Wissensspeicher Bergbautechnologie (1974) - WordPress.com

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Wissensspeicher Bergbautechnologie

Von Dipl.-Ing. Horst Roschlau und Dipl.-Ing. Wolfram Heintze Mit 341 Bildern und 96 Tabellen

VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig

„Als berufsbildende Literatur für verbindlich erklärt“

Stellvertreter des Generaldirektors der SDAG Wismut Karl-Marx-Stadt 15. 4. 1974

Herausgeber:

SDAG Wismut, Karl-Marx-Stadt

Bei der Begutachtung des Wissensspeichers wirkten mit: Berging. Josef Gsik, VEB Mansfeld Kombinat Wilhelm Pieck

Oberlehrer Hans-Joachim Haberkorn, SDAG Wismut Dipl.-Ing. Günter Kohlweyer, VEB Kombinat Kali Dipl.-Ing. Bernhard

Konietzky, SDAG Wismut Berging. Herbert Schmidt, VEB Kombinat Kali Bering. Rolf Taubert, SDAG Wismut

1. Auflage

©VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig VLN 152-915/1/75

LSV 3152/3162

Printed in the German Democratic Republic

Satz und Druck: Fachbuchdruck Naumburg (Saale) IV-26-14 Bestell-Nr.: 541 000 3

Links

Grube Brunndöbra

Logos Bergbau

Arbeitsmittel unter Tage

Videos Grube Brunndöbra

Animationen Bergbau

1


Vorwort

Bei der Erfüllung der vom VIII. Parteitag der Sozialistischen Einheitspartei Deutschlands gestellten Hauptaufgabe leisten die

Bergleute der Deutschen Demokratischen Republik einen wichtigen Beitrag.

In den Bergwerken unserer Republik wird mit moderner Technik und nach neuen Technologien produziert.

Die enge Zusammenarbeit in der sozialistischen Staatengemeinschaft auf allen Gebieten ist ein Garant für deren

Weiterentwicklung.

Die Meisterung der modernen Technik und Technologie bedingt ständig steigende Anforderungen an das Wissen

und Können und an das sozialistische Bewusstsein aller Bergleute. Im Ausbildungsberuf

» Facharbeiter für Bergbautechnologie»

werden dem Lernenden die neuesten politischen und fachlichen Kenntnisse vermittelt, die der Bergmann zur Ausübung seiner

verantwortungsvollen, interessanten Arbeit benötigt.

Der vorliegende WissensspeicherBergbautechnologie“ dient der weiteren Vervollständigung der speziellen berufsbildenden

Literatur für diesen Beruf, zu der bisher die Literaturreihe

» Bergbautechnologie «, das Lehrbuch

»Geologisches Grundwissen « und eine Reihe von Arbeitsblättern gehören.

Er enthält den für den »Facharbeiter für Bergbautechnologie« erforderlichen Wissensstoff in zusammengefasster

Form. Eine Vielzahl von Bildern und Tabellen erhöht die Anschaulichkeit.

Der Wissensspeicher Bergbautechnologie Ist nicht nur ein Nachschlagewerk für den in der Ausbildung befindlichen Lehrling,

sondern er Ist gleichermaßen ein wertvolles Handbuch für die Weiterbildung der Facharbeiter und Meister.

Das Lehrbuch wurde in enger Gemeinschaftsarbeit zwischen der SDAG Wismut, des VEB Mansfeld-Kombinat »Wilhelm

Pieck« und des VEB Kombinat Kali in relativ kurzer Zeit erarbeitet Diesem Kollektiv sowie dem VEB Deutscher Verlag für

Grundstoffindustrie danken wir für die termingerechte Fertigstellung in guter Qualität.

Lernenden und Lehrenden wünschen wir bei der Arbeit mit dem Wissensspeicher

»Bergbautechnologie« recht viel Erfolg.

Raabe

Stellvertreter des Generaldirektors der SDAG Wismut

Bringmann

Direktor für Kader und Bildung

des VEB Mansfeld-Kombinat „W. Pieck“

Rosenbaum

Direktor für Kader und Bildung

des VEB Kombinat Kali

2


Inhaltsverzeichnis

Wissensspeicher Bergbautechnologie ................................................................................................................................................. 1

Links ................................................................................................................................................................................................... 1

Vorwort ............................................................................................................................................................................................... 2

Inhaltsverzeichnis ............................................................................................................................................................................... 3

1. Auf-und Untersuchen von Lagerstätten ...................................................................................................................................... 6

1.1. Einführende-Begriffserläuterungen – Übersicht ................................................................................................................ 6

1.2. Grundlagen ........................................................................................................................................................................ 6

1.2.1. Anzeichen für Lagerstätten ........................................................................................................................................... 6

1.2.2. Aufschlüsse ................................................................................................................................................................... 7

1.2.3 Geologische Kartierung .............................................................................................................................................. 10

1.2.4. Bemusterung ............................................................................................................................................................... 11

1.2.5. Untersuchungsmethoden ............................................................................................................................................. 12

1.3. Erkundungsprozess .......................................................................................................................................................... 16

1.3.1. Geologische Suche und Erkundung ............................................................................................................................ 16

1.3.2. Grubengeologie ........................................................................................................................................................... 17

1.4. Auswertung ..................................................................................................................................................................... 17

2. Gewinnung ................................................................................................................................................................................ 18

2.1. Gewinnung mit dem Abbauhammer ................................................................................................................................ 19

2.2. Bohr und Sprengarbeit ..................................................................................................................................................... 19

2.2.1. Bohrverfahren ............................................................................................................................................................. 19

2.2.2. Bohrgeräte ................................................................................................................................................................... 22

2.2.3. Bohrwagen ...................................................................................................................................................................... 33

2.2.4. Maschinelle Hilfseinrichtungen ....................................................................................................................................... 38

2.2.5. Sprengarbeiten ................................................................................................................................................................ 41

2.3 Maschinelle Gewinnung ................................................................................................................................................... 59

2.3.1. Maschinelle Gewinnung im Abbau ................................................................................................................................. 59

2.3.2. Maschinelle Gewinnung im Horizontalvortrieb ........................................................................................................... 59

2.3.3. Maschinelle Gewinnung in vertikalen und geneigten Grubenbauen ............................................................................ 62

2.4 Sonstige Gewinnungsverfahren ........................................................................................................................................ 65

2.4.1. Lösen von Salzen ............................................................................................................................................................. 65

2.4.2. Laugung von Erzen ......................................................................................................................................................... 65

3 Grundlagen der Gebirgsmechanik ............................................................................................................................................. 66

3.1. Grundbegriffe und Aufgaben der Gebirgsmechanik .............................................................................................................. 66

3.2 Spannungszustände im Gebirge....................................................................................................................................... 67

3.2.1. Primärer Spannungszustand ............................................................................................................................................ 67

3.2.2. Sekundärer Spannungszustand ........................................................................................................................................ 69

3.3 Geomechanische Materialeigenschaften ....................................................................................................................... 71

3.4 Praktische Bedeutung der Gebirgsmechanik für den Bergbau ........................................................................................ 74

3.5 Arbeitsmethoden der Gebirgsmechanik .......................................................................................................................... 75

4. Grubenausbau ........................................................................................................................................................................... 78

4.1. Aufgaben, allgemeine Definitionen und Einteilungen ...................................................................................................... 78

4.2. Ausbaustoffe .................................................................................................................................................................... 81

4.3. Stützausbau ...................................................................................................................................................................... 85

4.4. Ankerausbau .................................................................................................................................................................... 90

3


4.5. Spritzbetonausbau ........................................................................................................................................................... 94

4.6. Schachtausbau ................................................................................................................................................................. 96

5. Grubenbewetterung ................................................................................................................................................................... 99

5.1 Begriffsbestimmungen – allgemeine Grundlagen ........................................................................................................... 99

5.1.1. Aufgaben der Grubenbewetterung................................................................................................................................... 99

5.1.2. Wetterbedarf .................................................................................................................................................................... 99

5.1.3. Einige physikalische Eigenschaften der Wetter ............................................................................................................. 100

5.2. Durchführung der Grubenbewetterung .......................................................................................................................... 103

5.2.1. Grubenlüfter .................................................................................................................................................................. 104

5.2.2. Bewetterungssysteme .................................................................................................................................................... 108

5.2.3. Wetterströme und ihre Berechnung .............................................................................................................................. 109

5.2.4. Überwachung der Wetterführung .............................................................................................................................. 115

5.2.5. Grubenklima ............................................................................................................................................................. 121

5.2.6. Verteilung der Wetter ................................................................................................................................................ 124

5.2.7. Sonderbewetterung........................................................................................................................................................ 126

5.3. Selbstretter ..................................................................................................................................................................... 127

6. Grubenrettungswesen .............................................................................................................................................................. 128

6.1. Organisation .................................................................................................................................................................. 128

6.2. Anforderungen an Grubenwehrmitglieder ..................................................................................................................... 128

6.3. Ausrüstungen ................................................................................................................................................................. 129

7. Verhüten und Bekämpfen von Grubenbränden ....................................................................................................................... 131

7.1. Arten von Grubenbränden ............................................................................................................................................. 131

7.2. Vorbeugender Brandschutz ........................................................................................................................................... 131

7.3. Verhalten bei Grubenbränden ........................................................................................................................................ 134

7.4. Brandbekämpfung ......................................................................................................................................................... 134

8. Bergmännische Wasserwirtschaft ........................................................................................................................................... 135

8.1. Aufgaben und Bedeutung .............................................................................................................................................. 135

8.2. Herkunft von Grubenwässer .......................................................................................................................................... 136

8.3. Maßnahmen zum Verhüten hydraulischer Gefahren ..................................................................................................... 137

8.4. Wasserhaltungsanlagen ................................................................................................................................................. 139

8.4.1. Theoretische Grundlagen .......................................................................................................................................... 139

Sonderpumpen ........................................................................................................................................................................ 144

Rohrleitungen, Absperrorgane ................................................................................................................................................ 145

9. Laden und Fördern .................................................................................................................................................................. 146

9.1. Allgemeines über Ladearbeiten ..................................................................................................................................... 146

9.2. Lademaschinen .............................................................................................................................................................. 146

9.2.1. Grundlegende Bauelemente .......................................................................................................................................... 146

9.2.2. Aufbau, Arbeitsweise, Vorteile und Kenndaten ausgewählter Lademaschinen ........................................................ 149

9.3. Kennziffern zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Lademaschinen .................................................................... 157

9.4. Organisationsformen bei den Ladearbeiten – Einsatzbereiche von Lademaschinen ..................................................... 158

9.5. Allgemeines über Förderarbeiten .................................................................................................................................. 163

9.6. Maschinen und Einrichtungen der Förderung ............................................................................................................... 165

9.6.1 Stetigförderer ............................................................................................................................................................ 165

9.6.2. Pendelförderer ........................................................................................................................................................... 169

9.7. Förderleistungen ............................................................................................................................................................ 191

10. Aus- und Vorrichtung ........................................................................................................................................................ 192

4


10.1. Ausrichtung von der Tagesoberfläche ........................................................................................................................... 192

10.2. Aus- und Vorrichtung in der Sohlenebene .................................................................................................................... 200

10.3. Aus- und Vorrichtung zwischen den Sohlen ................................................................................................................. 202

11. Abbau ................................................................................................................................................................................. 205

11.1. Auswahl eines Abbausystems ....................................................................................................................................... 205

11.2. Einige Grundbegriffe ..................................................................................................................................................... 206

11.3. Abbauverfahren ............................................................................................................................................................. 207

11.4. Technologien der untertägigen Laugung ....................................................................................................................... 218

11.5. Technologien des Lösens .............................................................................................................................................. 219

11.6. Versatz ........................................................................................................................................................................... 221

12. Aufbereitung ...................................................................................................................................................................... 223

12.1. Bedeutung der Aufbereitung und Kennzeichnung des Aufbereitungserfolgs................................................................ 223

12.2. Verfahrensgruppen ........................................................................................................................................................ 224

12.2.1. Zerkleinern............................................................................................................................................................ 225

12.2.2. Klassieren ............................................................................................................................................................. 228

12.2.3. Anreichern ............................................................................................................................................................ 230

12.2.4. Ergänzende Verfahren .......................................................................................................................................... 234

13. Gesundheits- und Arbeitsschutz ........................................................................................................................................ 235

13.1. Gesundheits- und Arbeitsschutz-humanitäres Grundanliegen des sozialistischen Staates ............................................ 235

13.2. Rechtliche Grundlagen des Gesundheits- und Arbeitsschutzes ..................................................................................... 237

13.3. Organe des Gesundheits- und Arbeitsschutzes sowie des Brandschutzes ..................................................................... 238

13.4. Verhüten von Arbeitsunfällen und Berufskrankheiten .................................................................................................. 238

13.5. Verhalten bei Arbeitsunfällen ........................................................................................................................................ 240

13.6. Arbeitshygiene............................................................................................................................................................... 240

13.6.1. Staubbekämpfung ................................................................................................................................................. 240

13.6.2. Lärm-und Schwingungsabwehr ............................................................................................................................ 245

13.6.3. Strahlenschutz ............................................................................................................................................................. 247

13.6.4. Beleuchtung und Farbgebung ..................................................................................................................................... 247

Übersicht der verwendeten Formelzeichen und Symbole ............................................................................................................... 249

Quellenhinweise .............................................................................................................................................................................. 253

5


1. Auf-und Untersuchen von Lagerstätten

1.1. Einführende-Begriffserläuterungen – Übersicht

Zielstellung aller Arbeiten im Rahmen des Auf-und Untersuchens von Lagerstätten: Rohstoffvorräte aufzufinden, damit sie für die

Volkswirtschaft planmäßig und rationell genutzt werden können.

Diese grundsätzliche Zielstellung zu erfüllen, erfordert eine enge Zusammenarbeit verschiedener Spezialisten, so z. B. Geologen,

Geophysiker, Bergleute, Bohrtechniker u. a.. Gegenstand der Auf-und Untersuchungsarbeiten ist der Erkundungsprozess, dieser

muss durch eine richtige Anwendung und den Einsatz der Grundlagen sowie der Auswertung der Ergebnisse gesichert sein.

1.2. Grundlagen

1.2.1. Anzeichen für Lagerstätten

In allen Etappen der Suche, Erkundung und Nutzung sind Kenntnisse über die Grundlagen anzuwenden, um eine Prüfung und

Kontrolle der geologischen Körper vorzunehmen. Lagerstätten und Mineralvorkommen sind natürliche Mineralkonzentrationen in

der Erdrinde, die sich an bestimmten Stellen bilden können und hinsichtlich ihrer Form, ihrer Lage und ihres Inhaltes starken

Schwankungen unterworfen sind.

Faktoren, welche

die Bildungsmöglichkeiten von Mineralkonzentrationen an einer bestimmten Stelle anzeigen und

die Mineralkonzentrationen selbst anzeigen.

6


Indikatoren

1.2.2. Aufschlüsse

Einteilung der geologischen Aufschlüsse:

Bergmännische Aufschlüsse

Die bergmännischen Aufschlüsse sind kostenaufwendig und oft mit erheblichem technischem Aufwand verbunden,

besonders bei größeren Teufen.

Vorteile:

‣ geschaffene Hohlräume können befahren werden

‣ ausreichend Probenmaterial

‣ genauere Lokalisierung

‣ beliebige Fortsetzung der Aufschluss arbeiten je nach Erfordernissen

Während Schürfgräben, Schürfschächte und Schürfstolln als bergmännische Aufschlussarbeiten meist bei geringer Bedeckung

und geeignetem Relief vorwiegend zur Suche und Erkundung angewendet werden, haben Aus- und Vorrichtungsgrubenbaue

und Abbaue vor allem zur geologischen Informationsgewinnung während der Aufschlussarbeiten und der Gewinnung von

Bodenschätzen Bedeutung. Durch systematisch betriebene bergmännische Aufschlussarbeiten werden vor allem untersucht:

7


Aus- und Vorrichtungsbaue sowie Abbaue in Art und Form entsprechend den spezifischen Lagerstättenbedingungen

‣ Art und Mächtigkeit des Deckgebirges

‣ Ausdehnung und Mächtigkeit der Lagerstätte, ihr Einfallen und Streichen, ihre Lage im Gebirge und ihre Teufe

‣ Verteilung der nutzbaren Komponenten

‣ technische Störungen

‣ hydrogeologische Verhältnisse in der Lagerstätte und im Nebengestein

Aufschluss durch Bohrungen

Bohrungen sind bei der Suche und Erkundung geologischer Körper von besonderer Bedeutung, insbesondere wenn diese durch

ein mächtiges Deckgebirge überlagert werden.

Bohrungen werden sowohl von über Tage aus als auch von unter Tage aus angesetzt. Sie ermöglichen unmittelbare

geophysikalische Messungen am Gestein (Bohrlochgeophysik) und gestatten eine genaue Kartierung der durchteuften Schichten.

Seiger- und Schrägbohrung

Netzförmiges Abbohren einer Lagerstätte

An Hand der Ergebnisse geologischer Voruntersuchungen werden Ansatzpunkt und Netzdichte der Bohrungen ermittelt. Die

Ergebnisse der Seigerbohrungen können durch Schrägbohrungen ergänzt werden.

Eine Bohrlochablenkung ist eine beabsichtigte Abweichung des Bohrloches von seiner bisherigen Richtung. Sie wird durch das

Setzen von Keilen bewirkt.

Fächerbohrung durch mehrmaliges Ablenken eines Bohrlochs

8


Damit kann aus einem Bohrloch heraus ein Fächer gebohrt und somit ein geologischer Körper an mehreren Stellen untersucht

werden.

Die Auswahl geeigneter Bohrverfahren wird von vielen technischen, geologischen und ökonomischen Faktoren beeinflusst.

Das Rotary-Bohrverfahren unter Anwendung einer Spülungszirkulation gehört zu den verbreitetsten Bohrverfahren bei

geologischen Aufschlussarbeiten.

Je nach Bewegungsablauf einer im Bohrloch zirkulierenden Bohrspülung (meist Wasser oder Tonsuspensionen) wird zwischen

Normalspülung (Linksspülung) und der Umkehrspülung (Rechtsspülung) unterschieden.

Bei Normalspülung wird die Spülflüssigkeit in das hohle Gestänge gepumpt und nach dem Austritt am Bohrwerkzeug, beladen

mit dem erbohrten Gesteinsteilchen, im Ringraum zwischen Bohrgestänge und Bohrlochwandung gefördert.

Bohrverfahren

9


Prinzipielle Darstellung

der Normalspülung

der Umkehrspülung im Bohrloch

Die wichtigsten Aufgaben der zirkulierenden Bohrspülung:

‣ Bohrgutaustrag und Fixierung bei Stillstand des Bohrwerkzeugs

‣ Kühlung des Bohrwerkzeugs

‣ Stützung der Bohrlochwandung

‣ Erzielung eines Flüssigkeitsdruckes als Lagerstättengegendruck (bei Erdöl- und Erdgasbohrungen)

Durch den Einsatz eines flexiblen Bohrgestänges (einem Bohrschlauch) und eines dazu geeigneten Bohrlochsohlenmotors

(Turbinenbohren) zeichnen sich beim herkömmlichen Bohren neue Entwicklungen ab.

Moderne und bewährte Bohrverfahren werden noch wesentlich Leistungssteigerungen erfahren, unkonventionelle Arbeitsweisen

bei der Zerstörung der Gesteine (z. B. Erosionsbohren) stehen erst am Anfang ihrer Entwicklung.

1.2.3 Geologische Kartierung

Die geologische Kartierung beinhaltet die Erfassung und Auswertung aller geologischen Informationen, die durch die

Aufschlussarbeiten gesammelt werden. Grundlage des geologischen Kartenwerkes bilden die geologischen Messtischblätter mit

den dazugehörigen Erläuterungen in Berichtsform.

10


Prinzip einer Bohranlage mit flexiblem Bohrgestänge (Bohrschlauch)

Erfasst werden vor allem:

‣ Verbreitung stratigraphischer Horizonte

‣ Verlauf wichtiger tektonischer Linien

‣ Verbreitung von petrographischen bzw. fazialen Einzelheiten

1.2.4. Bemusterung

Durch die Bemusterung werden die Zusammensetzung und die Eigenschaften eines mineralischen Rohstoffes untersucht und

die Abgrenzung von Rohstofforten ermöglicht. Sie stellt eine notwendige Ergänzung der geologischen Kartierung dar.

Die Bemusterung umfasst die Arbeitsgänge

‣ Probennahme

‣ Probenvorbereitung

‣ Probenuntersuchung

‣ Kontrolle

Moderne Verfahren der Bemusterung ermöglichen die Bestimmung einzelner Parameter direkt am anstehenden Gestein unter

Wegfall der Arbeitsgänge Probennahme und Probenvorbereitung. Diese Verfahren werden im Gegensatz zu den Laborverfahren

als Feldverfahren bezeichnet.

11


Bemusterung fester mineralischer Rohstoffe

1.2.5. Untersuchungsmethoden

Es werden geologische, geochemische und geophysikalische Methoden unterschieden. Art und Form des zu untersuchenden

geologischen Körpers als Gesamtheit sowie die Erkundungsetappe entscheiden über die Anwendung einer Methode oder über

deren sinnvolle Kombination. Dur die Untersuchungs- bzw. Erkundungsmethoden sind neben Art und Form vor allem Größe und

Lage, Zusammensetzung, Alter und Genese (Entstehung) einer Mineralkonzentration zu bestimmen.

Während die geochemische und geophysikalischen Methoden vorwiegend qualitative Aussagen bringen, kann man über

geologische Methoden zu quantifizierten Aussagen kommen.

Geologische Methoden sind direkte Verfahrene. Sie untersuchen mit Mitteln der Bemusterung und Kartierung die

Bergbautechnologie.

Einflussfaktoren auf die Größe des Messeffektes geophysikalischer Methoden

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Gesetzmäßigkeiten, die zur Bildung von Mineralkonzentrationen führen.

Mit geochemischen Methoden werden die Gesetzmäßigkeiten untersucht, nach denen die chemischen Elemente in der Erde

verteilt sind. Die Auswertung der Untersuchungsergebnisse lässt Schlüsse auf das Vorhandensein von Lagerstätten zu.

Geophysikalische Methoden nutzen unterschiedliche physikalische Eigenschaften der Gesteine wie

‣ Dichte

‣ elektrische Leitfähigkeit

‣ Schallgeschwindigkeit

‣ Magnetisierbarkeit

‣ Wärmeleitfähigkeit u. a.

Jeder geologische Körper wird von einem physikalischen Feld umgeben, das umso intensiver ist, je deutlicher sich

Prinzip der Gravimetrie

Messen der elektrischen Leitfähigkeit

a) Eigenpotentialfeld eines Erzkörpers;

b) Messung des spezifischen Bodenwiderstands

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Prinzip der magnetischen Messung

a) Prinzip der magnetischen Feldwaage

b) Messbeispiel

Messen der Schallgeschwindigkeiten (Ausbreitung seismischer Wellen)

die physikalischen Eigenschaften des geologischen Körpers von denen seiner Umgebung abzeichnen. Das physikalische Feld ist

messbar, aus den Messergebnissen kann auf den geologischen Körper geschlossen werden. Die Größe des Messwertes

(Feldstörung oder Anomalie) wird außerdem von der Mächtigkeit und der Masse des geologischen Körpers und vom Abstand

der Einlagerung zum Punkt der Messung bestimmt.

In Abhängigkeit davon, welches physikalische Feld man untersuchen will, bedient man sich verschiedener Methoden:

‣ der Gravimetrie (Dichtmessung)

‣ der Elektrik (Messen der elektrischen Leitfähigkeit)

‣ der Seismik (Messen der Schallgeschwindigkeit)

‣ der Thermometrie (Messen der Wärmeleitfähigkeit)

‣ der Radiometrie (Messen der Radioaktivität)

14


Tabelle 1.1. Übersicht über physikalische Methoden

Geophysikalische Bohrlochmessung

Bei der geophysikalischen Bohrlochmessung werden die oben genannten Methoden zur Beprobung eines Bohrloches

einzeln oder in Kombination angewendet, charakteristisch für Bohrlochmessungen sind:

der spezielle Messgerätebedarf (Sonden)

der Einflussbereich eines Messpunktes durch vollkommene Gesteinsummantelung

der hohe apparative Aufwand (fahrbare Bohrlochmessstationen)

die Ergänzung der Messausstattung für technische Messungen (Winkel- und Kalibermessung)

Damit lässt sich aus einem Bohrloch eine Vielzahl von Informationen gewinnen und maschinell auswerten.

Ratiometrische Bohrlochsonde

Geophysikalische Bohrlochmessungen sind effektive Feldverfahren.

15


1.3. Erkundungsprozess

Der Erkundungsprozess besteht aus

‣ Suche und Erkundung von Lagerstätten

‣ Grubengeologie

Ziel der Suche und Erkundung: in kurzer Zeit mit möglichst geringem Aufwand ein Maximum an nutzbaren Vorräten

nachzuweisen

Ziel der Grubengeologie: geologische Grundlagen für eine rationelle Lagerstättennutzung zu schaffen.

Tabelle 1. 2. Erkundungsetappen, -objekte und –aufgaben

1.3.1. Geologische Suche und Erkundung

Erkundungsablauf

Erkundungssystematik

Der Erkundungsablauf legt die Arbeitsschritte vom Ausgangspunkt der Erkundung bis zur eingehenden Erkundung fest.

Die Einhaltung einer bestimmten Erkundungssystematik ist notwendig, um die in jeder Etappe gestellten Aufgaben eindeutig und

mit geringstem Aufwand zu lösen und die folgerichtige Ergänzung der Arbeiten in den anschließenden Erkundungsetappen zu

sichern. Die geologische Informationsgewinnung trägt betont statistischen Charakter, da die Summe der Einzelinformationen aus

den Aufschlüssen eine Stichprobe darstellt, aus der auf die Eigenschaften der gesamten Lagerstätten geschlossen wird.

Wichtige Festlegungen der Erkundungssystematik in Abhängigkeit von geologischen Gesetzmäßigkeiten und den Anforderungen

an die Erkundung sind:

‣ Art und Anzahl der Aufschlüsse

‣ räumliche Verteilung der Aufschlusspunkte

16


Die Festlegung der einzusetzenden Untersuchungsmethoden erfolgt nach:

‣ den zu untersuchenden geologischen Parametern und der Art der Lagerstätte

‣ den Genauigkeitsanforderungen entsprechend der Aufgabenstellung.

1.3.2. Grubengeologie

Art und Anzahl, räumliche Verteilung der Aufschlüsse sowie


Auswahl der Untersuchungsmethoden sind Festlegungen der Erkundungssystematik

Die Lagerstättenerkundung findet in den betriebsgeologischen Arbeiten ihre logische Fortsetzung. Ziele dabei sind:

‣ Planung und Steuerung des Lagerstättenaufschlusses sowie des Abbaues

‣ Planung und Sicherung der vorgesehenen Produktion sowohl mengen- als auch qualitätsmäßig

‣ Verbesserung der Arbeitsbedingungen und Erhöhung der Grubensicherheit Gewährleistung des Lagerstättenschutzes

Dazu ist es notwendig,

‣ die bergmännisch geschaffenen Aufschlüsse geologisch zu kontrollieren und zu dokumentieren

‣ das geologische Grubenrisswerk zu ergänzen

‣ durch operative geologische Arbeiten die bergmännischen Arbeiten direkt zu beeinflussen

‣ die Steuerung und die Kontrolle der Gewinnung der Lagerstätte durch Qualitäts- und Quantitätsparameter zu

bestimmen.

1.4. Auswertung

Klassifikation der Lagerstättenvorräte fester mineralischer Rohstoffe der DDR

Berechnung und Klassifikation der Vorräte

Die Vorratsrechnung hat die Aufgabe, die erkundeten Rohstoffsorten mengenmäßig zu erfassen und qualitätsmäßig zu

charakterisieren sowie die abbau- und verarbeitungstechnische Eignung nachzuweisen.

Entsprechend des Grades der bergmännischen Aufschlussratsklassifizierungen prognostische und nachgewiesene Vorräte des

Lagerstätteninhaltes charakterisiert. Dabei sind vorgegebene Einteilungskriterien für die Erfassung in Vorratsgruppen und

Vorratsklassen verbindlich.

Die Vorratsgruppen (Bilanz- und Außerbilanzvorräte) werden nach dem Untersuchungsgrad in Vorratsklassen (A, B, C1, C2, a, b,

c1, c2) gegliedert, wobei die Vorratsklasse A den höchsten, die Vorratsklasse C2 den niedrigsten Untersuchungsgrad aufweist.

Bilanzvorräte: nachgewiesene Vorräte, die den Anforderungen an einen ökonomischen Abbau genügen. Sie sind Gegenstad des

Abbaus.

Außerbilanzvorräte: nachgewiesene Vorräte, die nicht den Anforderungen eines ökonomischen Abbaues genügen. Sie sind

Gegenstand der Forschungsarbeiten.

Konditionen sind geologische Größen, die aus ökonomischen Kennziffern des Bergbau- und Aufbereitungsprozesses abgeleitet

werden. Sie charakterisieren die Mindestanforderungen zur Einteilung in die Kategorien der Vorratsgruppen.

17


Gruppen von Konditionen:

‣ Mindestanforderungen an die Qualität des Lagerstättendurchschnitts (durchschnittlicher Metallgehalt, K2O-Gehalt

u. a.)

‣ Mindestanforderungen an die Qualität der bilanzwürdigen Rohstoffe (minimaler

Metallgehalt, Mindestmächtigkeit u. a.)

‣ Mindestforderungen an die Vorratsmenge

maximal zulässige Grenze für schädliche Beimengungen

Bewertung einer Lagerstätte

Die Bewertung einer Lagerstätte wird von lagerstättenspezifischen Faktoren und durch äußere Einflussgrößen bestimmt, mit

Ausnahme der geologischen Faktoren sind diese zeitlichen Veränderungen unterworfen.

Tabelle 1. 3. Bewertungsfaktoren einer Lagerstätte

Produktionsplanung

Durch Optimierung der Bewertungsfaktoren entsprechend der Zielfunktion werden Vorrats- und Nutzungskonfigurationen

ermittelt, wie z. B. günstige Nutzungsstrategie, Betriebsgröße, Dimensionierung der Hauptparameter. Diese Kenngrößen werden

in Bewertungsformeln zur langfristigen Bergbauplanung herangezogen. Aus ihnen werden Einzelheiten für kurzfristige Pläne

unter Beachtung der geologischen Parameter des unmittelbaren Abbaubereiches abgeleitet.

Außerdem sind noch operative geologische Arbeiten zur Realisierung der im Plan gestellten Ziele erforderlich.

2. Gewinnung

Herauslösen von anstehendem Gestein bzw. von Wertstoffen aus dem Gebirgsverband durch technische Mittel

Gewinnungsarten:

Gewinnung mit dem Abbauhammer

Gewinnung durch Bohr- und Sprengarbeit

maschinelle Gewinnung (teil- bzw. vollmaschinell)

sonstige Verfahren

Einflussfaktoren auf die Gewinnung

18


Gewinnbarkeit

Charakteristik des Gesteins- bzw. Gebirgs-Verhaltens unter den Bedingungen der Gewinnung. Die Gewinnbarkeit des Gesteins

bestimmt die Art der Gewinnung, z. B. durch

- Bohren - Schälen

- Sprengen - Laugen

- Schrämen -Lösen

- Hobeln

2.1. Gewinnung mit dem Abbauhammer

Der Abbauhammer ist im Erzbergbau bei einer Reihe von Nebenarbeiten und bei der Gewinnung (vereinzelt) in Anwendung.

Arbeitsweise:

Der Kolben wird mit großer Wucht gegen das Spitzeisen geschleudert. Rückprall und Rückhub bewirken, dass der Kolben in die

Ausgangsstellung bewegt wird. Die Umsteuerung der Druckluft erfolgt unter Ausnutzung von Druckdifferenzen.

Zur Verbesserung der arbeitshygienischen Bedingungen dienen

ein mit Federn versehener Griff zur Verringerung der Vibrationseinwirkungen

die teilweise eingebaute Sprühvorrichtung zum Niederschalgen des Staubes

Graphische Darstellung:

1 Spitzeisen; 2 Haltekappen; 3 Einsteckende des Spitzeisens; 4 Haltefeder; 5 Kolbenschaft; 6 Schlagkolben;

7 Gehäuse; 8 Steuerung; 9 Handgriff mit Kipphebel; 10 Drucklufteinlaß; 11 Luftaustritt

2.2. Bohr und Sprengarbeit

Die Bohr- und Sprengarbeiten sind gegenwärtig sowohl im Erz- als auch im Kalibergbau vorherrschend.

Ziel: Mit relativ geringem Bohrmeteraufwand und optimalem Sprengmitteleinsatz zu hohem volkswirtschaftlichen Nutzen.

2.2.1. Bohrverfahren

Die Bohrverfahren werden nach der Art des vorwiegenden Einwirkens des Bohrwerkzeugs auf das Gestein unterschieden.

Bohrbarkeit: Charakteristik des Gesteinsverhaltens unter den Bedingungen des Bohrens

Bohrgeschwindigkeit: In der Zeiteinheit während des eigentlichen Bohrvorgangs hergestellte Bohrlochlänge

Welches Verfahren im jeweiligen Fall angewendet wird, ist von der Bohrbarkeit des Gesteins abhängig. Diese wird beeinflusst

von:

‣ Härte und Festigkeit des Gesteins

‣ Abrasivität des Gesteins

‣ Klüftigkeit des Gebirges

19


Die Bohrgeschwindigkeit ist von folgenden Faktoren abhängig:

‣ Bohrbarkeit des Gesteins

‣ Leistung der Bohrmaschine

‣ Bohrlochdurchmesser und –länge

‣ Form und Werkstoff der Bohrkopfschneide

‣ Umfangsgeschwindigkeit des Bohrkopfes (drehendes bzw. drehschlagendes Bohren)

‣ Andruck der Bohrkopfschneide (abhängig von der Vorschubkraft FA und der Berührungsfläche

zwischen Bohrkopfschneide und Bohrlochsohle ABS)

‣ Druckluftdruck

‣ Spülwasserdruck

Andruck:

Bohrgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der

(nach Hahn);

Spanntiefe in Abhängigkeit vom Andruck Bohrkopfschneidendurchmesser

20


Tabelle 2.1. Bohrverfahren

21


2.2.2. Bohrgeräte

2.2.2.1. Drehbohrmaschinen

Handbohrmaschinen kommen nur noch in relativ weichen Gesteinen geringer Abrasivität zur Anwendung. Drehbohrmaschinen

mit Spannsäulen sind teilweise im Erzbergbau und in ständig geringer werdendem Maße im Kalibergbau eingesetzt.

Säulendrehbohrmaschine

1 Kupplungshebel; 2 Handgriff; 3 Verschlussdeckel;

4 Schaltknopf; 5 Bohrkopf

Drehbohrmaschine mit Spannsäule

1 Spannsäule; 2 Tragarm; 3 Motor; 4 Bohrkopfspindel;

5 Bohrspindel; 6 Spindelgetriebe; 7 Vorschubgetriebe;

8 Schalthebel; 9 Spindelschutzrohr; 10 Energiezuführung

Wirkungsweise

Vorschub:

Vom Motorritzel wird das Drehmoment über die Vorlegeräder a, b, c, d, e, f über ein Mitnehmerrohr auf die Bohrspindel

übertragen. Mit gleicher Drehzahl wird über die Vorschubwelle das Räderpaar g, h und damit die Spindelmutter angetrieben. Aus

den unterschiedlichen Drehzahlen von Bohrspindel und Vorschubmutter ergibt sich der Vorschub.

22


Rücklauf:

Bei Betätigung der Reibkupplung werden die Vorschubwelle und die Räderfolge bis zur Spindelmutter durch Kupplung mit dem

Gehäuse stillgesetzt. Dadurch läuft die Spindel mit relativ großer Geschwindigkeit zurück.

Wirkprinzip einer elektromechanischen Säulendrehmaschine 1 Spindelmutter; 2 Vorschubwelle; 3 Mitnehmerrohr;

4 Vorschubspindel; 5 Reibkupplung

Spannsäulen dienen

zur Aufnahme des Gewichts und zur Führung der Bohrmaschine

zur Aufnahme des erzeugten Drehmoments

als Widerlager für die Vorschubkraft (bis etwa 800kp)

In Zunehmendem Maße werden Bohrwagen als Bohrgeräteträger eingesetzt. (Vorschubkräfte bis 6000kp).

Bohrgeschwindikeit beim drehenden Bohren:

n Sch

s

n

Anzahl der Schneidenflügel

Spanntiefe

Drehzahl des Bohrers

Umfanggeschwindigkeit des Bohrkopfes:

d B Durchmesser des Bohrkopfes

Tabelle 2.2. Technische Daten von Drehbohrmaschinen

23


Tabelle 2.3. Optimale Schnittgeschwindigkeiten beim drehenden Bohren

2.2.2.2. Schlagbohrmaschinen

Schlagbohrmaschinen sind die am häufigsten verwendeten Maschinen zum Herstellen von Sprenglöchern in mittelharten bis sehr

harten Gesteinen

Arbeitsweise (s. Schnittdarstellung)

Schematisierte Darstellung des schlagenden Bohrens (Gr-Griff)

Bohrstützengeführte Schlagbohrmaschine

Die Druckluft wird mit Hilfe einer Steuereinrichtung abwechselnd auf die beiden Kolbenseiten geleitet und der Kolben in

schneller Folge hin- und her bewegt. Entweder durch die Kolbenbewegung oder durch eine gesonderte Drehvorrichtung (vor

allem bei einigen Lafettenbohr-maschinen) wird bewirkt, dass die Bohrkopfschneide bei jedem Einzelschlag auf einer anderen

Stelle der Bohrlochsohle auftrifft.

24


Die Steuervorrichtung ist entweder als

Plattensteuerung

Kippplattensteuerung

Rohrschiebersteuerung

Kugelsteuerung ausgebildet.

Kinetische Energie des Einzelschlags:

m K

v E

A w

p w

K

n z

ɳ ges

Masse des Kolbens

theoretische Endgeschwindigkeit des Kolbens

wirksame Kolbenfläche

wirksamer Druckluftdruck

Kolbenhub

Schlagzahl

Gesamtwirkungsgrad

Leistung beim schlagenden Bohren:

P W kin n z ɳ ges

kW Nm s -1 –

Der Einsatz von Schlagbohrmaschinen erfordert Maßnahmen der Lärmbekämpfung. Durch Geräuschdämpfer wird eine Senkung

der Lautstärke um etwa 8 dB (AI) erreicht.

Der Anwendungsbereich der bohrstützengeführten Bohr maschinen wird ständig weiter eingeschränkt.

Gründe:

Vermeiden des direkten Kontakts des Menschen mit der Bohrmaschine (Verhindern von Vibrationsschäden)

ständige Zunahme der Mechanisierung und Automatisierung.

Zur Schmierung der Bohrmaschinen sind selbsttätige Leitungsöler im Einsatz (in jeder Schicht auffüllen!)

Schalldruckpegel beim schlagenden Bohren: 115 bis 120 dB (AI)

25


Schnitt durch die Schlagbohrmaschine

1 Haltebügel; 2 Bohrerhülse; 3 Vordergehäuse; 4 Gesperre; 5 Zwischengehäuse; 6 Zylinder;

7 Schallkammer; 8 Kolben; 9 Deckel mit Einlassventil; 10 Griff; 11 Steuerung; 12 Stützgabel;

13 Sperrklinke; 14 Sperrklinkenfeder; 15 Sperrklinkenbolzen

Tabelle 2.4. Technische Daten von Schlagbohrmaschinen

Lafetten geführte Schlagbohrmaschine

26


Spülungsarten

Zum Abführen des Bohrkleins wird Nassspülung (Wasser, teilweise mit benetzungsfördernden Zusatzmitteln) verwendet.

Optimaler Spüldruck: etwa 4 at (Überdruck)

Das Zuführen des Wassers in das Hohlgestänge erfolgt mittels Spülkopf oder bei der Zentralspülung durch Spülröhrchen.

Bohrstützen und Bohrsäulen

Beim Bohren horizontaler, geneigter und ansteigender Bohrlöcher gehört zur bohrstützengeführten Bohrmaschine eine Bohrstütze.

Je kleiner der Stützwinkel α, umso größer ist die erzielbare Vorschubkraft FA.

Bohrstütze

1 Einsteckbolzen;

2 Druckluftanschluß;

3 Ventithebel;

4 Rastenventil ;

5 Teleskopzylinder;

6 Traggriff;

7 Fußstützen

Stützenregelventil mit

Umsteuer -und Entlüftungsschieber

Kräfte im System Bohrmaschine – Bohrstütze

F G Gewicht (Bohrstütze 1,

Bohrmaschine 2, Bohrstange 3);

F A - Vorschubkraft;

F S - Ausschubkraft der Bohrstütze,

α- Stützwinkel

27


Vorteile beim Einsatz von Bohrgeräteträgern:

‣ Verhindern von Vibrationseinwirkungen auf den Menschen

‣ Vermeiden von Verletzungen beim Anbohren und Umsetzen, bei Gestängebrüchen, durch Steinfall aus der Ortsbrust

‣ profilgerechtes Bohren

‣ exaktes Einhalten der Bohrrichtung, Vorgabe und Bohrlochlänge

‣ Abbohren der Bohrlöcher in einem Zuge

‣ gleichmäßiger, optimaler Andruck

‣ maschinelles Ziehen der Bohrstangen

Teleskopbohrmaschine

1 Hutmutter; 2 Spannschrauben; 3 Bohrmaschine mit Zentralspülung, 4 Druckknopf für die Entlüftung der Stütze; 5 Drehgriff für

die Andruckregelung; 6 Anlasshebel für Vorschub, Spülung und Bohrmaschine; 7 Teleskopbohrstütze

28


2.2.2.3. Drehschlagbohrmaschinen

Die Hauptteile einer Drehschlagbohrmaschine haben folgende Funktionen:

Der Bohrmotor versetzt die Bohrstange in Drehung

das Schlaggerät bewirkt die Schlagenergie

der Vorschubmotor bewegt die Drehschlagbohrmaschine auf der Lafette und bewirkt den Andruck (bei modernen

Drehschlagbohrmaschinen hydraulischer Vorschub)

Die Drehzahl ist regelbar und wird in Abhängigkeit von der Gesteinsfestigkeit eingestellt (je fester das Gestein, umso niedriger die

Drehzahl.

Tabelle 2.5. Kennwerte von Drehschlagbohrmaschinen

29


Auffallend sind der geringe Verschleiß der Bohrstangen und Bohrköpfe sowie hohe Bohrgeschwindigkeit im Vergleich zum

schlagenden Bohren:

FA-v-Diagramm für Bohrmaschinen

1 leichte Lafetten geführte Bohrmaschine m ≈ 34 kg); 2 mittelschwere bohrstützengeführte Bohrmaschine (m ≈ 25 kg)

Schematisierte Darstellung einer Drehschlagbohrmaschine

2.2.2.4.Bohrstangen und Bohrköpfe

Bohrstangen

Die Bohrstange (das Bohrgestänge) überträgt die Vorschubkraft und das von der Bohrmaschine abgegebene Drehmoment auf den

Bohrkopf.

Vollbohrstangen mit Schneckenprofil

(Flügel-, Rhomben-, Schwert- oder Schwertlinsenprofil) werden im Kali- und Steinsalzbergbau in Zusammenhang mit dem

drehenden Bohren (trockenes Abfördern des Bohrkleins) angewendet. In einigen Fällen sind sie auch beim drehenden bzw.

schlagenden Bohren im Erzbergbau (nicht Silikose gefährliche Gesteine) zu finden.

Ein besonders gutes Transportvermögen hat das Schwertprofil. Zum Bohren mit Säulendrehmaschinen werden Bohrgestänge

benutzt, die aus mehreren Bohrstangen bestehen.

30


Bohrstangen für drehendes Bohren

a) Schwertprofilstange mit zylindrischem Einsteckende und konischer

Bohrschneidenaufnahme

b) Nasenzapfen und Schwertprofil-Aufsatzgestänge

Bohrstangen für das schlagende und drehschlagende Bohren

a) Bohrstange für Spülkopfspülung, b) Bohrstange für Zentralspülung, c) Monoblocbohrstange für Spülkopfspülung

1 Schlagfläche; 2 Einsteckende; 3 Spülkopfsitz; 4 Wassereintritt; 5 Bund; 6 Bohrstangenkegel; 7 Bohrkopf; l1 Länge des

Einsteckendes; l2 Länge des Spülkopfsitzes; l3 Nennlänge der Bohrstange; l4 Gesamtlänge der Bohrstange

Hohlbohrstangen mit Sechskantprofil werden beim schlagenden, drehenden und drehschlagenden Bohren im Erzbergbau

eingesetzt.

Monoblocbohrstangen haben angeschmiedete Stahlschneiden und darin eingelötete Hartmetallplatten (Anwendung vorwiegend

beim Abteufen)

Bohrköpfe

Auf den Stangenkonus normaler Holbohrstangen wird der Bohrkopf aufgesetzt. Der als Hartmetall eingesetzte Werkstoff ist

eine Sinterlegierung aus Wolframkarbid und Kobalt (3 bis 15%). Wolframkarbid ist der Träger der Verschleißfestigkeit.

Kobalt macht das Hartmetall zäh und elastisch.

Die Formen der Bohrköpfe sind entsprechend des Bohrverfahrens und der verschiedenen Gesteinsarten gestaltet.

Bohrköpfe rechtzeitig nachschleifen!

‣ hohe Bohrgeschwindigkeit

‣ Verringerung des Feinstaubanteils

‣ Schonung des Bohrgezähes.

a) Eigenschaften des Hartmetalls

31


Einsatzbereiche des Hartmetalls

Für das drehende Bohren im Kalibergbau werden z. B. Bohrköpfe mit Dachschneiden (für Anhydrit

u. a.) und mit Schlitzschneiden (für die verschiedensten Salzgesteine) hergestellt. Beim schlagenden

Bohren kommen zum Einsatz:

Meißelbohrköpfe für homogenes Gestein

Kreuzbohrköpfe für klüftiges Gestein

Kugelkalottenbohrköpfe mit Stiftbesatz für hartes Gestein(selbstschärfend!)

Bei der Entwicklung von Bohrköpfen für das drehende Bohren wurde die drehende und schlagende Arbeitsweise beachtet.

Während die Grundform des Schlagbohrkopfes erhalten geblieben ist, ähnelt die Schneidenausbildung den Bohrköpfen für

drehendes Bohren im Gestein.

Bohrköpfe für das drehende Bohren

1 Hartmetall; 2 Spülwasseraustritt

b) Schlagbohrköpfe

1 Hartmetalleinsatz; 2 Spülwasseraustritt;

c) Drehschlagbohrkopf 1Hartmetalleinsatz; 2 Spülwasseraustritt

32


Bohrgeräteträger Übersicht

Allgemein gilt:

Bei. konstanter . Vorschubkraft verringert sich mit dem Grad der Abnutzung der Bohrkopfschneide der Andruck.

Deshalb nur Bohrköpfe mit qualitätsgerechtern Anschliff verwenden!

2.2.3. Bohrwagen

Bohrwagen. gewährleisten eine absolute Trennung des Menschen von der Bohrmaschine und gleichzeitig hohe Bohrleistungen.

Dem gleichen Ziel dienen Bohrgeräteträger, die z. B. an der Firste aufgehängt sind und zum Bohren an der Lademaschine

montiert werden.

Teilweise besteht auch eine ständige Verbindung der Lafetten mit der Lademaschine (Bohr- Lademaschinen). Konstruktive

Gestaltung der Bohrwagen und Dimensionierung der einzelnen Elemente sind vom Bohrverfahren sowie von technologischen

Bedingungen abhängig. Sie werden vorwiegend als Lafettenbohrwagen gefertigt.

Die wichtigsten Baugruppen sind:

Antrieb (Pneuma-, elektro- oder dieselhydraulisch)

Fahrwerk (gleislos oder gleisgebunden)

Bohreinrichtung

Bedienstand

Die Bohreinheiten sind unabhängig voneinander verstellbar, dadurch wird eine gute Anpassung an Unebenheiten der Ortsbrust

ermöglicht.

Die Steuerung aller Funktionen des Bohrwagens durch Druckknöpfe oder Steuerhebel erfordert nur geringe physische Leistungen

des Bedienenden.

Bohrwagen müssen dem Leistungsstand der Lademaschinen, der Fördermittel sowie der sonstigen Arbeiten entsprechen, weil nur

dann hohe Gesamtleistungen in Vortrieb und Abbau erreicht werden können.

Selbstfahrende Bohrwagen ermöglichen einen optimalen Einsatz auf mehreren Betriebspunkten.

33


Einschätzung der Bohrwagenarbeit

Die Gesamtbohrarbeit T ges setzt sich aus der Zeit für Vorbereitungs- und Abschlussarbeiten T 1 , der reinen Bohrzeit je Abschlag T 2

der Zeit für Hilfsoperationen T 3 (Anbohren, Ziehen des Bohrers, Einrichten auf den Ansatzpunkt des nächsten Bohrlochs,

Auswechseln des Bohrwerkzeugs) und Ausfallzeiten T 4 zusammen. Auf einem Bohrwagen sind meist mehrere Bormaschinen

(Anzahl der Bohrmaschinen n BM , Koeffizient für den gleichzeitigen Betrieb der Maschinen k BM ) angeordnet. Für das Bohren von

Freibohrlöchern werden im Kalibergbau Großlochbohrwagen eingesetzt. Zu beachten ist, dass mit dem Grosslochbohrgestänge

nur parallel zur Längsachse des Bohrwagens gebohrt werden kann.

Ankerbohrwagen ermöglichen das Bohren der Ankerbohrlöcher sowie das Einführen und hydraulische Setzen der Anker.

Gesamtbohrzeit für einen Abschlag:

Reine Bohrzeit je Abschlag:

Koeffizient der Schichtauslastung eines Bohrwagens:

Bohr-Lade-Maschine

34


Gleisgebundene Bohrwagen (Erzbergbau)

Gummibereifter Bohrwagen (Erzbergbau)

35


Mögliche Bohrrichtungen mit dem gummibereiften Bohrwagen

Raupenbohrwagen

Sprenglochbohrwagen (Kalibergbau)

1 Chassis; 2 Starrachse mit

Vorderrädern; 3 Lenkachse mit

Hinterrädern; 4 Pumpenaggregat; 5

Schalt- und Verteilergetriebe; 6

Fahrplatz; 7 Hydraulikölbehälter; 8

Dieselmotor; 9 Elektroschaltschrank;

10 Kraftstofftank; 11 Bohr Arm

36


Mögliche Bewegungsrichtungen von Bohrarmen und -lafetten

Großloch-Drehbohrlafette

1 Hydraulikmotor;

2 Bohrgetriebe;

3 Vierkantwelle,

4 Bohrkatze;

5 Bohrstange; 6 hinterer Ausgleichshebel;

7 Stangenkopf; 8 vorderer Ausgleichshebel; 9 Vorschubzylinder;

10 Lafetten Kopf

Ankerbohrwagen

37


Setzen und Verschrauben der Anker

Entwicklungsrichtungen der Bohrwagenproduktion

Auslastungsgrad des Bohrwagens bezogen auf die Hauptarbeit

( )

‣ maximale Auslastung des Baukastensystems

‣ große abbohrbare Flächen

‣ Anwendung von Bohreinheiten mit automatischer Einhaltung der Bohrrichtung bei allen parallel verlaufenden

Bohrlöcher (vorteilhaft für Schonendes Sprengen)

‣ Fernsteuerung aller Funktionen des Bohrwagens (Verringerung des Arbeitsaufwands, Verbesserung der

arbeitshygienischen Bedingungen)

‣ selbstfahrende, gleislose Bohrwagen

‣ Einsatz hochleistungsfähiger Lafetten Bohrmaschinen

‣ Programmsteuerung der Bohrarbeiten (Einhaltung des Bohrschemas mit hoher Präzision)

2.2.4. Maschinelle Hilfseinrichtungen

Bohrgeräteträger (in Kombination mit Kabinengreifern) sichern beim Abteufen von Schächten

die vollständige Trennung des Menschen von der Bohrmaschine (Fernsteuerung)

eine hohe Genauigkeit der Bohrarbeiten

große Vorschubkräfte

große Bohrgeschwindigkeiten durch die Verwendung hochleistungsfähiger

Drehschlagbohrmaschinen

große Abschlaglängen ( > 4m)

38


Bohrgeräteträger beim Abteufen

Verschiedene Arten von mechanischen Bühnen erleichtern und beschleunigen das Auffahren von vertikalen und geneigten

Überhauen. Ihr wirtschaftlicher Einsatz ist bei etwa 20 bis 30m Auffahrungslänge gegeben.

Muss nach jedem Abschlag Ausbau eingebraucht werden, bewährt sich die Anwendung von mechanischen Aufbruchbühnen, die

wechselseitig als Arbeitsbühne und als Sprengbühne genutzt werden können.

In ausbaulosen Überhauen (in festem Gestein) werden ebenfalls Aufbruchbühnen eingesetzt. Eine im Stoß verankerte Leitschiene

(Zahnstange) ermöglicht das Verfahren der Aufbruchbühne vor dem Sprengen auf die Grundstrecke.

Die Anwendung des Hängekorbs setzt das vorherige Verbinden zweier Sohlen durch ein Bohrloch voraus. In diesem wird das

Stahlseil zum Anhängen des Korbs verlegt. Der Hängekorb ist mit Antriebsmotor, Aufwickeltrommel für Schläuche und einem

Haspel zum Aufwickeln des Drahtseils versehen.

39


Mechanische Aufbruchbühne

Aufbruchbühne für ausbaulose Hochbrüche

40


Hängekorb

2.2.5. Sprengarbeiten

2.2.5.1. Grundlagen

Gesetzliche Grundlagen

Gesetz über den Verkehr mit Sprengmitteln (vom 30.08.1956)

Anordnung Nr. 1 zum Sprengmittelgesetz (vom 11.11.1966)

ASAO 611/2 (vom 29.09.1972)

ABAO 120/2 (vom 05.10.1973)

betriebliche Arbeitsschutzinstruktionen und –Anweisungen

Tabelle 2.6. Chemische und physikalische Grundbegriffe der Sprengtechnik

Begriff

Sprengung

Sprengstoff

Handhabungssicherheit

Deflagration

Erläuterung

Gewaltsames, plötzliches Zerteilen oder Abtrennen fester Materie durch die

Wirkung von Sprengstoffen

Zum Sprengen geeigneter Explosivstoff

Empfindlichkeit eines Sprengstoffes gegen physikalische und

chemische Einwirkungen

Chemische Umsetzung von Pulversprengstoffen, Einleitung durch

Flammenzündung, relativ geringe

Umsetzgeschwindigkeit (


Tabelle 2.7. Kennwerte von Sprengstoffen

Begriff

Erläuterungen

Auf Grund thermodynamischer Gesetze ermittelte Kennwerte

Schwadenvolumen

Spezifisches Volumen der bei der Umsetzung von Sprengstoff entstehenden Sprengschwaden in 1 kg -1

(bezogen auf Normalbedingungen)

Sauerstoffbilanz

Masse Sauerstoff je 100g Sprengstoff, die für eine ideale Umsetzung

theoretisch zuviel vorhanden ist (positive Sauerstoffbilanz), fehlt (negative Sauerstoffbilanz) oder

ausreicht (ausgeglichene Sauerstoffbilanz). Angaben in %

Explosionstemperatur

Theoretisch ermittelte Temperatur der Sprengschwaden im Augenblick

der Umsetzung (Annahme: konstantes Volumen)

Explosionswärme Bei der Explosion eines Sprengstoffes frei werdende Energie in Mpm kg -1

Spezifische Energie

Druck in Mpm kg -1 , den die Sprengschwaden von 1 kg Sprengstoff in

einem Raum von 1 l ausüben (Annahme: Normaldruck, Normaltemperatur)

Energieniveau Produkt aus spezifischer Energie des Sprengstoffs und dessen Dichte. Angabe in Mpm l -1

Durch Prüfverfahren ermittelte Kennwerte

Relative Sprengkraft

Im ballistischen Mörser ermittelter Vergleichswert zur Sprenggelatine,

Angabe in %

Bleiblockausbauchung

Vergleichsmaß für die Arbeitsfähigkeit der Sprengschwaden. Messen der in einem Bleiblock

verursachten Ausbauchung. Angabe in cm 3

Detonationsgeschwindigkeit

Umsetzungsgeschwindikeit eines brisanten Sprengstoffs. Sie ist von den Sprengstoffeigenschaften und

den Detonationsbedingungen abhängig. Angabe in ms -1

Schlagempfindlichkeit

Übertragungsweite

Maß für die Empfindlichkeit eines Sprengstoffs gegen Schlag oder Stoß.

Angabe in kpm

Vergleichsmaß für die Übertragung der Detonation von einer

Sprengstoffpatrone zu einer anderen. Angabe in cm (in starkem Maß vom Einschluss abhängig!)

Durch praktische Versuche ermittelte Kennwerte

Sprengstoffdichte Verhältnis der Masse des Sprengstoffs zu seinem Volumen. Angabe in g cm -3

Ladedichte Verhältnis der eingebachten Sprengstoffmasse zum Laderaumvolumen. Angabe in g cm -3

Füllungsgrad

Verhältnis des Volumens des Sprengstoffs zum Volumen des Laderaums

Sprengstoffaufwand Spezifischer Sprengstoffverbrauch in eng begrenztem Gebiet. Angabe in kg m -3 bzw. kgt -1

Grenzvorgabe

Vergleichsmaß für das Arbeitsvermögen eines Sprengstoffes in einem

bestimmten Gebirge.

Vorgabe in m, die von einer bestimmten Ladungsmenge gerade noch geworfen wird, ohne dass das

gelöste Gestein zertrümmert wird.

42


Tabelle 2.8. Einige allgemeine sprengtechnische Begriffe

Begriff

Vorgabe

Längenvorgabe

Volumenvorgabe

Laden

Ladungsarten

Schlagpatrone

Besetzen

Versager

Auskocher

Erläuterung

Der von einer Sprengladung zu lösende Gebirgsteil

Kürzeste Entfernung von einem Punkt der Ladesäule zur nächsten freien Fläche

Von einer Sprengladung zu werfende Gesteinsmenge

Anfertigen der Schlagpatrone, Einbringen von Sprengmitteln in Bohrlöcher oder andere Hohlräume

sowie das Anbringen von Ladungen

Einteilung bezüglich Lage und Verteilung des Sprengstoffs (gestreckte Ladung, geballte Ladung,

Hohlraumladung, Ladung mit Zwischenbesatz)

Mit einem sprenkräftigen Zündmittel versehene Sprengstoffpatrone

(beim Einbringen der Schlagpatrone beachten: Sprengkapselboden in Richtung der größeren Ladung)

Verdämmen der Ladung

Sprengladungen, die nach dem Zünden nicht oder nur unvollständig detoniert sind (Beseitigung nur

durch Sprengberechtigte!)

Gezündete Sprengladung, deren Sprengstoff nicht detoniert, sondern sich langsam, unter Bildung von

überwiegend toxischen Gasen, umsetzt (CO, NO 2 )

Ausbläser

Gezündete Sprengladung, deren hochgespannte Gase aus dem

Bohrloch entweichen, ohne die Vorgabe zu werfen. Detonationsstoß ist erfolgt!

Bohrlochbrücke(-brille) Bohrlochrest mit zwei Öffnungen

Bohrlochspur

Die nach dem Sprengen am Gestein sichtbare Spur des Bohrlochverlaufs

Abschlagwirkungsgrad Verhältnis der Abschlaglänge zur Bohrlochlänge

Schüttungskoeffizient

Verhältnis zwischen dem Volumen des Haufwerks und dem Volumen des Gesteins im festen Verband

2.2.5.2. Sprengmittel

Zu den Sprengmitteln zählt man alle Verbindungen und Gemische, die sich durch Wärmeeinwirkung, Schlag, Stoß, Reibung

oder ähnliche Einwirkungen unter Bildung von Gasen und Abgasen einer bedeutenden Wärmemenge ohne Zufuhr von

Luftsauerstoff explosionsartig umsetzen. Sprengstoffe sind zum Sprengen geeignete Explosionsstoffe.

Forderung an Bergbausprengstoffe

handhabungssicher, trotzdem ausreichende Empfindlichkeit (Sensibilität)

hohes Arbeitsvermögen

keine giftigen Nachschwaden

wirtschaftliche Anwendungsmöglichkeiten

lagerbeständig

43


ANO Ammonium-Nitrat +Organische Substanz

Wettersprengstoffe genügen neben den genannten Forderungen außerdem bestimmten Anforderungen zum Vermeiden von

Schlagwetter- und Kohlenstabexplosionen. In ständig zunehmendem Maß werden ANO-Sprengstoffe (Gemisch aus Ammonium-

Nitrat und Dieselöl) angewendet. Sie bringen im Vergleich zu patronierten Sprengstoffen viele Vorteile:

‣ bessere Ausnutzung des Laderaumvolumens

‣ Ladearbeiten werden ausschließlich mechanisiert durchgeführt

‣ relativ niedrige Sprengkosten

‣ keine Kopfschmerzen durch Nitroglykolausdünstungen

‣ Verringerung der Gesteinsstaubentwicklung Nachteilig

ist, dass ANO-Sprengstoffe

einen Detonationserreger benötigen

nur bei festem Einschluss detonieren

relativ wasserempfindlich sind

Beim Einblasen von ANO-Sprengstoffen müssen Sicherheitsvorkehrungen gegen das Auftreten elektrischer Aufladungen

berücksichtigt werden (bei relativen Luftfeuchtigkeit < 70%).

Zündmittel

Zum Einleiten der Explosion eines Sprengstoffs werden Zündmittel benötigt. Die Verfahren der Zündung sind:

‣ Leitfeuerzündung

‣ elektrische Zündung

‣ Sprengschnurzündung

Im Bergbau wird fast ausschließlich die elektrische Zündung angewendet. der Zündsatz bringt bei

Zündschnurzündern die Zündschnur

Momentzündern die Sprengkapsel

Kurzzeitzündern (Halb-, Viertel- und Millisekundenzünder) den Verzögerungssatz zur Entzündung

Zündschnur

Aufbau eines Brückenzünders

1 Zünddrähte; 2 Polträger; 3 Isolierung; 4 Glühbrücke; 5 innerer Zündsatz; 6 äußerer Zündsatz

44


Tabelle 2.9. Verschiedene Arten von Sprengzündern

Zünderart Zeitstufen Verzögerungszeit in ms 23

MSZ (DeM) 0-----18 23

19---21 30

MSZ (DeR) 0-----4 40

5-----10 80

VSZ (DeD) 0-----12 250

HSZ (DeD) 0-----12 500

MSZ Millisekundenzünder

VSZ Viertelsekundenzünder

HSZ Halbsekundenzünder

Schnitt durch einen Kurzzeitzünder

1 Zündsatz;

2 Isolierschlauch;

3 Verzögerungssatz;

4 Zünder Drähte;

5 Verschluss Stopfen;

6 Glühbrücke;

7 Stahlhülse;

8 Aufladung;

Hauptladung

Tabelle 2.10. Zünder der Kaliserie

45


Neben den normalempfindlichen Brückenzündern A für Sprengarbeiten unter normalen Bedingungen gibt es noch Spezialzünder.

Einige davon sind:

Unterwasserzünder für hohe Wasserdrücke

unempfindliche Brückenzünder mit hohen Schutzwerten gegen Streuströme

antistatische Zünder mit erhöhter Sicherheit gegen Zündung durch elektronische Entladung Forderung:

Toleranz der Brückenwiderstände

≦±0,25 Ω (normalempfindliche

Brückenzünder A)

Sprengschnüre

Sprengschnüre sind mit einem Sprengstoff hoher Detonationsgeschwindigkeit (phlegmatisiertes Nitropenta) gefüllt. Ihre

Detonationsgeschwindigkeit beträgt über 6000 ms -1 .

Schnitt durch eine Sprengschnur

2.2.5.3. Sprengzubehör

Sprengschnüre sind Hilfsmittel zur Durchführung von Sprengarbeiten. Dazu gehören

‣ Zündleitung

‣ Zündkreisprüfer

‣ Streustrommeßgerät

‣ Zündmaschinen

‣ Zündmaschinenprüfgeräte

‣ Zündschalter

‣ Zündkästen

‣ Sprengstoffladegeräte

‣ Sprengkapselwürgegeräte

Widerstand der Zündleitung:

x Leitfähigkeit (x=bei Eisen 7,5 und bei Kupfer 56m mm -2 Ω -1 )

l Länge der Zündleitung (Hin- und Rückleitung)

A ZL Querschnitt der Zündleitung

46


Tabelle 2.11. Einige in der DDR hergestellte Zündmaschinen

Type

Grenzwiderstand

in Ω

Spannung

in V

Energieinhalt

in Ws

Bemerkungen

M 504 510 1100 4,9 –

M 524 510 1100 4,9 Momentauslösung

M 514 1010 1600 12,8 –

2.2.5.4. Elektrische Zündung

Bei der elektrischen Zündung wird Elektroenergie in Wärmeenergie umgewandelt und dadurch ein Zündsatz entflammt, der

entweder unmittelbar (Momentzünder) oder über einen Verzögerungssatz (Verzögerungszünder) eine Sprengkapsel zur Detonation

bringt.

Vorteile gegenüber der Zündschnurzündung:

sichere Zündung zum gewünschten Zeitpunkt a der Deckung

Kontrollmöglichkeiten vor dem Zünden

gleichzeitiges Zünden einer größeren Anzahl von Sprengladungen

Verbesserung der Sprengwirkung durch gegenseitiges Einwirken der Wirkzonen der Explosion (MS-

Zündung)

Sprengarbeiten über Tage

Sprengarbeiten in Tagesschächten

Sprengarbeiten in untertägigen Arbeitsorten, wenn mit der Auswirkung atmosphärischer Entladungen zu

rechnen ist

relativ kurze Wartezeiten

relativ geringe Gasschwadenmengen (im Vergleich zur Zündschnur- bzw.

Sprengschnurzündung)

Bei heraufziehenden Gewittern und während eines Gewitters ist die Vorbereitung und Durchführung der elektrischen Zündung

nicht zulässig!

47


Schaltungsarten

Bei allen Schaltungsarten benötigt die Glühbrücke des elektrischen Zünders eine gewisse Energie zum Aufheizen, um den

Zündsatz zur Entzündung zu bringen.

Vom Zündstrom aufgenommene Energie:

I

R

t

Stromstärke in A

Widerstand in Ω

Zeit in s

Gesamtwiderstand bei der Reihenschaltung:

R ZL

R Z

n ZR

Widerstand der Zündleitung

Widerstand eines Zünders

Anzahl der Zünder

Erforderliche Stromstärke bei der Reihenschaltung:

Gesamtwiderstand bei der Parallelschaltung:

In der Zündleitung fließender Strom:

U Z

Zündspannung

Erforderliche Stromstärke bei der Gruppenparallelschaltung:

Gesamtwiderstand bei der Gruppenparallelschaltung:

Reihenschaltung

48


Die Reihenschaltung ist die einfachste Schaltungsart. Ein Draht eines beliebigen Zünders wird mit einem Draht des nächsten

Zünders verbunden (usw.).

Die freibleibenden Drähte de ersten und des letzten Zünders werden an die Zündleitung angeschlossen.

Alle Zünder erhalten den gleichen Strom. Die erforderliche Stromstärke beträgt (normalempfindliche Zünder) unabhängig von der

Zünderzahl 1,0 A. Demzufolge können in Reihe geschaltete normalempfindliche Brückenzünder mit normalen

dynamoelektrischen Speicherzündmaschinen gezündet werden.

Bei der Parallelschaltung ist jeder Zünder unmittelbar mit der Zündleitung verbunden. Die Zündung erfolgt mit

Hochleistungskondensatorzündmaschinen bzw. aus dem Stromnetz (zugelassener Zündschalter erforderlich!).

Bei Nebenschluß-(Erdschluß-)gefahr ist sie die sicherste Schaltungsart. Der Gesamtwiderstand verringert sich mit wachsender

Zünderzahl, und die erforderliche Zündstromstärke erhöht sich mit der‚ Anzahl der Zünder n ZP . In jedem Fall muss noch

rechnerisch überprüft werden, welcher Strom tatsächlich in der Zündleitung fließt.

Forderung: IZL ≥ Ierf

Bei Gruppenparallelschaltung wird die gesamte Zünderzahl in n GR gleiche Gruppen aufgeteilt. Innerhalb der Gruppen werden die

Zünder in Reihe und die Gruppen parallel geschaltet. Bei gleichen Gruppenwiderständen (immer anstrebend!) werden der

Gesamtwiderstand und die erforderliche Stromstärke nach vereinfachten Formeln berechnet.

Auch hier gilt die Forderung:

IZL ≥ I erf

Zündquellen s. Parallelschaltung

Parallelschaltung

Gruppenparallelschaltung

49


2.2.5.5. Zündschnurzündung

Diese Zündungsart wird nur noch in Ausnahmefällen angewendet, z. B. dort, wo die elektrische Zündung nicht zugelassen ist.

Alle Zündschnüre werden zunächst auf gleiche Längen geschnitten und an jede eine Sprengkapsel angewürgt. Nach dem Laden

werden die Zündschnüre meist unterschiedlich lang geschnitten, um die Explosion der Sprengladungen in vorgesehener

Reihenfolge zu gewährleisten. Einzelne Zündschnüre bzw. Zündstellen können mit dem Streichholz, mehrere werden mit dem

Zündlicht gezündet.

Achtung! Zündschnurzündung ist in schlagwettergefährdeten Gruben nicht gestattet!

Anwendung eines Sammelzünders

1 Zündschnüre; 2 Papphülse; Schwarzpulversatz

2.2.5.6. Sprengschnurzündung

Mit der Sprengschnurzündung kann eine beliebige Zahl von Sprengladungen gezündet werden (Zündung der Sprengschnur durch

Initialimpuls)

2.2.5.7. Millisekundenzündung

Die Millisekundenzündung kann erreicht werden durch

• MS-Zünder

• Sprengschnur in Verbindung mit MS-Verzögerern Verbinden von Sprengschnüren

50


Aufgaben des Bergmanns ist es, die Vorteile der MS-Zündung zu nutzen und ihre Nachteile möglichst zu vermeiden.

Vorteile im Vergleich zu anderen Zündungsarten:

bessere Nutzung des Arbeitsvermögens des Sprengstoffs

genaueste Einhaltung der Verzögerungszeiten

relativ geringe Beanspruchung des stehenbleibenden Gebirges

relativ große Abschlaglängen

Vermeiden des Abschlagens von Ladungen (weniger Patronen im Haufwerk und in Bohrlochresten)

relativ kleinstückiges Haufwerk

größere Wurfweite des Haufwerks (nur in bestimmten Fällen von Vorteil)

verbesserte Schlagwettersicherheit

Zusätzliche Zerkleinerung des Haufwerks durch Zusammenprallen

2.2.5.8. Bohr- und Sprengschemata

Um durch die Bohr- und Sprengarbeiten zu optimalen Ergebnissen in der Gewinnung zu gelangen, müssen einige Faktoren

beachtet werden:

Gesteins- und Gebirgseigenschaften (Bohrbarkeit, Sprengbarkeit, Stückigkeit)

Auffahrungsquerschnitt

Größe und Anordnung der Laderäume

Arbeitsvermögen des Sprengstoffs

Eigenschaften des Zündmittels

Beanspruchung des stehenbleibenden Gebirges

Besatz (teilweise)

arbeitsorganisatorische Fragen (Anzahl der Abschläge je Schicht bzw. je Tag, Laden, Fördern, Bewettern)

Bohrmeteraufwand in Abhängigkeit vom Querschnitt

Unter Berücksichtigung dieser Einfluss Faktoren werden festgelegt:

‣ Einbruchsart

‣ Bohrchema

‣ Art und Menge des Sprengstoffs

‣ Art und Reihenfolge der Zündung

51


Spezifischer Sprengstoffverbrauch in Abhängigkeit vom Querschnitt

Einbruchsarten

Der Einbruch ist der wichtigste Teil eines Bohr- und Sprengchemas. Er soll zusätzliche freie Flächen schaffen und die

Verspannung des Gebirges verringern. Es werden unterschieden:

konische Einbrüche

zylindrische Einbrüche

Bei konischen Einbrüchen ist die Abschlaglänge vom Querschnitt des Vortriebsortes abhängig. Sie sind durch schräg zur

Vortriebsrichtung angeordnete Bohrlöcher gekennzeichnet. Zu ihnen gehören:

‣ Kegeleinbruch

‣ Keileinbruch

‣ Fächereinbruch (First-, Sohl- und Stoßlöseneinbruch)

Kegeleinbruch

Keileinbruch (Zahlen entsprechen Zeitstufen bzw. Reihenfolge des Zünders – gilt für alle Einbrüche und Bohrschemata)

52


Fächereinbruch

Zylindrische Einbrüche gewinnen ständig mehr an Bedeutung, denn sie ermöglichen

günstige Anwendungsmöglichkeiten für Bohrgeräteträger der verschiedensten Art

große Abschlaglängen (unabhängig von Auffahrungsquerschnitt)

Alle Bohrlöcher verlaufen parallel zur Vortriebsrichtung (abgesehen von den Kranzlöchern, die stets leicht nach außen gerichtet

sind). Das Bohrschema braucht bei Schwankungen der Abschlaglänge in gewissen Grenzen nicht geändert zu werden.

Gegenwärtig werden im Erz- und Kalibergbau folgende zylindrische Einbrüche vorwiegend angewendet:

‣ Stufeneinbruch

‣ Einbruch auf Freibohrloch

Beim Stufeneinbruch muss stets darauf geachtet werden, dass sich die Sprengstoffladesäulen der kurzen und langen Bohrlöcher

nicht überschneiden, da der den kurzen Bohrlöchern gegenüberliegende freibleibende Teil der langen Bohrlöcher diesen als

Einbruchsraum dient. Mit dem Einbruch auf Freibohrloch sind sehr große Abschlaglängen erzielbar. Dabei werden um ein oder

mehrere Großbohrlöcher (75 bis 500mm Durchmesser) Sprengbohrlöcher angeordnet. Je größer der Durchmesser des

Freibohrloches (teilweise mehrere), umso geringer ist die Verspannung, die von den Ladungen des Einbruchs überwunden werden

muss.

Stufeneinbruch

Einbruch auf Freibohrloch

Beziehungen zwischen Durchmesser des Freibohrloches und Abschlaglänge

53


Bohr und Sprengpläne im Vortrieb und im Abbau

Mit dem Einsatz der verschiedensten Bohrgeräteträger und der vorwiegenden Anwendung von zylindrischen Einbrüchen setzt

sich mehr und mehr eine Schematisierung der Bohr- und Sprengarbeiten durch, die eine Erhöhung der Abschlaglängen zur

Folge hat.

Die größtmögliche Abschlaglänge ist jedoch nicht immer die optimale!

Bohrschemata werden stets vom Einbruch zu den Kranzlöchern aufgestellt. In gleicher Reihenfolge wird die

Zündfolge der einzelnen Sprengladungen vorgesehen.

Mit Formeln können im Untertage-Bergbau nur Näherungswerte für die erforderlichen Sprengbohrlöcher und die benötigten

Sprengstoffmengen ermittelt werden.

Der spezifische Sprengstoffverbrauch im Abbau ist meist niedriger als bei Vortriebsarbeiten, weil in vielen Fällen das Gestein

durch gebirgsmechanische Einwirkungen eine geringere Festigkeit erlangt hat und außerdem mit zunehmendem

Auffahrungsquerschnitt die Verspannung des Gebirges geringer wird. Beim Bohren der Sprenglöcher ist zu beachten:

‣ Einhaltung der vorgesehenen Vorgabe, Bohrlochrichtung und- länge

‣ auch das Bohrlochtiefste darf sich nicht außerhalb der geplanten Kontur befinden

Anzahl der Sprenglöcher bei Vortriebsarbeiten:

Erforderliche Lademenge für einen Abschlag:

Kegeleinbruch in der Schachtteufe

54


Sohleneinbruch (Kupferbergbau)

Fächereinbruch im Überhauenvortrieb

Einbruch auf Freibohrloch (Erzbergbau)

55


Einbruch auf Freibohrloch (Kalibergbau)

Stufeneinbruch (Erzbergbau)

Firstrücken im Kalibergbau

Reihenweise Anordnung der Sprenglöcher

56


Bohrschema im Geradstrebbau (Kupferschieferbergbau)

2.2.5.9. Schonendes Sprengen

Es werden unterschieden:

Abscherverfahren

Abkerbverfahren (abwechselnd Spreng- und Freibohrlöcher-Anwendung in Ausnahmefällen)

Vorspaltverfahren (Anwendung besonders über Tage) Ziel:

Genaues Herauslösen des Gesteins an der geplanten Kontur unter relativ geringer Beanspruchung des stehenbleibenden Gebirges.

Beanspruchung des stehenbleibenden Gebirges in Abhängigkeit vom Verhältnis Bohrlochdurchmesser – Ladungsdurchmesser

Abkerbverfahren

◦ diese Bohrlöcher werden nicht geladen

• diese Bohrlöcher werden geladen

57


Von besonderer Wichtigkeit ist es, das Energieniveau der Randladungen so niedrig wie möglich zu halten. Deshalb werden diese

Ladungen nach Möglichkeit gestreckt (bei ANO-Sprengstoff nicht möglich!). Das Abscherverfahren erfordert den geringsten

Aufwand und bringt gute Erfolge. Alle Profilbohrlöcher werden in gleichem Abstand (abhängig von Gesteins- und

Gebirgseigenschaften, Bohrloch- bzw. Ladungsdurchmesser und Anordnung der Ladung im Bohrloch) und mit gleichem

Durchmesser gebohrt. Alle Bohrlöcher werden geladen und in einem Zündgang abgetan. Die Ladungen des Kranzes erhalten eine

Zeitstufe (MS-Zündung nutzen!).

Der zeitliche Abstand zwischen der Detonation der Ladungen der Helfer und des Kranzes sollte mindestens drei Zeitstufen (etwa

70ms) betragen.

Abstand zwischen den Sprengbohrlöchern im Kranz: 0,45 bis 0,60 m

Abscherverfahren

Prinzip des Abscherverfahrens

1 Sprengbohrloch; 2 Spannungswellen; 3 Resultierende der Spannungswellen;

4 Bruchlinie; 5 Spannungszone

Verringerung des Überprofils

Reduzierung der Gebirgszerklüftung um bergmännische Hohlräume auf ein Minimum

Senkung des Ausbauaufwands

Verringerung der Unfallgefahr durch Steinfall

Verringerung des Wetterwiderstands

58


2.3 Maschinelle Gewinnung

Walzenschrämmaschine

Das Gestein wird durch unmittelbares Einwirken von Werkzeugen gelöst. Die maschinelle Gewinnung ermöglicht eine

kontinuierliche Gewinnung ohne technologisch begründete Stillstands Zeiten.

Gewinnen des Gesteins und Laden des Haufwerks werden durch die gleiche Maschine übernommen.

Arbeitsprinzipien der maschinellen Gewinnung:

‣ Spanen

‣ Brechen

‣ Spalten

‣ Schleifen

‣ Kerben

‣ Drücken

Es wird ein möglichst grobstückiges Haufwerk angestrebt, um die erforderliche Formänderungsarbeit gering zu halten. Nach dem

Einsatzort werden unterschieden:

maschinelle Gewinnung Abbau

maschinelle Gewinnung im Horzizontalvortrieb

maschinelle Gewinnung im Vortrieb geneigter bzw. vertikaler Grubenbaue

2.3.1. Maschinelle Gewinnung im Abbau

Im Abbau der verschiedenen Bergbauzweige der DDR kommen zum Einsatz:

Schrämmaschinen (Kettenschrämmaschinen, Walzenschrämlader u. a.)

Hobel

Schälschrapper (Vereinigung der Eigenschaften des Hobels und des Schrappers)

2.3.2. Maschinelle Gewinnung im Horizontalvortrieb

Im Horizontalvortrieb eingesetzte Vortriebsmaschinen arbeiten entweder nach dem Teilschnitt- oder nach dem

Vollschnittverfahren.

Teilschnittmaschinen benötigen nur etwa 20 bis 40% der Vorschubkraft von Vollschnittmaschinen, da sie den Gesamtquerschnitt

in Abschnitten nacheinander hereingewinnen.

59


Schematische Darstellung der Gesteinsbearbeitung

Streckenvortriebsmaschine (Teilschnittmaschine)

Streckenvortriebsmaschine (Vollschnittmaschine)

1 Bohrkopf; 2 Traverse; 3 vordere Verspannung; 4 Vorschubzylinder; 5 hintere Verspannung;

6 Verteilergetriebe; 7 Planetengetriebe; 8 Turbokupplung; 9 Antriebsmotoren; 10 Fahrerstand mit Hydraulik- und

Elektrosteuerstand, Steuerpult und Justiervorrichtung

60


Tabelle 2.12. Prinzipielle Unterschiede zwischen Voll- und Teilschnittmaschinen

Arbeitsprinzip

Arbeitsweise des Bohrkopfes

Vollschnittmaschine

Bohrwerkzeuge umlaufend,

Maschine bewegt

Gleichzeitige Bearbeitung der

gesamten Ortsbrust mit

rotierendem Bohrkopf

Teilschnittmaschine

Bohrwerkzeuge umlaufend

und bewegt, Maschine steht

Am Ausleger angebrachter

Bohrkopf bearbeitet jeweils nur

einen Teil der Ortsbrust

Vorwiegen angewendete

Bohrwerkzeuge

Hartmetall- meißel,

Diskenrollen,

Rollenbohrer

Hartmetallmeißel

Hartmetallmeißel

Form der aufgefahrenen Querschnitte

Rollenbohrwerkzeuge

Tabelle 2.13. Arbeitsweise und Einsatzgebiete von Streckenvortriebsmaschinen

61


Anordnung der Bohrwerkzeuge auf dem Bohrkopf

a) Kreissägen ähnliche Fräser beim Hinterschneidprinzip

b) Rollenbohrer

Vorteile der Streckenvortriebsmaschine sind:

hohe Vortriebsleistungen

geringes Überprofil

schonendste Behandlung des stehenbleibenden Gebirges

genaue Einhaltung der vorgegebenen Richtung (Nutzung der Lasertechnik)

geringer Wetterwiderstand der aufgefahrenen Strecke

Die hauptsächlichsten Gründe für den z. Z. noch geringen Einsatz von Streckenvortriebsmaschinen sind:

‣ relativ hoher Montageaufwand

‣ große erforderliche Kurvenradien

‣ hohe Grundmittelkosten

‣ Notwendigkeit spezieller Energiequellen.

Hinterschneidprinzip

2.3.3. Maschinelle Gewinnung in vertikalen und geneigten Grubenbauen

Es werden eine Reihe von Maschinen eingesetzt, die zu einer wesentlichen Steigerung der Produktivität und Verbesserung der

Wirtschaftlichkeit in diesen Technologien und zu einer entscheidenden Verringerung der physischen Belastung des Bergmanns

geführt haben.

Bohren von Schächten

Die Schachtbohrtechnik hat in den letzten Jahren einen bedeutenden Aufschwung genommen. Beim Abbohren von Schächten

kommen folgende Verfahren zur Anwendung:

Honigmannverfahren

Rotarybohrverfahren

Saugbohrverfahren

Mehrturbinenverfahren

Kernbohrverfahren

Abteufen mit Abteufmaschinen

62


Bohren von Rollöchern, Überhauen und Blindschächten

Sind zwei Sohlen vorhanden, dann ist es möglich, vertikale und geneigte Rollöcher, Überhauen und Blindschächte mechanisch

mit Hilfe spezieller Großbohrlochmaschinen aufzufahren. In Abhängigkeit von Gesteinsfestigkeit und Abrasivität werden

unterschiedliche Zerstörungsvorgänge genutzt.

Im Kalibergbau fährt man Rollöcher teilweise mit Ringschrämmaschinen auf. Bei Anwendung dieser Maschinen wird zunächst

zwischen zwei Sohlen ein Vorbohrloch gebohrt. In diesem wird das Antriebsteil für den ringförmigen Schrämarm eingesetzt

und von der oberen Sohle durch einen Haspel gezogen. Der Bohrkern bricht beim Erreichen einer bestimmten Länge infolge

seines Eigengewichts ab. Es ist möglich, in festen Gesteinen anstelle Schrämmeißeln Diskenrollen aufzusetzen.

Ringschrämmaschine

1 Seilwinde; 2 Kabelwinde; 3 Doppelumlenkrolle; 4 Zugseil; 5 Bohrkabel; 6 Bohrmotor; 7

Bohrgetriebe; 8 Führungsendstück; 9 Schrämring; 10 Schrämmeißel; 11 Tragring;

12 Kern; 13 Kernbrecher

Rollenbohrmaschine SB U-3m

Ebenfalls im Kalibergbau ist die sowjetische Bohrmaschine Sbm-3u im Einsatz, mit der Bohrlöcher bis 850mm Durchmesser (0

bis 90°) gebohrt werden können.

Im Erzbergbau sind zum Auffahren von Rollöchern und Überhaun elektrohydraulische Großbohrlochmaschinen eingesetzt, bei

denen nach dem Bohren eines Zielbohrloches (etwa 200 mm Durchmesser) das Erweitern bis zum gewünschten Profil (bis etwa

1,5 m Durchmesser) mit mehrstufigen, kegelförmigen Erweiterungsbohrkronen vorgenommen wird. In Abhängigkeit von der

Maschinenbauweise kann die Erweiterungsbohrung ziehend von unten nach oben (stets freie Bohrlochsohle) oder in umgekehrter

Richtung durchgeführt werden.

63


Auffahren von Rollöchern mit elektrohydraulischer Großlochbohrmaschine

Prinzip einer angetriebenen Schneidrolle

Einige moderne Gesteinszerstörungsverfahren

a) Erosionsbohren; b) Flammenstrahlbohren; c) Induktionsbohren; d) Plasmastrahlbohren;

e) Gaslaserbohren

64


Der Einsatz der Großbohrlochmaschinen ist auch in sehr festem Gestein möglich, wobei in Abhängigkeit von den

Gesteinseigenschaften Rollen- oder Diskenmeißel verwendet werden. Die Vortriebsgeschwindigkeiten sind höher und die

Gesamtkosten meist niedriger als beim Auffahren durch Bohr- und Sprengarbeiten.

In ähnlicher Weise (größerer Durchmesser des Vohrbohrlochs, stärkeres Bohraggregat u. a.) werden Blindschächte abgebohrt.

2.4 Sonstige Gewinnungsverfahren

In den letzten Jahren wurden eine Reihe von Verfahren entwickelt, bei denen durch Gesteinszerstörung die Gewinnung vorbereitet

wird oder das nutzbare Gut unmittelbar gewonnen werden kann.

Einige moderne Gesteinszerstörungsverfahren:

Flammenstrahlbohren

Plasmastrahlbohren

Bohren durch Einwirken von elektrischem Strom oder elektromagnetischen Wellen

Gaslaserbohren

Erosionsbohren

Ein Teil dieser Verfahren befindet sich im Versuchsstadium. Das Erosionsverfahren scheint am ehesten industrielle Wirksamkeit

zu erlangen (evtl. in Verbindung mit konventioneller Gesteinszerstörung.

Weitere moderne Gewinnungsverfahren

‣ Untertagevergasung von brennbarem Gestein

‣ Lösen von Stein- und Kalisalzen

‣ hydromechanische Gewinnung von Lockergesteinen

‣ Erzlaugen

2.4.1. Lösen von Salzen

Bei diesem Verfahren werden Stein- und Kalisalze durch Lösen in der Lagerstätte aufgelöst. Das Lösen von Steinsalz ist

bisher am weitesten verbreitet.

Lösungsmittel:

für Steinsalz: Wasser

für Kalisalz: Löselauge bzw. heißes Wasser

Technologische Varianten:

Lösen in Kammern

Lösen tief lagernder Salzlagerstätten über Bohrlöcher

Das Lösen über Bohrlöcher ermöglicht

die Gewinnung in großen Teufen

eine „schachtlose“ Gewinnung

eine hohe Wirtschaftlichkeit

2.4.2. Laugung von Erzen

In steigendem Maße werden Verfahren der physikalisch-chemischen und mikrobiologischen Gewinnung von Metallen und

Nichtmetallen angewendet (vor allem aus Außerbilanzerzen). Hierbei werden die Wertstoffe als Ionen in ihren chemischen

Verbindungen in die flüssige Phase überführt und aus diesen nach verschiedenen Methoden gewonnen.

Die Laugung ist besonders ökonomisch, wenn die Laugungsreagenzien bei der Laugung selbst gebildet werden (z. B. beim

Vorhandensein von Pyrit).

Schwefel- und eisenoxydierende Bakterien beschleunigen den Laugungsprozeß. Aus Oxydationsvorgängen erhalten dies

Bakterien ihre Lebensenergie.

65


Günstige Bedingungen für die Entwicklung der Bakterien sind:

Anwesenheit von WasserZutritt von Luftsauerstoff und damit von CO 2

Vorhandensein anorganischer Ionen wie Mg 2+ , NH 4 + und PO 4

3-

optimale Temperatur (etwa 35°C)

optimaler pH-Wert (1,2 bis 4)

Angewandte Laugungstechnologien:

Blocklaugen

Laugung im Anstehenden (in situ)

Haldenlauge

Laugen alter Grubenbaue

Laugen von Bergeversatz

Tabelle 2.14. Technische Daten von Vollschnittmaschinen

Bezeichnung

Einheit

Auffahrungsquerschnitt m 2 4 … 120

Erforderliche Vorschubkraft Mp 60 … 700

Erforderliches Drehmoment Mpm 3000 … 4200

Betriebsspannung V 75 … 1200

Antriebsleistung kW 75 … 1200

Masse t 30 … 300

Minimaler Kurvenradius m 30 … 40

Vortriebsgeschwindigkeit mh -1 0,3 … 2,4

Für wirtschaftlichen Einsatz

erforderliche

Mindeststreckenlänge

m 3000 … 10000

3 Grundlagen der Gebirgsmechanik

Die Gebirgsmechanik als Teilgebiet der Geomechanik ist die Lehre von den Spannungen, Formänderungen oder Bewegungen und

Zerstörungen im Gebirge bzw. der Wiederverfestigung von Bruchmassen einschließlich der Beherrschung dieser Vorgänge.

3.1. Grundbegriffe und Aufgaben der Gebirgsmechanik

66


Die Gebirgsmechanik ist das Bindeglied zwischen Geologie und Technik bzw. Technologie im Bergbau. Ihre Aufgabe besteht

darin, Kennwerte zu ermitteln und für die speziellen Aufgaben im untertägigen Bergbau zu interpretieren. Es werden die Gesetze

der Mechanik auf geologische Körper angewendet.

Die Gebirgsmechanik untersucht:

geologische Körper physikalisch-mechanische Seite

innere oder äußere Kräfte sowie Spannungen statistische Seite

Hohlräume (Einzelhohlräume, Hohlraumsysteme) geometrische Seite

Geologische Körper können sein:

Bruchstücke und planmäßig gewonnene Proben von Gesteinen

große Gebirgsblöcke sowie das anstehende Gebirge selbst.

Das Verformungs- und Festigkeitsverhalten der Gesteine ist

vom gesteinsbildenden Material

von der Vorgeschichte im Gebirgsverband abhängig.

Das Spannungs- Verformungs- Verhalten wird in Kennlinien dargestellt.

Eine richtige Einschätzung der gebirgsmechanischen Situationen ist bei folgenden Teilgebieten des Bergbaus von Bedeutung:

‣ Auswirkungen des Bergbaus auf die Tagesoberfläche

‣ Grubenausbau

‣ Abbau und Versatz

‣ hydrogeologische Probleme

‣ Beurteilung von Gefahren durch natürliche Gase, Wässer und Laugen

3.2 Spannungszustände im Gebirge

Es werden unterschieden:

primärer Spannungszustand

sekundärer Spannungszustand

3.2.1. Primärer Spannungszustand

Der primäre Spannungszustand ist überall und von Natur aus im Gebirge vorhanden. Spannungen und Material befinden sich hier

im Gleichgewicht.

Es liegt ein dreiachsiger Spannungszustand vor, die Hauptspannung (σx, σy und σz) wirken senkrecht zueinander.

Der primäre Spannungszustand wird beeinflusst von:

dem Eigengewicht des Gebirges (Schwerkraft)

den wirkenden tektonischen Kräften

den mechanischen Eigenschaften und der Struktur des Gebirgsverbandes (Klüftung, Schichtung u.a.)

Die Schwerkraft, d. h. das Gewicht der überlagernden Massen, ist von den angeführten Faktoren von besonderer Bedeutung. Sie

wirkt stets in Richtung der σ z – Achse.

Der vertikalen Spannung entspricht eine Vertikalzusammendrückung und eine horizontale

67


Ausdehnung des Gesteins.

Das Verhältnis σx: σy: σz ist in den einzelnen Fällen unterschiedlich. Es ist von vielfältigen Materialeigenschaften abhängig.

Im elastischen, homogenen und isotropen Gebirge sind die entstehenden horizontalen Spannungen gleich.

Die dimensionslose Größe λ gibt das Verhältnis der horizontalen zur vertikalen Spannung an und

wird als Seitendruckziffer bezeichnet. Ihr Zahlenwert ist von den elastischen Eigenschaften der Gesteine abhängig. Auch aus der

Poissonschen Zahl μ bzw. der Querdehnungszahl ν kann man auf die elastischen Eigenschaften eines Gesteins schließen.

Dreiachsiger Spannungszustand

Wirkung der Schwerkraft auf eine Schicht in der Teufe H

Vertikale Spannung im Gebirge:

Zunahme von σz mit zunehmender Teufe für tan ȹ= g • ϱ m

Horizontalspannung im unverritzten Gebirge in Abhängigkeit von der Poissonschen Zahl

68


Horizontale Spannungen im Gebirge:

Poissonsche Zahl:

Einige Werte der Poissonschen Zahl:

Material

Poissonsche

Zahl

μ

Wasser 2

Gestein 5---12

Salzgestein 2,2

Querdehnungszahl:

Aus Versuchen ist bekannt, dass die Querdehnungszahl ν mit steigender Vertikalspannung abnimmt. Man muss also in größeren

Teufen bei gleichem Gestein mit größeren Horizontalspannungen rechnen.

3.2.2. Sekundärer Spannungszustand

Durch das Auffahren untertägiger Hohlräume wird der primäre Spannungszustand gestört, und es erfolgt eine Umverteilung

gebirgseigener Spannungen. Zusätzlich treten noch aufgezwungene Spannungen auf. Art und Umfang der Spannungen,

Verschiebungen und Verformungen des Gebirges werden sowohl von Struktur und Eigenschaften als auch von Form und Ausmaß

der bergmännischen Hohlräume bestimmt. Mit wachsender Entfernung vom Grubenraum nehmen die sekundären Spannungen bis

auf den Wert der Primärspannungen ab.

Die Größe des sekundären Spannungszustands ist abhängig von

dem primären Spannungszustand

der Abbaudynamik

der Form des Hohlraumes

der Größe und dem Abstand der Einzelhohlräume und Hohlraumsysteme.

der Größe und der Form der Pfeiler

der Art der Gewinnung

69


Verlauf der σ z Spannungslinien vor dem Auffahren eines Grubenraumes

Der Bereich um den Grubenbau, der Spannungsveränderungen und damit Verformungen unterliegt, wird beeinflusste Zone

genannt. Die Größe der Verformungen richtet sich nach dem Verhältnis von auftretenden Spannungen zur Festigkeit des Gebirges.

Tabelle 3.1. Auswirkungen der sekundären Spannungen

Größe der sekundären

Spannung



Festigkeit des

Gebirgsverbandes

Festigkeit des

Gebirgsverbands

Auswirkungen

Geringe elastische

Verformungen. Kein oder

nur schwacher Ausbau

erforderlich

Risse, Schalenbildung,

Deformationen; stärkerer

Ausbau erforderlich.

Verlauf der σ z -Spannungslinien nach dem Auffahren einer Strecke

Beeinflusste Zone um eine Strecke

Es werden drei Teilzonen innerhalb der beeinflussten Zone unterschieden

‣ Niederdruckzone (σ vorh < σ primär )

‣ Hochdruckzone (σ vorh > σ primär )

‣ Bereich der sich angleichenden Spannungswerte (σvorh bis σ primär )

Das Ausmaß und die Art der auftretenden zusätzlichen Spannungen werden weitgehend von der Querschnittsform des

Grubenbaues bestimmt.

Das eine Strecke umgebende Gebirge wird sowohl auf Zug als auch auf Schub und Druck beansprucht

70


Beispiele der Ausbildung beeinflusster Zonen

a) Spannungen um eine Strecke im elastischen Gebirge ohne Ausbildung einer entspannten Zone (2 Hochdruckzone, 3 Bereich der

sich angleichenden Spannungswerten )

b) Spannungen um eine Strecke im inelastischen Gebirge (1

Niederdruckzone, 2 Hochdruckzone, 3 Bereich der sich angleichenden Spannungswerte)

3.3 Geomechanische Materialeigenschaften

Die Eigenschaften und das Verhalten geologischer Körper ist entgegen technischen Körpern weit schwieriger zu ermitteln.

Gesteine (kleine Ausschnitte aus dem Gebirgsverband) weisen andere Eigenschaften als das Gebirge auf.

Beeinflusste Zone im Abbaubereich

c)-Auswirkungen bei Versatzeinbringung und d)-beim Bruchbau

Druck-(+) und Zugspannung(–) bei trapez-, tropfen- und ellipsenförmigem Querschnitt.

71


Tabelle 3.2. Einfluss der Form des Streckenquerschnitts auf die Spannungsverteilung

Querschnittsform Zugspannungen Druckspannungen

Rechteck groß in Sohle und Firste groß in Stößen große

Trapez groß in Sohle und Firste groß in Stößen

Spannungskonzentration

Bogen klein in Firste, groß in Sohle groß in Stößen

in den Ecken

Kreis klein in Sohle und Firste groß in Stößen

Aufrechte Ellipse fast keine klein in Stößen

Zwischen Gestein und Gebirge bestehen strukturelle Unterschiede, die durch das Auftreten von Trennflächen geprägt werden.

Alle strukturellen Besonderheiten des Gebirges werden durch den Begriff Trennflächen charakterisiert. Sind dies tektonischen

Ursprungs, so werden sie als tektonische Trennflächen bezeichnet – im Gegensatz zu stratigraphischen Schichtflächen.

Gestein

Gebirge

Festigkeit

σ

groß

klein

Verformbarkeit

Ɛ

klein

groß

Beispiele für Trennflächen:

Schicht-, Schieferungs-, Spalt-, Kluftflächen

Festigkeit und Verformbarkeit der Gesteine wachsen erheblich, wenn sie allseitigen

Spannungen unterworfen werden.

Grundlagen für die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften des Gebirgsverbandes sind die Erfassung und Auswertung aller

Trennflächen. Von der Größe des so bestimmten Homogenitätsbereichs hängt die Übertragbarkeit von gesteinsmechanischen

Laborergebnissen auf das Materialverhalten des Gebirges ab.

Gesteine werden unterschieden durch

chemische Zusammensetzung

physikalische Eigenschaften

Gefüge

Für den Bergmann ist die Festigkeit der Gesteine z. B. für die Gewinnung und den Grubenausbau von besonderer

Bedeutung.

Die Biege-, Scher- und Zugfestigkeit des Gesteins ist gegenüber der Druckfestigkeit gering:

Biegefestigkeit

Schwerfestigkeit

Zugfestigkeit

4…30%

3…15%

0,5…5%

Tabelle 3.3. Druckfestigkeit einiger Gesteine

Gesteinsart Druckfestigkeit in kp cm -2

Granit 1230 --- 2000

Basalt 920 --- 4570

Kalkstein 400 --- 1900

Sandstein 300 --- 1850

Lederschiefer 350 --- 500

Kohle-Kieselschiefer 800 --- 1000

Tonschiefer 30 --- 300

Anhydrit 500 --- 550

Steinsalz 310 --- 400

Sylvinit 300 --- 350

Hartsalz 280 --- 350

72


Sehr großen Einfluss auf Festigkeit und Verformbarkeit der Gesteine hat die Feuchtigkeit. Feuchte Grubenwetter können

hinsichtlich der Veränderung der Gesteinseigenschaften die gleiche Wirkung wie Wasser haben.

Veränderungen der Gesteinseigenschaften durch Feuchtigkeit:

Die Festigkeit des Gebirgsmassivs bezeichnet man auch als Verbandsfestigkeit, die beeinflusst wird von

den Eigenschaften der einzelnen Gesteine der Mächtigkeit der einzelnen Gesteinsschichten, deren Anordnung und Anteil

am Gesamtaufbau des Gebirges

der Zahl, der Anordnung und Ausbildung von Trennflächen

Abnahme der Festigkeit in %

bei Sandstein 35 --- 50 ~25

bei Schiefer 50 --- 70 ~50

Zunahme der Verformbarkeit

Spezifische geometrische Materialeigenschaften sind z. B. die Homogenität und die Kontinuität des geologischen Körpers, sein

Tropieverhalten (Verhalten bei Beanspruchung), das Spannungs- Verformungs- Verhalten (vor und nach dem Bruch) sowie da

Bruchverhalten.

Das Gebirge ist grundsätzlich inhomogen oder auch heterogen, weil es verschiedene Bestandteile besitzt. Es ist außerdem

normalerweise anisotrop, d. h., es verhält sich in verschiedenen Beanspruchungsrichtungen uneinheitlich. Schließlich ist der

Gebirgsverband kein stetiger Körper, er ist vielmehr durch Trennflächen unterbrochen.

Das Spannungs- Verformungs- Verhalten wird anschaulich durch Kennlinien dargestellt.

Man unterscheidet geologische Körper mit elastischem und solche mit inelastischem Verhalten. Im Allgemeinen ist das Gebirge

bis zu einer bestimmten Belastung (Grenzbelastung) zunächst elastisch und bei größerer Belastung inelastisch. Einige

Gesteinsarten zeigen z. B. bei Druckversuchen im Labor ein elastisches Verhalten (z. B. Quarzit, Anhydrit), andere dagegen

bereits bei relativ geringer Belastung en inelastisches Verhalten (z. B. Ton, Schieferton, Carnallitit).

Spezifische geometrische Materialieneigenschaften

homogen

kontinuierlich

diskontinuierlich

isotrop

anisotrop

einheitliches Material

stetiger Körper

nicht stetiger Körper, da von Trennflächen durchsetzt

Bei gleicher Belastung gleiche Verschiebung

Unter gleicher Belastung in verschiedenen Richtungen ungleiche

Verschiebung

Spannungs- Verformungsverhalten vor dem Bruch

Bruch (Festigkeit, Charakter, Intensität)

Spannungs- Verformungs Verhalten nach dem Bruch

Neben dem zeitlichen Ablauf, der Art der Belastung sind vollem Aussagen zur Charakterisierung der Gesteinsprobe

(mineralogisch-petrographischer Aufbau, Dimension, Form Qualität) zur Auswertung einer aufgenommenen Kennlinie

notwendig.

73


Als Kriechen bezeichnet man zeitabhängige Verformungen, die auch dann ablaufen, wenn keine weitere Belastungssteigerung

(σ0 = konst.) mehr stattfinden. Sie können im ungünstigsten Fall auch zum Bruch führen. Diese Vorgänge werden in einer

Kriechkurve veranschaulicht. Je nach Verformungsgeschwindigkeit werden drei verschiedene Kriechstadien unterschieden.

Im Bergbau interessiert im Gegensatz zur technischen Mechanik auch das Materialverhalten beim Bruch (z. B. Bewegung der

Hangendmassen beim Bruchbau, Verhalten des gebrochenen Materials, Wiederverfestigung des Versatzguts).

Vollständige Spannungs-Verformungs-Kennlinie von Gesteinen

I elastischer Bereich; II inelastischer Bereich; III Entlastung nach dem Bruch; IV Wiederverfestigung

Vollständige Kriechkurve bei konstanter Belastung (σ 0 = const)

I erstes Kriechstadium e/t nimmt ab; II zweites

Kriechstadium e/t konstant; III drittes

Kriechstadium e/t nimmt zu

3.4 Praktische Bedeutung der Gebirgsmechanik für den Bergbau

Die Gebirgsmechanik hat eine unmittelbare und ausschlaggebende Bedeutung für den Bergbau. Der moderne Bergbau ist ohne

Nutzung der wichtigsten Erkenntnisse der Gebirgsmechanik nicht möglich. Die Nichtbeachtung gebirgsmechanischer

Einschätzungen oder eine falsche Beurteilung der zu erwartenden gebirgsmechanischen Vorgänge kann

‣ Katastrophen (z. B. in Form von Gebirgsschlägen)

‣ Unfälle durch Steinfall oder zu Bruch gehen von Grubenbauen

‣ zusätzliche Kosten (z. B. bei Überdimensionierung des Ausbaus)

zur Folge haben.

Die praktische Bedeutung der Gebirgsmechanik besteht in der Lösung zahlreicher geomechanischer und

geotechnischer Probleme in den verschiedenen Teilgebieten des Bergbaus.

74


Tabelle 3.4. Beispiele zur praktischen Bedeutung der Gebirgsmechanik für den Bergbau

Teilgebiet

Aufgabenstellung der Gebirgsmechanik

Aus- und Vorrichtung

Art der Ausrichtung (Schächte, Stolln, Anlagen der Hauptsohlen, Sohlenabstände u. a.), Anordnung von

Schächten, großen Grubenräumen

und Strecken unter Berücksichtigung der geologischen Verhältnisse der Entwicklung des Abbaubetriebs,

Lage der Hauptstrecken (z. B. in der Lagerstätte, im Nebengestein, im Liegenden oder Hangenden).

Anordnung der Aus- und Vorrichtungsgrubenbaue im Verhältnis zum Abbau (z. B. Vor- und Rückbau).

Wahl von Größe und Form des Querschnitts sowie des Ausbaus von Schächten, großen Grubenräumen und

Strecken.

Grubenausbau

Wahl und Dimensionierung sowie Form des Grubenbaus unter Beachtung des Verwendungszwecks, der

Abbauentwicklung, der notwendigen Nutzungsdauer u. a.

Von der zu erwartenden gebirgsmechanischen Beanspruchung ist die Form

des Grubenausbaus, die Materialwahl und das Verhalten gegenüber Gebirgsbewegungen (starrer,

nachgiebiger, gelenkiger oder kombinierter Ausbau) abhängig.

Abbau und Versatz

Sicherung minimaler Abbauverluste, einer maximalen Sicherheit sowie Schaffung günstiger

Voraussetzungen für die Mechanisierung und hohe

Produktionsleistungen.

Wahl des Abbauverfahrens (z. B. Abbauform, Beherrschung des Daches – Abbauverfahren mit Versatz

oder Bruchbau). Dimensionierung des Abbaus (z. B. Breite von Pfeilern und Kammern beim Kammerbau,

Abstand von Teilsohlen, Parameter zur Dimensionierung der eigentlichen Abbaufläche). Notwendiger

Ausbau beim Abbau (z. B. Festlegung von Ausbauregeln, Sicherungsmaßnahmen an Abbau- und

Schichtgrenzen). Aufeinanderfolge einzelner Abbaufelder u. a.

Festlegung von Versatzpapametern (z. B. Versatzfestigkeit, maximale freie Fläche im Abbau, Verringerung

der Bodenabsenkung und anderer Auswirkungen des Bergbaus an der Tagesoberfläche.

Sonstige Aufgaben

Einschätzung der vor allem beim Abbau entstehenden Gefahren durch natürliche Gase, Wässer oder

Laugen sowie Wahl bzw. Entwicklung von Methoden zur Beherrschung dieser Gefahren.

Erfassung von gesteinsmechanischen Kennziffern für die Gewinnungs-, Lade- und Fördertechnik.

3.5 Arbeitsmethoden der Gebirgsmechanik

Zur Erfassung gebirgsmechanischer Erscheinungen bedient man sich unterschiedlicher Methoden, welche oft gemeinsam zur

Lösung einer bestimmten Aufgabe eingesetzt werden z. B.

makroskopische Beobachtungen

marktschreierische Feinmessungen

Messen von Belastungen, Verformungen und Zerstörungen in Grubenbauen, am Grubenausbau und im

Gebirge

Untersuchung des Festigkeits- und Verformungsverhaltens der Gesteine im Labor und im Anstehenden

Modellversuche im Labor

mathematische Analysen

Bei den praktischen Meßmethoden Meßverfahren werden direkte und indirekte Meßmethoden angewendet, um die außerordentlich

komplizierten gebirgsmechanischen Vorgänge und Einflüsse in ihrer Größe zu erfassen.

75


Moderne Arbeitsmethoden der Geomechanik

praktische Meßverfahren

gesteinsmechanische Untersuchungen

geomechanische Modelltechnik

analytische Methoden

Tabelle 3.5. Praktische Meßverfahren in der Gebirgsmechanik

Aufgaben der Messung Meßverfahren Messgeräte und Elemente

Verformungs-, Senkungs- und

Setzungsmessungen, Bestimmung von

elektrisch

Dehungsmeßstreifen, Induktivgeber,

Potentiometer, kapazitive Geber

Spannungszuständen und

mechanisch

Messuhr, Messstempel

gebirgsmechanischen Kennziffern hydraulisch

Schlauchwaage

Zug- und Druckmessungen, Messung der

Lastaufnahme, Bestimmung der

Ausbaustützkräfte

elektrisch

Seitendehnungsmeßverfahren,

Kraftmeßdosen auf induktiver und

kapazitiver Basis sowie mit

Dehungsmeßstreifen,

Kohlenübergangswiderstände

mechanisch

Meßstempel, Meßdose

Untersuchung der Bohrlochwandung auf

Klüfte und Risse

Bestimmung der dynamischen

gebirgsmechanischen Parameter und der

beeinflussten Zone

Erkennen von Gasausbrüchen und

Gebirgsschlägen

hydraulisch

optisch

pneumatisch

geophysikalisch

geophysikalisch

Druckpatronen, -kissen, -polster

Stratoskop, Bohrlochkamera,

Bohrlochfernsehsonden

Druckmeßgerät

Seismisches Fremdimpulsverfahren

mit Energieanregung durch Sprengung,

Hammerschlag und Vibration. Messung

der Longitudinal-und

Transversalgeschwindigkeit der

elastischen Welle

Seismische Eigenimpulsmethodeelastische

Wellen werden durch

Entstehung von Mikrorissen im Gebirge

angeregt

Außer diesen Meßverfahren gibt es noch Spezialverfahren, die auf Piezo-, Magneto- und Fotoelektrizität beruhen.

Gesteinsmechanische Untersuchungen sind einfache und relativ billige geomechanische Materialprüfungen. die bei den

Untersuchungen von Gesteinsproben ermittelten Zahlenwerte der Parameter sind jedoch in vielen Fällen nicht uneingeschränkt auf

das reale Gebirge überprüfbar. Es werden vor allem Festigkeits-, Verformungs- und Bruchparameter ermittelt. Der Vorteil

gesteinsmechanischer Laboruntersuchungen besteht vor allem darin, dass das Materialverhalten unter definierten Bedingungen

(Kräfte, umgebendes Medium, Temperatur u. ä.) erforscht wird und repräsentive, nachprüfbare Ergebnisse vorliegen.

Zustand der Abbauhohlräume in Salzlagerstätten vor und nach dem Eintreten eines Gebirgsschlages

a-vor dem Gebirgsschlag

b-unmittelbar nach dem Eintreten des Gebirgsschlages

c-endgültiger Zustand des Bruchfeldes

1 Abbaukammer; 2 Salzpfeiler; 3 Haufwerk, entstanden aus den zerstörten Salzpfeilern;

4 Hebungserscheinungen der Liegendschichten; 5 endgültige Lage des Haufwerkes; 6 Absenkung der Hangendschichten

76


Tabelle 3.6. Gesteinsmechanische Untersuchungen

Geomechanische Modellversuche sind stark verkleinerte Nachbildungen des Gebirges, an denen man die Auswirkungen der

komplizierten Bewegungs- und Verformungsvorgänge auf die bergmännischen Hohlräume untersucht. Mit Hilfe der

Modeltechnik wird das Verhalten größerer Gebirgsbereiche unter definierten Bedingungen sichtbar gemacht. Die notwendige

Vereinfachung der Modellversuche gegenüber dem realen Gebirge (Modellmaßstab, Kräfte und Festigkeit) gestattet nur die

Übertragung grundsätzlicher Erkenntnisse auf das reale Gebirge. Die Zahlwerte sind nicht uneingeschränkt übertragbar.

Tabelle 3.7. Geomechanische Modelle

77


Man wendet gegenwärtig vor allem folgende Arten von geomechanischen Modellen an:

spannungsoptische Modelle

Modelle aus äquivalenten Materialien

Modelle aus natürlichen Materialien

Das Ziel analytischen Methoden besteht darin, die mit anderen Methoden gewonnenen Ergebnisse zu physikalisch –

mechanischen Gesetzmäßigkeiten zusammenzufassen und durch mathematische Beziehungen auszudrücken, um allgemeingültige

und reproduzierbare zahlenmäßige Schlussfolgerungen treffen zu können.

4. Grubenausbau

4.1. Aufgaben, allgemeine Definitionen und Einteilungen

Der Grubenausbau (kurz: Ausbau) hat folgende Aufgaben:

Schutz der Bergleute vor Steinfall

Begrenzung der Verformung bzw. Bewegung des um bergmännische Hohlräume stehenbleibenden

Gebirges

Aufnahme eines Teiles der Last des in der Niederdruckzone gelösten Gebirges

Offenhalten der Grubenräume zum Zwecke der Gewinnung, der Förderung, der Fahrung, des Materialtransports,

der Wetterführung und der Wasserhaltung

Vermeiden von Wasser- bzw. Gasaustritten aus dem Gebirge (in bestimmten Fällen)

Tabelle 4.1. Allgemeine Begriffserläuterungen

Begriff

Ausbau

Einbau

Ausbauelement

Einbauelement

Ausbaueinheit (Bau)

Einbaueinheit

Ausbauart

Ausbauregel

Definition

Sammelbegriff für alle Mittel, die zum Offenhalten und Sichern von Grubenbauen in diese oder in das

umgebende Gestein eingebracht werden

Im Lichten eines Grubenbaues eingebrachte Ein- bzw. Ausbauelemente oder Ein- bzw. Ausbaueinheiten, die

nicht zum Ausbau gehören, sondern der Führung, Lenkung, Fahrung u. a. dienen (Rohrleitungen, Fahrten,

Lutten Leitungen u. a.)

Beim Ausbau verwendetes Einzelteil aus Holz, Metall, Beton u. a. (Stempel, Kappe u. a.)

Beim Einbau verwendetes Einzelteil (Einstrich, Spurlatte u.a.)

Aus mehreren Ausbauelementen zusammengesetzter selbständiger Teil des Ausbaus (Türstock, Geviert u. a.)

Aus mehreren Ein- oder Ausbauelementen zusammengesetzter selbständiger Teil des Einbaus (Wettertür,

Dammtor u.a.)

Systematisches Aneinanderreihen gleichartiger Ausbaueinheiten, die meist durch Ausbauelemente

miteinander verbunden sind.

Vorschrift über berggerechte Ausführung der Ausbauart mit allen Einzelheiten

einschließlich der zu verwendenden Werkstoffe und Abmessungen

78


Tabelle 4.2. Ausbauelemente

Ausbauelement Vorwiegende Beanspruchung Material

Stempel

Druck in Längsrichtung, bei Seitendruck zusätzlich auf

Biegung (Türstock)

Rundholz, Metall, Beton

Kappe

Biegung quer zur Längsrichtung

Rund- oder Halbholz, Leichtmetall,

Stahl, Beton

Ausbaubogen Druck und Zug in radialer Richtung Stahl, Stahlbeton

Unterzug (Sattel) Biegung quer zur Längsrichtung Halbholz

Schalholz Biegung quer zur Längsrichtung Halbholz

Quetschholz Druck quer zur Faser Weichholz

Bolzen Druck in Längsrichtung, Knickung Rund- oder Halbholz, Stahl

Spreize Druck in Längsrichtung, Knickung Rund- oder Halbholz

Verzug

Anker

Biegung (gleichmäßige Belastung durch dichte,

kleinstückige Hinterfüllung)

Zug in Längsrichtung

Rund- oder Halbholz, Bretter,

Schwarten, Betonplatten,

Baustahlgewebe, Maschendraht, Stahlblech

Stahl, Drahtseil, Beton, Holz,

Plexiglas, Plaste

Tabelle 4.3. Einteilung des Grubenausbaus

Unterscheidungsmerkmale

Einsatzort

Ausbaustoff

Verhalten gegenüber gebirgsmechanischen

Einwirkungen

Beispiele

Streckenausbau, Schachtausbau,

Überhauenausbau, Ausbau im Abbau, Ausbau großer Grubenräume

Holzausbau, Stahlausbau, Leichtmetallausbau, Mauerwerksausbau,

Betonausbau, Kunstoffausbau

starrer Ausbau, nachgiebiger Ausbau, gelenkiger Ausbau, nachgiebiggelenkiger

Ausbau

Art und Weise der Unterstützung des Hangenden

Verbleib des Ausbaus im Grubenbau

Zeitpunkt der vollen Lastaufnahme

Art und Weise des Einbringens des Ausbaus

Stützausbau, Ankerausbau, Spritzbetonausbau

vorläufiger Ausbau, endgültiger Ausbau,

verlorener Ausbau

soforttragender Ausbau, frühtragender Ausbau, spättragender

Ausbau

Einbringen von Hand, teilmechanisiertes Einbringen,

vollmechanisiertes Einbringen

79


Tabelle 4.4. Verhalten des Grubenausbaus gegenüber Gebirgsbewegungen

Die Auswahl des Grubenausbaues geschieht auf Grund von Erfahrungswerten, dabei werden die Ergebnisse gebirgsmechanischer

und geologischer Untersuchungen genutzt. Berechnungen werden meist nur bei Einzelelementen durchgeführt.

Die konstruktive Gestaltung des Ausbaus hängt ab von der

‣ Festigkeit und dem Verformungsverhalten des Gesteins in der unmittelbaren Umgebung des Grubenraumes und im

überlagernden Gebirge

‣ Form und Größe des Hohlraums

‣ erforderlichen Standdauer

‣ durch den Abbau verursachten Gebirgsbewegung.

80


4.2. Ausbaustoffe

Für den Grubenausbau ist die Wahl der zweckmäßigen Ausbaustoffe von grundlegender Bedeutung.

Entscheidend dafür sind:

Anforderungen (gebirgsmechanisch, technisch u. a.) an den Ausbau

Eigenschaften der Werkstoffe

ökonomische Gesichtspunkte

volkswirtschaftliche Überlegungen Wichtige

Ausbaustoffe

Holz

Stahl

Leichtmetalllegierung

Mauerwerk

Beton

Kunststoff

Als Grubenholz werden verwendet

Kiefer (in der DDR vorwiegend)

Fichte

Tanne

Lärche

Eiche

Buche

Akazie

Die Lebensdauer des Grubenholzes ist abhängig von Temperatur und Feuchtigkeit der Wetter sowie von der Zusammensetzung

des Grubenwassers.

Beim Nadelholz ist der Splint härter als der Kern (beim Laubholz umgekehrt).

Die Druckfestigkeit des Holzes sinkt bei Belastung senkrecht zur Faserrichtung auf etwa der in der Tabelle angegebene

Werte (s. Tab. 4,5)

Tabelle 4.5. Festigkeitswerte von Grubenholz

Holzart

Druckfestigkeit

(parallel zur Faser) σa in kp cm -2

Biegefestigkeit

σb in kp cm -2

Kiefer 470 870

Fichte 430 660

Lärche 530 840

Eiche 520 880

Buche 530 1050

Tragfähigkeit von Fichtenstempeln in Abhängigkeit von Durchmesser und Länge

Lebensdauer des Ausbaus in (nicht imprägniert): 2,5 bis 5 Jahre

81


Feuchtes Holz hat geringere Festigkeit, warnt nicht und fault schneller!

Tränkverfahren:

Trogtränkverfahren

Vakuumdruckverfahren

Holzschutzmittel:

Salzlösungen, die Fluor und Zinksalze (teilweise Chromsalze) enthalten.

Grubenausbaustahl besitzt nicht nur die höchsten Festigkeitswerte, sondern auch die größten Bruchdehnung der verschiedenen

Ausbaustoffe.

Stahl ist in der Lage, große bleibende Verformungen zu ertragen ohne spröde zu brechen.

Grubenholz soll gesund, astrein, gerade gewachsen und lufttrocken sein. Die Festigkeit des Holzes wird stark von seinem

Feuchtigkeitsgehalt, seiner Dichte, der Astfülle und dem Ausbau der Holzfaser beeinflusst.

Bei einer Erhöhung des Feuchtigkeitsgehalts um 1% verringern sich Druck- und Biegefestigkeit um 4 bis 5% (Holz hat zwischen

8 und 23% Wassergehalt).

Durch Imprägnation gegen Fäulnis und Entzündbarkeit kann der Grubenholzverbrauch verringert werden. Die Bearbeitung des

Holzes erfolgt vor dem Tränken.

Grubenholz ist brandgefährdet und nur einmal vollwertig einzusetzen.

Stahl ist jedes ohne weitere Nachbehandlung schmiedbare Eisen. Grubenausbaustähle haben Kohlenstoffgehalte von 0,15 bis

0,35%. Sie können nach Verformungen gerichtet und wieder verwendet werden. Vorwiegend werden (niedrige Kosten!)

unlegierte Stähle eingesetzt.

Bei der Verwendung von Altschienen als Ausbaumaterial werden diese vor dem Gebrauch ausgeglüht. Bei ihnen ist mit einer

Verringerung der ursprünglichen Festigkeit von 25 bis 30% zu rechnen.

Beton ist eine Mischung aus Zement, Wasser, Zuschlagstoffe (Sand, Kies, Kleinschlag).

Die Festigkeit des Betons wird beeinflusst von:

Zementarten:

den Eigenschaften der Einzelbestandteile

dem Wasser-Zement-Faktor

dem Mischungsverhältnis

der Art des Einbringens

der Standzeit Zementarten

Portlandzement

Hochofenzement (15 bis 70% PZ und Hochofenschlacke)

Eisen-Portlandzement (70% PZ und 30% granulierte Hochofenschlacke)

Magnesiazement (unempfindlich gegen Lösungen von KCl, MgSO 4 , MgCl 2 u. a.) Gebräuchliche Mischungsverhältnisse:

1:2:4; 1:3:6; 1:4:8.

Unterscheidung nach Technologie des Einbringens:

Gußbeton

Stampfbeton

Spritzbeton

vorgefertigte Betonfertigteile.

Stampfbeton hat eine höhere Festigkeit als Gußbeton, da diese mit wachsendem Wasser-Zement- Faktor abnimmt. Als

Anmachwasser sind alle natürlichen Wässer geeignet (im Kali- und Steinsalzbergbau Laugen!).

Durch Zusätze zum Anmachwasser können bestimmte Eigenschaften des Betons erreicht werden. Wichtige Zusatzmittel sind:

Dichtungsmittel

Frostschutzmittel

Bindezeitregler

Betonverflüssiger

Luftporenbildner

So wird z. B. durch Zusatz von Wasserglas(wässrige Lösung von Alkalisilikat) das Erhärten des Betons beschleunigt (verringerte

Festigkeit!).

82


Güteklassen des Betons:

B50 bis B 600 (Zahlenwert entspricht Druckfestigkeit nach 28 Tagen) Druckfestigkeiten:

Betonfertigteile und Betonformsteine:

450 bis 600 kpcm -2 -Unter Tage hergestellter Beton erreicht meist nur eine Druckfestigkeit von 200 bis 300 kpcm -2

Durch Zugabe eines Zusatzmittels wird oft eine der Betoneigenschaften auf Kosten einer anderen verbessert.

Druckfestigkeit von gerütteltem und gestampftem Beton sowie von Gußbeton

Abnahme der Betondruckfestigkeit durch Gefügeporen

Zunahme der Betondruckfestigkeit mit dem Alter

83


Tabelle 4.6. Ausbaustoffe

Werkstoff Vorteile Nachteile Anwendung

Holz

relativ hohe Festigkeit

bei geringem Gewicht

ausreichend hohe Elastizität;

leichte Bearbeitung mit

einfachen Werkzeugen;

einfache

Reparaturmöglichkeiten; im

trockenen Zustand warnfähig;

nachgiebig; relativ billig

hohe Unterhaltungskosten;

nur einmalige (vollwertige)

Verwendung; geringe

Lebensdauer (durch

Imprägnieren zu verbessern);

leichte Brennbarkeit; Einbau

nicht (oder kaum)

mechanisierbar; in

bogenförmigen Grubenbauen

schwer anpassbar

vor allem im Erzbergbau;

Einsatz vorwiegend als

Stützausbau in Strecken,

Überhauen und im Abbau;

Grubenrundholz wird für

Kappen, Stempel, Spreizen,

Bolzen, Rahmenausbaue u.a.,

Grubenschnittholz für Einbauten

und spezielle Zwecke verwendet

Stahl

günstige

Festigkeitseigenschaften und

große Bruchdehnung,

Brandsicherheit; geringer

Raumbedarf; hohe

Lebensdauer;

Wiederverwendbarkeit

z.B. nach Kaltrichten;

nachgiebig und gelenkig durch

spezielle

Formgebung der Elemente;

Beibehaltung der Tragfähigkeit

trotz Deformation der Elemente

relativ hohes Gewicht;

Empfindlichkeit gegenüber

aggressiven Wässern

vielseitig; für den

Streckenausbau teilweise mit

speziellen Stahlprofilen; für den

Einsatz im Abbau vor allem als

Hydraulikstempel, Schildausbau

u.a.; Ausbauelemente beim

Ankerausbau (teilweise);

Ausbauschüsse beim

Schachtausbau, Bewehrung

beim Spritzbetonausbau

Leicht- metalllegierungen

Leichter Transport und Einbau

infolge geringen Gewichts; gute

Festigkeitseigenschaften; lange

Lebensdauer; Herstellung

beliebig geformter

Ausbauelemente möglich;

Wiederverwendbarkeit

geringe Kerbschlagfestigkeit;

unzureichende

Korrosionsbeständigkeit; hoher

Materialpreis

Leichtmetallkappen undstempel;

Elemente beim

Schildausbau und speziellen

Verwendungszwecken

Beton

hohe Tragfähigkeit; lange

Lebensdauer; Herstellung aus

relativ billigen Grundstoffen;

Untrennbarkeit; mechanisiert

einbringbar; Schutz des

Gebirges gegen Verwitterung;

Verhindern von

Wasserzuflüssen (in

bestimmtem Maß)

geringe Nachgiebigkeit

umständliche Reparatur

als Gußbeton (auch Ortsbetonoder

Monolithbetonausbau);

Beachte: Stampfbeton hat

höhere Festigkeit als Gußbeton;

als Spritzbeton (Ausbau in

horizontalen Grubenbauen sowie

in

Kammern) in statisch

beanspruchten, langlebigen

Grubenbauen; Betonformsteine,

Betonfertigteile für Stützausbau,

Stahlbeton,

Betonanker, zum Verfestigen

und Abdichten (Injektion)

Kunststoffe

hohe Festigkeit; lange

Lebensdauer; geringe Masse;

gute Verformbarkeit; hohe

Korrosionsbeständigkeit;

Beständigkeit gegen Fäulnis;

mechanisiert einbringbar

hohe Materialkosten

Befinden sich in Erprobung

Ziel: Entwicklung eines

spritzbaren Massenwerkstoffes,

der sowohl statischen als auch

dynamischen Beanspruchungen

gewachsen ist

84


4.3. Stützausbau

Stützausbau (Ausbau in horizontalen, geneigten und vertikalen Grubenbauen)

Tabelle 4.7. Beispiele für Stützausbau in Holz

85


Türstockausbau

In Grubenbauen mit rechteckigem oder trapezförmigen Querschnitt

Kappen und Stempel sind Hauptelemente

durch zusätzliche Ausbauelemente (Mittelstempel, Unterzug) u. a. Verstärkung

durch Quetschhölzer, Anschärfen bzw. Anspitzen der Stempel Nachgiebigkeit

Verzug, Verbolzung und Verspreizung je nach Erfordernissen

vielfältigste und breiteste Anwendung als Bolzenschrot-oder Vollschrotzimmerung

Vorpfändung mit Schienen

1 Halterahmen: 2 Kappen; 3 Kopfschutzschienen; 4 Holzkeile; 5 vorgepfändete Kappe;

6 Firstenverzug; 7 Bolzen; 8 Bohlen

86


Tabelle 4.8. Beispiele für Stützausbau in Stahl

87


Rundbogenausbau

Ausbau im horizontalen Vortrieb, Anpassung an unterschiedliche gebirgsmechanische Bedingungen

starre oder nachgiebige Gestaltung

speziell geformte I-Stahl- oder Rinnenprofile (zwei oder drei Bogenteile werden durch vielfältige

Verbindungselemente verbunden (symmetrische oder unsymmetrische Bögen

als Verzug oder gegenseitige Verbolzung wird meist Rundholz verwendet

geschlossener Ringausbau möglich (starre Rundbogen in Strecken ohne Abbaueinwirkung, nachgiebiger Rundbogen

in Strecken mit dynamischer Beanspruchung

Verbindungen werden je nach den zu erwartenden Hauptwirkungsrichtungen angefordert

Reibungs- und Hydraulikstempel

88


Tabelle 4.9. Beispiele für Stützausbau in Mauerung

Ausbauart

Scheibenund

Gewölbemauerung

Anwendung – Ausführung

In geringem Umfang zum Ausbau von Füllorten, Kammern, Schächten und

Strecken beim Auftreten aggressiver Wässer. Die wichtigsten Mauerverbände: Läufer-, Binder-, Blockund

Kreuzverband. Scheibenmauern werden meist mit Stahlkappen kombiniert. Gewölbe werden mit

Hilfe von Lehren hergestellt, die Gewölbeform wird den Beanspruchungen angepasst. Bedingt

nachgiebige Gestaltung durch Quetschholzeinlagen.

Scheiben und Gewölbemauerung

a) Scheibenmauer mit Stahlkappe b)Gewölbemauern

89


Tabelle 4.10. Beispiele für Stützausbau in Beton

Ausbauart

Beton- Stahlprofil- Fertigteilausbau

Anwendung – Ausführung

In statisch beanspruchten, langlebigen Grubenbauen. Die

schweren Einzelelemente verlangen mechanisiertes Einbringen

Betonformsteinausbau

Zum Ausbau großer Grubenräume (statische und dynamische Belastung).

Nachgiebigkeit wird durch Holzzwischenlagen erzielt. Einbringen der Formsteine

erfolgt mechanisiert. Gewölbe wird mit Hilfe von Lehren hergestellt. Ausbau ist sehr

kostenintensiv, deshalb nur bedingter Einsatz

4.4. Ankerausbau

Aufgaben des Ankerausbaus:

Die Schichten in der Umgebung bergmännischer Hohlräume so zu verstärken, dass sie in die Lage versetzt werden, die durch die

Schaffung der Hohlräume hervorgerufenen Spannungen aufzunehmen ohne zerstört zu werden.

Wirkungsmöglichkeiten:

Aufhängen wenig widerstandsfähiger Schichten an festen Gebirgsschichten (Annageln)

Verhindern von Gleitbewegungen auf den Schichtflächen

Verbolzen einzelner, nicht tragfähiger Schichten zu einem kompakten Schichtpaket.

Anheften der Dachgesteine an die sich außerhalb der Reichweite der Gewölbewirkung befindenden Gesteine

Gebirgsverstärkung bzw. Verbesserung der Gesteins- oder Gebirgsparameter durch Ankerung

Verankern der Firste durch Ausbildung eines Stahlbetonbalkens.

Durch das Verbolzen mehrerer Schichten werden das Widerstandsmoment, die Biegefestigkeit sowie die Tragfähigkeit erhöht. Der

sog. Bretterversuch verdeutlicht dieses Prinzip, das auch mathematisch bewiesen werden kann.

Widerstandsmoment einer zweiseitig eingespannten Schicht:

90


Wirkungsmöglichkeiten des Ankerausbaus

Bretterversuch – Gedankenmodell zum Ankerprinzip

Widerstandsmoment für n Schichten gleicher Mächtigkeit:

Widerstandsmoment eines Schichtpakets:

Für unsere Betrachtungen kann die Breite b=1 gesetzt werden.

Biegesteifigkeit:

E Elastizitätsmodul der Schicht

91


Trägheitsmoment einer Schicht:

Biegefestigkeit einer Schicht:

Biegefestigkeit eines Schichtpakets aus n Schichten gleicher Mächtigkeit

Verhältnis der Summe der Tragfähigkeit F 1 der Einzelschichten zur Tragfähigkeit F ges des Schichtpakets:

oder

Nach dem Prinzip des Verankerns unterscheidet man:

Anker mit Kopfelementen

Anker, die auf ihrer gesamten Länge im Bohrloch befestigt sind

Beim Ankerausbau auftretende Kräfte:

Setzkraft, mit der der Anker in das Spreizelement gezogen wird

Haftkraft, die aufgebracht werden muss, um den Widerstand des gesetzten Ankers gegen das Herausziehen aus dem

Bohrloch zu überwinden

Spannkraft, mit der der im Gebirge befestigte Anker vorgespannt wird

Fließkraft, bei der der Anker über seine Streckgrenze beansprucht wird

Bruchkraft, bei der der Anker zu Bruch geht

92


Ankerkennlinien

Bei der Auswahl der Anker sind zu bewerten:

Art der Anker

Länge der Anker

Tragkraft der Anker

Abstand der Anker

Vorspannung der Anker (Spannkraft)

Ausführungsweise (Technologie) der Verankerung

Bei Einbringen des Ankerausbaus ist zu beachten:

Der Ankerausbau ist nicht universell anwendbar. Deshalb sind vor dem Einsatz Versuche über die Parameter

Ankertyp, Ankerdichte und Anordnung notwendig.

Ansatzpunkte und Richtung der Bohrlöcher sind möglichst so zu wählen, dass die Ankerung rechtwinklig zur

Schicht verläuft.

Die Anker können durch Unterzüge aus Flacheisen u. a. verbunden werden.

Der Einsatz von Verzug aus Maschendraht oder Kunstoffnetzen ist bei relativ kurzbrüchigem

Gebirge notwendig

Hydraulisch arbeitendes Ankersetzgerät (Prinzip)

Tabelle 4.11. Vor- und Nachteile des Ankerausbau

Vorteile

Nachteile

Geringer Materialverbrauch; niedrige Einbaukosten;

Einbringen kann mittels Ankersetzgeräten bzw. Ankerbohrwagen

mechanisiert werden, relativ großer freier Querschnitt; geringer

Wetterwiderstand absolut brandsicher

schwierige Kontrolle über den Zustand

des Ausbaus Gebirge muss gewisse Mindestfestigkeit

aufweisen gebräches, stark rissiges Gebirge oder tonige

Gesteine kommen für Ankerausbau nicht in Betracht

93


Ankerausbau mit einzementierten Drahtseilen (sog. Nähen der Firste)

4.5. Spritzbetonausbau

Spitzbeton ist ein Gemisch aus

Zement

Zuschlagstoffen

Wasser

Spritzbeton wird mit Hilfe von Druckluft auf die Stöße und Firste der Grubenbaue aufgespritzt. Dort erstarrt und erhärtet das

Gemisch.

Einfacher Spritzbetonausbau

Spritzbetonausbau ist relativ starr, sei Einsatz erfolgt vorwiegend in statisch beanspruchtem Gebirge. Durch das Einbringen des

Spritzbetons im laufenden Vortrieb (unmittelbar nach dem Auffahren) wird eine weitere Auflockerung des Gebirges bzw. ein

Ablösen von kleinen Gesteinsplatten verhindert sowie durch Hermetisierung des Gebirges die Einwirkung von

Verwitterungserscheinungen vermieden.

Die Wirkung des Spritzbetonausbaus ist nicht nur auf die Verfestigung der Konturen der Grubenbaue begrenzt. Spritzbeton führt

an natürlichen Bruchflächen des Gebirges (Klüfte, Spalten, Grenzflächen) zur Erhöhung der Reibung. Es entsteht ein

Verbundsystem

Gebirge – Ausbau, dessen Wirkung viel größer ist, als aus dem Materialaufwand geschlossen werden kann. Die Wucht des

Aufpralls bewirkt eine gute Verdichtung des Betons.

Durch Baustahlgewebe oder Stahlseileinlagen wird die Standfestigkeit wesentlich verbessert. Die breite Anwendung der Methode

des schonenden Sprengens ist eine wesentliche Voraussetzung für eine künftig noch stärkere Anwendung des Spritzbetonausbaus.

94


Das Einbringen des Spritzbetonausbaus erfolgt mit Hilfe einer Spritzbetonmaschine. Zement wird mit lagerfeuchten, natürlich

gekörnten Sanden und Kiesen zu sogenannten Trockengemisch vorher fertig gemischt. Spritzdicken: 3 bis 10cm (ein- bzw.

mehrschichtig);

Druckfestigkeit: 250 bis 600 kp cm -2 ; Zug- und Biegefestigkeit: 30 bis 150 kp cm -2

Vor dem Einbringen des Spritzbtons Stöße und Firste bereisen und abspritzen!

Schema einer Spritzbetonmaschine

Das dem Spritzgerät zugegebene Trockengemisch gelangt mittels einer Förderschnecke bzw. durch eine Luftschleuse in eine

Abblaskammer, von welcher eine allseitig geschlossene, druckfeste Schlauchleitung zur Einbringungsstelle führt. Einer am Ende

der Förderleitung angeordneten Spritzdüse wird über eine regelbare Zuleitung Wasser (bei Schnellbindern Wasser – Laugen –

Gemisch) mit Überdruck zugeleitet.

Verstaubte Gesteins- oder Betonflächen verhindern gutes Haften. Horizontaler Transport in der Förderleitung mehrere hundert

Meter, in vertikalen Grubenbauen bis 80m.

W/Z Werte des Spritzbetons:

0,3 bis 0,5; max. W/Z Wert ~ 0,9. Mit zunehmendem W/Z-Wert sinken die Druckfestigkeit und der Rückprallanteil.

Rückprallverluste: 10 bis 30%.

Beim Auftragen des Spritzbetons beachten:

saubere Auftragsflächen (Staub und Verschmutzung durch Abspritzen beseitigen)

kreisende Bewegungen der Spritzdüse

Abstand zwischen Spritzdüse und Auftragsfläche etwa 1m

Auftragen etwa rechtwinklig zur Auftragsfläche

Die wichtigsten Vorteile des Spritzbetonausbaus:

dichter Anschluss an das Gebirge

Schaffung eines Verbundsystems Gebirge – Ausbau und damit Erhöhung der Tragfähigkeit

Verringern der Auflockerung des Gebirges um den Hohlraum

größtmögliche Nutzung des aufgefahrenen Querschnitts (minimale Querschnitte)

optimale Querschnittsform der Grubenbaue

Vermeiden von Steinfall

geringe Wetterwiederstände

Verhindern des Einwirkens von Verwitterungserscheinungen

Mechanisierung (Möglichkeit zur Automatisierung) der Ausbauarten

absolute Brandsicherheit

geringe Unterhaltskosten. Nachteilig ist die bedingte Anwendbarkeit.

Kontrolle der Wasserzugabe bei der Erzeugung von Spritzbeton nur bedingt möglich Zu wenig Wasser: hohe Staubentwicklung;

schlechte Abbindung des Betons; hohe Rückprallverluste

Zu viel Wasser: Beton haftet schlecht; Spritzgut fließt am Stoß herunter

95


Einbringen des Spritzbetonausbaus

Kombination Spritzbeton – Ankerausbau

Die Vorteile des Anker und Spritzbetonausbaus werden durch Kombination beider Ausbauarten genutzt. Damit wird ihr

Anwendungsgebiet stark erweitert. Der Ankerausbau erhöht die Verbandsfestigkeit und vermindert die Verformungen. Der

Spritzbetonausbau vermindert das Abplatzen von Gesteinsschalen, die Verwitterung des Gebirges und die Korrosion der Anker.

4.6. Schachtausbau

Wegen der Langlebigkeit eines Schachtes und der komplizierten und kostenaufwendigen Reparaturarbeiten kommt dem

Schachtausbau besondere Bedeutung zu. Beim Schachtausbau werden vorwiegend verschiedene Arten des Stützausbaus

angewendet. Ankerausbau und auch Spritzbetonausbau tragen in Verbindung mit dem Stützausbau wesentlich zur Verringerung

der erforderlichen Wandstärke bei.

Wird der Schachtquerschnitt (Rollenquerschnitt u. a.) im Felsgestein durch moderne Bohrverfahren gewonnen, ist der alleinige

Einsatz von Spritzbetonausbau oder Anker – Spritzbetonausbau zweckmäßig.

Zu den wichtigsten Aufgaben des Schachtausbaus gehören:

Widerstand gegen Druckerscheinungen und Begrenzung der Verformungen des Gebirges

Sicherung gegen Nachfall von Gesteinsschalen

Verhindern der Eindringens von Wasser und Salzlösungen in den Schacht und Schutz der Schachtstöße im Salz und in

tonhaltigen Schichten gegen Wetterfeuchtigkeit

Aufnahme der Schachteinbauten wie z. B. Einstriche, Bühnenträger, Kabel- und Rohrleitungsträger.

Die Eignung verschiedener Ausbauarten ist vom Gebirgsverhalten abhängig.

Starrer Ausbau wird bevorzugt – sind Abbaueinflüsse und Bewegungen des Gebirges unvermeidbar, wird bedingt nachgiebig

ausgebaut.

96


Übersicht über die wichtigsten Schachtausbauarten

1 Hinterfüllung 6 Anker 11 Netz

2 Stahlblechmantel 7 Stahlblechring 12 Ankerplatte

3 Zwischenbeton 8 U-Profilstahl 13 Ankerbolzen

4 Stahlbeton 9 Gußeisentübbing

5 Bitumen 10 Doppeltübbing

97


Tabelle 4.12. Schachtausbau in Abhängigkeit vom Gebirgsverhalten

Gebirge

Verhalten

Beispiele

Ausbau

Ausbauart

Beispiele

nicht standfest,

wasserführend

Schwimmsande

starr, wasserdicht

Stahlblechmantel (zweischichtig) mit

Hinterfüllungsbeton und Beton- oder

Bitumenzwischenfüllung (bei Gebirgsbewegungen

geeignet)

Tübbing (komplizierte Abdichtung und

Reparatur)

fest, nur im

elastischen

Bereich

beansprucht

fester Sandstein,

Quarzite,

Eruptivgesteine,

harter Kalkstein

starr, mit hoher

Festigkeit, geringe

Wandstärke

Klinkermauerwerk, Monolithbeton (vorwiegende

Verwendung, da mechanisierte Einbringung

möglich)

mild, gering plastisch

Tonmergel,

Tonschiefer

Ausbau mit hoher

Beanspruchung

Mauerwerk aus Hüttensteinen, Steinen geringer

Festigkeit, aber hoher Bruchstauchung, geriffelten

Hartbranntsteinen (geringe Anwendung)

weich, teilweise

plastisch

milde Tonschiefer,

Tone und Lehme

nachgiebiger Ausbau aus

einem nachgiebigen und

einem tragenden

Ausbauzylinder

Mauerwerk aus Betonformsteinen, Klinker mit

Hohllochziegeln, Schlacke oder Waschbergen

(geringe Anwendung)

Zuführung des Betongemisches bei modernen Schachtteufverfahren

Monolithbeton erfährt wegen der Mechanisierbarkeit beim Einbringen hinter Gleitschaltung vor allem in Verbindung mit

modernen Schachtabteufverfahren weite Verbreitung.

Die Nachteile dieses Verfahrens

relativ geringe Festigkeit des Betons (bis etwa 250 kp cm -2 )

beträchtliche Porosität

zahlreiche Trennfugen

werden reduziert durch Bitumenzwischenschichten sowie eine Verbesserung der Betonqualität durch geeignete Zusätze.

98


5. Grubenbewetterung

Mit Wetter werden alle unter Tage vorkommenden Gase und Gasgemische bezeichnet. Unter Bewetterung versteht der Bergmann

die Versorgung eines Grubengebäudes oder Grubenbaues mit Wettern.

5.1 Begriffsbestimmungen – allgemeine Grundlagen

Einteilung nach der chemischen Zusammensetzung:

Frische Wetter entsprechen in ihrer Zusammensetzung annähernd der atmosphärischen Luft. Frische Wetter:

20,8 Vol.-% O 2

78,1 Vol.-% N 2

0,03 bis 0,04 Vol.-CO 2

≈ 1 Vol.-% Edelgas und Wasserdampf

Matte Wetter sind Wetter, bei denen der Sauerstoffgehalt unter dem geforderten Wert von

≥ 20% O2 liegt. Sie entstehen durch Sauerstoffverbrauch oder – verdrängung. Matte Wetter sind schlecht für die Atmung geeignet,

aber nicht giftig. Teilweise werden sie auch als stickige Wetter bezeichnet.

Giftige Wetter enthalten giftige Gase in höheren Konzentrationen, als es die arbeitshygienischen Normen zulassen. Explosible

oder schlagende Wetter enthalten ein oder mehrere explosible Gase (Aufnahme brennbarer Bestandteile wie CH4, C2H6, H2, CO).

Weitere Wetterarten und ihre Definition:

Abwetter sind Wetter, die bereits einen oder auch mehrere Orte bestrichen haben. Sie sind deshalb oft durch gas- und

staubförmige Veränderungen gekennzeichnet.

Mischwetter sind Gemische aus Ab- und Frischwettern.

Staubwetter haben Staubgehalte, die die zulässigen Werte übersteigen.

Brandwetter entstehen bei Grubenbränden.

MAK-Werte

MAKD-Wert: Maximal zulässige Arbeitsplatzkonzentration (Dauerkonzentration) gesundheitsschädlicher Stoffe, ermittelt als

Durchschnittskonzentration während einer Zeitdauer von 8¾ h

MAKK-Wert: Maximal zulässige Arbeitsplatzkonzentration (Kurzzeitkonzentration) gesundheitsschädlicher Stoffe, ermittelt als

Durchschnittskonzentration während einer Zeitdauer von 30 Minuten.

5.1.1. Aufgaben der Grubenbewetterung

Die Grubenbewetterung hat wichtige Aufgaben zu erfüllen

Zuführen der erforderlichen Atemluft für die in der Grube befindlichen Menschen

Deckung des Sauerstoffbedarfs für Verbrennungsmotoren

Verdünnen und Fortführen giftiger oder explosibler Wetter

Fortführen und Verdünnen belästigender Stäube

Erzielen eines günstigen Grubenklimas Luftverbrauch des Menschen:

in Ruhe: 5 bis 7l min -1

bei schwerer Arbeit: bis 40l min -1

5.1.2. Wetterbedarf

Faktoren zum Bestimmen der erforderlichen Wettermengen:

Anzahl der Werktätigen in der Grube (Wetterabteilung)

Sprengstoffverbrauch

Abgase der Verbrennungsmotoren Staubbildung

strahlenhygienische Gesichtspunkte (0,3 ms -1 in belegten Grubenbauen-gilt nicht für Querschnitte ˃20m 2 )

99


5.1.3. Einige physikalische Eigenschaften der Wetter

Druck

Bei Wetterstillstand wirkt nur der statische Druck. Bei Wetterbewegung ergibt sich der Gesamtdruck aus der Summe des

statischen und des dynamischen Druckes. Der statische Druck pst (barometrischer Druck) wird mit dem Aneroid- oder

Quecksilberbarometer gemessen.

Gesamtdruck:

Tabelle 5.1. In den Grubenwettern vorkommende schädliche, unatembare oder giftige Gase

100


Bei blasender Bewetterung ist er größer und bei saugender Bewetterung kleiner als der

Ruhedruck.

Widerstände im Grubengebäude bewirken Druckverluste.

Der dynamische Druck pdyn ist von der Geschwindigkeit vw und der Dichte ϱw der Wetter abhängig. Statischer und dynamischer

Druck stehen immer in Wechselbeziehung.

Dynamischer Druck:

p dyn ϱ w v w

kp m -2 kg m -3 ms -1

Druckverhältnisse im Grubengebäude

101


Tabelle 5.2. Druckeinheiten

Temperatur

Die Wettertemperatur wird von folgenden Komponenten beeinflusst:

Tagestemperatur (jahreszeitliche Temperaturschwankungen)

Gebirgswärme

Kompressionswärme

Wasserdampfgehalt

Oxydationsprozesse

sonstige Einfluss Faktoren (Schachtwetterheizungen, Motoren, elektrische Ausrüstungen u. a.)

Es wird zwischen Trocken- und Feuchttemperatur unterschieden. Beide Temperaturen werden gleichzeitig mit dem Psychrometer

gemessen.

Absolute Temperatur: T in K; t in °C

T

t

K °C

Dichte

Die Dichte der Wetter ist von Druck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit abhängig. Sie beträgt bei 0°C und 760 Torr ϱw=1,293 kg m -

3 . Bei Abweichungen von den Normalbedingungen wird sie formelmäßig bestimmt bzw. aus Diagrammen entnommen.

Bei besonderen Bedingungen (Gasausbrüche, Gasabsaugung, genaue Bestimmung von Widerstandsbeiwerten u.a.) werden in der

Grube hinzukommende Gase berücksichtigt. Gaskonstante für Luft (0°C; 760 Torr) beträgt Rf = 29,27 kp m kg -1 K -1 (bei

Abweichungen von den Normalbedingungen Werte Diagramm entnehmen).

Dichte der Luft:

102


Diagramm der Wetterdichte (bei ȹ=70%)

Feuchte

Die in den Wettern enthaltene Wasserdampfmenge in g kg -1 wird als Feuchte bezeichnet. Es wird unterschieden zwischen

vorhandener absoluter Feuchte ƒabs

bei Sättigung des Wasserdampfes möglicher maximaler Feuchte ƒmax

relative Feuchte ȹ

Gaskonstante der Luft (Ablesebeispiel: t = 19°C; ȹ = 80% Rf = 29,47 kpm kg -1 )

Relative Luftfeuchtigkeit:

5.2. Durchführung der Grubenbewetterung

Ursache der Wetterbewegung: Druckunterschiede

Zum Bewettern des Grubengebäudes ist ein ununterbrochen fließender Wetterstrom notwendig. Möglichkeiten zum Erzeugen der

Wetterbewegung:

natürliche Bewetterung

künstliche Bewetterung (fas ausschließlich angewendet)

Natürliche Wetterbewegung entsteht infolge natürlicher Druckunterschiede der Wetter.

Künstliche Wetterbewegung wird durch Grubenlüfter (vorwiegend elektrisch angetrieben) erzeugt.

103


Natürlicher Wetterstrom

5.2.1. Grubenlüfter

Grubenlüfter arbeiten saugend (Unterdruck) oder blasend (Überdruck). Nach der Bauart werden unterschieden:

Radiallüfter

Radiallüfter (Schleuderlüfter)

Axiallüfter (Schraubenlüfter)

Die Wetter strömen axial in das Laufrad ein, strömen infolge der Fliehkraft im Schaufelradkanal radial zum Umfang des

Schaufelrads und werden dort abgeschleudert. Im Lüfter wird die zugeführte mechanische Energie in Druck- und

Geschwindigkeitsenergie umgewandelt. Im Diffusor erfolgt eine weitere Drucksteigerung. Radiallüfter werden heute mehr und

mehr durch Axiallüfter verdrängt.

Axiallüfter

Die Wetter werden axial angesaugt und ohne Richtungsänderung weiter gedrückt. Ein Axiallüfter besteht aus einem

mehrflügeligen Laufrad und einem dahinter angeordneten Leitrad.

Der Antriebsmotor ist stromlinienförmig verkleidet und befindet sich im Strömungsquerschnitt. Bei den Axiallüftern werden

unterschieden.

Überdrucklüfter (Erzeugung des statischen Druckes im Laufrad)

Gleichdrucklüfter (Erzeugung des statischen Druckes im Diffusor)

Axiallüfter (Gleichdrucklüfter)

104


Leistungsverhalten und Betriebskenngrößen

Die Wettermenge, die ein Lüfter liefert, ist abhängig von den Kenngrößen

aufgenommene Leistung

Drehzahl

erzeugter Druckunterschied

Wetterwiderstand

Tabelle 5.3. Durch Grubenlüfter geförderte Wettermengen (Volumenströme)

Die Förderhöhe H L eines Lüfters wird durch Addition der statischen Förderhöhe H St und der dynamischen Förderhöhe H dyn

ermittelt.

Förderhöhe eines Lüfters:

Erzeugter Druckunterschied:


pges g ϱw HL

kp m -2 ms -2 kg m -3 m

Nutzleistung eines Lüfters:


P N pges V

kW kp m -2 m 3 s -1

Kupplungsleistung eines Lüfters:

105


Elektrischer Leistungsbedarf:

Druckunterschied:


p D Druck im Druckstutzen p s Druck im Saugstutzen

Während die absoluten statischen Drücke mit dem Aneroid- oder Quecksilberbarometer

gemessen werden, können an Differenzdruckmessern unmittelbar statische Druckunterschiede abgelesen werden.

Dynamischer Druckunterschied:

( )


v D ;v s

kp m -2 kp m -3 ms -1

Aus dem Kennliniendiagramm eines Lüfters kann der Volumenstrom V in Abhängigkeit vom erzeugten Druckunterschied

abgelesen werden. Es wird durch gleichzeitiges Messen von Volumenstrom und Druckunterschied ermittelt.

Kennliniendiagramm eines Lüfters (Ablesebeispiel: p = 125 kpm -2 V 120 m 3 s -1 )

Zu jeder Drehzahl eines Lüfters gehört eine gesonderte Kennlinie.

Mit Hilfe des Druckunterschieds und des Volumenstroms wird die Nutzleistung eines Lüfters ermittelt.

Bei der Berechnung von Kupplungsleistung und elektrischem Leistungsbedarf sind die

Wirkungsgrade des Lüfters η L bzw. des Motors η M zu berücksichtigen. Unter Verwendung der statischen Druckdifferenz pdyn

kann ebenfalls der vom Lüfter erzeugte gesamte Druckunterschied berechnet werden.

Regelungsmöglichkeiten der Lüfter

Drosselung durch Einbau eines zusätzlichen Widerstands (sehr energieaufwendig)

Drehzahlregelung erfordert regelbaren Antriebsmotor (sehr wirtschaftlich)

106


Mit Hilfe der Affinitätsgesetze wird das Verhalten des Lüfters bei der Drehregelung ermittelt. Anwendung der Drehzahlregelung:

bei Hauptgrubenlüftern und Druckluftlüftern.

Aerodynamische Regelung (Drallregelung) kann durch Verstellen des Laufrads (auch während des Betriebes) oder durch

Verstellen des Leitrads vorgenommen werden.

Affinitätsgesetze:

V 1 ; V 2

n 1 ; n 2

p 1 ; p 2

P 1 ; P 2

Volumenströme

Drehzahlregelung

Druckunterschiede

Leistung

Drosselregelung:

Diese Regelung wird vorwiegend bei Hauptgrubenlüftern angewendet.

Zusammenarbeit von Lüftern

Drehzahlregelung

Durch Hintereinanderschalten von Lüftern erhöhen sich die erzeugten Lüfterdrücke (Addition) bei konstantem Volumenstrom und

durch Parallelschalten die Wettermengen.

107


Kennliniendiagramm von parallel und hintereinander geschalteter Lüfter

5.2.2. Bewetterungssysteme

Hinsichtlich der Anordnung der ein- und ausziehenden Schächte wird unterteilt in

rückläufig

grenzläufig

mittelläufige Wetterführung.

Außerdem werden unterschieden:

Aufwärtsbewetterung (Führung der Wetter aufwärts durch die zu bewetternden Grubenbaue)

Abwärtsbewetterung (Führung der Wetter abwärts durch die zu bewetternden Grubenbaue).

108


Regulierung des Wettermengenstromes durch Drosseltüren

5.2.3. Wetterströme und ihre Berechnung

Die durch einen Grubenbau (Luttenleitung) strömende Wettermenge wird wesentlich durch den Wetterwiderstand R w beeinflusst.

Zu seiner Berechnung werden der Volumenstrom V und der Druckunterschied p benötigt.

Oft wird der Wetterwiderstand auf 100m Länge bezogen (R 100 ).

Ein Wetterweg hat den Widerstand von einem Weisbach (1Wb), wenn er bei einem Druckunterschied von 1kp m -2 einen

Volumenstrom von 1 m 3 s -1 hindurchlässt.

Widerstandsgesetz der Wetterführung:

RW p V

1kp s 2 m -8 kp m -2 m 2 s -1

1 kp s 2 m -8 = 1Wb = 1000mWb

Spezifischer Wetterwiderstand auf 100m Wetterweg bezogen:

R 100 l p V

kp s 2 m -8 m kp m -2 m 3 s -1

l Länge des Wetterwegs

Zur Beurteilung des Wetterwiderstands eines ganzen Grubenfeldes wird die äquivalente (gleichwertige) Grubenweite A äqu

verwendet. Das ist ein gedachter Querschnitt einer kreisförmigen Öffnung in einer unendlich dünnen Wand, die einem

Grubenlüfter den gleichen Widerstand entgegensetzt wie das Grubengebäude (Maßstab der Bewetterungsfähigkeit).

109


Der Druckabfall p wird beeinflusst von





Widerstandswert λ

äquivalente Länge l äqu

Wetterdichte ϱ w

Durchmesser des Wetterquerschnitts d w

Äquivalente Grubenweite:


A äqu V p

m 2 m 3 s -1 kp m -2

Bei nichtkreisförmigen Querschnitten wird anstelle dw der äquivalente (gleichwertige) Durchmesser d äqu eingesetzt.

Hierbei sind

A w

U w

Wetterquerschnitt

Umfang des Wetterquerschnitts

Druckabfall (turbulente Strömung)

p λ l äqu v w ϱ w d w

kp m -2 – m ms -1 kg m -3 m

Der Widerstandsbeiwert λ ist von der relativen Wandrauhigkeit des Wetterquerschnitts und von der Reynold’schen Zahl Re

abhängig (bei Re > nur von der relativen Rauhigkeit).

Werte aus der Literatur können immer nur grobe Näherungswerte sein.

Die äquivalente Länge l äqu ergibt sich aus der Summe der geradlinigen Längen l L und der Länge, die zusätzlich für Krümmungen,

Abzweigungen und plötzliche Querschnittsänderungen (zusätzliche Widerstände) ermittelt wird.

Der zweite Summand ist oft sehr geringfügig und kann dann vernachlässigt werden.

Mit Wetternetz wird die Gesamtheit aller zu bewetternden Grubenbaue bezeichnet.

Äquivalenter Durchmesser:

d äqu ; U w A

m m 2

Äquivalente Länge:


110


Tabelle 5.4. Einige Widerstandswerte

Widerstand

Schacht (Kreisquerschnitt) in

Abhängigkeit von der

Querschnittsgestaltung

Strecke ohne Ausbau

Stecke mit Ausbau (Mauerung,

Ortsbeton, Betonformsteine)

Strecke mit Ausbau (Türstock,

Stahlbogen)

Stahlblechluttenleitung (verzinkt, nicht

verrostet)

400mm Durchmesser

Widerstandsbeiwert λ

0,02.......041

0,024….0,235

0,014….0,049

0,037….0,164

0,019

500mm Durchmesser 0,018

600mm Durchmesser 0,017

Widerstandskennlinien von Luttenleitungen (500m Länge)

Druckverluste von Lutten bei 400mm Durchmesser und 100m Länge

1 Tuchlutte; 2 ungünstige Blechlutte; 3 Plastelutte; 4 günstige Blechlutte

111


Tabelle 5.5. Einige Werte für die Widerstandszahl Ɛ

Allgemeine Gesetzmäßigkeiten

An jedem Knotenpunkt ist die Summe der abfließenden gleich der Summe der zufließenden Wetter.

Bilden mehrere Wetterwege einen geschlossenen Stromkreis, so ist die Summe der Druckunterschiede in jeder

Umfahrungsrichtung gleich Null.

Auf Grund der Ähnlichkeit mit den Gesetzten der E-Technik (Ohm’sches Gesetz, Kirchhoffsche Gesetzte) werden komplizierte

Wetternetze mit elektrischen bzw. elektronischen Wetternetzmodellen unter Nutzung der Digital- und Analogrechentechnik

berechnet.

Knotenpunktgesetz:


Gesetz des Druckgefälles:


Knotenpunkt

112


Prinzipieller Aufbau eines Wettermodells

Hintereinanderschaltung von Wetterwiderständen

Der Gesamtwiderstand Rw ges bei der Hintereinanderschaltung von Wetterwegen ergibt sich aus der Addition der

Einzelwiderstände Rw 1 bis Rw n .

Gesamtwiderstand bei Hintereinanderschaltung

113


Bei der Parallelschaltung von Wetterwiderständen ist der Gesamtwiderstand kleiner als der kleinste Einzelwiderstand.

Gesamtwiderstand bei Parallelschaltung:

√ √ √ √

Parallelschaltung von 2 Wetterwegen:

(√ √ )

Sehr kleine Widerstände zwischen zwei Knotenpunkten werden bei der Berechnung von Wetternetzen vernachlässigt und diese

beiden Knotenpunkte vereinigt. Sehr große Widerstände werden ∞ gesetzt und der entsprechende Wetterweg vernachlässigt.

Wetternetze können schrittweise durch widerstandsgetreue Netzumwandlung berechnet werden.

Reihenfolge des Vorgehens:

Darstellung des Wetternetzes

Parallelschaltung von Wetterwiderständen

Beziehung zwischen Wettermenge und –widerstand (Parallelschaltung)



114


5.2.4. Überwachung der Wetterführung

Die ständige Überwachung der Wetterführung ist für eine einwandfreie Grubenbewetterung von großer Bedeutung.

Wettermengenermittlung

Die Messung findet in Wettermeßstellen statt. Das sind Abschnitte in Grubenbauen mit gleichbleibendem Querschnitt A w zur

Messung der Wettergeschwindigkeit v w . Mit Anemometer werden mittlere Geschwindigkeiten ermittelt.

Wettermenge (Volumenstrom):

Tabelle 5.6. Meßbereiche der Geschwindigkeitsmeßgeräte

Meßgerät Meßbereich in m min -1

Flügelradanemometer

12….600

Schalenkreuzanemometer 30…1200

Luga-Messer

3…600

18…600

Bei Lugamessern wird der gewünschte Meßbereich durch Aufstecken einer entsprechenden Düse auf die Luftaustrittöffnung des

Gerätes eingestellt. Sie zeigen die Wettergeschwindigkeit augenblicklich an, deshalb ist hierbei eine Netzmessung erforderlich.

An schwer zugänglichen Stellen (Lutten, Lüfterkanäle u. a.) werden zum Messen des dynamischen Druckes pdyn Staurohre

benutzt und die Wettergeschwindigkeit vw formelmäßig bestimmt. Für überschlägliche Schätzungen der Wettergeschwindigkeit

können auch Rauchröhrchen verwendet werden.

Wettergeschwindigkeit:


v w p dyn ϱ w

ms -1 kp m -2 kg m -3

ϱ w

Wetterdichte

Messung der Wettergeschwindigkeit

115


Geräte zum Messen der Wettergeschwindigkeit

Prandtlsches Staurohr

Druckmessung

Bei der Druckmessung werden unterschieden:

Barometer für die absolute statische Druckmessung

U-Rohre für die Messung von Druckunterschieden.

Bei der Ermittlung des Druckunterschieds sind neben dem Ablesen der Meßfadenlänge n f die Gerätekonstante ϰ und Dichte der

Sperrflüssigkeit ϱ sp zu beachten.

Ermittlung des Druckunterschieds mit dem Mikromanometer:

p n f ϰ g ϱ sp

kp m -2 m – ms -2 kg m -3

116


Tabelle 5.7. Einige im Bergbau eingesetzte Messgeräte zur Messung des absoluten statischen Druckes

Bezeichnung

Aneroidbarometer

(Grubenbarometer)

Barolux

Meßgenauigkeit in Torr

0,2…0,5

0,05…0,1

Mikrobarometer 0,01

Mikrobarograf 0,5

Tabelle 5.8. Einige im Bergbau eingesetzte Meßgeräte zur Messung des Differenzdrucks

Bezeichnung

U-

Rohrmanometer

Meßgenauigkeit

in mm WS

≈1

Bemerkung

gefärbtes Wasser als

Sperrflüssigkeit

Mikrometer 0,1 Schrägrohrmanometer

Minimeter 0,01 Schrägrohrmanometer

U-Rohrmanometermessung in einem Luttenstrang

Prinzip des Mikromanometers; p 1 > p 2 ; ϱ sp Dichte der Sperrflüssigkeit

Schlauchmessung

Die Messung von Differenzdrücken wird vorwiegend als Schlauchmessung (bis 300m) durchgeführt. In Schächten findet meist

die Absolutmessung mittels zweier Barographen Anwendung (gleichzeitige Messung). Dabei werden außerdem die Höhenlage

sowie der Anteil der dynamischen Druckdifferenz ermittelt.

117


Qualitätsprüfung der Wetter

Matte Wetter werden mit der Benzinwetterlampe festgestellt. Vor der Messung wird die Flamme auf 1cm Höhe zurückgeschraubt.

Wird sie kleiner oder verlischt sie plötzlich, ist das Ort sofort zu verlassen, abzusperren und zu bewettern.

Bei einem O 2 -Gehalt von ≤ 17,5% verlischt die Flamme.

CH 4 -Gehalte werde mit dem Grubengasinterferometer (Gasi), oft auch durch zentrale Überwachungs- und Warneinrichtungen,

gemessen (im VEB Mansfeld Kombinat „Wilhelm Pieck“ werden CH 4 -Gehalte mit der Benzinwetterlampe festgestellt). Das

Messprinzip des Gasi beruht auf der unterschiedlichen Lichtberechnung von frischen Wettern und CH4-haltigen Wettern. Ist CH 4

in der angesaugten Luft vorhanden, verschiebt sich der Interferenzstreifen, und der Gehalt ist an der Messskala unmittelbar in

Prozent ablesbar (jeweils dunkelster Streifen).

Grubengasinterferometer Gasi

a) optisches Schema

b) Gasführung (Schema)

c) Gasi (komplett

1 Kondensator; 2 Jaminplatte; 3 Meßkammer; 4 Vergleichskammer; 5 Umlenkprisma; 6 90°-Prisma; 7 Okular; 10 Handpumpe;

11 Umstellhahn; 12 Natronkalk; 13 Blaugel; 14 Meßkammer; 15 Vergleichskammer; 16 Druckausgleichsspirale;

17 Dreikantschraube; 18 Ikularschutzdeckel; 19 Verschlußdeckel (Blaugel); 21 Fenster für Blaugel; 22 Daumenschlaufe;

23 Handpumpe

Mit dem Grubengasinterferometer Gas können auch CO 2 Gehalte ermittelt werden.

CO 2 -, CO-, H 2 S-, SO 2 -Gehalte sowie Gehalte an nitrosen Gasen werden mit speziellen Prüfröhrchen in Verbindung mit dem

Gasspürgerät gemessen.

Prüfröhrchen bestehen aus Glas und sind mit einer Vorreinigungsmasse (zur Bindung störender Fremdstoffe) und einer

Reaktionsmasse gefüllt.

Der Reaktionsteil ist mit einer Skala versehen (Markierungsringe), an der nach dem Durchströmen einer bestimmten Wettermenge

(Hubzahl beachten!) die vorhandene Gaskonzentration abgelesen wird.

118


Tabelle 5.9. Hubzahl des Gasspürgerätes bei verschiedenen Prüfröhrchen (VEB Laborchemie Apolda)

Bezeichnung des Gases

CO

CO 2

SO 2

H 2 S

NO 2

Anzahl der Hübe

1Hub + 7 Hübe = 8 Hübe

1Hub + 4 Hübe = 5 Hübe

1Hub + 9 Hübe = 10 Hübe

1Hub + 9 Hübe = 10 Hübe

5 Hübe Gesamtvolumen

119


Handhabung des Gasspürgerätes

Dichtheit des Gerätes überprüfen

beide Enden des Prüfröhrchens in der Abbrechöse der Balgpmpe abbrechen (Kopf abwenden)

Röhrchen in den Balgpumpenkopf einsetzen (Pfeil in Richtung Gerät)

Balg einmal zusammendrücken und warten, bis die Kette am Balg wieder gespannt ist

Bei Färbung der Reaktionsschicht Anzeige ablesen

zeigt sich noch keine (oder schwache) Verfärbung, restliche Hübe bis zum Erreichen der vorgeschriebenen Hubzahl

ausführen.

Umrechnung von mg in ppm:

ppm

M

parts per million (Teile je Millionen Teile)

Konzentration in mg m -3

relative Molmasse des Gases

Zeigt die Reaktionsschicht eine Verfärbung über dem MAK-Wert, ist das Ort sofort zu verlassen, abzusperren und zu bewettern

(wettertechnisch nachgeschaltet Betriebspunkte beachten!). Durch Gasvollanalysen erhält man genaueste Angaben über die

Zusammensetzung der Wetter. Dazu werden Wetterproben mit einem Gassammelrohr entnommen.

120


Beim gleichzeitigen Auftreten mehrerer Schadstoffkomponenten C addieren sich die Auswirkungen der einzelnen Schadstoffe.

Für diesen Fall gilt der Summen-MAK-Wert (∑ MAK).

Summen-MAK-Wert


5.2.5. Grubenklima

Ziel von Klimatisierungsmaßnahmen:

Schaffung gesetzlich geforderter Arbeitsbedingungen zur Erhaltung der Gesundheit der Bergleute.

Bestimmend für die klimatischen Verhältnisse in einem Bergwerk sind:

Temperatur

Feuchtigkeitsgehalt

Geschwindigkeit der Grubenwetter

Unter Grubenklima versteht man den Gesamteinfluss der Trockentemperatur, de Sättigungsgrades und der Geschwindigkeit der

Wetter sowie des Luftdruckes und der Wärmestrahlung auf Personen, technische Einrichtungen und Aggregate.

Eine gute Möglichkeit zur Beurteilung des Grubenklimas ist die Auswertung mit Hilfe des i, ϰ-Diagramms.

Nachdem die Trocken- und Feuchttemperatur mit dem Psychrometer gemessen worden sind, können im i, ϰ-Diagramm folgende

Werte abgelesen werden:

relative Luftfeuchtigkeit ȹ in %

Enthalpie (Wärmeinhalt) i in kcal kg -1

Wasserdampfgehalt ϰ in g kg -1

Aspirationspsychrometer

Möglichkeit zur Verbesserung des Grubenklimas:

Erhöhen der Wettermenge

Verkürzen der Wettermenge

Verbessern der Sonderbewetterung

Befeuchten der Wetter durch Sprühdüsen (Nachteil: Erhöhung der Luftfeuchtigkeit)

Abdichten abgeworfener Grubenbaue und nasser Streckenstöße

Abdecken der Wasserseigen

Beseitigen von Wasseransammlungen

Senkung der Trockentemperatur beim Befeuchten: bei 1g/kg Reinluft um 2,5°C

121


Wird durch diese Maßnahmen kein ausreichender Erfolg mehr erzielt, werden die Wetter gekühlt. Unter Berücksichtigung der

Wettergeschwindigkeit wird in der DDR in den unterschiedlichen Klimabereichen die Arbeitszeit verkürzt.

Die Zumutbarkeit des Grubenklimas wird nicht nur von den Klimawerten, sondern auch von der Schwere der Arbeit bestimmt.

i, ϰ-Diagramm

Ablesebeispiel: Trockentemperatur t tr =17°C; Feuchttemperatur t f = 14°C relative Feuchte ȹ = 70%)

Der größte Teil der Arbeitsorte unserer Gruben liegt im Klimabereich I.

Wetterkühlung

Zur Kühlung der Wetter dienen Grubenwetterkühler.

Kältemaschinenanlage (Prinzip)

122


In Abhängigkeit vom Kältemittel werden Kaltluft- und Kaltdampfkühlmaschinen unterschieden.

Vorwiegend werden Kaltdampfkühlmaschinen verwendet (Kältemittel: fluorisierte Chlorkohlenwasserstoffe – Frigedone).

Weiterhin werden unterschieden:

direkte Kühlung (Übertragung der Wetterwärme im Verdampfer auf das umlaufende Kältemittel)

indirekte Kühlung (Aufnahme der Wärme am Verbrauchsort und Übergabe im Verdampfer an das Kältemittel).

Im Bergbau der DDR sind sowohl fahrbare, direkte Vor-Ort-Kühlanlagen als auch stionäre Kühlanlagen mit Kühlleistungen als

auch stationäre Kühlanlagen mit Kühlleistungen von mehreren Millionen kcal h -1 eingesetzt. Bei großen Wettermengen (z. B. im

Kalibergbau) kommen Wetterkühlkabinen zur Anwendung.

123


Tabelle 5.10. Kennwerte von in der DDR eingesetzten Grubenwetterkühlern (Vor-Ort_Kühlanlagen)

Bezeichnung Einheit WK 120 WK 120/S

Kälteleistung kcal h-1 1000000 110000

Vedampfungstemperatur °C +5 +5

Verflüssigungstemperatur °C +40 +40

Wetterdurchsatz m3 min-1 150 300

Kühlwasserverbrauch m3 h-1 7 (+20°C) 7 (+20°C)

Energieanschluß kW 40 40

Masse kg 3100 2900

5.2.6. Verteilung der Wetter

Die durch den einzelnen Schacht strömenden Wetter verteilen sich im Grubenfeld auf Teilströme, deren Anteile vom Widerstand

der Wetterwege bestimmt werden.

Die Wetterverteilung kann außerdem beeinflusst werden durch

Einsatz von Zusatzlüftern

Vergrößerung der Gesamtwettermenge durch Erhöhung der Leistung des Hauptgrubenlüfters

Drosselung zu starker Teilströme

Durch eine Trennung in Wetterabteilungen wird eine gegenseitige Beeinflussung der Teilwetterströme ausgeschlossen. Für die

Überwachung der Wetterführung werden Wetterrisse angelegt.

Wetterstammbäume sind Schemata der Wetterverteilung. Sie erhalten für jeden Teilwetterstrom die strömende Wettermenge und

die daraus resultierende maximale Belegungsstärke.

Aus Wetterriß ersichtlich:

Wetterriß

Weg der Wetterströme

Mengen der Wetterströme (Frischwetter, Abwetter)

Einrichtung zur Erzeugung der Wetterbewegung, Lenkung, Leitung und Überwachung der Wetter

1 einziehender Schacht; 2 Hauptquerschlag; 3 Blindschacht;

4 Feldstrecke; 5 Querschlag; 6 Abbaustrecke;

7 Abbau; 8 ausziehender Schacht

Wetterleiteinrichtungen dienen

dem Festlegen eines den betreffenden Erfordernissen entsprechenden Wetterweges

dem Regeln der Stärke einzelner Wetterströme oder

dem vollständigen bzw. teilweisen Abschluss abgeworfener Grubenbaue.

124


Mechanisches Schließen einer Wettertür

Zu ihnen gehören

Wetterdämme zum Abdichten abgeworfener Grubenbaue

Wetterscheider zum Trennen zweier Wetterströme mit entgegengesetzter Richtung in einem Grubenbau

Wettertüren zur Führung und Teilung des Wetterstromes (Steuerung des Öffnungsmechanismus über Ventile,

Schienenkontakte oder Fotozellen)

Wetterschleusen zur Senkung der Wetterverluste bzw. zur Trennung zweier Wetterströme mit großer Druckdifferenz

(mehrere hintereinander eingebaute Wettertüren)

Drosseltüren zum Regeln des Wetterstroms mit verstellbaren Öffnungen in Wettertüren

Wettergardinen zur provisorischen Wetterregulierung

Wetterbrücken zum Trennen zweier Wetterströme ohne deren Minderung (wird erreicht durch Grubenbau oder

Einbaueinheit)

Wetterwiderstände von Wettertüren:

Holztür

Stahlblechtür in

Mauerung

Spezialwettertüre

0,4…1Wb

15…36Wb

> 80Wb

Wettertüren dürfen nicht verstellt werden und müssen ständig geschlossen sein!

125


Wetterbrücke

Wettertür

5.2.7. Sonderbewetterung

Alle Grubenbaue, die nicht durchschlägig sind, werden mit Luttenleitungen und Lüftern sonderbewettert (saugend oder blasend).

Eine Lutte ist ein Rohr aus einem geeigneten Werkstoff (Stahlblech, Plaste, gummiertes Tuch, Presspappe). Nach der Art der

Verbindung werden Steck-, Flansch- und Patentlutten unterschieden.

Sonderbewetterung

Die aus einer beliebigen Anzahl von Lutten zusammengesetzte Leitung wird als Luttenleitung (Luttentour) bezeichnet. Sie wird

mit fortschreitendem Vortrieb nachgezogen.

Luttenlüfter sind in Luttenleitungen eingebaute Elektro- oder Druckluftlüfter (teilweise mehrere hintereinander geschaltete

Lüfter).

Saugende Sonderbewetterung mit Vor-Ort-Kühlung und Wetterzwischenkühlung

1 Lüfter; 2 Saugleitung; 3 Wetterkühler (Zwischenkühler); 4 Wetterkühler (Vor-Ort-Kühler); 5 Frischwetterleitung

126


CO-Filterselbstretter

Luttenlüfter dürfen nicht unmittelbar am Ansaugende der Luttenleitung und nicht unmittelbar hinter Krümmern bzw.

Übergangsstücken angeordnet werden.

Zur Lärmbekämpfung sind viele Luttenlüfter sowie die den Lüftern unmittelbar vor- und nachgeschalteten Lutten schalldämpfend

gestaltet (Kapselung des Lüfters, Absorptionsmaterial, Perforierung).

Undichte Luttenleitungen verursachen Wetterverluste und evtl. Wetterkurzschlüsse!

5.3. Selbstretter

In der DDR sind alle unter Tage beschäftigten Bergleute mit Selbstrettern ausgerüstet. Überwiegend handelt es sich dabei um

CO- Filterselbstretter.

Hierbei wird das CO mit Hilfe eines Katalysators (Hopcalit) in CO 2 umgewandelt. Die Atemluft muss mehr als 19% Sauerstoff

enthalten. Der CO-Filterselbstretter besitzt eine Gebrauchsdauer von einer Stunde und ist nur als Fluchtgerät zu verwenden.

Isolierende Selbstretter sind von der Umgebungsluft unabhängig. Bei ihnen wird durch chemische Reaktionen bzw. mit geführten

Sauerstoffvorrat (Druckgasflasche) die Atemluft garantiert.

Sowohl CO-Filter-, als auch isolierende Selbstretter werden bei der Benutzung heiß (Verbrennung von CO zu CO 2 ). Durch

regelmäßige Belehrungen werden alle Bergleute mit der Handhabung der im jeweiligen Bergwerk eingesetzten Selbstretter

vertraut gemacht.

Isolierender Selbstretter

1 Alkalipatrone; 2 Anlass Vorrichtung; 3 Atembeutel; 4 Überdruckventil; 5 Atemschlauch; 6 Mundstück; 7 Nasenklemme;

8 Gehäuse; 9 Deckel; 10 Bänder; 11 Riemen; 12 Trägerriemen

127


6. Grubenrettungswesen

Aufgaben des Grubenrettungswesens ist es, ständig Rettungswerke vorbeugend zu organisieren und auftretene Havarien schnell

zu beseitigen.

Die DDR verfügt übe ein Grubenrettungswesen, das gut organisiert ist und über moderne Geräte verfügt.

6.1. Organisation

Die Zentralstelle für das Grubenrettungs- und Gasschutzwesen in Leipzig (Einrichtung der Obersten Bergbehörde beim

Ministerrat der DDR) hat Aufgaben der Organisation des Grubenrettungs- und Gasschutzwesens, der Aus- und Weiterbildung

(Oberführer und Gerätewarte), der Kontrolle der Einsatzbereitschaft, der Überprüfung der Atemschutzgeräte, der Anleitung der

Wehren beim Einsatz, der Vorbereitung von Rettungsbohrungen und der ständigen Verbesserung der Ausrüstungen der Wehren

zu realisieren. Sie pflegt dabei gute Verbindungen zu den entsprechenden Einrichtungen anderer sozialistischer Staaten –

besonders zur Sowjetunion.

N unmittelbarer Nähe eines Bergbaubetriebs ist eine Grubenrettungsstelle eingerichtet.

Gesetzliche Grundlage:

Anordnung über das Grubenrettungswesen im Bergbau (vom 22.07.1970)

Grubenrettungsstelle

Die Grubenrettungswehr muss aus mindestens 20 Wehrmitgliedern bestehen. Zu ihr gehören:

‣ 1 Oberführer und mindestens

‣ 1 stellvertretender Oberführer

‣ 3 Gerätewarte

‣ 15 Wehrmänner.

Zur Grubenwehr gehören Kollegen aus allen im Bergbau vorkommenden Berufen.

Eine Gruppe besteht aus einem Gruppenführer und vier Wehrmänner.

Alle Wehrmitglieder nehmen an ständigen theoretischen und praktischen Weiterbildungsmaßnahmen teil.

Das schnelle und schlagkräftige Eingreifen der Grubenwehr setzt ein gut funktionierendes Alarmsystem voraus.

6.2. Anforderungen an Grubenwehrmitglieder

Die teilweise komplizierten Aufgaben im Grubenrettungswesen können nur von Menschen bewältigt werden, die sich durch

folgende Eigenschaften auszeichnen:

hohes politisches Bewusstsein

vorbildliche Einsatzbereitschaft

ausgeprägtes Kollektivverhalten

einwandfreier Gesundheitszustand

Gewandtheit und Ausdauer

umfassendes Wissen und Könne auf allen Gebieten des Bergbaus und des Grubenrettungswesens.

128


6.3. Ausrüstungen

Grubenrettungsstellen und Grubenwehren sind so augerüstet, dass alle Arten von Havarien rasch und erfolgreich bekämpft werden

können. Durch Gerätewarte werden die Rettungsgeräte und andere Ausrüstungsgegenstände regelmäßig gepflegt und auf ihre

Funktionsfähigkeit überprüft.

Atemschutzgeräte zählen zu den wichtigsten Ausrüstungsgegenständen der Grubenwehr.

Kreislaufatmung

1 Ausatemschlauch; 2 Ausatemteil des Ventilkastens mit Ausatemventil; 3 Alkalipatrone; 4 Atembeutel; 5 Einatemteil des

Ventilkastens mit Einatemteil des Ventilkastens mit Einatemventil (Einatemventilkasten); 5a Einatemventil; 6 Einatemschlauch

Regenerationsgeräte (Kreislaufgeräte) isolieren den Träger von der Umgebungsluft. Die Ausatemluft wird regeneriert, indem das

in ihr enthaltene CO 2 chemisch gebunden und dem Kreislauf ständig Sauerstoff aus einer

Sauerstoffflasche (Inhalt:2l; Druck: 150 bis 200 kp cm -2 ) zugegeben wird. Meist erfolgt eine Doppeldosierung des Sauerstoffs:

konstant 1,2 bis 1,7 l min -1

bei erhöhtem Sauerstoffbedarf zusätzliche Mengen durch den Lungenautomat

Kreislaufatemgerät

129


Mund-zu-Mund-Beatmungsgeräte

Zur Erfüllung ihrer verantwortungsvollen Aufgaben benötigen die Grubenwehren eine Reihe weiterer moderner technischer

Ausrüstungen; dazu gehören: Spezialfahrzeuge, Großbohrgeräte für Such-, Versorgungs- und Rettungsbohrungen, Gasspürgeräte,

Pulmotoren, Reanimotoren, Mundbeatmungsgeräte, Inhalationsgeräte, Abseilgarnituren, Brandbekämpfungsgeräte,

Nachrichtenübertragungsmittel, Taucherausrüstungen, Spezialbohrer und Hebezeuge.

Schema einer Rettungsbohrung

130


7. Verhüten und Bekämpfen von Grubenbränden

Grubenbrände sind eine Gefahr für Leben und Gesundheit der Bergleute, sie können zu großen volkswirtschaftlichen Verlusten

führen. Deshalb werden alle Möglichkeiten genutzt, Brände zu verhüten.

7.1. Arten von Grubenbränden

Bedingungen für das Entstehen eines Brandes:

brennbarer Stoff

Entzündungstemperatur

Sauerstoff

Unterscheidung der Grubenbrände

nach dem Entstehungsort (Schachtbrand, Streckenbrand u. a.)

nach der Erscheinungsform (offener Brand, verdeckter Brand)

nach der Entstehungsart (exogener Brand, endogener Brand)

Exogener Brand: Ursache außerhalb des brennbaren Stoffs.

Ursachen für exogene Brände:

Schweiß- und Schneidarbeiten

brennbare Flüssigkeiten (Hydrauliköl, Dieselöl u. a.)

Reibung an Gurtbandanlagen u. a.

schadhafte elektrische Anlagen

Rauchen und offenes Licht

Sprengarbeiten und Explosionen

Endogener Brand: brennbares Material = Zündquelle

Ursachen für endogene Brände:

exotherme Reaktionen von zur Selbstentzündung neigenden Stoffen (Kohle, sulfidische Erze)

Erste Erkennungsmerkmale:

zunehmender CO-Gehalt

Schwitzstellen am Gebirge

Brandgeruch

7.2. Vorbeugender Brandschutz

Eine Vielzahl technischer, technologischer und organisatorischer Maßnahmen gewährleisten eine hohe Sicherheit gegen das

Auftreten bzw. Ausbreiten von Grubenbränden.

Technische Maßnahmen

Bau der Fördergerüste (-türme) aus nichtbrennbaren Stoffen

feuersicherer Ausbau von Schächten, Werkstätten, Maschinen- und Elektroräumen

Anbringen von stählernen Brandklappen und Berieselungsanlagen (teilweise selbsttätig) in Schächten

Sicherung besonders betriebswichtiger Anlagen durch Brandschutzzonen (nichtbrennbarer Ausbau, Brandabschnitte

durch Einbau in Brandschutztüren u.a.)

Einrichtung von Löschkammern bzw. Bereitstellung von Löschzügen (Havariezügen)

Auffahren von Kammern zum Aufbewahren brennbarer Flüssigkeiten, technischer Gase, brennbarer Medien wie Reifen

u.a.)

Bereithalten von Feuerlöschgeräten und anderen Brandschutzmitteln (Handfeuerlöscher, C_Anschlüsse,

Feuerlöschgerätetafeln u. a.)

Bereithalten von Abdichtungsmaterialien

Herstellen von Löschanschlüssen in unmittelbarer Nähe von brandgefährdeten Räumen und Betriebsmitteln

Anbringen von automatisch oder halbautomatisch arbeitenden Löschanlagen, Bordlöschanlagen.

Einrichtung von Warn- und Meldeeinrichtungen mit Fernübertragung (kontinuierliche CO-Überwachung der Wetter)

131


Materialien zum Abdichten von Grubenbauen:

Latex

Bitumen-Latex

Styropur

Isoschaum

Kaolinpaste

Lehm

Trägermaterialien:

Jutegewebe

feinmaschiges Drahtgeflecht

Silikatfaserwolle

Plastefolie (gelocht)

Holz

Achtung!

Nur solche Handfeuerlöscher verwenden, die für den vorgesehenen Verwendungszweck geeignet sind (Naßlöscher,

Schaumlöscher, Trockenlöscher, CO 2 -Schneelöscher). Auf dem Handfeuerlöscher angegebene Hinweise für die Inbetriebnahme

beachten!

Technologische Maßnahmen

Auswahl geeigneter Abbauverfahren

Vermeiden von Schleichwettern (sicherer Abschluss abgeworfener Grubenbaue)

Bitumen-Latex-Spritzgerät

Organisatorische Maßnahmen

Tabelle 7.1. Brandklassen

Brandklasse

A

B

C

D

E

Art der brennbaren Stoffe

brennbare feste Stoffe, flammen- und glutbildend (Holz, Papier, Stroh,

Textilien, Kohle u.a. )

brennbare flüssige Stoffe, flammenbildend (Benzin, Öle, Fette, Lacke,

Äther, Alkohol, Stearin, Paraffin)

brennbare gasförmige Stoffe, flammenbildend (Methan, Propan,

Wasserstoff, Azetylen, Stadtgas u. a.)

brennbare Leichtmetalle (Aluminium, Magnesium und ihre

Legierungen, ausgenommen Alkalimetalle)

Brände der Klassen A…D an elektrischen Anlagen

132


Tabelle 7.2. Unter Tage einsetzbare Handfeuerlöscher

133


In jedem Betrieb ist ein Brandschutzinspektor eingesetzt. Er überwacht notwendige Brandschutzmaßnahmen und –einrichtungen

im Auftrag des Betriebsdirektors. Die aktive Mitarbeit eines jeden Betriebsangehörigen ist für einen erfolgreichen Brandschutz

von großer Bedeutung (z. B. als Brandschutzhelfer).

Der Feuerlöschriß des Bergbaubetriebs ist Bestandteil der Einsatzdokumente im Havariefall. Er wird ständig auf den neuesten

Stand gebracht.

7.3. Verhalten bei Grubenbränden

Jeder Werktätige hat die Pflicht, beim Feststellen eines Grubenbrandes

die Brandbekämpfung aufzunehmen

den Brand zu melden

in Gefahr befindliche Werktätige zu warnen

(Reihenfolge ist von der speziellen Situation abhängig.)

Besteht keine Aussicht, den Brand in kurzer Zeit selbst zu löschen, dann ist sofort telefonisch der Dispatcher des Betriebs zu

verständigen. Diesem ist mitzuteilen:

Wer meldet den Brand?

Wo brennt es?

Was brennt?

Sind Menschen in Gefahr?

Wo ist der eigene Standort?

Während der Dispatcher die weiteren Maßnahmen auf der Grundlage der betrieblichen Einsatzdokumente einleitet, verlässt die

Grubenbelegschaft auf vorher festgelegten Fluchtwegen den Gefahrenbereich.

7.4. Brandbekämpfung

Offene Brände

Die Bekämpfung eines Brandes erfolgt stets von der Frischwetterseite aus.

Handfeuerlöscher sind nur im Stadium der Brandentstehung zum Löschen geeignet (Verwendungszweck beachten!).

Die weitere Bekämpfung geschieht mit Löschwasser aus vorhandenen Entnahmestellen.

In besonders gefährdeten Räumen werden Brände mit automatisierten Löschanlagen bekämpft.

Zur Brandbekämpfung aus relativ großer Entfernung sind geeignet:

‣ Schwerschaum

‣ Mittelschaum

‣ Expansionsschaum

Hierbei handelt es sich vorwiegend um Schaumbildner-Wassergemische.

Löschen des Brandes durch Entzug einer seiner Bedingungen!

134


In Räumen mit elektrischen Anlagen Kohlensäureschneelöscher oder Trockenlöscher verwenden!

Verschäumungsgrade:

Schwerschaum 1:8 bis 1:12

Mittelschaum 1:300 bis 1:500

Expansionsschaum 1:1000

Tabelle 7.3. Brandbekämpfung

brennende Materialien

Holz

brennbare Flüssigkeiten

Gas (Azetylengasflaschen, Propangasflaschen, Methanbläser

u. a.)

unter Spannung stehende elektrische Anlagen bzw.

Arbeitsmaschinen

Bekämpfungsmaßnahmen

alle verfügbaren Löschmittel- vor allem Wasser, Parallel zu

den Löscharbeiten Abdämmung vorbereiten.

Schaumlöscher oder Trockenlöscher. Bei größeren Bränden

Einsatz von Schaumgeneratoren

Trockenlöscher

Bereich des Brandes (brennende Flasche u. a.) mit

Sprühstrahlkühlen

Kohlensäureschneelöscher oder Trockenlöscher. Elektrische

Anlagen stromlos machen.

Tabelle 7.4. Brände bei Abwärts- und Aufwärtsbewetterung

Bewetterungsrichtung

Abwärtsbewetterung

Aufwärtsbewetterung

Verdeckte Brände

mögliche Auswirkungen bei Bränden in

Grubenbauen

Der Brandauftrieb wirkt dem

Druckgefälle der Wetter entgegen,

dadurch kann es im Brandort zur

Wetterumkehr kommen

Durch den Brandauftrieb wird da

Druckgefälle der Wetter erhöht, dadurch

kann es zur Wetterumkehr in parallelen

Wetterwegen kommen

Maßnahmen zum Verhindern der

Wetterumkehr

Drosselung der zum Brandwetterweg

parallelen Wetterwege

Drosselung des Brandwetterweges

Bei örtlich begrenzten Bränden besteht die Möglichkeit, den Brandherd auszukratzen. Größere Brände werden

isoliert und erstickt

unter Wasser gesetzt (Vorsicht! Nach dem Sümpfen besteht in zur Selbstentzündung neigenden Gebieten erhöhte

Brandgefahr!) oder

verschlämmt.

8. Bergmännische Wasserwirtschaft

Sie umfasst Maßnahmen zum Fernhalten, Erfassen, Sammeln, Klären und Heben von Grubenwässern und Laugen.

Im Erzbergbau kann es kaum vermieden werden, dass Wässer dem Grubengebäude zufließen. Dagegen ist es im Kali- und

Steinsalzbergbau für den Bestand eines Bergwerks von größter Bedeutung, Wasserzuflüsse zu vermeiden.

8.1. Aufgaben und Bedeutung

Wasserlösung

Maßnahmen zum Fernhalten bzw. Ableiten von Wässern

Wasserhaltung

Grubenbaue und Einrichtungen, die dem Sammeln und Ableiten des Grubenwassers dienen.

135


8.2. Herkunft von Grubenwässer

Wasserkreislauf (Zahlenangaben bedeuten jährliche Wassermengen)

Tabelle 8.1. Herkunft der Wässer

Begriff

Juventiles Wasser

Vadoses Wasser

Erläuterung

Wasser, das vorwiegend durch Kondensation vulkanischer Dämpfe entstanden ist und bisher

noch nicht am Kreislauf des Wassers teilgenommen hat (geringer Anteil am Gesamtumfang)

Wasser, das am Kreislauf des Wassers teilnimmt und ständig durch Niederschläge ergänzt

wird

Das Sickerwasser dringt in den Boden ein. Ein Teil davon wird als Haftwasser festgehalten. Ist der Boden gesättigt, vereinigt sich

das Sickerwasser mit dem Haftwasser. Das Grundwasser füllt alle Hohlräume im Boden zusammenhängend aus. Es unterliegt nur

dem hydrostatischen Druck. Seine Fließgeschwindigkeit ist abhängig von

der Durchlässigkeit der Gesteine

der Lagerung der Schichten

dem tektonischen Aufbau des Gebirges

Fließgeschwindigkeit des Grundwassers:

grobe Sande: Kiese, Schotter: 2,5 bis 8 md -1 (Meter je Tag

feine Sande: 5 bis 6 ma -1 (Meter je Jahr)

Erscheinungsform des Bodenwassers

136


Tabelle 8.2. Wasseraufnahmefähigkeit und Wasserleitvermögen

Wasserstauer

Wasserleiter

Beispiele Wasseraufnahmefähigkeit Wasserleitvermögen

kristalline Gesteine,

gering

gering

Tonschiefer, Magmatite

Lehm, Ton, Torf, Braunkohle groß nicht

Löß, Kreide groß gering

Sand, Kies, Schotter groß groß

Gebirgsstörungen wirken oft als Wasserzubringer.

Achtung! Vorsicht beim Anfahren von Störungszonen!

Bei Grundwasserstockwerken befinden sich mehrere durchlässige und undurchlässige Schichten übereinander.

Standwässer sind Ansammlungen von Grubenwässern in abgeworfenen Grubenbauen, Tiefbohrlöchern oder in

Gebirgshohlräumen (meist ohne Zuflüsse).

Tageswässer stammen aus unmittelbarem Zulauf durch Tagesöffnungen.

Drainagewässer entstehen in Abbauräumen, in die Spülversatz eingebracht wurde.

Im Kali- und Steinsalzbergbau werden alle Zuflüsse aus dem Salinar Laugen genannt, da sie mit Salzen angereichert sind.

Arten von Laugen:

Restlaugen (meist gesättigt und daher ungefährlich)

Betriebslaugen (Spüllaugen, Wetterlaugen, Tropflaugen, (werden nach über Tage gehoben und unschädlich gemacht)

Einflußfaktoren auf die Größe der Wasserzuflüsse:

Art des Abbauverfahrens

geologisch-tektonischer Aufbau des Gebirges

Wassermengen an der Tagesoberfläche

Standwässer im Gebirge

örtlich-physikalisch-geographische Verhältnisse

8.3. Maßnahmen zum Verhüten hydraulischer Gefahren

In allen Bergbauzweigen werden den hydrogeologischen Fragen große Aufmerksamkeit geschenkt.

Besondere Bedeutung hat das Verhüten hydrologischer Gefahren für den Kali- und Steinsalzbergbau, weil hier Wasserzuflüsse

meist zum Ersaufen der Gruben führen. Folgende Maßnahmen sind deshalb unbedingt durchzuführen:

hochwassersicheres Anlegen von Tagesöffnungen

Einbringen von wasserdichtem Ausbau in Schächten des Kali- und Steinsalzbergbaus

Anwendung von Sonderverfahren beim Durchteufen stark wasserführender Schichten (Gefrierverfahren,

Injektionsverfahren, Zementtierverfahren)

regelmäßige Kontrolle der dem Grubengebäude zufließenden Wasser (Menge, Dichte; Temperatur, pH-Wert, Gasgehalt)

Ableiten von Grubenwässern über Wasserseigen zu den Wasserhaltungsanlagen

Setzen von Dammtoren oder Wasserdämmen (endgültige Abdämmung), wenn die Gefahr eines Wasser- bzw.

Laugeneinbruchs besteht

Einleiten besonderer Vorsichtsmaßnahmen beim Annähern von Grubenbauen an Standwässer (ständiges Vorbohren

zusätzlicher Einbau leistungsstarker Pumpen, Überprüfen des Zustands der Einrichtung zum Ableiten der Grubenwässer)

Feststellen größerer Wasser- und Laugensammlungen mit geophysikalischen Mitteln (Seismik, Geoelektrik u.a. )

Ableiten von Standwässern über genügend lange Bohrlöcher mit Hilfe einzementierter Standrohre mit Schiebern (Abfluß

der Leitungsfähigkeit der Wasserhaltung anpassen!)

pH-Wert:

Negativer dekadischer Logarithmus der Wasserstoffionenkonzentration

einer Flüssigkeit (pH-Wert < 7 sauer = 7 neutral, > 7 basisch)

Dammtor

137


Herstellen eines Wasserdammes

Wahl geeigneter Abbauverfahren (günstig: Abbauverfahren mit Versatz, weil sie das Zerreißen der Hangendschichten

weitgehend vermeiden)

138


8.4. Wasserhaltungsanlagen

Zu den Wasserhaltungsanlagen gehören Wasserhaltungsräume, Wasserhaltungsmaschinen (Pumpen) und Rohrleitungen

einschließlich ihrer Absperrvorrichtungen.

Wasserhaltungsanlage

1 Wassergraben; 2 Druckleitung; 3 Pumpenraum; 4 Sumpfstreckensystem; 5 Schachtsumpf; 6 Saugleitung

8.4.1. Theoretische Grundlagen

Tabelle 8.3. Einige Grundbegriffe

Begriff Erläuterung Einheit

Förderstrom V

tatsächlich in der Zeiteinheit geförderter

Flüssigkeitsstrom

m 3 s -1

Förderhöhe H

Energiezuwachs je jg Förderflüssigkeit

zwischen Saug- und Druckstutzen

m (auch kpm kg -1 bzw. Nm kg -1 )

Nennförderhöhe H n

Förderhöhe, für die die Pumpe bei

Nenndrehzahl, Nenndrehzahl,

Nennvolumen oder Nennstrom und

m

Nennviskosität ausgelegt

Geodätische Förderhöhe H geo

Höhenunterschied zwischen saug- und

druckseitigem Flüssigkeitsspiegel

m

Statische Förderhöhe H ast

Energieunterschied zwischen beliebigen

Punkten im Saug- und

m

Druckwasserspiegel bei V=0

Verlusthöhe H V

Besteht die Förderflüssigkeit aus reinem Wasser von 4°C, dann entspricht die Förderhöhe H der manometrischen Förderhöhe H man

in mmWS.

Förderstrom:

Förderhöhe:

139


Förderdruck:

p

kpcm -2

H man

mWS

Nutzleistung einer Pumpenanlage

P N V H ϱ g

kW m 3 s -1 m kg m -3 ms -2

Kupplungsleistung

Wirkungsgrad η ges ≈ 5…

Kreiselpumpe

Es werden fast ausschließlich Kreiselpumpen eingesetzt.

Haupteile einer Kreiselpumpe sind

Gehäuse

Laufrad

Leitvorrichtung

Nach der Förderhöhe werden unterschieden:

Niederdruckpumpen (H ≤ 60m)

Mitteldruckpumpen (H ≤ 100m)

Hochdruckpumpen (H > 100m)

Einteilung nach der Anzahl der Stufen:

Kreiselpumpe

einstufige Kreiselpumpen

mehrstufige Kreiselpumpen (max. 12 Stufen)

1 Druckstutzen; 2 Leiteinrichtung; 3 Laufrad; 4 Saugstutzen; 5 Gehäuse

140


Pumpenanalage

1 Druck- oder Steigleitung; 2 Absperrorgan (Schieber oder Ventil); 3 Rückschlagklappe;

4 Kreiselpumpe; 5 Antriebsmotor; 6 Krümmer; 7 Saugleitung; 8 Saugkorb

Mehrstufige Kreiselpumpe

1 Stopfbüchse; 2 Leitschaufeln; 3 Lager; 4 Kupplung; 5 Schaufelrad

Wirkungsweise einer Kreiselpumpe

Das Laufrad dreht sich in einem spiralförmigen Pumpengehäuse mit relativ großer Geschwindigkeit; die Förderflüssigkeit wird

infolge der Fliehkraft tangential nach außen geschleudert und durch den schneckenförmigen Druckstutzen in die Druckleitung

gepresst. Durch die konische Erweiterung des Druckstutzens wird die Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie umgewandelt

(Geschwindigkeit sinkt – Druck steigt).

Im Inneren des Laufrads entsteht ein Unterdruck, der das Ansaugen der Förderflüssigkeit durch das Saugrohr bewirkt.

Inbetriebnahme

Kreiselpumpe einschließlich Saugleitung mit Wasser füllen (Entlüftungshähne öffnen bis Wasser herausfließt)

Bei geschlossenem Schieber Pumpenmotor anlassen

Wenn der erforderliche Druck vorhanden ist, Schieber öffnen

Fördert die Pumpe nicht, zunächst Schieber schließen und dann den Motor abstellen

141


In automatisierten Pumpenstationen geschieht die Inbetriebnahme selbsttätig in Abhängigkeit vom Stand des Wassers im

Pumpensumpf.

Das Verhalten der Kreiselpumpe in Abhängigkeit von Förderhöhe, Fördermenge, und Drehzahl wird im Kennliniendiagramm

dargestellt.

Kennliniendiagramm

Regelmöglichkeiten von Kreiselpumpen:

Drehzahlregelung (bei Antriebsmotoren mit regelbarer Drehzahl)

Drosselregelung (energieaufwendig)

Durch Hintereinanderschalten zweier oder mehrerer Pumpen werden die Förderhöhen der Einzelpumpen addiert (V=konst.).

Bei mehrstufigen Kreiselpumpen (bis 12 Stufen) liegt eine Hintereinanderschaltung der einzelnen Stufen vor. Durch

Parallelschalten von Pumpen erhöht sich der Förderstrom V um einen bestimmten Betrag (von V 1 , 2 bis V 1+2 ). Dieser Betrag ist

vom Rohrleitungswiderstand abhängig.

Verhalten bei Drehzahlregelung (Affinitätsgesetze):

( )

Im Interesse eines hohen Wirkungsgrads nur Pumpen gleicher Leistung hintereinander oder parallel schalten!

Hintereinanderschaltung von zwei Kreiselpumpen

142


Die Kennlinie parallel geschalteter Pumpen erhält man, indem die Förderströme der Kennlinie einer Pumpe in den jeweiligen

Höhen addiert. Die folgenden Pumpen arbeiten ebenfalls nach dem Prinzip der Kreiselpumpen:

Wasserjäger Stöpselpumpe

Unterwassermotorenpumpe

Sie benötigen jedoch keine Saugleitung.

Parallelschaltung von zwei Kreiselpumpen

Wasserjäger

1 Druckluftzufuhr; 2 zur Druckwasserleitung; 3 Gehäuse; 4 Turbinenrad; 5 Welle (stehend); 6 Pumpenrad; 7 Saugkorb

Unterwassermotorpumpe

143


Söffelpumpe

Vakuumpumpen sind von einfacher Bauart und bedürfen keinerlei Schmierung und Wartung.

Sonderpumpen

Druckluft wird einem Strahlsauger zugeführt und im Pumpenkessel ein Unterdruck erzeugt. Dadurch strömt Wasser in den Kessel.

Nach dem Schließen des mit dem Schwimmerhebel verbundenen Luftauslaßventils tritt die Druckluft in den Kessel und drückt

das Wasser durch das Steigrohr in die Druckleitung. Diese Pumpe arbeitet selbsttätig.

Vakuumpumpe

1 Ventil; 2 Strahlsauger; 3 Luftaustritt; 4 Kessel; 5 Schmutzwasseraustritt; 8 Schwimmer

Förderhöhe: bei 4at etwa 35m

Förderstrom: 10m 3 h -1

Strahlpumen werden mit Druckwasser oder Druckluft betrieben.

Bei Inbetriebnahme wird in der Saugleitung ein Unterdruck erzeugt und Wasser angesaugt.

Wasserstrahlpumpe

1 Treibdüse; 2 Mischraum; 3 Fangdüse; 4 Mischraum

144


Mammutpumpe

Mammutpumen werden beim Sümpfen abgesoffener Schächte verwendet. Sie haben keinerlei bewegliche Teile.

Wirkungsweise der Mammutpumpe

Die Dichte des Wasser-Luft Gemisches im Steigrohr ist geringer als die Dichte des das Förderrohr umgebenden Wassers. Dadurch

wird das Wasser-Luft-Gemisch im Steigrohr (Prinzip der kommunizierenden Röhren) gefördert.

Rohrleitungen, Absperrorgane

Rohrleitungen bestehen aus nahtlos gewalzten Stahlrohren (teilweise augekleidet) oder Plasterohren. 6 bis 10m lange Einzelrohre

werden zu Rohrtourten verbunden. Die Rohrreibunswiderstände werden beeinflußt durch

den Zustand der Rohrrinnenwand

die Länge der Rohrleitung l

die Geschwindigkeit der Förderflüssigkeit v

die Art der Strömung

die Tätigkeit der Förderflüssigkeit

Krümmungen und Absperrorgane sowie Querschnittsänderungen erhöhen die Rohrleitungswiderstände. In Grobrechnungen

werden dafür 5 bis 8% aufgeschlagen.

Bei Wasser als Fördermedium werden Geschwindigkeiten in der Rohrleitung zwischen v = 1 bis 2 ms -1 gewählt, als

Widerstandsbeiwert für Wasser wird allgemein λ = 0,03 verwendet.

Rohrreibungsverluste:

H V λ l1 v g d

m – m ms -1 ms -2 m

Fördermenge:

V d v

m 3 s -1 – m ms -1

λ

g

d

Widerstandsbeiwert

Erdbeschleunigung

Durchmesser der Rohrleitung

145


9. Laden und Fördern

Das Laden des Haufwerks zählt zu den wichtigsten bergmännischen Prozessen, es verbindet die Hauptprozesse Gewinnung und

Förderung. Der Ladevorgang ist heute vorwiegend mechanisiert.

9.1. Allgemeines über Ladearbeiten

Eine Lademaschine ist eine selbstfahrende, mit Druckluft, Elektroenergie oder Dieselkraftstoff betriebene Maschine, die das

Haufwerk aufnimmt und dem Fördermittel übergibt. Das Haufwerk wird durch das Ladeelement selbst (Wurfschaufellader,

Seitenkipplader u. a.) oder durch ein an der Lademaschine angebrachtes Zwischenfördermittel (z. B. beim Frässcheibenlader,

Hummerscherenlader) zum Fördermittel transportiert. Dabei ist meist Hubarbeit zu leisten. Fahr- und Bunkerlader übernehmen

das Aufnehmen, Bunkern und den Transport des Haufwerks.

9.2. Lademaschinen

9.2.1. Grundlegende Bauelemente

Grundlegende Bauelemente einer Lademaschine sind:

146


Lademaschinen Übersicht

Arten, Vor- und Nachteile von Fahrwerken

Fahrwerk Vorteile Nachteile

Schienenfahrwerk

Raupenfahrwerk

hohe Fahr- und Transportgeschwindigkeit;

Transport mit Grubenlokomotiven auch über

große Entfernung schnell möglich; einfache

Wartung; Einsatz als Zugmittel bei

Rangierarbeiten möglich

große Steigfähigkeit; nicht an das Gleis

gebunden; große Wendigkeit; Beweglichkeit

und Belastbarkeit; Wegfall der Gleisanlagen

und der Gleisunterhaltung

an Gleisnetz gebunden; Einsatz in stark geneigten und

ansteigenden Strecken; nicht bzw. nur mit Hilfshaspel

möglich; Randhaufwerk wird beim Laden nicht

vollständig erfasst

geringe Fahrgeschwindigkeit; Mehrortbetrieb nur bei

begrenztem Ortsabstand möglich

Fahrwerk mit

Gummibereifung

hohe Fahrgeschwindigkeit; große Wendigkeit

und Beweglichkeit

großer Verschleiß der Bereifung; ebene Sohle

erforderlich

147


Fördereinrichtungen

Transport im Ladeelement oder Zwischentransport durch

kurze Kettenkratzförderer oder

Gummigurtföderer

Bei Schaufelladern und Hubgreifern wird das Haufwerk ausschließlich im Ladeorgan zum Fördermittel transportiert. Kratzlader

transportieren das Fördergut ebenfalls im Ladeelement über eine geneigte Ladebühne dem nachfolgenden Fördermittel zu.

Lademaschinen mit Seitengreifern oder auch einige Schaufellader nehmen nur das Haufwerk auf. Zum Überwinden der

erforderlichen Hubhöhe und der Weiterführung des Haufwerkes zum eigentlichen Fördermittel werden kurze Kettenkratz- oder

Gummigurtförderer verwendet.

Antriebs und Steuerelemente

Die Antriebselemente der Lademaschinen sind Fahrmotoren (bei größeren Ladern auch zwei), bei Wurfschaufelladern

Hubmotoren. Sie werden durch Druckluft-, Diesel- oder Elektromotoren angetrieben. Die Kraftübertragung vom Motor auf die

Radsätze geschieht durch ein Fahrgetriebe. Das Manövrieren der Lademaschine für das Vor- und Rückwärtsfahren erfolgt durch

eine Kupplung (Wendelkupplung).

Die Steuerelemente der Lademaschine übernehmen die Steuerung des Bewegungsablaufs des Laders selbst (z. B. über Fahrmotor)

sowie die Steuerung des Bewegungsablaufs des Ladeelements (z. B. über Hubmotor).

Ladeelemente

Beispiele von Ladeelementen

148


Anordnung und Funktion der Steuerhebel eines Wurfschaufelladers

Bedienungshebel für Richtung Funktion

Fahrmotor 1 Ausschwenken nach rechts

2 Ausschwenken nach links

3 Vorwärtsfahren

4 Rückwärtsfahren

Wurfmotor 5 Stativ zum Schwenken frei machen

6 keine Funktion

7 Heben der Schaufel – Wurf

8 Senken der Schaufel

Wurfschaufellader werden vorwiegend im gleisgebundenen horizontalen Streckenvortrieb eingesetzt. Der Antrieb erfolgt meist

durch Druckluft-(kolben-)-motoren, seltener durch elektrohydraulische Motoren.

9.2.2. Aufbau, Arbeitsweise, Vorteile und Kenndaten ausgewählter Lademaschinen

Wurfschaufellader

Arbeitsdiagramm eines Wurfschaufelladers

149


Wurfschaufellader (Vorderansicht)

Aufbau Arbeitsweise Vorteile

Fahrgestell mit Fahrmotor

drehbar gelagertem Oberteil mit

Hubmotor

Wiege oder Wippe mit

Ladeschaufel

Laschenkette oder

Hydraulikzylinder für die

Bewegungsübertragung

automatische

Geradziehvorrichtung am

Schwenkteil

Kupplungseinrichtung für

Förderwagen

Trittbrett für Bedienungsmann

Steuereinrichtung

schwunghaftes Eindrücken der

Schaufel in das Haufwerk

bewirkt durch Vor-und

Zurückfahren des Laders

Anheben und Füllen der

Schaufel, dabei ruckartiges

Nachfahren des Laders zur

Erhöhung des Füllungsgrads

Entleeren der Schaufel durch

„Über-Kopf-Werfen“

bei seitlicher Haufwerks

Aufnahme (Aus-und)

Einschwenken der Schaufel

(automatisch) in

Abwurfrichtung

geschlossene, kurze Bauart,

geringer Raumbedarf, große

Ortsbeweglichkeit

unterschiedliche Größen

ermöglichen den Einsatz in

allen Querschnitten

in großen Querschnitten zwei

Geräte gleichzeitig oder mit

anderen Maschinen kombiniert

einsetzbar

einsetzbar zum Bewegen von

Förderwagen und Transport von

Ausbauelementen

durch Anbau-oder Zusatzgeräte

für Hilfsarbeiten (z. B.

Wasserseigenherstellung,

Heben von Ausbauelementen

verwendbar)

150


Wurfschaufllader (Seitenansicht)

Technische Daten einiger Wurfschaufellader

Bezeichnung Einheit PML 63 LWS 160 PPN-1S

Installierte Leistung kW 19,0 30 24

-Hubleistung kW 9,5 15 12

-Fahrleistung kW 9,5 15 12

Schaufelinhalt m 3 0,17 0,20 0,20

Nettoladeleistung m 3 h -1 35 60 60

Masse kg 3300 3300 3500

Druckluftverbrauch m 3 min -1 10 8,4 10

erforderliche Höhe m 2,00 2,40 2,20

Schwenkbereich m 2,00 2,40 2,20

Bei stillstehendem Fördermittel beim Laden, z. B. Füllen in Großraumförderwagen, werden Wurfschaufellader mit bunkerfähigem

Auslegeband eingesetzt. Es entwickelten sich die Varianten der Kipplader und der Kurzhubschaufellader.

Seitenkipplader

Seitenkipplader sind sehr manövrierfähig, haben eine geringe Bau- und Arbeitshöhe sowie ein gutes Steigvermögen. die meist mit

Raupenfahrwerk ausgerüsteten Lader werden im Streckenvortrieb, aber auch im Abbau – häufig in Verbindung mit

Kettenkratzförderern – eingesetzt.

Arbeitsweise eines Seitenkippladers beim Abkippen auf einen Kettenkratzerförderer

151


Aufbau Arbeitsweise Vorteile

Raupenfahrwerk

(Pendelrahmen) mit

Antriebsmotoren

Schwinge und Schaufel

Hydraulikanlage bestehend aus

Antriebsmotor mit

Hydraulikpumpe sowie Hubund

Kippzylinder

Steuereinrichtung für

Druckluftantrieb und

hydraulische

Schaufelbetätigung

Aufnahme des Haufwerks durch

hineinfahren der Schaufel

während des Vorfahrens des

Laders

Fahren mit gefüllter und

angehobener Schaufel zum

Fördermittel

Entleeren durch seitliches

Kippen der Schaufel

kurze Ladezeit, großer

Schaufelinhalt

unbegrenzter Arbeitsbereich am

Einsatzort

hohes Steigvermögen

unabhängig vom

Auffahrungsquerschnitt

Verwendung als Arbeitsbühne

(z. B. beim Ausbauen) und als

Transportgerät

Tabelle 9.2. Technische Daten von Seitenkippladern

Bezeichnung

Einheit

Leistung

-Fahrmotoren kW 6…35

-Hubmotor kW 6…25

Schaufelinhalt m 3 0,3…1,2

Nettoladeleistung m 3 h -1 25…80

Masse kg 2000…9000

Druckverbrauch m 3 h -1 10…20

erforderliche Höhe m 1,6…2,7

Fahrgeschwindigkeit ms -1 1,0…0,7

Aufbau und Arbeitsweise eines hydraulisch arbeitenden Seitenkippladers

a) Seitenansicht

b) Vorderansicht

1 Kippzylinder; 2 Hubzylinder; 3 Fahrsitz; 4 Hauptteil; 5 Schaufel in Kippstellung; 6 Arretierung; 7 Raupenfahrwerk;

8 Schaufel

152


Bagger

Aufbau Arbeitsweise Vorteile

Unterwagen mit

Raupenfahrwerk und

elektrischem Antrieb

Drehwerk

schwenkbares Baggerhaus mit

Antriebsmotoren, Windwerk,

Fahrerkabine, und

Bedieneinrichtung

Ausleger

Löffel mit Stiel und

Vorschubwerk

Einschwenken des gesenkten

Löffels an den Arbeisstoß

Vorschieben des Löffels durch

Zahnstange und Vorschubwinde

Schwenken des Baggers in

Füllstellung

Entleeren des Baggerlöffels in

das Fördermittel durch Öffnen

der Klappe

Rückschwenken des Baggers

bei gleichzeitigem Senken und

Schließen der Klappe

sehr hohe Ladeleistung durch

großen Löffelinhalt

für hohe Abbauräume, hohe

Böschungen, große

Haufwerksmengen sowie für

gleislose Fahrzeuge sehr gut

geeignet

durch große Reißkraft auch für

grobstückiges Haufwerk

geeignet

Tabelle 9.3. Technische Daten eines unter Tage eingesetzten Löffelbaggers (UB 80)

Bezeichnung

Einheit

Schaufelinhalt m 3 1,0

Fahrgeschwindigkeit ms -1 0,42…0,53

Reißkraft kp 12000

Bodendruck kpcm -2 0,78

Ladespiel min -1 3

Motorleistung kW 75

Masse kg 30400

Ladeleistung m 3 h -1 120

Aufbau und Hauptteile eines Löffelbaggers

Schwenkbares Baggerhaus mit Antriebsmotoren und Bedienungseinrichtungen; 2 Drehwerk; 3 Raupenfahrwerk; 4 Ausleger;

5 Löffel mit Stiel und Vorschubwerk

153


Schrapper

Schrapper werden im Streckenvortrieb als Schrapplader (Ladebühne und Haspel in einer gemeinsamen Konstruktion angeordnet)

und im Abbau als Schrappanlagen eingesetzt. Letztere sind nicht nur Lademaschinen, sondern gleichzeitig auch Fördermittel.

Prinzipieller Aufbau eines Schrappladers

1 Umlenkrolle; 2 Leerseil; 3 Schrapperkasten; 4 Vollseil; 5 Ladebühne

Aufbau Arbeitsweise Vorteile

Schrapphaspel (Ein-, Zweioder

Dreitrommelhaspel) mit E-

Motor, Kupplung, Getriebe,

Steuerung, Rahmen,

Trommelschutz und

Seilführung

Ladebühne als

Beladeeinrichtung (entfällt

beim Födern in Förderrollen

oder als Zubringerschrapper)

Schrappkasten

Zugseile

Seilführungs- und Endrollen

Signalanlage

Aufnahme des Haufwerks beim

Vollzug durch den

Schrapperkasten

Überwindung des Förderwegs

Entleerung des

Schrapperkastens über

Ladeschurren- oder

Rollenöffnung

Rückfahrt de Schrappkastens

über das Haufwerk beim

Leerzug zur Ortsbrust

robuste, unempfindliche

Bauweise, wenig störanfällig

annähernd gleiche Ladeleistung

trotz unterschiedlichen

Haufwerksanfall

in ansteigenden und

einfallenden Grubenräumen

einsetzbar

einfache Bedienung (Hand-,

Fern- und automatische

Steuerung möglich)

Tabelle 9.4. Technische Daten von Schrappern und Schrappladern

Bezeichnung Einheit Schrapplader Schrappförderer

10 LS 17 LS 30 LS 55 LS 100 LS S4000/1 S6300

mittlere Zugkraft kp 700…2000 1000 1600 2800 4500 8000 3800 6300

mittlere

Seilgeschwindigkeit

ms -1 0,8…1,2 1,08 1,12 1,20 1,32 1,32 2,0 1,8

Motorleistung kW 20…40 10 17 30 55 100 75 125

durchschnittlicher

Förderweg

m 5…10 je nach betrieblicher Situation

Schrappkasten m 3 0,4…1,2 je nach betrieblicher Situation

Ladeleistung m 3 h -1 20…50 je nach betrieblicher Situation

154


Hubgreifer

Hubgreifer (auch Polypgreifer genannt) übernehmen beim Abteufen von Schächten das Laden des Haufwerks. Ihre Bedienung

erfolgt bei kleinen Greifern von Hand und bei größeren modernen Kabinengreiferanlagen vom Bedienungsstand aus. Der

Hubgreifer ist Bestandteil einer Greiferanlage. Zu ihr gehören ferner das Greiferseil, die Greiferwinde und der Bedienungsstand.

Kabinengreifer KS-2 u/40

1 Laufkatze; 2 Führerkabine; 3 Laufkatzengetriebe; 4 oberer Rahmen; 5 Schwenkwagen; 6 Zentralgehänge;

7 Laufkatzenwagen; 8 Greifer; 9 Druckluftleitung

Aufbau Arbeitsweise Vorteile

Greifer mit Seilaufhängung,

Arbeitszylinder und

Greiferschalen und Hubwinde

bei Greifanlagen ferner

Laufkatze, Drehgestell und

Motorflaschenzug an zentraler

Aufhängung

Druckluftsystem

Bedienungsstand

Senken der geöffneten

Greiferglocke auf das Haufwerk

Greifen des Haufwerks durch

Schließen der Glocke

Heben und Fahren des Greifers

über den Kübel

Entleeren durch Öffnen der

Greiferschalen

erlaubt wirtschaftlich und

leistungsmäßig günstigste

Ladearbeit beim Schachtteufen

durch Kabinengreiferanlagen

weitgehendster Wegfall der

Bedienung von der

Schachtsohle und notwendiger

Handarbeit (Festmachen der

Sohle)

Größen der Greifer variabel,

ebenso Anpassung der

Ladeleistung an Förderleistung

je Querschnitt und Teufe,

teilweise mehrere gleichzeitig

eingesetzte Greifer

155


Tabelle 9.5. Technische Daten von Hubgreifern

Bezeichnung Einheit Btsch-1 Kabinengreifer KS 2u-40

Ladespieldauer s 40,6 32…35

Greiferinhalt m 3 0,11 0,65 (0,85)

Ladeleistung – 1 Greifer m 3 h -1 10,0 78…96

Ladeleistung – 2 Greifer m 3 h -1 18,0 126…168

Masse des Geräts kg 600 9800

Durchmesser des Greifers, offen m 1,3 2,5

Durchmesser des Greifers, geschlossen m 1,0 1,6

Hummerscherenlader und Frässcheibenlader

Hummerscherenlader und Frässcheibenlader sind im Streckenvortrieb und Abbau aller Bergbauzweige eingesetzt. Beide Lader

gehören zur Gruppe der „Seitengreifer“ und unterschieden sich in der Ausbildung ihrer Ladeelemente. Die Fördergutaufgabe

erfolgt kontinuierlich, der Vorschub des Laders durch Raupenfahrwerk, Hub-, Senk- und Schwenkbewegungen werden

hydraulisch ausgeführt.

Ladeelement des Frässcheibenladers

1 Ladescheibe; 2 Ablenk- (oder Abstreif)-trommel

Aufbau Arbeitsweise Vorteile

Raupenfahrwerk (teilweise

Schienenfahrwerk)

Ladeschaufel mit

Kratzkettenförderer und -

ausleger

Ladeelement (Hummerschere

mit Exzenterscheibe oder

Frässcheibe mit Ablenk- oder

Abstreiftrommel

Eindrücken der Ladeschaufel in

das Haufwerk

seitliche Zufuhr des Haufwerks

durch Ladeelemente

Übergabe des Haufwerks auf

Fördereinrichtungen des Laders

(meist Kratzkettenband)

robuste, leistungsfähige

Ladegeräte für beliebigen

Haufwerksanfall

stoßfreies, kontinuierliches

Laden

156


Sowjetischer Hummerscherenlader UP-3

1 Raupenfahrwerk; 2 Ladeschaufel; 3 Hummerschere; 4 Exzenterscheibe; 5 Hubzylinder; 6 Schwenkzylinder; 7 Steuereinrichtung

8 Ausleger; 9 Sprühvorrichtung; 10 Scheinwerfer; 11 Kratzerförderer

Tabelle 9.6. Technische Daten von Hummerscheren- und Frässcheibenladern

Bezeichung Einheit Hummerscherenlader Frässcheibenlader

Masse kg 4000…14000 16000…19000

Leistung der E-Motoren kW 15…60 60…85

Fahrgeschwindigkeit mmin -1 8…16 5…42

maximale Vorschubkraft Mp 6…8 10…12

Höhe der Lademaschine m 1,1…2,0 1,0…2,2

Ladeleistung m 3 h -1 80…180 100…125

9.3. Kennziffern zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Lademaschinen

Die Kennziffern dienen dem Leistungsvergleich einzelner Lademaschinentypen unter bestimmten Einsatzbedingungen.

Die wesentlichsten Vergleichskennziffern sind:

Nettoladeleistung

Bruttoladeleistung

spezifische Arbeit

Leistungsmasse

Ausnutzungsgrad

P LNetto

P L Brutto

w spez

m P

η LM

Die Nettoladeleistung P L Netto charakterisiert das Leistungsvermögen der Lademaschine bei ununterbrochenem Einsatz

(Nettoladezeit t L Netto ).

Bei Vergleichen von Schaufel- und Kratzladern errechnet man die Nettoladeleistung aus dem Produkt der Einzellademenge V E ,

die das Ladeelement bei einem einzelnen Ladespiel erfasst, und der Anzahl der Ladespiele n z in der Zeiteinheit.

Nettoladeleistung

Die Bruttoladeleistung hat für die Praxis größere Bedeutung, weil in der Bruttoladezeit t Brutto die Nettoladezeit, die Nebenzeiten

und die Störzeiten für einen Ladevorgang, z. B. für einen ganzen Abschlag, Berücksichtigung finden.

157


Bruttoladeleistung:

Einen realen Vergleichswert für Lademaschinen bietet die Kennziffer der spezifischen Arbeit w spez . Sie ist der Quotient aus der

installierten Gesamtleistung P inst einer Maschine und der Nettoladeleistung.

Spezifische Arbeit:

wirtschaftliches Laden gewährleistet bei 0,40 ≤ w spez ≤ 0,60

Aus der Kenngröße Leistungsmasse m P ist ersichtlich, welche spezifische Leistung zur Bewegung der Masse einer Lademaschine

m LM aufgewendet wird.

Leistungsmasse:

P F Fahrleistung

Der Ausnutzungsgrad η LM einer Lademaschine gibt Auskunft über die Betriebsverhältnisse. Er ist der Quotient aus der

Nettoladezeit und der Schicht- oder Zykluszeit t s bzw. t Zykl .

Ausnutzungsgrad:

( )

9.4. Organisationsformen bei den Ladearbeiten – Einsatzbereiche von Lademaschinen

Zwischen den einzelnen bergmännischen Arbeitsvorgängen und der Ladearbeit bestehen enge Zusammenhänge, die bei der

Planung und Organisation der Ladearbeit zu beachten sind.

Ladeprozess:

Betriebsorganisation • Ausbruchsraum • Zustand der Fahrbahn • Beschaffenheit und Lage des Haufwerks

Typ der Lademaschine • Antriebsart • Fahrwerk • Fördereinrichtung • nachgeschaltete Förderanlage

Qualifikation und Fertigkeiten des Lademaschinisten

158


Forderungen an Lademaschinen

hohe Ladeleistung

preisgünstig

robust und funktionssicher

leicht bedienbar

geringe Wartung

schnell in andere Arbeitsorte umsetzbar

optimale Leistungsmasse

Von wesentlichem Einfluss auf die Leistung einer Lademaschine ist die Beschaffenheit des Haufwerks. Die Ladbarkeit des

Haufwerks charakterisiert den Schwierigkeitsgrad, mit dem sich das Haufwerk laden lässt und welche Kräfte dabei von der

Lademaschine aufzubringen sind. Der Gewinnungsprozess soll ein auf den Ladertyp abgestimmtes ladegerechtes Haufwerk (meist

gleichmäßige, mittlere Körnung mit großer Auflockerung) liefern.

In Abhängigkeit vom Ladertyp werden unterschieden:

Vorschubkräfte

Reißkräfte

Zugkräfte

Hubkräfte

Grabkräfte

159


Tabelle 9.7. Berechnung von der Lademaschine aufzubringenden Kräfte

160


Schema für die Ableitung des Steigungswiderstands

a) Wurfschaufellader als einfaches statisches Problem

S L Schwerpunkt des Laders (ohne Schaufel); S S Schwerpunkt der Schaufel; Z GS Gewicht der beladenen Schaufel; F GL Gewicht des

Laders (ohne Schaufel); A, B Auflagerkräfte; h L Höhe des Schwerpunktes des Laders; h S Höhe des Schwerpunktes der gefüllten

Schaufel; 1 Abstand der Auflager; l 1 maximale Auslage bezüglich des Auflagers A;

Schema zur Berechnung der Reißkraft

b) Schema zur Berechnung der Reißkraft an Frässcheiben – F R Kraft am Umfang der Frässcheibe; r Radius der Frässcheibe;

Winkel

c) Schema zur Berechnung der Reißkraft an Greifer Armen – r Abstand des Exzenterpunktes vom Scheibenmittelpunkt; R

senkrechter Abstand der Greiferspitze angreifenden Kraft F R zum Mittelpunkt der Scheibe

161


Einfluss des Förderweges auf den Füllungsgrad des Schrapperkastens

nach erreichter Füllung konstant; b Füllungsgrad steigt infolge Aufnahme weiteren Haufwerks; e Füllungsgrad sinkt durch

Verlieren von Haufwerk

Schema zur Berechnung der Grabkraft an Greiferschalen

r, R Hebelarme

162


Einsatzbereiche einiger Lademaschinen

Bei geneigten Auffahrungen sind Lade- und Fahrmanöver der einzelnen Ladertypen von deren konstruktiven Besonderheiten

abhängig. Damit im Zusammenhang stehen die verschiedenen Organisationsformen der bergmännischen Arbeiten.

Beim Einsatz von Förderwagen ist der Wagenwechsel von großer Bedeutung.

Durch geschickte Anordnung und Auswahl der verschiedenen Einrichtungen für den Wagenwechsel ist dabei ein möglichst

kontinuierliches Laden und Fördern anzustreben. Andere Möglichkeiten der Abförderung bieten sich durch Zwischenladegeräte

und Zwischenbunkerung, Bunkerzüge, Gleispendelwagen und darauf abgestimmte Lade- und Fördergeräte an.

Beim Laden im Abbau wird grundsätzlich unterschieden zwischen der Ladearbeit in engen und niedrigen Abbauen und der in

Abbauräumen mit weiten Querschnitten.

Schrapper, Wurfschaufellader oder Seitenkipplader werden im ersten, leistungsfähige kontinuierlich ladende Seitengreifer oder

Bagger kommen im zweiten Abbautyp wegen des großen Haufwerksanfall bevorzugt zum Einsatz. Bei diesen haben sich auch im

verstärkten Maß, bedingt durch den Mehrorteinsatz, Fahrlader als Lade-Fördergeräte bewährt.

9.5. Allgemeines über Förderarbeiten

Die Grubenförderung umfasst alle Einrichtungen, Anlagen und organisatorischen Maßnahmen, die den Transport des gewonnenen

Gutes, des Versatzes, der Mechanismen und der Grubenbelegschaft betreffen.

Die untertägige Förderung ist charakterisiert durch:

beengte Raumverhältnisse (spezielle Anforderungen an die Fördermittel)

vorgegebenen Streckenverlauf (Richtung, Steigung, Sohlen).

Nutzung eines Fördermittels für mehrere Förderaufgaben

weitgehende Beeinflussung durch den Gewinnungs- und Ladeprozess, die Bewetterung und das Einbringen von Ausbau.

Entsprechend der Räume, in denen die Förderung vor sich geht, unterteilt man die Grubenförderung in Abbau-, Zwischen-,

Stecken- und Schachtförderung.

163


Stetigförderung:

kontinuierlicher Förderfluss in gleiche Förderrichtung

optimale Nutzung der Fördermittel

Pendelförderung

diskontinuierlicher Förderfluss

Auf Grund des vielseitigen Einsatzes einzelner Maschinen und Einrichtungen der Förderung ist es üblich, eine Einteilung nach

dem Fördervorgang vorzunehmen. Danach wird zwischen Stetig Förderung und Pendelförderung unterschieden.

Für die Wahl und die Dimensionierung eines Fördermittels sind eine Reihe von Faktoren von Bedeutung.

164


Tabelle 9.8. Zuordnung der Maschinen und Einrichtungen der Förderung entsprechend dem

Förderverfahren/Fördervorgang

9.6. Maschinen und Einrichtungen der Förderung

Von besonderer Bedeutung für die Förderung des gewonnenen Gutes sind aus der Gruppe der Stetigförderer die Stromförderer zu

nennen, hier vor allem die Gurtbandförderer und die Kettenkratzerförderer.

9.6.1 Stetigförderer

Gurtbandförderer

Gurtbandförderer sind vorrangig als stationäre Streckenfördermittel in zentralisierten Betriebsabteilungen eingesetzt. Einige

Sonderarten befinden sich auch im Abbau (z. B. Untergurtförderer). Transportabel sind Teleskopbänder, die in Verbindung mit

Lade- und Gewinnungsmaschinen zum Einsatz kommen. In der Zwischenförderung werden tragseilverspannte Girlandenbänder

bevorzugt. Seltener kommen Bänder in der Hauptförderung von unter Tage nach über Tage zur Anwendung. Andere

Unterscheidungsmerkmale der Gurtbandförderer sind Fördergurtart und –muldung sowie spezielle konstruktive Merkmale.

Schema des Gurtbandförderers

1 Spanntrommel (Umlenktrommel); 2 Tragrollen (im Obergurt); 3 Gurt; 4 Antriebstrommel; 5 Spannvorrichtung; 6 Gerüst;

7 Tragrollen (im Untergurt)

Vergrößerung des Umschlagwinkels

durch Ablenktrommel

Tabelle 9.9. Arten von Gurtbandförderern

165


Aufbau der Gurtbandförderer

Gurtbandförderer zeichnen sich durch einfachen Aufbau aus. Ihre Hauptteile sind:

Bandgerüst

Antriebs-, Spann- und Umlenktrommeln

obere und untere Bandtragrollen

Fördergurt

Antrieb und Zusatzeinrichtungen (z. B. Abstreifer, Schutz- und Signaleinrichtungen)

Antrieb der Gurtbandförderer

Die Mitnahme des Gurtbandes erfolgt durch Reibungsschluss, nur bei Stahlgurtbändern finden wir einen kraftschlüssigen Antrieb.

Die erforderliche Antriebsleistung P G eines Gurtbandförderers ergibt sich aus der Bandgeschwindigkeit

Gesamtbewegungswiderstand F W ges.

und dem

Erforderliche Antriebsleistung:

P G

F W ges

kW kp ms -1

Die einzelnen Bewegungswiderstände F W1 bis F Wn sind schwer erfassbar, sie beeinflussen sich gegenseitig und werden deshalb

meist durch den Gesamtbewegungswiderstand berücksichtigt.

Dieser resultiert aus:

Trommel- und Tragrollenreibung

Widerstand der Gurtband- und Trommelreiniger

Biegen und Walken des Gurtes

Reibung des Fördergurtes u. a.

Der maximale Gurtbandzug F T bestimmt Gurtbandlänge, - ort und – ausführung sowie –einlagen. Er charakterisiert die Belastung

des Bandes.

Antriebsleistung großer Bandanlagen: 50…200kW

Bandgeschwindigkeiten: 0,5…3,20 ms -1

Maximaler Gurtbandzug:

( )

F T

P G

kp kW m s-1 – rad

166


Werte für

sind in Tabellen zusammengestellt.

Tabelle 9.10. Reibwerte

Antriebsformen untertägiger Bandanlagen

1 Eintrommelantrieb mit direktem Abwurf

2 Eintrommelantrieb mit Abwurfausleger

3 Zweitrommelantrieb mit direktem Abwurf

4 Zweitrommelantrieb mit Eintrommelumkehrantrieb

Beim tragseilverspannten Girlandenband wird an zwei verspannten Tragseilen eine entsprechende Anzahl

Girlandentragrollenstationen montiert. Höhere Standzeiten, Anpassung der Muldung an die Fördermenge und Fördergurtschonung

sind die Vorteile des relativ elastischen Gurtbandförderers im Vergleich zur sonst üblichen Ausführung.

Trogbandförderer bestehen aus stählernen Trogblechen mit gemuldetem Querschnitt. Diese sind schuppenartig angeordnet und

werden durch ein- oder zwei Zugketten miteinander verbunden. Laufrollen an ortsfesten Traggerüsten ermöglichen die

Beherrschung großer Bandanlagen.

167


Trogbandförderer

Vorteile der Trogbandförderer

Kurvengängigkeit

Einsatz in Mulden und bei Unebenheiten

Transport in beiden Richtungen

Fördervermögen bis 40° Steigung und 35° Neigung.

Sie eignen sich gut zur Dosierung beim Füllen bzw. Entleeren von Bunkern, sind robust ausgeführt und haben kraftschlüssigen

Antrieb.

Ihre Nachteile: – großes Eigengewicht; – Lärmbelästigung (vor allem im Leerlauf)

Kettenkratzförderer

Einsatzgebiete und Arten

Kettenkratzförderer werden eingesetzt

in strebartigen Abbauen (hier häufig auch als Trag- und Lauforgan für Gewinnungsmaschinen)

Als Zwischenfördermittel bei Großgeräteeinsatz und nachfolgender Abförderung durch Gurtbandförderer

bei einer Vielzahl von Lademaschinen zum Überwinden der Hubhöhe

als Transporteinrichtung innerhalb spezieller Fördermittel (Bunkerzüge, Gleispendelwagen u. a.)

Es wird zwischen

unterschieden

Kettenkratzerförderer mit Rinne und

Kettenkratzerförderer ohne Rinne

Kettenkratzförderer mit Rinne

1 Umlenkstern; 2 Kette; 3 Quersteg; 4 Rinne; 5 Antriebsstern; 6 Aufsatzblech

168


Tabelle 9.11. Technische Daten der Kratzerförderer

Aufbau und Arbeitsweise der Kettenkratzerförderer

Bei der normalen Ausführung mit Rinne aus Stahlblech mit meist rechteckigem Querschnitt laufen die mit Querstegen

verbundenen Ketten über Antrieb- und Umlenkstern um. Im oberen erfolgt die Rückführung der Kette. Die übertragbare Kraft des

kraftschlüssigen Antriebs hängt von der Belastbarkeit der Laschen- oder Rundgliederketten ab (1 bis 3 Ketten).

Kettenkratzförderer ohne Rinne

1 Antriebsstern; 2 Kette; 3 Quersteg; 4 Tragrollen; 5 Umlenkrollen

Beim rinnenlosen Kettenkratzerförderer erfolgt der Haufwerktransport unmittelbar auf der Sohle, die Rückführung der Kette über

Tragrollen an der Firste. Einfache Bauweise, leichter Transport und einfache Montage stehen einer relativ hohen Antriebsleistung

entgegen. Sie werden in der Zwischenförderung oder im Abbau bei sehr abrasiven Gesteinen (z. B. Sandstein) angewendet.

9.6.2. Pendelförderer

Gleisgebundene Förderer

Zu den gleisgebundenen Förderern gehören:

Lokomotiven als Zugmittel

Förderwagen als eigentlich Transporteinheiten

169


Grubenlokomotiven

Arten und Einsatzbedingungen der Grubenlokomotiven

Einsatz von Adhäsionsloks:

bis 1% Steigung ohne Einschränkung

bei 2 bis 3,5 % Steigung verringerte – Wagenzahl, höhere Dienstmassen

Aufbau der Elektrolokomotiven

Elektrolokomotiven für den Einsatz unter Tage besitzen eine gedrungene Bauweise, aber eine große Dienstmasse. Dies wird durch

einen schweren, kastenförmigen Rahmen erreicht. Die beiden Achsen sind beiderseits über Lager und Federn mit dem Rahmen

verbunden. Die Radpaare beider Achsen werden bei kleineren Elektrolokomotiven von je einem Motor über ein einfaches

Zahnradvorgelege angetrieben. Schwere Bauarten sind zusätzlich noch mit einem Getriebe ausgerüstet.

Die erforderliche Zugkraft am Haken F Herf (Zughakenkraft der Lok) entspricht der Größe des Zugwiderstands. Sie ist gleich oder

kleiner als die maximal übertragbare Zugkraft am Haken F Hmax .

Erforderliche Zugkraft am Haken:

170


Arten von Elektrolokomotiven

171


Tabelle 9.12. Technische Daten von Elektroloks

Tabelle 9.13. Berechnung der Leistungsdaten von Grubenloks

Die erforderliche Antriebsleistung der Lok ist von der aufzuwendenden Zugkraft F L und von der Geschwindigkeit abhängig.

Von der Lok aufzuwendende Zugkraft:

( )( ± )

F WL

F GL

Fahrwiderstand der Lok

Gewicht der Lok

Erforderliche Antriebsleistung der Lok:

P erf F GL η

kW kp ms -1 –

172


Leistungsberechnung einer Zugeinheit

Um einen Förderwagen mit dem Bruttogewicht FGW zu bewegen, muss der Fahrwiderstand F W überwunden werden. Im

Reibungsbeiwert werden Lagerreibung, Rollwiderstände, sowie der Gleiszustand berücksichtigt. Bei ansteigender

(einfallender) Bahn muss das Steigungsverhältnis s berücksichtigt werden.

( )

Fahrwiderstand eines Förderwagens auf gerader söhliger Bahn:

Fahrwiderstand eines Förderwagens auf gerader ansteigender (einfallender) Bahn:

( ± )

Ansteigende Bahn: s positiv

Einfallende Bahn s negativ

Die Reibungsbeiwerte für Förderwagen mit Wälzlagern betragen:


Die Haftreibung

wird beim Übergang aus der Ruhe in Bewegung berücksichtigt.

≈ 5

Mit steigender Geschwindigkeit wird

kleiner.

Der Zugwiderstand FWZ ist der Widerstand, der der Kraft entgegenwirkt, welche die Wagen eines Zuges in Bewegung setzt bzw.

hält.

Die Zugkraft am Haken F H ist die Kraft, die die Lok zum Überwinden des Zugwiderstands zur Verfügung hat.

Zugwiderstand bei gleichförmiger Fahrt:

( ± )

Zugwiderstand beim Anfahren:

( ± )

a

n

Beschleunigung

Anzahl der Förderwagen

Förderwagen – gleisgebundene Transporteinheit

Als Transporteinheit sind bei der gleisgebundenen Förderung Förderwagen für Haufwerks-, Material- und Mannschaftstransport

eingesetzt. Bei der Haufwerksförderung wird hinsichtlich des Förderwwagenfassungsvermögens unterschieden zwischen

Kleinförderwagen 5

Mittelförderwagen 5 5

Großförderwagen 5

Die Wagengröße ist vorrangig abhängig von der Größe des Streckenquerschnitts, den Kurvenradien, der Fördergestellgröße, den

Forderaufgaben.

Die Entwicklung führt zu Großförderwagen, zu Förderwagen mit spezieller Haufwerksentladung und Spezialtransportwagen.

173


Arten und Aufgaben der Förderwagen

Bei der Förderung mit Sondertypen von Förderwagen oder mit verbundenen, gleisgebundenen Fördereinheiten werden höchste

Förderleistungen erreicht. Spezifische Einsatzbedingungen engen deren breiteren Einsatz ein.

Förderwagen

Beispiele von Förderwagen für den Haufwerktransport

Für den Haufwerktransport kommen meist Standardförderwagen mit festem Wagenkasten zum Einsatz. Für Materialtransport

werden Spezialausführungen je nach Materialart verwendet.

Immer mehr werden unter Tage gleislose Fördergeräte eingesetzt. Ihre Vorteile gegenüber der gleisgebundenen Fördertechnologie

sind:

große Anpassungsfähigkeit in Bezug auf Fördereinrichtung, Förderweglänge und Fördermenge

Leistungsfähigkeit der Geräte

ihr flexibler Einsatz (z. B. leichtes Umsetzen bei Mehrortbetrieb)

Nachteilig wirken sich aus:

• relativ hohe Betriebskosten

• Störanfälligkeit einzelner Gerätetypen

• arbeitshygienische Belastung (Lärm, Staub, Wärme, Erschütterung, Abgase – letzteres insbesondere bei Geräten mit

Dieselantrieb)

Es wird unterschieden zwischen

Fahrzeugen mit Be- und Entladevorrichtungen (Fahrlader)

Fahrzeugen, die nur Fördern und Entladen (Transportfahrzeuge) und

Sonderfahrzeugen für Material- und Personentransport.

Wirtschaftlicher Einsatz

Förderentfernungen je

Förderspiel in m

Fördermenge je Schicht

in t

Fahrlader

50…400 400…1500

200…600 500…1500

Transportfahrzeuge ohne

Beladeeinrichtung

174


Fahrlader

Die wichtigsten Vertreter dieser Gruppe sind

Tiefschaufellader (im Kalibergbau eingesetzt)

Bunkerlader (für den Einsatz im Erzbergbau)

Tiefschaufellader

Der Tiefschaufellader ist ein dieselbetriebenes und luftbereiftes Fahrzeug. Antriebs- und Arbeitsteil sind auf getrennten Rahmen

mit je einer Achse angeordnet. Beide Teile sind durch ein Knickgelenk verbunden. Die Lenkung des Fahrzeuges erfolgt durch

hydraulische Lenkzylinder. Die Knickgelenksteuerung ermöglicht, geringe Kurvenradien zu durchfahren. Der Tiefschaufellader

kann mit am Ladeteil montierter Schaufel das Haufwerk aufnehmen, in der Ladeschaufel transportieren und abkippen. Die

Schaufel wird hydraulisch über Hub- und Kippzylinder betätigt.

Aufbau und Antrieb des Tiefschaufelladers

Lenkprinzip eines Tiefschaufelladers

1 Schaufel; 2 Vorderwagen; 3 Lenkzylinder; 4 Knickgelenk; 5 Motorteil

175


Weitere Vorteile dieses Fronschaufelladers sind

relative Unempfindlichkeit gegen Stoßbelastung und Fahrbahnunebenheiten

tiefliegender Schwerpunkt – dadurch geringes Fahrzeugleergewicht und geringe Bauhöhe

gutes Totallast/Nutzlast-Verhältnis und damit relativ kleine Antriebsleistungen

Tabelle 9.14. Technische Daten des Tiefschaufelladers

Bunkerlader

Bunkerlader sind druckluftbetriebene Lade- und Fördergeräte für den Abbau im Erzbergbau. Sie zeichnen sich durch geringe

Abmessungen und vielseitige Einsatzmöglichkeiten aus.

Arbeitsweise des Bunkerladers

176


Laden und Fördern mit dem Bunkerlader im Abbau

Bunkerlader sind luftbereifte Fahrzeuge mit Allradantrieb.

Hauptteile des Bunkerladers:

Ladeeinrichtung (Schaufel, Hubkette, Hubmotor)

Transporteinheit (aufklappbarer Bunker, Hydraulikzylinder mit Teleskopkolben).

Antriebs-und Steuerteil (Fahrwerk mit Antriebsmotoren, Hebel für das Steuern der Schaufelbewegung, das Kippen des

Bunkers und für das Steuern der Fahrmotoren).

Arbeitsweise des Bunkerladers

Der Bunkerlader fährt mit gesenkter Schaufel in das Haufwerk. Die Schaufel wird durch leichte vibrierende Bewegungen gefüllt,

angehoben und durch „Über-Kopf-Werfen“ in den Bunker entleert. Dieser Vorgang wird 8-bis 10mal wiederholt, bis der Bunker

gefüllt ist. Durch Rückwärtsfahrt wird die Förderstrecke überwunden und der Bunker durch Abkippen entleert. Das Haufwerk

wird meist in Rollen gekippt oder anderen Fördermitteln übergeben.

Vorderansicht

1 Schaufel; 2 Hubkette, 3 Kettentrommel; 4 Schaufelgelenk; 5 Schutzgitter; 6 Bunker; 7 Hebel für das Steuern der Fahrmotoren; 8

Hebel für die Schaufelbewegungen und das Kippen des Bunkers; 9 Trittbrett; 10 Antriebsräder

177


Rücksicht

Schaufel und Bunkerbewegung

Bewegungsmöglichkeiten der Schaufel und des Bunkers in Abhängigkeit von der Stellung der Bedienhebel

Fahrwerkssteuerung des Bunkerladers

1 nach rechts schwenken; 2 nach links schwenken; 3 Geradeausfahrt vorwärts, 4 Geradeausfahrt rückwärts

Die Bedienung des Bunkerladers erfolgt durch den auf dem Trittbrett mitfahrenden Maschinisten (teilweise auch Fernbedienung).

Die für den Antrieb der Hub-, Kipp- und Fahrmotoren benötigte Druckluft wird durch einen entlang der Förderstrecke ausgelegten

Schlauch zugeführt.

178


Beim Einsatz des Bunkerladers entstehen im Vergleich zum Schrapperbetrieb folgende Vorteile:

Laden, Transportieren und Abkippen durch einen Mann

Verminderung der Rüstzeit

Möglichkeit des Einsatzes in mehreren Orten

Mechanisierung der gesamten Ladearbeit

Einsatz auch in kurvenreichen Strecken möglich

Verminderung der Erzverdünnung

sauberes Laden

Nachteilig sind die Ganzkörpervibrationen, die erhöhte Störanfälligkeit und mögliche Gefährdung des Maschinisten. Durch

Fernbedienung lassen sich diese Nachteile vermeiden. Mit vibrationsgedämpften Trittbrettern lässt sich das Einwirken von

Vibration vermindern.

Tabelle 9.15. Technische Daten von in der DDR eingesetzten Bunkerladern

Bezeichnung

Einheit

Schaufelinhalt m 3 0,125….0,5

Bunkerinhalt m 3 1,0…..2,2

Leistung der Fahrmotoren kW (PS) 3,7 (5)….5,2 (7)

Leistung des Hubmotors kW (PS) 5,2 (7)….7,3 (10)

Fahrgeschwindigkeit kmh -1 3,6

Steigfähigkeit ° (Grad) 12

Masse kg 2750…6500

freie Kipphöhe m 2,5…2,9

breite der Fahrstrecke m 3,0

Fahrzeuge ohne Beladeeinrichtung

Im Einsatz unter Tage haben sich Kipplaster mit nach hinten oder seitlich abkippbarer Mulde sowie Bodenentleerer oder

Schiebekastenlaster bewährt. Einfache Konstruktionen, geringe Bauhöhen, hohe Tragfähigkeiten, große Wendigkeit und kurze

Kipp- bzw. Entleerzeiten zeichnen diese Fahrzeuge aus.

Eine oft verwendete Fahrzeugart ist der Kipplaster mit nach hinten abkippbarer Mulde. Antriebs- und Arbeitsteil sind gelenkig

miteinander verbunden. Die Transportmulde wird beim Entleeren mittels Hydraulikzylinder nach hinten gekippt. Leistungsfähige

Dieselmotoren mit günstigen Abgascharakteristika ermöglichen die Überwindung größerer Steigungen. Die Fahrzeuge sind mit

Drehmomentenwandler, Schaltgetriebe mit automatischer Kupplung und Planetengetriebe in der Kraftübertragung ausgerüstet.

Hauptteile eines Kipplasters

1 kippbare Mulde; 2 Fahrersitz; 3 Dieselmotor; 4 Kippgelenk; 5 Hinterräder; 6 hinteres Rahmenteil; 7 Spezialgelenk;

8 Vorderräder; 9 vorderes Rahmenteil

179


Schematische Darstellung der Hydraulikanlage eines Kipplasters (K-162)

1 Tank mit Filter; 2 Hydraulikpumpe; 3 Lenk- und Kippventil; 4 Verteilerklotz; 5 Lenkzylinder; 6 Kippzylinder; 7 Magnetfilter

Kippbewegung und Wendemanöver eines Kipplasters

Tabelle 9.16. Technische Daten des Kippladers K-162

Bezeichnung

Einheit

Fassungsvermögen m 3 7…14

Nutzmasse t 21

Leermasse t 14

Wendekreis-Durchmesser m 18

maximale Steigfähigkeit % 14,5

maximale Fahrgeschwindigkeit kmh -1 36

Motorleistung kW 119

Bauhöhe m 2…2,25

180


Schachfördermaschinen und –anlagen

Hauptteile einer Schachtförderanlage:

Fördermaschine

Förderturm oder Fördergerüst

Förderseil

Fördergurtträger (Fördergestell oder Fördergefäß)

Steuer-, Regel-, Überwachungs- und Sicherheitseinrichtungen

besondere Einrichtung an der Hängebank, im Füllort und im Schacht

Hauptteile einer Schachtförderanlage am Beispiel einer Skip-Förderanlage

181


Tabelle 9.17. Vergleich zwischen Gefäß- und Gestellförderung

182


Fördermaschinen

In Abhängigkeit von der Gestaltung der Förderseilträger werden unterschieden:

Treibscheibenfördermaschinen

Trommelfördermaschinen

Sonderbauarten

Einteilung der Fördermaschinen

1 Seilscheibe; 2 Oberseil; 3 Fördergutträger; 4 Unterseil; 5 Seilbucht; 6 Ablenkscheibe; 7 Flachseil

Bei Treibscheibenfördermaschinen ist die Größe der maximal übertragbaren Kraft auf das Förderseil abhängig von der

Reibungsziffer und dem Umschlingwinkel . Die Mitnahme des Seiles erfolgt ohne Seilrutsch, wenn das Verhältnis von

Seilzug F S1 zu Seilzug F S2 kleiner als der Wert ist bzw. diesen im Grenzfall erreicht (e=2,71828).

F S1 ,F S2

e

kp – – rad


rad

180 3,142 1,875

184 3,210 1,901

188 3,281 1,926

200 3,491 2,010


183


Seilrutsch kann bei sprunghaftem Anfahren und plötzlicher, starker Bremsverzögerung auftreten. Geringe Lastunterschiede

zwischen Voll- und Leerseil sind Bedingung für eine störungsarme Treibscheibenförderung, deshalb sind Unterseile notwendig.

Der Standort der Treibscheibenfördermaschine richtet sich vor allem nach dem Platzbedarf der Anlage und der Art der

Seilaufhängung (Ein- oder Mehrseilfördermaschinen).

Mehrseilfördermaschinen sind im Förderturm angeordnet. Bei den Trommelfördermaschinen werden die beiden Seile auf den

Trommeln, die auf einer gemeinsamen Welle sitzen, unter- bzw. oberschlägig aufgewickelt.

Schematische Darstellung der Treibscheibenförderung

1 Treibscheibe; 2 Förderseil (Oberseil); 3 Seilscheiben; 4 Fördergurtträger; 5 Unterseil; 6 Buchtholz

Seilreibungskräfte

Treibscheibenfutter (Schnitt am Umfang der Treibscheibe)

Standort der Treibscheibenfördermaschine

a) Flurfördermaschine

1 Fördergerüst; 2 Streben; 3 Seilscheiben;

4 Förderseil; 5 Treibscheibe; 6

Maschinenhaus

b) Turmfördermaschine

1 Turm; 2 Treibscheibe; 3 Ablenkscheibe

184


Bei gleicher Drehrichtung der Trommel erfolgt somit wechselweise das Heben bzw. das Senken der Fördergurtträger.

Zur Schonung des Förderseils wird auf dem Trommelmantel ein Holzbelag mit eingedrehten Scilrillen befestigt.

Trommelfördermaschinen werden ausschließlich als Flurfördermaschinen eingesetzt. Durch das Auf- und Abwickeln verändert

sich ständig der Ablenkwinkel 5 erzielt und somit ein Überspringen der Scilrillen vermieden. Durch Anordnung einer

„Lostrommel“ und einer feststehenden Trommel auf gemeinsamer Welle sind die Seillängen in kurzer Zeit zu verändern. Damit

wird das doppeltrümige Fördern von verschiedenen Sohlen möglich.

Schema der Trommelfördermaschine

Trommel mit Scilrillen

Schematische Darstellung des Ablenkwinkels bei Trommelfördermaschinen

185


Tabelle 9.18. Vergleich der Treibscheiben- und Trommelfördermaschinen

Treibscheibenfördermaschinen

Trommelfördermaschinen

Teufe

Raumbedarf

Masse

Leistungsbedarf

Seilaufhängung

Standort

doppeltrümige

Förderung von

mehreren Sohlen

unabhängig von der Teufe einsetzbar,

besonders vorteilhaft bei großen Teufen

geringer Raumbedarf

kleine Masse und kleines Fundament, da

geringe Schwungmomente

infolge geringer Schwungmomente relativ

geringe Motorleistung erforderlich

Ein und Mehrseilaufhängung; bei

Mehrseilaufhängung größere Sicherheit,

Erweiterung des möglichen Teufenbereichs

und der Nutzlasten

Flur- oder Turmfördermaschinen (-

aufstellung) möglich

effektiv nur Einsohlenbetrieb

Seilaufnahmevermögen der Trommel

begrenzt

Trommel (5 bis 6m Durchmesser, 3 bis

5m Breite) verlangen großes

Maschinenhaus

große Masse und große Fundamente

große Motorleistung erforderlich

nur Einzelseilaufhängung möglich

Flurförderanlagen notwendig

optimale Nutzung durch doppeltrümige

Förderung bei mehreren

Sohlenanschlägen möglich

Fördergurtträger

Fördergurtträger sind Fördergestelle und –gefäße (Skips), Förderkübel (bei Teufenarbeiten) und Container (für spezielle

Materialtransporte wie lange Hölzer, Schienen u. a.). Die Verbindung Fördergutträger und Seil erfolgt durch Seileiband und

Zwischengeschirr.

Die Führung der Fördergutträger im Schacht übernehmen Spurlatten aus Holz oder Stahl sowie Seile. Letztere sind bei großen

Teufen in Verbindung mit der Mehrseilaufhängung der Fördergutträger von Vorteil. Die Seilführung ermöglicht

kurze Montagezeiten

einen ruhigen Lauf der Fördergutträger

optimale Nutzung des Wetterquerschnitts

Überwachungs- und Sicherheitseinrichtungen

Überwachungs- und Sicherheitseinrichtungen ermöglichen eine einwandfreien, sicheren Förderbetrieb. Sie verhindern Störungen

bzw. schränken deren Auswirkungen ein, indem sie Anlagen und Einrichtungen funktionsunabhängig von menschlichen

Einflüssen machen.

186


Schema einer Vierseil-Förderanlage

Besondere Vorkehrungen werden getroffen gegen

Seilloswerden

Übertreiben der Fördergutträger

Abstürzen von Gegenständen n den Schacht

vorzeitiges Anfahren der Fördermaschine

187


Führungseinrichtungen

1 Einstrich; Fördergutträger

a) Holzspurlatten mit Führungsschuhen

b) Holzspurlatten mit Rollenführung (gummibereift)

c) Stahlspurlatten mit Führungsschuhen

d) Seilführung

e) Seilführung eines Kübels beim Schachtabteufen

Weiter Maßnahmen zur Erzielung eines sicheren Förderablaufs sind:

Ausrüstung der Fördermaschine mit mehreren voneinander unabhängigen Bremsen

Überwachungsgeräte und der Sicherheitsstromkreis zur Auslösung der Fallbremse

nachträgliche Steuerung und Regelung des Fahrablaufs

zusammenfassende und übersichtliche Anordnung der Kontroll- und Überwachungseinrichtungen

vorgeschriebene Funktionsproben und laufende Kontrollen der Einrichtungen sowie

Festlegungen zur Seilbelastung, der Fahrgeschwindigkeiten, der Seilfahrtsdurchführung u. a.

188


Tabelle 9.19. Maßnahmen zum Verbinden von Gefahren bei der Schachtförderung

Sicherheitseinrichtungen im Schacht

1 Seilscheiben; 2 Seilscheibenbühne; 3 Prellträger; 4 verdickte Spurlatten; 5 Fangstützen; 6 Spurlatten (normale Ausführung);

7 Endausschalter; 8 freie Höhe (=freie Teufe); 9 Fördergutträger

189


Einflußfaktoren auf Wahl und Dimensionierung der Schachtförderanlage:

Tabelle 9.20. Berechnung der Förderleistungen

190


9.7. Förderleistungen

Die zu berechnenden Förderleistungen werden beeinflusst:

vom Förderverfahren

vom Förderweg (bei Pendelförderung)

vom Fördergut

von der betrieblichen Organisation der Förderung

Leistungsfähige Großschachtanlagen erreichen eine Tageskapazität von etwa 20.000 t. Mehrseilaufhängung der Fördergutträger

und Seilführungen in den Schächten erfüllen die Forderung nach betriebssicheren und wartungsarmen Anlagen.

Die Automatisierung der Schachtförderung bringt durch die Gleichmäßigkeit des Förderablaufs eine Leistungssteigerung im

Förderablauf von 10 bis 15%.

191


10. Aus- und Vorrichtung

Grubenbaue der Aus- und Vorrichtung haben die Aufgabe, die Lagerstätten zugänglich zu machen und Förderung, Fahrung,

Transport und Wetterführung von und zu den Abbaubetriebspunkten zu gewährleisten sowie diese soweit vorzubereiten, dass dort

die Gewinnung stattfinden kann.

Nicht immer ist es möglich, Aus- und Vorrichtung klar zu unterscheiden. Deshalb wird meist der vorrangige Verwendungszweck

als Unterscheidungsmerkmal gewählt. Art und Umfang der Aus- und Vorrichtung werden von einer Reihe von naturgegebenen,

technisch- technologischen sowie ökonomischen Einflußfaktoren bestimmt.

Ausrichtung:

Sammelbergriff für alle Grubenbaue, durch die die Lagerstätte zugänglich gemacht und in Sohlen oder Bauabteilungen eingeteilt

wird.

Vorrichtung:

Sammelbegriff für alle Grubenbaue, die zur Einteilung der Lagerstätten innerhalb der Bauabteilungen oder Sohlen entsprechend

des gewählten Abbauverfahrens und der ersten Angriffspunkte für den Abbau dienen.

Reihenfolge des Vorgehens bei der Ermittlung optimaler Varianten der Aus- und Vorrichtung:

Untersuchung der vorliegenden Bedingungen

Zusammenstellung aller für die jeweiligen Verhältnisse technisch möglichen Varianten

technisch ökonomische Vergleiche

Auswahl der optimalen Variante

Ziel:

mit minimalen Investitionskosten Aufschluss großer Vorräte

Forderung an optimale Technologie:

technisch realisierbar

sicherheitstechnisch vertretbar

ökonomisch akzeptierbar

Dabei werden Methoden der Verfahrensforschung un der EDV genutzt.

Es ist stets ein genügender Vorlauf der Aus- und Vorrichtungsarbeiten vor dem Abbau erforderlich.

10.1. Ausrichtung von der Tagesoberfläche

In gebirgigen Gegenden erfolgt auch heute noch die Ausrichtung von Lagerstätten durch Stölln. Der größte Teil der Lagerstätten

der DDR liegt jedoch in solchen Teufen, die eine Ausrichtung durch Tagesschächte erfordern.

Nach der Anordnung der Schächte im Grubenfeld werden unterschieden:

Doppelschachtanlage: bis 200m Abstand voneinander

Vorteile: Sicherheitspfeiler überlappen sich, schnelle Wetterverbindung, zentrale Tagesanlagen.

Nachteile: rückläufige Wetterführung

Zentraler Hauptförderschacht mit Außenschächten:

neben Zentralschacht Außenschächte an der Grenze des Grubenfelds

Vorteile: grenzläufige Wetterführung, Entlastung des Hauptförderschachtes

Nachteile: dezentralisiertes Abteufen, bis zu Durchschlag Sonderbewetterung notwendig

192


Tabelle 10.1. Zuordnung der Schachtarbeiten

Von großer Bedeutung für die technisch-ökonomische Entwicklung einer Schachtanlage ist die Wahl des Schachtansatzpunktes.

Sie wird von folgenden Bedingungen beeinflusst:

Die Wahl des Schachtquerschnitts ist abhängig von

Art, Anzahl und Leistung der Fördereinrichtungen

Wettermenge

sonstigen Einrichtungen (Energieversorgung, Rohrleitungen u. a.)

Abteufen- und Unterhaltskosten

geologische Bedingungen

193


Schachtscheiben

Vorwiegend wird die Kreisform gewählt (günstiges Verhältnis Umfang: nutzbarer Querschnitt, gleichmäßige Druckverteilung,

wasserdichter Abschluss möglich, günstige Abteuftechnologien).

194


Abteufverfahren

Ausschlaggebend für die Auswahl des Abteufverfahrens sind

‣ Art und Verhalten des zu druchteufenden Gebirges

‣ die zu erwartenden Wasserzuflüsse

‣ der gewählte Querschnitt

‣ die vorhandene Technik

‣ du zu erwartenden Kosten

Tabelle 10.2. Einige Abteufverfahren

Bezeichnung Anwendung Bemerkung

Bergmännische Verfahren

Gewöhnliches

Abteufverfahren

Gefrierverfahren

Zentrierverfahren

Ansteckverfahren

Schachtbohren

Honigmannverfahren

Rotarybohrverfahren

in festem Gebirge mit

relativ geringen

Wasserzuflüssen (bis etwa

3m 3 min -1 )

In standfestem und

nichtstandfestem Gebirge

mit stark wasserführenden

Schichten

In standfestem, stark

wasserführendem,

klüftigem Gebirge

In wenig standfestem und

schwimmendem Gebirge

Prinzipiell in allen

Gesteinsarten

In nicht standfestem,

wasserführendem Gebirge

(teilweise auch in härteren

Schichten)

In standfestem und

nichtstandfestem Gebirge

Hereingewinnung durch Bohr- und Sprengarbeit, Ladearbeiten mittels

Mehrschalengreifern ( ), Förderung und Fahrung in Förderkübeln

( ), weitgehende Anwendung von Bohrgeräteträgern

(Abschlaglängen 3…5m) und Kabinengreifern (Leistungssteigerung um

das 2- bis 4 fache im Vergleich zu den von Hand gesteuerten

Schalengreifern) Einteilung nach der Reihenfolge der Arbeitsgänge:

-aufeinanderfolgende Methode

-Parallelmethode

Durchschnittliche Abteufleistungen: 40…75m je Monat

Spitzenleistung (1969 UdSSR):

401,3m je Monat (7m Durchmesser, moderne Technik)

Niederbringen von Bohrlöchern um den äußeren Rand des abzuteufenden

Schachtes, Zirkulation eines Kälteträgers (Chlorkalziumlauge;

Magnesiumlauge, unterkühltes flüssiges Ammoniak u. a.), Bildung eines

Frostzylinders um die zu teufende Schachtröhre (einige Monate),

Abteufarbeiten (s. oben) unter Weiterführung der Gefrierarbeiten

Nach Erreichen des festen Gebirges (Fertigstellung des wasserdichten

Ausbaus!) Auftauen des Frostkörpers

Abdichten von wasserführenden Klüften, Spalten und Rissen durch einoder

mehrmaliges Einpressen von Zementmilch bzw. Bitumen (bis 100 at),

danach normales Abteufen;

Bohren der Zementierbohrlöcher entweder von über Tage oder von der

Schachtsohle aus;

Vorteile: Bleibende Abdichtung des Gebirges (im Kali- und

Steinsalzbergbau nur bei Bitumeninjektion gewährleistet!)

Nach Eintreiben von Abtriebpfählen bzw. Stahlspundbohlen in das

Gebirge wird innerhalb dieses vorläufigen Ausbaus abgeteuft.

Schachtbohrverfahren sind den bergmännischen Verfahren schon jetzt im

nichtstandfesten, wasserführenden Gebirge überlegen. Sie gewinnen

ständig an Bedeutung. Bei fast allen Verfahren wird mit Umkehrspülung

gearbeitet (Flüssigkeits- oder Luftspülung)

Drehend arbeitende Schachtbohrverfahren mit umlaufender

Tondickspülung (Aufrechterhaltung der Stöße);

Herstellung des Bohrschachtes in mehreren Bohrstufen; Bohrwerkzeuge:

in lockeren Gebirge Messer mit Hartmetallaufschweißung, in hartem

Gestein Rollenbohrer; erreichte Bohrtiefe: 800m

Teilweise Verwendung überschwerer Tiefbohrausrüstungen;

Bohrwerkzeuge: Rollenmeißel; Übertragung von Drehmomenten

>20000kpm; erreichte Bohrtiefe: 1800m

195


Saugrohrverfahren

In Lockergesteinen und

Geröll

Relativ billiges Verfahren mit einfacher Wasserspülung; Umkehrspülung;

Bohrwerkzeuge: in mehreren Stufen angeordnete Schneidmeißel;

Besonders geeignet für geringe Teufen (bis 150m).

Bezeichnung Anwendung Bemerkung

Mehrturbinenverfahren

Kernbohrverfahren

Abteufen mit

Abteufmaschinen

In standfestem und

nichtstandfestem Gestein

in standfestem Gebirge

In standfestem Gebirge

Abteufen nach der Parallelmethode

Drei bis sechs Bohrturbinen sind auf einer Kreisfläche starr verbunden, so

dass beim Bohrvorgang die gesamte Bohrlochsohle bearbeitet werden

kann; Turbinen werden über Verteilerkopf mit Spülung (Spüldruck bis

125at) versorgt;

Keine Übertragung des Drehmoments durch das Gestänge;

Bohrwerkzeuge: Rollenmeißel; Große Bohrgeschwindigkeiten, relativ

hoher Energieverbrauch; nur Normalspülung möglich. Drehzahl vom

Bohrdruck abhängig; Anwendung vorwiegend in der UdSSR.

Bohrwerkzeug: mit Schneidrollen bestückte Bohrkronen, die einen Kern

von etwa 2,5 m Durchmesser bohrt. Bei einer Länge von etwa 5 m wird

der Kern unterschnitten (bis 60cm) und gezogen.

Für das Erweitern des Bohrlochs werden Bohrer verwendet, die das

Gestein radial angreifen.

Arbeitsweise analog einer Streckenvortriebmaschine. Antrieb befindet sich

unmittelbar über dem Bohrkopf (Verspannung der Maschine im

Bohrloch). Einbringen des Schachtausbaus oberhalb der Maschine; keine

Totzeiten durch Ziehen und Einfahren des Bohrkopfes; Anwendung

vorwiegend beim Abteufen von Blindschächten

196


Moderne Technologie der Parallemethode mit Bohrgeräteträger und Kabinengreifer

Moderne Technologie des Schachtabteufens (Parallelmethode)

1 Betonleitung; 2 Arbeitsbühne; 3 Kabinengreiferanlage; 4 Rüsselleitung; 5 Betonverschalung; 6 Förderkübel; 7 Bohrgeräteträger

197


Gefrierverfahren

Grenzteufen beim Gefrierverfahren in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften des Frostzylinders (nach Trupak)

Zementierverfahren (Anordnung der Zementierlöcher)

198


Honigmann-Schachtbohrverfahren

1 Antrieb (Drehstrommotor); 2 Antriebsrad der Bohrstange; 3 quadratische Bohrstange; 4 Spülkopf; 5 Kugellagerkopf;

6 30-Mp-Winde; 7 Bohrer (Schab- und Stoßmeißelbesetzung); 8 Korb für zentrische Führung des Bohrers;

9 Drucklufteintritt in das Bohrgestänge; 10 Spülschlauch; 11 Klärbecken

Mehrturbinen-Schachtbohrverfahren

a) Seitenansicht (Prinzip)

b) b Schema der Drehbewegung

199


10.2. Aus- und Vorrichtung in der Sohlenebene

Zur Ausrichtung in der Sohlenebene gehören Stecken und großräumige Auffahrungen (Füllörter, Skipräume, Maschinen- und

Werkstatträume, Sprengmittellager u. a.)

Eine Sohle ist ein festgelegter Horizont mit allen in ihm oder annähernd in ihm aufgefahrenen Grubenbauen. Dazu zählen auch die

Grubenbaue bis zur nächsthöheren Sohle (außer Schächte und Flachen).

Bei der Wahl des Sohlenabstands sind u. a. zu berücksichtigen:

Mächtigkeit, Einfallen, Art und Beschaffenheit der Lagerstätte

Abbauverfahren

Auffahrungs- und Unterhaltungskosten für die Sohlen

Kosten für Förderung und Wasserhaltung

Die zunehmende Mechanisierung aller Bergarbeiten lässt die Vergrößerung der Sohlenabstände zu.

Das Füllort ist ein Grubenbau im Schnittpunkt eines Schachtes mit einer Strecke.

Aufgaben:

‣ Beschickung der Schachtfördereinrichtung (unterscheiden in Füllörter für Gestell- und Gefäßförderung)

‣ Puffer zwischen Strecken- und Schachtförderung

‣ Umschlagpunkt für Materialtransporte u. a.

Richtstrecken werden geradlinig im Generalstreichen der Lagerstätte aufgefahren.

Querschläge werden quer zum Streichen der Lagerstätte aufgefahren. Sie unterteilen die Lagerstätte in Bauabteilungen.

Richtstrecken und Querschläge

Zur Vorrichtung in der Sohlenebene gehören

Grund- oder Sohlenstrecken (streichende, im Niveau der Sohle aufgefahrene Strecken in der Lagerstätte) (außer

Sangerhäuser Abbaugebiet)

Gangstrecken (im Streichen eines Ganges aufgefahren)

Haspelberge u. a.

Gesenke

Strecken (Abbaustecken, Bohrstrecken, Wetterstrecken, Versatzstrecken u. a.)

Überhauen

Rollöcher

Im Kupferschieferbergbau des VEB Mansfeld Kombinat „Wilhelm Pieck“ gibt es keine Vorrichtung in der üblichen Art (außer

Schälschrapperstrebbau). Hier werden die Vorrichtungsorte dem Abbau folgend aufgefahren.

Vorrichtung durch streichende Strecke

200


Herstellen von Ausrichtungs- und Vorrichtungsgrubenbauen

Vor Beginn der Arbeiten werden festgelegt:

technisch und wirtschaftlich geeignete Arbeitsmittel

zweckmäßiger Arbeitsablauf (rhythmisch, arhythmisch)

daraus resultierende erforderlichen Ortsbelegung

Der Querschnitt ist abhängig von den Erfordernissen für Förderung, Fahrung, Transport, Bewetterung und Einbauten. Zu beachten

sind auch die gebirgsmechanischen Eigenschaften.

Querschnitt einer zweigleisigen Ausrichtungsstrecke (Erzbergbau)

Querschnitt einer Förderstrecke (Kalibergbau)

Zyklogramm eines Streckenvortiebes

201


Die notwendigen Arbeitsgänge der Vortriebsarbeiten (Gewinnung durch Bohr- und Sprengarbeit) sind:

Hohe Vortriebsleistungen werden erreicht, wenn nach exakten Ablaufplänen gearbeitet wird.

Bohrarbeiten werden im Erzbergbau vorwiegend schlagend und im Kalibergbau ausschließlich drehend durchgeführt. In ständig

zunehmendem Maße kommen Bohrgeräteträger zur Anwendung.

Wegen vieler Vorteile werden vorzugsweise ANO-Sprengstoffe verwendet (mechanisches Einbringen).

Lade- und Förderarbeiten sind ebenfalls mechanisiert.

Horizontalvortrieb (Wurfschaufellader, Zwischenladegerät, Förderwagen)

a) Seitenansicht

b) Draufsicht

10.3. Aus- und Vorrichtung zwischen den Sohlen

In einigen Fällen genügt die Ausrichtung durch Hauptsohlen nicht, es sind dann zusätzlich Zwischensohlen, Blindschächte oder

Flachen notwendig.

Zwischensohlen unterteilen die Lagerstätte zwischen zwei Hauptsohlen in Bauabschnitte. Sie werden von Blindschächten (evtl.

Flachen) aus angefahren.

Zu den Vorrichtungsgrubenbauen zwischen den Sohlen gehören

Aufhauen (Grubenbaue mit Streckenquerschnitt, die in geneigter Lagerstätte schwebend oder schräg von unten nach

oben aufgefahren werden)

Abhauen (Auffahrung von oben nach unten)

Überhauen (Grubenbaue, die in steil einfallenden, in großen stock- oder linsenförmig und in mächtigen Lagerstätten

schwebend, schräg oder vertikal von unten nach oben aufgefahren werden)

Teilsohlen (sölige Grubenbaue von Streckenquerschnitt, die zwischen den Sohlen aufgefahren werden und der

Vorrichtung und dem Abbau der Lagerstätte dienen)

Rollöcher (seigere oder geneigte Grubenbaue oder Trümer eines solchen durch die Haufwerk oder Versatz unter Nutzung

der Schwerkraft gefördert wird)

202


Hummerscherenlader und Gleispendelwagen im Streckenvortrieb

a) Beladevorgang

b) Entladevorgang

Schrägbühne beim Auffahren von Überhauen geringer Höhe

203


Mechanische Schrägbühne mit Fahrkorb in einem Überhauen

Technologie des Auffahrens von Überhauen mit mechanischer Aufbruchbühne in ausbaulosen Überhauen

204


Auffahren einer Rolle durch Großlochbohrung

11. Abbau

Die bergmännische Tätigkeit hat das Ziel, den volkswirtschaftlich nutzbaren Lagerstätteninhalt durch Abbau zu gewinnen. Zu

einem Abbausystem gehören:

Abbauverfahren

Abbautechnik

Abbauform

Beherrschung des Gebirges (Behandlung des Daches)

Abbauführung

Gewinnungstechnik

Ladetechnik

Fördertechnik

Wettertechnik

Ausbautechnik

Versatztechnik

Abbauorganisation

Ortsbelegung (Einteilung nach Aufgaben und Qualifikation)

planmäßiger Arbeitsablauf

11.1. Auswahl eines Abbausystems

Regel:

Nicht Maschinen für ein gewähltes Abbauverfahren entwickeln, sondern das Abbauverfahren nach bereits bewährten Maschinen

gestalten!

Beachte:

Standfestigkeit von Lagerstätte und Nebengestein ändern sich durch gebirgsmechanische Einwirkungen während des Abbaus.

Es sind natürliche (geologische, hydrologische, geochemische, ergonomische, technisch-technologische, arbeitsorganisatorische

und ökonomische Faktoren zu berücksichtigen.

205


Ein hocheffektives Abbausystem wird gekennzeichnet durch

Gewährleistung der technischen Sicherheit und der Forderungen des Gesundheits- und Arbeitsschutzes

hohe Abbauleistung

optimale Betriebskonzentration

hohes Grubenausbringen bei geringer Verdünnung

hohen Mechanisierungsgrad

hohe Grundmittelintensität

minimale Selbstkosten

Lagerstätten können im Tagebau oder im Tiefbau abgebaut werden. Bei der Entscheidung zum Tagebau oder Tiefbau ist das

Verhältnis der Mächtigkeit von Deckgebirge und Lagerstätte ein wichtiges Kriterium. Die Grenzteufe, ab der der Tiefbau

wirtschaftlicher als der Tagebau ist, hat sich in den letzten Jahren weiter zugunsten des Tagebaus verschoben.

Für jeden Fall der Entscheidung zum Tage- oder Tiefbau ist eine spezielle Wirtschaftlichkeitsrechnung auf der Grundlage

umfangreicher geologischer, geophysikalischer, geochemischer und bergmännischer Such- und Erkundungsarbeiten notwendig.

Anteil des Abbaus im Tagebau (Weltmaßstab):

Erz etwa 65%

Steine und Erden 100%

Kohle etwa 35%

Vorteile des Abbaus im Tagebau

relativ geringe Gewinnungskosten

Einsatz hochleisungsfähiger Großgeräte hohe Effektivität

minimale Abbauverluste

Kombinierter Abbau im Tage- und Tiefbau

Nachteile des Abbaus im Tagebau

Beanspruchung landwirtschaftlicher Nutzflächen

Witterungseinflüsse

11.2. Einige Grundbegriffe

In der nachfolgenden Tabelle 11.1. sind die wichtigsten Grundbegriffe mit Erläuterungen und Schemata sowie die dazugehörigen

Formeln enthalten. In den Formeln bedeuten:

M gebaute Mächtigkeit Q st stehenbleibender Lagerstättenteil

M L Lagermächtigkeit Q ges

ursprünglich anstehender

Gesamtlagerstättenteil

b P

Breite des Pfeilers

b K

Breite der Kammer

l st Länge des Strebes ϱ E

Dichte des Erzes

206


11.3. Abbauverfahren

Bei der Wahl des Abbauverfahrens wird angestrebt, dieses den gegebenen Lagerstättenbedingungen und den vorhandenen

Mechanisierungsmöglichkeiten so anzupassen, dass Gesundheits- und Arbeitsschutz und Ökonomie gewährleistet sind. Wichtige

Faktoren sind der Wert des zu gewinnenden Minerals bzw. auch dessen Konzentration. Beim Abbau von Kalisalzen und

Steinsalzen muss die Empfindlichkeit der Werkstoffe gegen eindringendes Wasser berücksichtigt werden (Erhaltung der

Standsicherheit des Deckgebirges).

Einige Gerätekombinationen:

Kalibergbau

Kammerbau mit kurzen Pfeilern:

Großlochbohrwagen

Sprenglochbohrwagen

Sprengstoffladefahrzeug

Schaufellader

Erzbergbau

Teilsohlenbau mit Versatz:

Bohrwagen

Bunkerlader

Geradestrebbau:

1 Drehbohrmaschine auf Bohrgeräteträger

1 Schrapper

30 Hydraulikausbaueinheiten

Tabelle 11.1. Grundbegriffe des Abbaues

Begriff

Erläuterung

Dach

Über dem Abbau befindliches festes

oder loses Gestein. Teilweise

künstliches Dach (selbsthärtender

Versatz, Mattenhölzer, Drahtgewebe)

207


Abbaurichtung

Richtung des Fortschreitens des Abbaues –

bezogen auf das Streichen derLagerstätten

Verhiebsrichtung

Richtung des Fortschreitens des in Angriff

genommenen Abbaustoßes

Abbau- und Vorrichtungen

Abbaufortschritt

Vorrücken des Abbaustoßes in

Abbaurichtung in der Zeiteinheit

Abbauführung

Vorwärtsbauen

Rückbau

vorwiegend organisatorische Festlegungen

beim Abbau einer Lagerstätte

Bestandteile:

Unterteilung der Lagerstätte in Baufelder

oder –abteilungen, Fortschreiten des

Abbaues innerhalb der Lagerstätten

Führung des Abbaues vom Hauptschacht

zur Baufeld- oder Grubenfeldgrenze.

Vorteile: schnelle Aufnahme des Abbaues,

relativ niedrige Betriebskosten in der ersten

Phase.

Nachteile: Notwendigkeit des Offenhaltens

von Grubenbaue in bereits abgebauten

Baufeldern, Gefahr von

Wetterkurzschlüssen, ständig steigende

Betriebskosten mit zunehmender

Entfernung zum Schacht.

Beginn des Abbaues nach Beendigung der

Ausrichtung an der Baufeld- oder

Grubenfeldgrenze

Vorteile: Verringerung der

Unterhaltungskosten durch teilweise

Abwerfen von Aus- und

Vorrichtungsgrubenbauen, zusätzlich

umfangreiche geologische Erkundungen

der Lagerstätten vor Aufnahme des

Abbaues

Nachteile: Hoher Zeitbedarf bis zum

Erreichen der vollen Produktionshöhe

Anbaubankverluste:

Abbau-verfahren

Art und Weise des Abbaues einer

Lagerstätte

V A

( )

M

% m

208


Abbauform

Gestalt und planmäßige Anlage von

Abbauen bzw. zum Abbau vorgesehener

Lagerstättenteil

Pfeiler

Regelmäßiger Abschnitt, der von zwei

oder mehr Strecken oder Kammern

(teilweise vom Alten Mann) begrenzt

wird (teilweise späterer Abbau

Pfeilerverluste:

Feste

Endgültig stehenbleibender Abschnitt

V P

b;M

% m

Scheibe

Söhliger oder bankebener

Lagerstättenabschnitt von

abbaugünstiger Höhe

planmäßiger

Abbauverlust

Summe der bauwürdigen

Lagerstättenteile eines Baufeldes oder

einer Bauabteilung, die aus technischtechnologischen,

ökonomischen oder

sicherheitstechnischen Gründen

planmäßig stehenbleiben müssen

Planmäßiger Abbauverlust:

Effektiver

Abbauverlust

Tatsächlich beim Abbau verlorengehende

Lagerstättenteile

V Plan

Q st ; Q ges

% m 3 ; t

Grubenausbringen:

Grubenausbringen

Verhältnis des geförderten

Lagerstätteninhaltes zum ursprünglich

anstehenden bauwürdigen

Lagerstättenvorrat

G

Q gef ; Q ges

% m 3 ; t

Verdünnung

Verringerung des prozentualen Gehaltes

des nutzbaren Lagerstätteninhaltes im

Haufwerk durch taubes Gestein

Abbauleistung im Strebbau:

Abbauleistung

Menge des Lagerstätteninhaltes, die in

einem bestimmten Zeitabschnitt in einem

Abbau gewonnen wird

P A M l st

m m

Leistungsangaben:

m 3 /M h; t/M h; m 3 /MS; t/MS

209


Tabelle 11.2. Abbauformen

Abbauform

Erläuterung

Weitungsbau

Auffahren von Weitungen mit

unterschiedlichen Formen und

Größen. Diese werden durch

unregelmäßige Pfeiler oder/und

Schweben begrenzt.

Kammerbau

Unter- oder/und nebeneinander

liegende Kammern von

regelmäßiger Gestalt (meist

rechteckige Grundfläche),

Begrenzung durch regelmäßige

Pfeiler und Schweben (Bild oben

mit langen, Bild unten mit kurzen

Pfeilern).

Pfeilerbau

Rückbau von durch Strecken oder

Abbauräume umfahrenen

nebeneinander liegenden

Lagerstättenteilen (Pfeilern)

Teilsohlenbau

Abbau einer Lagerstätte durch

söhlige oder bankebene

Lagerstättenabschnitte

abbaugünstiger Höhe

Teilsohlenkammerbau mit Versatz

210


Strebbau

Fortlaufender Verhieb des

Abbaustoßes als langgestreckter

Abbauraum. Begrenzung des

Streben durch Abbaustoß und

Versatz bzw. Bruch

Strebbau mit Versatz

Firstenstoßbau

Abbaurichtung stets schwebend

(in Richtung Firste). Anwendung

in steilstehenden Lagerstätten.

Firstenstoßbau mit Versatz

Srossenbau

Abbaurichtung stets fallend,

Anwendung (selten!) in steiler

Lagerung

Blockbau

Abbau von großen, regelmäßig

geformten (meist quaderförmigen)

Blöcken

Strossenbau

211


Geradstrebbau

Bogenstrebbau

212


Schälschrapperstrebbau

1 Antriebs- und Steuerstation; 2 Teppichförderer; 3 Auffahrtsblech; 4 Schrapperkasten; 5 Schrapperkette (Zugturm);

7 Umkehrstation; 8 Andruckkette; 9 Stützkörper

213


Tabelle 11.3. Unterschiedliche Arten der Behandlung des Daches

Behandlung des

Daches

Beschreibung

Abbau mit

offenen

Abbauraum

Abbauräume bleiben ohne

Versatz und planmäßigen

Stützausbau. Meist bleiben

Pfeiler stehen.

Abbau mit

planmäßiger

Magazinierung

im Abbauraum

(Magazinbau)

Durch teilweise

Magazinierung werden

Standflächen für

Gewinnungsarbeiten

geschaffen. Magaziniertes

Haufwerk erfüllt die gleichen

Aufgaben wie Versatz.

Magazinbau

Abbau mit

planmäßigem

Versatz

(Versatzbau)

Durch Einbringen von

Versatz in den nicht mehr

benötigten Abbauraum

werden Gebirgsbewegungen

eingeschränkt.

Abbau mit

bleibendem

Ausbau

Teilsohlenbau mit Versatz

(abwärtsgeführt)

Sicherung des

Abbauraumes durch

sofortiges Einbringen von

bleibendem Ausbau (meist

zusätzliches Einbringen von

Versatz)

Abbau mit

planmäßigem

Zubruchwerfen

des Daches

(Bruchbau)

Abschnittsweises

Zubruchwerfen des Daches,

dadurch Verringern von

Spannungen, Vermeiden

von Hohlräumen im Alten

Mann.

Teilsohlenbau mit Versatz (aufwärtsgeführt)

214


Tabelle 11.4. Einteilung der Abbauverfahren

215


Strebausbau mit langen Bohrlöchern und Haufwerkspuffern

Tabelle 11.5. Einige im Erz- und Kalibergbau der DDR angewandte Abbauverfahren

Abbauverfahren Mechanisierung Abbauleistung Anwendung

Erzbergbau

Strebbau mit

bogenförmigem

Abbaustoß (mit

Versatz)

Huntestreb

Abbauhämmer,

Schlagbohrmaschine

Zughaspel

in allen Lagerstättenteilen des

Kupferschieferbergbaus möglich, Verwurfbeträge

bis etwa 2m, Sandsteinschwellungen bis zu einer

Scheitelhöhe von etwa 2m.

Schießerstreb

Drehbohrmaschinen,

Abbauhämmer,

Zughaspel


mechanisierter

Bogenstreb

Schlagbohrmaschine,

Abbauhämmer, Plattenbänder

oder Einschienenförderer


in Lagerstättenteilen des Kupferschieferbergbaus

5 , vorwiegend bei Vererzung der Lagen

1 bis 5 (bei anderen Lagengültigkeiten nur, wenn

wegen tektonischer Störung kein Geradstrebbau

möglich ist (Verwurfsbeträge bis etwa 1,5m,

Sandsteinschwellungen bis etwa 1m).

Geradstrebbau

(mit Versatz)

Drehbohrmaschinen auf

Bohrgeräteträgern, Schrapper,

Hydraulikausbau


in Lagerstättenteilen des Kupferschieferbergbaues

, kein Abbau von Feldesteilen mit

Lagengültigkeiten 1 bis 5, Verwurfsbeträge bis

0,5m, Sandsteinschwellungen bis 1m).

216


Schälschrapperstrebbau

Strebbruchbau

mit langen

Bohrlöchern und

Haufwerkspufferung

Vollmechanisierung durch

Schälschrapper und

Teppichförderer

Drehbohrmaschinen auf

Bohrgeräteträgern

Sprengstoffladegeräte

Mehrgefäßschrapper

5

5

in Lagerstättenteilen des Kupferschieferbergbaues

mit regelmäßiger Ausbildung des

Flözes, kein Abbau von Feldesteilen mit

Lagengültigkeiten von 1 bis 6 (Abbau der Lagen 1

bis5, wenn in der Lage 5 ein „Kupfersprung“

vorhanden ist)

in geringmächtigen, flözartigen Lagerstätten mit

söhliger bis flacher, regelmäßiger Lagerung

Kleinkammerbau

mit Versatz

Schlagbohrmaschinen auf

Bohrgeräteträgern,

Sprengstoffladegeräte, Schrapper

(in der Vorrichtung Bunkerlader)

in mächtigen Erzkörpern, Nebengestein mit

ausreichender Verbandsfestigkeit

Kammerpfeilerbau

Schlagbohrmaschinen auf

Bohrgeräteträgern,

Sprengstoffladegeräte, Schrapper

(kombiniert mit

Umlaufschrappern oder

Bunkerladern)

in flözartigen Lagerstätten mit mittlerer Mächtigkeit

Teilsohlenbruchbau

Schlagbohrmaschinen auf

Bohrgeräteträgern,

Sprengstoffladegeräte, Schrapper

oder Bunkerlader, pneumatische

Rollenverschlüsse (mit

Vibrationsauftrag bei plastischem

Gebirge)

5

bei zum Nachbruch neigenden Deckgebirge, das

zum Zubruchwerfen des Hangenden geeignet ist, bei

mittelerer bis großer Mächtigkeit

Teilsohlenbau

mit Versatz

Firstenstoßbau

Laugung in

Kammern

Schlagbohrmaschinen auf

Bohrgeräteträgern,

Sprengstoffladegeräte, Schrapper

oder Bunkerlader, pneumatische

Rollenverschlüsse (mit

Vibrationsauftrag bei plastischem

Gebirge)

Teleskopbohrmaschinen,

bohrstützengeführte

Schlagbohrmaschinen,

Sprengstoffladegeräte, Schrapper,

pneumatische Rollenverschlüsse

Schlagbohrmaschinen auf

Bohrgeräteträgern

Sprengstoffladegeräte Schrapper

(zum teilweisen Abfördern des

Haufwerkes) Kreiselpumpen

bei mittlerer bis großer Mächtigkeit bei

unregelmäßigen Formen der Erzkörper (universelle

Anwendbarkeit)

in Gangerzlagerstätten

in Lagerstätten mit mittlerer bis großer Mächtigkeit

und schwacher Vererzung, die nicht

wasserdurchlässig sind. Das Liegende ist

undurchlässig

Laugung im

Anstehenden

durch

Bohrungen

Großlochbohrmaschinen

Kreiselpumpen

in Lagerstätten mit mittlerer bis großer Mächtigkeit

und schwacher Vererzung, die eine relativ gute

Durchlässigkeit besitzen. Das Liegende ist

undurchlässig.

Kalibergbau

Kammerbau mit

langen Pfeilern

Säulendrehbohrmaschinen,

Sprengstoffladegeräte, Schrapper

5 in Kalilagern großer Mächtigkeit

217


Kammerbau mit

kurzen Pfeilern

Großbohrlochwagen,

Sprenglochbohrwagen

Sprengstoffladegeräte Fahrlader

oder Frässcheibenlader in

Verbindung mit

Schwerlasttransportfahrzeugen,

Brecheranlage

in Kalilagern mittlerer bis großer Mächtigkeit

Moderne Form des Scheibenbruchbaues

Firstenstoßbau-moderne Variante

Blocklaugung

11.4. Technologien der untertägigen Laugung

Die Laugung ist eine Methode, mit herkömmlichen Gewinnungsverfahren nicht mehr bauwürdige Lagerstättenteile wirtschaftlich

zu gewinnen.

Durch dieses moderne Verfahren werden die Arbeitsbedingungen der Bergleute verbessert und die Sicherheit der bergmännischen

Arbeiten erhöht.

Blocklaugung

Entsprechend den geplanten Kammerparametern wird der Lagerstätteninhalt durch Bohr- und Sprengarbeit hereingewonnen und

magaziniert. In bestimmten Fällen werden vorher die Kammerstrossen zum Vermeiden von Lösungsverlusten abgedichtet (z. B.

durch Polyäthylenfolien). Das Laugenmedium gelangt über Rohrleitungen (Polyäthylen) und wird in periodischen Abständen auf

das magazinierte Erz gesprüht.

218


Der Übergang des Metalls in Lösung geschieht nach der Methode der kapillaren Laugung.

Nach mehrmaligem Kreislauf erfolgt der Tramsport der metallhaltigen Lösung zum Aufbereitungswerk bzw. wird das Metall

durch Sorption aus der Lösung gewonnen (synthetische Ionenaustauscher).

Die gelaugten Bruchmassen verbleiben als Versatz im Abbau.

Technisches Schema:

Laugung im Anstehenden (in situ) durch Bohrungen

In wasserdurchlässigen Lagerstätten mit undurchlässigem Liegendem könne die nutzbaren Komponenten unmittelbar aus dem

Gebirge gelöst werden. Der Lagerstättenabschnitt wird hierzu durch Bohrungen von über oder unter Tage aus vorgerichtet, die

Laugelösung über Einpressbohrlöcher eingepresst und die angereicherte Lösung über Austragbohrlöcher abgepumpt.

Laugen im Anstehenden durch Bohrung

11.5. Technologien des Lösens

Gewinnung von Steinsalz durch Lösen im Weltmaßstab:

5

Lösen in Kammern

Das Lösen von Steinsalz erfolgt hierbei entweder durch Spritzverfahren oder nach dem Prinzip des Lösens bei ruhender Lösung

am festen Stoß.

Sowohl Steinsalz als auch Kalisalz (Sylvinit) können über Bohrlöcher gelöst und gefördert werden.

219


Vorteile:

Möglichkeit des Abbaus in großen Teufen

Vereinigung von Salzgewinnung und –lösung in einem Prozess

keine Untertage-Beschäftigten

Mit dem Lösen von Kalisalzen (Sylvinit) wurde erst in den letzten Jahren begonnen.

In großen Teufen ist es wirtschaftlicher als die konventionelle bergmännische Gewinnung.

Lösen von Steinsalzen über Bohrlöcher

Selektives Lösen von Kalisalz über Bohrlöcher

220


Schematische Darstellung des Lösens von Kalisalz:

11.6. Versatz

Mit Versatz (Versetzen) bezeichnet man das Wiederausfüllen beim Abbau entstandener Hohlräume oder anderer abgeworfener

Grubenbaue mit Versatzmaterial.

Aufgaben:

Stützen der beim Abbau freigelegten Dachschichten und Stöße

Sichern des Abbauraums für die weitere Gewinnung

Erhöhen der Grubensicherheit

Verringern der Abbauverluste

Verhüten von Bergschäden

221


Tabelle 11.6. Einige Begriffe

Begriff

Versatzmaterial

Ortseigene

Versatzberge

Versatzwirtschaft

Erläuterung

Versatzberge sowie für den Versatz geeignete

Betriebsabfälle

Versatzberge, die in dem Grubenbau, in dem sie

anfallen, als Versatzmaterial verwendet werden

Planmäßige Verteilung des Versatzmaterials im

Grubengebäude einschließlich der Organisation,

der Beschaffung und Förderung von

Versatzmaterial sowie der Arbeit des Versetzens

Füllungsgrad

Verhältnis des Volumens des eingebrachten

Versatzmaterials V Vers zum Volumen des

versetzten Hohlraumes η vers V vers ; V Hohlr

% m 3

Tabelle 11.7. Versatzarten und –verfahren

Begriff

Vollversatz

Teilversatz

Rippenversatz

Handversatz

Mechanisierter

Versatz

Erläuterung

Vesatzverfahren, bei dem der

Hohlraum, erforderlichenfalls unter

Aussparen von Strecken oder

anderen Grubenbauen, mit

Versatzmaterial nach Möglichkeit

vollständig ausgefüllt wird

Versatzverfahren, bei dem Teile des

Hohlraumes planmäßig nicht wieder

ausgefüllt werden

Teilversatz in Form von Rippen mit

regelmäßigen, nicht wieder

ausgefüllten Zwischenräumen

Vesatzverfahren, bei dem das

Versetzen von Hand erfolgt

Versatzverfahren, bei dem das

Versetzen mit Hilfe von Maschinen

erfolgt

Erhärtender

Versatz

Mechanisierter Versatz, bei dem

kleinstückiges Versatzmaterial

durch Rohrleitungen in die zu

versetzenden Hohlräume

transportiert wird und dort erhärtet.

Das Erhärten kann durch Zugabe

von Bindemitteln (Betonversatz)

oder durch Oxydationsprozesse

geeigneter Materialien erfolgen.

Blasversatz

Mechanisierter Versatz, bei dem

kleinstückiges Versatzmaterial in

222


der Nähe des zu versetzenden

Grubenbaues maschinell in einen

Druckluftstrom eingeschleust wird

(Blasversatzmaschine), der es in

einer Rohrleitung in den Hohlraum

fördert

Schleuderversatz

Mechanisierter Versatz, bei dem

kleinstückiges Versatzmaterial einer

maschinellen Versatzmaschine

aufgegeben wird, die es

beschleunigt und in den zu

versetzenden Grubenbau schleudert

Versatzzuführungschematische

Darstellung

Spülversatz

Mechanisierter Spülversatz, bei dem

kleinstückiges Versatzmaterial in

Rohrleitungen mittels eines

Flüssigkeitsstromes in den zu

versetzenden Grubenbau gefördert

und dort gefiltert wird

12. Aufbereitung

Die Aufbereitung ist die erste Verarbeitungsstufe mineralischer Rohstoffe. Nur in den seltensten Fällen ist es möglich, die

Produkte des Bergbaus unmittelbar bis zum Endprodukt zu verarbeiten.

12.1. Bedeutung der Aufbereitung und Kennzeichnung des

Aufbereitungserfolgs

Bergbaulich gewonnenes Gut

Rohhaufwerk

Aufgabegut ( )

223


Aufbereitung

Konzentrat

(q c ;c w )

q a ; q b ; q c Masse

a w ; b w ; c w Wertstoffgehalt

Mögliche technologische Zielstellungen der Aufbereitung:

Endpunkt gleicher Körnung

Anreichern der nutzbaren Komponente (Konzentrat)

Trennen mehrerer nutzbarer Komponenten

Die Aufbereitung gewinnt ständig mehr an Bedeutung, weil der Widerspruch zwischen dem verstärkten Abbau von ungünstig

zusammengesetzten Lagerstätten und steigenden Qualitätsforderungen gelöst werden muss. Wesentliche Aufgaben ergeben sich

auch für die Aufbereitung aus der im Komplexprogramm des RGW festgelegten gemeinsamen Nutzung armer, schwer zu

verarbeitender bergbaulicher Rohstoffe.

Dabei geht es um die Entwicklung kostengünstiger, dem neuesten Stand der Technik entsprechender Technologien zur rationellen

Nutzung der Rohstoffe.

In der Aufbereitung werden physikalische, physikalisch-chemische Verfahren angewendet.

Die Anforderungen an die Aufbereitung werden ständig größer.

Gründe dafür sind:

Abbau wertstoffärmerer Lagerstätten

Verdünnung des Rohhaufwerks infolge zunehmender Mechanisierung der Gewinnung

wachsende Anforderungen der Verbraucher

Aufbereitungsverfahren sind billiger als nachfolgende Verfahren

Kennziffern des Aufbereitungserfolgs:

‣ Masseausbringen v M in %

‣ Wertstoffausbringen mw in %

‣ Anreicherungsverhältnis i

Masseausbringen:

Berge; Abgänge

(q b ;b w )

Wertstoffausbringen:

Anreicherungsverhältnis:

12.2. Verfahrensgruppen

Zerkleinern:

Grob-, Mittel-, Feinzerkleinerung

Klassieren:

Sieb-, Stromklassierung

224


physikalische Verfahren

Elektrosortierung Magnetscheidung Floration Dichtesortierung

chemische Verfahren

Eisenerzöstung Löseverfahren Laugung Fällung Ionenaustausch Extraktion

Ergänzende Verfahren:

Trennen von Feststoff und Flüssigkeit, Staubabscheidung, Stückigmachen, Fördern und Bunkern, Probennahme.

Die angegebenen Verfahrensgruppen entsprechen nicht in jedem Fall der Reihenfolge im technologischen Prozess der

Aufbereitung.

12.2.1. Zerkleinern

Das Zerkleinern ist meist die erste Verfahrensstufe. Dabei werden

die Mineralbestandteile aufgeschlossen

die Oberflächen vergrößert und

bestimmte Korngrößenbereiche hergestellt

Beanspruchungsarten in Zerkleinerungsmaschinen

Einteilung der Zerkleinerung:

nach der Korngröße des zerkleinerten Materials in Grob-, Mittel- und Feinzerkleinerung

nach der Härte des Zerkleinerungsgutes in Hart-, Mittel- und Weichzerkleinerung

Zerkleinerungsgrad:

Der Durchsatz der in der DDR befindlichen Zerkleinerungsanlagen beträgt jährlich etwa 1,2 Milliarden Tonnen. Dafür werden

etwa 8% unserer gesamten Elektroenergieerzeugung benötigt. Der energetische Aufwand ist besonders bei der Feinzerkleinerung

sehr groß. 75 bis 80% der gesamten Zerkleinerungskosten entfallen auf die Feinzerkleinerung.

Tabelle 12.1. Übersicht über die Zerkleinerung

d k mittlerer Korndurchmesser

Index 1 vor dem Zerkleinern

Index 2 nach dem Zerkleinern

Zerkleinerungsstufe Grobzerkleinerung Mittelzerkleinerung Fein- (Feinst-) zerkleinerung

Korngröße (nach der

Zerkleinerung

>50mm grober Schotter

Zerkleinerungsgrad 5…6 5….15

Zerkleinerungsmaschinen

Backenbrecher

Kegelbrecher

Walzenbrecher

Kaskadenmühle

10mm feiner Schotter

Schlagmühle

Ringwalzenmühle

Hammerbrecher

Kaskadenmühle

1mm (Pulver)

0,05mm (Puder)

10…50

teilweise > 50

Kugelmühle

Stiftmühle

Prallmühle

Walzenmühle

Kaskadenmühle

225


Backenbrecher

Kegelbrecher

Kugelmühle

Kugelbewegung in einer Kugelmühle

226


Kaskadenmühle

Prallbrecher

Walzenbrecher

227


Hammerbrecher

12.2.2. Klassieren

Die Klassierung dient dem Trennen von Körnerkollektiven in Korngrößenbereiche. Die zwei Möglichkeiten hierzu sind:

Siebklassieren

Stromklassieren

Siebvorgang

Schwingsieb-Trommelsieb

a) Schwingsieb

b) Trommelsieb

228


Tabelle 12.2. Stromklassierung

Medium Kraftfeld Beispiele

Wasser

Luft

Mechanische Klassierer

Schwerkraft

Zentrifugalkraft

Schwerkraft

Schwerkraft und

Zentrifugalkraft

Spitzkasten

Klassierkegel

Rechenklassierer

Kratzbandklassierer

Schraubenklassierer

Aufstromklassierer

Zyklon

Zentrifugalsichter

Schwerkraftsichter

Streuwindsichter

a) Rechenklassierer (mit Rührwerk)

b) Kratzbandklassierer

c) Schraubenklassierer

Klassierkegel

Hydrozyklon

229


Aufstromklassierer

Trennmerkmale sind die geometrischen Abmessungen (Korngrößenklassen) oder die Sinkgeschwindigkeiten

(Gleichfälligkeitsklassen) der Körner.

Oftmals werden Klassierer mit Zerkleinerungsmaschinen im Kreislauf betrieben.

12.2.3. Anreichern

Zum Anreichern werden verschiedene Verfahren angewendet, die auf physikalischer oder chemischer Grundlage beruhen.

Bei physikalischen Anreicherungsverfahren werden Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften des Aufbereitungsgutes

ausgenutzt.

Dazu gehören u. a.:

die Dichte (Dichtesortierung)

das Verhalten im magnetischen Feld (magnetische Sortierung)

das Verhalten im elektrischen Feld (elektrische Sortierung)

die Grenzflächeneigenschaften (Flotation)

Schwimm-Sink-Sortierung

Die Dichtesortierung ermöglicht eine gute Trennschärfe zwischen 1 und 100mm (teilweise bis 0,03mm). Die wichtigsten

Verfahren sind:

‣ Schwimm-Sink-Sortierung

‣ Sortieren in Setzmaschinen

‣ Sortieren auf Herden und in Rinnen

Kolbensetzmaschine

a) Trennvorgang auf einer Setzmaschine

b) Schema einer Kolbensetzmaschine

230


Tabelle 12.3. Einige Scherstoffe für die Schwimm-Sink-Sortierung

Schwerstoff

Dichte des

Schwerstoffes

in g cm -3

Ferrosilizium ≈ 3,2…3,8

Galenit 7,4…7,6 3,3

Magnetit 4,9…5,2 2,4

Pyrit 5,0…5,2 2,4

Baryt 4,3…4,7 2,0

Quarzsand ≈ 1,4

erzielbare Dichte

der Trübe

in g cm -3

Tabelle 12.4. Verhalten einiger Minerale im Magnetfeld

stark

magnetisch

Magnetit

(Fe 3 O 4 )

Ilmenit

(FeTiO 3 )

Magnetscheidung

schwach

magnetisch

Siderit

(FeCO 3 )

Hämatit

(Fe 2 O 3 )

Manganit

MnO 2 •Mn(OH) 2 )

nicht

magnetisch

Kalkspat

(CaCO 3 )

Pyrit

(FeS 2 )

Quarz

(SiO 2 )

Die Trennung durch Magnetscheidung erfolgt fast ausschließlich in inhomogenen Feldern von Magnetsystemen.

Es werden Schwachfeldscheider für starkmagnetisches Gut und Starkfeldscheider für schwachmagnetisches Gut unterschieden.

Bei der elektrischen Sortierung werden die Mineralkörner vor dem Scheiden elektrisch aufgeladen.

Nach dem Prinzip des Aufladens werden unterschieden:

Elektroscheider

elektrostatische Scheider (Reibaufladung, Kontaktpolarisation)

Koronascheider

a) Plattenscheider b) Walzenscheider c) Jalousiescheider

231


Entsprechend den verschiedenen Bauarten werden

Plattenscheider

Walzenscheider

Jalousienscheider

verwendet.

Die Flotation ist das wichtigste Verfahren für die Fein- und Feinstkornsortierung von Erzen, Nichterzen, Salzen und Steinkohle.

Dabei werden an Phasengrenzflächen wirkende Kräfte ausgenutzt (Nutzung Benetzbarkeit).

Flotation

Flotation – Vorgang im Detail

Arten der Flotation:

Schaumflotation

Agglomerationsflotation

Ölflotation

Herdflotation

Ionenflotation

Die verbreitetste Anwendung findet gegenwärtig die Schaumflotation. Dabei werden die Mineralkörner in feinverteilter Form in

Wasser, dem verschiedene Reagenzien zugesetzt wurden (Sammler, Schäumer, Regler), suspendiert.

Die Sammler machen bestimmte Mineralpartikeln wasserabweisend und verleihen ihnen eine starke Affinität zur Luft

Beispiele: Erdöl, Kerosin, Xanthate, Xanthogenate, Amine, Seifen.

Die Schäumer verringern die Oberflächenspannung des Wassers. Durch in den Flotationsappart eingeblasene Luft erzeugte

Gasblasen tragen die auszutragende Komponenten an die Oberfläche.

232


Die Regler sollen entweder verhindern, dass bestimmte Minerale flotiert werden (Drücker) oder dass diese Werkstoffe flotiert

werden, nachdem andere nutzbare Komponenten abgetrennt wurden (Beleber, Verstärker).

Beispiele: Natrium- und Kaliumcyanide, Zinksulfat, Kalk. Meist gelingt es nicht, innerhalb eines einfachen Flotationsvorgangs

Endprodukte herzustellen. Deshalb sind mehrere Flotationsoperationen notwendig. Es werden unterschieden:

Grundflotation (Ergebnis: Vorkonzentrat)

Reinigungsflotation (Reinigung des Vorkonzentrats)

Nachflotation (nochmalige Flotation der Abgänge der Grundflotation)

Zu den chemischen Verfahren des Anreicherns mineralischer Rohstoffe zählen u. a.

Verfahren des Röstens (thermische Dissoziation)

Verfahren des Lösens (anschließende Kristallisation)

Verfahren des Laugens (hydrometallurgische Aufbereitung – anschließendes Abscheiden des Werkstoffes z. B. durch

Fällprozesse).

Bei der Aufbereitung der Kali- und Steinsalze wrd das Rohhaufwerk zunächst auf eine Korngröße von wenigen mm Durchmesser

zerkleinert (Grobzerkleinerung erfolgt unter Tage). Im weiteren Aufbereitungsprozess wird die gute Löslichkeit der Kali- und

Steinsalze genutzt.

Zur Durchführung der hydrometallurgischen Verfahren muss das Rohhaufwerk weitgehend aufgeschlossen werden. Unter

Einwirkung von Wärme werden die Metallverbindungen durch Oxydationsmittel (Luft u. a.) in eine leicht lösliche Form

überführt.

Mit Hilfe von Schwefel und Eisen oxydierenden Bakterien kann dieser Prozess beschleunigt werden. Durch Sorption (mit Hilfe

von Ionenaustauschern) wird weiter angereichert und der Wertstoff durch Zugabe von Reagenzien ausgefällt oder elektrolytisch

abgeschieden.

Vereinfachtes technologisches Schema eines Hartsalzverarbeitungsprozesses:

233


Vereinfachtes technologisches Schema eines hydrometallurgischen Prozesses:

Trommeldrehfilter

12.2.4. Ergänzende Verfahren

Die Trennung von Feststoffen und Flüssigkeiten geschieht durch Anwendung mechanischer (Abtropfen, Absetzen, Filtrieren,

Zentrifugieren) oder thermischer (Verdunsten, Verdampfen) Verfahren.

Zur Staubabscheidung werden in der Aufbereitung vor allem das Schwerkraftfeld (Prallscheider, Staubkammer), die

Zentrifugalkräfte (Zyklone) und die Filtration genutzt.

Filterpresse

Zyklon

234


Elektrofilter

13. Gesundheits- und Arbeitsschutz

Die Sorge um den Menschen ist oberster Grundsatz unseres sozialistischen Staates. Im Sozialismus besteht objektive

Übereinstimmung zwischen den Grundinteressen eines jeden einzelnen und den Erfordernissen der gesamten Gesellschaft.

13.1. Gesundheits- und Arbeitsschutz-humanitäres Grundanliegen des

sozialistischen Staates

Gesundheits- und Arbeitsschutz und sozialistische Produktion – untrennbare Einheit

Tabelle 13.1. Klassencharakter des Gesundheitsschutzes

Sozialismus

gesamtstaatlicher Charakter auf

gesetzlicher Grundlage

Kapitalismus

territorial gebundenes, sozial, religiös und mitunter

rassenabhängiges staatliches Gesundheitswesen

einheitliche Pflichtversicherung

sozial abhängige, stark zersplitterte Versicherung

umfangreiche staatliche Zuwendungen

planmäßige Entwicklung und Kontrolle

des Gesundheitswesens

Gewährleistung des Rechts auf allseitige

und umfassende Förderung und Pflege

der Gesundheit, unabhängig von der

sozialen Lage, mit dem Ziel der

Ausschaltung aller schädigenden

Einflüsse bis in hohe Alter

Abnahme der staatlichen Zuwendungen und

zunehmende Übertragung der Kosten auf die

Versicherten

keine umfassende Planung des Gesundheitsschutzes

und ungenügend Kontrolle der durchgeführten

Maßnahmen

sozial und von den Interessen der Unternehmer

abhängig gesundheitliche Betreuung mit dem Ziel, die

Arbeitskraft maximal auszunutzen

235


Zwischen dem betrieblichen Gesundheits- und Arbeitsschutz und dem Reproduktionsprozess bestehen vielfältige Beziehungen.

Die sozialistischen Prinzipien des Gesundheits- und Arbeitsschutzes bilden die theoretische Grundlage für die praktische Arbeit

auf diesem Gebiet:

Das Prinzip der Einheit des Gesundheits- und Arbeitsschutzes mi der Forschung und Entwicklung, der Konstruktion und

Entwicklung, der Konstruktion und Projektierung, der Planung und Organisation der sozialistischen Produktion

Das Prinzip der Vermeidbarkeit der Krankheiten und Unfälle auf der Grundlage wissenschaftlich begründeter

Krankheits- und Unfallgefahrenermittlung

Forderungen und Ziele des Gesundheits- und Arbeitsschutzes können nur durch die aktive Mitarbeit aller Werktätigen voll

verwirklicht werden!

Sozialistische Arbeitswissenschaften

Betrieblicher Gesundheits- und Arbeitsschutz und seine Beziehungen zum Reproduktionsprozess

Das Prinzip der zwangsläufig sicheren und gefahrlosen Technik und Technologie, der arbeitshygienischen und

arbeitserleichternden Optimalgestaltung der Arbeitsbedingungen

Das Prinzip der Erziehung zur bewussten Disziplin im Gesundheits- und Arbeitsschutz und zur gesunden Lebensweise

Das Prinzip der differenzierten politisch-rechtlichen Verantwortung der Staats- und Wirtschaftsfunktionäre und der

Werktätigen ohne Leistungsfunktion im Gesundheits- und Arbeitsschutz

Das Prinzip der politisch-moralischen Verantwortung aller Werktätigen und ihrer aktiven Mitgestaltung im Gesundheitsund

Arbeitsschutz

236


13.2. Rechtliche Grundlagen des Gesundheits- und Arbeitsschutzes

Zu den Grundrechten der Bürger, die in der Verfassung der DDR enthalten sind, zählen auch der Schutz der Gesundheit und der

Arbeitskraft (Artikel 35).

Die sich daraus ergebenden grundsätzlichen Rechte und Pflichten sind im Gesetzbuch der Arbeit (GBA) enthalte. Die

Arbeitsschutzverordnung (ASVO) regelt die Aufgaben der für den Gesundheits- und Arbeitsschutz verantwortlichen Leiter und

für staatliche und gewerkschaftliche Kontrollorgane.

Sie wird durch Arbeitsschutzanordnungen (ASAO) ergänzt. Dies enthalten nur Mindestforderungen. Deshalb erden in bestimmten

Fällen durch den Betriebsleiter zusätzlichen Arbeitsschutzinstruktionen und betriebliche Anweisungen herausgegeben.

DDR-, Fachbereichs-, Kombinats- und Werkstandards besitzen ebenfalls Gesetzescharakter. Besonderen Schutz genießt in der

DDR die Arbeitskraft der Jugendlichen. die entsprechenden gesetzlichen Bestimmungen sind u. a. enthalten

im Gesetzbuch der Arbeit, §§138 bis 140

in der ASAO 5 (GBI. I Nr. 44 vom 27. 9. 1973)

Bei Arbeiten, wie Heben, Tragen und Bewegen von Lasten sind die folgenden maximal zulässigen aufzubringenden Kräfte zu

beachten:

Bei Einzelleistung

15kp für männliche Jugendliche bis zu 16 Jahren

25kp für männliche Jugendliche bis zu 18 Jahren

bei wiederholten Leistungen

5kp für Jugendliche bis zu 16 Jahren

12kp für Jugendliche bis zu 18 Jahren

Alle Arbeitsplätze, auf denen Lehrlinge arbeiten sollen, sind durch die zuständige Arbeitsschutzinspektion genehmigen zu lassen.

Für die Durchführung der Unter-Tage-Ausbildung und eine Reihe anderer Tätigkeiten im Rahmen der Berufsausbildung ist die

Zustimmung des Ministeriums für Gesundheitswesen erforderlich.

237


13.3. Organe des Gesundheits- und Arbeitsschutzes sowie des Brandschutzes

Die Kontrolle der Einhaltung der Festlegungen des Gesundheits- und Arbeitsschutzes sowie des Brandschutzes wird ausgeübt

durch:

staatliche und

gewerkschaftliche Kontrollorgane

sowie

betriebliche Organe.

Staatliche Kontrollorgane

Oberste Bergbehörde der DDR

mit Bergbehörden in Borna, Erfurt, Halle, Karl-Marx-Stadt, Senftenberg und Staßfurt

Zuständigkeit: Überwachung der Bergbaubetriebe und der Betriebe des Industriezweiges Steine und Erden hinsichtlich

technischer Sicherheit, Sicherheitstechnik und spezieller Fragen der Durchführung der Produktion

Technische Überwachung mit einer Zentralinspektion und einer Reihe von Inspektionen

Zuständigkeit: Zulassungs- und überwachungspflichtige Anlagen in allen Industriezweigen

Ministerium für Gesundheitswesen (in ihm vor allem Hauptinspektion für Gesundheitsschutz in den Betrieben)

Zuständigkeit: Fragen der Arbeitshygiene, der Arbeitsmedizin und des Betriebsgesundheitswesens

Ministerium des Inneren

(Hauptabteilung Feuerwehr)

Zuständigkeit: Leitung des Brandschutzwesens in der DDR

Gewerkschaftliche Kontrollorgane

Abteilung Arbeitsschutz beim Bundesvorstand des FDGB

Arbeitsschutzinspektionen bei der Bezirksvorständen des FDGB sowie bei den Zentralvorständen der IG Bergbau und

der IS Wismut

Kommission für Gesundheits- und Arbeitsschutz der BGL

Arbeitsschutzobleute in den Gewerkschaftsgruppen

Aufgaben der Arbeitsschutzinspektionen:

‣ vorwiegende, helfende, erzieherische Kontrolltätigkeit

‣ Kontrolle der Einbeziehung des Gesundheits- und Arbeitsschutzes in alle Planteile

‣ Ermittlung der Ursachen von Arbeitsunfällen und Berufskrankheiten

‣ Einschätzung des Standes des Gesundheits- und Arbeitsschutzes in den Betrieben

Betriebliche Organe

Sicherheitsinspektionen bzw. Abteilungen Gesundheit- und Arbeitsschutz

13.4. Verhüten von Arbeitsunfällen und Berufskrankheiten

Die marxistisch-leninistische Erkenntnistheorie lehrt, dass die Ursachen von Krankheiten und Unfällen erkennbar und demzufolge

Krankheiten und Unfälle vermeidbar sind.

Beim Schutz vor Arbeitsunfällen und Berufskrankheiten werden unterschieden:

Entwicklung und Einsatz technisch-technologischer Maßnahmen

persönliche Anforderungen an den Menschen (Charakter, Fähigkeiten, Leistungsfähigkeit und –wille,

Konzentrationsvermögen

Arbeitsunfall:

plötzliches, von außen einwirkendes, schädigendes Ereignis, das mit der Betriebstätigkeit im ursächlichen

Zusammenhang steht und eine Körperschädigung oder Tod eines Werktätigen zur Folge hat.

Arbeitsmittel müssen so projektiert, konstruiert und hergestellt werden und neue Arbeitsverfahren (Technologien) so entwickelt

werden, dass sie gefährdungs- und erschwernisfrei sind (siehe ABAO 3/1).

Berufskrankheit:

Krankheit, die besonders regelmäßig unter den Angehörigen einer bestimmten Berufsgruppe auftritt und durch berufsbedingte

Einflüsse hervorgerufen wird (in der Liste der Berufskrankheiten erfasst).

238


Tabelle 13.2. Möglichkeiten zum Vermeiden von Gefährdungen

Sind diese Forderungen technisch bzw. ökonomisch noch nicht zu realisieren, werden die Arbeitsmittel mit sicherheitstechnischen

Mitteln versehen (möglichst konstruktiv mit den Arbeitsmitteln verbinden).

Sicherheitstechnische Mittel

‣ unbedingt wirkende

‣ bedingt wirkende

Wo es noch nicht gelungen ist, die Arbeitsmittel bzw. –verfahren gefährdungsfrei zu gestalten bzw. mit kollektiv wirkenden

sicherheitstechnischen Mitteln zu versehen, werden Köperschutzmittel angewandt.

Körperschutzmittel

Arbeitsschutzbekleidung

Schutzhelm

Schutzhandschuhe

Knieleder

u.a.

239


Arbeitsschutzmittel

Schutzbrille

Sicherheitsgurt

CO-Selbstretter

Gehörschutzmittel

u.a.

Alle Werktätigen müssen sich bei ihrer Arbeit arbeitsschutzgerecht verhalten, um Gefährdungen und gesundheitliche

Schädigungen zu vermeiden. Dazu sind Überzeugung und innere Bereitschaft erforderlich!

Forderung an jeden Werktätigen: Arbeitsschutzgerechtes Verhalten und Benutzen von Körperschutzmitteln!

Schutzgüte:

Gesamtheit der Güteeigenschaften von Arbeitsmitteln und –verfahren, die zur vollen Erfüllung der Anforderungen des

Gesundheits- und Arbeitsschutzes und des Brandschutzes erforderlich sind.

Gefahrlose Technik und Technologie – wirksamste Formen zur Verhinderung von Arbeitsunfällen und Berufskrankheiten.

13.5. Verhalten bei Arbeitsunfällen

Jeder Arbeitsunfall ist sofort dem nächst erreichbaren leitenden Mitarbeiter (bzw. Dispatcher) mitzuteilen.

Bei Arbeitsunfähigkeit von mehr als 3 Tagen (meldepflichtiger Unfall) ist die zuständige Arbeitsschutzinspektion durch den

Betriebsleiter zu verständigen (Unfallmeldung).

Arbeitsunfälle werden vom Leiter des entsprechenden Bereiches unter Beteiligung eines Arbeitsschutzobmannes untersucht.

Schwere und tödliche Unfälle werden unter Beteiligung von Vertretern staatlicher und gewerkschaftlicher Kontrollorgane und

betrieblicher Organe untersucht und erörtert.

An der Unfallstelle darf bis zum Beginn der Untersuchung nichts verändert werden (außer Bergung Verletzter und evtl.

Hilfeleistung).

Bei der Ersten-Hilfe-Leistung ist umsichtig und konzentriert vorzugehen. Schlussfolgerungen für das Verhindern gleicher und

ähnlicher Vorfälle können nur dann gezogen werden, wenn die Ursachen eines Unfalls eindeutig ermittelt wurden.

Ursachenkomplex

Arbeitsunfall

Untersuchung des Arbeisunfalls

Erkenntnisse

Schlussfolgerungen für gleiche und ähnliche Ursachenkomplexe

13.6. Arbeitshygiene

Die Arbeitshygiene beschäftigt sich mit anhaltenden oder wiederkehrenden Einflüssen im Arbeitsmilieu, die sich schädlich auf die

menschliche Gesundheit auswirken können (Staub, mechanische Schwingungen, Gase, Dämpfe, Strahlung, Klima , Licht, Farbe)

13.6.1. Staubbekämpfung

Für den Menschen ist silikogener Staub von Bedeutung, weil er zu einer Silikoseerkrankung führen kann. Die Silikose entsteht

durch Einatmung und Ablagerung SiO 2 -haltiger Schwebestäube.

Einfluss auf die Entwicklung einer Silikose haben:

‣ Staubkonzentration

‣ Korngröße

‣ Art des Staubes

‣ Einwirkungsdauer

‣ persönliche Bereitschaft des Körpers für Erkrankungen

240


Staub: Teilchen fester Stoffe von 1 bis 500 Größe

Besondere gefährliche Stäube: SiO2-haltige mit einem Durchmesser von 5

Wichtige Verfahren zur Messung der

Staubkonzentration sind

Konimetrie (nichttoxische Stäube)

Gravimetrie (toxische und nichttoxische Stäube)

Schematische Darstellung des Konimeters

1 Verschluss; 2 Dichtfläche; 3 Staubfleck; 4 Objektscheibe; 5 Dichtungsring; 6 Kolben; 7 Kolbenstange

Staubflecke des Konimeters mit Netzmikrometerabbildung

241


Staubgefährdungsstufen

Tabelle 13.3. Maximal zulässige Konzentrationen nichttoxischer Stäube an Arbeitsplätzen (MAK)

Staubgruppe

SiO 2 -Gehalt

im Schwebestaub

in %

I 50 100

IIa 20…50 250

IIb 5…20 500

III 5 800

MAK-Wert

in T cm -3

Schematische Darstellung des Gravimeters

Erkenntnisse konimetrischer Messung werden in Tcm -3 (Staubteilchen je cm 3 ) und Ergebnisse gravimetrischer Messungen in

mgm -3 (Milligramm Staub je m 3 ) angegeben.

Staubbekämpfung nach den neuesten Erkenntnissen von Wissenschaft und Technik ist das wirksamste Mittel, die Silikose zu

verhindern.

242


Wichtige gesetzliche Grundlagen der

Staubbekämpfung

ABAO3/1

ASAO 622/2

TGL 22310

TGL 22311

Staubtechnisch günstige Wettergeschwindigkeit:

Von großer Wichtigkeit für die Staubbekämpfung ist eine zweckmäßige Wetterführung.

Beachtet werden sollte:

Staubbekämpfungsgeräte und -einrichtungen ständig benutzen, pflegen und warten

an besonders gefährdeten Arbeitsplätzen Staubschutzmaske tragen

Arbeitsbekleidung so oft wie möglich wechseln

möglichst durch die Nase atmen

durch vitamin- und kalorienreiche Kost sowie ausreichender Schlaf Abwehrbereitschaft des Körpers erhöhen

Alkohol- und Nikotingenuss einschränken

Festlegungen des Staubbekämpfungsdienstes und des Betriebsarztes einhalten

regelmäßig zur Röntgenreihenuntersuchung gehen

Schwebestaubkonzentration in Abhängigkeit

vom spezifischen Sprengstoffverbrauch und

Abschlaglänge

243


Tabelle 13.4. Staubbekämpfung bei verschiedenen Arbeitsgängen

Arbeitsgang

Bohren

Sprengen

Wegfüllen des

Haufwerks

Fördern

Staubbekämpfungsmaßnahmen

Abspritzen der Stöße und Firsten vor Arbeitsaufnahme,

Nassbohren, rechtzeitiger Bohrkopfwechsel, lange Abschläge,

drehendes Bohren

Abspritzen der Stöße und Firste vor dem Zünden,

Flüssigkeitsbesatz, Luft-Wasser-Sprührohre, Einsteckdüsen

für Lutten, ANO-Sprengstoff, Vermeiden von

Auflegersprengungen

Abspritzen der Stöße und Firste vor Arbeitsaufnahme,

Durchfeuchten des Haufwerks, Schwenkberieselung,

Schrapperbahnberieselung, Rollensprühanlage

Förderwagenwaschanlagen, Abwaschen der Firste und Stöße

der Hauptgrubenbaue, Feuchthalten (Salze, Laugensprühen)

der Sohlen der Hauptgrubenbaue, Niederschlagzonen zur

Wetterzwischenreinigung, Rollenberieselung (Sprühdüsen an

Rollenverschlüssen und Kreiselwippern)

Schwebestaubkonzentration in Abhängigkeit

von Bohrlochlänge und Spülwasserverbrauch

Regen- und Nebelzone bei blasender Streckenbewetterung

Prinzip der Staubbekämpfung an Streckenvortriebsmaschinen

244


13.6.2. Lärm-und Schwingungsabwehr

Physische und psychische Verfassung sowie subjektive Einstellungen des Menschen sind entscheidend dafür, ob ein Geräusch als

Lärm empfunden wird.

Schädlich sind jedoch nicht nur Geräusche, die als störend empfunden werden.

Lärm:

Jede Art von Geräusch oder Schall, die eine gewollte Schallaufnahme oder die Stille stört, auch Schall, der zu

Belästigungen oder Gesundheitsstörungen führt.

Hörbereiche des Menschen:

0dB (AI) (Wahrnehmungsschwelle)

bis 130 dB (AI) (Schmerzschwelle)

Wahrnehmbarer Frequenzbereich:

AI-bewerteter Schalldruckpegel:

Messgröße, die den Augenblickswert der Schallintensität und die Ohreigenschaften berücksichtigt. Sein Wert in dB (AI) stimmt

näherungsweise mit der Lautstärke in Phon überein. Beim AI-bewerteten Schalldruckpegel wird der Gesamtschalldruckpegel

entsprechend der Ohrempfindlichkeit des Menschen bewertet (A-Frequenzgang des Ohres; I-mechanisches Verhalten des Ohres)

Aus dem zeitlichen Verlauf des Schalldruckpegels ergibt sich der äquivalente Dauerschallpegel.

Dessen Höhe bestimmt den grad psychologischer bzw. physiologischer Veränderungen infolge Lärmeinwirkungen.

Berufsbedingte Lärmschwerhörigkeit

(Berufskrankheit) kann nach mehrjähriger Lärmbelastung bei äquivalenten Dauerschallpegeln von mehr als 90 dB (AI) auftreten.

Jede Zunahme (Abnahme) des Schalldruckpegels um 10 dB (AI) entspricht einer Verdoppelung (Halbierung) der Lautheit.

Die Lärmmessung erfolgt mit Schalldruckpegelmessern.

KondensatorVorverstärkerFrequenzbewerterVerstärkerGleichrichterAnzeige

Tabelle 13.5 Typische Geräusche bzw. Geräuschquellen, ihre Schalldruckpegel und relative Lautheit

Geräusch bzw.

Geräuschquelle

Schalldruckpegel

L

in dB (AI)

Umgangssprache 65 0,18

„Trabant“-Innengeräusch 75 0,35

Bezugswert 90 1

Relative

Lautheit C

Schrapper 90…100 1 …2

Kratzförderer 90…100 1 …2

Elektrische Säulendrehbohrmaschine,

Drehbohrwagen, Sprenlochbohrwagen

90…95 1 …1,41

Großlochbohrwagen 105…110 2,83…4

Tiefschaufellader 100…105 2 …2,83

Luttenventilator ungedämpft 95…105 1,41…2,83

Luttenventilator gedämpft 85…95 0,71…1,41

Wurfschaufellader 110…115 2 …5,66

Abbauhammer 105…110 2,83…4

Schlagbohrmaschine 115…120 5,66…8

in einem Tanzlokal der 70er Jahre 100…115 2 …5,66

245


Möglichkeiten der Lärmbekämpfung:

Beseitigung der Schallquellen

Verhindern bzw. Einschränken der Schallausbreitung

individueller Gehörschutz

Tabelle 13.6. Senkung des Schalldruckpegels durch individuellen Gehörschutz

Gehörschutzmittel

Gehörschutzwatte 10…15

Hermetos-Gehörschutzkappen 25…30

Senkung des

Schalldruckpegels

in dB (AI)

Zum Einschränken der Schallausbreitung an Bergbaumaschinen (z. B. an Bohrmaschinen und Lademaschinen) werden

Schalldämpfer angebracht. Diese wirken sich heute nur noch unwesentlich auf die Leistung der Maschine aus.

Die Einhaltung der Lärmgrenzwerte durch technische Maßnahmen bereitet im Bergbau zum Teil noch erhebliche

Schwierigkeiten. Des halb ist an einigen Arbeitsorten die Anwendung von individuellen Gehörschutzmitteln notwendig.

Tabelle 13.7. Kategorien der Vibrationsbelastung und ihre wesentlichen Merkmale

Belastungkategorie

Vibrationseinteilung

über

Wesentliche

Frequenzbereiche

in Hz

Beispiele belasteter Werktätiger

Teilkörpervibration Hand-Arm-System 3…3000

Arbeiter an druckluftbetriebenen Maschinen

(Abbauhämmer, Bohrmaschinen) Straßenbau-,

Sägewerkarbeiter

Ganzkörpervibration Gesäß und/oder Füße 1…90

Kraftfahrer, Bunkerladerfahrer, Fahrer von

Großgeräten

Vibrationen sind mechanische Schwingungen beliebiger spektraler Zusammensetzung und beliebigen zeitlichen Verlaufs.

Die Vibrationsbelastung ist vor allem abhängig von der

Schwingungsbeschleunigung und deren spektraler Verteilung

Schwingungsrichtung

Qualität des Kontaktes Mensch-Vibrationserreger

Gesamtwirkungsdauer je Schicht

In einigen Betrieben sind an gleislosen Fahrzeugen sogenannte „Stoßdämpfer“ angebracht, bei denen beim Überschreiten des

eingestellten Grenzwertes (Einstellung in Abhängigkeit von Geschwindigkeit und Fahrbahnverhältnissen) eine rote Lampe

aufleuchtet. Die Zeit des Aufleuchtens wird registriert.

246


Tabelle 13.8. Möglichkeiten zum Vermeiden bzw. Verhindern von Vibrationsbelastungen

Belastungsart

Teilkörperbelastung

Ganzkörperbelastung

Schutzmaßnahmen

Bohrwagen, Bohrsäulen

vibrationsgedämpfte Bohrmaschinengriffe

drehendes Bohren

maschinelle Gewinnung

nichtmechanische Gewinnungsverfahren

glatte Fahrbahnen

schwingungsisolierende Fahrersitze

Fernsteuerung

Das Vermeiden der Berufskrankheit „Preßluftwerkzeugschäden“ ist Ziel der ASAO 624/1, ASAO 5 und der TGL 22312.

Besonderen Schutz genießen Jugendliche bis zu 21 Jahren.

13.6.3. Strahlenschutz

Die Strahlenbelastung des Bergmannes ist abhängig von Konzentration und Menge natürlicher radioaktiver Stoffe im Gebirge und

von den angewandten Strahlenschutzmaßnahmen. Letztere reichen aus, um in jedem Bergwerk Bedingungen zu schaffen, die das

Unterschreiten der gesetzlich vorgeschriebenen oberen Grenzwerte der Strahlenbelastung garantieren.

Der Schutz vor einer unzulässigen Belastung durch Einatmen radonhaltiger Luft kann erfolgen durch

Verhindern des Austritts von Radon aus dem Gebirge

schnelles Abführen ausgetretenen Gase

ständige Radonüberwachung einschließlich daraus abgeleiteter operativer Maßnahmen

zweckmäßige Bewetterung

(Bewetterungsart, -umfang)

13.6.4. Beleuchtung und Farbgebung

Ausreichende, zweckmäßige Beleuchtung ist bedeutungsvoll für das Leistungsvermögen, das Vermeiden von Arbeitsunfällen und

die Erhaltung der Sehkraft. Arten der Beleuchtung in Produktionsstätten:

Allgemeinbeleuchtung

arbeitsplatzorientierte Beleuchtung

Arbeitsplatzbeleuchtung

Die Beleuchtungsstärke wird mit dem Luxmeter gemessen.

Ungenügende bzw. ungünstige Beleuchtung erfordert erhöhte Aufmerksamkeit und führt zur Übermüdung (Senkung der

Arbeitsproduktivität, Verminderung der Qualität. Erhöhung der Unfallgefahr). Von ähnlicher Bedeutung wie die Beleuchtung die

Farbgebung.

Tabelle 13.9. Farbwirkungen

Farbe Distanzwirkung Temperaturwirkung

Psychische

Wirkung

(Stimmung)

blau Entfernung kalt beruhigend

grün Entfernung sehr kalt sehr beruhigend

rot Nähe warm

orange sehr nahe sehr warm anregend

gelb Nähe sehr warm anregend

braun

sehr nahe,

einengend

neutral

violett sehr nahe kalt

sehr aufreizend und

beunruhigend

anregend

aggressiv,

beunruhigend,

entmutigend

247


Einheit der Beleuchtungsstärke: Lux (lx)

Leistung und Ermüdung in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke

Fehlerzahl in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke

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Übersicht der verwendeten Formelzeichen und Symbole

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Quellenhinweise

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