F r a c h t e n m a r k t. M a rk tn o tiz e n ü b e r N e b e n p r o d u k t e ... 1785
P a t e n t b e r i c h t ... 1790
B ü c h e r s c h a u . ... 1793
Z e i t s c h r i f t e n s c h a u ...1795
P e r s o n a l i e n ...1796
Versuche und Studien über das Gefrier verfahren.
V o n D ip l. B e rg in g e n ie u r W . W a l b r e c k e r , O b e rrö b lin g e n a. See.
(Schluß.) B e r e c h n u n g d e r F r o s t m a u e r .
G e o l o g i s c h e G r u n d l a g e n . D e m V e r s u c h e , d i e e r f o r d e r l i c h e S t ä r k e d e r F r o s t m a u e r v o r d e m A b t e u f e n r e c h n e r i s c h z u b e s t i m m e n u n d d a r a u s d i e L e i s t u n g d e r K ä l t e m a s c h i n e n a b z u l e i t e n , s e t z t d i e N a t u r b e s t i m m t e G r e n z e n , d a z u v i e l e N e b e n e r s c h e i n u n g e n , d e r e n E i n w i r k u n g d u r c h R e c h n u n g s o g u t w i e g a r n i c h t z u e r m i t t e l n i s t , d i e a u ß e r d e m v o r h e r n i c h t g e n a u b e k a n n t s i n d , d a s E r g e b n i s w e s e n t l i c h b e e i n t r ä c h t i g e n . D i e G e s e t z e d e s E r d d r u c k e s , d i e b e i d e r B e s t i m m u n g d e r F r o s t m a u e r i n F r a g e k o m m e n , s i n d s o u n s i c h e r u n d w e n i g g e k l ä r t , d e r h ä u f i g e W e c h s e l i n d e r p e t r o g r a p h i s c h e n A u s b i l d u n g d e r S c h i c h t e n , d i e E i n l a g e r u n g v o n w a s s e r u n d u r c h l ä s s i g e n B ä n k e n , d i e Z u f u h r v o n W a s s e r i n f e s t e m , k l ü f t i g e m G e b i r g e g e s t a l t e n d i e V e r h ä l t n i s s e s o s c h w i e r i g u n d u n ü b e r s i c h t l i c h , d a ß i n d i e s e r H i n s i c h t t h e o r e t i s c h e Ü b e r l e g u n g e n w o h l k a u m z u d e m e r s t r e b t e n E r f o l g e f ü h r e n w e r d e n u n d d i e P r a x i s a u f i h r e E r f a h r u n g e n a n g e w i e s e n b l e i b t ; a b e r a u c h i h r w e r d e n
d i e u n t e r s c h e i n b a r g a n z ä h n l i c h e n V e r h ä l t n i s s e n g e m a c h t e n E r f a h r u n g e n e i n e n z w a r w e r t v o l l e n , a b e r n i e m a l s z u v e r l ä s s i g e n A n h a l t g e w ä h r e n .
A l s d i e w i c h t i g s t e n u n d g e f ä h r l i c h s t e n S c h i c h t e n l a g e n s i n d d i e S c h w i m m s a n d e a n z u s e h e n . D a i h r W a s s e r s o r e i c h l i c h i s t , d a ß e s , s o f e r n s i c h i h m e i n e A b f l u ß m ö g l i c h k e i t b i e t e t , d i e m e i s t f e i n k ö r n i g e n S a n d e m i t s i c h f o r t r e i ß t , s i n d s o l c h e S c h i c h t e n p r a k t i s c h e i n e r e n t s p r e c h e n d h o h e n W a s s e r s ä u l e g l e i c h z u a c h t e n .
D a d i e s e w a s s e r r e i c h e n S a n d e d e n G e s e t z e n d e r H y d r a u ü k u n t e r l i e g e n u n d ü b e r h a u p t d i e m e c h a n i s c h e n E i g e n s c h a f t e n d e s W a s s e r s b e s i t z e n , s o s i n d s i e i h m a u c h i n i h r e r W i r k u n g g l e i c h ; s i e ü b e n a l s o a u c h , g l e i c h w i e e i n e W a s s e r s ä u l e m i t i h r e r g a n z e n S c h w e r k r a f t a u f i h r e G r u n d f l ä c h e d r ü c k t , e i n e n i h r e m G e s a m t g e w i c h t e a n n ä h e r n d e n t s p r e c h e n d e n D r u c k a u f i h r e U n t e r l a g e a u s ; s i e w e r d e n d i e s e W i r k u n g j e d o c h n i c h t v o l l s t ä n d i g e r r e i c h e n , d a i n f o l g e d e r R e i b u n g d e r f e s t e m G e s t e i n a g g r e g a t e d e r e n f r e i e r a k t i v e r D r u c k z . T . v e r l o r e n g e h t .
1758 G l ü c k a u f Nr . 45
D i e s e r h ö h e r e R e i b u n g s k o e f f i z i e n t k a n n b e i t o n i g e r A u s b i l d u n g d e s f e i n k ö r n i g e n S c h w i m m s a n d e s d i e W i r k u n g d e s i n d e n k l e i n s t e n H o h l r ä u m e n g e b u n d e n e n W a s s e r s w e s e n t l i c h h e r a b s e t z e n , w ä h r e n d b e i g r ö b e r n S a n d e n u n d G e r ö l l k i e s e n n u r d e r h y d r o s t a t i s c h e D r u c k m a ß g e b e n d i s t .
U m ü b e r h a u p t z u e i n e m p r a k t i s c h b r a u c h b a r e n E r - A g e b n i s z u g e l a n g e n , b e i d e m
S c h a c h t v e r s c h l ä m m u n g e n w i r k s a m u n d m i t S i c h e r h e i t v e r h ü t e t w e r d e n , s o l l e n d i e e i n f a c h s t e n , a b e r a u c h s c h w e r s t e n B e d i n g u n g e n m i t d e r A n n a h m e v o r a u s g e s e t z t w e r d e n , d a ß d i e g e s a m t e n S c h i c h t e n d e s u n z u v e r l ä s s i g e n G e b i r g e s e i n e b r e i i g e M a s s e b i l d e n u n d e i n e m h o h e n , i h r e m s p e z i f i s c h e n G e w i c h t e a n n ä h e r n d e n t s p r e c h e n d e n u n d n a c h d e n F e s t s t e l - A bb. 5. S c h n i t t d u rch die l u n g e n v o n H o f f m a n n 1 l , 7 b e - F ro s tm a u e r. t r a g e n d e n D r u c k u n t e r l i e g e n .
B e s p r e c h u n g d e r b e s t e h e n d e n F o r m e l n . D e m z u f o l g e s t e l l t s i c h d e r F r o s t k ö r p e r a l s e i n i n e i n e m b e w e g l i c h e n M e d i u m i s o l i e r t s t e h e n d e r Z y l i n d e r d a r . D e r M a n t e l m u ß s o s t a r k b e m e s s e n w e r d e n , d a ß e r d e m ä u ß e r n D r u c k e a u c h i m A u g e n b l i c k s e i n e r g r ö ß t e n S c h w ä c h u n g w i d e r s t e h t , a l s o d a n n , w e n n d i e i n n e r n S c h a c h t s t ö ß e v o r d e m E i n b a u d e r K u v e l a g e f r e i s t e h e n .
I n d e r L i t e r a t u r f i n d e n s i c h z u r B e s t i m m u n g d e r F r o s t m a u e r s t ä r k e z w e i F o r m e l n :
u" d 2 E " - R ” ' ( v S h - 1
D i e e r s t e , e i n f a c h e r e G l e i c h u n g , w u r d e z u e r s t v o n f r a n z ö s i s c h e n T e c h n i k e r n e n t w i c k e l t u n d a n g e w a n d t 2 . B e i i h r e r A u f s t e l l u n g i s t m a n v o n d e r A n n a h m e a u s g e g a n g e n . d a ß m a n s i c h i n e i n e m b e s t i m m t e n H o r i z o n t d e n F r o s t m a u e r r i n g v o n d e r H ö h e 1 a u s z w e i H a l b r i n g e n z u s a m m e n g e s e t z t d e n k e n k a n n , w i e e s i n d e r g r u n d r i ß - l i c h e n S k i z z e ( s . A b b . 5 ) a n g e d e u t e t i s t . D i e b e i d e n R i n g h ä l f t e n w e r d e n m i t d e m D r u c k e d e s s i e e i n s c h l i e ß e n d e n G e b i r g e s g e g e n e i n a n d e r g e p r e ß t ; s i e m ü s s e n a l s o a n i h r e n z u s a m m e n s t o ß e n d e n Q u e r s c h n i t t e n s o s t a r k
b e m e s s e n s e i n , d a ß s i e d e n v o l l e n G e b i r g s d r u c k a u f d i e S c h n i t t e b e n e m i t S i c h e r h e i t a u s h a l t e n k ö n n e n . I n f o l g e d e s s e n i s t , w e n n m i t E m d i e B r e i t e d e s R i n g e s , m i t k cl d i e z u l ä s s i g e B e a n s p r u c h u n g d e s g e f r o r e n e n M a t e r i a l s , m i t D d e r D u r c h m e s s e r d e s i m F r o s t z v l i n - d e r h e r z u s t e l l e n d e n u n - a u s g e b a u t e n S c h a c h t e s u n d m i t p d e r G e b i r g s d r u c k i n A t m o s p h ä r e n b e z e i c h n e t w i r d :
2 E m k d = ( D + 2 E m ) • p ; o d e r
2 E m ■ k (1 = D p + 2 E m p ;
o d e r E m = P
---
j - 1,7 kd-20-i*0kg/gcm---
j - 1 kd ‘ 20-120 kg/qcm J ’ 2 kd ■ 20 kg/qcm2 ( k d - p) T r o t z d e r ü b e r r a s c h e n d e n E i n f a c h h e i t i s t d i e B e d e u t u n g d i e s e r F o r m e l f ü r d i e T e c h n i k n u r g e r i n g , d a i h r e r e c h n e r i s c h e n E r g e b n i s s e v i e l f a c h i n s c h r o f f e m G e g e n s a t z z u d e r p r a k t i s c h e n E r f a h r u n g s t e h e n , s o d a ß d a s A n w e n d u n g s -
A bb. 6. F r o s tm a u e r s tä r k e n , b e re c h n e t n a c h d e r G leich u n g F™— P>m ‘ P 2 (k d -p )
1 Sammelwerk, Bd. III.
S. 331.
2 Bulletin de la société
de l'industrie minérale, 1895, S. 49.
5. N o v e m b e r 1 9 1 0 G l ü c k a u f 1759
g e b i e t d e r G l e i c h u n g e i n e s t a r k e E i n s c h r ä n k u n g e i f a h r e n m u ß .
A b b . 6 , i n d e r d i e n a c h d e r o b i g e n G l e i c h u n g b e r e c h n e t e n F r o s t m a u e r s t ä r k e n i n T e u f e n b i s z u 9 0 0 m u n d b e i e i n e m D u r c h m e s s e r d e s a b g e t e u f t e n S c h a c h t e s v o n 5 m g r a p h i s c h d a r g e s t e l l t s i n d , f ü h r t d i e U n z u l ä n g l i c h k e i t e n d e r F o r m e l i m e i n z e l n e n v o r A u g e n . D e r B e r e c h n u n g s i n d D r u c k f e s t i g k e i t e n d e s g e f r o r e n e n G e b i r g e s b i s z u 1 0 0 k g / q c m u n d e i n s p e z i f i s c h e r D r u c k d e r b e w e g l i c h e n S c h i c h t e n v o n j = 1 , 1 , 7 u n d 2 z u g r u n d e g e l e g t . 1 . D i e G l e i c h u n g f ü h r t s c h o n b e i g e r i n g e n T e u f e n z u u n e n d l i c h e n W e r t e n ; a l l e r d i n g s v e r s c h w i n d e t d i e s e r N a c h t e i l m e h r u n d m e h r m i t d e r g r o ß e m S p a n n u n g d e r g e f r o r e n e n S c h i c h t e n .
2 . D i e M a u e r s c h w i l l t i n d e n u n t e r n H o r i z o n t e n a u ß e r o r d e n t l i c h s t a r k a n . D i e s e V e r s t ä r k u n g i s t s o g r o ß , d a ß z . B . e i n r e i n e r E i s k ö r p e r m i t e i n e r D r u c k f e s t i g k e i t v o n 2 0 k g i n e i n e r T e u f e v o n 1 6 0 b i s 1 8 0 m u m 1 2 , 5 m i m H a l b m e s s e r z u n i m m t .
3 . W ä c h s t d a s s p e z i f i s c h e G e w i c h t d e s G e b i r g e s v o n 1 a u f 2 ( r e c h n e r i s c h b e t r a c h t e t ) , s o n i m m t d i e M a u e r s t ä r k e m i n d e s t e n s u m d a s D o p p e l t e z u . M i t g r ö ß e r e r T e u f e t r i t t d i e s e r Ü b e l s t a n d g a n z b e s o n d e r s h e r v o r . D i e S t e i g e r u n g d e s s p e z i f i s c h e n G e b i r g s d r u c k e s a u f s e i n e n M a x i m a l w e r t v o n 1 , 7 k g / q c m v e r d o p p e l t d e n w i d e r s t e h e n d e n F r o s t z y l i n d e r s c h o n b e i 3 5 m T e u f e .
4 . G e n a u d e r s e l b e Ü b e l s t a n d , n a t u r g e m ä ß i m u m g e k e h r t e n S i n n e , m a c h t s i c h b e i e i n e r E r h ö h u n g d e r z u l ä s s i g e n B e a n s p r u c h u n g d e s g e f r o r e n e n G e b i r g e s a u f d a s D o p p e l t e g e l t e n d .
A n e i n e m S c h u l b e i s p i e l , d a s d u r c h d i e P r a x i s n a c h g e p r ü f t w e r d e n k a n n , m ö g e d i e U n b r a u c h b a r k e i t d e r g e n a n n t e n G l e i c h u n g d a r g e t a n w e r d e n .
D i e S t ä r k e d e r F r o s t m a u e r a u f d e r S o h l e e i n e s S c h a c h t e s , d e s s e n T e u f e b e i e i n e m l i c h t e n D u r c h m e s s e r v o n 6,8 m v o r d e m E i n b a u d e r K u v e - l a g e 3 1 5 m b e t r ä g t , s o l l b e r e c h n e t w e r d e n .
U n t e r d e r A n n a h m e e i n e s s p e z i f i s c h e n D r u c k e s d e r G e b i r g s m a s s e n v o n 1 , 7 u n d e i n e r z u l ä s s i g e n D r u c k b e a n s p r u c h u n g v o n 6 0 , 7 0 , 8 0 , 9 0 , 1 0 0 , 1 1 0 u n d 1 2 0 k g / q c m w i r d d i e F r o s t m a u e r 2 7 , 9 , 1 1 , 6 , 9 , 5 , 3 , 8 7 , 3 , 2 u n d 2 , 7 4 m s t a r k .
D a s w ü r d e b e d e u t e n , d a ß s i c h z . B . b e i e i n e r E r h ö h u n g d e r S p a n n u n g d e s g e f r o r e n e n G e s t e i n s v o n 6 0 a u f 1 2 0 k g / q c m d i e F r o s t m a u e r s t ä r k e u m d a s Z e h n f a c h e , v o n e t w a 2 7 , 9 a u f 2 , 7 4 m , v e r r i n g e r n w ü r d e . D a r a u s g e h t z u r G e n ü g e h e r v o r , d a ß d i e B e n u t z u n g d i e s e r F o r m e l z u r B e r e c h n u n g v o n F r o s t m a u e r s t ä r k e n u n g e e i g n e t i s t .
I n d e r z w e i t e n , v o n D w e l s h a u w e r s - D e r y e n t w i c k e l t e n u n d d u r c h d e n A u f s a t z v o n S c h m i d t 1 b e k a n n t g e w o r d e n e n F o r m e l 2
E m = R m . ( y — - 1
)
R m g l e i c h d e m R a d i u s d e s n i c h t a u s g e b a u t e n S c h a c h t e s , P g l e i c h d e m h y d r o s t a t i s c h e n D r j i c k i n A t m o s p h ä r e n , w ä h r e n d d i e ä n d e r n G r ö ß e n b e r e i t s g e n a n n t w o r d e n s i n d .
1 a. a. O. S. 3*0/1.
1 8. a. S a m m e lw erk, B d . III, S . 515.
M a n w ü r d e f e h l g e h e n i n d e r A n n a h m e , d a ß d i e s e F o r m e l d e r a l t e r n g e g e n ü b e r w e s e n t l i c h e p r a k t i s c h e V o r t e i l e a u f w e i s e . S i e l ä ß t d i e F r o s t m a u e r s t ä r k e n i n n o c h s t ä r k e r m M a ß e m i t d e r z u n e h m e n d e n T e u f e a n - w a c h s e n ( s . A b b . 7 ) . A u c h ü b e r n i m m t s i e d u r c h a u s d i e g r o ß e u n d u n w a h r s c h e i n l i c h e A b h ä n g i g k e i t i h r e r W e r t e v o n d e m s p e z i f i s c h e n D r u c k e d e r u n z u v e r l ä s s i g e n S c h i c h t e n u n d d e r z u l ä s s i g e n B e a n s p r u c h u n g d e s g e f r o r e n e n G e s t e i n k ö r p e r s . S c h l i e ß l i c h s i n d i h r e n A n w e n d u n g s m ö g l i c h k e i t e n s e h r e n g e G r e n z e n g e s e t z t . U n t e r d e r A n n a h m e e i n e s s p e z i f i s c h e n D r u c k e s d e r G e b i r g s c h i c h t e n v o n 1 , 7 u n d e i n e r z u l ä s s i g e n S p a n n u n g d e s g e f r o r e n e n M a t e r i a l s v o n 2 0 , 4 0 , 6 0 , 8 0 u n d 1 0 0 k g / q c m v e r s a g t s i e b e i 6 0 , 1 2 0 , 1 8 0 , 2 4 0 u n d 3 0 0 m T e u f e ( s . A b b . 7 ) .
D i e s e r l e t z t e N a c h t e i l m a c h t d i e B e n u t z u n g d i e s e r G l e i c h u n g a l s o s c h o n b e i m i t t l e r n T e u f e n u n m ö g l i c h . U m i n s o l c h e n F ä l l e n ü b e r h a u p t z u e i n e m E r g e b n i s z u g e l a n g e n , w i r d v i e l f a c h z u e i n e m e i n f a c h e n , a b e r w e n i g e i n w a n d f r e i e n M i t t e l g e g r i f f e n , n ä m l i c h e i n e r u n z u l ä s s i g e n S t e i g e r u n g d e r s p e z i f i s c h e n B e a n s p r u c h u n g d e r g e f r o r e n e n S c h i c h t e n .
D a s B e i s p i e l d e s z u r P r ü f u n g d e r e r s t e n G l e i c h u n g a n g e f ü h r t e n S c h a c h t e s m ö g e a u c h h i e r w i e d e r z u r E r l ä u t e r u n g d i e n e n .
I n d e r o b i g e n F o r m e l i s t f ü r d e n v o r l i e g e n d e n JJ
F a l l R m = 3 , 4 m , P = — = 3 1 , 5 u n d j = 1 , 9 . D a 2 P j 1 V
g l e i c h 9 9 , 7 i s t , s o b l e i b t d e r N e n n e r d e s W u r z e l b r u c h e s s o l a n g e n e g a t i v , b i s k d d e n W e r t 9 9 , 7 e r r e i c h t h a t , w o b e i E m p l ö t z l i c h i n s U n e n d l i c h e w ä c h s t . N i m m t k j w e i t e r b i s z u 1 1 0 , 1 2 0 , 1 3 0 , 1 4 0 , 1 5 0 , 1 6 0
_____
J- f.7. kq-fO-fW/rg/fcm
---
J-
/k1-ZO- kg/qcm .j-Z' kq-20 kg/qcm
A b b . 7. F r o s tm a u e r s tä r k e n ,
b e r e c h n e t n a c h d e r F o rm e l v o n D w e lsh a u w e rs-D e ry .
1760 G l ü c k a u f Nr . 45
u n d 1 7 0 k g / q c m z u , s o w i r d E m g l e i c h 1 7 , 5 4 , 6 , 5 3 , 4 , 1 7 , 2 , 8 1 5 , 2 , 0 2 , 1 , 5 u n d 1 , 1 7 m .
D e m d e n S c h a c h t b a u a u s f ü h r e n d e n T e c h n i k e r b l e i b t e s ü b e r l a s s e n , s i c h a u s d i e s e n ä u ß e r s t s t a r k
v o n e i n a n d e r a b w e i c h e n d e n W e r t e n , d e r e n S c h w a n k u n g e n m i t d e n v e r s c h o b e n e n B e d i n g u n g e n a u c h i n g a r k e i n e m u r s ä c h l i c h e n Z u s a m m e n h a n g s t e h e n , e i n e n b e l i e b i g e n , i h m a m g e e i g n e t s t e n e r s c h e i n e n d e n W e r t h e r a u s z u g r e i f e n , w o b e i s e i n e E n t s c h l i e ß u n g n u r e t w a v o n d e m E r g e b n i s s e i n e r p r a k t i s c h e n E r f a h r u n g b e e i n f l u ß t w e r d e n k ö n n t e . W e n n i m v o r l i e g e n d e n F a l l e e i n e F r o s t m a u e r s t ä r k e v o n a n n ä h e r n d 3 m g e w ä h l t w u r d e , s o g a b d i e g e n a n n t e G l e i c h u n g d a f ü r k e i n e r l e i G r u n d l a g e . B e i d e r s i c h a u s d e r G l e i c h u n g e r g e b e n d e n h o h e n s p e z i f i s c h e n F e s t i g k e i t v o n r d . 1 3 9 k g / q c m k o n n t e m a n n u r b e ä n g s t i g e n d e n E r w ä g u n g e n b e i d i e s e r E n t s c h e i d u n g R a u m g e b e n , d e n n n i c h t s b e r e c h t i g t e d a z u , a u c h n u r m i t g e r i n g e r S i c h e r h e i t d i e b e d e u t e n d e B e a n s p r u c h u n g v o n 1 3 9 k g / q c m b e i e i n e r T e m p e r a t u r v o n u n g e f ä h r — 1 5 ° C a l s z u l ä s s i g a n z u s e h e n .
H a t n a c h d e n v o r s t e h e n d e n A u s f ü h r u n g e n d i e P r a x i s d i e W e r t l o s i g k e i t d e r b e s p r o c h e n e n F o r m e l n e r g e b e n , s o b i e t e t d i e a n a l y t i s c h e G e o m e t r i e m i t d e r g e o m e t r i s c h e n G e s t a l t u n g d e r G l e i c h u n g e n d a s w i s s e n s c h a f t l i c h e H i l f s m i t t e l , u m i h r e U n z u l ä n g l i c h k e i t u n d F e h l e r h a f t i g k e i t d a r z u t u n .
I n d e r G l e i c h u n g
_ D m P m 2 ( k d - p )
i s t n u r p , d e r D r u c k d e r b e w e g l i c h e n E r d m a s s e n , v e r ä n d e r l i c h . D e r E i n f l u ß v o n p w i r d a m b e s t e n d u r c h e i n e K ü r z u n g d e s Q u o t i e n t e n d u r c h p g e k l ä r t :
E = D m
2 ( d - 1) P
W ä c h s t p v o n 0 b i s o o , w a s e i n e r T e u f e n z u n a h m e d e s S c h a c h t e s g l e i c h k o m m t , s o e r h ä l t E m a n a u s g e z e i c h n e t e n P u n k t e n f o l g e n d e W e r t e :
P = 0 . - ! ? ’ k d , > k d , 2 k d , < x > ;
a c h s e h a t , w ä h r e n d e s d i e e n t s p r e c h e n d e n F r o s t m a u e r s t ä r k e n E m a l s A b s z i s s e n z e i g t , l ä ß t d a s g e o m e t r i s c h e B i l d d e r G l e i c h u n g e r k e n n e n ( s . A b b . 8 ) .
E m = 0 , D ,
l^r-' j U U m , “ H m , —D „
H i e r n a c h i s t d i e F r o s t m a u e r i m A n f a n g s p u n k t g l e i c h 0 , n i m m t d a n n m i t w a c h s e n d e r T e u f e z u e r s t l a n g s a m , b a l d a b e r s o s c h n e l l z u , d a ß s i e s c h o n b e i e i n e m W e r t e v o n p = k d i h r e n U n s t e t i g k e i t s p u n k t i m U n e n d l i c h e n e r r e i c h t . B e i n o c h g r ö ß e r e r T e u f e e r g e b e n s i c h f ü r d i e M a u e r n e g a t i v e W e r t e , d i e i h r e r a b s o l u t e n G r ö ß e n a c h z u e r s t u n e n d l i c h s i n d , d a n n i m m e r m e h r a b n e h m e n , b i s s i e s c h l i e ß l i c h b e i p = o o d e m h a l b e n S c h a c h t d u r c h m e s s e r g l e i c h w e r d e n .
D i e Ü b e r t r a g u n g d e r g e f u n d e n e n B e z i e h u n g e n a u f e i n n o r m a l e s K o o r d i n a t e n s y s t e m , d a s p z u r O r d i n a t e n -
Z u e i n e r B e r e c h n u n g d e r F r o s t m a u e r k ö n n t e n a c h d e r A b b i l d u n g d i e F o r m e l n u r i n g e r i n g e n T e u f e n h e r a n g e z o g e n w e r d e n , v i e l l e i c h t b i s z u d e m P u n k t e , b e i d e m P = v i •
i s t ; d i e s e r P u n k t e n t s p r i c h t b e i d e r h e r k ö m m l i c h e n A n n a h m e v o n j = 1 , 7 u n d k d = 7 0 k g / q c m e i n e r
1 0 k d 1 0 - 7 0
T e u f e v o n H = r d . 200 m .
2 • j 2
D a r ü b e r h i n a u s s c h n e l l e n d i e A b s z i s s e n w e r t e d e r a r t i g i n d i e H ö h e , d a ß s i e d u r c h a u s w e r t l o s s i n d .
Z u r g e n a u e m U n t e r s u c h u n g d e r K u r v e m ö g e d a s K o o r d i n a t e n s y s t e m v e r s c h o b e n w e r d e n , b i s e s d e n a u g e n s c h e i n l i c h e n M i t t e l p u n k t d e r b e i d e n K u r v e n ä s t e i m P u n k t e B e r r e i c h t h a t . D i e K o o r d i n a t e n p h a b e n b e i d i e s e r B e w e g u n g d i e W e r t e
p = x + k d u n d E ^ = y - - - - -
a n g e n o m m e n , w e n n x u n d y d i e n e u e n A c h s e n b e z e i c h n e n ( s . A b b . 8 ) . I n e t w a s a b g e ä n d e r t e r F o r m l a u t e t d i e A u s g a n g s g l e i c h u n g :
D m p + 2 E m ■ p = 2 E m • k d . N a c h E i n s e t z u n g d e r n e u e n W e r t e e r g i b t s i c h : D m ( x ; k d ) + 2 ( y - ? p ) ( X + k d)= 2 ( y - D 2 m ) k d ; o d e r
D m • x + D m • k d + 2 x - y + 2 y - k d - D m x - 2 D r 2 y k d - D m D m k d ; 2 x • y + D m ■ k d = 0 ;
kn =
5. N o v e m b e r 1 9 1 0 G l ü c k a u f
y = —
D „ k dD a s r e c h t s s e i t i g e P r o d u k t i s t , d a e s a u s l a u t e r b e s t i m m t e n F a k t o r e n b e s t e h t , e i n e K o n s t a n t e ; d e m n a c h i s t
x : - y = K .
D a a b e r d i e G l e i c h u n g x • y = K d a s S y m b o l e i n e r g l e i c h s e i t i g e n H y p e r b e l i s t , d i e a u f i h r e A s y m p t o t e n a l s A c h s e n B e z u g n i m m t , s o s t e l l t d i e G l e i c h u n g x • y = — — e i n e g l e i c h s e i t i g e , a u f i h r e A s y m p - t o t e n x — p — k d u n d y ~ E m + D mm b e z o g e n e H y p e r b e l d a r .
D e r h y p e r b o l i s c h e C h a r a k t e r d e r G l e i c h u n g e r k l ä r t d i e s t a r k e V e r s c h i e d e n h e i t d e r A b s z i s s e n w e r t e b e i g e r i n g e n S c h w a n k u n g e n d e r e n t s p r e c h e n d e n O r d i n a t e n , a l s o d e r F r o s t m a u e r s t ä r k e n b e i w e c h s e l n d e n S c h a c h t t e u f e n , u n d m a c h t d e m g e m ä ß d i e G l e i c h u n g f ü r d i e P r a x i s u n b r a u c h b a r .
D i e F o r m e l v o n D w e l s h a u w e r s - D e r y b i e t e t e i n v o l l k o m m e n g l e i c h a r t i g e s B i l d ; i h r e g e n a u e r e U n t e r s u c h u n g u n d B e s p r e c h u n g d ü r f t e s i c h d a h e r e r ü b r i g e n , £
E n t w i c k l u n g u n d B e s p r e c h u n g e i n e r n e u e n F o r m e l .
D i e S c h w ä c h e d e r b e s p r o c h e n e n G l e i c h u n g e n , d i e i h n e n a u c h s t e t s a n h a f t e n w i r d , h a t i h r e U r s a c h e , w i e i c h b e r e i t s n ä h e r z u e r l ä u t e r n v e r s u c h t e ( s . S . 1 7 5 8 ) , i n d e r u n g e n ü g e n d e n K e n n t n i s d e s G e b i r g s d r u c k e s p . D i e s e r w i r d m i t s e i n e n s t a r k w e c h s e l n d e n l a b i l e n Z u s t ä n d e n s t e t s n u r e i n e ä u ß e r s t s c h w a n k e n d e u n d u n z u v e r l ä s s i g e
l ' n t e r l a g e f ü r r e c h n e r i s c h e B e s t i m m u n g e n b j e t e n . A u ß e r d i e s e r d u r c h k e i n e B e t r a c h t u n g e n a u s z u s c h a l t e n d e n U n s i c h e r h e i t a b e r w e i s e n d i e G l e i c h u n g e n t a t s ä c h l i c h U n r i c h t i g k e i t e n i n d e r v i e l z u g r o ß e n A b h ä n g i g k e i t d e r E r g e b n i s s e v o n p a u f , e i n e F e h l e r h a f t i g k e i t , d u r c h d i e a u c h d i e s p r u n g h a f t e n V e r s c h i e b u n g e n i n d e n E n d e r g e b n i s s e n e i n e b e f r i e d i g e n d e E r k l ä r u n g f i n d e n .
B e i d e r E n t w i c k l u n g d e r b e i d e n G l e i c h u n g e n i s t d e m U m s t a n d e k e i n e R e c h n u n g g e t r a g e n w o r d e n , d a ß S ä m t l i c h e F a k t o r e n , d i e i n i h r e r G e s a m t h e i t d i e F r o s t m a u e r s t ä r k e E m b e s t i m m e n — d e r h y d r o s t a t i s c h e D r u c k i n k g / q c m , d e r s p e z i f i s c h e D r u c k d e r b e w e g l i c h e n E r d m a s s e n i n k g / q c m u n d d i e F e s t i g k e i t d e s b e a n s p r u c h t e n M a t e r i a l s i n k g / q c m — , G r ö ß e n z w e i t e r P o t e n z d a r s t e l l e n , w ä h r e n d E m n u r i n d e r e r s t e n P o t e n z e n t w i c k e l t — e i n e L i n i e — i s t ; d e m n a c h d a r f s i c h f o l g e r i c h t i g E m n i c h t i n g l e i c h e m M a ß e m i t s e i n e n U n a b h ä n g i g e n v e r s c h i e b e n .
U m d i e F o r m e l i n d i e s e r R i c h t u n g z u p r ü f e n , m ö g e n d i e e i n f a c h s t e n V e r h ä l t n i s s e , h y d r o s t a t i s c h e r D r u c k u n d g l e i c h b l e i b e n d e F e s t i g k e i t d e s F r o s t k ö r p e r s , v o r -
D m p l i e g e n , a u c h m ö g e i n d e r G l e i c h u n g E m = ^ d e r N e n n e r a l s f e s t s t e h e n d e G r ö ß e b e t r a c h t e t w e r d e n ; d a n n i s t : E m = x • H .
D a s P r o d u k t g i b t d a s G e w i c h t i n k g a n , d a s a u f e i n q u a d r a t i s c h e s F l ä c h e n s t ü c k v o n d e r K a n t e n l ä n g e E m p r e ß t . N i m m t n u n H d e n d o p p e l t e n W e r t a n , s o w ä c h s t E m n a c h d e r F o r m e l E = x ■ 2 H e b e n f a l l s a u f d a s D o p p e l t e ; d a s F l ä c h e n s t ü c k ( 2 E m ) - v e r v i e r f a c h t s i c h a l s o , w ä h r e n d e s s i c h t a t s ä c h l i c h , s o l l d e r D r u c k a u f d i e E i n h e i t d e r s e l b e b l e i b e n , n u r v e r d o p p e l n d ü r f t e . W ä c h s t d e m n a c h
d e r W a s s e r d r u c k , s o n i m m t z w a r d i e b e a n s p r u c h t e F l ä c h e , d e r w i d e r s t e h e n d e W a n d q u e r s c h n i t t , i n g l e i c h e m M a ß e z u , d i e F r o s t m a u e r s t ä r k e E m j e d o c h n u r m i t d e m W u r z e l w e r t e .
H i e r a u s l e i t e n s i c h z w i s c h e n E m u n d s e i n e n U n a b h ä n g i g e n d i e B e z i e h u n g e n a b :
H , „ - , / , H
1 . E c m " — f o d e r E c m — ~ J / f • ^
2 . E c m 3 = f ■ j ; o d e r E c 3 . E c m 2 = f • -1 o d e r E c m
Kd
\
K(]F o l g l i c h , i s t d i e F r o s t m a u e r u n t e r B e r ü c k s i c h t i g u n g d e s j e w e i l i g e n S c h a c h t d u r c h m e s s e r s u n d B e n u t z u n g d e r h e r k ö m m l i c h e n B e z e i c h n u n g e n :
I " | < I
■E = R I ■ ^ j
m [ / 10 k d '
A u c h d i e s e G l e i c h u n g m ö g e a u f d e n E i n f l u ß v o n
H ■ i
p = — — — u n d i h r e n g e o m e t r i s c h e n C h a r a k t e r u n t e r - 10
s u c h t w e r d e n .
b e i p
F - Rn l / P
k,i
Y * * ’
k d , > k d , 2 k d , 4 k d , o o i s t E m = 0 , 0 , 7 0 8 R , R , > R , 1 , 4 R , 2 R , o o . E m b e s i t z t a l s o W e r t e , d i e d e r p r a k t i s c h e n E r f a h r u n g e n t s p r e c h e n .
B e i d e r e i n f a c h e n P o t e n z i e r u n g e r g i b t s i c h f o l g e n d e F o r m e l :
E m 2 = R ^ - E = 2 • p = 2 K • p .
kd 2 Kd
D i e G l e i c h u n g d e r P a r a b e l h e i ß t d e m g e g e n ü b e r y 2 = 2 • p ■ x ,
s o d a ß d u r c h E m2 = 2 R 2 2 k d
e i n e p a r a b o l i s c h e K u r v e a u s g e d r ü c k t i s t , d e r e n P a r a m e t e r g l e i c h R 2 u n d d e r e n u n a b h ä n g i g e V e r ä n d e r l i c h e g l e i c h p
2 k d
i s t . I s t d e r P a r a m e t e r , d e r i n e i n l e u c h t e n d e r W e i s e m i t d e m S c h a c h t d u r c h m e s s e r z u - , j e d o c h m i t d e r M a t e r i a l f e s t i g k e i t a b n i m m t , b e k a n n t , s o l ä ß t s i c h d i e F r o s t m a u e r o h n e S c h w i e r i g k e i t e n b e i j e d e r b e l i e b i g e n , d e m D r u c k p e n t s p r e c h e n d e n T e u f e b e s t i m m e n .
W e n n d i e n e u g e f u n d e n e F o r m e l
Em = Rm ] / To k lr
a u c h d e r e x a k t e n , w i s s e n s c h a f t l i c h e n A b l e i t u n g e r m a n g e l t , s o b e s i t z t s i e d e n a l t e r n g e g e n ü b e r d o c h s t a r k h e r v o r t r e t e n d e V o r z ü g e ( s . A b b . 9 ) . S i e i s t a u ß e r o r d e n t l i c h e i n f a c h u n d a u f j e d e T e u f e a n w e n d b a r ; s i e l ä ß t i n Ü b e r e i n s t i m m u n g m i t d e n p r a k t i s c h e n E r g e b n i s s e n E m g a n z a l l m ä h l i c h m i t d e r T e u f e a n w a c h s e n ; s i e v e r m e i d e t d i e s t a r k e u n d u n r i c h t i g e A b h ä n g i g k e i t v o n d e m s p e z i f i s c h e n D r u c k d e s u n s i c h e r n G e b i r g e s u n d d e r z u
1762 G l ü c k a u f Nr . 45
lässigen B eanspruchung des F rostm aterials. W ächst z. B.
der spezifische G ebirgsdruck auf das D oppelte, so nim m t die ihn trag en d e Fläche in dem selben Maße zu. Genau dieselbe Beziehung, n u r in um gekehrter R ichtung, be
ste h t zwischen der D ruckfestigkeit u n d der M auerstärke.
Schließlich fü h rt die Gleichung in jedem Falle u nd u n ter den verschiedensten V oraussetzungen zu b rauchbaren W erten.
Abb. 9 soll dazu dienen, diese B ehauptungen zu ver
anschaulichen u nd nachprüfen zu können.
Abb. 9.
F r o s tm a u e r s tä r k e n , b e r e c h n e t n a c h d e r F o r m e l
/
hT
E m = R n
10 • kd
W ichtig u n d bedeutungsvoll für die Z ukunft des G efrierverfahrens ist die offenbar geringe Zunahm e der F ro stm au er bei größerer Teufe, auch bei A nnahm e der geringen zulässigen B eanspruchung des gefrorenen Ge
steins von 60—80 kg/qcm , also bei großer Sicherheit des S chachtbaues.
Zum objektiven Vergleich m it den ändern Form eln möge noch einm al das schon m ehrfach angeführte B ei
spiel des 315 m tiefen, 6,8 m im L ichten messenden G efrierschachtes herangezogen werden.
Die M auerstärken in dem nach folgende sein:
H öhe der Sohle würden D ruckfestigkeit E D ruckfestigkeit ! E
kg /qcm m kg/qcm m
10 7,90 90 2,63
lV r
20 G 5,57 100 2,49
30 !
i4,54 110 2,37
40 3,94 120 2,27
E D ruckfestigkeit E
m kg/qcm m
3,53 130 2,18
3,21 140 2,11
2,98 150 2,01
2,78 D ruckfestigkeit
kg/qcm 50 60 70 80
Diese Ergebnisse lassen erkennen, daß die Gleichung brauchbare Ergebnisse liefert u n d geeignet erscheint, beim S chachtabteufen bessere D ienste zu leisten als die beiden ändern.
Der F rostm auer des als Beispiel herangezogenen Ge
frierschachtes ist tatsäch lich die S tärk e von rd. 3 m ge
geben worden, was der ste ts angenom m enen D ruck
festigkeit von etw a 70 k g/qcm en tsp rich t. D as ungestörte Gelingen des Schachtbaues h a t den Beweis geliefert, daß die Mauer sta rk genug w ar, um dem G ebirgsdruck W ider
stand leisten zu können.
S t ä r k e d e r ^ n a t ü r l i c h e n F r o s t m a u e r . Die theoretischen B erechnungen der F ro stm a u e rstä rk e können naturgem äß n u r d an n von technischem W e rte sein, wenn es möglich ist, den Gefrierprozeß in einer solchen Weise zu regeln, daß sich der en tsteh en d e F ro stk ö rp er den theoretischen B estim m ungen a n p a ß t,
jBei norm alem V erlauf des Gefrierens w ird tatsächlich im beweglichen E rdreich ein G efrierkörper gebildet, der im großen und ganzen der theoretischen F o rm entspricht.
F ü h rt m an die Lauge durch G efrierrohre v on gleich
bleibendem Q uerschnitt, so e n tste h t ein G efrier klotz, der in dem u n tern Teil seine größte A usdeh n u n g besitzt und sich nach oben ganz allm ählich v e rjü n g t.
Es kann praktisch w ünschensw ert sein, d er F rost
m auer eine von der N orm alform abw eichende Gestalt zu geben. So m ag z. B. der Fall vorliegen, d aß in den obern Teufen sehr w asserreiche Schw im m sandschichten festgestellt w orden sind, dagegen führen die ändern Schichten zw ar auch viel W asser, doch n u r als Füllung von Spalten u nd Rissen, besitzen aber im übrigen so große Festigkeit, daß n u r noch von einer hydro statisch en Pressung die Rede sein kann.
ln größerer Teufe w ürde dem nach die gefrorene Zone schon dann ausreichend s ta rk sein, w enn das in den K lüften en th alten e W asser nicht m ehr im stan d e wäre, die Eispfropfen, die sich in den Sprüngen gebildet haben, herauszupressen. H ier w ürde also nach den schon aus
geführten Ü berlegungen infolge der beim G efrieren des W assers in schm alen Sprungklüften au ftre te n d en starken Reibung des Eises an den W andungen eine ganz d ü n n schichtige Frostzone dem W asserdruck ausreichenden V iderstand entgegensetzen können. D em entsprechend würde ein T rostkörper genügen, d e r im w esent
lichen aus zwei aufeinander geschichteten, nach oben verjüngten K egelstüm pfen gebildet wäre.
Theoretisch w ird diese F orm offenbar erzielt,
wenn der W ärm eaustausch zwischen den Gefrierrohren
und der U m gebung so geregelt ist, daß in den obern
leufen m ehr Frigorien abgegeben w erden als in den
u n tern . Dieses Ziel lä ß t sich am einfachsten dad u rch er-
ieichen, daß das K älte m ittel in den obern H orizonten
länger festgehalten w ird, z. B. durch eine E rw eiterung
der Steigerohre.
5. November 1910 G 1ü c k a u 1 1763
Durch solche u nd ähnliche A usführungen stehen v e r
schiedene F orm änderungsm öglichkeiten für den G efrier
klotz offen, die bisher aber noch n ich t oder n u r sehr selten in die P ra x is u m gesetzt w orden sind.
A b w e i c h u n g e n v o n d e r g e b r ä u c h l i c h e n A u s f ü h r u n g d e s G e f r i e r v e r f a h r e n s .
A u s s i c h t e n f ü r d a s G e f r i e r v e r f a h r e n in A b s ä tz e n . W ichtiger u n d technisch b ed eu tsam er ist die Frage, wieweit theoretisch un d p ra k tisch in einem Satze gefroren w erden kann, u n d ob n ich t das »absatzweise«
Gefrieren größere A ussicht b esitz t, bei D urchteufen mächtiger bew eglicher G ebirgschichten zum Ziele zu führen.
Der B ean tw o rtu n g dieser F rag e sollen einige B e
merkungen vorausgeschickt werden.
Bis vor einigen Ja h re n h a t sich die Teufe der Gefrier
schächte im m er noch in m äßigen Grenzen bew egt, so daß dem A usfrieren in einem Satze keine allzu erheblichen Schwierigkeiten entgegenstanden. In der Folgezeit wird sich jedoch bei den b ed eu ten d en D eckgebirgsm ächtig- keiten im M ünsterschen K reidebecken u n d in der m it tertiären Schw im m sanden erfü llten niederrheinischen Bucht die N otw endigkeit ergeben, das G efrierverfahren auch auf größere T eufen anzuw enden.
E rst in neuester Z eit ist es gelungen, am N iederrhein mehrere über 300 m tiefe G efrierschächte niederzubringen und dam it den p rak tisch en Beweis zu liefern, daß die Mehrzahl der B edenken, die gegen eine A nw endung des Gefrierprozesses bei b ed eu ten d en T eufen g eltend gem acht c werden, bei sorgfältiger V orbereitung u nd A usführung des V erfahrens belanglos ist.
F ür die D u rch fü h ru n g des Gefrierprozesses in einem Satze spricht vo r allem der U m stan d , d aß dieses Ver
fahren selbstverständlich am billigsten ist, d a alle A rbeiten nur einmal und dem zufolge sehr schnell ausgeführt werden.
Gegen das V erfahren w ird an g efü h rt, daß es u n möglich sei, die tiefen B ohrlöcher genau lo trech t nieder
zubringen. Zweifellos ist das senkrechte S toßen der B ohr
löcher in beweglichen Schichten, die m it groben Gerollen erfüllt sind, u n d in steil gerich teten festen Schichten m it großen Schw ierigkeiten v e rk n ü p ft. Dieser E inw and h a t jedoch infolge der je tz t allgem ein üblichen A nw endung des Schnellschlagbohrens w esentlich an B edeutung v e rlo re n ; ferner b ieten die hinreichend genau arb eiten d en L o t
apparate neuerer K o n stru k tio n ein M ittel, U nstim m ig
keiten im Bohrloch festzustellen, um im B edarfsfälle E r satzbohrlöcher zu schlagen. N ach A ngabe der au s
führenden S chachtbaufirm a w aren am N iederrhein bei den tiefen B ohrlöchern durchw eg n u r 25% E rs a tz bohrlöcher erforderlich.
Des w eitern w ird gegen das A bfrieren ohne abzusetzen geltend gem acht, d aß die E rsta rru n g so m ächtiger w asser
reicher Schichten sehr b edeutende Zeit in A nspruch nehme. Dabei w ird aber vergessen, d aß eine entsprechende Vergrößerung der G efrieranlage diesen Z eitv erlu st wieder einzubringen verm ag. A uch die Größe der K ältem aschinen würde sich in du rch au s au sfü h rb a ren G renzen h alten . Bei 500 m Schw im m sandschichten m ü ß te z. B. die s tü n d liche K ältelieferung 1 500 000 F rigorien betragen. F erner wird angeführt, daß bei den langen R ohrleitu n g en eine Längenbewegung der G efrierrohre für diese ä u ß erst u n
heilvoll w erden müsse. Dieser M öglichkeit k an n aber durch E inführung g u t u n d sicher arb eiten d er S topf
büchsen m it hinreichender Sicherheit begegnet werden.
Gegen das V erfahren sp rich t also im w esentlichen n u r eine gewisse U nsicherheit im lo trechten N iederbringen der Gefrierbohrlöcher.
Dagegen birgt die geringe S tandfestigkeit des ge
frorenen Tones eine große G efahr für die Zuverlässigkeit hoher F rostm auern. Diese G esteinart kom m t aber in reinster A usbildung in der Regel n u r in wenig m ächtigen Schichten vor, w ährend die dickbänkigen T onlager durchgängig einen E inschlag von Sand aufweisen, der nach den angeführten Versuchen (S. 1720) die zulässige D ruckbeanspruchung b eträch tlich steigert.
Das absatzw eise Gefrieren ist zuerst auf dem Schachte der G ew erkschaft Schieferkaute u. zw. in der Weise zur A nw endung gelangt, daß die Gefrierrohre zunächst n u r 100 m in das 185 m m ächtige Deckgebirge eingelassen u nd auch nur diese obersten Schichten ausgefroren w urden. In den vier innerhalb der Schachtscheibe stehenden Gefrierrohren zirkulierte die Lauge in den u n tern 20 m langsam er als in den obern 80 m und führte zur B ildung eines provisorischen F rostbodens von etw a 80- 100 m Teufe, u n te r dessen Schutze m it dem A bteufen vom Tage aus begonnen wurde. E rs t nachdem der Schacht zur H älfte niedergebracht w ar, w urden die G efrierrohre zunächst um 25 m, d an n um die noch übrig
bleibenden 60 m tiefer gesenkt.
U n s e r 1 em pfiehlt eine A bänderung dieses Verfahrens.
E r will auf der Sohle jedes A bsatzes einen m it Stopf
büchsen versehenen eisernen Boden anbringen. Die S topf
büchsen sollen in der entsprechenden Zahl u nd V er
teilung angeordnet u nd so angebracht sein, daß durch sie die nächsttiefern B ohrlöcher gestoßen werden können.
^D en V erlust an Schachtdurchm esser, d e n 'b e i dieser A usführung jeder A bsatz notgedrungen m it sich bringen m uß, wollen G r o t e n r a t h un d H i l l e n b l i n k 1 d adurch verringern, daß sie im u n te rste n T übbingkranz senk
rechte K anäle aussparen, durch "die sp ä te r der folgende Satz von Gefrierlöchern gebohrt werden kann. Diese K anäle sollen tu n lich st eine N eigung nach außen auf- weisen, w odurch m an eine entsprechende D ivergenz der Bohrlöcher, w enigstens in den ersten M etern zu erzielen hofft, w ährend m an von etw a 20 m Lochtiefe ab die Schwere des Bohrers u nd die B iegsam keit des G estänges für ausreichend erach tet, um das B ohrloch allm ählich wieder in die lo trechte R ichtung zurückzuführen.
Eine p raktische A usführung haben diese zw ar sin n reichen, aber doch wenig aussichtsvollen Vorschläge bis
her nicht erfahren, u n d es erscheint sehr fraglich, ob es je dazu kom m en w ird; dagegen b esteh t begründete H off
nung, daß die G efriertechnik zu w achsender Vollkom m en
heit fortschreiten ward, die ein durchgehendes Gefrieren auch bis zu großem Teufen als 315 m m it befriedigender Sicherheit g e sta tte t.
D ie A u s d e h n u n g d e s G e f r i e r v o r g a n g e s a u f d a s g a n z e S c h a c h t i n n e r e . Bei großen Schachtteufen liegt der G edanke nahe, das ganze Schachtinnere ge
frieren zu lassen u n d dad u rch das Gelingen des Schacht
baues m it erh ö h ter Sicherheit herbeizuführen. W enn
■ R i e m e r : Das S c h a c h ta b te u fe n in sch w ier ig e n F ällen . 1905. S. 105.
1764 G l ü c k a u f Nr. 45
diese V orsichtsm aßregel auch recht erfolgversprechend er
scheint, so ergeben sich doch aus den natürlichen V erhält
nissen so viele Bedenken, daß m an allgemein von einer Aus
dehnung des Gefriervorganges auf die ganze Schachtscheibe abgekom m en ist.
D e r D u r c h m e s s e r d e s u n - A b b . 10. g e f r o r e n e n K e r n e s s e i z. B .
5 m, w ährend der F ro st
zylinder im Vollen 13,2 m m ißt, dann ergibt sich für die Q uerschnitte, die den D ruck aufzunehm en haben, folgendes V erhältnis:
136,5 : 19,6 = ~ 7 : 1.
Bei B eanspruchung der F rostm auer auf Biegung ver
schw indet der Vorteil, den der vollständig durchge
frorene Zylinder dem H ohlzylinder gegenüber bietet, noch mehr.
Das äquatoriale T rägheitsm om ent eines Ringes von dem genannten Durchm esser (s. Abb. 10) b eträg t
j 2 = j _ j t = (Dm4- d m4) = ^ (30300 - 625) m4.
Das
T r ä g h e i t s m o m e n t u n d d e m z u f o lg e a u c h d a s W i d e r s t a n d s m o m e n t e r l e i d e n d e m n a c h ü b e r h a u p t k e in e n e n n e n s w e r t e E i n b u ß e .Dagegen g estalten sich d er Gefrierprozeß und das Ab
teufen im vollständig gefrorenen Gebirge viel zeitrauben
der u nd kostspieliger. Auf d e r französischen Grube Anzin konnte m an beispielsweise in ungefrorener Kreide täglich rd. 2 m Vordringen, w äh ren d in demselben, aber äußerst fest gefrorenen M aterial der u n te rn Teufen die L eistung schließlich auf 30— 40 cm herabsank.
Das B estreben, den G efrierprozeß so einzurichten, daß ein vom Beginn des G efrierschachtes bis zur Sohle herabreichender, um fangreicher w eicher K ern entsteht, wird durch die N a tu r v ereitelt. D a das Gebirge in den u n te rn Teufen durchw eg fester u nd trockner als in den höhern ist, so gefriert es auch erheblich schneller als die lockern Schichten. D aher gelingt es nur selten, einen obern Flaschenboden zu erzielen, der eine nennens
w erte Anzahl von M etern ü b er die M itte der Schachthöhe herabreicht.
A u sn u tzu n g m ind erw ertig er B ren nstoffe a u f Zechen des O berbergam tsbezirks D o rtm u n d . VII
B e r ic h t d e r V e r s u c h s k o m m is s io n , e r s t a t t e t v o n O b e r in g e n ie u r B ü t o w u n d B e r g a s s e s s o r D o b b e l s t e i n , E s s e n .
Zur E ntscheidung der w ichtigen Frage, ob die Kessel
heizung m it m inderw ertigem B rennm aterial auch auf dem Wege m echanischer R ostbeschickung möglich u n d zweck
m äßig ist, w urden auf Zeche D orstfeld am 8., 9., 10. und 15. Ju n i 1910 dahingehende Versuche m it der Schleuder
feuerung, System M ünckner, vörgenom m en. Die in den Abb. 1 u nd 2 dargestellte F euerung b esteh t aus einem K ohlenbehälter b m it __ trich terartig em A nsatz t, u n te r dem ein R ingschieber r angeordnet ist. E r fü h rt die Kohle über die Nase n hinweg, die dazu d ient, das unzeitige Nachfallen der Kohle zu verhindern, der W urfschaufel s zu. Die W urfschaufel wird durch einen Federm echanism us b etä tig t, der m it Hilfe eines sich drehenden K naggenrades je nach der Höhe der 3 ein
stellbaren K naggeneinsätze verschieden sta rk gespannt wird und dem entsprechend die Kohle verschieden weit auf den R ost schleudert, so daß sich der B rennstoff d ara u f gleichm äßig verteilen läßt. U n ter dem W urf
a p p a ra t befindet sich eine m it L uftregulierschieber versehene F e u e rtü r /, um das A bschlacken u nd im N ot
fälle eine Beschickung von H and zu ermöglichen.
D er A ntrieb des K naggenrades u nd des Ringschiebers für die Z uführung der Kohle erfolgt von derselben m it 2 Z ahnräderpaaren versehenen Antriebw elle aus.
D er R ostbeschickungsapparat w ar an einen Zwei
flam m rohrkessel von 86 qm Heizfläche u n d 2,97 qm Rostfläche an gebaut, den m an vor Beginn der Versuche innen u n d außen gründlich gereinigt h a tte . Der Kessel lag in einer B atterie von 10 Kesseln, u. zw. 7 Zwei
flam m rohrkesseln von je 86 qm Heizfläche u nd BBouilleur-
kesseln von je 77 qm H eizfläche, die säm tlich an einen gem einsam en K am in von 47 m H öhe angeschlossen waren.
Bei V ersuch I w urde ein N achw aschprodukt mit 13,1% Aschen- u nd 11,5% W assergehalt, bei Versuch II eine Mischung von 2 Teilen desselben Nachwasch
produktes m it 1 Teil S taubkohle von 16,7% Aschen- uncl 16,5% W assergehalt, bei V ersuch I I I eine Mischung von 3 Teilen N achw aschprodukt m it 1 Teil Koksasche von 1.9,5% Aschen- u n d 8,7% W assergehalt u nd bei Versuch IV eine M ischung von 1 Teil N achw aschprodukt m it 2 Teilen K oksasche verfeuert.
Die Versuchsergebnisse sind in der nachstehenden Z usam m enstellung en th alten .
Die K osten des B ren n m ateria ls stellen sich, berechnet auf G rund derf rü h er angegebenen F o rm el1, auf 3,26 M lür I t des N achw aschproduktes, 2,22 M für l t S ta u b kohle und 2,39 M für 1 t K oksasche. D em nach sind als Brennstoffpreise für
1 teinzusetzen bei V ersuch:
I II I I I IV
3,26 M 2,91 J ( 3,04 M 2,68 M.
Der B erechnung der D am pfkosten sind außerdem folgende W erte zugrunde zu legen:
Höhe des A nlagekapitals für einen Kessel
einschl. E inm au eru n g usw ... 10 000,00 ,%
Kosten der M ünckner-Feuerung . . . . 1 500,00 ,, des E lek tro m o to rs (1,5 PS) . . 500,00 ,, ,, für B edienung u nd R einigung (auf
1 t Dam pf) 0,15 „
des Speisew assers fü r 1 cbm . . 0,05 ,,
1 s. G lü ck a u f 1910, S. 0 4 3.
5. November 1910 G l ü c k a u f 1765
A b b . 1. V o r d e r a n s i c h t
d e r M ü n c k n e r - F e u e r u n g .
]. N u m m e r d e s V e r s u c h e s ... 1 I I I I I I V
2. D a u e r d e s V e r s u c h e s ... s t
8
8 8 83. B r e n n m a t e r i a l ... N a c h w a s c h - a . 2/„ N a c h - a. % N a c h a . V3 N a c h p r o d u k t w a s c h p r o d u k t w a s c h p r o d u k t w a s c h p r o d u k t
" b . l /a S t a u b
k o h le
b . V) K o k s a s c h e
b . 2/ 3 K o k s a s c h e 4. A s c h e n g e h a lt ... % 13,1 a. 13,1 a . 13,1 a . 13,1
b . 16,7 b . 19,5 b . 19,5
5. F e u c h t i g k e i t s g e h a l t ... % 11,5 a . 11,5 b . 16,5
a. 11,5 b . 8,7
a. 11,5 b . 8,7
6. Ü b e r h itz u n g ...
°C
7 4,3 101,9 100,6 98,77. D a m p f s p a n n u n g , a t Ü b e r d r u c k ...
8. G e s a m t s p e i s e w a s s e r v e r b r a u c h ...
5 ,6 5,5 5,7 5,2
k g 14 800 11 710 13 415 11 20 0
9. S p e i s e w a s s e r t e m p e r a t u r ...
°c
15 15 15 1610. G e s a m te D a m p f m e n g e , W a s s e r v o n 0° C in D a m p f
11 777 13 499 11 236
v o n 100°
C
u n d 637 W E ... k g 14 88911. D a m p f m e n g e ... k g /s t 1 861 1 472 1 662 1 405
12. G e s a m t b r e n n s t o f f v e r b r a u c h ... k g 2 870 2 635 2 875 3 36 0
13. B r e n n s t o f f v e r b r a u c h ... k g / s t 359 329 359 42 0
14. B r e n n s t o f f r ü c k s t ä n d e a n A s c h e u n d S c h la c k e . k g 282 237 192 386
15. B r e n n s to f f r ü c k s tä n d e in % d e r B i e n n s to f f m e n g e 9,8 9 ,0 6,7 11,5
16. V e r b r e n n lic h e s in d e n R ü c k s t ä n d e n ... k g 67,7 5 8 .0 4 3 ,3 8 8,9
17. V e r b r e n n lic h e s in d e n R ü c k s t ä n d e n , v o m g e s a m t e n
2 2,6 2 3 ,0
B r e n n s t o f f ... % 2 4 ,0 2 4,5
18. A us 1 k g B r e n n s to f f g e w o n n e n e W E . . . . 3 305 2 847 2 991 2 130
19. l n 1 k g B r e n n s to f f e n t h a l t e n e W E ... 6 150 5 997 6 035 5 843
( N a c h w ä s c h e 6 150, K o h l e n s t a u b 5 5 30, K o k s a s c h e 5 6 9 0 W E )
13,8 14,9 14,4
20. D u r c h s c h n it t l ic h e r G e h a l t d e r R a u c h g a s e 1 a n CO2 % 15,1
21. D u r c h s c h n it t l ic h e r G e h a l t d e r R a u c h g a s e 1 a n
O
% 3,6 5 ,2 4 ,0 4,722. I . u f t b e d a r f ... 1,1 1,2 1,2 1,2
Aus dem F lam m roh r en tn om m en .
A b b . 2. L ä n g s s c h n it t
1766 Gl ü c k a u f Nr. 46
23. D u r c h s c h n ittlic h e T e m p e r a t u i d e r R a u c h g a s e im Ü b e r h i t z e r r a u m ... °C 24. W a s s e rs ä u le d e s Z u g m e s s e rs in d e r F e u e r u n g . m m 25. W a s s e r s ä u le d e s Z u g m e s s e rs im Ü b e r h i tz e r r a u m m m 26. D a s F e u e r w u r d e a b g e s c h l a c k t ...
E r g e b n i s s e :
1. L e is tu n g v o n 1 k g B r e n n s to f f , D a m p f v o n 6 3 7 W E k g 2. L e is tu n g v o n 1 q m H e iz flä c h e ... k g / s t 3. L e is tu n g v o n 1 q m R o s t f l ä c h e ... k g / s t 4. G e w in n in F o r m v o n D a m p f ... % 5. G e w in n in F o r m v o n Ü b e r h i t z u n g ... %
D a n a ch se tz e n sich d ie K o s te n für 1 1 D a m p f fo lg en d er
m a ß en zu sa m m en :
I M
0,134 0,627 0,050 0,026 0,150
454 496 471 506
9 8 9 10
12 12 12 14
z w e im a l z w e im a l d r e im a l d re im a l
5,2 4 ,5 4,7 3,3
21,6 17,1 19,3 16,3
121 111 121 14!
53,7 4 7 ,5 4 9 ,6 36,4
3,7 4,5 4 ,6 3,6
A n la g e k a p ita l...
B rennm aterialkosten . . S p e is e w a s s e r ...
M otorbetriebskosten . . B edienung und Reinigung
K osten auf 1 t D am pf Zu den Versuchen ist m echanische Beschickung feuerung
hat.
II III IV
M M M
0,170 0,148 0,178 0,647 0,647 0,812 0,050 0,050 0,050 0,033 0,029 0,034 0,150 0,150 0,150 0,987 1,050 1,024 1,224 zu bem erken, daß sich die des P lanrostes bei der Ver
des N achw aschproduktes durchaus bew ährt Sowohl die V erdam pfungziffer als auch die Leistung auf 1 qm Heizfläche w aren norm al u n d die D am pfkosten rech t niedrig. Mit der M ischung von 3 Teilen N ach
w aschprodukt u n d 1 Teil K oksasche sind ebenfalls befriedigende Ergebnisse erzielt worden, w ährend der m it einer M ischung von 2 Teilen N achw aschprodukt
und 1 Teil S taubkohle d u rch g efü h rte V ersuch II eine etw as zu geringe L eistung au f I qm H eizfläche zeigte.
Die S taubkohlen w urde vor ihrer V erw endung in einer besondern M ischm aschine, die aus einem in Drehung befindlichen Schneckenrad b e sta n d , m it W asser innig zu einem K ohlenbrei v erm en g t, um d ad u rch zu ver
hindern, daß der S tau b u n v e rb ra n n t vom Schornstein
zuge m it fortgerissen w urde. D urch diesen W asserzusatz w urde aber anderseits die H eizk raft als solche wesentlich herabgedrückt u nd ferner der B rennstoff für Luft so undurchlässig gem acht, daß der S chornsteinzug nicht genügte, um eine hinreichend leb h afte V erbrennung zu unterhalten. N och ungünstiger w aren die Ergebnisse bei Versuch IV . Dies rü h rte dah er, d aß der überwiegend aus sehr aschenreicher u n d feinkörniger Kokslösche bestehende B rennstoff zu dich t lagerte, u n d d aß infolge
dessen bei einfachem S chornsteinzug die F eu er zu tot lagen, um dam it eine a n n ä h ern d norm ale Kesselleistung erzielen zu können.
K analbre nn ofen von
V o n D r. W . W o l l e
Die Zechen des rheinisch-w estfälischen Kohlenreviers, welche die in der G rube fallenden Tonschiefer zu Ziegel
steinen verarbeiten, benutzen dazu fast ausnahm slos dasselbe V erfahren u n d dieselbe B rennvorrichtung. Die geförderten h a rte n Grubenschiefer w erden in Stein
brechern zerkleinert u nd danach in K ollergängen fein gem ahlen. D as so vorbereitete u nd zugleich m it etw a 5 —8% W asser versetzte M aterial w ird in hydraulischen E xzenter- oder in Schlagpressen zu Ziegeln geform t.
Diese gelangen u n m itte lb ar in den Ringofen und werden hier gebrannt. Die A nw endung des Ringofens ist so allgemein, daß die ganze Ziegeleianlage kurzweg als R ingofenanlage bezeichnet zu werden pflegt.
N achdem H o f f m a n n E nde der sechziger Ja h re des vorigen Ja h rh u n d e rts durch seinen Ringofen der Ziegel
in d u strie die M öglichkeit gegeben h a tte , Ziegelsteine im D auerbetriebe d e ra rt zu brennen, daß die H itze des G arbrandes der Ziegel nich t m ehr wie früher verloren ging, sondern in ausgedehntem Maße zur V orw ärm ung der zu brennenden Erzeugnisse v erw ertet u nd gleich
zeitig die in deri fertig geb ran n ten Ziegeln aufgespeicherte W ärm e ebenso vollkom m en zur Vorw'ärmung der Ver-
M ö lle r und Pfeifer.^
n w e b e r , B o c h u m .
brennungsluft au sg en u tzt w urde; erfu h r die Ziegel
industrie durch die schnelle A usb reitu n g dieses Ofens eine außerordentlich w eitgehende U m w älzung. Auf dem H offm annschen R ingofen b e ru h t in der T at dieser heute so hoch en tw ickelte Industriezw eig.
Im Laufe der Ja h re h a t d an n auch die gesam te T on
w arenindustrie einschließlich der P orzellanfabrikation in der E rk e n n tn is seiner großen w irtsch aftlich en Vor
teile in großem U m fang von dem Ringofen, oft auch in Form des G asringofens, G ebrauch gem acht.
Neben diesem alten b ew äh rten Ofen h a t in den letzten Jah ren ein neues S ystem E ingang in die Ziegelstein
industrie gefunden, u. zw. der in seinen G rundzügen bereits seit längerer Zeit b ek an n te, von Dr. M ö lle r u nd Professor P f e i f e r neu d u rch k o n stru ie rte K an al
brennofen.
Es u n terlieg t keinem Zweifel, daß dieser Ofen wegen seiner großen \ orteile, die ihn gerade für Zechenziegeleien besonders geeignet m achen, den R ingofen m ehr und m ehr verdrängen wird, so wie in der K oksindustrie der O tto-H offm ann-O fen dem H ilgenstockschen U n te r
feuerungsofen h a t P la tz m achen müssen.
5. Novem ber 1910 G l ü c k a u f 1767
Bei dem K analbrennofen wird genau wie beim Ringofen im D auerbetriebe die H itze des G arbrandes zur V orw ärm ung der noch n icht g e b ran n ten Ziegel, die in den g eb ran n ten Ziegeln aufgespeicherte W ärm e zur E rh itzu n g der V erbrennungsluft au sg en u tzt. W äh rend jedoch beim R ingofen das F eu er d au ern d , dem Gange des Ofens en tsprechend, w andern m uß u n d ebenso an den der Feuerzone gerade gegenüberliegenden Teilen die zum E in - u n d A usbringen der Ziegel dienenden sogenannten E in k a rrtü re n , dem F o rtsch reiten des Feuers entsprechend, w ieder geschlossen u n d an der n ä c h st
folgenden Stelle w ieder geöffnet w erden m üssen, ist der Kanalofen ein einziger, gerade g estreck ter K anal, bei dem V orw ärm -, H a u p tb re n n - u n d K ühlzone im m er an
derselben Stelle verbleiben, w ährend das zu brennende, auf W agen geladene G ut durch den Ofen h indurch
w andert. Die H auptschw ierigkeit bei diesem V er
fahren b estan d darin, die Ziegel au f fah rb aren W agen d erart zu brennen, daß die W agen selbst durch das Feuer nicht angegriffen w urden. Die B eseitigung dieser Schwierigkeit ist dadurch erreicht worden, daß m an innerhalb des K analbrennofens den obern R aum , den eigentlichen B rennraum , von dem u n tern , in dem sich die Eisenteile der W agen, näm lich Achsen. Lager u n d R äd er befinden, in vollkom m ener Weise tren n te .
Abb. 1 stellt den L ängsschnitt, Abb. 2 den G rundriß des K analofens dar, w ährend in den Abb. 3 u n d 4 zwei
Q uerschnitte durch den Ofen w iedergegeben sind.
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A b b . 1.
A b b . 2.
Vor dem E ingang zum Ofen (rechts in Abb. 1) werden die W agen m it Ziegeln beladen. D er Ofen ist w ährend des B etriebes d au ern d in seiner ganzen Länge m it b e
ladenen W agen gefüllt. J e nach dem F o rtsch reiten des B rennprozesses w ird ein neuer W agen in den Ofen hineingeschoben, w odurch der gesam te O feninhalt um eine W agenlänge vorgerückt u n d am A usgangsende des Ofens ein W agen m it g e b ran n ten Ziegeln h e rau s
gedrückt wird. D as V orschieben der W agen erfolgt durch ein m echanisches W indew erk. An den W agen ist über den R ädern u nd Achsen eine eiserne P lattfo rm angebracht, auf der eine au s feuerfestem M aterial h er
gestellte sta rk e P la tte liegt. D a der Ofen im B etriebe dauernd vollständig m it W agen gefüllt ist, so bilden die aneinander stoßenden S c h a m o tte p la ttfo rm e n der einzelnen W agen eine zusam m enhängende F läche, die den B rennraum von dem W agenraum tre n n t. An den Längsseiten des Ofens erfolgt der A bschluß in folgender Weise. An den O fenw andungen sin d d ich t u n te rh a lb der beweglichen W ag en p lattfo rm en eiserne, m it Sand gefüllte R innen an g eb rach t (s. Abb. 3 u n d 4), S äm tliche Wagen sind an beiden Seiten m it a b w ä rts gerich teten Flacheisen versehen, die in den S and der R inne ein- tauchen u nd so auch w ährend der V orw ärtsbew egung
der W agen d au ern d einen dichten A bschluß des B renn
raum es gegen den d a ru n te r liegenden R aum bew irken Wie vollkom m en dieser Abschluß erreicht ist, dü rfte
Abb. 3.
