DE2204281B2 - Process for solidifying coal and / or rock in mining - Google Patents
Process for solidifying coal and / or rock in miningInfo
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- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
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- C04B28/32—Magnesium oxychloride cements, e.g. Sorel cement
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verfestigen von Kohle und/oder Gestein im Bergbau durch Injizieren einer nach ihrem Eindringen erhärtenden Dispersion, die aus 0,9 bis 3,5 Teilen Magnesiumoxid, einem Teil Magnesiumchlorid, einem Zusatzstoff und Wasser hergestellt ist, wobei der Wasseranteil einer Magnesiumchloridlösung von mehr als 1,22 g/cm3 spez. Gewicht entspricht.The invention relates to a method for solidifying coal and / or rock in mining by injecting a dispersion which hardens after it has penetrated and is made from 0.9 to 3.5 parts of magnesium oxide, one part of magnesium chloride, an additive and water, wherein the water content of a magnesium chloride solution of more than 1.22 g / cm 3 spec. Weight corresponds.
Ein solches Verfahren zum Verfestigen mittels der genannten als Sorelzement bekannten Stoffmischung wird der älteren deutschen Patentanmeldung P 21 34 722 zufolge im Salzbergbau angewandt, um Laugenzuflüsse zu sperren. Der Zusatzstoff ist ein Ammoniumsalz, das die Umwandlung des Magnesiumoxids verzögern soll.Such a method of consolidation by means of the above-mentioned mixture of substances known as Sorel cement is used according to the older German patent application P 21 34 722 in salt mining to To block lye inflows. The additive is an ammonium salt, which is the conversion of magnesium oxide should delay.
Zur Verfestigung kohäsionsanner, körniger Böden, in denen unterirdische Bauwerke errichtet werden sollen, ist aus »Bergbau-Wissenschaften« 1970, S. 290 bis 294, ein Injizieren dünnflüssiger Suspensionen auf Bentonit-Zement-Basis bekannt. Der Bentonit dient hier dem Zweck, die dünnflüssige Suspension zu stabilisieren und zu versteifen, so daß ein Absetzen der Zementpartikeln und ein Auslaufen der Suspension aus gröberem Geröll verhindert werden.For consolidating cohesive, granular soils, in which underground structures are to be erected is from "Bergbau-Wissenschaften" 1970, p. 290 to 294, an injection of thin-bodied suspensions based on bentonite-cement is known. The bentonite is used here the purpose of stabilizing and stiffening the liquid suspension, so that a settling of the Cement particles and a leakage of the suspension from coarser rubble are prevented.
Im Kohlebergbau wendet man Verfahren zur Gebirgsverfestigung insbesondere dort an, wo in Folge tektonischer Störungen Ausböschunger. des Kohlenstosses und Hangendausbrüche auftreten, die die Mechanisierung im Streb und ia den Strecken behindern und damit den Abbaufortschritt stark beeinträchtigen. In coal mining, methods of rock consolidation are used in particular where in a row tectonic faults eruptions. of the coal collision and hillside eruptions occur, which the Mechanization in the longwall and in general obstruct the routes and thus severely impair the progress of mining.
Die hier benutzten Verfestigungsverfahren sind mit verschiedenen erheblichen Mängeln behaftet.The consolidation processes used here suffer from various significant shortcomings.
Preßt man Zementmilch in gebräche Gesteinsschichten oder Kohlenstöße ein, so zwingt die langsame Abbindung des Zements zu langen Wartezeiten. Bei Verwendung von Wasserglas, auch in Verbindung mit Härtern, findet nur an uen mit Luft in Berührung kommenden Randzonen eine Verfestigung statt; im Inneren der Spalten und Risse bleibt das Wasserglas flüssig. Der auf diese Weise verfestigte Bereich ist zu klein, um die an den Gleitflächen im Kohlestoß und dem Nebengestein auftretenden Schubkräfte aufnehmen zu können. Die Verwendung nichtschäumender Kunstharze ist sehr teuer, außerdem erfassen auch Kunstherzeinpressuogen jeweils nur einen recht geringen Bereich. Das Einbringen schaumerzeugender Kunststoff mischungen in Bohrlöcher, die dann verschlossen werden, ist kostengüntsiger, führt aber wegen mangelnder Eigenfestigkeit und auch Ausbreitung desIf you press cement milk into layers of rock or coal, the slow setting of the cement forces you to wait long. When using water glass, also in conjunction with hardeners, solidification takes place only at uen coming into contact with air border zones; inside the crevices and cracks, the water glass remains liquid. The area solidified in this way is too small to be able to absorb the shear forces occurring on the sliding surfaces in the coal collision and the adjacent rock. The use of non-foaming synthetic resins is very expensive, and artificial heart impressions also only cover a very small area. The introduction of foam-producing plastic mixtures into boreholes, which are then closed, is more cost-effective, but leads to the lack of intrinsic strength and also spread of the
so Kunststoffschaums häufig zu keiner genügenden Verfestigung. plastic foam often does not solidify sufficiently.
Die Verfestigung durch Sorelzement ist demgegenüber wesentlich vorteilhafter. Die Abbindezeiten sind weitaus kurzer als bei Zement. Die InjektionsdispersionIn contrast, the consolidation by Sorel cement is much more advantageous. The setting times are much shorter than with cement. The injection dispersion
as breitet sich in weiten Zonen aus und härtet auch im
Inneren dieser Zonen durch. Die Kosten sind niedrig, denn es werden verhältnismäßig geringwertige Ausgangsstoffe
verwendet. Dabei wild eine außerordnetliche gute Verfestigung erzielt, und zwar besonders, da
das Injektionsmaterial nach seiner Erhärtung eine hohe Biegefestigkeit aufweist. Schließlich besteht im
Vergleich zu der in der Praxis überwiegend verbreiteten Anwendung von Kunststoffen noch der Vorteil einer
wesentlich einfacheren Handhabung der Injektionsdispersion, insbesondere wegen deren erst etwas später
einsetzender Erhärtung. Hiervon abgesehen hat das Verfahren über die Verfestigung hinaus noch eine
weitere, äußerst vorteilhafte Wirkung: Das Verfestigungsmittel wirkt in einem Kohlenstoß zugleich als
ein besonders gutes Brandschutzmittel, und zwar insbesondere, wenn ein Oberschuß an MgCl2 vorhanden
ist: das Magnesiumchlorid wirkt auch als Inhibitor gegenüber einer Selbstentzündung der Kohle.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß der Zusatz eines Bentonits beim Herstellen der Sorelzement-Injektionsdipersion
die Erhärtung beschleunigt. Diese Wirkung zeigt eine so exakte Abhängigkeit von der Menge des zugesetzten Bentonits, daß sich das
Erhärtungsverhalten der Injektionsdispersion äußerst zuverlässig und nach Belieben steuern läßt.he spreads in wide zones and also hardens inside these zones. The costs are low because relatively low-quality raw materials are used. In the process, an extraordinarily good solidification is achieved, especially since the injection material has a high flexural strength after it has hardened. Finally, in comparison to the predominantly widespread use of plastics in practice, there is still the advantage that the injection dispersion is much easier to handle, in particular because it does not harden until somewhat later. Apart from this, the process has a further, extremely advantageous effect beyond the solidification: The solidifying agent also acts as a particularly good fire retardant in a coal pile, especially when there is an excess of MgCl 2 : the magnesium chloride also acts as an inhibitor self-ignition of the coal.
Surprisingly, it has now been found that the addition of a bentonite when producing the Sorel cement injection dispersion accelerates the hardening process. This effect shows such an exact dependence on the amount of bentonite added that the hardening behavior of the injection dispersion can be controlled extremely reliably and at will.
Gemäß der Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, bei
dem als Zusatzstoff Bentonit verwendet wird.
Nach diesem Verfahren ist es möglich, die Aushärtungszeiten derart einzustellen, daß einerseits genügend
Zeit bleibt, die Einpreßvorrichtung einschließlich der Preßschläuche von einem Bohrloch zum nächsten zu
versetzen, ohne daß währenddem die in der Vorrichtung verbleibende Dispersion zu weit aushärtet undAccording to the invention, a method of the type mentioned at the outset is accordingly provided in which bentonite is used as an additive.
According to this method, it is possible to set the curing times so that on the one hand there is enough time to move the injection device including the compression hoses from one borehole to the next without the dispersion remaining in the device hardening too far
infolgedessen erst nach einer umständlichen Reinigung wieder weitergepumpt werden kann, andererseits aber die Verfestigung bald nach dem Einpressen einsetzt. In Folge der thixotropen Eigenschaften des Bentonits tritt außerdem bei Stillstand eine gewisse Versteifung der Flüssigkeit auf, die insofern erwünscht ist, als sie das Zurückfließen der eingepreßten Dispersion aus dem Gebirge eindämmt. In der Einpreßvorrichtung schadet diese Versteifung nicht, da sie bei erneutem Beginn desas a result, the pump can only continue to be pumped after laborious cleaning, but on the other hand solidification sets in soon after pressing. As a result of the thixotropic properties of bentonite occurs in addition, a certain stiffening of the liquid when it is at a standstill, which is desirable insofar as it does that Curbs the flow back of the injected dispersion from the mountains. Damage in the press-fit device this stiffening is not, as it would be when the
Pumpens im wesentlichen wieder verschwindet. Die Zusatzmengen werden im wesentlichen bis zu 25% betragen, meist zwischen 10 und 20% Der Bentonit kann in dem Ansatz für die InjekUonsdispersion das Magnesiumoxid zu einem Teil ersetzen. Seine Verwendung bringt damit zusätzlich einen Kostenvorteil und senkt außerdem die Wärmetönung beim Erhäitungsvorgang herab. Zu dem letzteren Zweck kann der Mischung auch noch ein Steinmehl, beispielsweise Kalkstaub in einer Körnung bis hinauf zu 0,1 mm, lr beigegeben werden. Von entscheidendem Einfluß ist bei der erfindungsgemäß hergestellten Injektionsdispersion das Verhältnis zwischen Magnesiumchlorid und Wasser, d. h. in dem Regelfalle der Verwendung einer Magnesiumchloridlösung deren spez. Gewicht. Weitaus die besten Festigkeitswerte erzeilt man mit konzentrierten Lösungen von 1,33 bis 1.34 g/cm3 spez. Gewicht. Als weitere Maßnahme zur Verringerung der bereits erwähnten Wärmeentwicklung kann man auch mit schwächer konzentrierten Lösungen, beispiels- ao weise von 1,30 g/cm3 arbeiten. Unter sonst günstigen Umständen kommt auch noch ein spez. Gewicht von 1,25 g/cm3 in Betracht. 1,22 g/cm3 dürften jedoch als eine Grenze anzusehen sein, unterhalb derer keine befriedigenden Festigkeiten mehr erzielt werden kön- as nen.Pumping essentially disappears again. The amounts added will essentially be up to 25%, mostly between 10 and 20%. The bentonite can partially replace the magnesium oxide in the formulation for the injection dispersion. Its use therefore also brings a cost advantage and also lowers the heat release during the heating process. To the latter end, the mixture may also be a stone dust, lime dust, for example in a grain size up to 0.1 mm, are added to lr. In the injection dispersion prepared according to the invention, the ratio between magnesium chloride and water is of decisive influence, that is to say, as a rule, when a magnesium chloride solution is used, its spec. Weight. By far the best strength values are obtained with concentrated solutions of 1.33 to 1.34 g / cm 3 spec. Weight. As a further measure to reduce the heat development already mentioned, it is also possible to work with less concentrated solutions, for example 1.30 g / cm 3 . Under otherwise favorable circumstances there is also a special. Weight of 1.25 g / cm 3 into consideration. 1.22 g / cm 3 should, however, be viewed as a limit below which satisfactory strengths can no longer be achieved.
Das Mengenverhältnis zwischen Magnesiumoxid und Magnesiumchlorid liegt vorzugsweise zw:schen 2:1 und 1:1. Der hierbei vorhandene Überschuß von nicht umgesetztem MgCI2 verhindert die Schrumpfung des Bindemittels und wirkt gleichzeitig inhibierend gegenüber einer Selbstentzündung der Kohle.The quantity ratio between magnesium oxide and magnesium chloride is preferably zw: rule 2: 1 and 1: 1. The excess of unreacted MgCl 2 present in this case prevents the binder from shrinking and at the same time has an inhibiting effect on the spontaneous combustion of the carbon.
Um außer der Verzahnung des Injektionsrnaterials mit den Unebenheiten der inneren Oberfläche des Gesteins oder der Kohle auch eine möglichst gute Klebwirkung zu erzielen, können dem Ansatz ferner entsprechende Klebmittel zugesetzt werden. Für diesen Zweck kommen unter anderem Carboximethylzellulosen, beispielsweise in einer Menge zwischen 0,1 und 5 %, in Betracht.In addition to the interlocking of the injection material with the unevenness of the inner surface of the Rock or coal can also use the approach to achieve the best possible adhesive effect Appropriate adhesives are added. Carboxymethyl celluloses, among others, are used for this purpose, for example in an amount between 0.1 and 5%.
Ferner kann unter Umständen durch Zugabe ober-"'ächenaktiver Stoffe, etwa in Mengen bis zu 3%, das Lindringvermögen der Injektionsflüs^ ^keit in das Gestein oder die Kohle verbessert werden.Furthermore, by adding surface-active substances, for example in amounts of up to 3%, the The ability of the injection fluid to penetrate the Rock or coal can be improved.
Die im folgenden angegebenen Versuche sollen die Erfindung weiter erläutern.The experiments given below are intended to explain the invention further.
Versuchsserie ITrial series I
Durch Einrühren verschiedener Mengen technischer gebrannter Magnesia in verschieden verdünnte technisehe Magnesiumchloridlösungen wurde unter Zugabe von 15% Bentonit eine Reihe von Ansätzen zur Gebirgsverfestigung hergestellt.By stirring different amounts of technical-grade burnt magnesia into differently diluted technical-grade magnesia Magnesium chloride solutions were used in a number of approaches with the addition of 15% bentonite Mountain consolidation established.
Die Ausgangsstoffe hatten folgende Beschaffenheit:The starting materials had the following properties:
55 Technische gebrannte Magnesia: 55 Technical Burnt Magnesia:
Chemische Analyse:Chemical Analysis:
GewichtsprozentWeight percent
Magnesiumoxid 86,4Magnesium oxide 86.4
Kalziumoxid 0,98 «"Calcium Oxide 0.98 «"
Schüttgewicht (lose, geschüttet): etwa 650 g/l.Bulk weight (loose, poured): approx. 650 g / l.
Technische Magnssiumchloridlösung:Technical magnesium chloride solution:
Chemische Analyse:Chemical Analysis:
GewichtsprozentWeight percent
Siliziumdioxid 0,04Silica 0.04
Eisen 0,05Iron 0.05
Kalzium 0,08Calcium 0.08
Magnesium 8,30Magnesium 8.30
Kalium .....,.,. 0,36Potassium .....,.,. 0.36
Natrium 0,54Sodium 0.54
Chlorid 24,43Chloride 24.43
Sulfat 1,44Sulfate 1.44
Wasser 64,78Water 64.78
Spez. Gewicht: 1,334 g/cm3 (konzentrierte
Lösung).Specific weight: 1.334 g / cm 3 (concentrated
Solution).
Bentonit:Bentonite:
Bayerischer Bentonit mit 50% MontmoriUo-Bavarian bentonite with 50% MontmoriUo-
nit und 10% Kaolinit.nit and 10% kaolinite.
Mit diesen Ansätzen wurden folgende Untersuchungen ausgeführt:With these approaches the following investigations were carried out:
1. Es wurde die Stabilität des Ansatzes in Bezug auf Entmischung ermittelt, indem nach 2 h Standzeit die Menge klarer Lösung bestimmt wurde, die sich über der Dispersion gebildet hatte.1. The stability of the batch with regard to segregation was determined by the Determined the amount of clear solution which had formed over the dispersion.
2. Zwei unglasierte Kacheln (19,6 · 19,6 · 4,1 mm) wurden jeweils an einer ihrer quadratischen Oberflächenseiten mit der angesetzten Dispersion benetzt, mit den benetzten Seiten aufeinander gelegt und in Berührung miteinander 24 h stehen gelassen. Danach wurde die Scherfestigkeit der Verbindungsstelle ermittelt. 2. Two unglazed tiles (19.6 x 19.6 x 4.1 mm) were each placed on one of their square surface sides wetted with the prepared dispersion, placed with the wetted sides on top of one another and in Left in contact with each other for 24 hours. The shear strength of the joint was then determined.
3. Die Ansätze wurden in Formen von 20 · 20 · 200 mm gegossen. Anschließend wurde die Biegefestigkeit des nach dem Entformen erhaltenen Prüfkörpers bei mittiger Belastung und 100 mm Abstand der Auflagen bestimmt, wobei die Zeit vom Ansetzen der Dispersion bis zur Prüfung der Festigkeit ebenfalls 24 h betrug.3. The batches were poured into molds measuring 20 x 20 x 200 mm. Subsequently, the flexural strength of the test specimen obtained after demolding with a central load and a distance of 100 mm between the supports determined, the time from preparation of the dispersion to testing the strength was also 24 hours.
4. Es wurde der Anstieg der Reaktionstemperatur in Abhängigkeit von der Zeit gemessen.4. The increase in the reaction temperature as a function of time was measured.
Die Mischungsverhältnisse der Ansätze und die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle sowie auf dem Kurvenblatt Fig. 1 wiedergegeben.The mixing ratios of the batches and the results are shown in the table below as well reproduced on the curve sheet Fig. 1.
Die Mischungsverhältnisse sowie der Temperaturverlauf sind dem Kurvenblatt Fig. 2 zu entnehmen.The mixing ratios and the temperature profile can be found in the graph in FIG. 2.
Die Kurven in Fig. 2 zeigen, mit welcher Genauigkeit und in welch weiten Bereichen sich der Erhärtungsverlauf durch Bentonitzusatz steuern läßt.The curves in FIG. 2 show the accuracy and the wide range of the hardening process can be controlled by the addition of bentonite.
a -si*a -si *
2:2:
2:2:
2:2:
3,5:3.5:
3,5:3.5:
3,5:3.5:
1.34 1,19 1,13 1,34 1,19 1.131.34 1.19 1.13 1.34 1.19 1.13
13 3513th 35
1 41 4th
20 15 10 30 26 1320th 15th 10 30th 26th 13th
100 39 15100 39 15th
135 49 25135 49 25th
Die Tabelle läßt erkennen, daß die erfindung<gemäß mit hochkonzentrierter Magnesiumchloridlösung hergestellten Ansätze 1 und 4 im wesentlichen keine Entmischung gezeigt und sowohl gute Scherfestigkeit als auch, was besonders ins Gewicht fällt, gute Biegefestigkeit ergeben haben. Die Ansätze 2 und 3 sowie 5 und 6, die mit Magnesiumchloridlösungen von außerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs liegendem spez. Gewicht hergestellt worden sind, haben sich beim Gewichtsverhältnis MgOiMgCl^ wie 2:1 stark entmischt und sämtlich zu unzureichenden Festigkeiten geführt.The table shows that the invention <according to Batches 1 and 4 produced with highly concentrated magnesium chloride solution, essentially no segregation shown and both good shear strength and, what is particularly important, good flexural strength have revealed. Approaches 2 and 3 as well as 5 and 6, those with magnesium chloride solutions from outside of the range according to the invention lying spec. Weight have been made when Weight ratio MgOiMgCl ^ like 2: 1 strongly segregated and all led to inadequate strengths.
Pig. I zeigt an Hand der Reaktionstemperaturen, daß auch die Erhärtung der Mischung umso eher erfolgt, je höher das spezifische Gewicht der verwendeten Magnesiumchloridlösung ist. Ferner läßt sich den betreffenden Kurven entnehmen, daß die Mischung auch bei höherem Verhältnis MgO: MgCI2 früher erhärtet.Pig. I shows on the basis of the reaction temperatures that the hardening of the mixture also takes place more quickly, the higher the specific weight of the magnesium chloride solution used. Furthermore, it can be seen from the relevant curves that the mixture hardens earlier even at a higher MgO: MgCl 2 ratio.
Ein Vergleich der Kurven mit dem hier nicht wiedergegebenen Erhärtungsverlauf bei Mischungen ohne Bentonit ergibt, daß sich der Bentonitzusatz umso mehr auswirkt, je höher das spez. Gewicht der beim Ansatz verwendeten Magnesiumchloridlösung ist.A comparison of the curves with the hardening process, not shown here, for mixtures without Bentonite shows that the addition of bentonite has a greater effect, the higher the spec. Weight of the Approach used is magnesium chloride solution.
Versuchsserie IITrial series II
Durch Einrühren von Magnesia (gefällt) in technische Magnesiumchloridlösung von 1,33 g/cm3 spez.
Gewicht in einem Gewichtsverhältnis Magnesia zu Lösung = 1:3 und Zugabe von verschiedenen Mengen
Bentonitmehl wurde eine weitere Reihe von Injektionsdispersioneri
hergestellt. Die durch Fällen und anschließendes Brennen erhaltene Magnesia hatte einen Magneüiumoxid-Gehalt
von 91,1%, einen Kalziumoxid-Gehalt von 1,08% und ein Schüttgewicht von (lose, geschüttet)
etwa 220 g/l.
Es wurde der Anstieg der Reaktionstetnperatur inBy stirring magnesia (precipitated) into technical magnesium chloride solution of 1.33 g / cm 3 spec. Weight in a weight ratio of magnesia to solution = 1: 3 and the addition of various amounts of bentonite flour, another series of injection dispersions was produced. The magnesia obtained by precipitation and subsequent firing had a magnesium oxide content of 91.1%, a calcium oxide content of 1.08% and a bulk density of (loose, poured) about 220 g / l.
The rise in the reaction temperature in
ίο Abhängigkeit von der Zeit bestimmt.ίο determined by the time.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann übrigens auch dazu benutzt werden, Rißstrukturen in Kohl« und Gestein durch Anschnitte sichtbar zu machen. Damit können z. B. Fragen der Wasserverteilung bei der Kohlenstoßtränkung und ausbautechnischen Fragen gelöst werden.The method according to the invention can also be used to create crack structures in cabbage « and to make rock visible through cuts. This z. B. Questions about water distribution the coal impregnation and expansion issues are solved.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (5)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19722204281 DE2204281C3 (en) | 1972-01-29 | Process for solidifying coal and / or rock in mining | |
| BE172730A BE848784Q (en) | 1972-01-29 | 1976-11-26 | PROCESS FOR CONSOLIDATION OF COAL AND / OR ROCK IN MINES, |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19722204281 DE2204281C3 (en) | 1972-01-29 | Process for solidifying coal and / or rock in mining |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2204281A1 DE2204281A1 (en) | 1973-08-02 |
| DE2204281B2 true DE2204281B2 (en) | 1975-07-31 |
| DE2204281C3 DE2204281C3 (en) | 1976-03-04 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0008127A1 (en) * | 1978-08-12 | 1980-02-20 | Saarbergwerke Aktiengesellschaft | Process for consolidating coal and/or rock in mines |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0008127A1 (en) * | 1978-08-12 | 1980-02-20 | Saarbergwerke Aktiengesellschaft | Process for consolidating coal and/or rock in mines |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BE848784Q (en) | 1977-03-16 |
| DE2204281A1 (en) | 1973-08-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |