Wissensspeicher Bergbautechnologie (1974) - WordPress.com
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<strong>Wissensspeicher</strong> <strong>Bergbautechnologie</strong><br />
Von Dipl.-Ing. Horst Roschlau und Dipl.-Ing. Wolfram Heintze Mit 341 Bildern und 96 Tabellen<br />
VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig<br />
„Als berufsbildende Literatur für verbindlich erklärt“<br />
Stellvertreter des Generaldirektors der SDAG Wismut Karl-Marx-Stadt 15. 4. <strong>1974</strong><br />
Herausgeber:<br />
SDAG Wismut, Karl-Marx-Stadt<br />
Bei der Begutachtung des <strong>Wissensspeicher</strong>s wirkten mit: Berging. Josef Gsik, VEB Mansfeld Kombinat Wilhelm Pieck<br />
Oberlehrer Hans-Joachim Haberkorn, SDAG Wismut Dipl.-Ing. Günter Kohlweyer, VEB Kombinat Kali Dipl.-Ing. Bernhard<br />
Konietzky, SDAG Wismut Berging. Herbert Schmidt, VEB Kombinat Kali Bering. Rolf Taubert, SDAG Wismut<br />
1. Auflage<br />
©VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig VLN 152-915/1/75<br />
LSV 3152/3162<br />
Printed in the German Democratic Republic<br />
Satz und Druck: Fachbuchdruck Naumburg (Saale) IV-26-14 Bestell-Nr.: 541 000 3<br />
Links<br />
Grube Brunndöbra<br />
Logos Bergbau<br />
Arbeitsmittel unter Tage<br />
Videos Grube Brunndöbra<br />
Animationen Bergbau<br />
1
Vorwort<br />
Bei der Erfüllung der vom VIII. Parteitag der Sozialistischen Einheitspartei Deutschlands gestellten Hauptaufgabe leisten die<br />
Bergleute der Deutschen Demokratischen Republik einen wichtigen Beitrag.<br />
In den Bergwerken unserer Republik wird mit moderner Technik und nach neuen Technologien produziert.<br />
Die enge Zusammenarbeit in der sozialistischen Staatengemeinschaft auf allen Gebieten ist ein Garant für deren<br />
Weiterentwicklung.<br />
Die Meisterung der modernen Technik und Technologie bedingt ständig steigende Anforderungen an das Wissen<br />
und Können und an das sozialistische Bewusstsein aller Bergleute. Im Ausbildungsberuf<br />
» Facharbeiter für <strong>Bergbautechnologie</strong>»<br />
werden dem Lernenden die neuesten politischen und fachlichen Kenntnisse vermittelt, die der Bergmann zur Ausübung seiner<br />
verantwortungsvollen, interessanten Arbeit benötigt.<br />
Der vorliegende <strong>Wissensspeicher</strong> „<strong>Bergbautechnologie</strong>“ dient der weiteren Vervollständigung der speziellen berufsbildenden<br />
Literatur für diesen Beruf, zu der bisher die Literaturreihe<br />
» <strong>Bergbautechnologie</strong> «, das Lehrbuch<br />
»Geologisches Grundwissen « und eine Reihe von Arbeitsblättern gehören.<br />
Er enthält den für den »Facharbeiter für <strong>Bergbautechnologie</strong>« erforderlichen Wissensstoff in zusammengefasster<br />
Form. Eine Vielzahl von Bildern und Tabellen erhöht die Anschaulichkeit.<br />
Der <strong>Wissensspeicher</strong> <strong>Bergbautechnologie</strong> Ist nicht nur ein Nachschlagewerk für den in der Ausbildung befindlichen Lehrling,<br />
sondern er Ist gleichermaßen ein wertvolles Handbuch für die Weiterbildung der Facharbeiter und Meister.<br />
Das Lehrbuch wurde in enger Gemeinschaftsarbeit zwischen der SDAG Wismut, des VEB Mansfeld-Kombinat »Wilhelm<br />
Pieck« und des VEB Kombinat Kali in relativ kurzer Zeit erarbeitet Diesem Kollektiv sowie dem VEB Deutscher Verlag für<br />
Grundstoffindustrie danken wir für die termingerechte Fertigstellung in guter Qualität.<br />
Lernenden und Lehrenden wünschen wir bei der Arbeit mit dem <strong>Wissensspeicher</strong><br />
»<strong>Bergbautechnologie</strong>« recht viel Erfolg.<br />
Raabe<br />
Stellvertreter des Generaldirektors der SDAG Wismut<br />
Bringmann<br />
Direktor für Kader und Bildung<br />
des VEB Mansfeld-Kombinat „W. Pieck“<br />
Rosenbaum<br />
Direktor für Kader und Bildung<br />
des VEB Kombinat Kali<br />
2
Inhaltsverzeichnis<br />
<strong>Wissensspeicher</strong> <strong>Bergbautechnologie</strong> ................................................................................................................................................. 1<br />
Links ................................................................................................................................................................................................... 1<br />
Vorwort ............................................................................................................................................................................................... 2<br />
Inhaltsverzeichnis ............................................................................................................................................................................... 3<br />
1. Auf-und Untersuchen von Lagerstätten ...................................................................................................................................... 6<br />
1.1. Einführende-Begriffserläuterungen – Übersicht ................................................................................................................ 6<br />
1.2. Grundlagen ........................................................................................................................................................................ 6<br />
1.2.1. Anzeichen für Lagerstätten ........................................................................................................................................... 6<br />
1.2.2. Aufschlüsse ................................................................................................................................................................... 7<br />
1.2.3 Geologische Kartierung .............................................................................................................................................. 10<br />
1.2.4. Bemusterung ............................................................................................................................................................... 11<br />
1.2.5. Untersuchungsmethoden ............................................................................................................................................. 12<br />
1.3. Erkundungsprozess .......................................................................................................................................................... 16<br />
1.3.1. Geologische Suche und Erkundung ............................................................................................................................ 16<br />
1.3.2. Grubengeologie ........................................................................................................................................................... 17<br />
1.4. Auswertung ..................................................................................................................................................................... 17<br />
2. Gewinnung ................................................................................................................................................................................ 18<br />
2.1. Gewinnung mit dem Abbauhammer ................................................................................................................................ 19<br />
2.2. Bohr und Sprengarbeit ..................................................................................................................................................... 19<br />
2.2.1. Bohrverfahren ............................................................................................................................................................. 19<br />
2.2.2. Bohrgeräte ................................................................................................................................................................... 22<br />
2.2.3. Bohrwagen ...................................................................................................................................................................... 33<br />
2.2.4. Maschinelle Hilfseinrichtungen ....................................................................................................................................... 38<br />
2.2.5. Sprengarbeiten ................................................................................................................................................................ 41<br />
2.3 Maschinelle Gewinnung ................................................................................................................................................... 59<br />
2.3.1. Maschinelle Gewinnung im Abbau ................................................................................................................................. 59<br />
2.3.2. Maschinelle Gewinnung im Horizontalvortrieb ........................................................................................................... 59<br />
2.3.3. Maschinelle Gewinnung in vertikalen und geneigten Grubenbauen ............................................................................ 62<br />
2.4 Sonstige Gewinnungsverfahren ........................................................................................................................................ 65<br />
2.4.1. Lösen von Salzen ............................................................................................................................................................. 65<br />
2.4.2. Laugung von Erzen ......................................................................................................................................................... 65<br />
3 Grundlagen der Gebirgsmechanik ............................................................................................................................................. 66<br />
3.1. Grundbegriffe und Aufgaben der Gebirgsmechanik .............................................................................................................. 66<br />
3.2 Spannungszustände im Gebirge....................................................................................................................................... 67<br />
3.2.1. Primärer Spannungszustand ............................................................................................................................................ 67<br />
3.2.2. Sekundärer Spannungszustand ........................................................................................................................................ 69<br />
3.3 Geomechanische Materialeigenschaften ....................................................................................................................... 71<br />
3.4 Praktische Bedeutung der Gebirgsmechanik für den Bergbau ........................................................................................ 74<br />
3.5 Arbeitsmethoden der Gebirgsmechanik .......................................................................................................................... 75<br />
4. Grubenausbau ........................................................................................................................................................................... 78<br />
4.1. Aufgaben, allgemeine Definitionen und Einteilungen ...................................................................................................... 78<br />
4.2. Ausbaustoffe .................................................................................................................................................................... 81<br />
4.3. Stützausbau ...................................................................................................................................................................... 85<br />
4.4. Ankerausbau .................................................................................................................................................................... 90<br />
3
4.5. Spritzbetonausbau ........................................................................................................................................................... 94<br />
4.6. Schachtausbau ................................................................................................................................................................. 96<br />
5. Grubenbewetterung ................................................................................................................................................................... 99<br />
5.1 Begriffsbestimmungen – allgemeine Grundlagen ........................................................................................................... 99<br />
5.1.1. Aufgaben der Grubenbewetterung................................................................................................................................... 99<br />
5.1.2. Wetterbedarf .................................................................................................................................................................... 99<br />
5.1.3. Einige physikalische Eigenschaften der Wetter ............................................................................................................. 100<br />
5.2. Durchführung der Grubenbewetterung .......................................................................................................................... 103<br />
5.2.1. Grubenlüfter .................................................................................................................................................................. 104<br />
5.2.2. Bewetterungssysteme .................................................................................................................................................... 108<br />
5.2.3. Wetterströme und ihre Berechnung .............................................................................................................................. 109<br />
5.2.4. Überwachung der Wetterführung .............................................................................................................................. 115<br />
5.2.5. Grubenklima ............................................................................................................................................................. 121<br />
5.2.6. Verteilung der Wetter ................................................................................................................................................ 124<br />
5.2.7. Sonderbewetterung........................................................................................................................................................ 126<br />
5.3. Selbstretter ..................................................................................................................................................................... 127<br />
6. Grubenrettungswesen .............................................................................................................................................................. 128<br />
6.1. Organisation .................................................................................................................................................................. 128<br />
6.2. Anforderungen an Grubenwehrmitglieder ..................................................................................................................... 128<br />
6.3. Ausrüstungen ................................................................................................................................................................. 129<br />
7. Verhüten und Bekämpfen von Grubenbränden ....................................................................................................................... 131<br />
7.1. Arten von Grubenbränden ............................................................................................................................................. 131<br />
7.2. Vorbeugender Brandschutz ........................................................................................................................................... 131<br />
7.3. Verhalten bei Grubenbränden ........................................................................................................................................ 134<br />
7.4. Brandbekämpfung ......................................................................................................................................................... 134<br />
8. Bergmännische Wasserwirtschaft ........................................................................................................................................... 135<br />
8.1. Aufgaben und Bedeutung .............................................................................................................................................. 135<br />
8.2. Herkunft von Grubenwässer .......................................................................................................................................... 136<br />
8.3. Maßnahmen zum Verhüten hydraulischer Gefahren ..................................................................................................... 137<br />
8.4. Wasserhaltungsanlagen ................................................................................................................................................. 139<br />
8.4.1. Theoretische Grundlagen .......................................................................................................................................... 139<br />
Sonderpumpen ........................................................................................................................................................................ 144<br />
Rohrleitungen, Absperrorgane ................................................................................................................................................ 145<br />
9. Laden und Fördern .................................................................................................................................................................. 146<br />
9.1. Allgemeines über Ladearbeiten ..................................................................................................................................... 146<br />
9.2. Lademaschinen .............................................................................................................................................................. 146<br />
9.2.1. Grundlegende Bauelemente .......................................................................................................................................... 146<br />
9.2.2. Aufbau, Arbeitsweise, Vorteile und Kenndaten ausgewählter Lademaschinen ........................................................ 149<br />
9.3. Kennziffern zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Lademaschinen .................................................................... 157<br />
9.4. Organisationsformen bei den Ladearbeiten – Einsatzbereiche von Lademaschinen ..................................................... 158<br />
9.5. Allgemeines über Förderarbeiten .................................................................................................................................. 163<br />
9.6. Maschinen und Einrichtungen der Förderung ............................................................................................................... 165<br />
9.6.1 Stetigförderer ............................................................................................................................................................ 165<br />
9.6.2. Pendelförderer ........................................................................................................................................................... 169<br />
9.7. Förderleistungen ............................................................................................................................................................ 191<br />
10. Aus- und Vorrichtung ........................................................................................................................................................ 192<br />
4
10.1. Ausrichtung von der Tagesoberfläche ........................................................................................................................... 192<br />
10.2. Aus- und Vorrichtung in der Sohlenebene .................................................................................................................... 200<br />
10.3. Aus- und Vorrichtung zwischen den Sohlen ................................................................................................................. 202<br />
11. Abbau ................................................................................................................................................................................. 205<br />
11.1. Auswahl eines Abbausystems ....................................................................................................................................... 205<br />
11.2. Einige Grundbegriffe ..................................................................................................................................................... 206<br />
11.3. Abbauverfahren ............................................................................................................................................................. 207<br />
11.4. Technologien der untertägigen Laugung ....................................................................................................................... 218<br />
11.5. Technologien des Lösens .............................................................................................................................................. 219<br />
11.6. Versatz ........................................................................................................................................................................... 221<br />
12. Aufbereitung ...................................................................................................................................................................... 223<br />
12.1. Bedeutung der Aufbereitung und Kennzeichnung des Aufbereitungserfolgs................................................................ 223<br />
12.2. Verfahrensgruppen ........................................................................................................................................................ 224<br />
12.2.1. Zerkleinern............................................................................................................................................................ 225<br />
12.2.2. Klassieren ............................................................................................................................................................. 228<br />
12.2.3. Anreichern ............................................................................................................................................................ 230<br />
12.2.4. Ergänzende Verfahren .......................................................................................................................................... 234<br />
13. Gesundheits- und Arbeitsschutz ........................................................................................................................................ 235<br />
13.1. Gesundheits- und Arbeitsschutz-humanitäres Grundanliegen des sozialistischen Staates ............................................ 235<br />
13.2. Rechtliche Grundlagen des Gesundheits- und Arbeitsschutzes ..................................................................................... 237<br />
13.3. Organe des Gesundheits- und Arbeitsschutzes sowie des Brandschutzes ..................................................................... 238<br />
13.4. Verhüten von Arbeitsunfällen und Berufskrankheiten .................................................................................................. 238<br />
13.5. Verhalten bei Arbeitsunfällen ........................................................................................................................................ 240<br />
13.6. Arbeitshygiene............................................................................................................................................................... 240<br />
13.6.1. Staubbekämpfung ................................................................................................................................................. 240<br />
13.6.2. Lärm-und Schwingungsabwehr ............................................................................................................................ 245<br />
13.6.3. Strahlenschutz ............................................................................................................................................................. 247<br />
13.6.4. Beleuchtung und Farbgebung ..................................................................................................................................... 247<br />
Übersicht der verwendeten Formelzeichen und Symbole ............................................................................................................... 249<br />
Quellenhinweise .............................................................................................................................................................................. 253<br />
5
1. Auf-und Untersuchen von Lagerstätten<br />
1.1. Einführende-Begriffserläuterungen – Übersicht<br />
Zielstellung aller Arbeiten im Rahmen des Auf-und Untersuchens von Lagerstätten: Rohstoffvorräte aufzufinden, damit sie für die<br />
Volkswirtschaft planmäßig und rationell genutzt werden können.<br />
Diese grundsätzliche Zielstellung zu erfüllen, erfordert eine enge Zusammenarbeit verschiedener Spezialisten, so z. B. Geologen,<br />
Geophysiker, Bergleute, Bohrtechniker u. a.. Gegenstand der Auf-und Untersuchungsarbeiten ist der Erkundungsprozess, dieser<br />
muss durch eine richtige Anwendung und den Einsatz der Grundlagen sowie der Auswertung der Ergebnisse gesichert sein.<br />
1.2. Grundlagen<br />
1.2.1. Anzeichen für Lagerstätten<br />
In allen Etappen der Suche, Erkundung und Nutzung sind Kenntnisse über die Grundlagen anzuwenden, um eine Prüfung und<br />
Kontrolle der geologischen Körper vorzunehmen. Lagerstätten und Mineralvorkommen sind natürliche Mineralkonzentrationen in<br />
der Erdrinde, die sich an bestimmten Stellen bilden können und hinsichtlich ihrer Form, ihrer Lage und ihres Inhaltes starken<br />
Schwankungen unterworfen sind.<br />
Faktoren, welche<br />
die Bildungsmöglichkeiten von Mineralkonzentrationen an einer bestimmten Stelle anzeigen und<br />
die Mineralkonzentrationen selbst anzeigen.<br />
6
Indikatoren<br />
1.2.2. Aufschlüsse<br />
Einteilung der geologischen Aufschlüsse:<br />
Bergmännische Aufschlüsse<br />
Die bergmännischen Aufschlüsse sind kostenaufwendig und oft mit erheblichem technischem Aufwand verbunden,<br />
besonders bei größeren Teufen.<br />
Vorteile:<br />
‣ geschaffene Hohlräume können befahren werden<br />
‣ ausreichend Probenmaterial<br />
‣ genauere Lokalisierung<br />
‣ beliebige Fortsetzung der Aufschluss arbeiten je nach Erfordernissen<br />
Während Schürfgräben, Schürfschächte und Schürfstolln als bergmännische Aufschlussarbeiten meist bei geringer Bedeckung<br />
und geeignetem Relief vorwiegend zur Suche und Erkundung angewendet werden, haben Aus- und Vorrichtungsgrubenbaue<br />
und Abbaue vor allem zur geologischen Informationsgewinnung während der Aufschlussarbeiten und der Gewinnung von<br />
Bodenschätzen Bedeutung. Durch systematisch betriebene bergmännische Aufschlussarbeiten werden vor allem untersucht:<br />
7
Aus- und Vorrichtungsbaue sowie Abbaue in Art und Form entsprechend den spezifischen Lagerstättenbedingungen<br />
‣ Art und Mächtigkeit des Deckgebirges<br />
‣ Ausdehnung und Mächtigkeit der Lagerstätte, ihr Einfallen und Streichen, ihre Lage im Gebirge und ihre Teufe<br />
‣ Verteilung der nutzbaren Komponenten<br />
‣ technische Störungen<br />
‣ hydrogeologische Verhältnisse in der Lagerstätte und im Nebengestein<br />
Aufschluss durch Bohrungen<br />
Bohrungen sind bei der Suche und Erkundung geologischer Körper von besonderer Bedeutung, insbesondere wenn diese durch<br />
ein mächtiges Deckgebirge überlagert werden.<br />
Bohrungen werden sowohl von über Tage aus als auch von unter Tage aus angesetzt. Sie ermöglichen unmittelbare<br />
geophysikalische Messungen am Gestein (Bohrlochgeophysik) und gestatten eine genaue Kartierung der durchteuften Schichten.<br />
Seiger- und Schrägbohrung<br />
Netzförmiges Abbohren einer Lagerstätte<br />
An Hand der Ergebnisse geologischer Voruntersuchungen werden Ansatzpunkt und Netzdichte der Bohrungen ermittelt. Die<br />
Ergebnisse der Seigerbohrungen können durch Schrägbohrungen ergänzt werden.<br />
Eine Bohrlochablenkung ist eine beabsichtigte Abweichung des Bohrloches von seiner bisherigen Richtung. Sie wird durch das<br />
Setzen von Keilen bewirkt.<br />
Fächerbohrung durch mehrmaliges Ablenken eines Bohrlochs<br />
8
Damit kann aus einem Bohrloch heraus ein Fächer gebohrt und somit ein geologischer Körper an mehreren Stellen untersucht<br />
werden.<br />
Die Auswahl geeigneter Bohrverfahren wird von vielen technischen, geologischen und ökonomischen Faktoren beeinflusst.<br />
Das Rotary-Bohrverfahren unter Anwendung einer Spülungszirkulation gehört zu den verbreitetsten Bohrverfahren bei<br />
geologischen Aufschlussarbeiten.<br />
Je nach Bewegungsablauf einer im Bohrloch zirkulierenden Bohrspülung (meist Wasser oder Tonsuspensionen) wird zwischen<br />
Normalspülung (Linksspülung) und der Umkehrspülung (Rechtsspülung) unterschieden.<br />
Bei Normalspülung wird die Spülflüssigkeit in das hohle Gestänge gepumpt und nach dem Austritt am Bohrwerkzeug, beladen<br />
mit dem erbohrten Gesteinsteilchen, im Ringraum zwischen Bohrgestänge und Bohrlochwandung gefördert.<br />
Bohrverfahren<br />
9
Prinzipielle Darstellung<br />
der Normalspülung<br />
der Umkehrspülung im Bohrloch<br />
Die wichtigsten Aufgaben der zirkulierenden Bohrspülung:<br />
‣ Bohrgutaustrag und Fixierung bei Stillstand des Bohrwerkzeugs<br />
‣ Kühlung des Bohrwerkzeugs<br />
‣ Stützung der Bohrlochwandung<br />
‣ Erzielung eines Flüssigkeitsdruckes als Lagerstättengegendruck (bei Erdöl- und Erdgasbohrungen)<br />
Durch den Einsatz eines flexiblen Bohrgestänges (einem Bohrschlauch) und eines dazu geeigneten Bohrlochsohlenmotors<br />
(Turbinenbohren) zeichnen sich beim herkömmlichen Bohren neue Entwicklungen ab.<br />
Moderne und bewährte Bohrverfahren werden noch wesentlich Leistungssteigerungen erfahren, unkonventionelle Arbeitsweisen<br />
bei der Zerstörung der Gesteine (z. B. Erosionsbohren) stehen erst am Anfang ihrer Entwicklung.<br />
1.2.3 Geologische Kartierung<br />
Die geologische Kartierung beinhaltet die Erfassung und Auswertung aller geologischen Informationen, die durch die<br />
Aufschlussarbeiten gesammelt werden. Grundlage des geologischen Kartenwerkes bilden die geologischen Messtischblätter mit<br />
den dazugehörigen Erläuterungen in Berichtsform.<br />
10
Prinzip einer Bohranlage mit flexiblem Bohrgestänge (Bohrschlauch)<br />
Erfasst werden vor allem:<br />
‣ Verbreitung stratigraphischer Horizonte<br />
‣ Verlauf wichtiger tektonischer Linien<br />
‣ Verbreitung von petrographischen bzw. fazialen Einzelheiten<br />
1.2.4. Bemusterung<br />
Durch die Bemusterung werden die Zusammensetzung und die Eigenschaften eines mineralischen Rohstoffes untersucht und<br />
die Abgrenzung von Rohstofforten ermöglicht. Sie stellt eine notwendige Ergänzung der geologischen Kartierung dar.<br />
Die Bemusterung umfasst die Arbeitsgänge<br />
‣ Probennahme<br />
‣ Probenvorbereitung<br />
‣ Probenuntersuchung<br />
‣ Kontrolle<br />
Moderne Verfahren der Bemusterung ermöglichen die Bestimmung einzelner Parameter direkt am anstehenden Gestein unter<br />
Wegfall der Arbeitsgänge Probennahme und Probenvorbereitung. Diese Verfahren werden im Gegensatz zu den Laborverfahren<br />
als Feldverfahren bezeichnet.<br />
11
Bemusterung fester mineralischer Rohstoffe<br />
1.2.5. Untersuchungsmethoden<br />
Es werden geologische, geochemische und geophysikalische Methoden unterschieden. Art und Form des zu untersuchenden<br />
geologischen Körpers als Gesamtheit sowie die Erkundungsetappe entscheiden über die Anwendung einer Methode oder über<br />
deren sinnvolle Kombination. Dur die Untersuchungs- bzw. Erkundungsmethoden sind neben Art und Form vor allem Größe und<br />
Lage, Zusammensetzung, Alter und Genese (Entstehung) einer Mineralkonzentration zu bestimmen.<br />
Während die geochemische und geophysikalischen Methoden vorwiegend qualitative Aussagen bringen, kann man über<br />
geologische Methoden zu quantifizierten Aussagen kommen.<br />
Geologische Methoden sind direkte Verfahrene. Sie untersuchen mit Mitteln der Bemusterung und Kartierung die<br />
<strong>Bergbautechnologie</strong>.<br />
Einflussfaktoren auf die Größe des Messeffektes geophysikalischer Methoden<br />
12
Gesetzmäßigkeiten, die zur Bildung von Mineralkonzentrationen führen.<br />
Mit geochemischen Methoden werden die Gesetzmäßigkeiten untersucht, nach denen die chemischen Elemente in der Erde<br />
verteilt sind. Die Auswertung der Untersuchungsergebnisse lässt Schlüsse auf das Vorhandensein von Lagerstätten zu.<br />
Geophysikalische Methoden nutzen unterschiedliche physikalische Eigenschaften der Gesteine wie<br />
‣ Dichte<br />
‣ elektrische Leitfähigkeit<br />
‣ Schallgeschwindigkeit<br />
‣ Magnetisierbarkeit<br />
‣ Wärmeleitfähigkeit u. a.<br />
Jeder geologische Körper wird von einem physikalischen Feld umgeben, das umso intensiver ist, je deutlicher sich<br />
Prinzip der Gravimetrie<br />
Messen der elektrischen Leitfähigkeit<br />
a) Eigenpotentialfeld eines Erzkörpers;<br />
b) Messung des spezifischen Bodenwiderstands<br />
13
Prinzip der magnetischen Messung<br />
a) Prinzip der magnetischen Feldwaage<br />
b) Messbeispiel<br />
Messen der Schallgeschwindigkeiten (Ausbreitung seismischer Wellen)<br />
die physikalischen Eigenschaften des geologischen Körpers von denen seiner Umgebung abzeichnen. Das physikalische Feld ist<br />
messbar, aus den Messergebnissen kann auf den geologischen Körper geschlossen werden. Die Größe des Messwertes<br />
(Feldstörung oder Anomalie) wird außerdem von der Mächtigkeit und der Masse des geologischen Körpers und vom Abstand<br />
der Einlagerung zum Punkt der Messung bestimmt.<br />
In Abhängigkeit davon, welches physikalische Feld man untersuchen will, bedient man sich verschiedener Methoden:<br />
‣ der Gravimetrie (Dichtmessung)<br />
‣ der Elektrik (Messen der elektrischen Leitfähigkeit)<br />
‣ der Seismik (Messen der Schallgeschwindigkeit)<br />
‣ der Thermometrie (Messen der Wärmeleitfähigkeit)<br />
‣ der Radiometrie (Messen der Radioaktivität)<br />
14
Tabelle 1.1. Übersicht über physikalische Methoden<br />
Geophysikalische Bohrlochmessung<br />
Bei der geophysikalischen Bohrlochmessung werden die oben genannten Methoden zur Beprobung eines Bohrloches<br />
einzeln oder in Kombination angewendet, charakteristisch für Bohrlochmessungen sind:<br />
der spezielle Messgerätebedarf (Sonden)<br />
der Einflussbereich eines Messpunktes durch vollkommene Gesteinsummantelung<br />
der hohe apparative Aufwand (fahrbare Bohrlochmessstationen)<br />
die Ergänzung der Messausstattung für technische Messungen (Winkel- und Kalibermessung)<br />
Damit lässt sich aus einem Bohrloch eine Vielzahl von Informationen gewinnen und maschinell auswerten.<br />
Ratiometrische Bohrlochsonde<br />
Geophysikalische Bohrlochmessungen sind effektive Feldverfahren.<br />
15
1.3. Erkundungsprozess<br />
Der Erkundungsprozess besteht aus<br />
‣ Suche und Erkundung von Lagerstätten<br />
‣ Grubengeologie<br />
Ziel der Suche und Erkundung: in kurzer Zeit mit möglichst geringem Aufwand ein Maximum an nutzbaren Vorräten<br />
nachzuweisen<br />
Ziel der Grubengeologie: geologische Grundlagen für eine rationelle Lagerstättennutzung zu schaffen.<br />
Tabelle 1. 2. Erkundungsetappen, -objekte und –aufgaben<br />
1.3.1. Geologische Suche und Erkundung<br />
Erkundungsablauf<br />
Erkundungssystematik<br />
Der Erkundungsablauf legt die Arbeitsschritte vom Ausgangspunkt der Erkundung bis zur eingehenden Erkundung fest.<br />
Die Einhaltung einer bestimmten Erkundungssystematik ist notwendig, um die in jeder Etappe gestellten Aufgaben eindeutig und<br />
mit geringstem Aufwand zu lösen und die folgerichtige Ergänzung der Arbeiten in den anschließenden Erkundungsetappen zu<br />
sichern. Die geologische Informationsgewinnung trägt betont statistischen Charakter, da die Summe der Einzelinformationen aus<br />
den Aufschlüssen eine Stichprobe darstellt, aus der auf die Eigenschaften der gesamten Lagerstätten geschlossen wird.<br />
Wichtige Festlegungen der Erkundungssystematik in Abhängigkeit von geologischen Gesetzmäßigkeiten und den Anforderungen<br />
an die Erkundung sind:<br />
‣ Art und Anzahl der Aufschlüsse<br />
‣ räumliche Verteilung der Aufschlusspunkte<br />
16
Die Festlegung der einzusetzenden Untersuchungsmethoden erfolgt nach:<br />
‣ den zu untersuchenden geologischen Parametern und der Art der Lagerstätte<br />
‣ den Genauigkeitsanforderungen entsprechend der Aufgabenstellung.<br />
1.3.2. Grubengeologie<br />
Art und Anzahl, räumliche Verteilung der Aufschlüsse sowie<br />
<br />
Auswahl der Untersuchungsmethoden sind Festlegungen der Erkundungssystematik<br />
Die Lagerstättenerkundung findet in den betriebsgeologischen Arbeiten ihre logische Fortsetzung. Ziele dabei sind:<br />
‣ Planung und Steuerung des Lagerstättenaufschlusses sowie des Abbaues<br />
‣ Planung und Sicherung der vorgesehenen Produktion sowohl mengen- als auch qualitätsmäßig<br />
‣ Verbesserung der Arbeitsbedingungen und Erhöhung der Grubensicherheit Gewährleistung des Lagerstättenschutzes<br />
Dazu ist es notwendig,<br />
‣ die bergmännisch geschaffenen Aufschlüsse geologisch zu kontrollieren und zu dokumentieren<br />
‣ das geologische Grubenrisswerk zu ergänzen<br />
‣ durch operative geologische Arbeiten die bergmännischen Arbeiten direkt zu beeinflussen<br />
‣ die Steuerung und die Kontrolle der Gewinnung der Lagerstätte durch Qualitäts- und Quantitätsparameter zu<br />
bestimmen.<br />
1.4. Auswertung<br />
Klassifikation der Lagerstättenvorräte fester mineralischer Rohstoffe der DDR<br />
Berechnung und Klassifikation der Vorräte<br />
Die Vorratsrechnung hat die Aufgabe, die erkundeten Rohstoffsorten mengenmäßig zu erfassen und qualitätsmäßig zu<br />
charakterisieren sowie die abbau- und verarbeitungstechnische Eignung nachzuweisen.<br />
Entsprechend des Grades der bergmännischen Aufschlussratsklassifizierungen prognostische und nachgewiesene Vorräte des<br />
Lagerstätteninhaltes charakterisiert. Dabei sind vorgegebene Einteilungskriterien für die Erfassung in Vorratsgruppen und<br />
Vorratsklassen verbindlich.<br />
Die Vorratsgruppen (Bilanz- und Außerbilanzvorräte) werden nach dem Untersuchungsgrad in Vorratsklassen (A, B, C1, C2, a, b,<br />
c1, c2) gegliedert, wobei die Vorratsklasse A den höchsten, die Vorratsklasse C2 den niedrigsten Untersuchungsgrad aufweist.<br />
Bilanzvorräte: nachgewiesene Vorräte, die den Anforderungen an einen ökonomischen Abbau genügen. Sie sind Gegenstad des<br />
Abbaus.<br />
Außerbilanzvorräte: nachgewiesene Vorräte, die nicht den Anforderungen eines ökonomischen Abbaues genügen. Sie sind<br />
Gegenstand der Forschungsarbeiten.<br />
Konditionen sind geologische Größen, die aus ökonomischen Kennziffern des Bergbau- und Aufbereitungsprozesses abgeleitet<br />
werden. Sie charakterisieren die Mindestanforderungen zur Einteilung in die Kategorien der Vorratsgruppen.<br />
17
Gruppen von Konditionen:<br />
‣ Mindestanforderungen an die Qualität des Lagerstättendurchschnitts (durchschnittlicher Metallgehalt, K2O-Gehalt<br />
u. a.)<br />
‣ Mindestanforderungen an die Qualität der bilanzwürdigen Rohstoffe (minimaler<br />
Metallgehalt, Mindestmächtigkeit u. a.)<br />
‣ Mindestforderungen an die Vorratsmenge<br />
maximal zulässige Grenze für schädliche Beimengungen<br />
Bewertung einer Lagerstätte<br />
Die Bewertung einer Lagerstätte wird von lagerstättenspezifischen Faktoren und durch äußere Einflussgrößen bestimmt, mit<br />
Ausnahme der geologischen Faktoren sind diese zeitlichen Veränderungen unterworfen.<br />
Tabelle 1. 3. Bewertungsfaktoren einer Lagerstätte<br />
Produktionsplanung<br />
Durch Optimierung der Bewertungsfaktoren entsprechend der Zielfunktion werden Vorrats- und Nutzungskonfigurationen<br />
ermittelt, wie z. B. günstige Nutzungsstrategie, Betriebsgröße, Dimensionierung der Hauptparameter. Diese Kenngrößen werden<br />
in Bewertungsformeln zur langfristigen Bergbauplanung herangezogen. Aus ihnen werden Einzelheiten für kurzfristige Pläne<br />
unter Beachtung der geologischen Parameter des unmittelbaren Abbaubereiches abgeleitet.<br />
Außerdem sind noch operative geologische Arbeiten zur Realisierung der im Plan gestellten Ziele erforderlich.<br />
2. Gewinnung<br />
Herauslösen von anstehendem Gestein bzw. von Wertstoffen aus dem Gebirgsverband durch technische Mittel<br />
Gewinnungsarten:<br />
Gewinnung mit dem Abbauhammer<br />
Gewinnung durch Bohr- und Sprengarbeit<br />
maschinelle Gewinnung (teil- bzw. vollmaschinell)<br />
sonstige Verfahren<br />
Einflussfaktoren auf die Gewinnung<br />
18
Gewinnbarkeit<br />
Charakteristik des Gesteins- bzw. Gebirgs-Verhaltens unter den Bedingungen der Gewinnung. Die Gewinnbarkeit des Gesteins<br />
bestimmt die Art der Gewinnung, z. B. durch<br />
- Bohren - Schälen<br />
- Sprengen - Laugen<br />
- Schrämen -Lösen<br />
- Hobeln<br />
2.1. Gewinnung mit dem Abbauhammer<br />
Der Abbauhammer ist im Erzbergbau bei einer Reihe von Nebenarbeiten und bei der Gewinnung (vereinzelt) in Anwendung.<br />
Arbeitsweise:<br />
Der Kolben wird mit großer Wucht gegen das Spitzeisen geschleudert. Rückprall und Rückhub bewirken, dass der Kolben in die<br />
Ausgangsstellung bewegt wird. Die Umsteuerung der Druckluft erfolgt unter Ausnutzung von Druckdifferenzen.<br />
Zur Verbesserung der arbeitshygienischen Bedingungen dienen<br />
ein mit Federn versehener Griff zur Verringerung der Vibrationseinwirkungen<br />
die teilweise eingebaute Sprühvorrichtung zum Niederschalgen des Staubes<br />
Graphische Darstellung:<br />
1 Spitzeisen; 2 Haltekappen; 3 Einsteckende des Spitzeisens; 4 Haltefeder; 5 Kolbenschaft; 6 Schlagkolben;<br />
7 Gehäuse; 8 Steuerung; 9 Handgriff mit Kipphebel; 10 Drucklufteinlaß; 11 Luftaustritt<br />
2.2. Bohr und Sprengarbeit<br />
Die Bohr- und Sprengarbeiten sind gegenwärtig sowohl im Erz- als auch im Kalibergbau vorherrschend.<br />
Ziel: Mit relativ geringem Bohrmeteraufwand und optimalem Sprengmitteleinsatz zu hohem volkswirtschaftlichen Nutzen.<br />
2.2.1. Bohrverfahren<br />
Die Bohrverfahren werden nach der Art des vorwiegenden Einwirkens des Bohrwerkzeugs auf das Gestein unterschieden.<br />
Bohrbarkeit: Charakteristik des Gesteinsverhaltens unter den Bedingungen des Bohrens<br />
Bohrgeschwindigkeit: In der Zeiteinheit während des eigentlichen Bohrvorgangs hergestellte Bohrlochlänge<br />
Welches Verfahren im jeweiligen Fall angewendet wird, ist von der Bohrbarkeit des Gesteins abhängig. Diese wird beeinflusst<br />
von:<br />
‣ Härte und Festigkeit des Gesteins<br />
‣ Abrasivität des Gesteins<br />
‣ Klüftigkeit des Gebirges<br />
19
Die Bohrgeschwindigkeit ist von folgenden Faktoren abhängig:<br />
‣ Bohrbarkeit des Gesteins<br />
‣ Leistung der Bohrmaschine<br />
‣ Bohrlochdurchmesser und –länge<br />
‣ Form und Werkstoff der Bohrkopfschneide<br />
‣ Umfangsgeschwindigkeit des Bohrkopfes (drehendes bzw. drehschlagendes Bohren)<br />
‣ Andruck der Bohrkopfschneide (abhängig von der Vorschubkraft FA und der Berührungsfläche<br />
zwischen Bohrkopfschneide und Bohrlochsohle ABS)<br />
‣ Druckluftdruck<br />
‣ Spülwasserdruck<br />
Andruck:<br />
Bohrgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der<br />
(nach Hahn);<br />
Spanntiefe in Abhängigkeit vom Andruck Bohrkopfschneidendurchmesser<br />
20
Tabelle 2.1. Bohrverfahren<br />
21
2.2.2. Bohrgeräte<br />
2.2.2.1. Drehbohrmaschinen<br />
Handbohrmaschinen kommen nur noch in relativ weichen Gesteinen geringer Abrasivität zur Anwendung. Drehbohrmaschinen<br />
mit Spannsäulen sind teilweise im Erzbergbau und in ständig geringer werdendem Maße im Kalibergbau eingesetzt.<br />
Säulendrehbohrmaschine<br />
1 Kupplungshebel; 2 Handgriff; 3 Verschlussdeckel;<br />
4 Schaltknopf; 5 Bohrkopf<br />
Drehbohrmaschine mit Spannsäule<br />
1 Spannsäule; 2 Tragarm; 3 Motor; 4 Bohrkopfspindel;<br />
5 Bohrspindel; 6 Spindelgetriebe; 7 Vorschubgetriebe;<br />
8 Schalthebel; 9 Spindelschutzrohr; 10 Energiezuführung<br />
Wirkungsweise<br />
Vorschub:<br />
Vom Motorritzel wird das Drehmoment über die Vorlegeräder a, b, c, d, e, f über ein Mitnehmerrohr auf die Bohrspindel<br />
übertragen. Mit gleicher Drehzahl wird über die Vorschubwelle das Räderpaar g, h und damit die Spindelmutter angetrieben. Aus<br />
den unterschiedlichen Drehzahlen von Bohrspindel und Vorschubmutter ergibt sich der Vorschub.<br />
22
Rücklauf:<br />
Bei Betätigung der Reibkupplung werden die Vorschubwelle und die Räderfolge bis zur Spindelmutter durch Kupplung mit dem<br />
Gehäuse stillgesetzt. Dadurch läuft die Spindel mit relativ großer Geschwindigkeit zurück.<br />
Wirkprinzip einer elektromechanischen Säulendrehmaschine 1 Spindelmutter; 2 Vorschubwelle; 3 Mitnehmerrohr;<br />
4 Vorschubspindel; 5 Reibkupplung<br />
Spannsäulen dienen<br />
zur Aufnahme des Gewichts und zur Führung der Bohrmaschine<br />
zur Aufnahme des erzeugten Drehmoments<br />
als Widerlager für die Vorschubkraft (bis etwa 800kp)<br />
In Zunehmendem Maße werden Bohrwagen als Bohrgeräteträger eingesetzt. (Vorschubkräfte bis 6000kp).<br />
Bohrgeschwindikeit beim drehenden Bohren:<br />
n Sch<br />
s<br />
n<br />
Anzahl der Schneidenflügel<br />
Spanntiefe<br />
Drehzahl des Bohrers<br />
Umfanggeschwindigkeit des Bohrkopfes:<br />
d B Durchmesser des Bohrkopfes<br />
Tabelle 2.2. Technische Daten von Drehbohrmaschinen<br />
23
Tabelle 2.3. Optimale Schnittgeschwindigkeiten beim drehenden Bohren<br />
2.2.2.2. Schlagbohrmaschinen<br />
Schlagbohrmaschinen sind die am häufigsten verwendeten Maschinen zum Herstellen von Sprenglöchern in mittelharten bis sehr<br />
harten Gesteinen<br />
Arbeitsweise (s. Schnittdarstellung)<br />
Schematisierte Darstellung des schlagenden Bohrens (Gr-Griff)<br />
Bohrstützengeführte Schlagbohrmaschine<br />
Die Druckluft wird mit Hilfe einer Steuereinrichtung abwechselnd auf die beiden Kolbenseiten geleitet und der Kolben in<br />
schneller Folge hin- und her bewegt. Entweder durch die Kolbenbewegung oder durch eine gesonderte Drehvorrichtung (vor<br />
allem bei einigen Lafettenbohr-maschinen) wird bewirkt, dass die Bohrkopfschneide bei jedem Einzelschlag auf einer anderen<br />
Stelle der Bohrlochsohle auftrifft.<br />
24
Die Steuervorrichtung ist entweder als<br />
Plattensteuerung<br />
Kippplattensteuerung<br />
Rohrschiebersteuerung<br />
Kugelsteuerung ausgebildet.<br />
Kinetische Energie des Einzelschlags:<br />
m K<br />
v E<br />
A w<br />
p w<br />
K<br />
n z<br />
ɳ ges<br />
Masse des Kolbens<br />
theoretische Endgeschwindigkeit des Kolbens<br />
wirksame Kolbenfläche<br />
wirksamer Druckluftdruck<br />
Kolbenhub<br />
Schlagzahl<br />
Gesamtwirkungsgrad<br />
Leistung beim schlagenden Bohren:<br />
P W kin n z ɳ ges<br />
kW Nm s -1 –<br />
Der Einsatz von Schlagbohrmaschinen erfordert Maßnahmen der Lärmbekämpfung. Durch Geräuschdämpfer wird eine Senkung<br />
der Lautstärke um etwa 8 dB (AI) erreicht.<br />
Der Anwendungsbereich der bohrstützengeführten Bohr maschinen wird ständig weiter eingeschränkt.<br />
Gründe:<br />
Vermeiden des direkten Kontakts des Menschen mit der Bohrmaschine (Verhindern von Vibrationsschäden)<br />
ständige Zunahme der Mechanisierung und Automatisierung.<br />
Zur Schmierung der Bohrmaschinen sind selbsttätige Leitungsöler im Einsatz (in jeder Schicht auffüllen!)<br />
Schalldruckpegel beim schlagenden Bohren: 115 bis 120 dB (AI)<br />
25
Schnitt durch die Schlagbohrmaschine<br />
1 Haltebügel; 2 Bohrerhülse; 3 Vordergehäuse; 4 Gesperre; 5 Zwischengehäuse; 6 Zylinder;<br />
7 Schallkammer; 8 Kolben; 9 Deckel mit Einlassventil; 10 Griff; 11 Steuerung; 12 Stützgabel;<br />
13 Sperrklinke; 14 Sperrklinkenfeder; 15 Sperrklinkenbolzen<br />
Tabelle 2.4. Technische Daten von Schlagbohrmaschinen<br />
Lafetten geführte Schlagbohrmaschine<br />
26
Spülungsarten<br />
Zum Abführen des Bohrkleins wird Nassspülung (Wasser, teilweise mit benetzungsfördernden Zusatzmitteln) verwendet.<br />
Optimaler Spüldruck: etwa 4 at (Überdruck)<br />
Das Zuführen des Wassers in das Hohlgestänge erfolgt mittels Spülkopf oder bei der Zentralspülung durch Spülröhrchen.<br />
Bohrstützen und Bohrsäulen<br />
Beim Bohren horizontaler, geneigter und ansteigender Bohrlöcher gehört zur bohrstützengeführten Bohrmaschine eine Bohrstütze.<br />
Je kleiner der Stützwinkel α, umso größer ist die erzielbare Vorschubkraft FA.<br />
Bohrstütze<br />
1 Einsteckbolzen;<br />
2 Druckluftanschluß;<br />
3 Ventithebel;<br />
4 Rastenventil ;<br />
5 Teleskopzylinder;<br />
6 Traggriff;<br />
7 Fußstützen<br />
Stützenregelventil mit<br />
Umsteuer -und Entlüftungsschieber<br />
Kräfte im System Bohrmaschine – Bohrstütze<br />
F G Gewicht (Bohrstütze 1,<br />
Bohrmaschine 2, Bohrstange 3);<br />
F A - Vorschubkraft;<br />
F S - Ausschubkraft der Bohrstütze,<br />
α- Stützwinkel<br />
27
Vorteile beim Einsatz von Bohrgeräteträgern:<br />
‣ Verhindern von Vibrationseinwirkungen auf den Menschen<br />
‣ Vermeiden von Verletzungen beim Anbohren und Umsetzen, bei Gestängebrüchen, durch Steinfall aus der Ortsbrust<br />
‣ profilgerechtes Bohren<br />
‣ exaktes Einhalten der Bohrrichtung, Vorgabe und Bohrlochlänge<br />
‣ Abbohren der Bohrlöcher in einem Zuge<br />
‣ gleichmäßiger, optimaler Andruck<br />
‣ maschinelles Ziehen der Bohrstangen<br />
Teleskopbohrmaschine<br />
1 Hutmutter; 2 Spannschrauben; 3 Bohrmaschine mit Zentralspülung, 4 Druckknopf für die Entlüftung der Stütze; 5 Drehgriff für<br />
die Andruckregelung; 6 Anlasshebel für Vorschub, Spülung und Bohrmaschine; 7 Teleskopbohrstütze<br />
28
2.2.2.3. Drehschlagbohrmaschinen<br />
Die Hauptteile einer Drehschlagbohrmaschine haben folgende Funktionen:<br />
Der Bohrmotor versetzt die Bohrstange in Drehung<br />
das Schlaggerät bewirkt die Schlagenergie<br />
der Vorschubmotor bewegt die Drehschlagbohrmaschine auf der Lafette und bewirkt den Andruck (bei modernen<br />
Drehschlagbohrmaschinen hydraulischer Vorschub)<br />
Die Drehzahl ist regelbar und wird in Abhängigkeit von der Gesteinsfestigkeit eingestellt (je fester das Gestein, umso niedriger die<br />
Drehzahl.<br />
Tabelle 2.5. Kennwerte von Drehschlagbohrmaschinen<br />
29
Auffallend sind der geringe Verschleiß der Bohrstangen und Bohrköpfe sowie hohe Bohrgeschwindigkeit im Vergleich zum<br />
schlagenden Bohren:<br />
FA-v-Diagramm für Bohrmaschinen<br />
1 leichte Lafetten geführte Bohrmaschine m ≈ 34 kg); 2 mittelschwere bohrstützengeführte Bohrmaschine (m ≈ 25 kg)<br />
Schematisierte Darstellung einer Drehschlagbohrmaschine<br />
2.2.2.4.Bohrstangen und Bohrköpfe<br />
Bohrstangen<br />
Die Bohrstange (das Bohrgestänge) überträgt die Vorschubkraft und das von der Bohrmaschine abgegebene Drehmoment auf den<br />
Bohrkopf.<br />
Vollbohrstangen mit Schneckenprofil<br />
(Flügel-, Rhomben-, Schwert- oder Schwertlinsenprofil) werden im Kali- und Steinsalzbergbau in Zusammenhang mit dem<br />
drehenden Bohren (trockenes Abfördern des Bohrkleins) angewendet. In einigen Fällen sind sie auch beim drehenden bzw.<br />
schlagenden Bohren im Erzbergbau (nicht Silikose gefährliche Gesteine) zu finden.<br />
Ein besonders gutes Transportvermögen hat das Schwertprofil. Zum Bohren mit Säulendrehmaschinen werden Bohrgestänge<br />
benutzt, die aus mehreren Bohrstangen bestehen.<br />
30
Bohrstangen für drehendes Bohren<br />
a) Schwertprofilstange mit zylindrischem Einsteckende und konischer<br />
Bohrschneidenaufnahme<br />
b) Nasenzapfen und Schwertprofil-Aufsatzgestänge<br />
Bohrstangen für das schlagende und drehschlagende Bohren<br />
a) Bohrstange für Spülkopfspülung, b) Bohrstange für Zentralspülung, c) Monoblocbohrstange für Spülkopfspülung<br />
1 Schlagfläche; 2 Einsteckende; 3 Spülkopfsitz; 4 Wassereintritt; 5 Bund; 6 Bohrstangenkegel; 7 Bohrkopf; l1 Länge des<br />
Einsteckendes; l2 Länge des Spülkopfsitzes; l3 Nennlänge der Bohrstange; l4 Gesamtlänge der Bohrstange<br />
Hohlbohrstangen mit Sechskantprofil werden beim schlagenden, drehenden und drehschlagenden Bohren im Erzbergbau<br />
eingesetzt.<br />
Monoblocbohrstangen haben angeschmiedete Stahlschneiden und darin eingelötete Hartmetallplatten (Anwendung vorwiegend<br />
beim Abteufen)<br />
Bohrköpfe<br />
Auf den Stangenkonus normaler Holbohrstangen wird der Bohrkopf aufgesetzt. Der als Hartmetall eingesetzte Werkstoff ist<br />
eine Sinterlegierung aus Wolframkarbid und Kobalt (3 bis 15%). Wolframkarbid ist der Träger der Verschleißfestigkeit.<br />
Kobalt macht das Hartmetall zäh und elastisch.<br />
Die Formen der Bohrköpfe sind entsprechend des Bohrverfahrens und der verschiedenen Gesteinsarten gestaltet.<br />
Bohrköpfe rechtzeitig nachschleifen!<br />
‣ hohe Bohrgeschwindigkeit<br />
‣ Verringerung des Feinstaubanteils<br />
‣ Schonung des Bohrgezähes.<br />
a) Eigenschaften des Hartmetalls<br />
31
Einsatzbereiche des Hartmetalls<br />
Für das drehende Bohren im Kalibergbau werden z. B. Bohrköpfe mit Dachschneiden (für Anhydrit<br />
u. a.) und mit Schlitzschneiden (für die verschiedensten Salzgesteine) hergestellt. Beim schlagenden<br />
Bohren kommen zum Einsatz:<br />
Meißelbohrköpfe für homogenes Gestein<br />
Kreuzbohrköpfe für klüftiges Gestein<br />
Kugelkalottenbohrköpfe mit Stiftbesatz für hartes Gestein(selbstschärfend!)<br />
Bei der Entwicklung von Bohrköpfen für das drehende Bohren wurde die drehende und schlagende Arbeitsweise beachtet.<br />
Während die Grundform des Schlagbohrkopfes erhalten geblieben ist, ähnelt die Schneidenausbildung den Bohrköpfen für<br />
drehendes Bohren im Gestein.<br />
Bohrköpfe für das drehende Bohren<br />
1 Hartmetall; 2 Spülwasseraustritt<br />
b) Schlagbohrköpfe<br />
1 Hartmetalleinsatz; 2 Spülwasseraustritt;<br />
c) Drehschlagbohrkopf 1Hartmetalleinsatz; 2 Spülwasseraustritt<br />
32
Bohrgeräteträger Übersicht<br />
Allgemein gilt:<br />
Bei. konstanter . Vorschubkraft verringert sich mit dem Grad der Abnutzung der Bohrkopfschneide der Andruck.<br />
Deshalb nur Bohrköpfe mit qualitätsgerechtern Anschliff verwenden!<br />
2.2.3. Bohrwagen<br />
Bohrwagen. gewährleisten eine absolute Trennung des Menschen von der Bohrmaschine und gleichzeitig hohe Bohrleistungen.<br />
Dem gleichen Ziel dienen Bohrgeräteträger, die z. B. an der Firste aufgehängt sind und zum Bohren an der Lademaschine<br />
montiert werden.<br />
Teilweise besteht auch eine ständige Verbindung der Lafetten mit der Lademaschine (Bohr- Lademaschinen). Konstruktive<br />
Gestaltung der Bohrwagen und Dimensionierung der einzelnen Elemente sind vom Bohrverfahren sowie von technologischen<br />
Bedingungen abhängig. Sie werden vorwiegend als Lafettenbohrwagen gefertigt.<br />
Die wichtigsten Baugruppen sind:<br />
Antrieb (Pneuma-, elektro- oder dieselhydraulisch)<br />
Fahrwerk (gleislos oder gleisgebunden)<br />
Bohreinrichtung<br />
Bedienstand<br />
Die Bohreinheiten sind unabhängig voneinander verstellbar, dadurch wird eine gute Anpassung an Unebenheiten der Ortsbrust<br />
ermöglicht.<br />
Die Steuerung aller Funktionen des Bohrwagens durch Druckknöpfe oder Steuerhebel erfordert nur geringe physische Leistungen<br />
des Bedienenden.<br />
Bohrwagen müssen dem Leistungsstand der Lademaschinen, der Fördermittel sowie der sonstigen Arbeiten entsprechen, weil nur<br />
dann hohe Gesamtleistungen in Vortrieb und Abbau erreicht werden können.<br />
Selbstfahrende Bohrwagen ermöglichen einen optimalen Einsatz auf mehreren Betriebspunkten.<br />
33
Einschätzung der Bohrwagenarbeit<br />
Die Gesamtbohrarbeit T ges setzt sich aus der Zeit für Vorbereitungs- und Abschlussarbeiten T 1 , der reinen Bohrzeit je Abschlag T 2<br />
der Zeit für Hilfsoperationen T 3 (Anbohren, Ziehen des Bohrers, Einrichten auf den Ansatzpunkt des nächsten Bohrlochs,<br />
Auswechseln des Bohrwerkzeugs) und Ausfallzeiten T 4 zusammen. Auf einem Bohrwagen sind meist mehrere Bormaschinen<br />
(Anzahl der Bohrmaschinen n BM , Koeffizient für den gleichzeitigen Betrieb der Maschinen k BM ) angeordnet. Für das Bohren von<br />
Freibohrlöchern werden im Kalibergbau Großlochbohrwagen eingesetzt. Zu beachten ist, dass mit dem Grosslochbohrgestänge<br />
nur parallel zur Längsachse des Bohrwagens gebohrt werden kann.<br />
Ankerbohrwagen ermöglichen das Bohren der Ankerbohrlöcher sowie das Einführen und hydraulische Setzen der Anker.<br />
Gesamtbohrzeit für einen Abschlag:<br />
Reine Bohrzeit je Abschlag:<br />
Koeffizient der Schichtauslastung eines Bohrwagens:<br />
Bohr-Lade-Maschine<br />
34
Gleisgebundene Bohrwagen (Erzbergbau)<br />
Gummibereifter Bohrwagen (Erzbergbau)<br />
35
Mögliche Bohrrichtungen mit dem gummibereiften Bohrwagen<br />
Raupenbohrwagen<br />
Sprenglochbohrwagen (Kalibergbau)<br />
1 Chassis; 2 Starrachse mit<br />
Vorderrädern; 3 Lenkachse mit<br />
Hinterrädern; 4 Pumpenaggregat; 5<br />
Schalt- und Verteilergetriebe; 6<br />
Fahrplatz; 7 Hydraulikölbehälter; 8<br />
Dieselmotor; 9 Elektroschaltschrank;<br />
10 Kraftstofftank; 11 Bohr Arm<br />
36
Mögliche Bewegungsrichtungen von Bohrarmen und -lafetten<br />
Großloch-Drehbohrlafette<br />
1 Hydraulikmotor;<br />
2 Bohrgetriebe;<br />
3 Vierkantwelle,<br />
4 Bohrkatze;<br />
5 Bohrstange; 6 hinterer Ausgleichshebel;<br />
7 Stangenkopf; 8 vorderer Ausgleichshebel; 9 Vorschubzylinder;<br />
10 Lafetten Kopf<br />
Ankerbohrwagen<br />
37
Setzen und Verschrauben der Anker<br />
Entwicklungsrichtungen der Bohrwagenproduktion<br />
Auslastungsgrad des Bohrwagens bezogen auf die Hauptarbeit<br />
( )<br />
‣ maximale Auslastung des Baukastensystems<br />
‣ große abbohrbare Flächen<br />
‣ Anwendung von Bohreinheiten mit automatischer Einhaltung der Bohrrichtung bei allen parallel verlaufenden<br />
Bohrlöcher (vorteilhaft für Schonendes Sprengen)<br />
‣ Fernsteuerung aller Funktionen des Bohrwagens (Verringerung des Arbeitsaufwands, Verbesserung der<br />
arbeitshygienischen Bedingungen)<br />
‣ selbstfahrende, gleislose Bohrwagen<br />
‣ Einsatz hochleistungsfähiger Lafetten Bohrmaschinen<br />
‣ Programmsteuerung der Bohrarbeiten (Einhaltung des Bohrschemas mit hoher Präzision)<br />
2.2.4. Maschinelle Hilfseinrichtungen<br />
Bohrgeräteträger (in Kombination mit Kabinengreifern) sichern beim Abteufen von Schächten<br />
die vollständige Trennung des Menschen von der Bohrmaschine (Fernsteuerung)<br />
eine hohe Genauigkeit der Bohrarbeiten<br />
große Vorschubkräfte<br />
große Bohrgeschwindigkeiten durch die Verwendung hochleistungsfähiger<br />
Drehschlagbohrmaschinen<br />
große Abschlaglängen ( > 4m)<br />
38
Bohrgeräteträger beim Abteufen<br />
Verschiedene Arten von mechanischen Bühnen erleichtern und beschleunigen das Auffahren von vertikalen und geneigten<br />
Überhauen. Ihr wirtschaftlicher Einsatz ist bei etwa 20 bis 30m Auffahrungslänge gegeben.<br />
Muss nach jedem Abschlag Ausbau eingebraucht werden, bewährt sich die Anwendung von mechanischen Aufbruchbühnen, die<br />
wechselseitig als Arbeitsbühne und als Sprengbühne genutzt werden können.<br />
In ausbaulosen Überhauen (in festem Gestein) werden ebenfalls Aufbruchbühnen eingesetzt. Eine im Stoß verankerte Leitschiene<br />
(Zahnstange) ermöglicht das Verfahren der Aufbruchbühne vor dem Sprengen auf die Grundstrecke.<br />
Die Anwendung des Hängekorbs setzt das vorherige Verbinden zweier Sohlen durch ein Bohrloch voraus. In diesem wird das<br />
Stahlseil zum Anhängen des Korbs verlegt. Der Hängekorb ist mit Antriebsmotor, Aufwickeltrommel für Schläuche und einem<br />
Haspel zum Aufwickeln des Drahtseils versehen.<br />
39
Mechanische Aufbruchbühne<br />
Aufbruchbühne für ausbaulose Hochbrüche<br />
40
Hängekorb<br />
2.2.5. Sprengarbeiten<br />
2.2.5.1. Grundlagen<br />
Gesetzliche Grundlagen<br />
Gesetz über den Verkehr mit Sprengmitteln (vom 30.08.1956)<br />
Anordnung Nr. 1 zum Sprengmittelgesetz (vom 11.11.1966)<br />
ASAO 611/2 (vom 29.09.1972)<br />
ABAO 120/2 (vom 05.10.1973)<br />
betriebliche Arbeitsschutzinstruktionen und –Anweisungen<br />
Tabelle 2.6. Chemische und physikalische Grundbegriffe der Sprengtechnik<br />
Begriff<br />
Sprengung<br />
Sprengstoff<br />
Handhabungssicherheit<br />
Deflagration<br />
Erläuterung<br />
Gewaltsames, plötzliches Zerteilen oder Abtrennen fester Materie durch die<br />
Wirkung von Sprengstoffen<br />
Zum Sprengen geeigneter Explosivstoff<br />
Empfindlichkeit eines Sprengstoffes gegen physikalische und<br />
chemische Einwirkungen<br />
Chemische Umsetzung von Pulversprengstoffen, Einleitung durch<br />
Flammenzündung, relativ geringe<br />
Umsetzgeschwindigkeit (
Tabelle 2.7. Kennwerte von Sprengstoffen<br />
Begriff<br />
Erläuterungen<br />
Auf Grund thermodynamischer Gesetze ermittelte Kennwerte<br />
Schwadenvolumen<br />
Spezifisches Volumen der bei der Umsetzung von Sprengstoff entstehenden Sprengschwaden in 1 kg -1<br />
(bezogen auf Normalbedingungen)<br />
Sauerstoffbilanz<br />
Masse Sauerstoff je 100g Sprengstoff, die für eine ideale Umsetzung<br />
theoretisch zuviel vorhanden ist (positive Sauerstoffbilanz), fehlt (negative Sauerstoffbilanz) oder<br />
ausreicht (ausgeglichene Sauerstoffbilanz). Angaben in %<br />
Explosionstemperatur<br />
Theoretisch ermittelte Temperatur der Sprengschwaden im Augenblick<br />
der Umsetzung (Annahme: konstantes Volumen)<br />
Explosionswärme Bei der Explosion eines Sprengstoffes frei werdende Energie in Mpm kg -1<br />
Spezifische Energie<br />
Druck in Mpm kg -1 , den die Sprengschwaden von 1 kg Sprengstoff in<br />
einem Raum von 1 l ausüben (Annahme: Normaldruck, Normaltemperatur)<br />
Energieniveau Produkt aus spezifischer Energie des Sprengstoffs und dessen Dichte. Angabe in Mpm l -1<br />
Durch Prüfverfahren ermittelte Kennwerte<br />
Relative Sprengkraft<br />
Im ballistischen Mörser ermittelter Vergleichswert zur Sprenggelatine,<br />
Angabe in %<br />
Bleiblockausbauchung<br />
Vergleichsmaß für die Arbeitsfähigkeit der Sprengschwaden. Messen der in einem Bleiblock<br />
verursachten Ausbauchung. Angabe in cm 3<br />
Detonationsgeschwindigkeit<br />
Umsetzungsgeschwindikeit eines brisanten Sprengstoffs. Sie ist von den Sprengstoffeigenschaften und<br />
den Detonationsbedingungen abhängig. Angabe in ms -1<br />
Schlagempfindlichkeit<br />
Übertragungsweite<br />
Maß für die Empfindlichkeit eines Sprengstoffs gegen Schlag oder Stoß.<br />
Angabe in kpm<br />
Vergleichsmaß für die Übertragung der Detonation von einer<br />
Sprengstoffpatrone zu einer anderen. Angabe in cm (in starkem Maß vom Einschluss abhängig!)<br />
Durch praktische Versuche ermittelte Kennwerte<br />
Sprengstoffdichte Verhältnis der Masse des Sprengstoffs zu seinem Volumen. Angabe in g cm -3<br />
Ladedichte Verhältnis der eingebachten Sprengstoffmasse zum Laderaumvolumen. Angabe in g cm -3<br />
Füllungsgrad<br />
Verhältnis des Volumens des Sprengstoffs zum Volumen des Laderaums<br />
Sprengstoffaufwand Spezifischer Sprengstoffverbrauch in eng begrenztem Gebiet. Angabe in kg m -3 bzw. kgt -1<br />
Grenzvorgabe<br />
Vergleichsmaß für das Arbeitsvermögen eines Sprengstoffes in einem<br />
bestimmten Gebirge.<br />
Vorgabe in m, die von einer bestimmten Ladungsmenge gerade noch geworfen wird, ohne dass das<br />
gelöste Gestein zertrümmert wird.<br />
42
Tabelle 2.8. Einige allgemeine sprengtechnische Begriffe<br />
Begriff<br />
Vorgabe<br />
Längenvorgabe<br />
Volumenvorgabe<br />
Laden<br />
Ladungsarten<br />
Schlagpatrone<br />
Besetzen<br />
Versager<br />
Auskocher<br />
Erläuterung<br />
Der von einer Sprengladung zu lösende Gebirgsteil<br />
Kürzeste Entfernung von einem Punkt der Ladesäule zur nächsten freien Fläche<br />
Von einer Sprengladung zu werfende Gesteinsmenge<br />
Anfertigen der Schlagpatrone, Einbringen von Sprengmitteln in Bohrlöcher oder andere Hohlräume<br />
sowie das Anbringen von Ladungen<br />
Einteilung bezüglich Lage und Verteilung des Sprengstoffs (gestreckte Ladung, geballte Ladung,<br />
Hohlraumladung, Ladung mit Zwischenbesatz)<br />
Mit einem sprenkräftigen Zündmittel versehene Sprengstoffpatrone<br />
(beim Einbringen der Schlagpatrone beachten: Sprengkapselboden in Richtung der größeren Ladung)<br />
Verdämmen der Ladung<br />
Sprengladungen, die nach dem Zünden nicht oder nur unvollständig detoniert sind (Beseitigung nur<br />
durch Sprengberechtigte!)<br />
Gezündete Sprengladung, deren Sprengstoff nicht detoniert, sondern sich langsam, unter Bildung von<br />
überwiegend toxischen Gasen, umsetzt (CO, NO 2 )<br />
Ausbläser<br />
Gezündete Sprengladung, deren hochgespannte Gase aus dem<br />
Bohrloch entweichen, ohne die Vorgabe zu werfen. Detonationsstoß ist erfolgt!<br />
Bohrlochbrücke(-brille) Bohrlochrest mit zwei Öffnungen<br />
Bohrlochspur<br />
Die nach dem Sprengen am Gestein sichtbare Spur des Bohrlochverlaufs<br />
Abschlagwirkungsgrad Verhältnis der Abschlaglänge zur Bohrlochlänge<br />
Schüttungskoeffizient<br />
Verhältnis zwischen dem Volumen des Haufwerks und dem Volumen des Gesteins im festen Verband<br />
2.2.5.2. Sprengmittel<br />
Zu den Sprengmitteln zählt man alle Verbindungen und Gemische, die sich durch Wärmeeinwirkung, Schlag, Stoß, Reibung<br />
oder ähnliche Einwirkungen unter Bildung von Gasen und Abgasen einer bedeutenden Wärmemenge ohne Zufuhr von<br />
Luftsauerstoff explosionsartig umsetzen. Sprengstoffe sind zum Sprengen geeignete Explosionsstoffe.<br />
Forderung an Bergbausprengstoffe<br />
handhabungssicher, trotzdem ausreichende Empfindlichkeit (Sensibilität)<br />
hohes Arbeitsvermögen<br />
keine giftigen Nachschwaden<br />
wirtschaftliche Anwendungsmöglichkeiten<br />
lagerbeständig<br />
43
ANO Ammonium-Nitrat +Organische Substanz<br />
Wettersprengstoffe genügen neben den genannten Forderungen außerdem bestimmten Anforderungen zum Vermeiden von<br />
Schlagwetter- und Kohlenstabexplosionen. In ständig zunehmendem Maß werden ANO-Sprengstoffe (Gemisch aus Ammonium-<br />
Nitrat und Dieselöl) angewendet. Sie bringen im Vergleich zu patronierten Sprengstoffen viele Vorteile:<br />
‣ bessere Ausnutzung des Laderaumvolumens<br />
‣ Ladearbeiten werden ausschließlich mechanisiert durchgeführt<br />
‣ relativ niedrige Sprengkosten<br />
‣ keine Kopfschmerzen durch Nitroglykolausdünstungen<br />
‣ Verringerung der Gesteinsstaubentwicklung Nachteilig<br />
ist, dass ANO-Sprengstoffe<br />
einen Detonationserreger benötigen<br />
nur bei festem Einschluss detonieren<br />
relativ wasserempfindlich sind<br />
Beim Einblasen von ANO-Sprengstoffen müssen Sicherheitsvorkehrungen gegen das Auftreten elektrischer Aufladungen<br />
berücksichtigt werden (bei relativen Luftfeuchtigkeit < 70%).<br />
Zündmittel<br />
Zum Einleiten der Explosion eines Sprengstoffs werden Zündmittel benötigt. Die Verfahren der Zündung sind:<br />
‣ Leitfeuerzündung<br />
‣ elektrische Zündung<br />
‣ Sprengschnurzündung<br />
Im Bergbau wird fast ausschließlich die elektrische Zündung angewendet. der Zündsatz bringt bei<br />
Zündschnurzündern die Zündschnur<br />
Momentzündern die Sprengkapsel<br />
Kurzzeitzündern (Halb-, Viertel- und Millisekundenzünder) den Verzögerungssatz zur Entzündung<br />
Zündschnur<br />
Aufbau eines Brückenzünders<br />
1 Zünddrähte; 2 Polträger; 3 Isolierung; 4 Glühbrücke; 5 innerer Zündsatz; 6 äußerer Zündsatz<br />
44
Tabelle 2.9. Verschiedene Arten von Sprengzündern<br />
Zünderart Zeitstufen Verzögerungszeit in ms 23<br />
MSZ (DeM) 0-----18 23<br />
19---21 30<br />
MSZ (DeR) 0-----4 40<br />
5-----10 80<br />
VSZ (DeD) 0-----12 250<br />
HSZ (DeD) 0-----12 500<br />
MSZ Millisekundenzünder<br />
VSZ Viertelsekundenzünder<br />
HSZ Halbsekundenzünder<br />
Schnitt durch einen Kurzzeitzünder<br />
1 Zündsatz;<br />
2 Isolierschlauch;<br />
3 Verzögerungssatz;<br />
4 Zünder Drähte;<br />
5 Verschluss Stopfen;<br />
6 Glühbrücke;<br />
7 Stahlhülse;<br />
8 Aufladung;<br />
Hauptladung<br />
Tabelle 2.10. Zünder der Kaliserie<br />
45
Neben den normalempfindlichen Brückenzündern A für Sprengarbeiten unter normalen Bedingungen gibt es noch Spezialzünder.<br />
Einige davon sind:<br />
Unterwasserzünder für hohe Wasserdrücke<br />
unempfindliche Brückenzünder mit hohen Schutzwerten gegen Streuströme<br />
antistatische Zünder mit erhöhter Sicherheit gegen Zündung durch elektronische Entladung Forderung:<br />
Toleranz der Brückenwiderstände<br />
≦±0,25 Ω (normalempfindliche<br />
Brückenzünder A)<br />
Sprengschnüre<br />
Sprengschnüre sind mit einem Sprengstoff hoher Detonationsgeschwindigkeit (phlegmatisiertes Nitropenta) gefüllt. Ihre<br />
Detonationsgeschwindigkeit beträgt über 6000 ms -1 .<br />
Schnitt durch eine Sprengschnur<br />
2.2.5.3. Sprengzubehör<br />
Sprengschnüre sind Hilfsmittel zur Durchführung von Sprengarbeiten. Dazu gehören<br />
‣ Zündleitung<br />
‣ Zündkreisprüfer<br />
‣ Streustrommeßgerät<br />
‣ Zündmaschinen<br />
‣ Zündmaschinenprüfgeräte<br />
‣ Zündschalter<br />
‣ Zündkästen<br />
‣ Sprengstoffladegeräte<br />
‣ Sprengkapselwürgegeräte<br />
Widerstand der Zündleitung:<br />
x Leitfähigkeit (x=bei Eisen 7,5 und bei Kupfer 56m mm -2 Ω -1 )<br />
l Länge der Zündleitung (Hin- und Rückleitung)<br />
A ZL Querschnitt der Zündleitung<br />
46
Tabelle 2.11. Einige in der DDR hergestellte Zündmaschinen<br />
Type<br />
Grenzwiderstand<br />
in Ω<br />
Spannung<br />
in V<br />
Energieinhalt<br />
in Ws<br />
Bemerkungen<br />
M 504 510 1100 4,9 –<br />
M 524 510 1100 4,9 Momentauslösung<br />
M 514 1010 1600 12,8 –<br />
2.2.5.4. Elektrische Zündung<br />
Bei der elektrischen Zündung wird Elektroenergie in Wärmeenergie umgewandelt und dadurch ein Zündsatz entflammt, der<br />
entweder unmittelbar (Momentzünder) oder über einen Verzögerungssatz (Verzögerungszünder) eine Sprengkapsel zur Detonation<br />
bringt.<br />
Vorteile gegenüber der Zündschnurzündung:<br />
sichere Zündung zum gewünschten Zeitpunkt a der Deckung<br />
Kontrollmöglichkeiten vor dem Zünden<br />
gleichzeitiges Zünden einer größeren Anzahl von Sprengladungen<br />
Verbesserung der Sprengwirkung durch gegenseitiges Einwirken der Wirkzonen der Explosion (MS-<br />
Zündung)<br />
Sprengarbeiten über Tage<br />
Sprengarbeiten in Tagesschächten<br />
Sprengarbeiten in untertägigen Arbeitsorten, wenn mit der Auswirkung atmosphärischer Entladungen zu<br />
rechnen ist<br />
relativ kurze Wartezeiten<br />
relativ geringe Gasschwadenmengen (im Vergleich zur Zündschnur- bzw.<br />
Sprengschnurzündung)<br />
Bei heraufziehenden Gewittern und während eines Gewitters ist die Vorbereitung und Durchführung der elektrischen Zündung<br />
nicht zulässig!<br />
47
Schaltungsarten<br />
Bei allen Schaltungsarten benötigt die Glühbrücke des elektrischen Zünders eine gewisse Energie zum Aufheizen, um den<br />
Zündsatz zur Entzündung zu bringen.<br />
Vom Zündstrom aufgenommene Energie:<br />
I<br />
R<br />
t<br />
Stromstärke in A<br />
Widerstand in Ω<br />
Zeit in s<br />
Gesamtwiderstand bei der Reihenschaltung:<br />
R ZL<br />
R Z<br />
n ZR<br />
Widerstand der Zündleitung<br />
Widerstand eines Zünders<br />
Anzahl der Zünder<br />
Erforderliche Stromstärke bei der Reihenschaltung:<br />
Gesamtwiderstand bei der Parallelschaltung:<br />
In der Zündleitung fließender Strom:<br />
U Z<br />
Zündspannung<br />
Erforderliche Stromstärke bei der Gruppenparallelschaltung:<br />
Gesamtwiderstand bei der Gruppenparallelschaltung:<br />
Reihenschaltung<br />
48
Die Reihenschaltung ist die einfachste Schaltungsart. Ein Draht eines beliebigen Zünders wird mit einem Draht des nächsten<br />
Zünders verbunden (usw.).<br />
Die freibleibenden Drähte de ersten und des letzten Zünders werden an die Zündleitung angeschlossen.<br />
Alle Zünder erhalten den gleichen Strom. Die erforderliche Stromstärke beträgt (normalempfindliche Zünder) unabhängig von der<br />
Zünderzahl 1,0 A. Demzufolge können in Reihe geschaltete normalempfindliche Brückenzünder mit normalen<br />
dynamoelektrischen Speicherzündmaschinen gezündet werden.<br />
Bei der Parallelschaltung ist jeder Zünder unmittelbar mit der Zündleitung verbunden. Die Zündung erfolgt mit<br />
Hochleistungskondensatorzündmaschinen bzw. aus dem Stromnetz (zugelassener Zündschalter erforderlich!).<br />
Bei Nebenschluß-(Erdschluß-)gefahr ist sie die sicherste Schaltungsart. Der Gesamtwiderstand verringert sich mit wachsender<br />
Zünderzahl, und die erforderliche Zündstromstärke erhöht sich mit der‚ Anzahl der Zünder n ZP . In jedem Fall muss noch<br />
rechnerisch überprüft werden, welcher Strom tatsächlich in der Zündleitung fließt.<br />
Forderung: IZL ≥ Ierf<br />
Bei Gruppenparallelschaltung wird die gesamte Zünderzahl in n GR gleiche Gruppen aufgeteilt. Innerhalb der Gruppen werden die<br />
Zünder in Reihe und die Gruppen parallel geschaltet. Bei gleichen Gruppenwiderständen (immer anstrebend!) werden der<br />
Gesamtwiderstand und die erforderliche Stromstärke nach vereinfachten Formeln berechnet.<br />
Auch hier gilt die Forderung:<br />
IZL ≥ I erf<br />
Zündquellen s. Parallelschaltung<br />
Parallelschaltung<br />
Gruppenparallelschaltung<br />
49
2.2.5.5. Zündschnurzündung<br />
Diese Zündungsart wird nur noch in Ausnahmefällen angewendet, z. B. dort, wo die elektrische Zündung nicht zugelassen ist.<br />
Alle Zündschnüre werden zunächst auf gleiche Längen geschnitten und an jede eine Sprengkapsel angewürgt. Nach dem Laden<br />
werden die Zündschnüre meist unterschiedlich lang geschnitten, um die Explosion der Sprengladungen in vorgesehener<br />
Reihenfolge zu gewährleisten. Einzelne Zündschnüre bzw. Zündstellen können mit dem Streichholz, mehrere werden mit dem<br />
Zündlicht gezündet.<br />
Achtung! Zündschnurzündung ist in schlagwettergefährdeten Gruben nicht gestattet!<br />
Anwendung eines Sammelzünders<br />
1 Zündschnüre; 2 Papphülse; Schwarzpulversatz<br />
2.2.5.6. Sprengschnurzündung<br />
Mit der Sprengschnurzündung kann eine beliebige Zahl von Sprengladungen gezündet werden (Zündung der Sprengschnur durch<br />
Initialimpuls)<br />
2.2.5.7. Millisekundenzündung<br />
Die Millisekundenzündung kann erreicht werden durch<br />
• MS-Zünder<br />
• Sprengschnur in Verbindung mit MS-Verzögerern Verbinden von Sprengschnüren<br />
50
Aufgaben des Bergmanns ist es, die Vorteile der MS-Zündung zu nutzen und ihre Nachteile möglichst zu vermeiden.<br />
Vorteile im Vergleich zu anderen Zündungsarten:<br />
bessere Nutzung des Arbeitsvermögens des Sprengstoffs<br />
genaueste Einhaltung der Verzögerungszeiten<br />
relativ geringe Beanspruchung des stehenbleibenden Gebirges<br />
relativ große Abschlaglängen<br />
Vermeiden des Abschlagens von Ladungen (weniger Patronen im Haufwerk und in Bohrlochresten)<br />
relativ kleinstückiges Haufwerk<br />
größere Wurfweite des Haufwerks (nur in bestimmten Fällen von Vorteil)<br />
verbesserte Schlagwettersicherheit<br />
Zusätzliche Zerkleinerung des Haufwerks durch Zusammenprallen<br />
2.2.5.8. Bohr- und Sprengschemata<br />
Um durch die Bohr- und Sprengarbeiten zu optimalen Ergebnissen in der Gewinnung zu gelangen, müssen einige Faktoren<br />
beachtet werden:<br />
Gesteins- und Gebirgseigenschaften (Bohrbarkeit, Sprengbarkeit, Stückigkeit)<br />
Auffahrungsquerschnitt<br />
Größe und Anordnung der Laderäume<br />
Arbeitsvermögen des Sprengstoffs<br />
Eigenschaften des Zündmittels<br />
Beanspruchung des stehenbleibenden Gebirges<br />
Besatz (teilweise)<br />
arbeitsorganisatorische Fragen (Anzahl der Abschläge je Schicht bzw. je Tag, Laden, Fördern, Bewettern)<br />
Bohrmeteraufwand in Abhängigkeit vom Querschnitt<br />
Unter Berücksichtigung dieser Einfluss Faktoren werden festgelegt:<br />
‣ Einbruchsart<br />
‣ Bohrchema<br />
‣ Art und Menge des Sprengstoffs<br />
‣ Art und Reihenfolge der Zündung<br />
51
Spezifischer Sprengstoffverbrauch in Abhängigkeit vom Querschnitt<br />
Einbruchsarten<br />
Der Einbruch ist der wichtigste Teil eines Bohr- und Sprengchemas. Er soll zusätzliche freie Flächen schaffen und die<br />
Verspannung des Gebirges verringern. Es werden unterschieden:<br />
konische Einbrüche<br />
zylindrische Einbrüche<br />
Bei konischen Einbrüchen ist die Abschlaglänge vom Querschnitt des Vortriebsortes abhängig. Sie sind durch schräg zur<br />
Vortriebsrichtung angeordnete Bohrlöcher gekennzeichnet. Zu ihnen gehören:<br />
‣ Kegeleinbruch<br />
‣ Keileinbruch<br />
‣ Fächereinbruch (First-, Sohl- und Stoßlöseneinbruch)<br />
Kegeleinbruch<br />
Keileinbruch (Zahlen entsprechen Zeitstufen bzw. Reihenfolge des Zünders – gilt für alle Einbrüche und Bohrschemata)<br />
52
Fächereinbruch<br />
Zylindrische Einbrüche gewinnen ständig mehr an Bedeutung, denn sie ermöglichen<br />
günstige Anwendungsmöglichkeiten für Bohrgeräteträger der verschiedensten Art<br />
große Abschlaglängen (unabhängig von Auffahrungsquerschnitt)<br />
Alle Bohrlöcher verlaufen parallel zur Vortriebsrichtung (abgesehen von den Kranzlöchern, die stets leicht nach außen gerichtet<br />
sind). Das Bohrschema braucht bei Schwankungen der Abschlaglänge in gewissen Grenzen nicht geändert zu werden.<br />
Gegenwärtig werden im Erz- und Kalibergbau folgende zylindrische Einbrüche vorwiegend angewendet:<br />
‣ Stufeneinbruch<br />
‣ Einbruch auf Freibohrloch<br />
Beim Stufeneinbruch muss stets darauf geachtet werden, dass sich die Sprengstoffladesäulen der kurzen und langen Bohrlöcher<br />
nicht überschneiden, da der den kurzen Bohrlöchern gegenüberliegende freibleibende Teil der langen Bohrlöcher diesen als<br />
Einbruchsraum dient. Mit dem Einbruch auf Freibohrloch sind sehr große Abschlaglängen erzielbar. Dabei werden um ein oder<br />
mehrere Großbohrlöcher (75 bis 500mm Durchmesser) Sprengbohrlöcher angeordnet. Je größer der Durchmesser des<br />
Freibohrloches (teilweise mehrere), umso geringer ist die Verspannung, die von den Ladungen des Einbruchs überwunden werden<br />
muss.<br />
Stufeneinbruch<br />
Einbruch auf Freibohrloch<br />
Beziehungen zwischen Durchmesser des Freibohrloches und Abschlaglänge<br />
53
Bohr und Sprengpläne im Vortrieb und im Abbau<br />
Mit dem Einsatz der verschiedensten Bohrgeräteträger und der vorwiegenden Anwendung von zylindrischen Einbrüchen setzt<br />
sich mehr und mehr eine Schematisierung der Bohr- und Sprengarbeiten durch, die eine Erhöhung der Abschlaglängen zur<br />
Folge hat.<br />
Die größtmögliche Abschlaglänge ist jedoch nicht immer die optimale!<br />
Bohrschemata werden stets vom Einbruch zu den Kranzlöchern aufgestellt. In gleicher Reihenfolge wird die<br />
Zündfolge der einzelnen Sprengladungen vorgesehen.<br />
Mit Formeln können im Untertage-Bergbau nur Näherungswerte für die erforderlichen Sprengbohrlöcher und die benötigten<br />
Sprengstoffmengen ermittelt werden.<br />
Der spezifische Sprengstoffverbrauch im Abbau ist meist niedriger als bei Vortriebsarbeiten, weil in vielen Fällen das Gestein<br />
durch gebirgsmechanische Einwirkungen eine geringere Festigkeit erlangt hat und außerdem mit zunehmendem<br />
Auffahrungsquerschnitt die Verspannung des Gebirges geringer wird. Beim Bohren der Sprenglöcher ist zu beachten:<br />
‣ Einhaltung der vorgesehenen Vorgabe, Bohrlochrichtung und- länge<br />
‣ auch das Bohrlochtiefste darf sich nicht außerhalb der geplanten Kontur befinden<br />
Anzahl der Sprenglöcher bei Vortriebsarbeiten:<br />
Erforderliche Lademenge für einen Abschlag:<br />
Kegeleinbruch in der Schachtteufe<br />
54
Sohleneinbruch (Kupferbergbau)<br />
Fächereinbruch im Überhauenvortrieb<br />
Einbruch auf Freibohrloch (Erzbergbau)<br />
55
Einbruch auf Freibohrloch (Kalibergbau)<br />
Stufeneinbruch (Erzbergbau)<br />
Firstrücken im Kalibergbau<br />
Reihenweise Anordnung der Sprenglöcher<br />
56
Bohrschema im Geradstrebbau (Kupferschieferbergbau)<br />
2.2.5.9. Schonendes Sprengen<br />
Es werden unterschieden:<br />
Abscherverfahren<br />
Abkerbverfahren (abwechselnd Spreng- und Freibohrlöcher-Anwendung in Ausnahmefällen)<br />
Vorspaltverfahren (Anwendung besonders über Tage) Ziel:<br />
Genaues Herauslösen des Gesteins an der geplanten Kontur unter relativ geringer Beanspruchung des stehenbleibenden Gebirges.<br />
Beanspruchung des stehenbleibenden Gebirges in Abhängigkeit vom Verhältnis Bohrlochdurchmesser – Ladungsdurchmesser<br />
Abkerbverfahren<br />
◦ diese Bohrlöcher werden nicht geladen<br />
• diese Bohrlöcher werden geladen<br />
57
Von besonderer Wichtigkeit ist es, das Energieniveau der Randladungen so niedrig wie möglich zu halten. Deshalb werden diese<br />
Ladungen nach Möglichkeit gestreckt (bei ANO-Sprengstoff nicht möglich!). Das Abscherverfahren erfordert den geringsten<br />
Aufwand und bringt gute Erfolge. Alle Profilbohrlöcher werden in gleichem Abstand (abhängig von Gesteins- und<br />
Gebirgseigenschaften, Bohrloch- bzw. Ladungsdurchmesser und Anordnung der Ladung im Bohrloch) und mit gleichem<br />
Durchmesser gebohrt. Alle Bohrlöcher werden geladen und in einem Zündgang abgetan. Die Ladungen des Kranzes erhalten eine<br />
Zeitstufe (MS-Zündung nutzen!).<br />
Der zeitliche Abstand zwischen der Detonation der Ladungen der Helfer und des Kranzes sollte mindestens drei Zeitstufen (etwa<br />
70ms) betragen.<br />
Abstand zwischen den Sprengbohrlöchern im Kranz: 0,45 bis 0,60 m<br />
Abscherverfahren<br />
Prinzip des Abscherverfahrens<br />
1 Sprengbohrloch; 2 Spannungswellen; 3 Resultierende der Spannungswellen;<br />
4 Bruchlinie; 5 Spannungszone<br />
Verringerung des Überprofils<br />
Reduzierung der Gebirgszerklüftung um bergmännische Hohlräume auf ein Minimum<br />
Senkung des Ausbauaufwands<br />
Verringerung der Unfallgefahr durch Steinfall<br />
Verringerung des Wetterwiderstands<br />
58
2.3 Maschinelle Gewinnung<br />
Walzenschrämmaschine<br />
Das Gestein wird durch unmittelbares Einwirken von Werkzeugen gelöst. Die maschinelle Gewinnung ermöglicht eine<br />
kontinuierliche Gewinnung ohne technologisch begründete Stillstands Zeiten.<br />
Gewinnen des Gesteins und Laden des Haufwerks werden durch die gleiche Maschine übernommen.<br />
Arbeitsprinzipien der maschinellen Gewinnung:<br />
‣ Spanen<br />
‣ Brechen<br />
‣ Spalten<br />
‣ Schleifen<br />
‣ Kerben<br />
‣ Drücken<br />
Es wird ein möglichst grobstückiges Haufwerk angestrebt, um die erforderliche Formänderungsarbeit gering zu halten. Nach dem<br />
Einsatzort werden unterschieden:<br />
maschinelle Gewinnung Abbau<br />
maschinelle Gewinnung im Horzizontalvortrieb<br />
maschinelle Gewinnung im Vortrieb geneigter bzw. vertikaler Grubenbaue<br />
2.3.1. Maschinelle Gewinnung im Abbau<br />
Im Abbau der verschiedenen Bergbauzweige der DDR kommen zum Einsatz:<br />
Schrämmaschinen (Kettenschrämmaschinen, Walzenschrämlader u. a.)<br />
Hobel<br />
Schälschrapper (Vereinigung der Eigenschaften des Hobels und des Schrappers)<br />
2.3.2. Maschinelle Gewinnung im Horizontalvortrieb<br />
Im Horizontalvortrieb eingesetzte Vortriebsmaschinen arbeiten entweder nach dem Teilschnitt- oder nach dem<br />
Vollschnittverfahren.<br />
Teilschnittmaschinen benötigen nur etwa 20 bis 40% der Vorschubkraft von Vollschnittmaschinen, da sie den Gesamtquerschnitt<br />
in Abschnitten nacheinander hereingewinnen.<br />
59
Schematische Darstellung der Gesteinsbearbeitung<br />
Streckenvortriebsmaschine (Teilschnittmaschine)<br />
Streckenvortriebsmaschine (Vollschnittmaschine)<br />
1 Bohrkopf; 2 Traverse; 3 vordere Verspannung; 4 Vorschubzylinder; 5 hintere Verspannung;<br />
6 Verteilergetriebe; 7 Planetengetriebe; 8 Turbokupplung; 9 Antriebsmotoren; 10 Fahrerstand mit Hydraulik- und<br />
Elektrosteuerstand, Steuerpult und Justiervorrichtung<br />
60
Tabelle 2.12. Prinzipielle Unterschiede zwischen Voll- und Teilschnittmaschinen<br />
Arbeitsprinzip<br />
Arbeitsweise des Bohrkopfes<br />
Vollschnittmaschine<br />
Bohrwerkzeuge umlaufend,<br />
Maschine bewegt<br />
Gleichzeitige Bearbeitung der<br />
gesamten Ortsbrust mit<br />
rotierendem Bohrkopf<br />
Teilschnittmaschine<br />
Bohrwerkzeuge umlaufend<br />
und bewegt, Maschine steht<br />
Am Ausleger angebrachter<br />
Bohrkopf bearbeitet jeweils nur<br />
einen Teil der Ortsbrust<br />
Vorwiegen angewendete<br />
Bohrwerkzeuge<br />
Hartmetall- meißel,<br />
Diskenrollen,<br />
Rollenbohrer<br />
Hartmetallmeißel<br />
Hartmetallmeißel<br />
Form der aufgefahrenen Querschnitte<br />
Rollenbohrwerkzeuge<br />
Tabelle 2.13. Arbeitsweise und Einsatzgebiete von Streckenvortriebsmaschinen<br />
61
Anordnung der Bohrwerkzeuge auf dem Bohrkopf<br />
a) Kreissägen ähnliche Fräser beim Hinterschneidprinzip<br />
b) Rollenbohrer<br />
Vorteile der Streckenvortriebsmaschine sind:<br />
hohe Vortriebsleistungen<br />
geringes Überprofil<br />
schonendste Behandlung des stehenbleibenden Gebirges<br />
genaue Einhaltung der vorgegebenen Richtung (Nutzung der Lasertechnik)<br />
geringer Wetterwiderstand der aufgefahrenen Strecke<br />
Die hauptsächlichsten Gründe für den z. Z. noch geringen Einsatz von Streckenvortriebsmaschinen sind:<br />
‣ relativ hoher Montageaufwand<br />
‣ große erforderliche Kurvenradien<br />
‣ hohe Grundmittelkosten<br />
‣ Notwendigkeit spezieller Energiequellen.<br />
Hinterschneidprinzip<br />
2.3.3. Maschinelle Gewinnung in vertikalen und geneigten Grubenbauen<br />
Es werden eine Reihe von Maschinen eingesetzt, die zu einer wesentlichen Steigerung der Produktivität und Verbesserung der<br />
Wirtschaftlichkeit in diesen Technologien und zu einer entscheidenden Verringerung der physischen Belastung des Bergmanns<br />
geführt haben.<br />
Bohren von Schächten<br />
Die Schachtbohrtechnik hat in den letzten Jahren einen bedeutenden Aufschwung genommen. Beim Abbohren von Schächten<br />
kommen folgende Verfahren zur Anwendung:<br />
Honigmannverfahren<br />
Rotarybohrverfahren<br />
Saugbohrverfahren<br />
Mehrturbinenverfahren<br />
Kernbohrverfahren<br />
Abteufen mit Abteufmaschinen<br />
62
Bohren von Rollöchern, Überhauen und Blindschächten<br />
Sind zwei Sohlen vorhanden, dann ist es möglich, vertikale und geneigte Rollöcher, Überhauen und Blindschächte mechanisch<br />
mit Hilfe spezieller Großbohrlochmaschinen aufzufahren. In Abhängigkeit von Gesteinsfestigkeit und Abrasivität werden<br />
unterschiedliche Zerstörungsvorgänge genutzt.<br />
Im Kalibergbau fährt man Rollöcher teilweise mit Ringschrämmaschinen auf. Bei Anwendung dieser Maschinen wird zunächst<br />
zwischen zwei Sohlen ein Vorbohrloch gebohrt. In diesem wird das Antriebsteil für den ringförmigen Schrämarm eingesetzt<br />
und von der oberen Sohle durch einen Haspel gezogen. Der Bohrkern bricht beim Erreichen einer bestimmten Länge infolge<br />
seines Eigengewichts ab. Es ist möglich, in festen Gesteinen anstelle Schrämmeißeln Diskenrollen aufzusetzen.<br />
Ringschrämmaschine<br />
1 Seilwinde; 2 Kabelwinde; 3 Doppelumlenkrolle; 4 Zugseil; 5 Bohrkabel; 6 Bohrmotor; 7<br />
Bohrgetriebe; 8 Führungsendstück; 9 Schrämring; 10 Schrämmeißel; 11 Tragring;<br />
12 Kern; 13 Kernbrecher<br />
Rollenbohrmaschine SB U-3m<br />
Ebenfalls im Kalibergbau ist die sowjetische Bohrmaschine Sbm-3u im Einsatz, mit der Bohrlöcher bis 850mm Durchmesser (0<br />
bis 90°) gebohrt werden können.<br />
Im Erzbergbau sind zum Auffahren von Rollöchern und Überhaun elektrohydraulische Großbohrlochmaschinen eingesetzt, bei<br />
denen nach dem Bohren eines Zielbohrloches (etwa 200 mm Durchmesser) das Erweitern bis zum gewünschten Profil (bis etwa<br />
1,5 m Durchmesser) mit mehrstufigen, kegelförmigen Erweiterungsbohrkronen vorgenommen wird. In Abhängigkeit von der<br />
Maschinenbauweise kann die Erweiterungsbohrung ziehend von unten nach oben (stets freie Bohrlochsohle) oder in umgekehrter<br />
Richtung durchgeführt werden.<br />
63
Auffahren von Rollöchern mit elektrohydraulischer Großlochbohrmaschine<br />
Prinzip einer angetriebenen Schneidrolle<br />
Einige moderne Gesteinszerstörungsverfahren<br />
a) Erosionsbohren; b) Flammenstrahlbohren; c) Induktionsbohren; d) Plasmastrahlbohren;<br />
e) Gaslaserbohren<br />
64
Der Einsatz der Großbohrlochmaschinen ist auch in sehr festem Gestein möglich, wobei in Abhängigkeit von den<br />
Gesteinseigenschaften Rollen- oder Diskenmeißel verwendet werden. Die Vortriebsgeschwindigkeiten sind höher und die<br />
Gesamtkosten meist niedriger als beim Auffahren durch Bohr- und Sprengarbeiten.<br />
In ähnlicher Weise (größerer Durchmesser des Vohrbohrlochs, stärkeres Bohraggregat u. a.) werden Blindschächte abgebohrt.<br />
2.4 Sonstige Gewinnungsverfahren<br />
In den letzten Jahren wurden eine Reihe von Verfahren entwickelt, bei denen durch Gesteinszerstörung die Gewinnung vorbereitet<br />
wird oder das nutzbare Gut unmittelbar gewonnen werden kann.<br />
Einige moderne Gesteinszerstörungsverfahren:<br />
Flammenstrahlbohren<br />
Plasmastrahlbohren<br />
Bohren durch Einwirken von elektrischem Strom oder elektromagnetischen Wellen<br />
Gaslaserbohren<br />
Erosionsbohren<br />
Ein Teil dieser Verfahren befindet sich im Versuchsstadium. Das Erosionsverfahren scheint am ehesten industrielle Wirksamkeit<br />
zu erlangen (evtl. in Verbindung mit konventioneller Gesteinszerstörung.<br />
Weitere moderne Gewinnungsverfahren<br />
‣ Untertagevergasung von brennbarem Gestein<br />
‣ Lösen von Stein- und Kalisalzen<br />
‣ hydromechanische Gewinnung von Lockergesteinen<br />
‣ Erzlaugen<br />
2.4.1. Lösen von Salzen<br />
Bei diesem Verfahren werden Stein- und Kalisalze durch Lösen in der Lagerstätte aufgelöst. Das Lösen von Steinsalz ist<br />
bisher am weitesten verbreitet.<br />
Lösungsmittel:<br />
für Steinsalz: Wasser<br />
für Kalisalz: Löselauge bzw. heißes Wasser<br />
Technologische Varianten:<br />
Lösen in Kammern<br />
Lösen tief lagernder Salzlagerstätten über Bohrlöcher<br />
Das Lösen über Bohrlöcher ermöglicht<br />
die Gewinnung in großen Teufen<br />
eine „schachtlose“ Gewinnung<br />
eine hohe Wirtschaftlichkeit<br />
2.4.2. Laugung von Erzen<br />
In steigendem Maße werden Verfahren der physikalisch-chemischen und mikrobiologischen Gewinnung von Metallen und<br />
Nichtmetallen angewendet (vor allem aus Außerbilanzerzen). Hierbei werden die Wertstoffe als Ionen in ihren chemischen<br />
Verbindungen in die flüssige Phase überführt und aus diesen nach verschiedenen Methoden gewonnen.<br />
Die Laugung ist besonders ökonomisch, wenn die Laugungsreagenzien bei der Laugung selbst gebildet werden (z. B. beim<br />
Vorhandensein von Pyrit).<br />
Schwefel- und eisenoxydierende Bakterien beschleunigen den Laugungsprozeß. Aus Oxydationsvorgängen erhalten dies<br />
Bakterien ihre Lebensenergie.<br />
65
Günstige Bedingungen für die Entwicklung der Bakterien sind:<br />
Anwesenheit von WasserZutritt von Luftsauerstoff und damit von CO 2<br />
Vorhandensein anorganischer Ionen wie Mg 2+ , NH 4 + und PO 4<br />
3-<br />
optimale Temperatur (etwa 35°C)<br />
optimaler pH-Wert (1,2 bis 4)<br />
Angewandte Laugungstechnologien:<br />
Blocklaugen<br />
Laugung im Anstehenden (in situ)<br />
Haldenlauge<br />
Laugen alter Grubenbaue<br />
Laugen von Bergeversatz<br />
Tabelle 2.14. Technische Daten von Vollschnittmaschinen<br />
Bezeichnung<br />
Einheit<br />
Auffahrungsquerschnitt m 2 4 … 120<br />
Erforderliche Vorschubkraft Mp 60 … 700<br />
Erforderliches Drehmoment Mpm 3000 … 4200<br />
Betriebsspannung V 75 … 1200<br />
Antriebsleistung kW 75 … 1200<br />
Masse t 30 … 300<br />
Minimaler Kurvenradius m 30 … 40<br />
Vortriebsgeschwindigkeit mh -1 0,3 … 2,4<br />
Für wirtschaftlichen Einsatz<br />
erforderliche<br />
Mindeststreckenlänge<br />
m 3000 … 10000<br />
3 Grundlagen der Gebirgsmechanik<br />
Die Gebirgsmechanik als Teilgebiet der Geomechanik ist die Lehre von den Spannungen, Formänderungen oder Bewegungen und<br />
Zerstörungen im Gebirge bzw. der Wiederverfestigung von Bruchmassen einschließlich der Beherrschung dieser Vorgänge.<br />
3.1. Grundbegriffe und Aufgaben der Gebirgsmechanik<br />
66
Die Gebirgsmechanik ist das Bindeglied zwischen Geologie und Technik bzw. Technologie im Bergbau. Ihre Aufgabe besteht<br />
darin, Kennwerte zu ermitteln und für die speziellen Aufgaben im untertägigen Bergbau zu interpretieren. Es werden die Gesetze<br />
der Mechanik auf geologische Körper angewendet.<br />
Die Gebirgsmechanik untersucht:<br />
geologische Körper physikalisch-mechanische Seite<br />
innere oder äußere Kräfte sowie Spannungen statistische Seite<br />
Hohlräume (Einzelhohlräume, Hohlraumsysteme) geometrische Seite<br />
Geologische Körper können sein:<br />
Bruchstücke und planmäßig gewonnene Proben von Gesteinen<br />
große Gebirgsblöcke sowie das anstehende Gebirge selbst.<br />
Das Verformungs- und Festigkeitsverhalten der Gesteine ist<br />
vom gesteinsbildenden Material<br />
von der Vorgeschichte im Gebirgsverband abhängig.<br />
Das Spannungs- Verformungs- Verhalten wird in Kennlinien dargestellt.<br />
Eine richtige Einschätzung der gebirgsmechanischen Situationen ist bei folgenden Teilgebieten des Bergbaus von Bedeutung:<br />
‣ Auswirkungen des Bergbaus auf die Tagesoberfläche<br />
‣ Grubenausbau<br />
‣ Abbau und Versatz<br />
‣ hydrogeologische Probleme<br />
‣ Beurteilung von Gefahren durch natürliche Gase, Wässer und Laugen<br />
3.2 Spannungszustände im Gebirge<br />
Es werden unterschieden:<br />
primärer Spannungszustand<br />
sekundärer Spannungszustand<br />
3.2.1. Primärer Spannungszustand<br />
Der primäre Spannungszustand ist überall und von Natur aus im Gebirge vorhanden. Spannungen und Material befinden sich hier<br />
im Gleichgewicht.<br />
Es liegt ein dreiachsiger Spannungszustand vor, die Hauptspannung (σx, σy und σz) wirken senkrecht zueinander.<br />
Der primäre Spannungszustand wird beeinflusst von:<br />
dem Eigengewicht des Gebirges (Schwerkraft)<br />
den wirkenden tektonischen Kräften<br />
den mechanischen Eigenschaften und der Struktur des Gebirgsverbandes (Klüftung, Schichtung u.a.)<br />
Die Schwerkraft, d. h. das Gewicht der überlagernden Massen, ist von den angeführten Faktoren von besonderer Bedeutung. Sie<br />
wirkt stets in Richtung der σ z – Achse.<br />
Der vertikalen Spannung entspricht eine Vertikalzusammendrückung und eine horizontale<br />
67
Ausdehnung des Gesteins.<br />
Das Verhältnis σx: σy: σz ist in den einzelnen Fällen unterschiedlich. Es ist von vielfältigen Materialeigenschaften abhängig.<br />
Im elastischen, homogenen und isotropen Gebirge sind die entstehenden horizontalen Spannungen gleich.<br />
Die dimensionslose Größe λ gibt das Verhältnis der horizontalen zur vertikalen Spannung an und<br />
wird als Seitendruckziffer bezeichnet. Ihr Zahlenwert ist von den elastischen Eigenschaften der Gesteine abhängig. Auch aus der<br />
Poissonschen Zahl μ bzw. der Querdehnungszahl ν kann man auf die elastischen Eigenschaften eines Gesteins schließen.<br />
Dreiachsiger Spannungszustand<br />
Wirkung der Schwerkraft auf eine Schicht in der Teufe H<br />
Vertikale Spannung im Gebirge:<br />
Zunahme von σz mit zunehmender Teufe für tan ȹ= g • ϱ m<br />
Horizontalspannung im unverritzten Gebirge in Abhängigkeit von der Poissonschen Zahl<br />
68
Horizontale Spannungen im Gebirge:<br />
Poissonsche Zahl:<br />
Einige Werte der Poissonschen Zahl:<br />
Material<br />
Poissonsche<br />
Zahl<br />
μ<br />
Wasser 2<br />
Gestein 5---12<br />
Salzgestein 2,2<br />
Querdehnungszahl:<br />
Aus Versuchen ist bekannt, dass die Querdehnungszahl ν mit steigender Vertikalspannung abnimmt. Man muss also in größeren<br />
Teufen bei gleichem Gestein mit größeren Horizontalspannungen rechnen.<br />
3.2.2. Sekundärer Spannungszustand<br />
Durch das Auffahren untertägiger Hohlräume wird der primäre Spannungszustand gestört, und es erfolgt eine Umverteilung<br />
gebirgseigener Spannungen. Zusätzlich treten noch aufgezwungene Spannungen auf. Art und Umfang der Spannungen,<br />
Verschiebungen und Verformungen des Gebirges werden sowohl von Struktur und Eigenschaften als auch von Form und Ausmaß<br />
der bergmännischen Hohlräume bestimmt. Mit wachsender Entfernung vom Grubenraum nehmen die sekundären Spannungen bis<br />
auf den Wert der Primärspannungen ab.<br />
Die Größe des sekundären Spannungszustands ist abhängig von<br />
dem primären Spannungszustand<br />
der Abbaudynamik<br />
der Form des Hohlraumes<br />
der Größe und dem Abstand der Einzelhohlräume und Hohlraumsysteme.<br />
der Größe und der Form der Pfeiler<br />
der Art der Gewinnung<br />
69
Verlauf der σ z Spannungslinien vor dem Auffahren eines Grubenraumes<br />
Der Bereich um den Grubenbau, der Spannungsveränderungen und damit Verformungen unterliegt, wird beeinflusste Zone<br />
genannt. Die Größe der Verformungen richtet sich nach dem Verhältnis von auftretenden Spannungen zur Festigkeit des Gebirges.<br />
Tabelle 3.1. Auswirkungen der sekundären Spannungen<br />
Größe der sekundären<br />
Spannung<br />
<br />
<br />
Festigkeit des<br />
Gebirgsverbandes<br />
Festigkeit des<br />
Gebirgsverbands<br />
Auswirkungen<br />
Geringe elastische<br />
Verformungen. Kein oder<br />
nur schwacher Ausbau<br />
erforderlich<br />
Risse, Schalenbildung,<br />
Deformationen; stärkerer<br />
Ausbau erforderlich.<br />
Verlauf der σ z -Spannungslinien nach dem Auffahren einer Strecke<br />
Beeinflusste Zone um eine Strecke<br />
Es werden drei Teilzonen innerhalb der beeinflussten Zone unterschieden<br />
‣ Niederdruckzone (σ vorh < σ primär )<br />
‣ Hochdruckzone (σ vorh > σ primär )<br />
‣ Bereich der sich angleichenden Spannungswerte (σvorh bis σ primär )<br />
Das Ausmaß und die Art der auftretenden zusätzlichen Spannungen werden weitgehend von der Querschnittsform des<br />
Grubenbaues bestimmt.<br />
Das eine Strecke umgebende Gebirge wird sowohl auf Zug als auch auf Schub und Druck beansprucht<br />
70
Beispiele der Ausbildung beeinflusster Zonen<br />
a) Spannungen um eine Strecke im elastischen Gebirge ohne Ausbildung einer entspannten Zone (2 Hochdruckzone, 3 Bereich der<br />
sich angleichenden Spannungswerten )<br />
b) Spannungen um eine Strecke im inelastischen Gebirge (1<br />
Niederdruckzone, 2 Hochdruckzone, 3 Bereich der sich angleichenden Spannungswerte)<br />
3.3 Geomechanische Materialeigenschaften<br />
Die Eigenschaften und das Verhalten geologischer Körper ist entgegen technischen Körpern weit schwieriger zu ermitteln.<br />
Gesteine (kleine Ausschnitte aus dem Gebirgsverband) weisen andere Eigenschaften als das Gebirge auf.<br />
Beeinflusste Zone im Abbaubereich<br />
c)-Auswirkungen bei Versatzeinbringung und d)-beim Bruchbau<br />
Druck-(+) und Zugspannung(–) bei trapez-, tropfen- und ellipsenförmigem Querschnitt.<br />
71
Tabelle 3.2. Einfluss der Form des Streckenquerschnitts auf die Spannungsverteilung<br />
Querschnittsform Zugspannungen Druckspannungen<br />
Rechteck groß in Sohle und Firste groß in Stößen große<br />
Trapez groß in Sohle und Firste groß in Stößen<br />
Spannungskonzentration<br />
Bogen klein in Firste, groß in Sohle groß in Stößen<br />
in den Ecken<br />
Kreis klein in Sohle und Firste groß in Stößen<br />
Aufrechte Ellipse fast keine klein in Stößen<br />
Zwischen Gestein und Gebirge bestehen strukturelle Unterschiede, die durch das Auftreten von Trennflächen geprägt werden.<br />
Alle strukturellen Besonderheiten des Gebirges werden durch den Begriff Trennflächen charakterisiert. Sind dies tektonischen<br />
Ursprungs, so werden sie als tektonische Trennflächen bezeichnet – im Gegensatz zu stratigraphischen Schichtflächen.<br />
Gestein<br />
Gebirge<br />
Festigkeit<br />
σ<br />
groß<br />
klein<br />
Verformbarkeit<br />
Ɛ<br />
klein<br />
groß<br />
Beispiele für Trennflächen:<br />
Schicht-, Schieferungs-, Spalt-, Kluftflächen<br />
Festigkeit und Verformbarkeit der Gesteine wachsen erheblich, wenn sie allseitigen<br />
Spannungen unterworfen werden.<br />
Grundlagen für die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften des Gebirgsverbandes sind die Erfassung und Auswertung aller<br />
Trennflächen. Von der Größe des so bestimmten Homogenitätsbereichs hängt die Übertragbarkeit von gesteinsmechanischen<br />
Laborergebnissen auf das Materialverhalten des Gebirges ab.<br />
Gesteine werden unterschieden durch<br />
chemische Zusammensetzung<br />
physikalische Eigenschaften<br />
Gefüge<br />
Für den Bergmann ist die Festigkeit der Gesteine z. B. für die Gewinnung und den Grubenausbau von besonderer<br />
Bedeutung.<br />
Die Biege-, Scher- und Zugfestigkeit des Gesteins ist gegenüber der Druckfestigkeit gering:<br />
Biegefestigkeit<br />
Schwerfestigkeit<br />
Zugfestigkeit<br />
4…30%<br />
3…15%<br />
0,5…5%<br />
Tabelle 3.3. Druckfestigkeit einiger Gesteine<br />
Gesteinsart Druckfestigkeit in kp cm -2<br />
Granit 1230 --- 2000<br />
Basalt 920 --- 4570<br />
Kalkstein 400 --- 1900<br />
Sandstein 300 --- 1850<br />
Lederschiefer 350 --- 500<br />
Kohle-Kieselschiefer 800 --- 1000<br />
Tonschiefer 30 --- 300<br />
Anhydrit 500 --- 550<br />
Steinsalz 310 --- 400<br />
Sylvinit 300 --- 350<br />
Hartsalz 280 --- 350<br />
72
Sehr großen Einfluss auf Festigkeit und Verformbarkeit der Gesteine hat die Feuchtigkeit. Feuchte Grubenwetter können<br />
hinsichtlich der Veränderung der Gesteinseigenschaften die gleiche Wirkung wie Wasser haben.<br />
Veränderungen der Gesteinseigenschaften durch Feuchtigkeit:<br />
Die Festigkeit des Gebirgsmassivs bezeichnet man auch als Verbandsfestigkeit, die beeinflusst wird von<br />
den Eigenschaften der einzelnen Gesteine der Mächtigkeit der einzelnen Gesteinsschichten, deren Anordnung und Anteil<br />
am Gesamtaufbau des Gebirges<br />
der Zahl, der Anordnung und Ausbildung von Trennflächen<br />
Abnahme der Festigkeit in %<br />
bei Sandstein 35 --- 50 ~25<br />
bei Schiefer 50 --- 70 ~50<br />
Zunahme der Verformbarkeit<br />
Spezifische geometrische Materialeigenschaften sind z. B. die Homogenität und die Kontinuität des geologischen Körpers, sein<br />
Tropieverhalten (Verhalten bei Beanspruchung), das Spannungs- Verformungs- Verhalten (vor und nach dem Bruch) sowie da<br />
Bruchverhalten.<br />
Das Gebirge ist grundsätzlich inhomogen oder auch heterogen, weil es verschiedene Bestandteile besitzt. Es ist außerdem<br />
normalerweise anisotrop, d. h., es verhält sich in verschiedenen Beanspruchungsrichtungen uneinheitlich. Schließlich ist der<br />
Gebirgsverband kein stetiger Körper, er ist vielmehr durch Trennflächen unterbrochen.<br />
Das Spannungs- Verformungs- Verhalten wird anschaulich durch Kennlinien dargestellt.<br />
Man unterscheidet geologische Körper mit elastischem und solche mit inelastischem Verhalten. Im Allgemeinen ist das Gebirge<br />
bis zu einer bestimmten Belastung (Grenzbelastung) zunächst elastisch und bei größerer Belastung inelastisch. Einige<br />
Gesteinsarten zeigen z. B. bei Druckversuchen im Labor ein elastisches Verhalten (z. B. Quarzit, Anhydrit), andere dagegen<br />
bereits bei relativ geringer Belastung en inelastisches Verhalten (z. B. Ton, Schieferton, Carnallitit).<br />
Spezifische geometrische Materialieneigenschaften<br />
homogen<br />
kontinuierlich<br />
diskontinuierlich<br />
isotrop<br />
anisotrop<br />
einheitliches Material<br />
stetiger Körper<br />
nicht stetiger Körper, da von Trennflächen durchsetzt<br />
Bei gleicher Belastung gleiche Verschiebung<br />
Unter gleicher Belastung in verschiedenen Richtungen ungleiche<br />
Verschiebung<br />
Spannungs- Verformungsverhalten vor dem Bruch<br />
Bruch (Festigkeit, Charakter, Intensität)<br />
Spannungs- Verformungs Verhalten nach dem Bruch<br />
Neben dem zeitlichen Ablauf, der Art der Belastung sind vollem Aussagen zur Charakterisierung der Gesteinsprobe<br />
(mineralogisch-petrographischer Aufbau, Dimension, Form Qualität) zur Auswertung einer aufgenommenen Kennlinie<br />
notwendig.<br />
73
Als Kriechen bezeichnet man zeitabhängige Verformungen, die auch dann ablaufen, wenn keine weitere Belastungssteigerung<br />
(σ0 = konst.) mehr stattfinden. Sie können im ungünstigsten Fall auch zum Bruch führen. Diese Vorgänge werden in einer<br />
Kriechkurve veranschaulicht. Je nach Verformungsgeschwindigkeit werden drei verschiedene Kriechstadien unterschieden.<br />
Im Bergbau interessiert im Gegensatz zur technischen Mechanik auch das Materialverhalten beim Bruch (z. B. Bewegung der<br />
Hangendmassen beim Bruchbau, Verhalten des gebrochenen Materials, Wiederverfestigung des Versatzguts).<br />
Vollständige Spannungs-Verformungs-Kennlinie von Gesteinen<br />
I elastischer Bereich; II inelastischer Bereich; III Entlastung nach dem Bruch; IV Wiederverfestigung<br />
Vollständige Kriechkurve bei konstanter Belastung (σ 0 = const)<br />
I erstes Kriechstadium e/t nimmt ab; II zweites<br />
Kriechstadium e/t konstant; III drittes<br />
Kriechstadium e/t nimmt zu<br />
3.4 Praktische Bedeutung der Gebirgsmechanik für den Bergbau<br />
Die Gebirgsmechanik hat eine unmittelbare und ausschlaggebende Bedeutung für den Bergbau. Der moderne Bergbau ist ohne<br />
Nutzung der wichtigsten Erkenntnisse der Gebirgsmechanik nicht möglich. Die Nichtbeachtung gebirgsmechanischer<br />
Einschätzungen oder eine falsche Beurteilung der zu erwartenden gebirgsmechanischen Vorgänge kann<br />
‣ Katastrophen (z. B. in Form von Gebirgsschlägen)<br />
‣ Unfälle durch Steinfall oder zu Bruch gehen von Grubenbauen<br />
‣ zusätzliche Kosten (z. B. bei Überdimensionierung des Ausbaus)<br />
zur Folge haben.<br />
Die praktische Bedeutung der Gebirgsmechanik besteht in der Lösung zahlreicher geomechanischer und<br />
geotechnischer Probleme in den verschiedenen Teilgebieten des Bergbaus.<br />
74
Tabelle 3.4. Beispiele zur praktischen Bedeutung der Gebirgsmechanik für den Bergbau<br />
Teilgebiet<br />
Aufgabenstellung der Gebirgsmechanik<br />
Aus- und Vorrichtung<br />
Art der Ausrichtung (Schächte, Stolln, Anlagen der Hauptsohlen, Sohlenabstände u. a.), Anordnung von<br />
Schächten, großen Grubenräumen<br />
und Strecken unter Berücksichtigung der geologischen Verhältnisse der Entwicklung des Abbaubetriebs,<br />
Lage der Hauptstrecken (z. B. in der Lagerstätte, im Nebengestein, im Liegenden oder Hangenden).<br />
Anordnung der Aus- und Vorrichtungsgrubenbaue im Verhältnis zum Abbau (z. B. Vor- und Rückbau).<br />
Wahl von Größe und Form des Querschnitts sowie des Ausbaus von Schächten, großen Grubenräumen und<br />
Strecken.<br />
Grubenausbau<br />
Wahl und Dimensionierung sowie Form des Grubenbaus unter Beachtung des Verwendungszwecks, der<br />
Abbauentwicklung, der notwendigen Nutzungsdauer u. a.<br />
Von der zu erwartenden gebirgsmechanischen Beanspruchung ist die Form<br />
des Grubenausbaus, die Materialwahl und das Verhalten gegenüber Gebirgsbewegungen (starrer,<br />
nachgiebiger, gelenkiger oder kombinierter Ausbau) abhängig.<br />
Abbau und Versatz<br />
Sicherung minimaler Abbauverluste, einer maximalen Sicherheit sowie Schaffung günstiger<br />
Voraussetzungen für die Mechanisierung und hohe<br />
Produktionsleistungen.<br />
Wahl des Abbauverfahrens (z. B. Abbauform, Beherrschung des Daches – Abbauverfahren mit Versatz<br />
oder Bruchbau). Dimensionierung des Abbaus (z. B. Breite von Pfeilern und Kammern beim Kammerbau,<br />
Abstand von Teilsohlen, Parameter zur Dimensionierung der eigentlichen Abbaufläche). Notwendiger<br />
Ausbau beim Abbau (z. B. Festlegung von Ausbauregeln, Sicherungsmaßnahmen an Abbau- und<br />
Schichtgrenzen). Aufeinanderfolge einzelner Abbaufelder u. a.<br />
Festlegung von Versatzpapametern (z. B. Versatzfestigkeit, maximale freie Fläche im Abbau, Verringerung<br />
der Bodenabsenkung und anderer Auswirkungen des Bergbaus an der Tagesoberfläche.<br />
Sonstige Aufgaben<br />
Einschätzung der vor allem beim Abbau entstehenden Gefahren durch natürliche Gase, Wässer oder<br />
Laugen sowie Wahl bzw. Entwicklung von Methoden zur Beherrschung dieser Gefahren.<br />
Erfassung von gesteinsmechanischen Kennziffern für die Gewinnungs-, Lade- und Fördertechnik.<br />
3.5 Arbeitsmethoden der Gebirgsmechanik<br />
Zur Erfassung gebirgsmechanischer Erscheinungen bedient man sich unterschiedlicher Methoden, welche oft gemeinsam zur<br />
Lösung einer bestimmten Aufgabe eingesetzt werden z. B.<br />
makroskopische Beobachtungen<br />
marktschreierische Feinmessungen<br />
Messen von Belastungen, Verformungen und Zerstörungen in Grubenbauen, am Grubenausbau und im<br />
Gebirge<br />
Untersuchung des Festigkeits- und Verformungsverhaltens der Gesteine im Labor und im Anstehenden<br />
Modellversuche im Labor<br />
mathematische Analysen<br />
Bei den praktischen Meßmethoden Meßverfahren werden direkte und indirekte Meßmethoden angewendet, um die außerordentlich<br />
komplizierten gebirgsmechanischen Vorgänge und Einflüsse in ihrer Größe zu erfassen.<br />
75
Moderne Arbeitsmethoden der Geomechanik<br />
praktische Meßverfahren<br />
gesteinsmechanische Untersuchungen<br />
geomechanische Modelltechnik<br />
analytische Methoden<br />
Tabelle 3.5. Praktische Meßverfahren in der Gebirgsmechanik<br />
Aufgaben der Messung Meßverfahren Messgeräte und Elemente<br />
Verformungs-, Senkungs- und<br />
Setzungsmessungen, Bestimmung von<br />
elektrisch<br />
Dehungsmeßstreifen, Induktivgeber,<br />
Potentiometer, kapazitive Geber<br />
Spannungszuständen und<br />
mechanisch<br />
Messuhr, Messstempel<br />
gebirgsmechanischen Kennziffern hydraulisch<br />
Schlauchwaage<br />
Zug- und Druckmessungen, Messung der<br />
Lastaufnahme, Bestimmung der<br />
Ausbaustützkräfte<br />
elektrisch<br />
Seitendehnungsmeßverfahren,<br />
Kraftmeßdosen auf induktiver und<br />
kapazitiver Basis sowie mit<br />
Dehungsmeßstreifen,<br />
Kohlenübergangswiderstände<br />
mechanisch<br />
Meßstempel, Meßdose<br />
Untersuchung der Bohrlochwandung auf<br />
Klüfte und Risse<br />
Bestimmung der dynamischen<br />
gebirgsmechanischen Parameter und der<br />
beeinflussten Zone<br />
Erkennen von Gasausbrüchen und<br />
Gebirgsschlägen<br />
hydraulisch<br />
optisch<br />
pneumatisch<br />
geophysikalisch<br />
geophysikalisch<br />
Druckpatronen, -kissen, -polster<br />
Stratoskop, Bohrlochkamera,<br />
Bohrlochfernsehsonden<br />
Druckmeßgerät<br />
Seismisches Fremdimpulsverfahren<br />
mit Energieanregung durch Sprengung,<br />
Hammerschlag und Vibration. Messung<br />
der Longitudinal-und<br />
Transversalgeschwindigkeit der<br />
elastischen Welle<br />
Seismische Eigenimpulsmethodeelastische<br />
Wellen werden durch<br />
Entstehung von Mikrorissen im Gebirge<br />
angeregt<br />
Außer diesen Meßverfahren gibt es noch Spezialverfahren, die auf Piezo-, Magneto- und Fotoelektrizität beruhen.<br />
Gesteinsmechanische Untersuchungen sind einfache und relativ billige geomechanische Materialprüfungen. die bei den<br />
Untersuchungen von Gesteinsproben ermittelten Zahlenwerte der Parameter sind jedoch in vielen Fällen nicht uneingeschränkt auf<br />
das reale Gebirge überprüfbar. Es werden vor allem Festigkeits-, Verformungs- und Bruchparameter ermittelt. Der Vorteil<br />
gesteinsmechanischer Laboruntersuchungen besteht vor allem darin, dass das Materialverhalten unter definierten Bedingungen<br />
(Kräfte, umgebendes Medium, Temperatur u. ä.) erforscht wird und repräsentive, nachprüfbare Ergebnisse vorliegen.<br />
Zustand der Abbauhohlräume in Salzlagerstätten vor und nach dem Eintreten eines Gebirgsschlages<br />
a-vor dem Gebirgsschlag<br />
b-unmittelbar nach dem Eintreten des Gebirgsschlages<br />
c-endgültiger Zustand des Bruchfeldes<br />
1 Abbaukammer; 2 Salzpfeiler; 3 Haufwerk, entstanden aus den zerstörten Salzpfeilern;<br />
4 Hebungserscheinungen der Liegendschichten; 5 endgültige Lage des Haufwerkes; 6 Absenkung der Hangendschichten<br />
76
Tabelle 3.6. Gesteinsmechanische Untersuchungen<br />
Geomechanische Modellversuche sind stark verkleinerte Nachbildungen des Gebirges, an denen man die Auswirkungen der<br />
komplizierten Bewegungs- und Verformungsvorgänge auf die bergmännischen Hohlräume untersucht. Mit Hilfe der<br />
Modeltechnik wird das Verhalten größerer Gebirgsbereiche unter definierten Bedingungen sichtbar gemacht. Die notwendige<br />
Vereinfachung der Modellversuche gegenüber dem realen Gebirge (Modellmaßstab, Kräfte und Festigkeit) gestattet nur die<br />
Übertragung grundsätzlicher Erkenntnisse auf das reale Gebirge. Die Zahlwerte sind nicht uneingeschränkt übertragbar.<br />
Tabelle 3.7. Geomechanische Modelle<br />
77
Man wendet gegenwärtig vor allem folgende Arten von geomechanischen Modellen an:<br />
spannungsoptische Modelle<br />
Modelle aus äquivalenten Materialien<br />
Modelle aus natürlichen Materialien<br />
Das Ziel analytischen Methoden besteht darin, die mit anderen Methoden gewonnenen Ergebnisse zu physikalisch –<br />
mechanischen Gesetzmäßigkeiten zusammenzufassen und durch mathematische Beziehungen auszudrücken, um allgemeingültige<br />
und reproduzierbare zahlenmäßige Schlussfolgerungen treffen zu können.<br />
4. Grubenausbau<br />
4.1. Aufgaben, allgemeine Definitionen und Einteilungen<br />
Der Grubenausbau (kurz: Ausbau) hat folgende Aufgaben:<br />
Schutz der Bergleute vor Steinfall<br />
Begrenzung der Verformung bzw. Bewegung des um bergmännische Hohlräume stehenbleibenden<br />
Gebirges<br />
Aufnahme eines Teiles der Last des in der Niederdruckzone gelösten Gebirges<br />
Offenhalten der Grubenräume zum Zwecke der Gewinnung, der Förderung, der Fahrung, des Materialtransports,<br />
der Wetterführung und der Wasserhaltung<br />
Vermeiden von Wasser- bzw. Gasaustritten aus dem Gebirge (in bestimmten Fällen)<br />
Tabelle 4.1. Allgemeine Begriffserläuterungen<br />
Begriff<br />
Ausbau<br />
Einbau<br />
Ausbauelement<br />
Einbauelement<br />
Ausbaueinheit (Bau)<br />
Einbaueinheit<br />
Ausbauart<br />
Ausbauregel<br />
Definition<br />
Sammelbegriff für alle Mittel, die zum Offenhalten und Sichern von Grubenbauen in diese oder in das<br />
umgebende Gestein eingebracht werden<br />
Im Lichten eines Grubenbaues eingebrachte Ein- bzw. Ausbauelemente oder Ein- bzw. Ausbaueinheiten, die<br />
nicht zum Ausbau gehören, sondern der Führung, Lenkung, Fahrung u. a. dienen (Rohrleitungen, Fahrten,<br />
Lutten Leitungen u. a.)<br />
Beim Ausbau verwendetes Einzelteil aus Holz, Metall, Beton u. a. (Stempel, Kappe u. a.)<br />
Beim Einbau verwendetes Einzelteil (Einstrich, Spurlatte u.a.)<br />
Aus mehreren Ausbauelementen zusammengesetzter selbständiger Teil des Ausbaus (Türstock, Geviert u. a.)<br />
Aus mehreren Ein- oder Ausbauelementen zusammengesetzter selbständiger Teil des Einbaus (Wettertür,<br />
Dammtor u.a.)<br />
Systematisches Aneinanderreihen gleichartiger Ausbaueinheiten, die meist durch Ausbauelemente<br />
miteinander verbunden sind.<br />
Vorschrift über berggerechte Ausführung der Ausbauart mit allen Einzelheiten<br />
einschließlich der zu verwendenden Werkstoffe und Abmessungen<br />
78
Tabelle 4.2. Ausbauelemente<br />
Ausbauelement Vorwiegende Beanspruchung Material<br />
Stempel<br />
Druck in Längsrichtung, bei Seitendruck zusätzlich auf<br />
Biegung (Türstock)<br />
Rundholz, Metall, Beton<br />
Kappe<br />
Biegung quer zur Längsrichtung<br />
Rund- oder Halbholz, Leichtmetall,<br />
Stahl, Beton<br />
Ausbaubogen Druck und Zug in radialer Richtung Stahl, Stahlbeton<br />
Unterzug (Sattel) Biegung quer zur Längsrichtung Halbholz<br />
Schalholz Biegung quer zur Längsrichtung Halbholz<br />
Quetschholz Druck quer zur Faser Weichholz<br />
Bolzen Druck in Längsrichtung, Knickung Rund- oder Halbholz, Stahl<br />
Spreize Druck in Längsrichtung, Knickung Rund- oder Halbholz<br />
Verzug<br />
Anker<br />
Biegung (gleichmäßige Belastung durch dichte,<br />
kleinstückige Hinterfüllung)<br />
Zug in Längsrichtung<br />
Rund- oder Halbholz, Bretter,<br />
Schwarten, Betonplatten,<br />
Baustahlgewebe, Maschendraht, Stahlblech<br />
Stahl, Drahtseil, Beton, Holz,<br />
Plexiglas, Plaste<br />
Tabelle 4.3. Einteilung des Grubenausbaus<br />
Unterscheidungsmerkmale<br />
Einsatzort<br />
Ausbaustoff<br />
Verhalten gegenüber gebirgsmechanischen<br />
Einwirkungen<br />
Beispiele<br />
Streckenausbau, Schachtausbau,<br />
Überhauenausbau, Ausbau im Abbau, Ausbau großer Grubenräume<br />
Holzausbau, Stahlausbau, Leichtmetallausbau, Mauerwerksausbau,<br />
Betonausbau, Kunstoffausbau<br />
starrer Ausbau, nachgiebiger Ausbau, gelenkiger Ausbau, nachgiebiggelenkiger<br />
Ausbau<br />
Art und Weise der Unterstützung des Hangenden<br />
Verbleib des Ausbaus im Grubenbau<br />
Zeitpunkt der vollen Lastaufnahme<br />
Art und Weise des Einbringens des Ausbaus<br />
Stützausbau, Ankerausbau, Spritzbetonausbau<br />
vorläufiger Ausbau, endgültiger Ausbau,<br />
verlorener Ausbau<br />
soforttragender Ausbau, frühtragender Ausbau, spättragender<br />
Ausbau<br />
Einbringen von Hand, teilmechanisiertes Einbringen,<br />
vollmechanisiertes Einbringen<br />
79
Tabelle 4.4. Verhalten des Grubenausbaus gegenüber Gebirgsbewegungen<br />
Die Auswahl des Grubenausbaues geschieht auf Grund von Erfahrungswerten, dabei werden die Ergebnisse gebirgsmechanischer<br />
und geologischer Untersuchungen genutzt. Berechnungen werden meist nur bei Einzelelementen durchgeführt.<br />
Die konstruktive Gestaltung des Ausbaus hängt ab von der<br />
‣ Festigkeit und dem Verformungsverhalten des Gesteins in der unmittelbaren Umgebung des Grubenraumes und im<br />
überlagernden Gebirge<br />
‣ Form und Größe des Hohlraums<br />
‣ erforderlichen Standdauer<br />
‣ durch den Abbau verursachten Gebirgsbewegung.<br />
80
4.2. Ausbaustoffe<br />
Für den Grubenausbau ist die Wahl der zweckmäßigen Ausbaustoffe von grundlegender Bedeutung.<br />
Entscheidend dafür sind:<br />
Anforderungen (gebirgsmechanisch, technisch u. a.) an den Ausbau<br />
Eigenschaften der Werkstoffe<br />
ökonomische Gesichtspunkte<br />
volkswirtschaftliche Überlegungen Wichtige<br />
Ausbaustoffe<br />
Holz<br />
Stahl<br />
Leichtmetalllegierung<br />
Mauerwerk<br />
Beton<br />
Kunststoff<br />
Als Grubenholz werden verwendet<br />
Kiefer (in der DDR vorwiegend)<br />
Fichte<br />
Tanne<br />
Lärche<br />
Eiche<br />
Buche<br />
Akazie<br />
Die Lebensdauer des Grubenholzes ist abhängig von Temperatur und Feuchtigkeit der Wetter sowie von der Zusammensetzung<br />
des Grubenwassers.<br />
Beim Nadelholz ist der Splint härter als der Kern (beim Laubholz umgekehrt).<br />
Die Druckfestigkeit des Holzes sinkt bei Belastung senkrecht zur Faserrichtung auf etwa der in der Tabelle angegebene<br />
Werte (s. Tab. 4,5)<br />
Tabelle 4.5. Festigkeitswerte von Grubenholz<br />
Holzart<br />
Druckfestigkeit<br />
(parallel zur Faser) σa in kp cm -2<br />
Biegefestigkeit<br />
σb in kp cm -2<br />
Kiefer 470 870<br />
Fichte 430 660<br />
Lärche 530 840<br />
Eiche 520 880<br />
Buche 530 1050<br />
Tragfähigkeit von Fichtenstempeln in Abhängigkeit von Durchmesser und Länge<br />
Lebensdauer des Ausbaus in (nicht imprägniert): 2,5 bis 5 Jahre<br />
81
Feuchtes Holz hat geringere Festigkeit, warnt nicht und fault schneller!<br />
Tränkverfahren:<br />
Trogtränkverfahren<br />
Vakuumdruckverfahren<br />
Holzschutzmittel:<br />
Salzlösungen, die Fluor und Zinksalze (teilweise Chromsalze) enthalten.<br />
Grubenausbaustahl besitzt nicht nur die höchsten Festigkeitswerte, sondern auch die größten Bruchdehnung der verschiedenen<br />
Ausbaustoffe.<br />
Stahl ist in der Lage, große bleibende Verformungen zu ertragen ohne spröde zu brechen.<br />
Grubenholz soll gesund, astrein, gerade gewachsen und lufttrocken sein. Die Festigkeit des Holzes wird stark von seinem<br />
Feuchtigkeitsgehalt, seiner Dichte, der Astfülle und dem Ausbau der Holzfaser beeinflusst.<br />
Bei einer Erhöhung des Feuchtigkeitsgehalts um 1% verringern sich Druck- und Biegefestigkeit um 4 bis 5% (Holz hat zwischen<br />
8 und 23% Wassergehalt).<br />
Durch Imprägnation gegen Fäulnis und Entzündbarkeit kann der Grubenholzverbrauch verringert werden. Die Bearbeitung des<br />
Holzes erfolgt vor dem Tränken.<br />
Grubenholz ist brandgefährdet und nur einmal vollwertig einzusetzen.<br />
Stahl ist jedes ohne weitere Nachbehandlung schmiedbare Eisen. Grubenausbaustähle haben Kohlenstoffgehalte von 0,15 bis<br />
0,35%. Sie können nach Verformungen gerichtet und wieder verwendet werden. Vorwiegend werden (niedrige Kosten!)<br />
unlegierte Stähle eingesetzt.<br />
Bei der Verwendung von Altschienen als Ausbaumaterial werden diese vor dem Gebrauch ausgeglüht. Bei ihnen ist mit einer<br />
Verringerung der ursprünglichen Festigkeit von 25 bis 30% zu rechnen.<br />
Beton ist eine Mischung aus Zement, Wasser, Zuschlagstoffe (Sand, Kies, Kleinschlag).<br />
Die Festigkeit des Betons wird beeinflusst von:<br />
Zementarten:<br />
den Eigenschaften der Einzelbestandteile<br />
dem Wasser-Zement-Faktor<br />
dem Mischungsverhältnis<br />
der Art des Einbringens<br />
der Standzeit Zementarten<br />
Portlandzement<br />
Hochofenzement (15 bis 70% PZ und Hochofenschlacke)<br />
Eisen-Portlandzement (70% PZ und 30% granulierte Hochofenschlacke)<br />
Magnesiazement (unempfindlich gegen Lösungen von KCl, MgSO 4 , MgCl 2 u. a.) Gebräuchliche Mischungsverhältnisse:<br />
1:2:4; 1:3:6; 1:4:8.<br />
Unterscheidung nach Technologie des Einbringens:<br />
Gußbeton<br />
Stampfbeton<br />
Spritzbeton<br />
vorgefertigte Betonfertigteile.<br />
Stampfbeton hat eine höhere Festigkeit als Gußbeton, da diese mit wachsendem Wasser-Zement- Faktor abnimmt. Als<br />
Anmachwasser sind alle natürlichen Wässer geeignet (im Kali- und Steinsalzbergbau Laugen!).<br />
Durch Zusätze zum Anmachwasser können bestimmte Eigenschaften des Betons erreicht werden. Wichtige Zusatzmittel sind:<br />
Dichtungsmittel<br />
Frostschutzmittel<br />
Bindezeitregler<br />
Betonverflüssiger<br />
Luftporenbildner<br />
So wird z. B. durch Zusatz von Wasserglas(wässrige Lösung von Alkalisilikat) das Erhärten des Betons beschleunigt (verringerte<br />
Festigkeit!).<br />
82
Güteklassen des Betons:<br />
B50 bis B 600 (Zahlenwert entspricht Druckfestigkeit nach 28 Tagen) Druckfestigkeiten:<br />
Betonfertigteile und Betonformsteine:<br />
450 bis 600 kpcm -2 -Unter Tage hergestellter Beton erreicht meist nur eine Druckfestigkeit von 200 bis 300 kpcm -2<br />
Durch Zugabe eines Zusatzmittels wird oft eine der Betoneigenschaften auf Kosten einer anderen verbessert.<br />
Druckfestigkeit von gerütteltem und gestampftem Beton sowie von Gußbeton<br />
Abnahme der Betondruckfestigkeit durch Gefügeporen<br />
Zunahme der Betondruckfestigkeit mit dem Alter<br />
83
Tabelle 4.6. Ausbaustoffe<br />
Werkstoff Vorteile Nachteile Anwendung<br />
Holz<br />
relativ hohe Festigkeit<br />
bei geringem Gewicht<br />
ausreichend hohe Elastizität;<br />
leichte Bearbeitung mit<br />
einfachen Werkzeugen;<br />
einfache<br />
Reparaturmöglichkeiten; im<br />
trockenen Zustand warnfähig;<br />
nachgiebig; relativ billig<br />
hohe Unterhaltungskosten;<br />
nur einmalige (vollwertige)<br />
Verwendung; geringe<br />
Lebensdauer (durch<br />
Imprägnieren zu verbessern);<br />
leichte Brennbarkeit; Einbau<br />
nicht (oder kaum)<br />
mechanisierbar; in<br />
bogenförmigen Grubenbauen<br />
schwer anpassbar<br />
vor allem im Erzbergbau;<br />
Einsatz vorwiegend als<br />
Stützausbau in Strecken,<br />
Überhauen und im Abbau;<br />
Grubenrundholz wird für<br />
Kappen, Stempel, Spreizen,<br />
Bolzen, Rahmenausbaue u.a.,<br />
Grubenschnittholz für Einbauten<br />
und spezielle Zwecke verwendet<br />
Stahl<br />
günstige<br />
Festigkeitseigenschaften und<br />
große Bruchdehnung,<br />
Brandsicherheit; geringer<br />
Raumbedarf; hohe<br />
Lebensdauer;<br />
Wiederverwendbarkeit<br />
z.B. nach Kaltrichten;<br />
nachgiebig und gelenkig durch<br />
spezielle<br />
Formgebung der Elemente;<br />
Beibehaltung der Tragfähigkeit<br />
trotz Deformation der Elemente<br />
relativ hohes Gewicht;<br />
Empfindlichkeit gegenüber<br />
aggressiven Wässern<br />
vielseitig; für den<br />
Streckenausbau teilweise mit<br />
speziellen Stahlprofilen; für den<br />
Einsatz im Abbau vor allem als<br />
Hydraulikstempel, Schildausbau<br />
u.a.; Ausbauelemente beim<br />
Ankerausbau (teilweise);<br />
Ausbauschüsse beim<br />
Schachtausbau, Bewehrung<br />
beim Spritzbetonausbau<br />
Leicht- metalllegierungen<br />
Leichter Transport und Einbau<br />
infolge geringen Gewichts; gute<br />
Festigkeitseigenschaften; lange<br />
Lebensdauer; Herstellung<br />
beliebig geformter<br />
Ausbauelemente möglich;<br />
Wiederverwendbarkeit<br />
geringe Kerbschlagfestigkeit;<br />
unzureichende<br />
Korrosionsbeständigkeit; hoher<br />
Materialpreis<br />
Leichtmetallkappen undstempel;<br />
Elemente beim<br />
Schildausbau und speziellen<br />
Verwendungszwecken<br />
Beton<br />
hohe Tragfähigkeit; lange<br />
Lebensdauer; Herstellung aus<br />
relativ billigen Grundstoffen;<br />
Untrennbarkeit; mechanisiert<br />
einbringbar; Schutz des<br />
Gebirges gegen Verwitterung;<br />
Verhindern von<br />
Wasserzuflüssen (in<br />
bestimmtem Maß)<br />
geringe Nachgiebigkeit<br />
umständliche Reparatur<br />
als Gußbeton (auch Ortsbetonoder<br />
Monolithbetonausbau);<br />
Beachte: Stampfbeton hat<br />
höhere Festigkeit als Gußbeton;<br />
als Spritzbeton (Ausbau in<br />
horizontalen Grubenbauen sowie<br />
in<br />
Kammern) in statisch<br />
beanspruchten, langlebigen<br />
Grubenbauen; Betonformsteine,<br />
Betonfertigteile für Stützausbau,<br />
Stahlbeton,<br />
Betonanker, zum Verfestigen<br />
und Abdichten (Injektion)<br />
Kunststoffe<br />
hohe Festigkeit; lange<br />
Lebensdauer; geringe Masse;<br />
gute Verformbarkeit; hohe<br />
Korrosionsbeständigkeit;<br />
Beständigkeit gegen Fäulnis;<br />
mechanisiert einbringbar<br />
hohe Materialkosten<br />
Befinden sich in Erprobung<br />
Ziel: Entwicklung eines<br />
spritzbaren Massenwerkstoffes,<br />
der sowohl statischen als auch<br />
dynamischen Beanspruchungen<br />
gewachsen ist<br />
84
4.3. Stützausbau<br />
Stützausbau (Ausbau in horizontalen, geneigten und vertikalen Grubenbauen)<br />
Tabelle 4.7. Beispiele für Stützausbau in Holz<br />
85
Türstockausbau<br />
In Grubenbauen mit rechteckigem oder trapezförmigen Querschnitt<br />
Kappen und Stempel sind Hauptelemente<br />
durch zusätzliche Ausbauelemente (Mittelstempel, Unterzug) u. a. Verstärkung<br />
durch Quetschhölzer, Anschärfen bzw. Anspitzen der Stempel Nachgiebigkeit<br />
Verzug, Verbolzung und Verspreizung je nach Erfordernissen<br />
vielfältigste und breiteste Anwendung als Bolzenschrot-oder Vollschrotzimmerung<br />
Vorpfändung mit Schienen<br />
1 Halterahmen: 2 Kappen; 3 Kopfschutzschienen; 4 Holzkeile; 5 vorgepfändete Kappe;<br />
6 Firstenverzug; 7 Bolzen; 8 Bohlen<br />
86
Tabelle 4.8. Beispiele für Stützausbau in Stahl<br />
87
Rundbogenausbau<br />
Ausbau im horizontalen Vortrieb, Anpassung an unterschiedliche gebirgsmechanische Bedingungen<br />
starre oder nachgiebige Gestaltung<br />
speziell geformte I-Stahl- oder Rinnenprofile (zwei oder drei Bogenteile werden durch vielfältige<br />
Verbindungselemente verbunden (symmetrische oder unsymmetrische Bögen<br />
als Verzug oder gegenseitige Verbolzung wird meist Rundholz verwendet<br />
geschlossener Ringausbau möglich (starre Rundbogen in Strecken ohne Abbaueinwirkung, nachgiebiger Rundbogen<br />
in Strecken mit dynamischer Beanspruchung<br />
Verbindungen werden je nach den zu erwartenden Hauptwirkungsrichtungen angefordert<br />
Reibungs- und Hydraulikstempel<br />
88
Tabelle 4.9. Beispiele für Stützausbau in Mauerung<br />
Ausbauart<br />
Scheibenund<br />
Gewölbemauerung<br />
Anwendung – Ausführung<br />
In geringem Umfang zum Ausbau von Füllorten, Kammern, Schächten und<br />
Strecken beim Auftreten aggressiver Wässer. Die wichtigsten Mauerverbände: Läufer-, Binder-, Blockund<br />
Kreuzverband. Scheibenmauern werden meist mit Stahlkappen kombiniert. Gewölbe werden mit<br />
Hilfe von Lehren hergestellt, die Gewölbeform wird den Beanspruchungen angepasst. Bedingt<br />
nachgiebige Gestaltung durch Quetschholzeinlagen.<br />
Scheiben und Gewölbemauerung<br />
a) Scheibenmauer mit Stahlkappe b)Gewölbemauern<br />
89
Tabelle 4.10. Beispiele für Stützausbau in Beton<br />
Ausbauart<br />
Beton- Stahlprofil- Fertigteilausbau<br />
Anwendung – Ausführung<br />
In statisch beanspruchten, langlebigen Grubenbauen. Die<br />
schweren Einzelelemente verlangen mechanisiertes Einbringen<br />
Betonformsteinausbau<br />
Zum Ausbau großer Grubenräume (statische und dynamische Belastung).<br />
Nachgiebigkeit wird durch Holzzwischenlagen erzielt. Einbringen der Formsteine<br />
erfolgt mechanisiert. Gewölbe wird mit Hilfe von Lehren hergestellt. Ausbau ist sehr<br />
kostenintensiv, deshalb nur bedingter Einsatz<br />
4.4. Ankerausbau<br />
Aufgaben des Ankerausbaus:<br />
Die Schichten in der Umgebung bergmännischer Hohlräume so zu verstärken, dass sie in die Lage versetzt werden, die durch die<br />
Schaffung der Hohlräume hervorgerufenen Spannungen aufzunehmen ohne zerstört zu werden.<br />
Wirkungsmöglichkeiten:<br />
Aufhängen wenig widerstandsfähiger Schichten an festen Gebirgsschichten (Annageln)<br />
Verhindern von Gleitbewegungen auf den Schichtflächen<br />
Verbolzen einzelner, nicht tragfähiger Schichten zu einem kompakten Schichtpaket.<br />
Anheften der Dachgesteine an die sich außerhalb der Reichweite der Gewölbewirkung befindenden Gesteine<br />
Gebirgsverstärkung bzw. Verbesserung der Gesteins- oder Gebirgsparameter durch Ankerung<br />
Verankern der Firste durch Ausbildung eines Stahlbetonbalkens.<br />
Durch das Verbolzen mehrerer Schichten werden das Widerstandsmoment, die Biegefestigkeit sowie die Tragfähigkeit erhöht. Der<br />
sog. Bretterversuch verdeutlicht dieses Prinzip, das auch mathematisch bewiesen werden kann.<br />
Widerstandsmoment einer zweiseitig eingespannten Schicht:<br />
90
Wirkungsmöglichkeiten des Ankerausbaus<br />
Bretterversuch – Gedankenmodell zum Ankerprinzip<br />
Widerstandsmoment für n Schichten gleicher Mächtigkeit:<br />
Widerstandsmoment eines Schichtpakets:<br />
Für unsere Betrachtungen kann die Breite b=1 gesetzt werden.<br />
Biegesteifigkeit:<br />
E Elastizitätsmodul der Schicht<br />
91
Trägheitsmoment einer Schicht:<br />
Biegefestigkeit einer Schicht:<br />
Biegefestigkeit eines Schichtpakets aus n Schichten gleicher Mächtigkeit<br />
Verhältnis der Summe der Tragfähigkeit F 1 der Einzelschichten zur Tragfähigkeit F ges des Schichtpakets:<br />
oder<br />
Nach dem Prinzip des Verankerns unterscheidet man:<br />
Anker mit Kopfelementen<br />
Anker, die auf ihrer gesamten Länge im Bohrloch befestigt sind<br />
Beim Ankerausbau auftretende Kräfte:<br />
Setzkraft, mit der der Anker in das Spreizelement gezogen wird<br />
Haftkraft, die aufgebracht werden muss, um den Widerstand des gesetzten Ankers gegen das Herausziehen aus dem<br />
Bohrloch zu überwinden<br />
Spannkraft, mit der der im Gebirge befestigte Anker vorgespannt wird<br />
Fließkraft, bei der der Anker über seine Streckgrenze beansprucht wird<br />
Bruchkraft, bei der der Anker zu Bruch geht<br />
92
Ankerkennlinien<br />
Bei der Auswahl der Anker sind zu bewerten:<br />
Art der Anker<br />
Länge der Anker<br />
Tragkraft der Anker<br />
Abstand der Anker<br />
Vorspannung der Anker (Spannkraft)<br />
Ausführungsweise (Technologie) der Verankerung<br />
Bei Einbringen des Ankerausbaus ist zu beachten:<br />
Der Ankerausbau ist nicht universell anwendbar. Deshalb sind vor dem Einsatz Versuche über die Parameter<br />
Ankertyp, Ankerdichte und Anordnung notwendig.<br />
Ansatzpunkte und Richtung der Bohrlöcher sind möglichst so zu wählen, dass die Ankerung rechtwinklig zur<br />
Schicht verläuft.<br />
Die Anker können durch Unterzüge aus Flacheisen u. a. verbunden werden.<br />
Der Einsatz von Verzug aus Maschendraht oder Kunstoffnetzen ist bei relativ kurzbrüchigem<br />
Gebirge notwendig<br />
Hydraulisch arbeitendes Ankersetzgerät (Prinzip)<br />
Tabelle 4.11. Vor- und Nachteile des Ankerausbau<br />
Vorteile<br />
Nachteile<br />
Geringer Materialverbrauch; niedrige Einbaukosten;<br />
Einbringen kann mittels Ankersetzgeräten bzw. Ankerbohrwagen<br />
mechanisiert werden, relativ großer freier Querschnitt; geringer<br />
Wetterwiderstand absolut brandsicher<br />
schwierige Kontrolle über den Zustand<br />
des Ausbaus Gebirge muss gewisse Mindestfestigkeit<br />
aufweisen gebräches, stark rissiges Gebirge oder tonige<br />
Gesteine kommen für Ankerausbau nicht in Betracht<br />
93
Ankerausbau mit einzementierten Drahtseilen (sog. Nähen der Firste)<br />
4.5. Spritzbetonausbau<br />
Spitzbeton ist ein Gemisch aus<br />
Zement<br />
Zuschlagstoffen<br />
Wasser<br />
Spritzbeton wird mit Hilfe von Druckluft auf die Stöße und Firste der Grubenbaue aufgespritzt. Dort erstarrt und erhärtet das<br />
Gemisch.<br />
Einfacher Spritzbetonausbau<br />
Spritzbetonausbau ist relativ starr, sei Einsatz erfolgt vorwiegend in statisch beanspruchtem Gebirge. Durch das Einbringen des<br />
Spritzbetons im laufenden Vortrieb (unmittelbar nach dem Auffahren) wird eine weitere Auflockerung des Gebirges bzw. ein<br />
Ablösen von kleinen Gesteinsplatten verhindert sowie durch Hermetisierung des Gebirges die Einwirkung von<br />
Verwitterungserscheinungen vermieden.<br />
Die Wirkung des Spritzbetonausbaus ist nicht nur auf die Verfestigung der Konturen der Grubenbaue begrenzt. Spritzbeton führt<br />
an natürlichen Bruchflächen des Gebirges (Klüfte, Spalten, Grenzflächen) zur Erhöhung der Reibung. Es entsteht ein<br />
Verbundsystem<br />
Gebirge – Ausbau, dessen Wirkung viel größer ist, als aus dem Materialaufwand geschlossen werden kann. Die Wucht des<br />
Aufpralls bewirkt eine gute Verdichtung des Betons.<br />
Durch Baustahlgewebe oder Stahlseileinlagen wird die Standfestigkeit wesentlich verbessert. Die breite Anwendung der Methode<br />
des schonenden Sprengens ist eine wesentliche Voraussetzung für eine künftig noch stärkere Anwendung des Spritzbetonausbaus.<br />
94
Das Einbringen des Spritzbetonausbaus erfolgt mit Hilfe einer Spritzbetonmaschine. Zement wird mit lagerfeuchten, natürlich<br />
gekörnten Sanden und Kiesen zu sogenannten Trockengemisch vorher fertig gemischt. Spritzdicken: 3 bis 10cm (ein- bzw.<br />
mehrschichtig);<br />
Druckfestigkeit: 250 bis 600 kp cm -2 ; Zug- und Biegefestigkeit: 30 bis 150 kp cm -2<br />
Vor dem Einbringen des Spritzbtons Stöße und Firste bereisen und abspritzen!<br />
Schema einer Spritzbetonmaschine<br />
Das dem Spritzgerät zugegebene Trockengemisch gelangt mittels einer Förderschnecke bzw. durch eine Luftschleuse in eine<br />
Abblaskammer, von welcher eine allseitig geschlossene, druckfeste Schlauchleitung zur Einbringungsstelle führt. Einer am Ende<br />
der Förderleitung angeordneten Spritzdüse wird über eine regelbare Zuleitung Wasser (bei Schnellbindern Wasser – Laugen –<br />
Gemisch) mit Überdruck zugeleitet.<br />
Verstaubte Gesteins- oder Betonflächen verhindern gutes Haften. Horizontaler Transport in der Förderleitung mehrere hundert<br />
Meter, in vertikalen Grubenbauen bis 80m.<br />
W/Z Werte des Spritzbetons:<br />
0,3 bis 0,5; max. W/Z Wert ~ 0,9. Mit zunehmendem W/Z-Wert sinken die Druckfestigkeit und der Rückprallanteil.<br />
Rückprallverluste: 10 bis 30%.<br />
Beim Auftragen des Spritzbetons beachten:<br />
saubere Auftragsflächen (Staub und Verschmutzung durch Abspritzen beseitigen)<br />
kreisende Bewegungen der Spritzdüse<br />
Abstand zwischen Spritzdüse und Auftragsfläche etwa 1m<br />
Auftragen etwa rechtwinklig zur Auftragsfläche<br />
Die wichtigsten Vorteile des Spritzbetonausbaus:<br />
dichter Anschluss an das Gebirge<br />
Schaffung eines Verbundsystems Gebirge – Ausbau und damit Erhöhung der Tragfähigkeit<br />
Verringern der Auflockerung des Gebirges um den Hohlraum<br />
größtmögliche Nutzung des aufgefahrenen Querschnitts (minimale Querschnitte)<br />
optimale Querschnittsform der Grubenbaue<br />
Vermeiden von Steinfall<br />
geringe Wetterwiederstände<br />
Verhindern des Einwirkens von Verwitterungserscheinungen<br />
Mechanisierung (Möglichkeit zur Automatisierung) der Ausbauarten<br />
absolute Brandsicherheit<br />
geringe Unterhaltskosten. Nachteilig ist die bedingte Anwendbarkeit.<br />
Kontrolle der Wasserzugabe bei der Erzeugung von Spritzbeton nur bedingt möglich Zu wenig Wasser: hohe Staubentwicklung;<br />
schlechte Abbindung des Betons; hohe Rückprallverluste<br />
Zu viel Wasser: Beton haftet schlecht; Spritzgut fließt am Stoß herunter<br />
95
Einbringen des Spritzbetonausbaus<br />
Kombination Spritzbeton – Ankerausbau<br />
Die Vorteile des Anker und Spritzbetonausbaus werden durch Kombination beider Ausbauarten genutzt. Damit wird ihr<br />
Anwendungsgebiet stark erweitert. Der Ankerausbau erhöht die Verbandsfestigkeit und vermindert die Verformungen. Der<br />
Spritzbetonausbau vermindert das Abplatzen von Gesteinsschalen, die Verwitterung des Gebirges und die Korrosion der Anker.<br />
4.6. Schachtausbau<br />
Wegen der Langlebigkeit eines Schachtes und der komplizierten und kostenaufwendigen Reparaturarbeiten kommt dem<br />
Schachtausbau besondere Bedeutung zu. Beim Schachtausbau werden vorwiegend verschiedene Arten des Stützausbaus<br />
angewendet. Ankerausbau und auch Spritzbetonausbau tragen in Verbindung mit dem Stützausbau wesentlich zur Verringerung<br />
der erforderlichen Wandstärke bei.<br />
Wird der Schachtquerschnitt (Rollenquerschnitt u. a.) im Felsgestein durch moderne Bohrverfahren gewonnen, ist der alleinige<br />
Einsatz von Spritzbetonausbau oder Anker – Spritzbetonausbau zweckmäßig.<br />
Zu den wichtigsten Aufgaben des Schachtausbaus gehören:<br />
Widerstand gegen Druckerscheinungen und Begrenzung der Verformungen des Gebirges<br />
Sicherung gegen Nachfall von Gesteinsschalen<br />
Verhindern der Eindringens von Wasser und Salzlösungen in den Schacht und Schutz der Schachtstöße im Salz und in<br />
tonhaltigen Schichten gegen Wetterfeuchtigkeit<br />
Aufnahme der Schachteinbauten wie z. B. Einstriche, Bühnenträger, Kabel- und Rohrleitungsträger.<br />
Die Eignung verschiedener Ausbauarten ist vom Gebirgsverhalten abhängig.<br />
Starrer Ausbau wird bevorzugt – sind Abbaueinflüsse und Bewegungen des Gebirges unvermeidbar, wird bedingt nachgiebig<br />
ausgebaut.<br />
96
Übersicht über die wichtigsten Schachtausbauarten<br />
1 Hinterfüllung 6 Anker 11 Netz<br />
2 Stahlblechmantel 7 Stahlblechring 12 Ankerplatte<br />
3 Zwischenbeton 8 U-Profilstahl 13 Ankerbolzen<br />
4 Stahlbeton 9 Gußeisentübbing<br />
5 Bitumen 10 Doppeltübbing<br />
97
Tabelle 4.12. Schachtausbau in Abhängigkeit vom Gebirgsverhalten<br />
Gebirge<br />
Verhalten<br />
Beispiele<br />
Ausbau<br />
Ausbauart<br />
Beispiele<br />
nicht standfest,<br />
wasserführend<br />
Schwimmsande<br />
starr, wasserdicht<br />
Stahlblechmantel (zweischichtig) mit<br />
Hinterfüllungsbeton und Beton- oder<br />
Bitumenzwischenfüllung (bei Gebirgsbewegungen<br />
geeignet)<br />
Tübbing (komplizierte Abdichtung und<br />
Reparatur)<br />
fest, nur im<br />
elastischen<br />
Bereich<br />
beansprucht<br />
fester Sandstein,<br />
Quarzite,<br />
Eruptivgesteine,<br />
harter Kalkstein<br />
starr, mit hoher<br />
Festigkeit, geringe<br />
Wandstärke<br />
Klinkermauerwerk, Monolithbeton (vorwiegende<br />
Verwendung, da mechanisierte Einbringung<br />
möglich)<br />
mild, gering plastisch<br />
Tonmergel,<br />
Tonschiefer<br />
Ausbau mit hoher<br />
Beanspruchung<br />
Mauerwerk aus Hüttensteinen, Steinen geringer<br />
Festigkeit, aber hoher Bruchstauchung, geriffelten<br />
Hartbranntsteinen (geringe Anwendung)<br />
weich, teilweise<br />
plastisch<br />
milde Tonschiefer,<br />
Tone und Lehme<br />
nachgiebiger Ausbau aus<br />
einem nachgiebigen und<br />
einem tragenden<br />
Ausbauzylinder<br />
Mauerwerk aus Betonformsteinen, Klinker mit<br />
Hohllochziegeln, Schlacke oder Waschbergen<br />
(geringe Anwendung)<br />
Zuführung des Betongemisches bei modernen Schachtteufverfahren<br />
Monolithbeton erfährt wegen der Mechanisierbarkeit beim Einbringen hinter Gleitschaltung vor allem in Verbindung mit<br />
modernen Schachtabteufverfahren weite Verbreitung.<br />
Die Nachteile dieses Verfahrens<br />
relativ geringe Festigkeit des Betons (bis etwa 250 kp cm -2 )<br />
beträchtliche Porosität<br />
zahlreiche Trennfugen<br />
werden reduziert durch Bitumenzwischenschichten sowie eine Verbesserung der Betonqualität durch geeignete Zusätze.<br />
98
5. Grubenbewetterung<br />
Mit Wetter werden alle unter Tage vorkommenden Gase und Gasgemische bezeichnet. Unter Bewetterung versteht der Bergmann<br />
die Versorgung eines Grubengebäudes oder Grubenbaues mit Wettern.<br />
5.1 Begriffsbestimmungen – allgemeine Grundlagen<br />
Einteilung nach der chemischen Zusammensetzung:<br />
Frische Wetter entsprechen in ihrer Zusammensetzung annähernd der atmosphärischen Luft. Frische Wetter:<br />
20,8 Vol.-% O 2<br />
78,1 Vol.-% N 2<br />
0,03 bis 0,04 Vol.-CO 2<br />
≈ 1 Vol.-% Edelgas und Wasserdampf<br />
Matte Wetter sind Wetter, bei denen der Sauerstoffgehalt unter dem geforderten Wert von<br />
≥ 20% O2 liegt. Sie entstehen durch Sauerstoffverbrauch oder – verdrängung. Matte Wetter sind schlecht für die Atmung geeignet,<br />
aber nicht giftig. Teilweise werden sie auch als stickige Wetter bezeichnet.<br />
Giftige Wetter enthalten giftige Gase in höheren Konzentrationen, als es die arbeitshygienischen Normen zulassen. Explosible<br />
oder schlagende Wetter enthalten ein oder mehrere explosible Gase (Aufnahme brennbarer Bestandteile wie CH4, C2H6, H2, CO).<br />
Weitere Wetterarten und ihre Definition:<br />
Abwetter sind Wetter, die bereits einen oder auch mehrere Orte bestrichen haben. Sie sind deshalb oft durch gas- und<br />
staubförmige Veränderungen gekennzeichnet.<br />
Mischwetter sind Gemische aus Ab- und Frischwettern.<br />
Staubwetter haben Staubgehalte, die die zulässigen Werte übersteigen.<br />
Brandwetter entstehen bei Grubenbränden.<br />
MAK-Werte<br />
MAKD-Wert: Maximal zulässige Arbeitsplatzkonzentration (Dauerkonzentration) gesundheitsschädlicher Stoffe, ermittelt als<br />
Durchschnittskonzentration während einer Zeitdauer von 8¾ h<br />
MAKK-Wert: Maximal zulässige Arbeitsplatzkonzentration (Kurzzeitkonzentration) gesundheitsschädlicher Stoffe, ermittelt als<br />
Durchschnittskonzentration während einer Zeitdauer von 30 Minuten.<br />
5.1.1. Aufgaben der Grubenbewetterung<br />
Die Grubenbewetterung hat wichtige Aufgaben zu erfüllen<br />
Zuführen der erforderlichen Atemluft für die in der Grube befindlichen Menschen<br />
Deckung des Sauerstoffbedarfs für Verbrennungsmotoren<br />
Verdünnen und Fortführen giftiger oder explosibler Wetter<br />
Fortführen und Verdünnen belästigender Stäube<br />
Erzielen eines günstigen Grubenklimas Luftverbrauch des Menschen:<br />
in Ruhe: 5 bis 7l min -1<br />
bei schwerer Arbeit: bis 40l min -1<br />
5.1.2. Wetterbedarf<br />
Faktoren zum Bestimmen der erforderlichen Wettermengen:<br />
Anzahl der Werktätigen in der Grube (Wetterabteilung)<br />
Sprengstoffverbrauch<br />
Abgase der Verbrennungsmotoren Staubbildung<br />
strahlenhygienische Gesichtspunkte (0,3 ms -1 in belegten Grubenbauen-gilt nicht für Querschnitte ˃20m 2 )<br />
99
5.1.3. Einige physikalische Eigenschaften der Wetter<br />
Druck<br />
Bei Wetterstillstand wirkt nur der statische Druck. Bei Wetterbewegung ergibt sich der Gesamtdruck aus der Summe des<br />
statischen und des dynamischen Druckes. Der statische Druck pst (barometrischer Druck) wird mit dem Aneroid- oder<br />
Quecksilberbarometer gemessen.<br />
Gesamtdruck:<br />
Tabelle 5.1. In den Grubenwettern vorkommende schädliche, unatembare oder giftige Gase<br />
100
Bei blasender Bewetterung ist er größer und bei saugender Bewetterung kleiner als der<br />
Ruhedruck.<br />
Widerstände im Grubengebäude bewirken Druckverluste.<br />
Der dynamische Druck pdyn ist von der Geschwindigkeit vw und der Dichte ϱw der Wetter abhängig. Statischer und dynamischer<br />
Druck stehen immer in Wechselbeziehung.<br />
Dynamischer Druck:<br />
p dyn ϱ w v w<br />
kp m -2 kg m -3 ms -1<br />
Druckverhältnisse im Grubengebäude<br />
101
Tabelle 5.2. Druckeinheiten<br />
Temperatur<br />
Die Wettertemperatur wird von folgenden Komponenten beeinflusst:<br />
Tagestemperatur (jahreszeitliche Temperaturschwankungen)<br />
Gebirgswärme<br />
Kompressionswärme<br />
Wasserdampfgehalt<br />
Oxydationsprozesse<br />
sonstige Einfluss Faktoren (Schachtwetterheizungen, Motoren, elektrische Ausrüstungen u. a.)<br />
Es wird zwischen Trocken- und Feuchttemperatur unterschieden. Beide Temperaturen werden gleichzeitig mit dem Psychrometer<br />
gemessen.<br />
Absolute Temperatur: T in K; t in °C<br />
T<br />
t<br />
K °C<br />
Dichte<br />
Die Dichte der Wetter ist von Druck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit abhängig. Sie beträgt bei 0°C und 760 Torr ϱw=1,293 kg m -<br />
3 . Bei Abweichungen von den Normalbedingungen wird sie formelmäßig bestimmt bzw. aus Diagrammen entnommen.<br />
Bei besonderen Bedingungen (Gasausbrüche, Gasabsaugung, genaue Bestimmung von Widerstandsbeiwerten u.a.) werden in der<br />
Grube hinzukommende Gase berücksichtigt. Gaskonstante für Luft (0°C; 760 Torr) beträgt Rf = 29,27 kp m kg -1 K -1 (bei<br />
Abweichungen von den Normalbedingungen Werte Diagramm entnehmen).<br />
Dichte der Luft:<br />
102
Diagramm der Wetterdichte (bei ȹ=70%)<br />
Feuchte<br />
Die in den Wettern enthaltene Wasserdampfmenge in g kg -1 wird als Feuchte bezeichnet. Es wird unterschieden zwischen<br />
vorhandener absoluter Feuchte ƒabs<br />
bei Sättigung des Wasserdampfes möglicher maximaler Feuchte ƒmax<br />
relative Feuchte ȹ<br />
Gaskonstante der Luft (Ablesebeispiel: t = 19°C; ȹ = 80% Rf = 29,47 kpm kg -1 )<br />
Relative Luftfeuchtigkeit:<br />
5.2. Durchführung der Grubenbewetterung<br />
Ursache der Wetterbewegung: Druckunterschiede<br />
Zum Bewettern des Grubengebäudes ist ein ununterbrochen fließender Wetterstrom notwendig. Möglichkeiten zum Erzeugen der<br />
Wetterbewegung:<br />
natürliche Bewetterung<br />
künstliche Bewetterung (fas ausschließlich angewendet)<br />
Natürliche Wetterbewegung entsteht infolge natürlicher Druckunterschiede der Wetter.<br />
Künstliche Wetterbewegung wird durch Grubenlüfter (vorwiegend elektrisch angetrieben) erzeugt.<br />
103
Natürlicher Wetterstrom<br />
5.2.1. Grubenlüfter<br />
Grubenlüfter arbeiten saugend (Unterdruck) oder blasend (Überdruck). Nach der Bauart werden unterschieden:<br />
Radiallüfter<br />
Radiallüfter (Schleuderlüfter)<br />
Axiallüfter (Schraubenlüfter)<br />
Die Wetter strömen axial in das Laufrad ein, strömen infolge der Fliehkraft im Schaufelradkanal radial zum Umfang des<br />
Schaufelrads und werden dort abgeschleudert. Im Lüfter wird die zugeführte mechanische Energie in Druck- und<br />
Geschwindigkeitsenergie umgewandelt. Im Diffusor erfolgt eine weitere Drucksteigerung. Radiallüfter werden heute mehr und<br />
mehr durch Axiallüfter verdrängt.<br />
Axiallüfter<br />
Die Wetter werden axial angesaugt und ohne Richtungsänderung weiter gedrückt. Ein Axiallüfter besteht aus einem<br />
mehrflügeligen Laufrad und einem dahinter angeordneten Leitrad.<br />
Der Antriebsmotor ist stromlinienförmig verkleidet und befindet sich im Strömungsquerschnitt. Bei den Axiallüftern werden<br />
unterschieden.<br />
Überdrucklüfter (Erzeugung des statischen Druckes im Laufrad)<br />
Gleichdrucklüfter (Erzeugung des statischen Druckes im Diffusor)<br />
Axiallüfter (Gleichdrucklüfter)<br />
104
Leistungsverhalten und Betriebskenngrößen<br />
Die Wettermenge, die ein Lüfter liefert, ist abhängig von den Kenngrößen<br />
aufgenommene Leistung<br />
Drehzahl<br />
erzeugter Druckunterschied<br />
Wetterwiderstand<br />
Tabelle 5.3. Durch Grubenlüfter geförderte Wettermengen (Volumenströme)<br />
Die Förderhöhe H L eines Lüfters wird durch Addition der statischen Förderhöhe H St und der dynamischen Förderhöhe H dyn<br />
ermittelt.<br />
Förderhöhe eines Lüfters:<br />
Erzeugter Druckunterschied:<br />
<br />
pges g ϱw HL<br />
kp m -2 ms -2 kg m -3 m<br />
Nutzleistung eines Lüfters:<br />
<br />
P N pges V<br />
kW kp m -2 m 3 s -1<br />
Kupplungsleistung eines Lüfters:<br />
105
Elektrischer Leistungsbedarf:<br />
Druckunterschied:<br />
<br />
p D Druck im Druckstutzen p s Druck im Saugstutzen<br />
Während die absoluten statischen Drücke mit dem Aneroid- oder Quecksilberbarometer<br />
gemessen werden, können an Differenzdruckmessern unmittelbar statische Druckunterschiede abgelesen werden.<br />
Dynamischer Druckunterschied:<br />
( )<br />
<br />
v D ;v s<br />
kp m -2 kp m -3 ms -1<br />
Aus dem Kennliniendiagramm eines Lüfters kann der Volumenstrom V in Abhängigkeit vom erzeugten Druckunterschied<br />
abgelesen werden. Es wird durch gleichzeitiges Messen von Volumenstrom und Druckunterschied ermittelt.<br />
Kennliniendiagramm eines Lüfters (Ablesebeispiel: p = 125 kpm -2 V 120 m 3 s -1 )<br />
Zu jeder Drehzahl eines Lüfters gehört eine gesonderte Kennlinie.<br />
Mit Hilfe des Druckunterschieds und des Volumenstroms wird die Nutzleistung eines Lüfters ermittelt.<br />
Bei der Berechnung von Kupplungsleistung und elektrischem Leistungsbedarf sind die<br />
Wirkungsgrade des Lüfters η L bzw. des Motors η M zu berücksichtigen. Unter Verwendung der statischen Druckdifferenz pdyn<br />
kann ebenfalls der vom Lüfter erzeugte gesamte Druckunterschied berechnet werden.<br />
Regelungsmöglichkeiten der Lüfter<br />
Drosselung durch Einbau eines zusätzlichen Widerstands (sehr energieaufwendig)<br />
Drehzahlregelung erfordert regelbaren Antriebsmotor (sehr wirtschaftlich)<br />
106
Mit Hilfe der Affinitätsgesetze wird das Verhalten des Lüfters bei der Drehregelung ermittelt. Anwendung der Drehzahlregelung:<br />
bei Hauptgrubenlüftern und Druckluftlüftern.<br />
Aerodynamische Regelung (Drallregelung) kann durch Verstellen des Laufrads (auch während des Betriebes) oder durch<br />
Verstellen des Leitrads vorgenommen werden.<br />
Affinitätsgesetze:<br />
V 1 ; V 2<br />
n 1 ; n 2<br />
p 1 ; p 2<br />
P 1 ; P 2<br />
Volumenströme<br />
Drehzahlregelung<br />
Druckunterschiede<br />
Leistung<br />
Drosselregelung:<br />
Diese Regelung wird vorwiegend bei Hauptgrubenlüftern angewendet.<br />
Zusammenarbeit von Lüftern<br />
Drehzahlregelung<br />
Durch Hintereinanderschalten von Lüftern erhöhen sich die erzeugten Lüfterdrücke (Addition) bei konstantem Volumenstrom und<br />
durch Parallelschalten die Wettermengen.<br />
107
Kennliniendiagramm von parallel und hintereinander geschalteter Lüfter<br />
5.2.2. Bewetterungssysteme<br />
Hinsichtlich der Anordnung der ein- und ausziehenden Schächte wird unterteilt in<br />
rückläufig<br />
grenzläufig<br />
mittelläufige Wetterführung.<br />
Außerdem werden unterschieden:<br />
Aufwärtsbewetterung (Führung der Wetter aufwärts durch die zu bewetternden Grubenbaue)<br />
Abwärtsbewetterung (Führung der Wetter abwärts durch die zu bewetternden Grubenbaue).<br />
108
Regulierung des Wettermengenstromes durch Drosseltüren<br />
5.2.3. Wetterströme und ihre Berechnung<br />
Die durch einen Grubenbau (Luttenleitung) strömende Wettermenge wird wesentlich durch den Wetterwiderstand R w beeinflusst.<br />
Zu seiner Berechnung werden der Volumenstrom V und der Druckunterschied p benötigt.<br />
Oft wird der Wetterwiderstand auf 100m Länge bezogen (R 100 ).<br />
Ein Wetterweg hat den Widerstand von einem Weisbach (1Wb), wenn er bei einem Druckunterschied von 1kp m -2 einen<br />
Volumenstrom von 1 m 3 s -1 hindurchlässt.<br />
Widerstandsgesetz der Wetterführung:<br />
RW p V<br />
1kp s 2 m -8 kp m -2 m 2 s -1<br />
1 kp s 2 m -8 = 1Wb = 1000mWb<br />
Spezifischer Wetterwiderstand auf 100m Wetterweg bezogen:<br />
R 100 l p V<br />
kp s 2 m -8 m kp m -2 m 3 s -1<br />
l Länge des Wetterwegs<br />
Zur Beurteilung des Wetterwiderstands eines ganzen Grubenfeldes wird die äquivalente (gleichwertige) Grubenweite A äqu<br />
verwendet. Das ist ein gedachter Querschnitt einer kreisförmigen Öffnung in einer unendlich dünnen Wand, die einem<br />
Grubenlüfter den gleichen Widerstand entgegensetzt wie das Grubengebäude (Maßstab der Bewetterungsfähigkeit).<br />
109
Der Druckabfall p wird beeinflusst von<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Widerstandswert λ<br />
äquivalente Länge l äqu<br />
Wetterdichte ϱ w<br />
Durchmesser des Wetterquerschnitts d w<br />
Äquivalente Grubenweite:<br />
√<br />
A äqu V p<br />
m 2 m 3 s -1 kp m -2<br />
Bei nichtkreisförmigen Querschnitten wird anstelle dw der äquivalente (gleichwertige) Durchmesser d äqu eingesetzt.<br />
Hierbei sind<br />
A w<br />
U w<br />
Wetterquerschnitt<br />
Umfang des Wetterquerschnitts<br />
Druckabfall (turbulente Strömung)<br />
p λ l äqu v w ϱ w d w<br />
kp m -2 – m ms -1 kg m -3 m<br />
Der Widerstandsbeiwert λ ist von der relativen Wandrauhigkeit des Wetterquerschnitts und von der Reynold’schen Zahl Re<br />
abhängig (bei Re > nur von der relativen Rauhigkeit).<br />
Werte aus der Literatur können immer nur grobe Näherungswerte sein.<br />
Die äquivalente Länge l äqu ergibt sich aus der Summe der geradlinigen Längen l L und der Länge, die zusätzlich für Krümmungen,<br />
Abzweigungen und plötzliche Querschnittsänderungen (zusätzliche Widerstände) ermittelt wird.<br />
Der zweite Summand ist oft sehr geringfügig und kann dann vernachlässigt werden.<br />
Mit Wetternetz wird die Gesamtheit aller zu bewetternden Grubenbaue bezeichnet.<br />
Äquivalenter Durchmesser:<br />
d äqu ; U w A<br />
m m 2<br />
Äquivalente Länge:<br />
∑<br />
110
Tabelle 5.4. Einige Widerstandswerte<br />
Widerstand<br />
Schacht (Kreisquerschnitt) in<br />
Abhängigkeit von der<br />
Querschnittsgestaltung<br />
Strecke ohne Ausbau<br />
Stecke mit Ausbau (Mauerung,<br />
Ortsbeton, Betonformsteine)<br />
Strecke mit Ausbau (Türstock,<br />
Stahlbogen)<br />
Stahlblechluttenleitung (verzinkt, nicht<br />
verrostet)<br />
400mm Durchmesser<br />
Widerstandsbeiwert λ<br />
0,02.......041<br />
0,024….0,235<br />
0,014….0,049<br />
0,037….0,164<br />
0,019<br />
500mm Durchmesser 0,018<br />
600mm Durchmesser 0,017<br />
Widerstandskennlinien von Luttenleitungen (500m Länge)<br />
Druckverluste von Lutten bei 400mm Durchmesser und 100m Länge<br />
1 Tuchlutte; 2 ungünstige Blechlutte; 3 Plastelutte; 4 günstige Blechlutte<br />
111
Tabelle 5.5. Einige Werte für die Widerstandszahl Ɛ<br />
Allgemeine Gesetzmäßigkeiten<br />
An jedem Knotenpunkt ist die Summe der abfließenden gleich der Summe der zufließenden Wetter.<br />
Bilden mehrere Wetterwege einen geschlossenen Stromkreis, so ist die Summe der Druckunterschiede in jeder<br />
Umfahrungsrichtung gleich Null.<br />
Auf Grund der Ähnlichkeit mit den Gesetzten der E-Technik (Ohm’sches Gesetz, Kirchhoffsche Gesetzte) werden komplizierte<br />
Wetternetze mit elektrischen bzw. elektronischen Wetternetzmodellen unter Nutzung der Digital- und Analogrechentechnik<br />
berechnet.<br />
Knotenpunktgesetz:<br />
∑<br />
Gesetz des Druckgefälles:<br />
∑<br />
Knotenpunkt<br />
112
Prinzipieller Aufbau eines Wettermodells<br />
Hintereinanderschaltung von Wetterwiderständen<br />
Der Gesamtwiderstand Rw ges bei der Hintereinanderschaltung von Wetterwegen ergibt sich aus der Addition der<br />
Einzelwiderstände Rw 1 bis Rw n .<br />
Gesamtwiderstand bei Hintereinanderschaltung<br />
113
Bei der Parallelschaltung von Wetterwiderständen ist der Gesamtwiderstand kleiner als der kleinste Einzelwiderstand.<br />
Gesamtwiderstand bei Parallelschaltung:<br />
√ √ √ √<br />
Parallelschaltung von 2 Wetterwegen:<br />
(√ √ )<br />
Sehr kleine Widerstände zwischen zwei Knotenpunkten werden bei der Berechnung von Wetternetzen vernachlässigt und diese<br />
beiden Knotenpunkte vereinigt. Sehr große Widerstände werden ∞ gesetzt und der entsprechende Wetterweg vernachlässigt.<br />
Wetternetze können schrittweise durch widerstandsgetreue Netzumwandlung berechnet werden.<br />
Reihenfolge des Vorgehens:<br />
Darstellung des Wetternetzes<br />
Parallelschaltung von Wetterwiderständen<br />
Beziehung zwischen Wettermenge und –widerstand (Parallelschaltung)<br />
√<br />
√<br />
114
5.2.4. Überwachung der Wetterführung<br />
Die ständige Überwachung der Wetterführung ist für eine einwandfreie Grubenbewetterung von großer Bedeutung.<br />
Wettermengenermittlung<br />
Die Messung findet in Wettermeßstellen statt. Das sind Abschnitte in Grubenbauen mit gleichbleibendem Querschnitt A w zur<br />
Messung der Wettergeschwindigkeit v w . Mit Anemometer werden mittlere Geschwindigkeiten ermittelt.<br />
Wettermenge (Volumenstrom):<br />
Tabelle 5.6. Meßbereiche der Geschwindigkeitsmeßgeräte<br />
Meßgerät Meßbereich in m min -1<br />
Flügelradanemometer<br />
12….600<br />
Schalenkreuzanemometer 30…1200<br />
Luga-Messer<br />
3…600<br />
18…600<br />
Bei Lugamessern wird der gewünschte Meßbereich durch Aufstecken einer entsprechenden Düse auf die Luftaustrittöffnung des<br />
Gerätes eingestellt. Sie zeigen die Wettergeschwindigkeit augenblicklich an, deshalb ist hierbei eine Netzmessung erforderlich.<br />
An schwer zugänglichen Stellen (Lutten, Lüfterkanäle u. a.) werden zum Messen des dynamischen Druckes pdyn Staurohre<br />
benutzt und die Wettergeschwindigkeit vw formelmäßig bestimmt. Für überschlägliche Schätzungen der Wettergeschwindigkeit<br />
können auch Rauchröhrchen verwendet werden.<br />
Wettergeschwindigkeit:<br />
√<br />
v w p dyn ϱ w<br />
ms -1 kp m -2 kg m -3<br />
ϱ w<br />
Wetterdichte<br />
Messung der Wettergeschwindigkeit<br />
115
Geräte zum Messen der Wettergeschwindigkeit<br />
Prandtlsches Staurohr<br />
Druckmessung<br />
Bei der Druckmessung werden unterschieden:<br />
Barometer für die absolute statische Druckmessung<br />
U-Rohre für die Messung von Druckunterschieden.<br />
Bei der Ermittlung des Druckunterschieds sind neben dem Ablesen der Meßfadenlänge n f die Gerätekonstante ϰ und Dichte der<br />
Sperrflüssigkeit ϱ sp zu beachten.<br />
Ermittlung des Druckunterschieds mit dem Mikromanometer:<br />
p n f ϰ g ϱ sp<br />
kp m -2 m – ms -2 kg m -3<br />
116
Tabelle 5.7. Einige im Bergbau eingesetzte Messgeräte zur Messung des absoluten statischen Druckes<br />
Bezeichnung<br />
Aneroidbarometer<br />
(Grubenbarometer)<br />
Barolux<br />
Meßgenauigkeit in Torr<br />
0,2…0,5<br />
0,05…0,1<br />
Mikrobarometer 0,01<br />
Mikrobarograf 0,5<br />
Tabelle 5.8. Einige im Bergbau eingesetzte Meßgeräte zur Messung des Differenzdrucks<br />
Bezeichnung<br />
U-<br />
Rohrmanometer<br />
Meßgenauigkeit<br />
in mm WS<br />
≈1<br />
Bemerkung<br />
gefärbtes Wasser als<br />
Sperrflüssigkeit<br />
Mikrometer 0,1 Schrägrohrmanometer<br />
Minimeter 0,01 Schrägrohrmanometer<br />
U-Rohrmanometermessung in einem Luttenstrang<br />
Prinzip des Mikromanometers; p 1 > p 2 ; ϱ sp Dichte der Sperrflüssigkeit<br />
Schlauchmessung<br />
Die Messung von Differenzdrücken wird vorwiegend als Schlauchmessung (bis 300m) durchgeführt. In Schächten findet meist<br />
die Absolutmessung mittels zweier Barographen Anwendung (gleichzeitige Messung). Dabei werden außerdem die Höhenlage<br />
sowie der Anteil der dynamischen Druckdifferenz ermittelt.<br />
117
Qualitätsprüfung der Wetter<br />
Matte Wetter werden mit der Benzinwetterlampe festgestellt. Vor der Messung wird die Flamme auf 1cm Höhe zurückgeschraubt.<br />
Wird sie kleiner oder verlischt sie plötzlich, ist das Ort sofort zu verlassen, abzusperren und zu bewettern.<br />
Bei einem O 2 -Gehalt von ≤ 17,5% verlischt die Flamme.<br />
CH 4 -Gehalte werde mit dem Grubengasinterferometer (Gasi), oft auch durch zentrale Überwachungs- und Warneinrichtungen,<br />
gemessen (im VEB Mansfeld Kombinat „Wilhelm Pieck“ werden CH 4 -Gehalte mit der Benzinwetterlampe festgestellt). Das<br />
Messprinzip des Gasi beruht auf der unterschiedlichen Lichtberechnung von frischen Wettern und CH4-haltigen Wettern. Ist CH 4<br />
in der angesaugten Luft vorhanden, verschiebt sich der Interferenzstreifen, und der Gehalt ist an der Messskala unmittelbar in<br />
Prozent ablesbar (jeweils dunkelster Streifen).<br />
Grubengasinterferometer Gasi<br />
a) optisches Schema<br />
b) Gasführung (Schema)<br />
c) Gasi (komplett<br />
1 Kondensator; 2 Jaminplatte; 3 Meßkammer; 4 Vergleichskammer; 5 Umlenkprisma; 6 90°-Prisma; 7 Okular; 10 Handpumpe;<br />
11 Umstellhahn; 12 Natronkalk; 13 Blaugel; 14 Meßkammer; 15 Vergleichskammer; 16 Druckausgleichsspirale;<br />
17 Dreikantschraube; 18 Ikularschutzdeckel; 19 Verschlußdeckel (Blaugel); 21 Fenster für Blaugel; 22 Daumenschlaufe;<br />
23 Handpumpe<br />
Mit dem Grubengasinterferometer Gas können auch CO 2 Gehalte ermittelt werden.<br />
CO 2 -, CO-, H 2 S-, SO 2 -Gehalte sowie Gehalte an nitrosen Gasen werden mit speziellen Prüfröhrchen in Verbindung mit dem<br />
Gasspürgerät gemessen.<br />
Prüfröhrchen bestehen aus Glas und sind mit einer Vorreinigungsmasse (zur Bindung störender Fremdstoffe) und einer<br />
Reaktionsmasse gefüllt.<br />
Der Reaktionsteil ist mit einer Skala versehen (Markierungsringe), an der nach dem Durchströmen einer bestimmten Wettermenge<br />
(Hubzahl beachten!) die vorhandene Gaskonzentration abgelesen wird.<br />
118
Tabelle 5.9. Hubzahl des Gasspürgerätes bei verschiedenen Prüfröhrchen (VEB Laborchemie Apolda)<br />
Bezeichnung des Gases<br />
CO<br />
CO 2<br />
SO 2<br />
H 2 S<br />
NO 2<br />
Anzahl der Hübe<br />
1Hub + 7 Hübe = 8 Hübe<br />
1Hub + 4 Hübe = 5 Hübe<br />
1Hub + 9 Hübe = 10 Hübe<br />
1Hub + 9 Hübe = 10 Hübe<br />
5 Hübe Gesamtvolumen<br />
119
Handhabung des Gasspürgerätes<br />
Dichtheit des Gerätes überprüfen<br />
beide Enden des Prüfröhrchens in der Abbrechöse der Balgpmpe abbrechen (Kopf abwenden)<br />
Röhrchen in den Balgpumpenkopf einsetzen (Pfeil in Richtung Gerät)<br />
Balg einmal zusammendrücken und warten, bis die Kette am Balg wieder gespannt ist<br />
Bei Färbung der Reaktionsschicht Anzeige ablesen<br />
zeigt sich noch keine (oder schwache) Verfärbung, restliche Hübe bis zum Erreichen der vorgeschriebenen Hubzahl<br />
ausführen.<br />
Umrechnung von mg in ppm:<br />
ppm<br />
M<br />
parts per million (Teile je Millionen Teile)<br />
Konzentration in mg m -3<br />
relative Molmasse des Gases<br />
Zeigt die Reaktionsschicht eine Verfärbung über dem MAK-Wert, ist das Ort sofort zu verlassen, abzusperren und zu bewettern<br />
(wettertechnisch nachgeschaltet Betriebspunkte beachten!). Durch Gasvollanalysen erhält man genaueste Angaben über die<br />
Zusammensetzung der Wetter. Dazu werden Wetterproben mit einem Gassammelrohr entnommen.<br />
120
Beim gleichzeitigen Auftreten mehrerer Schadstoffkomponenten C addieren sich die Auswirkungen der einzelnen Schadstoffe.<br />
Für diesen Fall gilt der Summen-MAK-Wert (∑ MAK).<br />
Summen-MAK-Wert<br />
∑<br />
5.2.5. Grubenklima<br />
Ziel von Klimatisierungsmaßnahmen:<br />
Schaffung gesetzlich geforderter Arbeitsbedingungen zur Erhaltung der Gesundheit der Bergleute.<br />
Bestimmend für die klimatischen Verhältnisse in einem Bergwerk sind:<br />
Temperatur<br />
Feuchtigkeitsgehalt<br />
Geschwindigkeit der Grubenwetter<br />
Unter Grubenklima versteht man den Gesamteinfluss der Trockentemperatur, de Sättigungsgrades und der Geschwindigkeit der<br />
Wetter sowie des Luftdruckes und der Wärmestrahlung auf Personen, technische Einrichtungen und Aggregate.<br />
Eine gute Möglichkeit zur Beurteilung des Grubenklimas ist die Auswertung mit Hilfe des i, ϰ-Diagramms.<br />
Nachdem die Trocken- und Feuchttemperatur mit dem Psychrometer gemessen worden sind, können im i, ϰ-Diagramm folgende<br />
Werte abgelesen werden:<br />
relative Luftfeuchtigkeit ȹ in %<br />
Enthalpie (Wärmeinhalt) i in kcal kg -1<br />
Wasserdampfgehalt ϰ in g kg -1<br />
Aspirationspsychrometer<br />
Möglichkeit zur Verbesserung des Grubenklimas:<br />
Erhöhen der Wettermenge<br />
Verkürzen der Wettermenge<br />
Verbessern der Sonderbewetterung<br />
Befeuchten der Wetter durch Sprühdüsen (Nachteil: Erhöhung der Luftfeuchtigkeit)<br />
Abdichten abgeworfener Grubenbaue und nasser Streckenstöße<br />
Abdecken der Wasserseigen<br />
Beseitigen von Wasseransammlungen<br />
Senkung der Trockentemperatur beim Befeuchten: bei 1g/kg Reinluft um 2,5°C<br />
121
Wird durch diese Maßnahmen kein ausreichender Erfolg mehr erzielt, werden die Wetter gekühlt. Unter Berücksichtigung der<br />
Wettergeschwindigkeit wird in der DDR in den unterschiedlichen Klimabereichen die Arbeitszeit verkürzt.<br />
Die Zumutbarkeit des Grubenklimas wird nicht nur von den Klimawerten, sondern auch von der Schwere der Arbeit bestimmt.<br />
i, ϰ-Diagramm<br />
Ablesebeispiel: Trockentemperatur t tr =17°C; Feuchttemperatur t f = 14°C relative Feuchte ȹ = 70%)<br />
Der größte Teil der Arbeitsorte unserer Gruben liegt im Klimabereich I.<br />
Wetterkühlung<br />
Zur Kühlung der Wetter dienen Grubenwetterkühler.<br />
Kältemaschinenanlage (Prinzip)<br />
122
In Abhängigkeit vom Kältemittel werden Kaltluft- und Kaltdampfkühlmaschinen unterschieden.<br />
Vorwiegend werden Kaltdampfkühlmaschinen verwendet (Kältemittel: fluorisierte Chlorkohlenwasserstoffe – Frigedone).<br />
Weiterhin werden unterschieden:<br />
direkte Kühlung (Übertragung der Wetterwärme im Verdampfer auf das umlaufende Kältemittel)<br />
indirekte Kühlung (Aufnahme der Wärme am Verbrauchsort und Übergabe im Verdampfer an das Kältemittel).<br />
Im Bergbau der DDR sind sowohl fahrbare, direkte Vor-Ort-Kühlanlagen als auch stionäre Kühlanlagen mit Kühlleistungen als<br />
auch stationäre Kühlanlagen mit Kühlleistungen von mehreren Millionen kcal h -1 eingesetzt. Bei großen Wettermengen (z. B. im<br />
Kalibergbau) kommen Wetterkühlkabinen zur Anwendung.<br />
123
Tabelle 5.10. Kennwerte von in der DDR eingesetzten Grubenwetterkühlern (Vor-Ort_Kühlanlagen)<br />
Bezeichnung Einheit WK 120 WK 120/S<br />
Kälteleistung kcal h-1 1000000 110000<br />
Vedampfungstemperatur °C +5 +5<br />
Verflüssigungstemperatur °C +40 +40<br />
Wetterdurchsatz m3 min-1 150 300<br />
Kühlwasserverbrauch m3 h-1 7 (+20°C) 7 (+20°C)<br />
Energieanschluß kW 40 40<br />
Masse kg 3100 2900<br />
5.2.6. Verteilung der Wetter<br />
Die durch den einzelnen Schacht strömenden Wetter verteilen sich im Grubenfeld auf Teilströme, deren Anteile vom Widerstand<br />
der Wetterwege bestimmt werden.<br />
Die Wetterverteilung kann außerdem beeinflusst werden durch<br />
Einsatz von Zusatzlüftern<br />
Vergrößerung der Gesamtwettermenge durch Erhöhung der Leistung des Hauptgrubenlüfters<br />
Drosselung zu starker Teilströme<br />
Durch eine Trennung in Wetterabteilungen wird eine gegenseitige Beeinflussung der Teilwetterströme ausgeschlossen. Für die<br />
Überwachung der Wetterführung werden Wetterrisse angelegt.<br />
Wetterstammbäume sind Schemata der Wetterverteilung. Sie erhalten für jeden Teilwetterstrom die strömende Wettermenge und<br />
die daraus resultierende maximale Belegungsstärke.<br />
Aus Wetterriß ersichtlich:<br />
Wetterriß<br />
Weg der Wetterströme<br />
Mengen der Wetterströme (Frischwetter, Abwetter)<br />
Einrichtung zur Erzeugung der Wetterbewegung, Lenkung, Leitung und Überwachung der Wetter<br />
1 einziehender Schacht; 2 Hauptquerschlag; 3 Blindschacht;<br />
4 Feldstrecke; 5 Querschlag; 6 Abbaustrecke;<br />
7 Abbau; 8 ausziehender Schacht<br />
Wetterleiteinrichtungen dienen<br />
dem Festlegen eines den betreffenden Erfordernissen entsprechenden Wetterweges<br />
dem Regeln der Stärke einzelner Wetterströme oder<br />
dem vollständigen bzw. teilweisen Abschluss abgeworfener Grubenbaue.<br />
124
Mechanisches Schließen einer Wettertür<br />
Zu ihnen gehören<br />
Wetterdämme zum Abdichten abgeworfener Grubenbaue<br />
Wetterscheider zum Trennen zweier Wetterströme mit entgegengesetzter Richtung in einem Grubenbau<br />
Wettertüren zur Führung und Teilung des Wetterstromes (Steuerung des Öffnungsmechanismus über Ventile,<br />
Schienenkontakte oder Fotozellen)<br />
Wetterschleusen zur Senkung der Wetterverluste bzw. zur Trennung zweier Wetterströme mit großer Druckdifferenz<br />
(mehrere hintereinander eingebaute Wettertüren)<br />
Drosseltüren zum Regeln des Wetterstroms mit verstellbaren Öffnungen in Wettertüren<br />
Wettergardinen zur provisorischen Wetterregulierung<br />
Wetterbrücken zum Trennen zweier Wetterströme ohne deren Minderung (wird erreicht durch Grubenbau oder<br />
Einbaueinheit)<br />
Wetterwiderstände von Wettertüren:<br />
Holztür<br />
Stahlblechtür in<br />
Mauerung<br />
Spezialwettertüre<br />
0,4…1Wb<br />
15…36Wb<br />
> 80Wb<br />
Wettertüren dürfen nicht verstellt werden und müssen ständig geschlossen sein!<br />
125
Wetterbrücke<br />
Wettertür<br />
5.2.7. Sonderbewetterung<br />
Alle Grubenbaue, die nicht durchschlägig sind, werden mit Luttenleitungen und Lüftern sonderbewettert (saugend oder blasend).<br />
Eine Lutte ist ein Rohr aus einem geeigneten Werkstoff (Stahlblech, Plaste, gummiertes Tuch, Presspappe). Nach der Art der<br />
Verbindung werden Steck-, Flansch- und Patentlutten unterschieden.<br />
Sonderbewetterung<br />
Die aus einer beliebigen Anzahl von Lutten zusammengesetzte Leitung wird als Luttenleitung (Luttentour) bezeichnet. Sie wird<br />
mit fortschreitendem Vortrieb nachgezogen.<br />
Luttenlüfter sind in Luttenleitungen eingebaute Elektro- oder Druckluftlüfter (teilweise mehrere hintereinander geschaltete<br />
Lüfter).<br />
Saugende Sonderbewetterung mit Vor-Ort-Kühlung und Wetterzwischenkühlung<br />
1 Lüfter; 2 Saugleitung; 3 Wetterkühler (Zwischenkühler); 4 Wetterkühler (Vor-Ort-Kühler); 5 Frischwetterleitung<br />
126
CO-Filterselbstretter<br />
Luttenlüfter dürfen nicht unmittelbar am Ansaugende der Luttenleitung und nicht unmittelbar hinter Krümmern bzw.<br />
Übergangsstücken angeordnet werden.<br />
Zur Lärmbekämpfung sind viele Luttenlüfter sowie die den Lüftern unmittelbar vor- und nachgeschalteten Lutten schalldämpfend<br />
gestaltet (Kapselung des Lüfters, Absorptionsmaterial, Perforierung).<br />
Undichte Luttenleitungen verursachen Wetterverluste und evtl. Wetterkurzschlüsse!<br />
5.3. Selbstretter<br />
In der DDR sind alle unter Tage beschäftigten Bergleute mit Selbstrettern ausgerüstet. Überwiegend handelt es sich dabei um<br />
CO- Filterselbstretter.<br />
Hierbei wird das CO mit Hilfe eines Katalysators (Hopcalit) in CO 2 umgewandelt. Die Atemluft muss mehr als 19% Sauerstoff<br />
enthalten. Der CO-Filterselbstretter besitzt eine Gebrauchsdauer von einer Stunde und ist nur als Fluchtgerät zu verwenden.<br />
Isolierende Selbstretter sind von der Umgebungsluft unabhängig. Bei ihnen wird durch chemische Reaktionen bzw. mit geführten<br />
Sauerstoffvorrat (Druckgasflasche) die Atemluft garantiert.<br />
Sowohl CO-Filter-, als auch isolierende Selbstretter werden bei der Benutzung heiß (Verbrennung von CO zu CO 2 ). Durch<br />
regelmäßige Belehrungen werden alle Bergleute mit der Handhabung der im jeweiligen Bergwerk eingesetzten Selbstretter<br />
vertraut gemacht.<br />
Isolierender Selbstretter<br />
1 Alkalipatrone; 2 Anlass Vorrichtung; 3 Atembeutel; 4 Überdruckventil; 5 Atemschlauch; 6 Mundstück; 7 Nasenklemme;<br />
8 Gehäuse; 9 Deckel; 10 Bänder; 11 Riemen; 12 Trägerriemen<br />
127
6. Grubenrettungswesen<br />
Aufgaben des Grubenrettungswesens ist es, ständig Rettungswerke vorbeugend zu organisieren und auftretene Havarien schnell<br />
zu beseitigen.<br />
Die DDR verfügt übe ein Grubenrettungswesen, das gut organisiert ist und über moderne Geräte verfügt.<br />
6.1. Organisation<br />
Die Zentralstelle für das Grubenrettungs- und Gasschutzwesen in Leipzig (Einrichtung der Obersten Bergbehörde beim<br />
Ministerrat der DDR) hat Aufgaben der Organisation des Grubenrettungs- und Gasschutzwesens, der Aus- und Weiterbildung<br />
(Oberführer und Gerätewarte), der Kontrolle der Einsatzbereitschaft, der Überprüfung der Atemschutzgeräte, der Anleitung der<br />
Wehren beim Einsatz, der Vorbereitung von Rettungsbohrungen und der ständigen Verbesserung der Ausrüstungen der Wehren<br />
zu realisieren. Sie pflegt dabei gute Verbindungen zu den entsprechenden Einrichtungen anderer sozialistischer Staaten –<br />
besonders zur Sowjetunion.<br />
N unmittelbarer Nähe eines Bergbaubetriebs ist eine Grubenrettungsstelle eingerichtet.<br />
Gesetzliche Grundlage:<br />
Anordnung über das Grubenrettungswesen im Bergbau (vom 22.07.1970)<br />
Grubenrettungsstelle<br />
Die Grubenrettungswehr muss aus mindestens 20 Wehrmitgliedern bestehen. Zu ihr gehören:<br />
‣ 1 Oberführer und mindestens<br />
‣ 1 stellvertretender Oberführer<br />
‣ 3 Gerätewarte<br />
‣ 15 Wehrmänner.<br />
Zur Grubenwehr gehören Kollegen aus allen im Bergbau vorkommenden Berufen.<br />
Eine Gruppe besteht aus einem Gruppenführer und vier Wehrmänner.<br />
Alle Wehrmitglieder nehmen an ständigen theoretischen und praktischen Weiterbildungsmaßnahmen teil.<br />
Das schnelle und schlagkräftige Eingreifen der Grubenwehr setzt ein gut funktionierendes Alarmsystem voraus.<br />
6.2. Anforderungen an Grubenwehrmitglieder<br />
Die teilweise komplizierten Aufgaben im Grubenrettungswesen können nur von Menschen bewältigt werden, die sich durch<br />
folgende Eigenschaften auszeichnen:<br />
hohes politisches Bewusstsein<br />
vorbildliche Einsatzbereitschaft<br />
ausgeprägtes Kollektivverhalten<br />
einwandfreier Gesundheitszustand<br />
Gewandtheit und Ausdauer<br />
umfassendes Wissen und Könne auf allen Gebieten des Bergbaus und des Grubenrettungswesens.<br />
128
6.3. Ausrüstungen<br />
Grubenrettungsstellen und Grubenwehren sind so augerüstet, dass alle Arten von Havarien rasch und erfolgreich bekämpft werden<br />
können. Durch Gerätewarte werden die Rettungsgeräte und andere Ausrüstungsgegenstände regelmäßig gepflegt und auf ihre<br />
Funktionsfähigkeit überprüft.<br />
Atemschutzgeräte zählen zu den wichtigsten Ausrüstungsgegenständen der Grubenwehr.<br />
Kreislaufatmung<br />
1 Ausatemschlauch; 2 Ausatemteil des Ventilkastens mit Ausatemventil; 3 Alkalipatrone; 4 Atembeutel; 5 Einatemteil des<br />
Ventilkastens mit Einatemteil des Ventilkastens mit Einatemventil (Einatemventilkasten); 5a Einatemventil; 6 Einatemschlauch<br />
Regenerationsgeräte (Kreislaufgeräte) isolieren den Träger von der Umgebungsluft. Die Ausatemluft wird regeneriert, indem das<br />
in ihr enthaltene CO 2 chemisch gebunden und dem Kreislauf ständig Sauerstoff aus einer<br />
Sauerstoffflasche (Inhalt:2l; Druck: 150 bis 200 kp cm -2 ) zugegeben wird. Meist erfolgt eine Doppeldosierung des Sauerstoffs:<br />
konstant 1,2 bis 1,7 l min -1<br />
bei erhöhtem Sauerstoffbedarf zusätzliche Mengen durch den Lungenautomat<br />
Kreislaufatemgerät<br />
129
Mund-zu-Mund-Beatmungsgeräte<br />
Zur Erfüllung ihrer verantwortungsvollen Aufgaben benötigen die Grubenwehren eine Reihe weiterer moderner technischer<br />
Ausrüstungen; dazu gehören: Spezialfahrzeuge, Großbohrgeräte für Such-, Versorgungs- und Rettungsbohrungen, Gasspürgeräte,<br />
Pulmotoren, Reanimotoren, Mundbeatmungsgeräte, Inhalationsgeräte, Abseilgarnituren, Brandbekämpfungsgeräte,<br />
Nachrichtenübertragungsmittel, Taucherausrüstungen, Spezialbohrer und Hebezeuge.<br />
Schema einer Rettungsbohrung<br />
130
7. Verhüten und Bekämpfen von Grubenbränden<br />
Grubenbrände sind eine Gefahr für Leben und Gesundheit der Bergleute, sie können zu großen volkswirtschaftlichen Verlusten<br />
führen. Deshalb werden alle Möglichkeiten genutzt, Brände zu verhüten.<br />
7.1. Arten von Grubenbränden<br />
Bedingungen für das Entstehen eines Brandes:<br />
brennbarer Stoff<br />
Entzündungstemperatur<br />
Sauerstoff<br />
Unterscheidung der Grubenbrände<br />
nach dem Entstehungsort (Schachtbrand, Streckenbrand u. a.)<br />
nach der Erscheinungsform (offener Brand, verdeckter Brand)<br />
nach der Entstehungsart (exogener Brand, endogener Brand)<br />
Exogener Brand: Ursache außerhalb des brennbaren Stoffs.<br />
Ursachen für exogene Brände:<br />
Schweiß- und Schneidarbeiten<br />
brennbare Flüssigkeiten (Hydrauliköl, Dieselöl u. a.)<br />
Reibung an Gurtbandanlagen u. a.<br />
schadhafte elektrische Anlagen<br />
Rauchen und offenes Licht<br />
Sprengarbeiten und Explosionen<br />
Endogener Brand: brennbares Material = Zündquelle<br />
Ursachen für endogene Brände:<br />
exotherme Reaktionen von zur Selbstentzündung neigenden Stoffen (Kohle, sulfidische Erze)<br />
Erste Erkennungsmerkmale:<br />
zunehmender CO-Gehalt<br />
Schwitzstellen am Gebirge<br />
Brandgeruch<br />
7.2. Vorbeugender Brandschutz<br />
Eine Vielzahl technischer, technologischer und organisatorischer Maßnahmen gewährleisten eine hohe Sicherheit gegen das<br />
Auftreten bzw. Ausbreiten von Grubenbränden.<br />
Technische Maßnahmen<br />
Bau der Fördergerüste (-türme) aus nichtbrennbaren Stoffen<br />
feuersicherer Ausbau von Schächten, Werkstätten, Maschinen- und Elektroräumen<br />
Anbringen von stählernen Brandklappen und Berieselungsanlagen (teilweise selbsttätig) in Schächten<br />
Sicherung besonders betriebswichtiger Anlagen durch Brandschutzzonen (nichtbrennbarer Ausbau, Brandabschnitte<br />
durch Einbau in Brandschutztüren u.a.)<br />
Einrichtung von Löschkammern bzw. Bereitstellung von Löschzügen (Havariezügen)<br />
Auffahren von Kammern zum Aufbewahren brennbarer Flüssigkeiten, technischer Gase, brennbarer Medien wie Reifen<br />
u.a.)<br />
Bereithalten von Feuerlöschgeräten und anderen Brandschutzmitteln (Handfeuerlöscher, C_Anschlüsse,<br />
Feuerlöschgerätetafeln u. a.)<br />
Bereithalten von Abdichtungsmaterialien<br />
Herstellen von Löschanschlüssen in unmittelbarer Nähe von brandgefährdeten Räumen und Betriebsmitteln<br />
Anbringen von automatisch oder halbautomatisch arbeitenden Löschanlagen, Bordlöschanlagen.<br />
Einrichtung von Warn- und Meldeeinrichtungen mit Fernübertragung (kontinuierliche CO-Überwachung der Wetter)<br />
131
Materialien zum Abdichten von Grubenbauen:<br />
Latex<br />
Bitumen-Latex<br />
Styropur<br />
Isoschaum<br />
Kaolinpaste<br />
Lehm<br />
Trägermaterialien:<br />
Jutegewebe<br />
feinmaschiges Drahtgeflecht<br />
Silikatfaserwolle<br />
Plastefolie (gelocht)<br />
Holz<br />
Achtung!<br />
Nur solche Handfeuerlöscher verwenden, die für den vorgesehenen Verwendungszweck geeignet sind (Naßlöscher,<br />
Schaumlöscher, Trockenlöscher, CO 2 -Schneelöscher). Auf dem Handfeuerlöscher angegebene Hinweise für die Inbetriebnahme<br />
beachten!<br />
Technologische Maßnahmen<br />
Auswahl geeigneter Abbauverfahren<br />
Vermeiden von Schleichwettern (sicherer Abschluss abgeworfener Grubenbaue)<br />
Bitumen-Latex-Spritzgerät<br />
Organisatorische Maßnahmen<br />
Tabelle 7.1. Brandklassen<br />
Brandklasse<br />
A<br />
B<br />
C<br />
D<br />
E<br />
Art der brennbaren Stoffe<br />
brennbare feste Stoffe, flammen- und glutbildend (Holz, Papier, Stroh,<br />
Textilien, Kohle u.a. )<br />
brennbare flüssige Stoffe, flammenbildend (Benzin, Öle, Fette, Lacke,<br />
Äther, Alkohol, Stearin, Paraffin)<br />
brennbare gasförmige Stoffe, flammenbildend (Methan, Propan,<br />
Wasserstoff, Azetylen, Stadtgas u. a.)<br />
brennbare Leichtmetalle (Aluminium, Magnesium und ihre<br />
Legierungen, ausgenommen Alkalimetalle)<br />
Brände der Klassen A…D an elektrischen Anlagen<br />
132
Tabelle 7.2. Unter Tage einsetzbare Handfeuerlöscher<br />
133
In jedem Betrieb ist ein Brandschutzinspektor eingesetzt. Er überwacht notwendige Brandschutzmaßnahmen und –einrichtungen<br />
im Auftrag des Betriebsdirektors. Die aktive Mitarbeit eines jeden Betriebsangehörigen ist für einen erfolgreichen Brandschutz<br />
von großer Bedeutung (z. B. als Brandschutzhelfer).<br />
Der Feuerlöschriß des Bergbaubetriebs ist Bestandteil der Einsatzdokumente im Havariefall. Er wird ständig auf den neuesten<br />
Stand gebracht.<br />
7.3. Verhalten bei Grubenbränden<br />
Jeder Werktätige hat die Pflicht, beim Feststellen eines Grubenbrandes<br />
die Brandbekämpfung aufzunehmen<br />
den Brand zu melden<br />
in Gefahr befindliche Werktätige zu warnen<br />
(Reihenfolge ist von der speziellen Situation abhängig.)<br />
Besteht keine Aussicht, den Brand in kurzer Zeit selbst zu löschen, dann ist sofort telefonisch der Dispatcher des Betriebs zu<br />
verständigen. Diesem ist mitzuteilen:<br />
Wer meldet den Brand?<br />
Wo brennt es?<br />
Was brennt?<br />
Sind Menschen in Gefahr?<br />
Wo ist der eigene Standort?<br />
Während der Dispatcher die weiteren Maßnahmen auf der Grundlage der betrieblichen Einsatzdokumente einleitet, verlässt die<br />
Grubenbelegschaft auf vorher festgelegten Fluchtwegen den Gefahrenbereich.<br />
7.4. Brandbekämpfung<br />
Offene Brände<br />
Die Bekämpfung eines Brandes erfolgt stets von der Frischwetterseite aus.<br />
Handfeuerlöscher sind nur im Stadium der Brandentstehung zum Löschen geeignet (Verwendungszweck beachten!).<br />
Die weitere Bekämpfung geschieht mit Löschwasser aus vorhandenen Entnahmestellen.<br />
In besonders gefährdeten Räumen werden Brände mit automatisierten Löschanlagen bekämpft.<br />
Zur Brandbekämpfung aus relativ großer Entfernung sind geeignet:<br />
‣ Schwerschaum<br />
‣ Mittelschaum<br />
‣ Expansionsschaum<br />
Hierbei handelt es sich vorwiegend um Schaumbildner-Wassergemische.<br />
Löschen des Brandes durch Entzug einer seiner Bedingungen!<br />
134
In Räumen mit elektrischen Anlagen Kohlensäureschneelöscher oder Trockenlöscher verwenden!<br />
Verschäumungsgrade:<br />
Schwerschaum 1:8 bis 1:12<br />
Mittelschaum 1:300 bis 1:500<br />
Expansionsschaum 1:1000<br />
Tabelle 7.3. Brandbekämpfung<br />
brennende Materialien<br />
Holz<br />
brennbare Flüssigkeiten<br />
Gas (Azetylengasflaschen, Propangasflaschen, Methanbläser<br />
u. a.)<br />
unter Spannung stehende elektrische Anlagen bzw.<br />
Arbeitsmaschinen<br />
Bekämpfungsmaßnahmen<br />
alle verfügbaren Löschmittel- vor allem Wasser, Parallel zu<br />
den Löscharbeiten Abdämmung vorbereiten.<br />
Schaumlöscher oder Trockenlöscher. Bei größeren Bränden<br />
Einsatz von Schaumgeneratoren<br />
Trockenlöscher<br />
Bereich des Brandes (brennende Flasche u. a.) mit<br />
Sprühstrahlkühlen<br />
Kohlensäureschneelöscher oder Trockenlöscher. Elektrische<br />
Anlagen stromlos machen.<br />
Tabelle 7.4. Brände bei Abwärts- und Aufwärtsbewetterung<br />
Bewetterungsrichtung<br />
Abwärtsbewetterung<br />
Aufwärtsbewetterung<br />
Verdeckte Brände<br />
mögliche Auswirkungen bei Bränden in<br />
Grubenbauen<br />
Der Brandauftrieb wirkt dem<br />
Druckgefälle der Wetter entgegen,<br />
dadurch kann es im Brandort zur<br />
Wetterumkehr kommen<br />
Durch den Brandauftrieb wird da<br />
Druckgefälle der Wetter erhöht, dadurch<br />
kann es zur Wetterumkehr in parallelen<br />
Wetterwegen kommen<br />
Maßnahmen zum Verhindern der<br />
Wetterumkehr<br />
Drosselung der zum Brandwetterweg<br />
parallelen Wetterwege<br />
Drosselung des Brandwetterweges<br />
Bei örtlich begrenzten Bränden besteht die Möglichkeit, den Brandherd auszukratzen. Größere Brände werden<br />
isoliert und erstickt<br />
unter Wasser gesetzt (Vorsicht! Nach dem Sümpfen besteht in zur Selbstentzündung neigenden Gebieten erhöhte<br />
Brandgefahr!) oder<br />
verschlämmt.<br />
8. Bergmännische Wasserwirtschaft<br />
Sie umfasst Maßnahmen zum Fernhalten, Erfassen, Sammeln, Klären und Heben von Grubenwässern und Laugen.<br />
Im Erzbergbau kann es kaum vermieden werden, dass Wässer dem Grubengebäude zufließen. Dagegen ist es im Kali- und<br />
Steinsalzbergbau für den Bestand eines Bergwerks von größter Bedeutung, Wasserzuflüsse zu vermeiden.<br />
8.1. Aufgaben und Bedeutung<br />
Wasserlösung<br />
Maßnahmen zum Fernhalten bzw. Ableiten von Wässern<br />
Wasserhaltung<br />
Grubenbaue und Einrichtungen, die dem Sammeln und Ableiten des Grubenwassers dienen.<br />
135
8.2. Herkunft von Grubenwässer<br />
Wasserkreislauf (Zahlenangaben bedeuten jährliche Wassermengen)<br />
Tabelle 8.1. Herkunft der Wässer<br />
Begriff<br />
Juventiles Wasser<br />
Vadoses Wasser<br />
Erläuterung<br />
Wasser, das vorwiegend durch Kondensation vulkanischer Dämpfe entstanden ist und bisher<br />
noch nicht am Kreislauf des Wassers teilgenommen hat (geringer Anteil am Gesamtumfang)<br />
Wasser, das am Kreislauf des Wassers teilnimmt und ständig durch Niederschläge ergänzt<br />
wird<br />
Das Sickerwasser dringt in den Boden ein. Ein Teil davon wird als Haftwasser festgehalten. Ist der Boden gesättigt, vereinigt sich<br />
das Sickerwasser mit dem Haftwasser. Das Grundwasser füllt alle Hohlräume im Boden zusammenhängend aus. Es unterliegt nur<br />
dem hydrostatischen Druck. Seine Fließgeschwindigkeit ist abhängig von<br />
der Durchlässigkeit der Gesteine<br />
der Lagerung der Schichten<br />
dem tektonischen Aufbau des Gebirges<br />
Fließgeschwindigkeit des Grundwassers:<br />
grobe Sande: Kiese, Schotter: 2,5 bis 8 md -1 (Meter je Tag<br />
feine Sande: 5 bis 6 ma -1 (Meter je Jahr)<br />
Erscheinungsform des Bodenwassers<br />
136
Tabelle 8.2. Wasseraufnahmefähigkeit und Wasserleitvermögen<br />
Wasserstauer<br />
Wasserleiter<br />
Beispiele Wasseraufnahmefähigkeit Wasserleitvermögen<br />
kristalline Gesteine,<br />
gering<br />
gering<br />
Tonschiefer, Magmatite<br />
Lehm, Ton, Torf, Braunkohle groß nicht<br />
Löß, Kreide groß gering<br />
Sand, Kies, Schotter groß groß<br />
Gebirgsstörungen wirken oft als Wasserzubringer.<br />
Achtung! Vorsicht beim Anfahren von Störungszonen!<br />
Bei Grundwasserstockwerken befinden sich mehrere durchlässige und undurchlässige Schichten übereinander.<br />
Standwässer sind Ansammlungen von Grubenwässern in abgeworfenen Grubenbauen, Tiefbohrlöchern oder in<br />
Gebirgshohlräumen (meist ohne Zuflüsse).<br />
Tageswässer stammen aus unmittelbarem Zulauf durch Tagesöffnungen.<br />
Drainagewässer entstehen in Abbauräumen, in die Spülversatz eingebracht wurde.<br />
Im Kali- und Steinsalzbergbau werden alle Zuflüsse aus dem Salinar Laugen genannt, da sie mit Salzen angereichert sind.<br />
Arten von Laugen:<br />
Restlaugen (meist gesättigt und daher ungefährlich)<br />
Betriebslaugen (Spüllaugen, Wetterlaugen, Tropflaugen, (werden nach über Tage gehoben und unschädlich gemacht)<br />
Einflußfaktoren auf die Größe der Wasserzuflüsse:<br />
Art des Abbauverfahrens<br />
geologisch-tektonischer Aufbau des Gebirges<br />
Wassermengen an der Tagesoberfläche<br />
Standwässer im Gebirge<br />
örtlich-physikalisch-geographische Verhältnisse<br />
8.3. Maßnahmen zum Verhüten hydraulischer Gefahren<br />
In allen Bergbauzweigen werden den hydrogeologischen Fragen große Aufmerksamkeit geschenkt.<br />
Besondere Bedeutung hat das Verhüten hydrologischer Gefahren für den Kali- und Steinsalzbergbau, weil hier Wasserzuflüsse<br />
meist zum Ersaufen der Gruben führen. Folgende Maßnahmen sind deshalb unbedingt durchzuführen:<br />
hochwassersicheres Anlegen von Tagesöffnungen<br />
Einbringen von wasserdichtem Ausbau in Schächten des Kali- und Steinsalzbergbaus<br />
Anwendung von Sonderverfahren beim Durchteufen stark wasserführender Schichten (Gefrierverfahren,<br />
Injektionsverfahren, Zementtierverfahren)<br />
regelmäßige Kontrolle der dem Grubengebäude zufließenden Wasser (Menge, Dichte; Temperatur, pH-Wert, Gasgehalt)<br />
Ableiten von Grubenwässern über Wasserseigen zu den Wasserhaltungsanlagen<br />
Setzen von Dammtoren oder Wasserdämmen (endgültige Abdämmung), wenn die Gefahr eines Wasser- bzw.<br />
Laugeneinbruchs besteht<br />
Einleiten besonderer Vorsichtsmaßnahmen beim Annähern von Grubenbauen an Standwässer (ständiges Vorbohren<br />
zusätzlicher Einbau leistungsstarker Pumpen, Überprüfen des Zustands der Einrichtung zum Ableiten der Grubenwässer)<br />
Feststellen größerer Wasser- und Laugensammlungen mit geophysikalischen Mitteln (Seismik, Geoelektrik u.a. )<br />
Ableiten von Standwässern über genügend lange Bohrlöcher mit Hilfe einzementierter Standrohre mit Schiebern (Abfluß<br />
der Leitungsfähigkeit der Wasserhaltung anpassen!)<br />
pH-Wert:<br />
Negativer dekadischer Logarithmus der Wasserstoffionenkonzentration<br />
einer Flüssigkeit (pH-Wert < 7 sauer = 7 neutral, > 7 basisch)<br />
Dammtor<br />
137
Herstellen eines Wasserdammes<br />
Wahl geeigneter Abbauverfahren (günstig: Abbauverfahren mit Versatz, weil sie das Zerreißen der Hangendschichten<br />
weitgehend vermeiden)<br />
138
8.4. Wasserhaltungsanlagen<br />
Zu den Wasserhaltungsanlagen gehören Wasserhaltungsräume, Wasserhaltungsmaschinen (Pumpen) und Rohrleitungen<br />
einschließlich ihrer Absperrvorrichtungen.<br />
Wasserhaltungsanlage<br />
1 Wassergraben; 2 Druckleitung; 3 Pumpenraum; 4 Sumpfstreckensystem; 5 Schachtsumpf; 6 Saugleitung<br />
8.4.1. Theoretische Grundlagen<br />
Tabelle 8.3. Einige Grundbegriffe<br />
Begriff Erläuterung Einheit<br />
Förderstrom V<br />
tatsächlich in der Zeiteinheit geförderter<br />
Flüssigkeitsstrom<br />
m 3 s -1<br />
Förderhöhe H<br />
Energiezuwachs je jg Förderflüssigkeit<br />
zwischen Saug- und Druckstutzen<br />
m (auch kpm kg -1 bzw. Nm kg -1 )<br />
Nennförderhöhe H n<br />
Förderhöhe, für die die Pumpe bei<br />
Nenndrehzahl, Nenndrehzahl,<br />
Nennvolumen oder Nennstrom und<br />
m<br />
Nennviskosität ausgelegt<br />
Geodätische Förderhöhe H geo<br />
Höhenunterschied zwischen saug- und<br />
druckseitigem Flüssigkeitsspiegel<br />
m<br />
Statische Förderhöhe H ast<br />
Energieunterschied zwischen beliebigen<br />
Punkten im Saug- und<br />
m<br />
Druckwasserspiegel bei V=0<br />
Verlusthöhe H V<br />
Besteht die Förderflüssigkeit aus reinem Wasser von 4°C, dann entspricht die Förderhöhe H der manometrischen Förderhöhe H man<br />
in mmWS.<br />
Förderstrom:<br />
Förderhöhe:<br />
139
Förderdruck:<br />
p<br />
kpcm -2<br />
H man<br />
mWS<br />
Nutzleistung einer Pumpenanlage<br />
P N V H ϱ g<br />
kW m 3 s -1 m kg m -3 ms -2<br />
Kupplungsleistung<br />
Wirkungsgrad η ges ≈ 5…<br />
Kreiselpumpe<br />
Es werden fast ausschließlich Kreiselpumpen eingesetzt.<br />
Haupteile einer Kreiselpumpe sind<br />
Gehäuse<br />
Laufrad<br />
Leitvorrichtung<br />
Nach der Förderhöhe werden unterschieden:<br />
Niederdruckpumpen (H ≤ 60m)<br />
Mitteldruckpumpen (H ≤ 100m)<br />
Hochdruckpumpen (H > 100m)<br />
Einteilung nach der Anzahl der Stufen:<br />
Kreiselpumpe<br />
einstufige Kreiselpumpen<br />
mehrstufige Kreiselpumpen (max. 12 Stufen)<br />
1 Druckstutzen; 2 Leiteinrichtung; 3 Laufrad; 4 Saugstutzen; 5 Gehäuse<br />
140
Pumpenanalage<br />
1 Druck- oder Steigleitung; 2 Absperrorgan (Schieber oder Ventil); 3 Rückschlagklappe;<br />
4 Kreiselpumpe; 5 Antriebsmotor; 6 Krümmer; 7 Saugleitung; 8 Saugkorb<br />
Mehrstufige Kreiselpumpe<br />
1 Stopfbüchse; 2 Leitschaufeln; 3 Lager; 4 Kupplung; 5 Schaufelrad<br />
Wirkungsweise einer Kreiselpumpe<br />
Das Laufrad dreht sich in einem spiralförmigen Pumpengehäuse mit relativ großer Geschwindigkeit; die Förderflüssigkeit wird<br />
infolge der Fliehkraft tangential nach außen geschleudert und durch den schneckenförmigen Druckstutzen in die Druckleitung<br />
gepresst. Durch die konische Erweiterung des Druckstutzens wird die Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie umgewandelt<br />
(Geschwindigkeit sinkt – Druck steigt).<br />
Im Inneren des Laufrads entsteht ein Unterdruck, der das Ansaugen der Förderflüssigkeit durch das Saugrohr bewirkt.<br />
Inbetriebnahme<br />
Kreiselpumpe einschließlich Saugleitung mit Wasser füllen (Entlüftungshähne öffnen bis Wasser herausfließt)<br />
Bei geschlossenem Schieber Pumpenmotor anlassen<br />
Wenn der erforderliche Druck vorhanden ist, Schieber öffnen<br />
Fördert die Pumpe nicht, zunächst Schieber schließen und dann den Motor abstellen<br />
141
In automatisierten Pumpenstationen geschieht die Inbetriebnahme selbsttätig in Abhängigkeit vom Stand des Wassers im<br />
Pumpensumpf.<br />
Das Verhalten der Kreiselpumpe in Abhängigkeit von Förderhöhe, Fördermenge, und Drehzahl wird im Kennliniendiagramm<br />
dargestellt.<br />
Kennliniendiagramm<br />
Regelmöglichkeiten von Kreiselpumpen:<br />
Drehzahlregelung (bei Antriebsmotoren mit regelbarer Drehzahl)<br />
Drosselregelung (energieaufwendig)<br />
Durch Hintereinanderschalten zweier oder mehrerer Pumpen werden die Förderhöhen der Einzelpumpen addiert (V=konst.).<br />
Bei mehrstufigen Kreiselpumpen (bis 12 Stufen) liegt eine Hintereinanderschaltung der einzelnen Stufen vor. Durch<br />
Parallelschalten von Pumpen erhöht sich der Förderstrom V um einen bestimmten Betrag (von V 1 , 2 bis V 1+2 ). Dieser Betrag ist<br />
vom Rohrleitungswiderstand abhängig.<br />
Verhalten bei Drehzahlregelung (Affinitätsgesetze):<br />
( )<br />
Im Interesse eines hohen Wirkungsgrads nur Pumpen gleicher Leistung hintereinander oder parallel schalten!<br />
Hintereinanderschaltung von zwei Kreiselpumpen<br />
142
Die Kennlinie parallel geschalteter Pumpen erhält man, indem die Förderströme der Kennlinie einer Pumpe in den jeweiligen<br />
Höhen addiert. Die folgenden Pumpen arbeiten ebenfalls nach dem Prinzip der Kreiselpumpen:<br />
Wasserjäger Stöpselpumpe<br />
Unterwassermotorenpumpe<br />
Sie benötigen jedoch keine Saugleitung.<br />
Parallelschaltung von zwei Kreiselpumpen<br />
Wasserjäger<br />
1 Druckluftzufuhr; 2 zur Druckwasserleitung; 3 Gehäuse; 4 Turbinenrad; 5 Welle (stehend); 6 Pumpenrad; 7 Saugkorb<br />
Unterwassermotorpumpe<br />
143
Söffelpumpe<br />
Vakuumpumpen sind von einfacher Bauart und bedürfen keinerlei Schmierung und Wartung.<br />
Sonderpumpen<br />
Druckluft wird einem Strahlsauger zugeführt und im Pumpenkessel ein Unterdruck erzeugt. Dadurch strömt Wasser in den Kessel.<br />
Nach dem Schließen des mit dem Schwimmerhebel verbundenen Luftauslaßventils tritt die Druckluft in den Kessel und drückt<br />
das Wasser durch das Steigrohr in die Druckleitung. Diese Pumpe arbeitet selbsttätig.<br />
Vakuumpumpe<br />
1 Ventil; 2 Strahlsauger; 3 Luftaustritt; 4 Kessel; 5 Schmutzwasseraustritt; 8 Schwimmer<br />
Förderhöhe: bei 4at etwa 35m<br />
Förderstrom: 10m 3 h -1<br />
Strahlpumen werden mit Druckwasser oder Druckluft betrieben.<br />
Bei Inbetriebnahme wird in der Saugleitung ein Unterdruck erzeugt und Wasser angesaugt.<br />
Wasserstrahlpumpe<br />
1 Treibdüse; 2 Mischraum; 3 Fangdüse; 4 Mischraum<br />
144
Mammutpumpe<br />
Mammutpumen werden beim Sümpfen abgesoffener Schächte verwendet. Sie haben keinerlei bewegliche Teile.<br />
Wirkungsweise der Mammutpumpe<br />
Die Dichte des Wasser-Luft Gemisches im Steigrohr ist geringer als die Dichte des das Förderrohr umgebenden Wassers. Dadurch<br />
wird das Wasser-Luft-Gemisch im Steigrohr (Prinzip der kommunizierenden Röhren) gefördert.<br />
Rohrleitungen, Absperrorgane<br />
Rohrleitungen bestehen aus nahtlos gewalzten Stahlrohren (teilweise augekleidet) oder Plasterohren. 6 bis 10m lange Einzelrohre<br />
werden zu Rohrtourten verbunden. Die Rohrreibunswiderstände werden beeinflußt durch<br />
den Zustand der Rohrrinnenwand<br />
die Länge der Rohrleitung l<br />
die Geschwindigkeit der Förderflüssigkeit v<br />
die Art der Strömung<br />
die Tätigkeit der Förderflüssigkeit<br />
Krümmungen und Absperrorgane sowie Querschnittsänderungen erhöhen die Rohrleitungswiderstände. In Grobrechnungen<br />
werden dafür 5 bis 8% aufgeschlagen.<br />
Bei Wasser als Fördermedium werden Geschwindigkeiten in der Rohrleitung zwischen v = 1 bis 2 ms -1 gewählt, als<br />
Widerstandsbeiwert für Wasser wird allgemein λ = 0,03 verwendet.<br />
Rohrreibungsverluste:<br />
H V λ l1 v g d<br />
m – m ms -1 ms -2 m<br />
Fördermenge:<br />
V d v<br />
m 3 s -1 – m ms -1<br />
λ<br />
g<br />
d<br />
Widerstandsbeiwert<br />
Erdbeschleunigung<br />
Durchmesser der Rohrleitung<br />
145
9. Laden und Fördern<br />
Das Laden des Haufwerks zählt zu den wichtigsten bergmännischen Prozessen, es verbindet die Hauptprozesse Gewinnung und<br />
Förderung. Der Ladevorgang ist heute vorwiegend mechanisiert.<br />
9.1. Allgemeines über Ladearbeiten<br />
Eine Lademaschine ist eine selbstfahrende, mit Druckluft, Elektroenergie oder Dieselkraftstoff betriebene Maschine, die das<br />
Haufwerk aufnimmt und dem Fördermittel übergibt. Das Haufwerk wird durch das Ladeelement selbst (Wurfschaufellader,<br />
Seitenkipplader u. a.) oder durch ein an der Lademaschine angebrachtes Zwischenfördermittel (z. B. beim Frässcheibenlader,<br />
Hummerscherenlader) zum Fördermittel transportiert. Dabei ist meist Hubarbeit zu leisten. Fahr- und Bunkerlader übernehmen<br />
das Aufnehmen, Bunkern und den Transport des Haufwerks.<br />
9.2. Lademaschinen<br />
9.2.1. Grundlegende Bauelemente<br />
Grundlegende Bauelemente einer Lademaschine sind:<br />
146
Lademaschinen Übersicht<br />
Arten, Vor- und Nachteile von Fahrwerken<br />
Fahrwerk Vorteile Nachteile<br />
Schienenfahrwerk<br />
Raupenfahrwerk<br />
hohe Fahr- und Transportgeschwindigkeit;<br />
Transport mit Grubenlokomotiven auch über<br />
große Entfernung schnell möglich; einfache<br />
Wartung; Einsatz als Zugmittel bei<br />
Rangierarbeiten möglich<br />
große Steigfähigkeit; nicht an das Gleis<br />
gebunden; große Wendigkeit; Beweglichkeit<br />
und Belastbarkeit; Wegfall der Gleisanlagen<br />
und der Gleisunterhaltung<br />
an Gleisnetz gebunden; Einsatz in stark geneigten und<br />
ansteigenden Strecken; nicht bzw. nur mit Hilfshaspel<br />
möglich; Randhaufwerk wird beim Laden nicht<br />
vollständig erfasst<br />
geringe Fahrgeschwindigkeit; Mehrortbetrieb nur bei<br />
begrenztem Ortsabstand möglich<br />
Fahrwerk mit<br />
Gummibereifung<br />
hohe Fahrgeschwindigkeit; große Wendigkeit<br />
und Beweglichkeit<br />
großer Verschleiß der Bereifung; ebene Sohle<br />
erforderlich<br />
147
Fördereinrichtungen<br />
Transport im Ladeelement oder Zwischentransport durch<br />
kurze Kettenkratzförderer oder<br />
Gummigurtföderer<br />
Bei Schaufelladern und Hubgreifern wird das Haufwerk ausschließlich im Ladeorgan zum Fördermittel transportiert. Kratzlader<br />
transportieren das Fördergut ebenfalls im Ladeelement über eine geneigte Ladebühne dem nachfolgenden Fördermittel zu.<br />
Lademaschinen mit Seitengreifern oder auch einige Schaufellader nehmen nur das Haufwerk auf. Zum Überwinden der<br />
erforderlichen Hubhöhe und der Weiterführung des Haufwerkes zum eigentlichen Fördermittel werden kurze Kettenkratz- oder<br />
Gummigurtförderer verwendet.<br />
Antriebs und Steuerelemente<br />
Die Antriebselemente der Lademaschinen sind Fahrmotoren (bei größeren Ladern auch zwei), bei Wurfschaufelladern<br />
Hubmotoren. Sie werden durch Druckluft-, Diesel- oder Elektromotoren angetrieben. Die Kraftübertragung vom Motor auf die<br />
Radsätze geschieht durch ein Fahrgetriebe. Das Manövrieren der Lademaschine für das Vor- und Rückwärtsfahren erfolgt durch<br />
eine Kupplung (Wendelkupplung).<br />
Die Steuerelemente der Lademaschine übernehmen die Steuerung des Bewegungsablaufs des Laders selbst (z. B. über Fahrmotor)<br />
sowie die Steuerung des Bewegungsablaufs des Ladeelements (z. B. über Hubmotor).<br />
Ladeelemente<br />
Beispiele von Ladeelementen<br />
148
Anordnung und Funktion der Steuerhebel eines Wurfschaufelladers<br />
Bedienungshebel für Richtung Funktion<br />
Fahrmotor 1 Ausschwenken nach rechts<br />
2 Ausschwenken nach links<br />
3 Vorwärtsfahren<br />
4 Rückwärtsfahren<br />
Wurfmotor 5 Stativ zum Schwenken frei machen<br />
6 keine Funktion<br />
7 Heben der Schaufel – Wurf<br />
8 Senken der Schaufel<br />
Wurfschaufellader werden vorwiegend im gleisgebundenen horizontalen Streckenvortrieb eingesetzt. Der Antrieb erfolgt meist<br />
durch Druckluft-(kolben-)-motoren, seltener durch elektrohydraulische Motoren.<br />
9.2.2. Aufbau, Arbeitsweise, Vorteile und Kenndaten ausgewählter Lademaschinen<br />
Wurfschaufellader<br />
Arbeitsdiagramm eines Wurfschaufelladers<br />
149
Wurfschaufellader (Vorderansicht)<br />
Aufbau Arbeitsweise Vorteile<br />
Fahrgestell mit Fahrmotor<br />
drehbar gelagertem Oberteil mit<br />
Hubmotor<br />
Wiege oder Wippe mit<br />
Ladeschaufel<br />
Laschenkette oder<br />
Hydraulikzylinder für die<br />
Bewegungsübertragung<br />
automatische<br />
Geradziehvorrichtung am<br />
Schwenkteil<br />
Kupplungseinrichtung für<br />
Förderwagen<br />
Trittbrett für Bedienungsmann<br />
Steuereinrichtung<br />
schwunghaftes Eindrücken der<br />
Schaufel in das Haufwerk<br />
bewirkt durch Vor-und<br />
Zurückfahren des Laders<br />
Anheben und Füllen der<br />
Schaufel, dabei ruckartiges<br />
Nachfahren des Laders zur<br />
Erhöhung des Füllungsgrads<br />
Entleeren der Schaufel durch<br />
„Über-Kopf-Werfen“<br />
bei seitlicher Haufwerks<br />
Aufnahme (Aus-und)<br />
Einschwenken der Schaufel<br />
(automatisch) in<br />
Abwurfrichtung<br />
geschlossene, kurze Bauart,<br />
geringer Raumbedarf, große<br />
Ortsbeweglichkeit<br />
unterschiedliche Größen<br />
ermöglichen den Einsatz in<br />
allen Querschnitten<br />
in großen Querschnitten zwei<br />
Geräte gleichzeitig oder mit<br />
anderen Maschinen kombiniert<br />
einsetzbar<br />
einsetzbar zum Bewegen von<br />
Förderwagen und Transport von<br />
Ausbauelementen<br />
durch Anbau-oder Zusatzgeräte<br />
für Hilfsarbeiten (z. B.<br />
Wasserseigenherstellung,<br />
Heben von Ausbauelementen<br />
verwendbar)<br />
150
Wurfschaufllader (Seitenansicht)<br />
Technische Daten einiger Wurfschaufellader<br />
Bezeichnung Einheit PML 63 LWS 160 PPN-1S<br />
Installierte Leistung kW 19,0 30 24<br />
-Hubleistung kW 9,5 15 12<br />
-Fahrleistung kW 9,5 15 12<br />
Schaufelinhalt m 3 0,17 0,20 0,20<br />
Nettoladeleistung m 3 h -1 35 60 60<br />
Masse kg 3300 3300 3500<br />
Druckluftverbrauch m 3 min -1 10 8,4 10<br />
erforderliche Höhe m 2,00 2,40 2,20<br />
Schwenkbereich m 2,00 2,40 2,20<br />
Bei stillstehendem Fördermittel beim Laden, z. B. Füllen in Großraumförderwagen, werden Wurfschaufellader mit bunkerfähigem<br />
Auslegeband eingesetzt. Es entwickelten sich die Varianten der Kipplader und der Kurzhubschaufellader.<br />
Seitenkipplader<br />
Seitenkipplader sind sehr manövrierfähig, haben eine geringe Bau- und Arbeitshöhe sowie ein gutes Steigvermögen. die meist mit<br />
Raupenfahrwerk ausgerüsteten Lader werden im Streckenvortrieb, aber auch im Abbau – häufig in Verbindung mit<br />
Kettenkratzförderern – eingesetzt.<br />
Arbeitsweise eines Seitenkippladers beim Abkippen auf einen Kettenkratzerförderer<br />
151
Aufbau Arbeitsweise Vorteile<br />
Raupenfahrwerk<br />
(Pendelrahmen) mit<br />
Antriebsmotoren<br />
Schwinge und Schaufel<br />
Hydraulikanlage bestehend aus<br />
Antriebsmotor mit<br />
Hydraulikpumpe sowie Hubund<br />
Kippzylinder<br />
Steuereinrichtung für<br />
Druckluftantrieb und<br />
hydraulische<br />
Schaufelbetätigung<br />
Aufnahme des Haufwerks durch<br />
hineinfahren der Schaufel<br />
während des Vorfahrens des<br />
Laders<br />
Fahren mit gefüllter und<br />
angehobener Schaufel zum<br />
Fördermittel<br />
Entleeren durch seitliches<br />
Kippen der Schaufel<br />
kurze Ladezeit, großer<br />
Schaufelinhalt<br />
unbegrenzter Arbeitsbereich am<br />
Einsatzort<br />
hohes Steigvermögen<br />
unabhängig vom<br />
Auffahrungsquerschnitt<br />
Verwendung als Arbeitsbühne<br />
(z. B. beim Ausbauen) und als<br />
Transportgerät<br />
Tabelle 9.2. Technische Daten von Seitenkippladern<br />
Bezeichnung<br />
Einheit<br />
Leistung<br />
-Fahrmotoren kW 6…35<br />
-Hubmotor kW 6…25<br />
Schaufelinhalt m 3 0,3…1,2<br />
Nettoladeleistung m 3 h -1 25…80<br />
Masse kg 2000…9000<br />
Druckverbrauch m 3 h -1 10…20<br />
erforderliche Höhe m 1,6…2,7<br />
Fahrgeschwindigkeit ms -1 1,0…0,7<br />
Aufbau und Arbeitsweise eines hydraulisch arbeitenden Seitenkippladers<br />
a) Seitenansicht<br />
b) Vorderansicht<br />
1 Kippzylinder; 2 Hubzylinder; 3 Fahrsitz; 4 Hauptteil; 5 Schaufel in Kippstellung; 6 Arretierung; 7 Raupenfahrwerk;<br />
8 Schaufel<br />
152
Bagger<br />
Aufbau Arbeitsweise Vorteile<br />
Unterwagen mit<br />
Raupenfahrwerk und<br />
elektrischem Antrieb<br />
Drehwerk<br />
schwenkbares Baggerhaus mit<br />
Antriebsmotoren, Windwerk,<br />
Fahrerkabine, und<br />
Bedieneinrichtung<br />
Ausleger<br />
Löffel mit Stiel und<br />
Vorschubwerk<br />
Einschwenken des gesenkten<br />
Löffels an den Arbeisstoß<br />
Vorschieben des Löffels durch<br />
Zahnstange und Vorschubwinde<br />
Schwenken des Baggers in<br />
Füllstellung<br />
Entleeren des Baggerlöffels in<br />
das Fördermittel durch Öffnen<br />
der Klappe<br />
Rückschwenken des Baggers<br />
bei gleichzeitigem Senken und<br />
Schließen der Klappe<br />
sehr hohe Ladeleistung durch<br />
großen Löffelinhalt<br />
für hohe Abbauräume, hohe<br />
Böschungen, große<br />
Haufwerksmengen sowie für<br />
gleislose Fahrzeuge sehr gut<br />
geeignet<br />
durch große Reißkraft auch für<br />
grobstückiges Haufwerk<br />
geeignet<br />
Tabelle 9.3. Technische Daten eines unter Tage eingesetzten Löffelbaggers (UB 80)<br />
Bezeichnung<br />
Einheit<br />
Schaufelinhalt m 3 1,0<br />
Fahrgeschwindigkeit ms -1 0,42…0,53<br />
Reißkraft kp 12000<br />
Bodendruck kpcm -2 0,78<br />
Ladespiel min -1 3<br />
Motorleistung kW 75<br />
Masse kg 30400<br />
Ladeleistung m 3 h -1 120<br />
Aufbau und Hauptteile eines Löffelbaggers<br />
Schwenkbares Baggerhaus mit Antriebsmotoren und Bedienungseinrichtungen; 2 Drehwerk; 3 Raupenfahrwerk; 4 Ausleger;<br />
5 Löffel mit Stiel und Vorschubwerk<br />
153
Schrapper<br />
Schrapper werden im Streckenvortrieb als Schrapplader (Ladebühne und Haspel in einer gemeinsamen Konstruktion angeordnet)<br />
und im Abbau als Schrappanlagen eingesetzt. Letztere sind nicht nur Lademaschinen, sondern gleichzeitig auch Fördermittel.<br />
Prinzipieller Aufbau eines Schrappladers<br />
1 Umlenkrolle; 2 Leerseil; 3 Schrapperkasten; 4 Vollseil; 5 Ladebühne<br />
Aufbau Arbeitsweise Vorteile<br />
Schrapphaspel (Ein-, Zweioder<br />
Dreitrommelhaspel) mit E-<br />
Motor, Kupplung, Getriebe,<br />
Steuerung, Rahmen,<br />
Trommelschutz und<br />
Seilführung<br />
Ladebühne als<br />
Beladeeinrichtung (entfällt<br />
beim Födern in Förderrollen<br />
oder als Zubringerschrapper)<br />
Schrappkasten<br />
Zugseile<br />
Seilführungs- und Endrollen<br />
Signalanlage<br />
Aufnahme des Haufwerks beim<br />
Vollzug durch den<br />
Schrapperkasten<br />
Überwindung des Förderwegs<br />
Entleerung des<br />
Schrapperkastens über<br />
Ladeschurren- oder<br />
Rollenöffnung<br />
Rückfahrt de Schrappkastens<br />
über das Haufwerk beim<br />
Leerzug zur Ortsbrust<br />
robuste, unempfindliche<br />
Bauweise, wenig störanfällig<br />
annähernd gleiche Ladeleistung<br />
trotz unterschiedlichen<br />
Haufwerksanfall<br />
in ansteigenden und<br />
einfallenden Grubenräumen<br />
einsetzbar<br />
einfache Bedienung (Hand-,<br />
Fern- und automatische<br />
Steuerung möglich)<br />
Tabelle 9.4. Technische Daten von Schrappern und Schrappladern<br />
Bezeichnung Einheit Schrapplader Schrappförderer<br />
10 LS 17 LS 30 LS 55 LS 100 LS S4000/1 S6300<br />
mittlere Zugkraft kp 700…2000 1000 1600 2800 4500 8000 3800 6300<br />
mittlere<br />
Seilgeschwindigkeit<br />
ms -1 0,8…1,2 1,08 1,12 1,20 1,32 1,32 2,0 1,8<br />
Motorleistung kW 20…40 10 17 30 55 100 75 125<br />
durchschnittlicher<br />
Förderweg<br />
m 5…10 je nach betrieblicher Situation<br />
Schrappkasten m 3 0,4…1,2 je nach betrieblicher Situation<br />
Ladeleistung m 3 h -1 20…50 je nach betrieblicher Situation<br />
154
Hubgreifer<br />
Hubgreifer (auch Polypgreifer genannt) übernehmen beim Abteufen von Schächten das Laden des Haufwerks. Ihre Bedienung<br />
erfolgt bei kleinen Greifern von Hand und bei größeren modernen Kabinengreiferanlagen vom Bedienungsstand aus. Der<br />
Hubgreifer ist Bestandteil einer Greiferanlage. Zu ihr gehören ferner das Greiferseil, die Greiferwinde und der Bedienungsstand.<br />
Kabinengreifer KS-2 u/40<br />
1 Laufkatze; 2 Führerkabine; 3 Laufkatzengetriebe; 4 oberer Rahmen; 5 Schwenkwagen; 6 Zentralgehänge;<br />
7 Laufkatzenwagen; 8 Greifer; 9 Druckluftleitung<br />
Aufbau Arbeitsweise Vorteile<br />
Greifer mit Seilaufhängung,<br />
Arbeitszylinder und<br />
Greiferschalen und Hubwinde<br />
bei Greifanlagen ferner<br />
Laufkatze, Drehgestell und<br />
Motorflaschenzug an zentraler<br />
Aufhängung<br />
Druckluftsystem<br />
Bedienungsstand<br />
Senken der geöffneten<br />
Greiferglocke auf das Haufwerk<br />
Greifen des Haufwerks durch<br />
Schließen der Glocke<br />
Heben und Fahren des Greifers<br />
über den Kübel<br />
Entleeren durch Öffnen der<br />
Greiferschalen<br />
erlaubt wirtschaftlich und<br />
leistungsmäßig günstigste<br />
Ladearbeit beim Schachtteufen<br />
durch Kabinengreiferanlagen<br />
weitgehendster Wegfall der<br />
Bedienung von der<br />
Schachtsohle und notwendiger<br />
Handarbeit (Festmachen der<br />
Sohle)<br />
Größen der Greifer variabel,<br />
ebenso Anpassung der<br />
Ladeleistung an Förderleistung<br />
je Querschnitt und Teufe,<br />
teilweise mehrere gleichzeitig<br />
eingesetzte Greifer<br />
155
Tabelle 9.5. Technische Daten von Hubgreifern<br />
Bezeichnung Einheit Btsch-1 Kabinengreifer KS 2u-40<br />
Ladespieldauer s 40,6 32…35<br />
Greiferinhalt m 3 0,11 0,65 (0,85)<br />
Ladeleistung – 1 Greifer m 3 h -1 10,0 78…96<br />
Ladeleistung – 2 Greifer m 3 h -1 18,0 126…168<br />
Masse des Geräts kg 600 9800<br />
Durchmesser des Greifers, offen m 1,3 2,5<br />
Durchmesser des Greifers, geschlossen m 1,0 1,6<br />
Hummerscherenlader und Frässcheibenlader<br />
Hummerscherenlader und Frässcheibenlader sind im Streckenvortrieb und Abbau aller Bergbauzweige eingesetzt. Beide Lader<br />
gehören zur Gruppe der „Seitengreifer“ und unterschieden sich in der Ausbildung ihrer Ladeelemente. Die Fördergutaufgabe<br />
erfolgt kontinuierlich, der Vorschub des Laders durch Raupenfahrwerk, Hub-, Senk- und Schwenkbewegungen werden<br />
hydraulisch ausgeführt.<br />
Ladeelement des Frässcheibenladers<br />
1 Ladescheibe; 2 Ablenk- (oder Abstreif)-trommel<br />
Aufbau Arbeitsweise Vorteile<br />
Raupenfahrwerk (teilweise<br />
Schienenfahrwerk)<br />
Ladeschaufel mit<br />
Kratzkettenförderer und -<br />
ausleger<br />
Ladeelement (Hummerschere<br />
mit Exzenterscheibe oder<br />
Frässcheibe mit Ablenk- oder<br />
Abstreiftrommel<br />
Eindrücken der Ladeschaufel in<br />
das Haufwerk<br />
seitliche Zufuhr des Haufwerks<br />
durch Ladeelemente<br />
Übergabe des Haufwerks auf<br />
Fördereinrichtungen des Laders<br />
(meist Kratzkettenband)<br />
robuste, leistungsfähige<br />
Ladegeräte für beliebigen<br />
Haufwerksanfall<br />
stoßfreies, kontinuierliches<br />
Laden<br />
156
Sowjetischer Hummerscherenlader UP-3<br />
1 Raupenfahrwerk; 2 Ladeschaufel; 3 Hummerschere; 4 Exzenterscheibe; 5 Hubzylinder; 6 Schwenkzylinder; 7 Steuereinrichtung<br />
8 Ausleger; 9 Sprühvorrichtung; 10 Scheinwerfer; 11 Kratzerförderer<br />
Tabelle 9.6. Technische Daten von Hummerscheren- und Frässcheibenladern<br />
Bezeichung Einheit Hummerscherenlader Frässcheibenlader<br />
Masse kg 4000…14000 16000…19000<br />
Leistung der E-Motoren kW 15…60 60…85<br />
Fahrgeschwindigkeit mmin -1 8…16 5…42<br />
maximale Vorschubkraft Mp 6…8 10…12<br />
Höhe der Lademaschine m 1,1…2,0 1,0…2,2<br />
Ladeleistung m 3 h -1 80…180 100…125<br />
9.3. Kennziffern zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Lademaschinen<br />
Die Kennziffern dienen dem Leistungsvergleich einzelner Lademaschinentypen unter bestimmten Einsatzbedingungen.<br />
Die wesentlichsten Vergleichskennziffern sind:<br />
Nettoladeleistung<br />
Bruttoladeleistung<br />
spezifische Arbeit<br />
Leistungsmasse<br />
Ausnutzungsgrad<br />
P LNetto<br />
P L Brutto<br />
w spez<br />
m P<br />
η LM<br />
Die Nettoladeleistung P L Netto charakterisiert das Leistungsvermögen der Lademaschine bei ununterbrochenem Einsatz<br />
(Nettoladezeit t L Netto ).<br />
Bei Vergleichen von Schaufel- und Kratzladern errechnet man die Nettoladeleistung aus dem Produkt der Einzellademenge V E ,<br />
die das Ladeelement bei einem einzelnen Ladespiel erfasst, und der Anzahl der Ladespiele n z in der Zeiteinheit.<br />
Nettoladeleistung<br />
Die Bruttoladeleistung hat für die Praxis größere Bedeutung, weil in der Bruttoladezeit t Brutto die Nettoladezeit, die Nebenzeiten<br />
und die Störzeiten für einen Ladevorgang, z. B. für einen ganzen Abschlag, Berücksichtigung finden.<br />
157
Bruttoladeleistung:<br />
Einen realen Vergleichswert für Lademaschinen bietet die Kennziffer der spezifischen Arbeit w spez . Sie ist der Quotient aus der<br />
installierten Gesamtleistung P inst einer Maschine und der Nettoladeleistung.<br />
Spezifische Arbeit:<br />
wirtschaftliches Laden gewährleistet bei 0,40 ≤ w spez ≤ 0,60<br />
Aus der Kenngröße Leistungsmasse m P ist ersichtlich, welche spezifische Leistung zur Bewegung der Masse einer Lademaschine<br />
m LM aufgewendet wird.<br />
Leistungsmasse:<br />
P F Fahrleistung<br />
Der Ausnutzungsgrad η LM einer Lademaschine gibt Auskunft über die Betriebsverhältnisse. Er ist der Quotient aus der<br />
Nettoladezeit und der Schicht- oder Zykluszeit t s bzw. t Zykl .<br />
Ausnutzungsgrad:<br />
( )<br />
9.4. Organisationsformen bei den Ladearbeiten – Einsatzbereiche von Lademaschinen<br />
Zwischen den einzelnen bergmännischen Arbeitsvorgängen und der Ladearbeit bestehen enge Zusammenhänge, die bei der<br />
Planung und Organisation der Ladearbeit zu beachten sind.<br />
Ladeprozess:<br />
Betriebsorganisation • Ausbruchsraum • Zustand der Fahrbahn • Beschaffenheit und Lage des Haufwerks<br />
Typ der Lademaschine • Antriebsart • Fahrwerk • Fördereinrichtung • nachgeschaltete Förderanlage<br />
Qualifikation und Fertigkeiten des Lademaschinisten<br />
158
Forderungen an Lademaschinen<br />
hohe Ladeleistung<br />
preisgünstig<br />
robust und funktionssicher<br />
leicht bedienbar<br />
geringe Wartung<br />
schnell in andere Arbeitsorte umsetzbar<br />
optimale Leistungsmasse<br />
Von wesentlichem Einfluss auf die Leistung einer Lademaschine ist die Beschaffenheit des Haufwerks. Die Ladbarkeit des<br />
Haufwerks charakterisiert den Schwierigkeitsgrad, mit dem sich das Haufwerk laden lässt und welche Kräfte dabei von der<br />
Lademaschine aufzubringen sind. Der Gewinnungsprozess soll ein auf den Ladertyp abgestimmtes ladegerechtes Haufwerk (meist<br />
gleichmäßige, mittlere Körnung mit großer Auflockerung) liefern.<br />
In Abhängigkeit vom Ladertyp werden unterschieden:<br />
Vorschubkräfte<br />
Reißkräfte<br />
Zugkräfte<br />
Hubkräfte<br />
Grabkräfte<br />
159
Tabelle 9.7. Berechnung von der Lademaschine aufzubringenden Kräfte<br />
160
Schema für die Ableitung des Steigungswiderstands<br />
a) Wurfschaufellader als einfaches statisches Problem<br />
S L Schwerpunkt des Laders (ohne Schaufel); S S Schwerpunkt der Schaufel; Z GS Gewicht der beladenen Schaufel; F GL Gewicht des<br />
Laders (ohne Schaufel); A, B Auflagerkräfte; h L Höhe des Schwerpunktes des Laders; h S Höhe des Schwerpunktes der gefüllten<br />
Schaufel; 1 Abstand der Auflager; l 1 maximale Auslage bezüglich des Auflagers A;<br />
Schema zur Berechnung der Reißkraft<br />
b) Schema zur Berechnung der Reißkraft an Frässcheiben – F R Kraft am Umfang der Frässcheibe; r Radius der Frässcheibe;<br />
Winkel<br />
c) Schema zur Berechnung der Reißkraft an Greifer Armen – r Abstand des Exzenterpunktes vom Scheibenmittelpunkt; R<br />
senkrechter Abstand der Greiferspitze angreifenden Kraft F R zum Mittelpunkt der Scheibe<br />
161
Einfluss des Förderweges auf den Füllungsgrad des Schrapperkastens<br />
nach erreichter Füllung konstant; b Füllungsgrad steigt infolge Aufnahme weiteren Haufwerks; e Füllungsgrad sinkt durch<br />
Verlieren von Haufwerk<br />
Schema zur Berechnung der Grabkraft an Greiferschalen<br />
r, R Hebelarme<br />
162
Einsatzbereiche einiger Lademaschinen<br />
Bei geneigten Auffahrungen sind Lade- und Fahrmanöver der einzelnen Ladertypen von deren konstruktiven Besonderheiten<br />
abhängig. Damit im Zusammenhang stehen die verschiedenen Organisationsformen der bergmännischen Arbeiten.<br />
Beim Einsatz von Förderwagen ist der Wagenwechsel von großer Bedeutung.<br />
Durch geschickte Anordnung und Auswahl der verschiedenen Einrichtungen für den Wagenwechsel ist dabei ein möglichst<br />
kontinuierliches Laden und Fördern anzustreben. Andere Möglichkeiten der Abförderung bieten sich durch Zwischenladegeräte<br />
und Zwischenbunkerung, Bunkerzüge, Gleispendelwagen und darauf abgestimmte Lade- und Fördergeräte an.<br />
Beim Laden im Abbau wird grundsätzlich unterschieden zwischen der Ladearbeit in engen und niedrigen Abbauen und der in<br />
Abbauräumen mit weiten Querschnitten.<br />
Schrapper, Wurfschaufellader oder Seitenkipplader werden im ersten, leistungsfähige kontinuierlich ladende Seitengreifer oder<br />
Bagger kommen im zweiten Abbautyp wegen des großen Haufwerksanfall bevorzugt zum Einsatz. Bei diesen haben sich auch im<br />
verstärkten Maß, bedingt durch den Mehrorteinsatz, Fahrlader als Lade-Fördergeräte bewährt.<br />
9.5. Allgemeines über Förderarbeiten<br />
Die Grubenförderung umfasst alle Einrichtungen, Anlagen und organisatorischen Maßnahmen, die den Transport des gewonnenen<br />
Gutes, des Versatzes, der Mechanismen und der Grubenbelegschaft betreffen.<br />
Die untertägige Förderung ist charakterisiert durch:<br />
beengte Raumverhältnisse (spezielle Anforderungen an die Fördermittel)<br />
vorgegebenen Streckenverlauf (Richtung, Steigung, Sohlen).<br />
Nutzung eines Fördermittels für mehrere Förderaufgaben<br />
weitgehende Beeinflussung durch den Gewinnungs- und Ladeprozess, die Bewetterung und das Einbringen von Ausbau.<br />
Entsprechend der Räume, in denen die Förderung vor sich geht, unterteilt man die Grubenförderung in Abbau-, Zwischen-,<br />
Stecken- und Schachtförderung.<br />
163
Stetigförderung:<br />
kontinuierlicher Förderfluss in gleiche Förderrichtung<br />
optimale Nutzung der Fördermittel<br />
Pendelförderung<br />
diskontinuierlicher Förderfluss<br />
Auf Grund des vielseitigen Einsatzes einzelner Maschinen und Einrichtungen der Förderung ist es üblich, eine Einteilung nach<br />
dem Fördervorgang vorzunehmen. Danach wird zwischen Stetig Förderung und Pendelförderung unterschieden.<br />
Für die Wahl und die Dimensionierung eines Fördermittels sind eine Reihe von Faktoren von Bedeutung.<br />
164
Tabelle 9.8. Zuordnung der Maschinen und Einrichtungen der Förderung entsprechend dem<br />
Förderverfahren/Fördervorgang<br />
9.6. Maschinen und Einrichtungen der Förderung<br />
Von besonderer Bedeutung für die Förderung des gewonnenen Gutes sind aus der Gruppe der Stetigförderer die Stromförderer zu<br />
nennen, hier vor allem die Gurtbandförderer und die Kettenkratzerförderer.<br />
9.6.1 Stetigförderer<br />
Gurtbandförderer<br />
Gurtbandförderer sind vorrangig als stationäre Streckenfördermittel in zentralisierten Betriebsabteilungen eingesetzt. Einige<br />
Sonderarten befinden sich auch im Abbau (z. B. Untergurtförderer). Transportabel sind Teleskopbänder, die in Verbindung mit<br />
Lade- und Gewinnungsmaschinen zum Einsatz kommen. In der Zwischenförderung werden tragseilverspannte Girlandenbänder<br />
bevorzugt. Seltener kommen Bänder in der Hauptförderung von unter Tage nach über Tage zur Anwendung. Andere<br />
Unterscheidungsmerkmale der Gurtbandförderer sind Fördergurtart und –muldung sowie spezielle konstruktive Merkmale.<br />
Schema des Gurtbandförderers<br />
1 Spanntrommel (Umlenktrommel); 2 Tragrollen (im Obergurt); 3 Gurt; 4 Antriebstrommel; 5 Spannvorrichtung; 6 Gerüst;<br />
7 Tragrollen (im Untergurt)<br />
Vergrößerung des Umschlagwinkels<br />
durch Ablenktrommel<br />
Tabelle 9.9. Arten von Gurtbandförderern<br />
165
Aufbau der Gurtbandförderer<br />
Gurtbandförderer zeichnen sich durch einfachen Aufbau aus. Ihre Hauptteile sind:<br />
Bandgerüst<br />
Antriebs-, Spann- und Umlenktrommeln<br />
obere und untere Bandtragrollen<br />
Fördergurt<br />
Antrieb und Zusatzeinrichtungen (z. B. Abstreifer, Schutz- und Signaleinrichtungen)<br />
Antrieb der Gurtbandförderer<br />
Die Mitnahme des Gurtbandes erfolgt durch Reibungsschluss, nur bei Stahlgurtbändern finden wir einen kraftschlüssigen Antrieb.<br />
Die erforderliche Antriebsleistung P G eines Gurtbandförderers ergibt sich aus der Bandgeschwindigkeit<br />
Gesamtbewegungswiderstand F W ges.<br />
und dem<br />
Erforderliche Antriebsleistung:<br />
P G<br />
F W ges<br />
kW kp ms -1<br />
Die einzelnen Bewegungswiderstände F W1 bis F Wn sind schwer erfassbar, sie beeinflussen sich gegenseitig und werden deshalb<br />
meist durch den Gesamtbewegungswiderstand berücksichtigt.<br />
Dieser resultiert aus:<br />
Trommel- und Tragrollenreibung<br />
Widerstand der Gurtband- und Trommelreiniger<br />
Biegen und Walken des Gurtes<br />
Reibung des Fördergurtes u. a.<br />
Der maximale Gurtbandzug F T bestimmt Gurtbandlänge, - ort und – ausführung sowie –einlagen. Er charakterisiert die Belastung<br />
des Bandes.<br />
Antriebsleistung großer Bandanlagen: 50…200kW<br />
Bandgeschwindigkeiten: 0,5…3,20 ms -1<br />
Maximaler Gurtbandzug:<br />
( )<br />
F T<br />
P G<br />
kp kW m s-1 – rad<br />
166
Werte für<br />
sind in Tabellen zusammengestellt.<br />
Tabelle 9.10. Reibwerte<br />
Antriebsformen untertägiger Bandanlagen<br />
1 Eintrommelantrieb mit direktem Abwurf<br />
2 Eintrommelantrieb mit Abwurfausleger<br />
3 Zweitrommelantrieb mit direktem Abwurf<br />
4 Zweitrommelantrieb mit Eintrommelumkehrantrieb<br />
Beim tragseilverspannten Girlandenband wird an zwei verspannten Tragseilen eine entsprechende Anzahl<br />
Girlandentragrollenstationen montiert. Höhere Standzeiten, Anpassung der Muldung an die Fördermenge und Fördergurtschonung<br />
sind die Vorteile des relativ elastischen Gurtbandförderers im Vergleich zur sonst üblichen Ausführung.<br />
Trogbandförderer bestehen aus stählernen Trogblechen mit gemuldetem Querschnitt. Diese sind schuppenartig angeordnet und<br />
werden durch ein- oder zwei Zugketten miteinander verbunden. Laufrollen an ortsfesten Traggerüsten ermöglichen die<br />
Beherrschung großer Bandanlagen.<br />
167
Trogbandförderer<br />
Vorteile der Trogbandförderer<br />
Kurvengängigkeit<br />
Einsatz in Mulden und bei Unebenheiten<br />
Transport in beiden Richtungen<br />
Fördervermögen bis 40° Steigung und 35° Neigung.<br />
Sie eignen sich gut zur Dosierung beim Füllen bzw. Entleeren von Bunkern, sind robust ausgeführt und haben kraftschlüssigen<br />
Antrieb.<br />
Ihre Nachteile: – großes Eigengewicht; – Lärmbelästigung (vor allem im Leerlauf)<br />
Kettenkratzförderer<br />
Einsatzgebiete und Arten<br />
Kettenkratzförderer werden eingesetzt<br />
in strebartigen Abbauen (hier häufig auch als Trag- und Lauforgan für Gewinnungsmaschinen)<br />
Als Zwischenfördermittel bei Großgeräteeinsatz und nachfolgender Abförderung durch Gurtbandförderer<br />
bei einer Vielzahl von Lademaschinen zum Überwinden der Hubhöhe<br />
als Transporteinrichtung innerhalb spezieller Fördermittel (Bunkerzüge, Gleispendelwagen u. a.)<br />
Es wird zwischen<br />
unterschieden<br />
Kettenkratzerförderer mit Rinne und<br />
Kettenkratzerförderer ohne Rinne<br />
Kettenkratzförderer mit Rinne<br />
1 Umlenkstern; 2 Kette; 3 Quersteg; 4 Rinne; 5 Antriebsstern; 6 Aufsatzblech<br />
168
Tabelle 9.11. Technische Daten der Kratzerförderer<br />
Aufbau und Arbeitsweise der Kettenkratzerförderer<br />
Bei der normalen Ausführung mit Rinne aus Stahlblech mit meist rechteckigem Querschnitt laufen die mit Querstegen<br />
verbundenen Ketten über Antrieb- und Umlenkstern um. Im oberen erfolgt die Rückführung der Kette. Die übertragbare Kraft des<br />
kraftschlüssigen Antriebs hängt von der Belastbarkeit der Laschen- oder Rundgliederketten ab (1 bis 3 Ketten).<br />
Kettenkratzförderer ohne Rinne<br />
1 Antriebsstern; 2 Kette; 3 Quersteg; 4 Tragrollen; 5 Umlenkrollen<br />
Beim rinnenlosen Kettenkratzerförderer erfolgt der Haufwerktransport unmittelbar auf der Sohle, die Rückführung der Kette über<br />
Tragrollen an der Firste. Einfache Bauweise, leichter Transport und einfache Montage stehen einer relativ hohen Antriebsleistung<br />
entgegen. Sie werden in der Zwischenförderung oder im Abbau bei sehr abrasiven Gesteinen (z. B. Sandstein) angewendet.<br />
9.6.2. Pendelförderer<br />
Gleisgebundene Förderer<br />
Zu den gleisgebundenen Förderern gehören:<br />
Lokomotiven als Zugmittel<br />
Förderwagen als eigentlich Transporteinheiten<br />
169
Grubenlokomotiven<br />
Arten und Einsatzbedingungen der Grubenlokomotiven<br />
Einsatz von Adhäsionsloks:<br />
bis 1% Steigung ohne Einschränkung<br />
bei 2 bis 3,5 % Steigung verringerte – Wagenzahl, höhere Dienstmassen<br />
Aufbau der Elektrolokomotiven<br />
Elektrolokomotiven für den Einsatz unter Tage besitzen eine gedrungene Bauweise, aber eine große Dienstmasse. Dies wird durch<br />
einen schweren, kastenförmigen Rahmen erreicht. Die beiden Achsen sind beiderseits über Lager und Federn mit dem Rahmen<br />
verbunden. Die Radpaare beider Achsen werden bei kleineren Elektrolokomotiven von je einem Motor über ein einfaches<br />
Zahnradvorgelege angetrieben. Schwere Bauarten sind zusätzlich noch mit einem Getriebe ausgerüstet.<br />
Die erforderliche Zugkraft am Haken F Herf (Zughakenkraft der Lok) entspricht der Größe des Zugwiderstands. Sie ist gleich oder<br />
kleiner als die maximal übertragbare Zugkraft am Haken F Hmax .<br />
Erforderliche Zugkraft am Haken:<br />
170
Arten von Elektrolokomotiven<br />
171
Tabelle 9.12. Technische Daten von Elektroloks<br />
Tabelle 9.13. Berechnung der Leistungsdaten von Grubenloks<br />
Die erforderliche Antriebsleistung der Lok ist von der aufzuwendenden Zugkraft F L und von der Geschwindigkeit abhängig.<br />
Von der Lok aufzuwendende Zugkraft:<br />
( )( ± )<br />
F WL<br />
F GL<br />
Fahrwiderstand der Lok<br />
Gewicht der Lok<br />
Erforderliche Antriebsleistung der Lok:<br />
P erf F GL η<br />
kW kp ms -1 –<br />
172
Leistungsberechnung einer Zugeinheit<br />
Um einen Förderwagen mit dem Bruttogewicht FGW zu bewegen, muss der Fahrwiderstand F W überwunden werden. Im<br />
Reibungsbeiwert werden Lagerreibung, Rollwiderstände, sowie der Gleiszustand berücksichtigt. Bei ansteigender<br />
(einfallender) Bahn muss das Steigungsverhältnis s berücksichtigt werden.<br />
( )<br />
Fahrwiderstand eines Förderwagens auf gerader söhliger Bahn:<br />
Fahrwiderstand eines Förderwagens auf gerader ansteigender (einfallender) Bahn:<br />
( ± )<br />
Ansteigende Bahn: s positiv<br />
Einfallende Bahn s negativ<br />
Die Reibungsbeiwerte für Förderwagen mit Wälzlagern betragen:<br />
≈<br />
Die Haftreibung<br />
wird beim Übergang aus der Ruhe in Bewegung berücksichtigt.<br />
≈ 5<br />
Mit steigender Geschwindigkeit wird<br />
kleiner.<br />
Der Zugwiderstand FWZ ist der Widerstand, der der Kraft entgegenwirkt, welche die Wagen eines Zuges in Bewegung setzt bzw.<br />
hält.<br />
Die Zugkraft am Haken F H ist die Kraft, die die Lok zum Überwinden des Zugwiderstands zur Verfügung hat.<br />
Zugwiderstand bei gleichförmiger Fahrt:<br />
( ± )<br />
Zugwiderstand beim Anfahren:<br />
( ± )<br />
a<br />
n<br />
Beschleunigung<br />
Anzahl der Förderwagen<br />
Förderwagen – gleisgebundene Transporteinheit<br />
Als Transporteinheit sind bei der gleisgebundenen Förderung Förderwagen für Haufwerks-, Material- und Mannschaftstransport<br />
eingesetzt. Bei der Haufwerksförderung wird hinsichtlich des Förderwwagenfassungsvermögens unterschieden zwischen<br />
Kleinförderwagen 5<br />
Mittelförderwagen 5 5<br />
Großförderwagen 5<br />
Die Wagengröße ist vorrangig abhängig von der Größe des Streckenquerschnitts, den Kurvenradien, der Fördergestellgröße, den<br />
Forderaufgaben.<br />
Die Entwicklung führt zu Großförderwagen, zu Förderwagen mit spezieller Haufwerksentladung und Spezialtransportwagen.<br />
173
Arten und Aufgaben der Förderwagen<br />
Bei der Förderung mit Sondertypen von Förderwagen oder mit verbundenen, gleisgebundenen Fördereinheiten werden höchste<br />
Förderleistungen erreicht. Spezifische Einsatzbedingungen engen deren breiteren Einsatz ein.<br />
Förderwagen<br />
Beispiele von Förderwagen für den Haufwerktransport<br />
Für den Haufwerktransport kommen meist Standardförderwagen mit festem Wagenkasten zum Einsatz. Für Materialtransport<br />
werden Spezialausführungen je nach Materialart verwendet.<br />
Immer mehr werden unter Tage gleislose Fördergeräte eingesetzt. Ihre Vorteile gegenüber der gleisgebundenen Fördertechnologie<br />
sind:<br />
große Anpassungsfähigkeit in Bezug auf Fördereinrichtung, Förderweglänge und Fördermenge<br />
Leistungsfähigkeit der Geräte<br />
ihr flexibler Einsatz (z. B. leichtes Umsetzen bei Mehrortbetrieb)<br />
Nachteilig wirken sich aus:<br />
• relativ hohe Betriebskosten<br />
• Störanfälligkeit einzelner Gerätetypen<br />
• arbeitshygienische Belastung (Lärm, Staub, Wärme, Erschütterung, Abgase – letzteres insbesondere bei Geräten mit<br />
Dieselantrieb)<br />
Es wird unterschieden zwischen<br />
Fahrzeugen mit Be- und Entladevorrichtungen (Fahrlader)<br />
Fahrzeugen, die nur Fördern und Entladen (Transportfahrzeuge) und<br />
Sonderfahrzeugen für Material- und Personentransport.<br />
Wirtschaftlicher Einsatz<br />
Förderentfernungen je<br />
Förderspiel in m<br />
Fördermenge je Schicht<br />
in t<br />
Fahrlader<br />
50…400 400…1500<br />
200…600 500…1500<br />
Transportfahrzeuge ohne<br />
Beladeeinrichtung<br />
174
Fahrlader<br />
Die wichtigsten Vertreter dieser Gruppe sind<br />
Tiefschaufellader (im Kalibergbau eingesetzt)<br />
Bunkerlader (für den Einsatz im Erzbergbau)<br />
Tiefschaufellader<br />
Der Tiefschaufellader ist ein dieselbetriebenes und luftbereiftes Fahrzeug. Antriebs- und Arbeitsteil sind auf getrennten Rahmen<br />
mit je einer Achse angeordnet. Beide Teile sind durch ein Knickgelenk verbunden. Die Lenkung des Fahrzeuges erfolgt durch<br />
hydraulische Lenkzylinder. Die Knickgelenksteuerung ermöglicht, geringe Kurvenradien zu durchfahren. Der Tiefschaufellader<br />
kann mit am Ladeteil montierter Schaufel das Haufwerk aufnehmen, in der Ladeschaufel transportieren und abkippen. Die<br />
Schaufel wird hydraulisch über Hub- und Kippzylinder betätigt.<br />
Aufbau und Antrieb des Tiefschaufelladers<br />
Lenkprinzip eines Tiefschaufelladers<br />
1 Schaufel; 2 Vorderwagen; 3 Lenkzylinder; 4 Knickgelenk; 5 Motorteil<br />
175
Weitere Vorteile dieses Fronschaufelladers sind<br />
relative Unempfindlichkeit gegen Stoßbelastung und Fahrbahnunebenheiten<br />
tiefliegender Schwerpunkt – dadurch geringes Fahrzeugleergewicht und geringe Bauhöhe<br />
gutes Totallast/Nutzlast-Verhältnis und damit relativ kleine Antriebsleistungen<br />
Tabelle 9.14. Technische Daten des Tiefschaufelladers<br />
Bunkerlader<br />
Bunkerlader sind druckluftbetriebene Lade- und Fördergeräte für den Abbau im Erzbergbau. Sie zeichnen sich durch geringe<br />
Abmessungen und vielseitige Einsatzmöglichkeiten aus.<br />
Arbeitsweise des Bunkerladers<br />
176
Laden und Fördern mit dem Bunkerlader im Abbau<br />
Bunkerlader sind luftbereifte Fahrzeuge mit Allradantrieb.<br />
Hauptteile des Bunkerladers:<br />
Ladeeinrichtung (Schaufel, Hubkette, Hubmotor)<br />
Transporteinheit (aufklappbarer Bunker, Hydraulikzylinder mit Teleskopkolben).<br />
Antriebs-und Steuerteil (Fahrwerk mit Antriebsmotoren, Hebel für das Steuern der Schaufelbewegung, das Kippen des<br />
Bunkers und für das Steuern der Fahrmotoren).<br />
Arbeitsweise des Bunkerladers<br />
Der Bunkerlader fährt mit gesenkter Schaufel in das Haufwerk. Die Schaufel wird durch leichte vibrierende Bewegungen gefüllt,<br />
angehoben und durch „Über-Kopf-Werfen“ in den Bunker entleert. Dieser Vorgang wird 8-bis 10mal wiederholt, bis der Bunker<br />
gefüllt ist. Durch Rückwärtsfahrt wird die Förderstrecke überwunden und der Bunker durch Abkippen entleert. Das Haufwerk<br />
wird meist in Rollen gekippt oder anderen Fördermitteln übergeben.<br />
Vorderansicht<br />
1 Schaufel; 2 Hubkette, 3 Kettentrommel; 4 Schaufelgelenk; 5 Schutzgitter; 6 Bunker; 7 Hebel für das Steuern der Fahrmotoren; 8<br />
Hebel für die Schaufelbewegungen und das Kippen des Bunkers; 9 Trittbrett; 10 Antriebsräder<br />
177
Rücksicht<br />
Schaufel und Bunkerbewegung<br />
Bewegungsmöglichkeiten der Schaufel und des Bunkers in Abhängigkeit von der Stellung der Bedienhebel<br />
Fahrwerkssteuerung des Bunkerladers<br />
1 nach rechts schwenken; 2 nach links schwenken; 3 Geradeausfahrt vorwärts, 4 Geradeausfahrt rückwärts<br />
Die Bedienung des Bunkerladers erfolgt durch den auf dem Trittbrett mitfahrenden Maschinisten (teilweise auch Fernbedienung).<br />
Die für den Antrieb der Hub-, Kipp- und Fahrmotoren benötigte Druckluft wird durch einen entlang der Förderstrecke ausgelegten<br />
Schlauch zugeführt.<br />
178
Beim Einsatz des Bunkerladers entstehen im Vergleich zum Schrapperbetrieb folgende Vorteile:<br />
Laden, Transportieren und Abkippen durch einen Mann<br />
Verminderung der Rüstzeit<br />
Möglichkeit des Einsatzes in mehreren Orten<br />
Mechanisierung der gesamten Ladearbeit<br />
Einsatz auch in kurvenreichen Strecken möglich<br />
Verminderung der Erzverdünnung<br />
sauberes Laden<br />
Nachteilig sind die Ganzkörpervibrationen, die erhöhte Störanfälligkeit und mögliche Gefährdung des Maschinisten. Durch<br />
Fernbedienung lassen sich diese Nachteile vermeiden. Mit vibrationsgedämpften Trittbrettern lässt sich das Einwirken von<br />
Vibration vermindern.<br />
Tabelle 9.15. Technische Daten von in der DDR eingesetzten Bunkerladern<br />
Bezeichnung<br />
Einheit<br />
Schaufelinhalt m 3 0,125….0,5<br />
Bunkerinhalt m 3 1,0…..2,2<br />
Leistung der Fahrmotoren kW (PS) 3,7 (5)….5,2 (7)<br />
Leistung des Hubmotors kW (PS) 5,2 (7)….7,3 (10)<br />
Fahrgeschwindigkeit kmh -1 3,6<br />
Steigfähigkeit ° (Grad) 12<br />
Masse kg 2750…6500<br />
freie Kipphöhe m 2,5…2,9<br />
breite der Fahrstrecke m 3,0<br />
Fahrzeuge ohne Beladeeinrichtung<br />
Im Einsatz unter Tage haben sich Kipplaster mit nach hinten oder seitlich abkippbarer Mulde sowie Bodenentleerer oder<br />
Schiebekastenlaster bewährt. Einfache Konstruktionen, geringe Bauhöhen, hohe Tragfähigkeiten, große Wendigkeit und kurze<br />
Kipp- bzw. Entleerzeiten zeichnen diese Fahrzeuge aus.<br />
Eine oft verwendete Fahrzeugart ist der Kipplaster mit nach hinten abkippbarer Mulde. Antriebs- und Arbeitsteil sind gelenkig<br />
miteinander verbunden. Die Transportmulde wird beim Entleeren mittels Hydraulikzylinder nach hinten gekippt. Leistungsfähige<br />
Dieselmotoren mit günstigen Abgascharakteristika ermöglichen die Überwindung größerer Steigungen. Die Fahrzeuge sind mit<br />
Drehmomentenwandler, Schaltgetriebe mit automatischer Kupplung und Planetengetriebe in der Kraftübertragung ausgerüstet.<br />
Hauptteile eines Kipplasters<br />
1 kippbare Mulde; 2 Fahrersitz; 3 Dieselmotor; 4 Kippgelenk; 5 Hinterräder; 6 hinteres Rahmenteil; 7 Spezialgelenk;<br />
8 Vorderräder; 9 vorderes Rahmenteil<br />
179
Schematische Darstellung der Hydraulikanlage eines Kipplasters (K-162)<br />
1 Tank mit Filter; 2 Hydraulikpumpe; 3 Lenk- und Kippventil; 4 Verteilerklotz; 5 Lenkzylinder; 6 Kippzylinder; 7 Magnetfilter<br />
Kippbewegung und Wendemanöver eines Kipplasters<br />
Tabelle 9.16. Technische Daten des Kippladers K-162<br />
Bezeichnung<br />
Einheit<br />
Fassungsvermögen m 3 7…14<br />
Nutzmasse t 21<br />
Leermasse t 14<br />
Wendekreis-Durchmesser m 18<br />
maximale Steigfähigkeit % 14,5<br />
maximale Fahrgeschwindigkeit kmh -1 36<br />
Motorleistung kW 119<br />
Bauhöhe m 2…2,25<br />
180
Schachfördermaschinen und –anlagen<br />
Hauptteile einer Schachtförderanlage:<br />
Fördermaschine<br />
Förderturm oder Fördergerüst<br />
Förderseil<br />
Fördergurtträger (Fördergestell oder Fördergefäß)<br />
Steuer-, Regel-, Überwachungs- und Sicherheitseinrichtungen<br />
besondere Einrichtung an der Hängebank, im Füllort und im Schacht<br />
Hauptteile einer Schachtförderanlage am Beispiel einer Skip-Förderanlage<br />
181
Tabelle 9.17. Vergleich zwischen Gefäß- und Gestellförderung<br />
182
Fördermaschinen<br />
In Abhängigkeit von der Gestaltung der Förderseilträger werden unterschieden:<br />
Treibscheibenfördermaschinen<br />
Trommelfördermaschinen<br />
Sonderbauarten<br />
Einteilung der Fördermaschinen<br />
1 Seilscheibe; 2 Oberseil; 3 Fördergutträger; 4 Unterseil; 5 Seilbucht; 6 Ablenkscheibe; 7 Flachseil<br />
Bei Treibscheibenfördermaschinen ist die Größe der maximal übertragbaren Kraft auf das Förderseil abhängig von der<br />
Reibungsziffer und dem Umschlingwinkel . Die Mitnahme des Seiles erfolgt ohne Seilrutsch, wenn das Verhältnis von<br />
Seilzug F S1 zu Seilzug F S2 kleiner als der Wert ist bzw. diesen im Grenzfall erreicht (e=2,71828).<br />
F S1 ,F S2<br />
e<br />
kp – – rad<br />
≈<br />
rad<br />
180 3,142 1,875<br />
184 3,210 1,901<br />
188 3,281 1,926<br />
200 3,491 2,010<br />
≈<br />
183
Seilrutsch kann bei sprunghaftem Anfahren und plötzlicher, starker Bremsverzögerung auftreten. Geringe Lastunterschiede<br />
zwischen Voll- und Leerseil sind Bedingung für eine störungsarme Treibscheibenförderung, deshalb sind Unterseile notwendig.<br />
Der Standort der Treibscheibenfördermaschine richtet sich vor allem nach dem Platzbedarf der Anlage und der Art der<br />
Seilaufhängung (Ein- oder Mehrseilfördermaschinen).<br />
Mehrseilfördermaschinen sind im Förderturm angeordnet. Bei den Trommelfördermaschinen werden die beiden Seile auf den<br />
Trommeln, die auf einer gemeinsamen Welle sitzen, unter- bzw. oberschlägig aufgewickelt.<br />
Schematische Darstellung der Treibscheibenförderung<br />
1 Treibscheibe; 2 Förderseil (Oberseil); 3 Seilscheiben; 4 Fördergurtträger; 5 Unterseil; 6 Buchtholz<br />
Seilreibungskräfte<br />
Treibscheibenfutter (Schnitt am Umfang der Treibscheibe)<br />
Standort der Treibscheibenfördermaschine<br />
a) Flurfördermaschine<br />
1 Fördergerüst; 2 Streben; 3 Seilscheiben;<br />
4 Förderseil; 5 Treibscheibe; 6<br />
Maschinenhaus<br />
b) Turmfördermaschine<br />
1 Turm; 2 Treibscheibe; 3 Ablenkscheibe<br />
184
Bei gleicher Drehrichtung der Trommel erfolgt somit wechselweise das Heben bzw. das Senken der Fördergurtträger.<br />
Zur Schonung des Förderseils wird auf dem Trommelmantel ein Holzbelag mit eingedrehten Scilrillen befestigt.<br />
Trommelfördermaschinen werden ausschließlich als Flurfördermaschinen eingesetzt. Durch das Auf- und Abwickeln verändert<br />
sich ständig der Ablenkwinkel 5 erzielt und somit ein Überspringen der Scilrillen vermieden. Durch Anordnung einer<br />
„Lostrommel“ und einer feststehenden Trommel auf gemeinsamer Welle sind die Seillängen in kurzer Zeit zu verändern. Damit<br />
wird das doppeltrümige Fördern von verschiedenen Sohlen möglich.<br />
Schema der Trommelfördermaschine<br />
Trommel mit Scilrillen<br />
Schematische Darstellung des Ablenkwinkels bei Trommelfördermaschinen<br />
185
Tabelle 9.18. Vergleich der Treibscheiben- und Trommelfördermaschinen<br />
Treibscheibenfördermaschinen<br />
Trommelfördermaschinen<br />
Teufe<br />
Raumbedarf<br />
Masse<br />
Leistungsbedarf<br />
Seilaufhängung<br />
Standort<br />
doppeltrümige<br />
Förderung von<br />
mehreren Sohlen<br />
unabhängig von der Teufe einsetzbar,<br />
besonders vorteilhaft bei großen Teufen<br />
geringer Raumbedarf<br />
kleine Masse und kleines Fundament, da<br />
geringe Schwungmomente<br />
infolge geringer Schwungmomente relativ<br />
geringe Motorleistung erforderlich<br />
Ein und Mehrseilaufhängung; bei<br />
Mehrseilaufhängung größere Sicherheit,<br />
Erweiterung des möglichen Teufenbereichs<br />
und der Nutzlasten<br />
Flur- oder Turmfördermaschinen (-<br />
aufstellung) möglich<br />
effektiv nur Einsohlenbetrieb<br />
Seilaufnahmevermögen der Trommel<br />
begrenzt<br />
Trommel (5 bis 6m Durchmesser, 3 bis<br />
5m Breite) verlangen großes<br />
Maschinenhaus<br />
große Masse und große Fundamente<br />
große Motorleistung erforderlich<br />
nur Einzelseilaufhängung möglich<br />
Flurförderanlagen notwendig<br />
optimale Nutzung durch doppeltrümige<br />
Förderung bei mehreren<br />
Sohlenanschlägen möglich<br />
Fördergurtträger<br />
Fördergurtträger sind Fördergestelle und –gefäße (Skips), Förderkübel (bei Teufenarbeiten) und Container (für spezielle<br />
Materialtransporte wie lange Hölzer, Schienen u. a.). Die Verbindung Fördergutträger und Seil erfolgt durch Seileiband und<br />
Zwischengeschirr.<br />
Die Führung der Fördergutträger im Schacht übernehmen Spurlatten aus Holz oder Stahl sowie Seile. Letztere sind bei großen<br />
Teufen in Verbindung mit der Mehrseilaufhängung der Fördergutträger von Vorteil. Die Seilführung ermöglicht<br />
kurze Montagezeiten<br />
einen ruhigen Lauf der Fördergutträger<br />
optimale Nutzung des Wetterquerschnitts<br />
Überwachungs- und Sicherheitseinrichtungen<br />
Überwachungs- und Sicherheitseinrichtungen ermöglichen eine einwandfreien, sicheren Förderbetrieb. Sie verhindern Störungen<br />
bzw. schränken deren Auswirkungen ein, indem sie Anlagen und Einrichtungen funktionsunabhängig von menschlichen<br />
Einflüssen machen.<br />
186
Schema einer Vierseil-Förderanlage<br />
Besondere Vorkehrungen werden getroffen gegen<br />
Seilloswerden<br />
Übertreiben der Fördergutträger<br />
Abstürzen von Gegenständen n den Schacht<br />
vorzeitiges Anfahren der Fördermaschine<br />
187
Führungseinrichtungen<br />
1 Einstrich; Fördergutträger<br />
a) Holzspurlatten mit Führungsschuhen<br />
b) Holzspurlatten mit Rollenführung (gummibereift)<br />
c) Stahlspurlatten mit Führungsschuhen<br />
d) Seilführung<br />
e) Seilführung eines Kübels beim Schachtabteufen<br />
Weiter Maßnahmen zur Erzielung eines sicheren Förderablaufs sind:<br />
Ausrüstung der Fördermaschine mit mehreren voneinander unabhängigen Bremsen<br />
Überwachungsgeräte und der Sicherheitsstromkreis zur Auslösung der Fallbremse<br />
nachträgliche Steuerung und Regelung des Fahrablaufs<br />
zusammenfassende und übersichtliche Anordnung der Kontroll- und Überwachungseinrichtungen<br />
vorgeschriebene Funktionsproben und laufende Kontrollen der Einrichtungen sowie<br />
Festlegungen zur Seilbelastung, der Fahrgeschwindigkeiten, der Seilfahrtsdurchführung u. a.<br />
188
Tabelle 9.19. Maßnahmen zum Verbinden von Gefahren bei der Schachtförderung<br />
Sicherheitseinrichtungen im Schacht<br />
1 Seilscheiben; 2 Seilscheibenbühne; 3 Prellträger; 4 verdickte Spurlatten; 5 Fangstützen; 6 Spurlatten (normale Ausführung);<br />
7 Endausschalter; 8 freie Höhe (=freie Teufe); 9 Fördergutträger<br />
189
Einflußfaktoren auf Wahl und Dimensionierung der Schachtförderanlage:<br />
Tabelle 9.20. Berechnung der Förderleistungen<br />
190
9.7. Förderleistungen<br />
Die zu berechnenden Förderleistungen werden beeinflusst:<br />
vom Förderverfahren<br />
vom Förderweg (bei Pendelförderung)<br />
vom Fördergut<br />
von der betrieblichen Organisation der Förderung<br />
Leistungsfähige Großschachtanlagen erreichen eine Tageskapazität von etwa 20.000 t. Mehrseilaufhängung der Fördergutträger<br />
und Seilführungen in den Schächten erfüllen die Forderung nach betriebssicheren und wartungsarmen Anlagen.<br />
Die Automatisierung der Schachtförderung bringt durch die Gleichmäßigkeit des Förderablaufs eine Leistungssteigerung im<br />
Förderablauf von 10 bis 15%.<br />
191
10. Aus- und Vorrichtung<br />
Grubenbaue der Aus- und Vorrichtung haben die Aufgabe, die Lagerstätten zugänglich zu machen und Förderung, Fahrung,<br />
Transport und Wetterführung von und zu den Abbaubetriebspunkten zu gewährleisten sowie diese soweit vorzubereiten, dass dort<br />
die Gewinnung stattfinden kann.<br />
Nicht immer ist es möglich, Aus- und Vorrichtung klar zu unterscheiden. Deshalb wird meist der vorrangige Verwendungszweck<br />
als Unterscheidungsmerkmal gewählt. Art und Umfang der Aus- und Vorrichtung werden von einer Reihe von naturgegebenen,<br />
technisch- technologischen sowie ökonomischen Einflußfaktoren bestimmt.<br />
Ausrichtung:<br />
Sammelbergriff für alle Grubenbaue, durch die die Lagerstätte zugänglich gemacht und in Sohlen oder Bauabteilungen eingeteilt<br />
wird.<br />
Vorrichtung:<br />
Sammelbegriff für alle Grubenbaue, die zur Einteilung der Lagerstätten innerhalb der Bauabteilungen oder Sohlen entsprechend<br />
des gewählten Abbauverfahrens und der ersten Angriffspunkte für den Abbau dienen.<br />
Reihenfolge des Vorgehens bei der Ermittlung optimaler Varianten der Aus- und Vorrichtung:<br />
Untersuchung der vorliegenden Bedingungen<br />
Zusammenstellung aller für die jeweiligen Verhältnisse technisch möglichen Varianten<br />
technisch ökonomische Vergleiche<br />
Auswahl der optimalen Variante<br />
Ziel:<br />
mit minimalen Investitionskosten Aufschluss großer Vorräte<br />
Forderung an optimale Technologie:<br />
technisch realisierbar<br />
sicherheitstechnisch vertretbar<br />
ökonomisch akzeptierbar<br />
Dabei werden Methoden der Verfahrensforschung un der EDV genutzt.<br />
Es ist stets ein genügender Vorlauf der Aus- und Vorrichtungsarbeiten vor dem Abbau erforderlich.<br />
10.1. Ausrichtung von der Tagesoberfläche<br />
In gebirgigen Gegenden erfolgt auch heute noch die Ausrichtung von Lagerstätten durch Stölln. Der größte Teil der Lagerstätten<br />
der DDR liegt jedoch in solchen Teufen, die eine Ausrichtung durch Tagesschächte erfordern.<br />
Nach der Anordnung der Schächte im Grubenfeld werden unterschieden:<br />
Doppelschachtanlage: bis 200m Abstand voneinander<br />
Vorteile: Sicherheitspfeiler überlappen sich, schnelle Wetterverbindung, zentrale Tagesanlagen.<br />
Nachteile: rückläufige Wetterführung<br />
Zentraler Hauptförderschacht mit Außenschächten:<br />
neben Zentralschacht Außenschächte an der Grenze des Grubenfelds<br />
Vorteile: grenzläufige Wetterführung, Entlastung des Hauptförderschachtes<br />
Nachteile: dezentralisiertes Abteufen, bis zu Durchschlag Sonderbewetterung notwendig<br />
192
Tabelle 10.1. Zuordnung der Schachtarbeiten<br />
Von großer Bedeutung für die technisch-ökonomische Entwicklung einer Schachtanlage ist die Wahl des Schachtansatzpunktes.<br />
Sie wird von folgenden Bedingungen beeinflusst:<br />
Die Wahl des Schachtquerschnitts ist abhängig von<br />
Art, Anzahl und Leistung der Fördereinrichtungen<br />
Wettermenge<br />
sonstigen Einrichtungen (Energieversorgung, Rohrleitungen u. a.)<br />
Abteufen- und Unterhaltskosten<br />
geologische Bedingungen<br />
193
Schachtscheiben<br />
Vorwiegend wird die Kreisform gewählt (günstiges Verhältnis Umfang: nutzbarer Querschnitt, gleichmäßige Druckverteilung,<br />
wasserdichter Abschluss möglich, günstige Abteuftechnologien).<br />
194
Abteufverfahren<br />
Ausschlaggebend für die Auswahl des Abteufverfahrens sind<br />
‣ Art und Verhalten des zu druchteufenden Gebirges<br />
‣ die zu erwartenden Wasserzuflüsse<br />
‣ der gewählte Querschnitt<br />
‣ die vorhandene Technik<br />
‣ du zu erwartenden Kosten<br />
Tabelle 10.2. Einige Abteufverfahren<br />
Bezeichnung Anwendung Bemerkung<br />
Bergmännische Verfahren<br />
Gewöhnliches<br />
Abteufverfahren<br />
Gefrierverfahren<br />
Zentrierverfahren<br />
Ansteckverfahren<br />
Schachtbohren<br />
Honigmannverfahren<br />
Rotarybohrverfahren<br />
in festem Gebirge mit<br />
relativ geringen<br />
Wasserzuflüssen (bis etwa<br />
3m 3 min -1 )<br />
In standfestem und<br />
nichtstandfestem Gebirge<br />
mit stark wasserführenden<br />
Schichten<br />
In standfestem, stark<br />
wasserführendem,<br />
klüftigem Gebirge<br />
In wenig standfestem und<br />
schwimmendem Gebirge<br />
Prinzipiell in allen<br />
Gesteinsarten<br />
In nicht standfestem,<br />
wasserführendem Gebirge<br />
(teilweise auch in härteren<br />
Schichten)<br />
In standfestem und<br />
nichtstandfestem Gebirge<br />
Hereingewinnung durch Bohr- und Sprengarbeit, Ladearbeiten mittels<br />
Mehrschalengreifern ( ), Förderung und Fahrung in Förderkübeln<br />
( ), weitgehende Anwendung von Bohrgeräteträgern<br />
(Abschlaglängen 3…5m) und Kabinengreifern (Leistungssteigerung um<br />
das 2- bis 4 fache im Vergleich zu den von Hand gesteuerten<br />
Schalengreifern) Einteilung nach der Reihenfolge der Arbeitsgänge:<br />
-aufeinanderfolgende Methode<br />
-Parallelmethode<br />
Durchschnittliche Abteufleistungen: 40…75m je Monat<br />
Spitzenleistung (1969 UdSSR):<br />
401,3m je Monat (7m Durchmesser, moderne Technik)<br />
Niederbringen von Bohrlöchern um den äußeren Rand des abzuteufenden<br />
Schachtes, Zirkulation eines Kälteträgers (Chlorkalziumlauge;<br />
Magnesiumlauge, unterkühltes flüssiges Ammoniak u. a.), Bildung eines<br />
Frostzylinders um die zu teufende Schachtröhre (einige Monate),<br />
Abteufarbeiten (s. oben) unter Weiterführung der Gefrierarbeiten<br />
Nach Erreichen des festen Gebirges (Fertigstellung des wasserdichten<br />
Ausbaus!) Auftauen des Frostkörpers<br />
Abdichten von wasserführenden Klüften, Spalten und Rissen durch einoder<br />
mehrmaliges Einpressen von Zementmilch bzw. Bitumen (bis 100 at),<br />
danach normales Abteufen;<br />
Bohren der Zementierbohrlöcher entweder von über Tage oder von der<br />
Schachtsohle aus;<br />
Vorteile: Bleibende Abdichtung des Gebirges (im Kali- und<br />
Steinsalzbergbau nur bei Bitumeninjektion gewährleistet!)<br />
Nach Eintreiben von Abtriebpfählen bzw. Stahlspundbohlen in das<br />
Gebirge wird innerhalb dieses vorläufigen Ausbaus abgeteuft.<br />
Schachtbohrverfahren sind den bergmännischen Verfahren schon jetzt im<br />
nichtstandfesten, wasserführenden Gebirge überlegen. Sie gewinnen<br />
ständig an Bedeutung. Bei fast allen Verfahren wird mit Umkehrspülung<br />
gearbeitet (Flüssigkeits- oder Luftspülung)<br />
Drehend arbeitende Schachtbohrverfahren mit umlaufender<br />
Tondickspülung (Aufrechterhaltung der Stöße);<br />
Herstellung des Bohrschachtes in mehreren Bohrstufen; Bohrwerkzeuge:<br />
in lockeren Gebirge Messer mit Hartmetallaufschweißung, in hartem<br />
Gestein Rollenbohrer; erreichte Bohrtiefe: 800m<br />
Teilweise Verwendung überschwerer Tiefbohrausrüstungen;<br />
Bohrwerkzeuge: Rollenmeißel; Übertragung von Drehmomenten<br />
>20000kpm; erreichte Bohrtiefe: 1800m<br />
195
Saugrohrverfahren<br />
In Lockergesteinen und<br />
Geröll<br />
Relativ billiges Verfahren mit einfacher Wasserspülung; Umkehrspülung;<br />
Bohrwerkzeuge: in mehreren Stufen angeordnete Schneidmeißel;<br />
Besonders geeignet für geringe Teufen (bis 150m).<br />
Bezeichnung Anwendung Bemerkung<br />
Mehrturbinenverfahren<br />
Kernbohrverfahren<br />
Abteufen mit<br />
Abteufmaschinen<br />
In standfestem und<br />
nichtstandfestem Gestein<br />
in standfestem Gebirge<br />
In standfestem Gebirge<br />
Abteufen nach der Parallelmethode<br />
Drei bis sechs Bohrturbinen sind auf einer Kreisfläche starr verbunden, so<br />
dass beim Bohrvorgang die gesamte Bohrlochsohle bearbeitet werden<br />
kann; Turbinen werden über Verteilerkopf mit Spülung (Spüldruck bis<br />
125at) versorgt;<br />
Keine Übertragung des Drehmoments durch das Gestänge;<br />
Bohrwerkzeuge: Rollenmeißel; Große Bohrgeschwindigkeiten, relativ<br />
hoher Energieverbrauch; nur Normalspülung möglich. Drehzahl vom<br />
Bohrdruck abhängig; Anwendung vorwiegend in der UdSSR.<br />
Bohrwerkzeug: mit Schneidrollen bestückte Bohrkronen, die einen Kern<br />
von etwa 2,5 m Durchmesser bohrt. Bei einer Länge von etwa 5 m wird<br />
der Kern unterschnitten (bis 60cm) und gezogen.<br />
Für das Erweitern des Bohrlochs werden Bohrer verwendet, die das<br />
Gestein radial angreifen.<br />
Arbeitsweise analog einer Streckenvortriebmaschine. Antrieb befindet sich<br />
unmittelbar über dem Bohrkopf (Verspannung der Maschine im<br />
Bohrloch). Einbringen des Schachtausbaus oberhalb der Maschine; keine<br />
Totzeiten durch Ziehen und Einfahren des Bohrkopfes; Anwendung<br />
vorwiegend beim Abteufen von Blindschächten<br />
196
Moderne Technologie der Parallemethode mit Bohrgeräteträger und Kabinengreifer<br />
Moderne Technologie des Schachtabteufens (Parallelmethode)<br />
1 Betonleitung; 2 Arbeitsbühne; 3 Kabinengreiferanlage; 4 Rüsselleitung; 5 Betonverschalung; 6 Förderkübel; 7 Bohrgeräteträger<br />
197
Gefrierverfahren<br />
Grenzteufen beim Gefrierverfahren in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften des Frostzylinders (nach Trupak)<br />
Zementierverfahren (Anordnung der Zementierlöcher)<br />
198
Honigmann-Schachtbohrverfahren<br />
1 Antrieb (Drehstrommotor); 2 Antriebsrad der Bohrstange; 3 quadratische Bohrstange; 4 Spülkopf; 5 Kugellagerkopf;<br />
6 30-Mp-Winde; 7 Bohrer (Schab- und Stoßmeißelbesetzung); 8 Korb für zentrische Führung des Bohrers;<br />
9 Drucklufteintritt in das Bohrgestänge; 10 Spülschlauch; 11 Klärbecken<br />
Mehrturbinen-Schachtbohrverfahren<br />
a) Seitenansicht (Prinzip)<br />
b) b Schema der Drehbewegung<br />
199
10.2. Aus- und Vorrichtung in der Sohlenebene<br />
Zur Ausrichtung in der Sohlenebene gehören Stecken und großräumige Auffahrungen (Füllörter, Skipräume, Maschinen- und<br />
Werkstatträume, Sprengmittellager u. a.)<br />
Eine Sohle ist ein festgelegter Horizont mit allen in ihm oder annähernd in ihm aufgefahrenen Grubenbauen. Dazu zählen auch die<br />
Grubenbaue bis zur nächsthöheren Sohle (außer Schächte und Flachen).<br />
Bei der Wahl des Sohlenabstands sind u. a. zu berücksichtigen:<br />
Mächtigkeit, Einfallen, Art und Beschaffenheit der Lagerstätte<br />
Abbauverfahren<br />
Auffahrungs- und Unterhaltungskosten für die Sohlen<br />
Kosten für Förderung und Wasserhaltung<br />
Die zunehmende Mechanisierung aller Bergarbeiten lässt die Vergrößerung der Sohlenabstände zu.<br />
Das Füllort ist ein Grubenbau im Schnittpunkt eines Schachtes mit einer Strecke.<br />
Aufgaben:<br />
‣ Beschickung der Schachtfördereinrichtung (unterscheiden in Füllörter für Gestell- und Gefäßförderung)<br />
‣ Puffer zwischen Strecken- und Schachtförderung<br />
‣ Umschlagpunkt für Materialtransporte u. a.<br />
Richtstrecken werden geradlinig im Generalstreichen der Lagerstätte aufgefahren.<br />
Querschläge werden quer zum Streichen der Lagerstätte aufgefahren. Sie unterteilen die Lagerstätte in Bauabteilungen.<br />
Richtstrecken und Querschläge<br />
Zur Vorrichtung in der Sohlenebene gehören<br />
Grund- oder Sohlenstrecken (streichende, im Niveau der Sohle aufgefahrene Strecken in der Lagerstätte) (außer<br />
Sangerhäuser Abbaugebiet)<br />
Gangstrecken (im Streichen eines Ganges aufgefahren)<br />
Haspelberge u. a.<br />
Gesenke<br />
Strecken (Abbaustecken, Bohrstrecken, Wetterstrecken, Versatzstrecken u. a.)<br />
Überhauen<br />
Rollöcher<br />
Im Kupferschieferbergbau des VEB Mansfeld Kombinat „Wilhelm Pieck“ gibt es keine Vorrichtung in der üblichen Art (außer<br />
Schälschrapperstrebbau). Hier werden die Vorrichtungsorte dem Abbau folgend aufgefahren.<br />
Vorrichtung durch streichende Strecke<br />
200
Herstellen von Ausrichtungs- und Vorrichtungsgrubenbauen<br />
Vor Beginn der Arbeiten werden festgelegt:<br />
technisch und wirtschaftlich geeignete Arbeitsmittel<br />
zweckmäßiger Arbeitsablauf (rhythmisch, arhythmisch)<br />
daraus resultierende erforderlichen Ortsbelegung<br />
Der Querschnitt ist abhängig von den Erfordernissen für Förderung, Fahrung, Transport, Bewetterung und Einbauten. Zu beachten<br />
sind auch die gebirgsmechanischen Eigenschaften.<br />
Querschnitt einer zweigleisigen Ausrichtungsstrecke (Erzbergbau)<br />
Querschnitt einer Förderstrecke (Kalibergbau)<br />
Zyklogramm eines Streckenvortiebes<br />
201
Die notwendigen Arbeitsgänge der Vortriebsarbeiten (Gewinnung durch Bohr- und Sprengarbeit) sind:<br />
Hohe Vortriebsleistungen werden erreicht, wenn nach exakten Ablaufplänen gearbeitet wird.<br />
Bohrarbeiten werden im Erzbergbau vorwiegend schlagend und im Kalibergbau ausschließlich drehend durchgeführt. In ständig<br />
zunehmendem Maße kommen Bohrgeräteträger zur Anwendung.<br />
Wegen vieler Vorteile werden vorzugsweise ANO-Sprengstoffe verwendet (mechanisches Einbringen).<br />
Lade- und Förderarbeiten sind ebenfalls mechanisiert.<br />
Horizontalvortrieb (Wurfschaufellader, Zwischenladegerät, Förderwagen)<br />
a) Seitenansicht<br />
b) Draufsicht<br />
10.3. Aus- und Vorrichtung zwischen den Sohlen<br />
In einigen Fällen genügt die Ausrichtung durch Hauptsohlen nicht, es sind dann zusätzlich Zwischensohlen, Blindschächte oder<br />
Flachen notwendig.<br />
Zwischensohlen unterteilen die Lagerstätte zwischen zwei Hauptsohlen in Bauabschnitte. Sie werden von Blindschächten (evtl.<br />
Flachen) aus angefahren.<br />
Zu den Vorrichtungsgrubenbauen zwischen den Sohlen gehören<br />
Aufhauen (Grubenbaue mit Streckenquerschnitt, die in geneigter Lagerstätte schwebend oder schräg von unten nach<br />
oben aufgefahren werden)<br />
Abhauen (Auffahrung von oben nach unten)<br />
Überhauen (Grubenbaue, die in steil einfallenden, in großen stock- oder linsenförmig und in mächtigen Lagerstätten<br />
schwebend, schräg oder vertikal von unten nach oben aufgefahren werden)<br />
Teilsohlen (sölige Grubenbaue von Streckenquerschnitt, die zwischen den Sohlen aufgefahren werden und der<br />
Vorrichtung und dem Abbau der Lagerstätte dienen)<br />
Rollöcher (seigere oder geneigte Grubenbaue oder Trümer eines solchen durch die Haufwerk oder Versatz unter Nutzung<br />
der Schwerkraft gefördert wird)<br />
202
Hummerscherenlader und Gleispendelwagen im Streckenvortrieb<br />
a) Beladevorgang<br />
b) Entladevorgang<br />
Schrägbühne beim Auffahren von Überhauen geringer Höhe<br />
203
Mechanische Schrägbühne mit Fahrkorb in einem Überhauen<br />
Technologie des Auffahrens von Überhauen mit mechanischer Aufbruchbühne in ausbaulosen Überhauen<br />
204
Auffahren einer Rolle durch Großlochbohrung<br />
11. Abbau<br />
Die bergmännische Tätigkeit hat das Ziel, den volkswirtschaftlich nutzbaren Lagerstätteninhalt durch Abbau zu gewinnen. Zu<br />
einem Abbausystem gehören:<br />
Abbauverfahren<br />
Abbautechnik<br />
Abbauform<br />
Beherrschung des Gebirges (Behandlung des Daches)<br />
Abbauführung<br />
Gewinnungstechnik<br />
Ladetechnik<br />
Fördertechnik<br />
Wettertechnik<br />
Ausbautechnik<br />
Versatztechnik<br />
Abbauorganisation<br />
Ortsbelegung (Einteilung nach Aufgaben und Qualifikation)<br />
planmäßiger Arbeitsablauf<br />
11.1. Auswahl eines Abbausystems<br />
Regel:<br />
Nicht Maschinen für ein gewähltes Abbauverfahren entwickeln, sondern das Abbauverfahren nach bereits bewährten Maschinen<br />
gestalten!<br />
Beachte:<br />
Standfestigkeit von Lagerstätte und Nebengestein ändern sich durch gebirgsmechanische Einwirkungen während des Abbaus.<br />
Es sind natürliche (geologische, hydrologische, geochemische, ergonomische, technisch-technologische, arbeitsorganisatorische<br />
und ökonomische Faktoren zu berücksichtigen.<br />
205
Ein hocheffektives Abbausystem wird gekennzeichnet durch<br />
Gewährleistung der technischen Sicherheit und der Forderungen des Gesundheits- und Arbeitsschutzes<br />
hohe Abbauleistung<br />
optimale Betriebskonzentration<br />
hohes Grubenausbringen bei geringer Verdünnung<br />
hohen Mechanisierungsgrad<br />
hohe Grundmittelintensität<br />
minimale Selbstkosten<br />
Lagerstätten können im Tagebau oder im Tiefbau abgebaut werden. Bei der Entscheidung zum Tagebau oder Tiefbau ist das<br />
Verhältnis der Mächtigkeit von Deckgebirge und Lagerstätte ein wichtiges Kriterium. Die Grenzteufe, ab der der Tiefbau<br />
wirtschaftlicher als der Tagebau ist, hat sich in den letzten Jahren weiter zugunsten des Tagebaus verschoben.<br />
Für jeden Fall der Entscheidung zum Tage- oder Tiefbau ist eine spezielle Wirtschaftlichkeitsrechnung auf der Grundlage<br />
umfangreicher geologischer, geophysikalischer, geochemischer und bergmännischer Such- und Erkundungsarbeiten notwendig.<br />
Anteil des Abbaus im Tagebau (Weltmaßstab):<br />
Erz etwa 65%<br />
Steine und Erden 100%<br />
Kohle etwa 35%<br />
Vorteile des Abbaus im Tagebau<br />
relativ geringe Gewinnungskosten<br />
Einsatz hochleisungsfähiger Großgeräte hohe Effektivität<br />
minimale Abbauverluste<br />
Kombinierter Abbau im Tage- und Tiefbau<br />
Nachteile des Abbaus im Tagebau<br />
Beanspruchung landwirtschaftlicher Nutzflächen<br />
Witterungseinflüsse<br />
11.2. Einige Grundbegriffe<br />
In der nachfolgenden Tabelle 11.1. sind die wichtigsten Grundbegriffe mit Erläuterungen und Schemata sowie die dazugehörigen<br />
Formeln enthalten. In den Formeln bedeuten:<br />
M gebaute Mächtigkeit Q st stehenbleibender Lagerstättenteil<br />
M L Lagermächtigkeit Q ges<br />
ursprünglich anstehender<br />
Gesamtlagerstättenteil<br />
b P<br />
Breite des Pfeilers<br />
b K<br />
Breite der Kammer<br />
l st Länge des Strebes ϱ E<br />
Dichte des Erzes<br />
206
11.3. Abbauverfahren<br />
Bei der Wahl des Abbauverfahrens wird angestrebt, dieses den gegebenen Lagerstättenbedingungen und den vorhandenen<br />
Mechanisierungsmöglichkeiten so anzupassen, dass Gesundheits- und Arbeitsschutz und Ökonomie gewährleistet sind. Wichtige<br />
Faktoren sind der Wert des zu gewinnenden Minerals bzw. auch dessen Konzentration. Beim Abbau von Kalisalzen und<br />
Steinsalzen muss die Empfindlichkeit der Werkstoffe gegen eindringendes Wasser berücksichtigt werden (Erhaltung der<br />
Standsicherheit des Deckgebirges).<br />
Einige Gerätekombinationen:<br />
Kalibergbau<br />
Kammerbau mit kurzen Pfeilern:<br />
Großlochbohrwagen<br />
Sprenglochbohrwagen<br />
Sprengstoffladefahrzeug<br />
Schaufellader<br />
Erzbergbau<br />
Teilsohlenbau mit Versatz:<br />
Bohrwagen<br />
Bunkerlader<br />
Geradestrebbau:<br />
1 Drehbohrmaschine auf Bohrgeräteträger<br />
1 Schrapper<br />
30 Hydraulikausbaueinheiten<br />
Tabelle 11.1. Grundbegriffe des Abbaues<br />
Begriff<br />
Erläuterung<br />
Dach<br />
Über dem Abbau befindliches festes<br />
oder loses Gestein. Teilweise<br />
künstliches Dach (selbsthärtender<br />
Versatz, Mattenhölzer, Drahtgewebe)<br />
207
Abbaurichtung<br />
Richtung des Fortschreitens des Abbaues –<br />
bezogen auf das Streichen derLagerstätten<br />
Verhiebsrichtung<br />
Richtung des Fortschreitens des in Angriff<br />
genommenen Abbaustoßes<br />
Abbau- und Vorrichtungen<br />
Abbaufortschritt<br />
Vorrücken des Abbaustoßes in<br />
Abbaurichtung in der Zeiteinheit<br />
Abbauführung<br />
Vorwärtsbauen<br />
Rückbau<br />
vorwiegend organisatorische Festlegungen<br />
beim Abbau einer Lagerstätte<br />
Bestandteile:<br />
Unterteilung der Lagerstätte in Baufelder<br />
oder –abteilungen, Fortschreiten des<br />
Abbaues innerhalb der Lagerstätten<br />
Führung des Abbaues vom Hauptschacht<br />
zur Baufeld- oder Grubenfeldgrenze.<br />
Vorteile: schnelle Aufnahme des Abbaues,<br />
relativ niedrige Betriebskosten in der ersten<br />
Phase.<br />
Nachteile: Notwendigkeit des Offenhaltens<br />
von Grubenbaue in bereits abgebauten<br />
Baufeldern, Gefahr von<br />
Wetterkurzschlüssen, ständig steigende<br />
Betriebskosten mit zunehmender<br />
Entfernung zum Schacht.<br />
Beginn des Abbaues nach Beendigung der<br />
Ausrichtung an der Baufeld- oder<br />
Grubenfeldgrenze<br />
Vorteile: Verringerung der<br />
Unterhaltungskosten durch teilweise<br />
Abwerfen von Aus- und<br />
Vorrichtungsgrubenbauen, zusätzlich<br />
umfangreiche geologische Erkundungen<br />
der Lagerstätten vor Aufnahme des<br />
Abbaues<br />
Nachteile: Hoher Zeitbedarf bis zum<br />
Erreichen der vollen Produktionshöhe<br />
Anbaubankverluste:<br />
Abbau-verfahren<br />
Art und Weise des Abbaues einer<br />
Lagerstätte<br />
V A<br />
( )<br />
M<br />
% m<br />
208
Abbauform<br />
Gestalt und planmäßige Anlage von<br />
Abbauen bzw. zum Abbau vorgesehener<br />
Lagerstättenteil<br />
Pfeiler<br />
Regelmäßiger Abschnitt, der von zwei<br />
oder mehr Strecken oder Kammern<br />
(teilweise vom Alten Mann) begrenzt<br />
wird (teilweise späterer Abbau<br />
Pfeilerverluste:<br />
Feste<br />
Endgültig stehenbleibender Abschnitt<br />
V P<br />
b;M<br />
% m<br />
Scheibe<br />
Söhliger oder bankebener<br />
Lagerstättenabschnitt von<br />
abbaugünstiger Höhe<br />
planmäßiger<br />
Abbauverlust<br />
Summe der bauwürdigen<br />
Lagerstättenteile eines Baufeldes oder<br />
einer Bauabteilung, die aus technischtechnologischen,<br />
ökonomischen oder<br />
sicherheitstechnischen Gründen<br />
planmäßig stehenbleiben müssen<br />
Planmäßiger Abbauverlust:<br />
Effektiver<br />
Abbauverlust<br />
Tatsächlich beim Abbau verlorengehende<br />
Lagerstättenteile<br />
V Plan<br />
Q st ; Q ges<br />
% m 3 ; t<br />
Grubenausbringen:<br />
Grubenausbringen<br />
Verhältnis des geförderten<br />
Lagerstätteninhaltes zum ursprünglich<br />
anstehenden bauwürdigen<br />
Lagerstättenvorrat<br />
G<br />
Q gef ; Q ges<br />
% m 3 ; t<br />
Verdünnung<br />
Verringerung des prozentualen Gehaltes<br />
des nutzbaren Lagerstätteninhaltes im<br />
Haufwerk durch taubes Gestein<br />
Abbauleistung im Strebbau:<br />
Abbauleistung<br />
Menge des Lagerstätteninhaltes, die in<br />
einem bestimmten Zeitabschnitt in einem<br />
Abbau gewonnen wird<br />
P A M l st<br />
m m<br />
Leistungsangaben:<br />
m 3 /M h; t/M h; m 3 /MS; t/MS<br />
209
Tabelle 11.2. Abbauformen<br />
Abbauform<br />
Erläuterung<br />
Weitungsbau<br />
Auffahren von Weitungen mit<br />
unterschiedlichen Formen und<br />
Größen. Diese werden durch<br />
unregelmäßige Pfeiler oder/und<br />
Schweben begrenzt.<br />
Kammerbau<br />
Unter- oder/und nebeneinander<br />
liegende Kammern von<br />
regelmäßiger Gestalt (meist<br />
rechteckige Grundfläche),<br />
Begrenzung durch regelmäßige<br />
Pfeiler und Schweben (Bild oben<br />
mit langen, Bild unten mit kurzen<br />
Pfeilern).<br />
Pfeilerbau<br />
Rückbau von durch Strecken oder<br />
Abbauräume umfahrenen<br />
nebeneinander liegenden<br />
Lagerstättenteilen (Pfeilern)<br />
Teilsohlenbau<br />
Abbau einer Lagerstätte durch<br />
söhlige oder bankebene<br />
Lagerstättenabschnitte<br />
abbaugünstiger Höhe<br />
Teilsohlenkammerbau mit Versatz<br />
210
Strebbau<br />
Fortlaufender Verhieb des<br />
Abbaustoßes als langgestreckter<br />
Abbauraum. Begrenzung des<br />
Streben durch Abbaustoß und<br />
Versatz bzw. Bruch<br />
Strebbau mit Versatz<br />
Firstenstoßbau<br />
Abbaurichtung stets schwebend<br />
(in Richtung Firste). Anwendung<br />
in steilstehenden Lagerstätten.<br />
Firstenstoßbau mit Versatz<br />
Srossenbau<br />
Abbaurichtung stets fallend,<br />
Anwendung (selten!) in steiler<br />
Lagerung<br />
Blockbau<br />
Abbau von großen, regelmäßig<br />
geformten (meist quaderförmigen)<br />
Blöcken<br />
Strossenbau<br />
211
Geradstrebbau<br />
Bogenstrebbau<br />
212
Schälschrapperstrebbau<br />
1 Antriebs- und Steuerstation; 2 Teppichförderer; 3 Auffahrtsblech; 4 Schrapperkasten; 5 Schrapperkette (Zugturm);<br />
7 Umkehrstation; 8 Andruckkette; 9 Stützkörper<br />
213
Tabelle 11.3. Unterschiedliche Arten der Behandlung des Daches<br />
Behandlung des<br />
Daches<br />
Beschreibung<br />
Abbau mit<br />
offenen<br />
Abbauraum<br />
Abbauräume bleiben ohne<br />
Versatz und planmäßigen<br />
Stützausbau. Meist bleiben<br />
Pfeiler stehen.<br />
Abbau mit<br />
planmäßiger<br />
Magazinierung<br />
im Abbauraum<br />
(Magazinbau)<br />
Durch teilweise<br />
Magazinierung werden<br />
Standflächen für<br />
Gewinnungsarbeiten<br />
geschaffen. Magaziniertes<br />
Haufwerk erfüllt die gleichen<br />
Aufgaben wie Versatz.<br />
Magazinbau<br />
Abbau mit<br />
planmäßigem<br />
Versatz<br />
(Versatzbau)<br />
Durch Einbringen von<br />
Versatz in den nicht mehr<br />
benötigten Abbauraum<br />
werden Gebirgsbewegungen<br />
eingeschränkt.<br />
Abbau mit<br />
bleibendem<br />
Ausbau<br />
Teilsohlenbau mit Versatz<br />
(abwärtsgeführt)<br />
Sicherung des<br />
Abbauraumes durch<br />
sofortiges Einbringen von<br />
bleibendem Ausbau (meist<br />
zusätzliches Einbringen von<br />
Versatz)<br />
Abbau mit<br />
planmäßigem<br />
Zubruchwerfen<br />
des Daches<br />
(Bruchbau)<br />
Abschnittsweises<br />
Zubruchwerfen des Daches,<br />
dadurch Verringern von<br />
Spannungen, Vermeiden<br />
von Hohlräumen im Alten<br />
Mann.<br />
Teilsohlenbau mit Versatz (aufwärtsgeführt)<br />
214
Tabelle 11.4. Einteilung der Abbauverfahren<br />
215
Strebausbau mit langen Bohrlöchern und Haufwerkspuffern<br />
Tabelle 11.5. Einige im Erz- und Kalibergbau der DDR angewandte Abbauverfahren<br />
Abbauverfahren Mechanisierung Abbauleistung Anwendung<br />
Erzbergbau<br />
Strebbau mit<br />
bogenförmigem<br />
Abbaustoß (mit<br />
Versatz)<br />
Huntestreb<br />
Abbauhämmer,<br />
Schlagbohrmaschine<br />
Zughaspel<br />
in allen Lagerstättenteilen des<br />
Kupferschieferbergbaus möglich, Verwurfbeträge<br />
bis etwa 2m, Sandsteinschwellungen bis zu einer<br />
Scheitelhöhe von etwa 2m.<br />
Schießerstreb<br />
Drehbohrmaschinen,<br />
Abbauhämmer,<br />
Zughaspel<br />
≈<br />
mechanisierter<br />
Bogenstreb<br />
Schlagbohrmaschine,<br />
Abbauhämmer, Plattenbänder<br />
oder Einschienenförderer<br />
≈<br />
in Lagerstättenteilen des Kupferschieferbergbaus<br />
5 , vorwiegend bei Vererzung der Lagen<br />
1 bis 5 (bei anderen Lagengültigkeiten nur, wenn<br />
wegen tektonischer Störung kein Geradstrebbau<br />
möglich ist (Verwurfsbeträge bis etwa 1,5m,<br />
Sandsteinschwellungen bis etwa 1m).<br />
Geradstrebbau<br />
(mit Versatz)<br />
Drehbohrmaschinen auf<br />
Bohrgeräteträgern, Schrapper,<br />
Hydraulikausbau<br />
≈<br />
in Lagerstättenteilen des Kupferschieferbergbaues<br />
, kein Abbau von Feldesteilen mit<br />
Lagengültigkeiten 1 bis 5, Verwurfsbeträge bis<br />
0,5m, Sandsteinschwellungen bis 1m).<br />
216
Schälschrapperstrebbau<br />
Strebbruchbau<br />
mit langen<br />
Bohrlöchern und<br />
Haufwerkspufferung<br />
Vollmechanisierung durch<br />
Schälschrapper und<br />
Teppichförderer<br />
Drehbohrmaschinen auf<br />
Bohrgeräteträgern<br />
Sprengstoffladegeräte<br />
Mehrgefäßschrapper<br />
5<br />
5<br />
in Lagerstättenteilen des Kupferschieferbergbaues<br />
mit regelmäßiger Ausbildung des<br />
Flözes, kein Abbau von Feldesteilen mit<br />
Lagengültigkeiten von 1 bis 6 (Abbau der Lagen 1<br />
bis5, wenn in der Lage 5 ein „Kupfersprung“<br />
vorhanden ist)<br />
in geringmächtigen, flözartigen Lagerstätten mit<br />
söhliger bis flacher, regelmäßiger Lagerung<br />
Kleinkammerbau<br />
mit Versatz<br />
Schlagbohrmaschinen auf<br />
Bohrgeräteträgern,<br />
Sprengstoffladegeräte, Schrapper<br />
(in der Vorrichtung Bunkerlader)<br />
in mächtigen Erzkörpern, Nebengestein mit<br />
ausreichender Verbandsfestigkeit<br />
Kammerpfeilerbau<br />
Schlagbohrmaschinen auf<br />
Bohrgeräteträgern,<br />
Sprengstoffladegeräte, Schrapper<br />
(kombiniert mit<br />
Umlaufschrappern oder<br />
Bunkerladern)<br />
in flözartigen Lagerstätten mit mittlerer Mächtigkeit<br />
Teilsohlenbruchbau<br />
Schlagbohrmaschinen auf<br />
Bohrgeräteträgern,<br />
Sprengstoffladegeräte, Schrapper<br />
oder Bunkerlader, pneumatische<br />
Rollenverschlüsse (mit<br />
Vibrationsauftrag bei plastischem<br />
Gebirge)<br />
5<br />
bei zum Nachbruch neigenden Deckgebirge, das<br />
zum Zubruchwerfen des Hangenden geeignet ist, bei<br />
mittelerer bis großer Mächtigkeit<br />
Teilsohlenbau<br />
mit Versatz<br />
Firstenstoßbau<br />
Laugung in<br />
Kammern<br />
Schlagbohrmaschinen auf<br />
Bohrgeräteträgern,<br />
Sprengstoffladegeräte, Schrapper<br />
oder Bunkerlader, pneumatische<br />
Rollenverschlüsse (mit<br />
Vibrationsauftrag bei plastischem<br />
Gebirge)<br />
Teleskopbohrmaschinen,<br />
bohrstützengeführte<br />
Schlagbohrmaschinen,<br />
Sprengstoffladegeräte, Schrapper,<br />
pneumatische Rollenverschlüsse<br />
Schlagbohrmaschinen auf<br />
Bohrgeräteträgern<br />
Sprengstoffladegeräte Schrapper<br />
(zum teilweisen Abfördern des<br />
Haufwerkes) Kreiselpumpen<br />
bei mittlerer bis großer Mächtigkeit bei<br />
unregelmäßigen Formen der Erzkörper (universelle<br />
Anwendbarkeit)<br />
in Gangerzlagerstätten<br />
in Lagerstätten mit mittlerer bis großer Mächtigkeit<br />
und schwacher Vererzung, die nicht<br />
wasserdurchlässig sind. Das Liegende ist<br />
undurchlässig<br />
Laugung im<br />
Anstehenden<br />
durch<br />
Bohrungen<br />
Großlochbohrmaschinen<br />
Kreiselpumpen<br />
in Lagerstätten mit mittlerer bis großer Mächtigkeit<br />
und schwacher Vererzung, die eine relativ gute<br />
Durchlässigkeit besitzen. Das Liegende ist<br />
undurchlässig.<br />
Kalibergbau<br />
Kammerbau mit<br />
langen Pfeilern<br />
Säulendrehbohrmaschinen,<br />
Sprengstoffladegeräte, Schrapper<br />
5 in Kalilagern großer Mächtigkeit<br />
217
Kammerbau mit<br />
kurzen Pfeilern<br />
Großbohrlochwagen,<br />
Sprenglochbohrwagen<br />
Sprengstoffladegeräte Fahrlader<br />
oder Frässcheibenlader in<br />
Verbindung mit<br />
Schwerlasttransportfahrzeugen,<br />
Brecheranlage<br />
in Kalilagern mittlerer bis großer Mächtigkeit<br />
Moderne Form des Scheibenbruchbaues<br />
Firstenstoßbau-moderne Variante<br />
Blocklaugung<br />
11.4. Technologien der untertägigen Laugung<br />
Die Laugung ist eine Methode, mit herkömmlichen Gewinnungsverfahren nicht mehr bauwürdige Lagerstättenteile wirtschaftlich<br />
zu gewinnen.<br />
Durch dieses moderne Verfahren werden die Arbeitsbedingungen der Bergleute verbessert und die Sicherheit der bergmännischen<br />
Arbeiten erhöht.<br />
Blocklaugung<br />
Entsprechend den geplanten Kammerparametern wird der Lagerstätteninhalt durch Bohr- und Sprengarbeit hereingewonnen und<br />
magaziniert. In bestimmten Fällen werden vorher die Kammerstrossen zum Vermeiden von Lösungsverlusten abgedichtet (z. B.<br />
durch Polyäthylenfolien). Das Laugenmedium gelangt über Rohrleitungen (Polyäthylen) und wird in periodischen Abständen auf<br />
das magazinierte Erz gesprüht.<br />
218
Der Übergang des Metalls in Lösung geschieht nach der Methode der kapillaren Laugung.<br />
Nach mehrmaligem Kreislauf erfolgt der Tramsport der metallhaltigen Lösung zum Aufbereitungswerk bzw. wird das Metall<br />
durch Sorption aus der Lösung gewonnen (synthetische Ionenaustauscher).<br />
Die gelaugten Bruchmassen verbleiben als Versatz im Abbau.<br />
Technisches Schema:<br />
Laugung im Anstehenden (in situ) durch Bohrungen<br />
In wasserdurchlässigen Lagerstätten mit undurchlässigem Liegendem könne die nutzbaren Komponenten unmittelbar aus dem<br />
Gebirge gelöst werden. Der Lagerstättenabschnitt wird hierzu durch Bohrungen von über oder unter Tage aus vorgerichtet, die<br />
Laugelösung über Einpressbohrlöcher eingepresst und die angereicherte Lösung über Austragbohrlöcher abgepumpt.<br />
Laugen im Anstehenden durch Bohrung<br />
11.5. Technologien des Lösens<br />
Gewinnung von Steinsalz durch Lösen im Weltmaßstab:<br />
5<br />
Lösen in Kammern<br />
Das Lösen von Steinsalz erfolgt hierbei entweder durch Spritzverfahren oder nach dem Prinzip des Lösens bei ruhender Lösung<br />
am festen Stoß.<br />
Sowohl Steinsalz als auch Kalisalz (Sylvinit) können über Bohrlöcher gelöst und gefördert werden.<br />
219
Vorteile:<br />
Möglichkeit des Abbaus in großen Teufen<br />
Vereinigung von Salzgewinnung und –lösung in einem Prozess<br />
keine Untertage-Beschäftigten<br />
Mit dem Lösen von Kalisalzen (Sylvinit) wurde erst in den letzten Jahren begonnen.<br />
In großen Teufen ist es wirtschaftlicher als die konventionelle bergmännische Gewinnung.<br />
Lösen von Steinsalzen über Bohrlöcher<br />
Selektives Lösen von Kalisalz über Bohrlöcher<br />
220
Schematische Darstellung des Lösens von Kalisalz:<br />
11.6. Versatz<br />
Mit Versatz (Versetzen) bezeichnet man das Wiederausfüllen beim Abbau entstandener Hohlräume oder anderer abgeworfener<br />
Grubenbaue mit Versatzmaterial.<br />
Aufgaben:<br />
Stützen der beim Abbau freigelegten Dachschichten und Stöße<br />
Sichern des Abbauraums für die weitere Gewinnung<br />
Erhöhen der Grubensicherheit<br />
Verringern der Abbauverluste<br />
Verhüten von Bergschäden<br />
221
Tabelle 11.6. Einige Begriffe<br />
Begriff<br />
Versatzmaterial<br />
Ortseigene<br />
Versatzberge<br />
Versatzwirtschaft<br />
Erläuterung<br />
Versatzberge sowie für den Versatz geeignete<br />
Betriebsabfälle<br />
Versatzberge, die in dem Grubenbau, in dem sie<br />
anfallen, als Versatzmaterial verwendet werden<br />
Planmäßige Verteilung des Versatzmaterials im<br />
Grubengebäude einschließlich der Organisation,<br />
der Beschaffung und Förderung von<br />
Versatzmaterial sowie der Arbeit des Versetzens<br />
Füllungsgrad<br />
Verhältnis des Volumens des eingebrachten<br />
Versatzmaterials V Vers zum Volumen des<br />
versetzten Hohlraumes η vers V vers ; V Hohlr<br />
% m 3<br />
Tabelle 11.7. Versatzarten und –verfahren<br />
Begriff<br />
Vollversatz<br />
Teilversatz<br />
Rippenversatz<br />
Handversatz<br />
Mechanisierter<br />
Versatz<br />
Erläuterung<br />
Vesatzverfahren, bei dem der<br />
Hohlraum, erforderlichenfalls unter<br />
Aussparen von Strecken oder<br />
anderen Grubenbauen, mit<br />
Versatzmaterial nach Möglichkeit<br />
vollständig ausgefüllt wird<br />
Versatzverfahren, bei dem Teile des<br />
Hohlraumes planmäßig nicht wieder<br />
ausgefüllt werden<br />
Teilversatz in Form von Rippen mit<br />
regelmäßigen, nicht wieder<br />
ausgefüllten Zwischenräumen<br />
Vesatzverfahren, bei dem das<br />
Versetzen von Hand erfolgt<br />
Versatzverfahren, bei dem das<br />
Versetzen mit Hilfe von Maschinen<br />
erfolgt<br />
Erhärtender<br />
Versatz<br />
Mechanisierter Versatz, bei dem<br />
kleinstückiges Versatzmaterial<br />
durch Rohrleitungen in die zu<br />
versetzenden Hohlräume<br />
transportiert wird und dort erhärtet.<br />
Das Erhärten kann durch Zugabe<br />
von Bindemitteln (Betonversatz)<br />
oder durch Oxydationsprozesse<br />
geeigneter Materialien erfolgen.<br />
Blasversatz<br />
Mechanisierter Versatz, bei dem<br />
kleinstückiges Versatzmaterial in<br />
222
der Nähe des zu versetzenden<br />
Grubenbaues maschinell in einen<br />
Druckluftstrom eingeschleust wird<br />
(Blasversatzmaschine), der es in<br />
einer Rohrleitung in den Hohlraum<br />
fördert<br />
Schleuderversatz<br />
Mechanisierter Versatz, bei dem<br />
kleinstückiges Versatzmaterial einer<br />
maschinellen Versatzmaschine<br />
aufgegeben wird, die es<br />
beschleunigt und in den zu<br />
versetzenden Grubenbau schleudert<br />
Versatzzuführungschematische<br />
Darstellung<br />
Spülversatz<br />
Mechanisierter Spülversatz, bei dem<br />
kleinstückiges Versatzmaterial in<br />
Rohrleitungen mittels eines<br />
Flüssigkeitsstromes in den zu<br />
versetzenden Grubenbau gefördert<br />
und dort gefiltert wird<br />
12. Aufbereitung<br />
Die Aufbereitung ist die erste Verarbeitungsstufe mineralischer Rohstoffe. Nur in den seltensten Fällen ist es möglich, die<br />
Produkte des Bergbaus unmittelbar bis zum Endprodukt zu verarbeiten.<br />
12.1. Bedeutung der Aufbereitung und Kennzeichnung des<br />
Aufbereitungserfolgs<br />
Bergbaulich gewonnenes Gut<br />
Rohhaufwerk<br />
Aufgabegut ( )<br />
223
Aufbereitung<br />
Konzentrat<br />
(q c ;c w )<br />
q a ; q b ; q c Masse<br />
a w ; b w ; c w Wertstoffgehalt<br />
Mögliche technologische Zielstellungen der Aufbereitung:<br />
Endpunkt gleicher Körnung<br />
Anreichern der nutzbaren Komponente (Konzentrat)<br />
Trennen mehrerer nutzbarer Komponenten<br />
Die Aufbereitung gewinnt ständig mehr an Bedeutung, weil der Widerspruch zwischen dem verstärkten Abbau von ungünstig<br />
zusammengesetzten Lagerstätten und steigenden Qualitätsforderungen gelöst werden muss. Wesentliche Aufgaben ergeben sich<br />
auch für die Aufbereitung aus der im Komplexprogramm des RGW festgelegten gemeinsamen Nutzung armer, schwer zu<br />
verarbeitender bergbaulicher Rohstoffe.<br />
Dabei geht es um die Entwicklung kostengünstiger, dem neuesten Stand der Technik entsprechender Technologien zur rationellen<br />
Nutzung der Rohstoffe.<br />
In der Aufbereitung werden physikalische, physikalisch-chemische Verfahren angewendet.<br />
Die Anforderungen an die Aufbereitung werden ständig größer.<br />
Gründe dafür sind:<br />
Abbau wertstoffärmerer Lagerstätten<br />
Verdünnung des Rohhaufwerks infolge zunehmender Mechanisierung der Gewinnung<br />
wachsende Anforderungen der Verbraucher<br />
Aufbereitungsverfahren sind billiger als nachfolgende Verfahren<br />
Kennziffern des Aufbereitungserfolgs:<br />
‣ Masseausbringen v M in %<br />
‣ Wertstoffausbringen mw in %<br />
‣ Anreicherungsverhältnis i<br />
Masseausbringen:<br />
Berge; Abgänge<br />
(q b ;b w )<br />
Wertstoffausbringen:<br />
Anreicherungsverhältnis:<br />
12.2. Verfahrensgruppen<br />
Zerkleinern:<br />
Grob-, Mittel-, Feinzerkleinerung<br />
Klassieren:<br />
Sieb-, Stromklassierung<br />
224
physikalische Verfahren<br />
Elektrosortierung Magnetscheidung Floration Dichtesortierung<br />
chemische Verfahren<br />
Eisenerzöstung Löseverfahren Laugung Fällung Ionenaustausch Extraktion<br />
Ergänzende Verfahren:<br />
Trennen von Feststoff und Flüssigkeit, Staubabscheidung, Stückigmachen, Fördern und Bunkern, Probennahme.<br />
Die angegebenen Verfahrensgruppen entsprechen nicht in jedem Fall der Reihenfolge im technologischen Prozess der<br />
Aufbereitung.<br />
12.2.1. Zerkleinern<br />
Das Zerkleinern ist meist die erste Verfahrensstufe. Dabei werden<br />
die Mineralbestandteile aufgeschlossen<br />
die Oberflächen vergrößert und<br />
bestimmte Korngrößenbereiche hergestellt<br />
Beanspruchungsarten in Zerkleinerungsmaschinen<br />
Einteilung der Zerkleinerung:<br />
nach der Korngröße des zerkleinerten Materials in Grob-, Mittel- und Feinzerkleinerung<br />
nach der Härte des Zerkleinerungsgutes in Hart-, Mittel- und Weichzerkleinerung<br />
Zerkleinerungsgrad:<br />
Der Durchsatz der in der DDR befindlichen Zerkleinerungsanlagen beträgt jährlich etwa 1,2 Milliarden Tonnen. Dafür werden<br />
etwa 8% unserer gesamten Elektroenergieerzeugung benötigt. Der energetische Aufwand ist besonders bei der Feinzerkleinerung<br />
sehr groß. 75 bis 80% der gesamten Zerkleinerungskosten entfallen auf die Feinzerkleinerung.<br />
Tabelle 12.1. Übersicht über die Zerkleinerung<br />
d k mittlerer Korndurchmesser<br />
Index 1 vor dem Zerkleinern<br />
Index 2 nach dem Zerkleinern<br />
Zerkleinerungsstufe Grobzerkleinerung Mittelzerkleinerung Fein- (Feinst-) zerkleinerung<br />
Korngröße (nach der<br />
Zerkleinerung<br />
>50mm grober Schotter<br />
Zerkleinerungsgrad 5…6 5….15<br />
Zerkleinerungsmaschinen<br />
Backenbrecher<br />
Kegelbrecher<br />
Walzenbrecher<br />
Kaskadenmühle<br />
10mm feiner Schotter<br />
Schlagmühle<br />
Ringwalzenmühle<br />
Hammerbrecher<br />
Kaskadenmühle<br />
1mm (Pulver)<br />
0,05mm (Puder)<br />
10…50<br />
teilweise > 50<br />
Kugelmühle<br />
Stiftmühle<br />
Prallmühle<br />
Walzenmühle<br />
Kaskadenmühle<br />
225
Backenbrecher<br />
Kegelbrecher<br />
Kugelmühle<br />
Kugelbewegung in einer Kugelmühle<br />
226
Kaskadenmühle<br />
Prallbrecher<br />
Walzenbrecher<br />
227
Hammerbrecher<br />
12.2.2. Klassieren<br />
Die Klassierung dient dem Trennen von Körnerkollektiven in Korngrößenbereiche. Die zwei Möglichkeiten hierzu sind:<br />
Siebklassieren<br />
Stromklassieren<br />
Siebvorgang<br />
Schwingsieb-Trommelsieb<br />
a) Schwingsieb<br />
b) Trommelsieb<br />
228
Tabelle 12.2. Stromklassierung<br />
Medium Kraftfeld Beispiele<br />
Wasser<br />
Luft<br />
Mechanische Klassierer<br />
Schwerkraft<br />
Zentrifugalkraft<br />
Schwerkraft<br />
Schwerkraft und<br />
Zentrifugalkraft<br />
Spitzkasten<br />
Klassierkegel<br />
Rechenklassierer<br />
Kratzbandklassierer<br />
Schraubenklassierer<br />
Aufstromklassierer<br />
Zyklon<br />
Zentrifugalsichter<br />
Schwerkraftsichter<br />
Streuwindsichter<br />
a) Rechenklassierer (mit Rührwerk)<br />
b) Kratzbandklassierer<br />
c) Schraubenklassierer<br />
Klassierkegel<br />
Hydrozyklon<br />
229
Aufstromklassierer<br />
Trennmerkmale sind die geometrischen Abmessungen (Korngrößenklassen) oder die Sinkgeschwindigkeiten<br />
(Gleichfälligkeitsklassen) der Körner.<br />
Oftmals werden Klassierer mit Zerkleinerungsmaschinen im Kreislauf betrieben.<br />
12.2.3. Anreichern<br />
Zum Anreichern werden verschiedene Verfahren angewendet, die auf physikalischer oder chemischer Grundlage beruhen.<br />
Bei physikalischen Anreicherungsverfahren werden Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften des Aufbereitungsgutes<br />
ausgenutzt.<br />
Dazu gehören u. a.:<br />
die Dichte (Dichtesortierung)<br />
das Verhalten im magnetischen Feld (magnetische Sortierung)<br />
das Verhalten im elektrischen Feld (elektrische Sortierung)<br />
die Grenzflächeneigenschaften (Flotation)<br />
Schwimm-Sink-Sortierung<br />
Die Dichtesortierung ermöglicht eine gute Trennschärfe zwischen 1 und 100mm (teilweise bis 0,03mm). Die wichtigsten<br />
Verfahren sind:<br />
‣ Schwimm-Sink-Sortierung<br />
‣ Sortieren in Setzmaschinen<br />
‣ Sortieren auf Herden und in Rinnen<br />
Kolbensetzmaschine<br />
a) Trennvorgang auf einer Setzmaschine<br />
b) Schema einer Kolbensetzmaschine<br />
230
Tabelle 12.3. Einige Scherstoffe für die Schwimm-Sink-Sortierung<br />
Schwerstoff<br />
Dichte des<br />
Schwerstoffes<br />
in g cm -3<br />
Ferrosilizium ≈ 3,2…3,8<br />
Galenit 7,4…7,6 3,3<br />
Magnetit 4,9…5,2 2,4<br />
Pyrit 5,0…5,2 2,4<br />
Baryt 4,3…4,7 2,0<br />
Quarzsand ≈ 1,4<br />
erzielbare Dichte<br />
der Trübe<br />
in g cm -3<br />
Tabelle 12.4. Verhalten einiger Minerale im Magnetfeld<br />
stark<br />
magnetisch<br />
Magnetit<br />
(Fe 3 O 4 )<br />
Ilmenit<br />
(FeTiO 3 )<br />
Magnetscheidung<br />
schwach<br />
magnetisch<br />
Siderit<br />
(FeCO 3 )<br />
Hämatit<br />
(Fe 2 O 3 )<br />
Manganit<br />
MnO 2 •Mn(OH) 2 )<br />
nicht<br />
magnetisch<br />
Kalkspat<br />
(CaCO 3 )<br />
Pyrit<br />
(FeS 2 )<br />
Quarz<br />
(SiO 2 )<br />
Die Trennung durch Magnetscheidung erfolgt fast ausschließlich in inhomogenen Feldern von Magnetsystemen.<br />
Es werden Schwachfeldscheider für starkmagnetisches Gut und Starkfeldscheider für schwachmagnetisches Gut unterschieden.<br />
Bei der elektrischen Sortierung werden die Mineralkörner vor dem Scheiden elektrisch aufgeladen.<br />
Nach dem Prinzip des Aufladens werden unterschieden:<br />
Elektroscheider<br />
elektrostatische Scheider (Reibaufladung, Kontaktpolarisation)<br />
Koronascheider<br />
a) Plattenscheider b) Walzenscheider c) Jalousiescheider<br />
231
Entsprechend den verschiedenen Bauarten werden<br />
Plattenscheider<br />
Walzenscheider<br />
Jalousienscheider<br />
verwendet.<br />
Die Flotation ist das wichtigste Verfahren für die Fein- und Feinstkornsortierung von Erzen, Nichterzen, Salzen und Steinkohle.<br />
Dabei werden an Phasengrenzflächen wirkende Kräfte ausgenutzt (Nutzung Benetzbarkeit).<br />
Flotation<br />
Flotation – Vorgang im Detail<br />
Arten der Flotation:<br />
Schaumflotation<br />
Agglomerationsflotation<br />
Ölflotation<br />
Herdflotation<br />
Ionenflotation<br />
Die verbreitetste Anwendung findet gegenwärtig die Schaumflotation. Dabei werden die Mineralkörner in feinverteilter Form in<br />
Wasser, dem verschiedene Reagenzien zugesetzt wurden (Sammler, Schäumer, Regler), suspendiert.<br />
Die Sammler machen bestimmte Mineralpartikeln wasserabweisend und verleihen ihnen eine starke Affinität zur Luft<br />
Beispiele: Erdöl, Kerosin, Xanthate, Xanthogenate, Amine, Seifen.<br />
Die Schäumer verringern die Oberflächenspannung des Wassers. Durch in den Flotationsappart eingeblasene Luft erzeugte<br />
Gasblasen tragen die auszutragende Komponenten an die Oberfläche.<br />
232
Die Regler sollen entweder verhindern, dass bestimmte Minerale flotiert werden (Drücker) oder dass diese Werkstoffe flotiert<br />
werden, nachdem andere nutzbare Komponenten abgetrennt wurden (Beleber, Verstärker).<br />
Beispiele: Natrium- und Kaliumcyanide, Zinksulfat, Kalk. Meist gelingt es nicht, innerhalb eines einfachen Flotationsvorgangs<br />
Endprodukte herzustellen. Deshalb sind mehrere Flotationsoperationen notwendig. Es werden unterschieden:<br />
Grundflotation (Ergebnis: Vorkonzentrat)<br />
Reinigungsflotation (Reinigung des Vorkonzentrats)<br />
Nachflotation (nochmalige Flotation der Abgänge der Grundflotation)<br />
Zu den chemischen Verfahren des Anreicherns mineralischer Rohstoffe zählen u. a.<br />
Verfahren des Röstens (thermische Dissoziation)<br />
Verfahren des Lösens (anschließende Kristallisation)<br />
Verfahren des Laugens (hydrometallurgische Aufbereitung – anschließendes Abscheiden des Werkstoffes z. B. durch<br />
Fällprozesse).<br />
Bei der Aufbereitung der Kali- und Steinsalze wrd das Rohhaufwerk zunächst auf eine Korngröße von wenigen mm Durchmesser<br />
zerkleinert (Grobzerkleinerung erfolgt unter Tage). Im weiteren Aufbereitungsprozess wird die gute Löslichkeit der Kali- und<br />
Steinsalze genutzt.<br />
Zur Durchführung der hydrometallurgischen Verfahren muss das Rohhaufwerk weitgehend aufgeschlossen werden. Unter<br />
Einwirkung von Wärme werden die Metallverbindungen durch Oxydationsmittel (Luft u. a.) in eine leicht lösliche Form<br />
überführt.<br />
Mit Hilfe von Schwefel und Eisen oxydierenden Bakterien kann dieser Prozess beschleunigt werden. Durch Sorption (mit Hilfe<br />
von Ionenaustauschern) wird weiter angereichert und der Wertstoff durch Zugabe von Reagenzien ausgefällt oder elektrolytisch<br />
abgeschieden.<br />
Vereinfachtes technologisches Schema eines Hartsalzverarbeitungsprozesses:<br />
233
Vereinfachtes technologisches Schema eines hydrometallurgischen Prozesses:<br />
Trommeldrehfilter<br />
12.2.4. Ergänzende Verfahren<br />
Die Trennung von Feststoffen und Flüssigkeiten geschieht durch Anwendung mechanischer (Abtropfen, Absetzen, Filtrieren,<br />
Zentrifugieren) oder thermischer (Verdunsten, Verdampfen) Verfahren.<br />
Zur Staubabscheidung werden in der Aufbereitung vor allem das Schwerkraftfeld (Prallscheider, Staubkammer), die<br />
Zentrifugalkräfte (Zyklone) und die Filtration genutzt.<br />
Filterpresse<br />
Zyklon<br />
234
Elektrofilter<br />
13. Gesundheits- und Arbeitsschutz<br />
Die Sorge um den Menschen ist oberster Grundsatz unseres sozialistischen Staates. Im Sozialismus besteht objektive<br />
Übereinstimmung zwischen den Grundinteressen eines jeden einzelnen und den Erfordernissen der gesamten Gesellschaft.<br />
13.1. Gesundheits- und Arbeitsschutz-humanitäres Grundanliegen des<br />
sozialistischen Staates<br />
Gesundheits- und Arbeitsschutz und sozialistische Produktion – untrennbare Einheit<br />
Tabelle 13.1. Klassencharakter des Gesundheitsschutzes<br />
Sozialismus<br />
gesamtstaatlicher Charakter auf<br />
gesetzlicher Grundlage<br />
Kapitalismus<br />
territorial gebundenes, sozial, religiös und mitunter<br />
rassenabhängiges staatliches Gesundheitswesen<br />
einheitliche Pflichtversicherung<br />
sozial abhängige, stark zersplitterte Versicherung<br />
umfangreiche staatliche Zuwendungen<br />
planmäßige Entwicklung und Kontrolle<br />
des Gesundheitswesens<br />
Gewährleistung des Rechts auf allseitige<br />
und umfassende Förderung und Pflege<br />
der Gesundheit, unabhängig von der<br />
sozialen Lage, mit dem Ziel der<br />
Ausschaltung aller schädigenden<br />
Einflüsse bis in hohe Alter<br />
Abnahme der staatlichen Zuwendungen und<br />
zunehmende Übertragung der Kosten auf die<br />
Versicherten<br />
keine umfassende Planung des Gesundheitsschutzes<br />
und ungenügend Kontrolle der durchgeführten<br />
Maßnahmen<br />
sozial und von den Interessen der Unternehmer<br />
abhängig gesundheitliche Betreuung mit dem Ziel, die<br />
Arbeitskraft maximal auszunutzen<br />
235
Zwischen dem betrieblichen Gesundheits- und Arbeitsschutz und dem Reproduktionsprozess bestehen vielfältige Beziehungen.<br />
Die sozialistischen Prinzipien des Gesundheits- und Arbeitsschutzes bilden die theoretische Grundlage für die praktische Arbeit<br />
auf diesem Gebiet:<br />
Das Prinzip der Einheit des Gesundheits- und Arbeitsschutzes mi der Forschung und Entwicklung, der Konstruktion und<br />
Entwicklung, der Konstruktion und Projektierung, der Planung und Organisation der sozialistischen Produktion<br />
Das Prinzip der Vermeidbarkeit der Krankheiten und Unfälle auf der Grundlage wissenschaftlich begründeter<br />
Krankheits- und Unfallgefahrenermittlung<br />
Forderungen und Ziele des Gesundheits- und Arbeitsschutzes können nur durch die aktive Mitarbeit aller Werktätigen voll<br />
verwirklicht werden!<br />
Sozialistische Arbeitswissenschaften<br />
Betrieblicher Gesundheits- und Arbeitsschutz und seine Beziehungen zum Reproduktionsprozess<br />
Das Prinzip der zwangsläufig sicheren und gefahrlosen Technik und Technologie, der arbeitshygienischen und<br />
arbeitserleichternden Optimalgestaltung der Arbeitsbedingungen<br />
Das Prinzip der Erziehung zur bewussten Disziplin im Gesundheits- und Arbeitsschutz und zur gesunden Lebensweise<br />
Das Prinzip der differenzierten politisch-rechtlichen Verantwortung der Staats- und Wirtschaftsfunktionäre und der<br />
Werktätigen ohne Leistungsfunktion im Gesundheits- und Arbeitsschutz<br />
Das Prinzip der politisch-moralischen Verantwortung aller Werktätigen und ihrer aktiven Mitgestaltung im Gesundheitsund<br />
Arbeitsschutz<br />
236
13.2. Rechtliche Grundlagen des Gesundheits- und Arbeitsschutzes<br />
Zu den Grundrechten der Bürger, die in der Verfassung der DDR enthalten sind, zählen auch der Schutz der Gesundheit und der<br />
Arbeitskraft (Artikel 35).<br />
Die sich daraus ergebenden grundsätzlichen Rechte und Pflichten sind im Gesetzbuch der Arbeit (GBA) enthalte. Die<br />
Arbeitsschutzverordnung (ASVO) regelt die Aufgaben der für den Gesundheits- und Arbeitsschutz verantwortlichen Leiter und<br />
für staatliche und gewerkschaftliche Kontrollorgane.<br />
Sie wird durch Arbeitsschutzanordnungen (ASAO) ergänzt. Dies enthalten nur Mindestforderungen. Deshalb erden in bestimmten<br />
Fällen durch den Betriebsleiter zusätzlichen Arbeitsschutzinstruktionen und betriebliche Anweisungen herausgegeben.<br />
DDR-, Fachbereichs-, Kombinats- und Werkstandards besitzen ebenfalls Gesetzescharakter. Besonderen Schutz genießt in der<br />
DDR die Arbeitskraft der Jugendlichen. die entsprechenden gesetzlichen Bestimmungen sind u. a. enthalten<br />
im Gesetzbuch der Arbeit, §§138 bis 140<br />
in der ASAO 5 (GBI. I Nr. 44 vom 27. 9. 1973)<br />
Bei Arbeiten, wie Heben, Tragen und Bewegen von Lasten sind die folgenden maximal zulässigen aufzubringenden Kräfte zu<br />
beachten:<br />
Bei Einzelleistung<br />
15kp für männliche Jugendliche bis zu 16 Jahren<br />
25kp für männliche Jugendliche bis zu 18 Jahren<br />
bei wiederholten Leistungen<br />
5kp für Jugendliche bis zu 16 Jahren<br />
12kp für Jugendliche bis zu 18 Jahren<br />
Alle Arbeitsplätze, auf denen Lehrlinge arbeiten sollen, sind durch die zuständige Arbeitsschutzinspektion genehmigen zu lassen.<br />
Für die Durchführung der Unter-Tage-Ausbildung und eine Reihe anderer Tätigkeiten im Rahmen der Berufsausbildung ist die<br />
Zustimmung des Ministeriums für Gesundheitswesen erforderlich.<br />
237
13.3. Organe des Gesundheits- und Arbeitsschutzes sowie des Brandschutzes<br />
Die Kontrolle der Einhaltung der Festlegungen des Gesundheits- und Arbeitsschutzes sowie des Brandschutzes wird ausgeübt<br />
durch:<br />
staatliche und<br />
gewerkschaftliche Kontrollorgane<br />
sowie<br />
betriebliche Organe.<br />
Staatliche Kontrollorgane<br />
Oberste Bergbehörde der DDR<br />
mit Bergbehörden in Borna, Erfurt, Halle, Karl-Marx-Stadt, Senftenberg und Staßfurt<br />
Zuständigkeit: Überwachung der Bergbaubetriebe und der Betriebe des Industriezweiges Steine und Erden hinsichtlich<br />
technischer Sicherheit, Sicherheitstechnik und spezieller Fragen der Durchführung der Produktion<br />
Technische Überwachung mit einer Zentralinspektion und einer Reihe von Inspektionen<br />
Zuständigkeit: Zulassungs- und überwachungspflichtige Anlagen in allen Industriezweigen<br />
Ministerium für Gesundheitswesen (in ihm vor allem Hauptinspektion für Gesundheitsschutz in den Betrieben)<br />
Zuständigkeit: Fragen der Arbeitshygiene, der Arbeitsmedizin und des Betriebsgesundheitswesens<br />
Ministerium des Inneren<br />
(Hauptabteilung Feuerwehr)<br />
Zuständigkeit: Leitung des Brandschutzwesens in der DDR<br />
Gewerkschaftliche Kontrollorgane<br />
Abteilung Arbeitsschutz beim Bundesvorstand des FDGB<br />
Arbeitsschutzinspektionen bei der Bezirksvorständen des FDGB sowie bei den Zentralvorständen der IG Bergbau und<br />
der IS Wismut<br />
Kommission für Gesundheits- und Arbeitsschutz der BGL<br />
Arbeitsschutzobleute in den Gewerkschaftsgruppen<br />
Aufgaben der Arbeitsschutzinspektionen:<br />
‣ vorwiegende, helfende, erzieherische Kontrolltätigkeit<br />
‣ Kontrolle der Einbeziehung des Gesundheits- und Arbeitsschutzes in alle Planteile<br />
‣ Ermittlung der Ursachen von Arbeitsunfällen und Berufskrankheiten<br />
‣ Einschätzung des Standes des Gesundheits- und Arbeitsschutzes in den Betrieben<br />
Betriebliche Organe<br />
Sicherheitsinspektionen bzw. Abteilungen Gesundheit- und Arbeitsschutz<br />
13.4. Verhüten von Arbeitsunfällen und Berufskrankheiten<br />
Die marxistisch-leninistische Erkenntnistheorie lehrt, dass die Ursachen von Krankheiten und Unfällen erkennbar und demzufolge<br />
Krankheiten und Unfälle vermeidbar sind.<br />
Beim Schutz vor Arbeitsunfällen und Berufskrankheiten werden unterschieden:<br />
Entwicklung und Einsatz technisch-technologischer Maßnahmen<br />
persönliche Anforderungen an den Menschen (Charakter, Fähigkeiten, Leistungsfähigkeit und –wille,<br />
Konzentrationsvermögen<br />
Arbeitsunfall:<br />
plötzliches, von außen einwirkendes, schädigendes Ereignis, das mit der Betriebstätigkeit im ursächlichen<br />
Zusammenhang steht und eine Körperschädigung oder Tod eines Werktätigen zur Folge hat.<br />
Arbeitsmittel müssen so projektiert, konstruiert und hergestellt werden und neue Arbeitsverfahren (Technologien) so entwickelt<br />
werden, dass sie gefährdungs- und erschwernisfrei sind (siehe ABAO 3/1).<br />
Berufskrankheit:<br />
Krankheit, die besonders regelmäßig unter den Angehörigen einer bestimmten Berufsgruppe auftritt und durch berufsbedingte<br />
Einflüsse hervorgerufen wird (in der Liste der Berufskrankheiten erfasst).<br />
238
Tabelle 13.2. Möglichkeiten zum Vermeiden von Gefährdungen<br />
Sind diese Forderungen technisch bzw. ökonomisch noch nicht zu realisieren, werden die Arbeitsmittel mit sicherheitstechnischen<br />
Mitteln versehen (möglichst konstruktiv mit den Arbeitsmitteln verbinden).<br />
Sicherheitstechnische Mittel<br />
‣ unbedingt wirkende<br />
‣ bedingt wirkende<br />
Wo es noch nicht gelungen ist, die Arbeitsmittel bzw. –verfahren gefährdungsfrei zu gestalten bzw. mit kollektiv wirkenden<br />
sicherheitstechnischen Mitteln zu versehen, werden Köperschutzmittel angewandt.<br />
Körperschutzmittel<br />
Arbeitsschutzbekleidung<br />
Schutzhelm<br />
Schutzhandschuhe<br />
Knieleder<br />
u.a.<br />
239
Arbeitsschutzmittel<br />
Schutzbrille<br />
Sicherheitsgurt<br />
CO-Selbstretter<br />
Gehörschutzmittel<br />
u.a.<br />
Alle Werktätigen müssen sich bei ihrer Arbeit arbeitsschutzgerecht verhalten, um Gefährdungen und gesundheitliche<br />
Schädigungen zu vermeiden. Dazu sind Überzeugung und innere Bereitschaft erforderlich!<br />
Forderung an jeden Werktätigen: Arbeitsschutzgerechtes Verhalten und Benutzen von Körperschutzmitteln!<br />
Schutzgüte:<br />
Gesamtheit der Güteeigenschaften von Arbeitsmitteln und –verfahren, die zur vollen Erfüllung der Anforderungen des<br />
Gesundheits- und Arbeitsschutzes und des Brandschutzes erforderlich sind.<br />
Gefahrlose Technik und Technologie – wirksamste Formen zur Verhinderung von Arbeitsunfällen und Berufskrankheiten.<br />
13.5. Verhalten bei Arbeitsunfällen<br />
Jeder Arbeitsunfall ist sofort dem nächst erreichbaren leitenden Mitarbeiter (bzw. Dispatcher) mitzuteilen.<br />
Bei Arbeitsunfähigkeit von mehr als 3 Tagen (meldepflichtiger Unfall) ist die zuständige Arbeitsschutzinspektion durch den<br />
Betriebsleiter zu verständigen (Unfallmeldung).<br />
Arbeitsunfälle werden vom Leiter des entsprechenden Bereiches unter Beteiligung eines Arbeitsschutzobmannes untersucht.<br />
Schwere und tödliche Unfälle werden unter Beteiligung von Vertretern staatlicher und gewerkschaftlicher Kontrollorgane und<br />
betrieblicher Organe untersucht und erörtert.<br />
An der Unfallstelle darf bis zum Beginn der Untersuchung nichts verändert werden (außer Bergung Verletzter und evtl.<br />
Hilfeleistung).<br />
Bei der Ersten-Hilfe-Leistung ist umsichtig und konzentriert vorzugehen. Schlussfolgerungen für das Verhindern gleicher und<br />
ähnlicher Vorfälle können nur dann gezogen werden, wenn die Ursachen eines Unfalls eindeutig ermittelt wurden.<br />
Ursachenkomplex<br />
Arbeitsunfall<br />
Untersuchung des Arbeisunfalls<br />
Erkenntnisse<br />
Schlussfolgerungen für gleiche und ähnliche Ursachenkomplexe<br />
13.6. Arbeitshygiene<br />
Die Arbeitshygiene beschäftigt sich mit anhaltenden oder wiederkehrenden Einflüssen im Arbeitsmilieu, die sich schädlich auf die<br />
menschliche Gesundheit auswirken können (Staub, mechanische Schwingungen, Gase, Dämpfe, Strahlung, Klima , Licht, Farbe)<br />
13.6.1. Staubbekämpfung<br />
Für den Menschen ist silikogener Staub von Bedeutung, weil er zu einer Silikoseerkrankung führen kann. Die Silikose entsteht<br />
durch Einatmung und Ablagerung SiO 2 -haltiger Schwebestäube.<br />
Einfluss auf die Entwicklung einer Silikose haben:<br />
‣ Staubkonzentration<br />
‣ Korngröße<br />
‣ Art des Staubes<br />
‣ Einwirkungsdauer<br />
‣ persönliche Bereitschaft des Körpers für Erkrankungen<br />
240
Staub: Teilchen fester Stoffe von 1 bis 500 Größe<br />
Besondere gefährliche Stäube: SiO2-haltige mit einem Durchmesser von 5<br />
Wichtige Verfahren zur Messung der<br />
Staubkonzentration sind<br />
Konimetrie (nichttoxische Stäube)<br />
Gravimetrie (toxische und nichttoxische Stäube)<br />
Schematische Darstellung des Konimeters<br />
1 Verschluss; 2 Dichtfläche; 3 Staubfleck; 4 Objektscheibe; 5 Dichtungsring; 6 Kolben; 7 Kolbenstange<br />
Staubflecke des Konimeters mit Netzmikrometerabbildung<br />
241
Staubgefährdungsstufen<br />
Tabelle 13.3. Maximal zulässige Konzentrationen nichttoxischer Stäube an Arbeitsplätzen (MAK)<br />
Staubgruppe<br />
SiO 2 -Gehalt<br />
im Schwebestaub<br />
in %<br />
I 50 100<br />
IIa 20…50 250<br />
IIb 5…20 500<br />
III 5 800<br />
MAK-Wert<br />
in T cm -3<br />
Schematische Darstellung des Gravimeters<br />
Erkenntnisse konimetrischer Messung werden in Tcm -3 (Staubteilchen je cm 3 ) und Ergebnisse gravimetrischer Messungen in<br />
mgm -3 (Milligramm Staub je m 3 ) angegeben.<br />
Staubbekämpfung nach den neuesten Erkenntnissen von Wissenschaft und Technik ist das wirksamste Mittel, die Silikose zu<br />
verhindern.<br />
242
Wichtige gesetzliche Grundlagen der<br />
Staubbekämpfung<br />
ABAO3/1<br />
ASAO 622/2<br />
TGL 22310<br />
TGL 22311<br />
Staubtechnisch günstige Wettergeschwindigkeit:<br />
Von großer Wichtigkeit für die Staubbekämpfung ist eine zweckmäßige Wetterführung.<br />
Beachtet werden sollte:<br />
Staubbekämpfungsgeräte und -einrichtungen ständig benutzen, pflegen und warten<br />
an besonders gefährdeten Arbeitsplätzen Staubschutzmaske tragen<br />
Arbeitsbekleidung so oft wie möglich wechseln<br />
möglichst durch die Nase atmen<br />
durch vitamin- und kalorienreiche Kost sowie ausreichender Schlaf Abwehrbereitschaft des Körpers erhöhen<br />
Alkohol- und Nikotingenuss einschränken<br />
Festlegungen des Staubbekämpfungsdienstes und des Betriebsarztes einhalten<br />
regelmäßig zur Röntgenreihenuntersuchung gehen<br />
Schwebestaubkonzentration in Abhängigkeit<br />
vom spezifischen Sprengstoffverbrauch und<br />
Abschlaglänge<br />
243
Tabelle 13.4. Staubbekämpfung bei verschiedenen Arbeitsgängen<br />
Arbeitsgang<br />
Bohren<br />
Sprengen<br />
Wegfüllen des<br />
Haufwerks<br />
Fördern<br />
Staubbekämpfungsmaßnahmen<br />
Abspritzen der Stöße und Firsten vor Arbeitsaufnahme,<br />
Nassbohren, rechtzeitiger Bohrkopfwechsel, lange Abschläge,<br />
drehendes Bohren<br />
Abspritzen der Stöße und Firste vor dem Zünden,<br />
Flüssigkeitsbesatz, Luft-Wasser-Sprührohre, Einsteckdüsen<br />
für Lutten, ANO-Sprengstoff, Vermeiden von<br />
Auflegersprengungen<br />
Abspritzen der Stöße und Firste vor Arbeitsaufnahme,<br />
Durchfeuchten des Haufwerks, Schwenkberieselung,<br />
Schrapperbahnberieselung, Rollensprühanlage<br />
Förderwagenwaschanlagen, Abwaschen der Firste und Stöße<br />
der Hauptgrubenbaue, Feuchthalten (Salze, Laugensprühen)<br />
der Sohlen der Hauptgrubenbaue, Niederschlagzonen zur<br />
Wetterzwischenreinigung, Rollenberieselung (Sprühdüsen an<br />
Rollenverschlüssen und Kreiselwippern)<br />
Schwebestaubkonzentration in Abhängigkeit<br />
von Bohrlochlänge und Spülwasserverbrauch<br />
Regen- und Nebelzone bei blasender Streckenbewetterung<br />
Prinzip der Staubbekämpfung an Streckenvortriebsmaschinen<br />
244
13.6.2. Lärm-und Schwingungsabwehr<br />
Physische und psychische Verfassung sowie subjektive Einstellungen des Menschen sind entscheidend dafür, ob ein Geräusch als<br />
Lärm empfunden wird.<br />
Schädlich sind jedoch nicht nur Geräusche, die als störend empfunden werden.<br />
Lärm:<br />
Jede Art von Geräusch oder Schall, die eine gewollte Schallaufnahme oder die Stille stört, auch Schall, der zu<br />
Belästigungen oder Gesundheitsstörungen führt.<br />
Hörbereiche des Menschen:<br />
0dB (AI) (Wahrnehmungsschwelle)<br />
bis 130 dB (AI) (Schmerzschwelle)<br />
Wahrnehmbarer Frequenzbereich:<br />
AI-bewerteter Schalldruckpegel:<br />
Messgröße, die den Augenblickswert der Schallintensität und die Ohreigenschaften berücksichtigt. Sein Wert in dB (AI) stimmt<br />
näherungsweise mit der Lautstärke in Phon überein. Beim AI-bewerteten Schalldruckpegel wird der Gesamtschalldruckpegel<br />
entsprechend der Ohrempfindlichkeit des Menschen bewertet (A-Frequenzgang des Ohres; I-mechanisches Verhalten des Ohres)<br />
Aus dem zeitlichen Verlauf des Schalldruckpegels ergibt sich der äquivalente Dauerschallpegel.<br />
Dessen Höhe bestimmt den grad psychologischer bzw. physiologischer Veränderungen infolge Lärmeinwirkungen.<br />
Berufsbedingte Lärmschwerhörigkeit<br />
(Berufskrankheit) kann nach mehrjähriger Lärmbelastung bei äquivalenten Dauerschallpegeln von mehr als 90 dB (AI) auftreten.<br />
Jede Zunahme (Abnahme) des Schalldruckpegels um 10 dB (AI) entspricht einer Verdoppelung (Halbierung) der Lautheit.<br />
Die Lärmmessung erfolgt mit Schalldruckpegelmessern.<br />
KondensatorVorverstärkerFrequenzbewerterVerstärkerGleichrichterAnzeige<br />
Tabelle 13.5 Typische Geräusche bzw. Geräuschquellen, ihre Schalldruckpegel und relative Lautheit<br />
Geräusch bzw.<br />
Geräuschquelle<br />
Schalldruckpegel<br />
L<br />
in dB (AI)<br />
Umgangssprache 65 0,18<br />
„Trabant“-Innengeräusch 75 0,35<br />
Bezugswert 90 1<br />
Relative<br />
Lautheit C<br />
Schrapper 90…100 1 …2<br />
Kratzförderer 90…100 1 …2<br />
Elektrische Säulendrehbohrmaschine,<br />
Drehbohrwagen, Sprenlochbohrwagen<br />
90…95 1 …1,41<br />
Großlochbohrwagen 105…110 2,83…4<br />
Tiefschaufellader 100…105 2 …2,83<br />
Luttenventilator ungedämpft 95…105 1,41…2,83<br />
Luttenventilator gedämpft 85…95 0,71…1,41<br />
Wurfschaufellader 110…115 2 …5,66<br />
Abbauhammer 105…110 2,83…4<br />
Schlagbohrmaschine 115…120 5,66…8<br />
in einem Tanzlokal der 70er Jahre 100…115 2 …5,66<br />
245
Möglichkeiten der Lärmbekämpfung:<br />
Beseitigung der Schallquellen<br />
Verhindern bzw. Einschränken der Schallausbreitung<br />
individueller Gehörschutz<br />
Tabelle 13.6. Senkung des Schalldruckpegels durch individuellen Gehörschutz<br />
Gehörschutzmittel<br />
Gehörschutzwatte 10…15<br />
Hermetos-Gehörschutzkappen 25…30<br />
Senkung des<br />
Schalldruckpegels<br />
in dB (AI)<br />
Zum Einschränken der Schallausbreitung an Bergbaumaschinen (z. B. an Bohrmaschinen und Lademaschinen) werden<br />
Schalldämpfer angebracht. Diese wirken sich heute nur noch unwesentlich auf die Leistung der Maschine aus.<br />
Die Einhaltung der Lärmgrenzwerte durch technische Maßnahmen bereitet im Bergbau zum Teil noch erhebliche<br />
Schwierigkeiten. Des halb ist an einigen Arbeitsorten die Anwendung von individuellen Gehörschutzmitteln notwendig.<br />
Tabelle 13.7. Kategorien der Vibrationsbelastung und ihre wesentlichen Merkmale<br />
Belastungkategorie<br />
Vibrationseinteilung<br />
über<br />
Wesentliche<br />
Frequenzbereiche<br />
in Hz<br />
Beispiele belasteter Werktätiger<br />
Teilkörpervibration Hand-Arm-System 3…3000<br />
Arbeiter an druckluftbetriebenen Maschinen<br />
(Abbauhämmer, Bohrmaschinen) Straßenbau-,<br />
Sägewerkarbeiter<br />
Ganzkörpervibration Gesäß und/oder Füße 1…90<br />
Kraftfahrer, Bunkerladerfahrer, Fahrer von<br />
Großgeräten<br />
Vibrationen sind mechanische Schwingungen beliebiger spektraler Zusammensetzung und beliebigen zeitlichen Verlaufs.<br />
Die Vibrationsbelastung ist vor allem abhängig von der<br />
Schwingungsbeschleunigung und deren spektraler Verteilung<br />
Schwingungsrichtung<br />
Qualität des Kontaktes Mensch-Vibrationserreger<br />
Gesamtwirkungsdauer je Schicht<br />
In einigen Betrieben sind an gleislosen Fahrzeugen sogenannte „Stoßdämpfer“ angebracht, bei denen beim Überschreiten des<br />
eingestellten Grenzwertes (Einstellung in Abhängigkeit von Geschwindigkeit und Fahrbahnverhältnissen) eine rote Lampe<br />
aufleuchtet. Die Zeit des Aufleuchtens wird registriert.<br />
246
Tabelle 13.8. Möglichkeiten zum Vermeiden bzw. Verhindern von Vibrationsbelastungen<br />
Belastungsart<br />
Teilkörperbelastung<br />
Ganzkörperbelastung<br />
Schutzmaßnahmen<br />
Bohrwagen, Bohrsäulen<br />
vibrationsgedämpfte Bohrmaschinengriffe<br />
drehendes Bohren<br />
maschinelle Gewinnung<br />
nichtmechanische Gewinnungsverfahren<br />
glatte Fahrbahnen<br />
schwingungsisolierende Fahrersitze<br />
Fernsteuerung<br />
Das Vermeiden der Berufskrankheit „Preßluftwerkzeugschäden“ ist Ziel der ASAO 624/1, ASAO 5 und der TGL 22312.<br />
Besonderen Schutz genießen Jugendliche bis zu 21 Jahren.<br />
13.6.3. Strahlenschutz<br />
Die Strahlenbelastung des Bergmannes ist abhängig von Konzentration und Menge natürlicher radioaktiver Stoffe im Gebirge und<br />
von den angewandten Strahlenschutzmaßnahmen. Letztere reichen aus, um in jedem Bergwerk Bedingungen zu schaffen, die das<br />
Unterschreiten der gesetzlich vorgeschriebenen oberen Grenzwerte der Strahlenbelastung garantieren.<br />
Der Schutz vor einer unzulässigen Belastung durch Einatmen radonhaltiger Luft kann erfolgen durch<br />
Verhindern des Austritts von Radon aus dem Gebirge<br />
schnelles Abführen ausgetretenen Gase<br />
ständige Radonüberwachung einschließlich daraus abgeleiteter operativer Maßnahmen<br />
zweckmäßige Bewetterung<br />
(Bewetterungsart, -umfang)<br />
13.6.4. Beleuchtung und Farbgebung<br />
Ausreichende, zweckmäßige Beleuchtung ist bedeutungsvoll für das Leistungsvermögen, das Vermeiden von Arbeitsunfällen und<br />
die Erhaltung der Sehkraft. Arten der Beleuchtung in Produktionsstätten:<br />
Allgemeinbeleuchtung<br />
arbeitsplatzorientierte Beleuchtung<br />
Arbeitsplatzbeleuchtung<br />
Die Beleuchtungsstärke wird mit dem Luxmeter gemessen.<br />
Ungenügende bzw. ungünstige Beleuchtung erfordert erhöhte Aufmerksamkeit und führt zur Übermüdung (Senkung der<br />
Arbeitsproduktivität, Verminderung der Qualität. Erhöhung der Unfallgefahr). Von ähnlicher Bedeutung wie die Beleuchtung die<br />
Farbgebung.<br />
Tabelle 13.9. Farbwirkungen<br />
Farbe Distanzwirkung Temperaturwirkung<br />
Psychische<br />
Wirkung<br />
(Stimmung)<br />
blau Entfernung kalt beruhigend<br />
grün Entfernung sehr kalt sehr beruhigend<br />
rot Nähe warm<br />
orange sehr nahe sehr warm anregend<br />
gelb Nähe sehr warm anregend<br />
braun<br />
sehr nahe,<br />
einengend<br />
neutral<br />
violett sehr nahe kalt<br />
sehr aufreizend und<br />
beunruhigend<br />
anregend<br />
aggressiv,<br />
beunruhigend,<br />
entmutigend<br />
247
Einheit der Beleuchtungsstärke: Lux (lx)<br />
Leistung und Ermüdung in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke<br />
Fehlerzahl in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke<br />
248
Übersicht der verwendeten Formelzeichen und Symbole<br />
249
250
251
252
Quellenhinweise<br />
253
254
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