Industriesprengstoffe und Gesteinssprengungen: Ein Leitfaden für die Praxis unter Tage

Wer lange genug im Bergbau oder Tiefbau arbeitet, lernt, dass Sprengen nicht nur eine, sondern drei Fähigkeiten erfordert. Da ist die Chemie: zu wissen, was in das Bohrloch kommt und warum. Dann die Geometrie: Wo, in welcher Reihenfolge und in welchem ​​Winkel die Löcher gesetzt werden. Und schließlich das Urteilsvermögen: zu erkennen, wann die Lehrbuchlösung für den jeweiligen Untergrund nicht zutrifft.

Dieser Leitfaden behandelt die ersten beiden. Den dritten muss man sich hart erarbeiten.

Die Sprengstoffküche: Was ist verfügbar und wann sollte man es einsetzen?

Industrielle Sprengstoffe lassen sich in drei große Kategorien einteilen, je nachdem, wo ihre Verwendung rechtlich zulässig ist. Das Verständnis dieser Kategorien bewahrt Sie vor Fehlern bei den Unterlagen, die zur Stilllegung eines Betriebs führen können.

Kategorie eins – Sprengstoffe, die überall und für jeden Einsatzort geeignet sind. Hierbei handelt es sich um Sicherheitssprengstoffe, auch als genehmigungspflichtige Sprengstoffe oder Grubensprengstoffe bezeichnet. Sie sind so zusammengesetzt, dass Flammentemperatur und -dauer minimiert werden. Daher können sie in Untertage-Kohlebergwerken eingesetzt werden, wo Methan und Kohlenstaub jeden Funken zu einer potenziellen Katastrophe machen. Bei Sprengarbeiten in Gebieten mit Gasgefahr dürfen Sie ausschließlich diese Sprengstoffklasse verwenden.

Kategorie zwei – Allzweck-Konstruktionssprengstoffe. Zulässig für Tunnelbau, Steinbruchbetrieb und Übertagebau, sofern keine Gefahr durch brennbare Gase oder Staub besteht. Untertagebau im Kohlebergbau ist nicht zulässig.

Kategorie drei – nur Oberfläche. Tagebaue, Steinbrüche, Straßenaufbrüche. Das sind die Orte, an denen hochenergetische, explosive Mischungen zum Einsatz kommen, die in einem geschlossenen unterirdischen Umfeld extrem gefährlich wären. Verwenden Sie sie dort, wo der Himmel als Belüftungssystem dient.

Chemisch gesehen sind Ammoniumnitrat-basierte Sprengstoffe – ANFO und seine Varianten – die Arbeitspferde der Industrie. Sie sind günstig, einfach vor Ort anzumischen und im Vergleich zu den Nitroglycerin-basierten Dynamiten von vor hundert Jahren sicher in der Handhabung. Der Nachteil: Sie sind nicht wasserbeständig. Gibt man ANFO in ein nasses Bohrloch, entsteht teurer Bohrschlamm. Für feuchte Bedingungen greift man auf wasserbasierte Gelsprengstoffe oder Emulsionen zurück, die beide stundenlang im Grundwasser verbleiben und dennoch zuverlässig detonieren können.

Emulsionssprengstoffe Sie verdienen besondere Erwähnung, da sie sich still und leise zum Standard für die meisten anspruchsvollen Sprengarbeiten entwickelt haben. Hohe Detonationsgeschwindigkeit, ausgezeichnete Wasserbeständigkeit – tatsächlich besser als Wassergel – und die Möglichkeit, sie mit mechanisierten Ladesystemen direkt in Bohrlöcher zu pumpen. Kein manuelles Hantieren mit Kartuschen, weniger Personal in der Nähe der Ortsbrust, kürzere Ladezyklen. Im Untertagebau von Hartgestein, wo jede Minute Stillstand bares Geld kostet, ist diese Kombination entscheidend.

Regelwerk für Sprengstoffe im Kohlebergbau

Kohlebergwerke haben ein eigenes Sicherheitsklassifizierungssystem für Explosivstoffe, dessen Lektüre verpflichtend ist. Die Regel ist einfach: Höheres Gasrisiko bedeutet höhere Sicherheitsklasse. Fünf Stufen, nummeriert von eins bis fünf.

In Bergwerken mit geringem Gasanteil, die durch Gestein (nicht Kohle) abbauen, reichen Sprengstoffe der Klasse 2 aus. Sobald in einem solchen Bergwerk Kohle gefördert oder in einem gemischten Kohle-Gesteins-Abbaugebiet gearbeitet wird, ist mindestens Sprengstoff der Klasse 3 erforderlich. Bergwerke mit hohem Gasanteil benötigen Sprengstoffe der Klasse 4. Und Bergwerke mit einer Vorgeschichte von Gasausbrüchen – also solchen, bei denen Methan unter Druck und ohne Vorwarnung aus dem Flöz austritt – benötigen Sprengstoffe der Klasse 5, die sichersten verfügbaren Zusammensetzungen.

Eine unumstößliche Regel, die man sich merken sollte: Bei jeder Sprengung in einem Kohlebergwerk muss Sprengstoff desselben Typs und derselben Sicherheitsklasse verwendet werden. Kein Mischen. Kein „Na ja, uns ist der Sprengstoff der Klasse 4 ausgegangen, also nehmen wir ein paar Patronen der Klasse 3, um die Runde zu beenden.“ Solches Denken tötet Menschen.

Detonatoren: Der Auslöser, der alles veränderte

Wer schon länger als zehn Jahre in der Sprengbranche tätig ist, erinnert sich an den Übergang von pyrotechnischen zu elektronischen Verzögerungszündern. Der Wechsel verlief nicht reibungslos – alte Hasen misstrauten der Elektronik, und die ersten Systeme hatten Anlaufschwierigkeiten mit der Signalübertragung unter Tage. Doch die Branche hat den Umstieg weitgehend vollzogen, und das aus gutem Grund.

Elektronische Zünder bieten eine Zeitgenauigkeit, die pyrotechnische Verzögerungen nicht erreichen können. Selbst bei gleicher nomineller Verzögerungszeit streut eine pyrotechnische Verzögerung naturgemäß um mehrere Millisekunden. Elektronische Zünder hingegen zünden jedes Mal innerhalb eines Bruchteils einer Millisekunde nach dem programmierten Zeitpunkt. Bei Sprengungen, die auf präziser Sequenzierung basieren – wie z. B. gleichmäßige Sprengungen an Tunnelwänden oder Vibrationskontrolle in der Nähe empfindlicher Bauwerke – führt diese Präzision direkt zu besseren Ergebnissen.

Ein weiterer Vorteil, der oft übersehen wird: Rückverfolgbarkeit. Jeder elektronische Zünder besitzt eine eindeutige ID, die bei der Programmierung protokolliert wird. Im Fehlerfall – etwa bei einer Fehlzündung, einer Abschaltung oder einer unerwarteten Vibrationsmessung – lässt sich genau nachvollziehen, welcher Zünder an welcher Stelle der Zündsequenz eingesetzt wurde und die Ursache ermitteln. Bei pyrotechnischen Zündkapseln hingegen tappt man im Dunkeln.

Eine unumstößliche Regel für den Untertagebau von Kohle: Die gesamte Zündverzögerung eines elektronischen Zünders im Kohlebergwerk darf 130 Millisekunden nicht überschreiten. Dies ist das Zeitfenster für Brandbekämpfung und Flucht. Bei einer längeren Verzögerung steigt das Risiko einer Entzündung des Methan-Luft-Gemisches rapide an.

Wo man die Löcher platziert: Sprenggeometrie im unterirdischen Vortrieb

Ein Tunnel- oder Stollenrundungsprojekt weist drei Arten von Löchern auf, von denen jedes eine bestimmte Funktion erfüllt. Stimmt das Verhältnis nicht, entsteht entweder ein ungleichmäßiges, übermäßig zerklüftetes Profil oder eine enge Wand, deren Ausräumung doppelt so lange dauert.

Löcher schneiden Zuerst werden die Bohrer eingesetzt. Ihre Aufgabe ist es, eine freie Fläche zu schaffen – einen Hohlraum, in den der Rest des Bohrvorgangs münden kann. Bei kleinen Abschnitten mit geringer Bohrtiefe eignen sich Schrägschnitte gut und sind einfacher einzurichten. Für tiefere Abschnitte und größere Querschnitte sind gerade Schnitte mit ungeladenen Entlastungsbohrungen Standard – sie ermöglichen schnelleres Bohren mit maschinellen Großbohrmaschinen und einen besseren Vorschub pro Bohrdurchgang.

Produktionslücken Die sogenannten Vorsprengköpfe – oft auch als „Brechlöcher“ bezeichnet – leisten die Hauptarbeit. Sie bilden den Großteil des Gesteinsvorschubs, werden abgefeuert, nachdem der Einschnitt erfolgt ist, und zerkleinern das Gestein in den entstandenen Hohlraum. Gleichmäßiger Abstand, gleichmäßige Belastung und die richtige Verzögerung zwischen den Sprengungen entscheiden darüber, ob ein sauberes Fragmentierungsergebnis entsteht oder nur ein Haufen übergroßer Felsbrocken.

Perimeterlöcher Hier wird Sprengtechnik zur Kunst. Diese Löcher bestimmen das endgültige Tunnelprofil. Zu viel Sprengstoff führt zu einem Überbruch – das Gestein wird über die geplante Linie hinaus gesprengt, was zusätzliche Gesteinsverstärkung und mehr Beton für die Auskleidung erfordert. Zu wenig Sprengstoff führt zu einem Unterbruch, wodurch ein zweites Team die schwer zugänglichen Stellen nachsprengen muss. Eine gleichmäßige Sprengtechnik – mit Kartuschen kleineren Durchmessers, entkoppelten Ladungen und präziser elektronischer Zeitsteuerung – ergibt fertige Wände mit sichtbaren Bohrspuren und weniger als 50 % Überbruch. Das ist der Goldstandard.

Oberflächensprengung: Die Zahlen, die wirklich zählen

Sprengungen im Tagebau sind vom Konzept her einfacher als Untertagebau, doch aufgrund des Umfangs macht jeder Fehler teuer. Eine schlecht geplante Sprengung verschwendet nicht nur Sprengstoff, sondern hinterlässt auch eine ungeeignete Abbauwand für die nächste Sprengung, erzeugt übergroße Felsbrocken, die zusätzlich zerkleinert werden müssen, und schleudert Gesteinsbrocken in Richtung der Gefahrenzone.

Bei Abbauhöhen zwischen 8 und 12 Metern – dem optimalen Bereich für die meisten Steinbruch- und Tagebaubetriebe – sollte das Verhältnis von Bohrlochabstand zu Gesteinsmenge zwischen 1,2 und 1,5 liegen. Die Unterbohrungen unterhalb der Abbauhöhe sollten 15 % bis 25 % der Abbauhöhe betragen, um ein Zurückbleiben des Bohrlochfußes zu vermeiden. Die Verrohrungslänge muss mindestens der Gesteinsmenge am Bohrlochhals entsprechen; andernfalls besteht die Gefahr von Ausbrüchen, bei denen Verrohrungsmaterial und Gesteinsflug wie eine Kanone aus dem Bohrloch geschleudert werden.

Die Sprengreihenfolge ist wichtiger als allgemein angenommen. Eine geradlinige Reihensprengung ist zwar einfach zu verkabeln, führt aber dazu, dass das Haufwerk nach vorne geschleudert wird und eine ungleichmäßige Fragmentierung entsteht. Eine V-förmige Sprengung, bei der die Sequenz in der Mitte beginnt und sich fächerförmig nach außen zu beiden Seiten ausbreitet, hält das Haufwerk kompakter und sorgt durch die Kollision der Partikel beim Auswurf für eine bessere Fragmentierung. Die Diagonalsprengung ist die Standardmethode für die meisten Produktionssprengungen – gute Fragmentierung, einfache Verkabelung, vorhersehbare Ergebnisse.

Wohin uns das alles führt

Sprengtechnik ist im Grunde ein Entscheidungsbaum, der als Checkliste getarnt ist. Welche Formation? Welcher Bohrlochdurchmesser? Nass oder trocken? Gasrisiko oder keins? Übertage oder unter Tage? In der Nähe von Gebäuden oder mitten im Nirgendwo? Jede Antwort beeinflusst die Sprengstoffwahl, die Zeitplanung und die Sicherheitsvorkehrungen.

Und dann ist da noch die Frage, die in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen hat: Braucht man überhaupt noch konventionelle Sprengstoffe? Bei Projekten in der Nähe sensibler Infrastruktur – Autobahnen, Eisenbahnstrecken, Pipelines, Wohngebiete – ist die nicht-explosive Gesteinssprengtechnik zunehmend die erste Wahl und nicht mehr nur eine Notlösung. Systeme, die mit Gasexpansion statt Detonation arbeiten, eliminieren Steinschlag, Vibrationen und den Genehmigungsaufwand für den Umgang mit Gefahrgut der Klasse 1. Wenn keine hunderte Meter große Sperrzone für Sprengungen erforderlich ist, verbessern sich sowohl der Projektzeitplan als auch die Beziehungen zur Bevölkerung.

Das O2-Sprengungssystem, das die Phasenübergangsexpansion von flüssigem Sauerstoff anstelle chemischer Detonation nutzt, hat sich in genau diesen Anwendungsbereichen – Stadtabriss, Steinbrucharbeiten in der Nähe von Infrastrukturen und Unterwasser-Gesteinssprengung – eine wachsende Nische geschaffen. Es erzeugt keinen Steinschlag, minimale Vibrationen und keine giftigen Gase. Zwar ersetzt es konventionelle Sprengungen nicht in jedem Fall – für eine großflächige Tagebau-Sprengung wird nach wie vor ANFO in großen Mengen benötigt –, aber für Projekte, bei denen Sprengbeschränkungen die Hauptproblematik darstellen, ist es eine Option, die es wert ist, genauer betrachtet zu werden.

Kurzübersicht: Die wichtigsten Zahlen, die Sie sich merken sollten