Sicherheitsbarrieren im Untertagebau: Umfassender Leitfaden zur Verhinderung und Kontrolle von Gebirgsschlägen
Gebirgsschläge stellen im Untertagebau erhebliche geologische Gefahren dar. Für eine wirksame Prävention und Kontrolle ist ein umfassendes Managementsystem erforderlich: Gefahrenidentifizierung – dynamische Risikobewertung – Planentwicklung – Überwachung und Frühwarnung – sowie die Umsetzung von Kontrollmaßnahmen. Das Hauptziel besteht darin, die Ursachen präzise zu identifizieren, die Risikostufen wissenschaftlich zu bewerten, systematisch Minderungsstrategien zu entwickeln und eine Echtzeitüberwachung und Frühwarnung zu gewährleisten, um Gebirgsschlagereignisse zu minimieren und die Sicherheit der Minenproduktion zu schützen.
I. Kernprozess zur Prävention und Bekämpfung von Gebirgsschlägen Die Prävention und Bekämpfung von Gebirgsschlägen sollte einem schrittweisen Arbeitsablauf folgen: Risikobewertung → Planentwicklung → Überwachung und Frühwarnung. Verantwortlichkeiten und Umsetzungsstandards müssen in jeder Phase klar definiert sein, um sicherzustellen, dass die Maßnahmen tatsächlich durchgeführt werden und wirksam sind.
(a) Dynamischer Risikobewertungsmechanismus: Die Risikobewertung muss sich auf Hochrisikoszenarien konzentrieren und Gefährdungsstudien mit einer kontinuierlichen dynamischen Bewertung kombinieren. Treten typische Vorläufer von Gebirgsschlägen auf – wie starke Bodenerschütterungen, plötzliche Sohlen- oder Rippenhebungen, Gesteinsauswurf oder eine Abbautiefe von über 1.000 m –, sind obligatorische Gefährdungsstudien durchzuführen. In Grubenabschnitten mit erhöhter Gebirgsschlaggefahr sollte die technische Abteilung des Bergwerks die dynamischen Risikobewertungen leiten und monatliche sowie jährliche Bewertungsberichte erstellen. Diese Berichte, die vom technischen Leiter des Bergwerks geprüft werden, dienen als Grundlage für die Festlegung von Kontrollmaßnahmen.
(b) Entwicklung und Genehmigung von Schutzplänen Die wissenschaftliche Qualität und Spezifität von Schutzplänen bestimmen deren Wirksamkeit. Die Planentwicklung muss wichtige Informationen integrieren: Ursachen von Gebirgsschlägen, Ergebnisse der dynamischen Risikoanalyse und potenzielle Gefahrenzonen. Nach der Erstellung müssen die Pläne unter der Leitung des technischen Leiters des Bergwerks einer Begutachtung durch Fachkollegen unterzogen werden; erst nach Genehmigung und Bestätigung durch den Hauptbetriebsleiter des Bergwerks kann die Umsetzung beginnen. Dieses Verfahren gewährleistet, dass die Pläne sowohl technisch machbar als auch operativ umsetzbar sind.
(c) Aufbau von Überwachungs- und Frühwarnsystemen: Überwachungs- und Frühwarnsysteme dienen der Früherkennung im Bergwerk und sollten auf das jeweilige Risikoniveau abgestimmt sein. Untertagebergwerke mit einer Tiefe von mehr als 800 m oder solche, die bereits als gebirgsschlaggefährdet eingestuft wurden, sollten Online-Gebirgsdruckmesssysteme installieren. Bergwerke mit hohem Gebirgsschlagrisiko sollten die Basisüberwachung durch spezialisierte Einrichtungen wie mikroseismische Überwachung ergänzen, routinemäßige Überwachungs- und Warnverfahren für Gefahrenzonen einrichten und quantifizierte Warnschwellenwerte festlegen, um eine frühzeitige Erkennung und rechtzeitige Warnungen zu ermöglichen.
II. Wichtigste Umsetzungsanforderungen Um eine effektive Kontrolle zu gewährleisten, sollten strenge Anforderungen an die Risikobewertung, die Planausführung, die Überwachungsunterstützung und den Personenschutz festgelegt werden, um ein umfassendes, geschlossenes Präventionssystem zu bilden.
(a) Risikobewertungsmethoden und Bewertungskriterien: Die dynamische Gebirgsschlagrisikobewertung muss wissenschaftlich anerkannte Methoden wie felsmechanische Kriterien, numerische Simulationen, auf Überwachung basierende Frühwarnsysteme oder empirische Ansätze verwenden, um verlässliche Ergebnisse zu gewährleisten. Bergbauunternehmen sollten die Ergebnisse der dynamischen Bewertung mit beobachteten Gebirgsschlagschäden kombinieren, um Risikostufen zuzuweisen und so eine abgestufte Grundlage für gezielte Minderungsmaßnahmen zu schaffen.
(b) Kerninhalte von Kontrollplänen und Umsetzungsprioritäten: Kontrollpläne müssen alle kritischen Elemente abdecken: Bewertung der Gebirgsqualität, Analyse der Gebirgsschlaggefährdung, Streckenquerschnitt und -dimensionierung, Optimierung der Streckenstrukturparameter, spannungsfreies Sprengen der Pfeiler, Vorbehandlung der Ortsbrust, Streckenausbauplanung und Notfallmaßnahmen nach Gebirgsschlägen. Die Kontrolle der Gefahrenquelle hat Priorität: Abbaumethoden und -prozesse, die die Spannungskonzentration reduzieren, sind zu bevorzugen. Minenplanung, Abbaufolge und -richtung sowie Streckenparameter sind zu optimieren, um Risiken an der Gefahrenquelle zu minimieren.
Für unterschiedliche Risikoszenarien sind differenzierte Schutzmaßnahmen erforderlich. In stark beanspruchten Gebieten mit häufiger Mikroseismizität sind fortschrittliche Entspannungsmaßnahmen wie Pfeilersprengungen anzuwenden. In Zonen, die während des Tunnelbaus anfällig für Gebirgsschläge sind, sollte die Ortsbrust durch Sprengungen vorbehandelt werden, um die Energieansammlung zu reduzieren. Bei von seismischen Gebirgsschlägen betroffenen Fahrbahnen sind energieabsorbierende Stützsysteme vorrangig einzusetzen. Ein Notfallplan ist zu erstellen: Bei Anzeichen eines Gebirgsschlags ist das Personal unverzüglich zu evakuieren. Die sicheren Rückkehrzeiten sind anhand der mikroseismischen Abklingcharakteristika und aktualisierter Risikobewertungen nach den Schutzmaßnahmen festzulegen.
(c) Standards für die Anordnung von Überwachungssystemen: Die mikroseismische Überwachung ist ein wichtiges Instrument und muss alle Gebiete abdecken, in denen Gebirgsschläge auftreten können. Die Sensoren sollten räumlich flächendeckend angeordnet sein, um tote Winkel zu vermeiden und die Vollständigkeit und Zuverlässigkeit der Daten zu gewährleisten.
(d) Verbesserung der Personensicherheit und des Personenschutzes: Um die Gefährdung des Personals zu minimieren, sollte der ferngesteuerte und automatisierte Betrieb von Tunnelbohrmaschinen, Ankerbohranlagen, Ladern und anderen Bergbaugeräten priorisiert werden. Die Reduzierung der Dauer und Häufigkeit des menschlichen Aufenthalts in gebirgsschlaggefährdeten Gebieten ist für den Schutz von Menschenleben unerlässlich.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kontrolle von Gebirgsschlägen in Untertagebergwerken den Prinzipien der Prävention, gezielter Maßnahmen, technologiegestützter Lösungen und eines geschlossenen Regelkreises folgen muss. Durch die Etablierung robuster Ausführungsprozesse, die Einhaltung kritischer technischer Anforderungen und den Einsatz wissenschaftlicher Überwachung können Bergwerke ein umfassendes, mehrschichtiges Schutzsystem aufbauen, das einen soliden Sicherheitsschutz für risikoreiche Untertagearbeiten gewährleistet.
