Sprengverfahren im Bergbau: Was der Betrieb vor dem Gesteinsabbau kontrollieren muss

Sprengungen im Bergbau gehören zu den traditionellen Methoden, um Gestein und Erz zu zerkleinern. Sie dienen der Schaffung einer Abbaufront, der Zerkleinerung von übergroßem Material und der Vorbereitung des gebrochenen Gesteins für Verladung und Transport.

Die Sprengleistung wird jedoch nie allein durch die Sprengstoffmenge bestimmt. Das Ergebnis hängt von der Gesteinsformation, dem Bohrmuster, der Sprengfolge, den Standortbedingungen und der Qualität der Sicherheitsvorkehrungen rund um den Einsatz ab.

Für Bergbauunternehmen, die eine Gesteinsbrechmethode evaluieren, ist das Verständnis dieser Faktoren der erste Schritt.

Wie konventionelle Sprengungen im Bergbau funktionieren

Konventionelle Sprengverfahren nutzen die chemische Reaktion eines Sprengstoffs. Ein Oxidationsmittel und ein Reduktionsmittel reagieren schnell miteinander und erzeugen dabei Hitze und Gas. Die entstehende Druckwelle wirkt auf das umgebende Gestein und verursacht Risse.

Ziel ist es nicht einfach, einen möglichst starken Schock zu erzeugen. Eine wirksame Explosion muss außerdem Folgendes leisten:

• Akzeptable Fragmentierung

• Kontrollierte Bewegung von Bruchstein

• Beherrschbares Risiko durch Steinschlag

• Begrenzte Vibration

• Praktische Lade- und Transportbedingungen

• Einhaltung lokaler Vorschriften

Zu viel Energie kann zu übermäßigem Feinstaub, Steinschlag, Vibrationen und Schäden außerhalb des vorgesehenen Bereichs führen. Zu wenig Energie kann große Felsbrocken hinterlassen und ein zusätzliches Zerkleinern erforderlich machen.

Hauptkategorien der Sprengtechnik im Bergbau

Die richtige Methode hängt von der Anordnung der Mine und dem Zweck der Sprengung ab.

Sprengung im Tagebauwird verwendet, um Terrassen zu bilden, Erz für den Transport zu zerkleinern und Abraumgestein für die Weiterverarbeitung oder Entsorgung zu zerkleinern.

Gängige Ansätze sind:

• Tieflochsprengungen für große Abbauflächen und hohe Produktionsmengen

• Flachlochsprengungen für kleinere Gesteinsbrechaufgaben

• Stufenstrahlen, bei dem Löcher entlang einer Stufe oder Fläche angeordnet werden.

• Wurfstrahlen, bei dem die Explosion so ausgelegt ist, dass Material von der Oberfläche weggetragen wird.

Sprengung im UntertagebauWird zur Erstellung von Abbaustrecken, Stollen und anderen Abbaubereichen eingesetzt. Es kann auch Erz und Abraum für den unterirdischen Transport zerkleinern.

Untertagebauarbeiten können Tief- oder Flachbohrverfahren, gestaffelte Sprengungen, Sprengungen mit Sprengkopfwirkung und kontrollierte Verfüllarbeiten umfassen. Der verfügbare Platz, die Belüftung, die Bodensicherung und die nahegelegene Infrastruktur unterscheiden Untertagebausprengungen wesentlich vom Tagebau.

Sprengarbeiten im Zusammenhang mit StützkonstruktionenSie können mit Arbeiten zur Bodensicherung in Verbindung stehen, wie z. B. der Vorbereitung von Standorten für Felsanker oder Stützkonstruktionen. Diese Arbeiten erfordern eine besonders sorgfältige Kontrolle, da sich Personal und Stützsysteme in unmittelbarer Nähe des Arbeitsbereichs befinden können.

Weitere Sprenganwendungen können die Minenerschließung, Entwässerungs- und Belüftungsarbeiten unterstützen.

Die Parameter, die das Ergebnis beeinflussen

Bei der Auslegung einer Sprengung werden normalerweise mehrere zusammenhängende Variablen berücksichtigt.

Energiequelle:Art, Spezifikation und Menge des Sprengstoffs beeinflussen die Energiefreisetzung und die Fragmentierung. Eine höhere Ladung bedeutet nicht automatisch eine bessere Fragmentierung.

Lochgeometrie:Bohrlochtiefe, -durchmesser, -abstand, -belastung und -ausrichtung bestimmen, wie die Energie im Gestein verteilt wird.

Einleitung und Ablauf:Zeitpunkt und Reihenfolge der Einleitung beeinflussen die Lastbewegung, die Vibration und die endgültige Größenverteilung.

Felsbeschaffenheit:Härte, Klüfte, Schichtung, Wasser und natürliche Brüche können das Ergebnis verändern, selbst wenn das Bohrmuster gleich bleibt.

Diese Variablen sollten gemeinsam bewertet werden. Die Änderung nur eines Parameters, ohne die anderen zu verstehen, kann zu einem instabilen Ergebnis führen und die Reproduzierbarkeit der Leistung erschweren.

Sicherheit ist Teil der Methode

Sprengarbeiten im Bergbau sind ein risikoreicher Vorgang und müssen von geschultem, autorisiertem Personal gemäß den geltenden Vorschriften durchgeführt werden.

Das grundlegende Sicherheitskonzept umfasst:

• Inspektion und Sicherung des Sprengbereichs vor Beginn der Arbeiten

• Einrichtung von Zugangskontroll- und Sperrzonen

• Verwendung zugelassener Sprengstoffe und -geräte

• Sicherstellen, dass das Personal in den relevanten Verfahren geschult ist

• Kontrolle von Verladung, Transport, Lagerung und Handhabung

• Aufrechterhaltung der Kommunikation während des Betriebs

• Inspektion des Explosionsgebiets vor dem Wiedereintritt

Die genauen Abstände, Genehmigungen, Ausrüstung und Verfahren hängen von den örtlichen Gesetzen und den Gegebenheiten vor Ort ab. Die Wahl eines Sprengverfahrens sollte niemals allein auf der Grundlage eines Vergleichs der theoretischen Energieausbeute erfolgen.

Wo eine nicht-explosive Methode geeignet sein könnte

Nicht jedes Gesteinsabbauprojekt erfordert eine konventionelle Sprengung.

In der Nähe von Gebäuden, Autobahnen, Eisenbahnlinien, Stromleitungen, historischen Bauwerken oder ökologisch sensiblen Gebieten können die Hauptprobleme Vibrationen, Steinschlag, Genehmigungsprobleme oder eingeschränkter Zugang sein.

Für diese Bedingungen bietet das O2-Gasenergie-Gesteinsspaltungssystem von Gaea Rock einen anderen Ansatz. Es nutzt flüssigen Sauerstoff und ein brennbares Absorptionsmittel in einem Spaltrohr. Nach der Zündung ändert der flüssige Sauerstoff seinen Aggregatzustand und dehnt sich um das ca. 860-fache aus, wodurch ein Druck entsteht, der das Gestein spaltet.

Das System ist kein Sprengstoff. Es handelt sich um eine physikalische Phasenübergangsmethode zur Gesteinszerkleinerung.

Im Vergleich zu herkömmlichen Strahlverfahren ist das O2-System für Anwendungen konzipiert, bei denen die Bediener Folgendes benötigen:

• wesentlich geringere Stoßwellenintensität

• Minimale Vibrationen

• Keine herkömmliche Sprengstofflagerung

• Standard-Frachtexport ohne Kaliumperchlorat

• Geringere Störungen in der Nähe empfindlicher Strukturen

• Kontrolliertes Gesteinsspalten in eingeschränkten Arbeitsbereichen

Das System erfordert weiterhin fachgerechtes Bohren, die Verlegung von Rohren, die Abdichtung des Bodens, die Fernzündung, Sicherheitsvorkehrungen und geschultes Bedienpersonal. „Nicht explosiv“ bedeutet nicht „ohne Sicherheitsvorkehrungen“.

Konventionelles Sprengen oder O2-Gesteinsspalten?

Konventionelle Sprengverfahren sind nach wie vor für viele groß angelegte Bergbaubetriebe geeignet, sofern Vorschriften, die Geländegestaltung, die Produktionsplanung und die Sprengkontrolle ihren Einsatz unterstützen.

Ein O2-Gesteinsspaltsystem eignet sich möglicherweise besser für Standorte, an denen Vibrationen, Steinschlag, Sprengstoffgenehmigungen oder Transportbeschränkungen einen Engpass darstellen.

Die praktische Frage ist nicht, welche Methode generell besser ist. Vielmehr geht es darum, welche Methode zum Gesteinsvolumen, den umliegenden Gegebenheiten, der Zugänglichkeit des Geländes, den Sicherheitsanforderungen und dem Projektzeitplan passt.

Gaea Rock liefert O2-Gesteinssprengsysteme, Fracking-Rohre, Flüssigsauerstoffgeräte und zugehörige Bohrwerkzeuge für Bergbau-, Steinbruch-, Bau-, Infrastruktur- und Gesteinssprengprojekte in sensiblen Gebieten.