книги / Technologie des Kali - und Steinsalzbergbaus

VEB Kaliwerk „Heinrich Rau“ , Roßleben, erstmalig das Ankern An Zusammenhang mit der Sicherung der Stöße und Firste durch Netze erprobt. Bild 10/12 zeigt, daß ein sehr sauberer Füllortstoß erreicht wird und Steinfall nahezu ausgeschlossen ist.

Alle Schachtröhren im Kaliund Steinsalzbergbau müssen absolut dicht sein.

Die wasserführenden Schichten werden mit gußeisernen Tübbings ausgebaut und deren Fugen und Schraubenlöcher mit Blei abgedichtet. Die Keilkränze werden pikotiert; diese wichtige Arbeit ist regelmäßig, besonders nach größeren Temperaturschwankungen zu wiederholen.

Zwischen Tübbingwand und Gebirgsstoß muß dichter Beton eingegossen werden. Stahltübbings haben sich wegen der Korrosionsgefahr im Salzbergbau bisher nicht be­ währt.

Alle Schachtröhren müssen gewissenhaft überwacht, werden. Systematische, vorbeugende Reparaturen sind in förderfreien Schichten durchzuführen.

Zur Wiederholung und Vertiefung

1.Lassen Sie sich von Ihrem Lehrmeister das geologische Profil der Schachtröhren Ihres Ausbildungsbetriebes erläutern! Begründen Sie die gewählte Ausbauform und das Material des Schachtausbaus! Orientieren Sie sich über evtl. Wasserzu­ flüsse beim Abteufen!

2.Erarbeiten Sie graphisch einen vorbeugenden Reparaturplan für Ihren Förder­ schacht unter Anleitung des Lehrmeisters; berücksichtigen Sie auch Arbeiten im und am Füllort, im Sumpf und auf Teilsohlen!

3.Erklären Sie den Begriff Pikotage! Warum ist sie nötig?

4.Warum ist besonderer Wert auf eine sichere und gesunde Betonhinterfüllung der Tübbingsäule zu legen?

5.Begründen Sie die Notwendigkeit, bei zweischichtigem Schachtförderbetrieb die dritte Schicht unbedingt für die Arbeiten der Schachthauer freizuhalten!

6.Erklären Sie den Begriff Tonbruch. Sind im Grubenfeld Ihres Ausbildungsbe­ triebes schon Tonbrüche gefallen? Versuchen Sie die Gründe zu ermitteln!

7.Welche kompakten Salzarten oder -gesteine lassen eine ausbaulose Streckenauf­ fahrung zu ?

8.Zeichnen Sie nach dem Gedächtnis einige Ausbauarten aus Ihrem Ausbildungs­ betrieb ! Versuchen Sie die Gründe der jeweiligen Ausbauart zu erkunden!

9.Warum muß das Ankern der Firste möglichst schnell nach dem Auffahren erfolgen ?

10.Zählen Sie die Vorund Nachteile des Ankerns auf! Beachten Sie dabei auch die wirtschaftlichen Gesichtspunkte im Vergleich mit anderen Ausbauarten!

11.Die Druckbeanspruchung eines Stempels wird in kp/cm2 gemessen. Die zulässige Druckbeanspruchung eines Stempels von 2,20 m Länge beträgt 175 kp/cm2. Wie hoch darf ein ^olcher Stempel belastet werden, wenn er 18 cm Durchmesser besitzt?

12.Ein Förderschacht ist im Steinsalz um 120 m tiefer geteuft worden. Der Durch­ messer beträgt 6 m lichte Weite. Als Ausbau wird ein 3 Stein starkes Mauerwerk gewählt.

Berechnen Sie Ziegelund Mörtelbedarf, wenn je m3 Mauerwerk 440 Ziegel und 310 1Mörtel benötigt'werden.

11.Der Versatz im Kalibergbau

In den Kapiteln 5, 6 und 10 ist über den Kammerbau mit dazwischen stehenbleiben­ den Salzpfeilern berichtet worden. Dieses Abbauverfahren führt zum Entstehen gro­ ßer Hohlräume. Bei tiefen Gruben, die wegen der besonderen Eigenschaften der han­ genden und liegenden Schichten des Kalilagers unter Gebirgsdruckerscheinungen zu leiden haben, müssen diese Hohlräume möglichst schnell versetzt werden. Solche Gru­ ben leiden auch oft unter Gasoder Laugenaustritten aus dem Liegenden. Diese Ge­ fahren können durch schnell eingebrachten Versatz vermieden werden.

Man verfolgt im Kalibergbau mit dem schnellen vollständigen oder teilweisen Wieder­ verfüllen der entstandenen Hohlräume besonders folgende Ziele:

Seitliche Stützung der stehenbleibenden Pfeiler,

vorbeugende Sicherung der Abbauräume gegen Gasund Laugenaustritte aus dem Liegenden,

Vermeidung eines Haldenbetriebes über Tage zur Aufspeicherung der anfallenden Fabrikrückstände, damit Erhaltung landwirtschaftlicher Nutzflächen.

Die verbindlichen Sicherheitsvorschriften der Bergbehörde fordern:

§ 39 (1 ) „Abbau darf nur so geführt werden, daß ein Durchbruch von schädlichen Ga­ sen, Erdöl und Laugen nicht zu befürchten ist.“

§ 4 5 (1) „ Leergeförderte Abbauorte im Kalilager müssen auf Verlangen der Bergbe­ hörde versetzt werden. Der Versatz muß spätestens binnen 12 Monaten eingebracht wer­ den.“

Die Bergbehörden fordern im allgemeinen den Versatz. Nur beim Vorliegen bestimmter günstiger Betriebsbedingungen erteilen sie Ausnahmegenehmigungen. So arbeiten z. B. alle Gruben des Lagerstättenbezirkes an der Werra von Anfang an versatzlos. Allein im Grubenbetrieb der Doppelschachtanlage „Ernst Thälmann“ II/III des VEB Kalikombinat Werra sind inzwischen Hohlräume von über 30 Millionen Kubikmetern entstanden. Die Beherrschung dieser Hohlräume ist eine große bergmännische Auf­ gabe.

Die Carnallitgruben im Revier um Staßfurt arbeiten ebenfalls versatzlos. Der Haupt­ grund dafür ist der bei der Carnallitverarbeitung entstehende Mangel an Versatzmaterial (vgl. Abschnitt 11. 1). Dagegen müssen alle Südharzwerke, die Hartsalz ab­ bauen, versetzen.

Insgesamt sind von den zur Zeit fördernden 24 selbständigen Kaligruben 10 versatz­ pflichtig, die übrigen 14 besitzen Ausnahmegenehmigungen und können ihre Hohl­ räume offen stehenlassen.

In allen Steinsalzgruben ist versatzloser Betrieb gestattet. Die Versatzarbeit ist schwie­ rig und nicht ohne Gefahren. Deshalb zählt sie zum Programm der Grubensicherheit und ist nach bestimmten Richtlinien und Arbeitsplänen mit größter Sorgfalt auszu­ führen. Für den Versatz werden zusätzliche Arbeitskräfte benötigt. Dadurch erhö­ hen sich in den betreffenden Gruben die Selbstkosten. Im Jahre 1961 belastete der Versatz die jeweiligen Grubenselbstkosten im Durchschnitt mit 0,69 DM/t, wobei die Kosten bei den einzelnen Gruben zwischen 0,42 und 1,05 DM/t schwankten.

11.1.Vcrsatzarten und Vcrsatzmatcrial

In den ersten Jahrzehnten des Kalibergbaus, als fast ausschließlich Carnallit und Kainit abgebaut wurden, war der Trockenversatz vorherrschend. Dabei handelte es sich allerdings um relativ feuchten Fabrikrückstand. Reiner Trockenversatz wird von allen Grubenbetrieben heute als Verfahren für spezielle Verhältnisse benutzt.

Seit 1910 entwickelten die Südharzgruben Sondershausen und Bleicherode den Spiilversatz. Er erfüllt fast alle Bedingungen, die an das Wiederverfüllen bergmännischer Hohlräume gestellt werden. Der Spülversatz ist deshalb heute in den Südharzgruben die vorherrschende Versatzmethode.

Der im Steinkohlenbergbau verbreitete Blasversatz ist in der Kaliindustrie nicht be­ kannt. Schleuderversatz kann in späteren Jahren Bedeutung erlangen. Auf seinen möglichen Einsatz wird im Abschnitt 11.1.3. näher eingegangen.

Die Zweckmäßigkeit und der Erfolg des VersatzVerfahrens werden von dem zur Ver­ fügung stehenden Versatzmaterial bestimmt. In allen Versatzgruben sind die bei der Verarbeitung des Kalirohsalzes anfallenden Rückstände Hauptbestandteil des Ver­ satzmaterials. Da sich die Verarbeitung des vom Bergmann gewonnenen und geför­ derten Salzes nach der mineralogischen Zusammensetzung richtet, ist auch die Menge des anfallenden Rückstandes in den einzelnen Kaliwerken unterschiedlich. Bei KC1Fabriken, die Hartsalz oder Sylvinit verarbeiten, beträgt der in fester Form anfallende Rückstand 70 bis 80 % der in die Fabrik eingeführten Rohsalzmenge. Bei Carnallitwerken steht dagegen als Rückstandsmaterial nur eine Menge von 30 bis 40 % des ein­ geführten Rohsalzes zur Verfügung, da das im Carnallit enthaltene Chlormagnesium (MgCl2) bei der Verarbeitung in Lösung geht. Hartsalzwerke können daher ihren Be­ darf an Versatzmaterial leicht aus eigenem Aufkommen decken. Es besteht sogar vielfach ein Überfluß an Rückstand, der über Tage aufgehaldet werden muß. Ein sol­ cher Haldenbetrieb muß auf ein Minimum beschränkt werden, da er Arbeitskräfte bindet und landwirtschaftliche Nutzflächen in Anspruch nimmt.

Bei Carnallitwerken reicht dagegen das aus der eigenen Verarbeitung anfallende Ma­ terial mengenmäßig nicht aus. Es muß zusätzlich Versatzmaterial gewonnen und zu­ geführt werden. Diese Maßnahme stellt die Rentabilität reiner Carnallitwerke in Frage. Die Einführung des versatzlosen Steilfirstenabbaues in Staßfurt (vgl. Kap. 5) war deshalb eine Voraussetzung für die Weiterführung der dortigen Grubenbetriebe.

Neben dem anfallenden Fabrikrückstand steht das in der Grube in der Ausund Vor­ richtung (Streckenauffahrung) anfallende Steinsalz als Versatzmaterial mengenmäßig an zweiter Stelle. In allen Kaligruben, gleichgültig ob Hartsalz oder Carnallit geför­ dert wird, muß das Steinsalz aus der Streckenauffahrung unter Tage gleich wieder versetzt werden, da ein Mitfördern und ein Mitdurchlaufen des Fabrikbetriebes die gesamten Gestehungskosten zu stark beeinflußt.

Ein bestimmter Anteil des bei der Verarbeitung von Hartsalz anfallenden Rückstan­ des steht in Form feinkörnigen Schlammes zur Verfügung. Seine Verwendung als Ver­ satzmaterial bereitet beim Spülversatz oft Schwierigkeiten. Der feinkörnige Schlamm verfestigt sich nicht mit der gleichen Geschwindigkeit wie der übrige Rückstand. Er fällt außerdem nicht stetig an, sondern schubweise in Form größerer Schlammengen. Seine Bewältigung beim Spülversatz erfordert Erfahrung und Geschicklichkeit (s. Kap. 11.1.2.3.).

In einigen Versatzgruben war es früher üblich, die anfallende Kesselasche dem Spiilversatz beizufügen. Man glaubte sie auf diese Weise am bequemsten und wirtschaft­ lichsten beseitigen zu können. Leider wurde dabei die Möglichkeit des Entstehens von giftigem Kohlenmonoxid (CO) nicht genügend beachtet. CO kann sich bilden, wenn

sich unverbrannte Kohlenbestandteile in der Asche befinden. Es traten durch das Mitverspülen von Kesselasche Unfälle durch Vergiftungen auf. Deshalb ist allen Süd­ harzgruben jetzt die Benutzung von Kesselasche als Versatzmaterial grundsätzlich verboten.

11.1.1.Trockenversatz im Kaliund Steinsalzbcrgbau

Unter Trockenversatz versteht man das Wiederverfüllen der bergmännischen Hohl­ räume mit Versatzmaterial, ohne Zusatz von Wasser oder Lauge. Trockenversatz wird überall dort angeWendet, wo Steinsalz oder nicht bauwürdige Kalisalze durch­ fahren, also gewonnen werden müssen, aber nicht durch die Fabrik laufen dürfen. Die anfallenden Mengen an trockenem Versatzmaterial sind hoch. So mußten z. B. die acht in Förderung stehenden Gruben des VEB Kalikombinat „Werra“ im Jahre 1963 laut Betriebsplan 1700001 Steinsalz aus Streckenvortrieben in alte Abbaue wieder versetzen.

Die Technologie des Trockenversatzes ist verschiedenartig. Sie richtet sich nach dem Abbauverfahren und nach dem Einfallen des Lagers. Bei steiler oder halbsteiler La­ gerungwird das in der Vorrichtung anfallende Steinsalz in Förderwagen transportiert und von der nächsthöheren Teilsohle aus in leerstehende Steilfirsten verkippt. Zum Transport des Rückstandes auf die einzelnen Teilsohlen sind Blindschächte erforder­ lich.

Bei flacher Lagerung macht diese Art des Versetzens Schwierigkeiten, weil die not­ wendige Schütthöhe fehlt. Früher verstürzte man die Förderwagen am Kammerein­ gang und warf den Rückstand mit Schaufeln breit. Diese sehr unproduktive Arbeits­ weise ist heute nicht mehr üblich. Der Handversatz, der viele Arbeitskräfte erfordert, ist durch maschinellen Trockenversatz abgelöst worden. Hauptaggregat ist auch dabei der Schrapper, der beim Trockenversatz im Gegensatz zur Abbauförderung den vollen Schrapperkasten nicht aus der Abbaukammer heraus-, sondern in sie hineinzieht.x Alle Arbeitsvorgänge beim TrockenVersatz mit Schrappern entsprechen dem norma­ len Schrapperbetrieb. Einzelheiten sind dem Kap. 7 zu entnehmen.

11.1.2.Spülversatz

In den Jahren nach 1910 hat der Spülversatz seine große Überlegenheit gegenüber allen anderen Versatzmethoden im Kalibergbau bewiesen. Er ist heute im Südharz­ bezirk, dessen Gruben alle versatzpflichtig sind, die vorherrschende Versatzart. Sie gewährleistet im Gegensatz zum Trockenversatz ein schnelles, dichtes und fast voll­ ständiges Wiederverfüllen der Abbaukammern.

11.1.2.1. T heorie des Spülversatzes

Der Spülversatz arbeitet nach dem Prinzip des hydraulischen Transportes von festem Rückstand durch Rohrleitungen von über Tage bis zum Versatzpunkt in der Grube unter Ausnutzung der Schwerkraft. Fördermedium ist eine mindestens an NaCl ge­ sättigte Fabriklauge, die einen ständigen Kreislauf ausführt. Wichtigster Teil für den gesamten Spülvorgang ist die Rohrleitung in der Schachtröhre. Sie erzeugt durch ihr Gefälle den erforderlichen Druckunterschied für den Transport des Rückstandes.

Bei Beginn der Spülung in der leeren Schachtrohrleitung unterliegt das Einzelteilchen des Gemisches aus Rückstand und Lauge den Gesetzen des freien Falls. Die eintre­

tende gleichförmig beschleunigte Bewegung wird schnell durch die Reibung an den Rohrwänden und den Luftwiderstand in der Rohrleitung vermindert. Die Fallmasse erreicht also eine Maximalgeschwindigkeit, da sich Reibung und Fallbeschleunigung das Gleichgewicht halten. Im unteren Teil der Schachtleitung herrscht eine konstante Geschwindigkeit. Für die Praxis ist eine ständige Füllung der Schachtleitung zu for­ dern. Eintretende Luft würde durch die Schachtleitung angesaugt werden und zu har­ ten Schlägen in der Rohrleitung führen.

Der Transport der Versatzmasse in der horizontalen Streckenleitung ist nur durch Überwindung der Widerstände in dieser Leitung möglich. Die Überwindung wird er­ reicht durch den Rückstau in der Schachtleitung, der den erforderlichen Druck zum Durchfließen der Streckenleitung erzeugt. Je länger die Streckenleitung ist, umso höher liegt der Rückstau des Spülgutes in der Schachtröhre, um so größer wird auch der meßbare hydrostatische Druck am Schachtkrümmer, d. h. am Übergang der senk­ rechten in die horizontale Förderrichtung.

Die Spülleitung in der Schachtröhre ist dort am meisten gefährdet, wo die im freien Fall herunterkommende druckfreie Spülmasse auf die rückgestaute druckhafte Masse aufschlägt. Diese Stelle liegt je nach der Schachtteufe bei 80 bis 250 m über dem Füll­ ort. In diesen Bereichen sind nur Rohrleitungen aus bestem Material einzubauen.

In der Streckenleitung wird der erzeugte Druck durch die Reibungswiderstände all­ mählich aufgezehrt. An der Mündung tritt das Spülgut praktisch druckfrei, aber immer noch mit einer gewissen Geschwindigkeit aus. Der Austritt findet nicht statt, d. h., die Rohrleitung verstopft sich, wenn die Streckenleitung länger ist, als es der Höhe des Rückstaus in der Schachtröhre entspricht.

Tabelle 9. Spülentfernungen in Abhängigkeit von der jeweiligen Schachtteufe

VEB Kaliwerk	Schachtteufe	größte Spülentfemung
	[m]	[km]
Glückauf Sondershausen	675	3,7
Schacht I
Schacht V	752	2,5
Karl Liebknecht Bleicherode	582	4,8
Thomas Müntzer	610	3,5
Volkenroda	1013	2,8
Sollstedt	690	2,6
Craja	583	3,8
Roßleben (Unterwerksbau)	349	4,0

Tabelle 9 zeigt die bisher erreichten Spülentfernungen der Südharzwerke in Abhän­ gigkeit von der jeweiligen Schachtteufe. Exakte theoretische Vorausberechnungen für eine Spülversatzanlage sind schwierig, weil die vielen Einflußgrößen meßtechnisch kaum genau erfaßt werden können. Die grundsätzliche Formel, in der alle Kenngrößen für die Ermittlung der Druckdifferenz bei der Strömung eines Gemisches in einer Rohrleitung berücksichtigt sind, lautet

* p = * - w

[kp/cm2]

Aus dieser Formel lassen sich alle Kenngrößen ableiten, besonders die für den prak­ tischen Betrieb entscheidende Formel für die mögliche Länge einer Spülleitung:

I =	A P - d - 2 g	[m]
	O ' W 2

In den Formeln bedeuten:

l Länge der Rohrleitungen

d Durchmesser der Rohrleitungen

wStrömungsgeschwindigkeit Q Dichte der Flüssigkeit

/Reibungskoeffizient

gErdbeschleunigung

zl P Druckunterschied

Von Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit des gesamten Spülversatzverfahrens ist weiterhin das Mischungsverhältnis zwischen Feststoff (Rückstand) und Lauge. Das Verhältnis ist fast ausschließlich .abhängig von der Spülentfernung. Im normalen Dauerbetrieb wird ein Mischungsverhältnis Feststoff : Lauge wie 1:0,8, bei günstigen Verhältnissen wie 1 :0,6 erreicht. Bei großen Spülentfernungen ist das Verhältnis 1:1 noch tragbar.

Die Dichte der Spüllauge liegt zwischen 1,23 und 1,26, ist also relativ hoch. Folgendes sind die Hauptpunkte der Theorie des Spülversatzes:

Zum Spülversatz sind fester Fabrikrückstand, Körnung bis 5 mm, und Spüllauge erfor­ derlich. Die Spül-Trägerlauge muß mindestens an Steinsalz gesättigt sein. Der feste Rückstand wird mit der Lauge vermischt und durch Rohrleitungen in der Schachtröhre und den Spülstrecken zum Versatzpunkt transportiert. Die Bewegung des Spülgutes er­ folgt nach bestimmten Annäherungsformein, deren wichtigste Kenngrößen die Länge und der Durchmesser der Leitung sowie die Spülgeschwindigkeit sind. Das Mischungsver­ hältnis Rückstand : Lauge sollte aus wirtschaftlichen Gründen 1 :1 nicht übersteigen.

11.1.2.2. Spüleinrichtungen

Die in der KCl-Fabrik nicht mehr verwertbaren Rückstände werden nach der Vortröcknung auf Planfiltern über Bänder dem Spülbunker zugeführt. In Bild 11/1 ist die Abwurfstelle des Bandes über dem Spülbunker zu erkennen.

Die grobkörnigen Rückstände bestehen fast ausschließlich aus Steinsalz; dazu kom­ men geringe Mengen an Anhydrit, Ton und Kieserit.

Die Haupteinrichtungen einer Spülversatzanlage sind: Spülbunker mit Monitoren (Strahlpumpen) oder Düsenbetrieb, Rohrleitungen im Schacht und in den Spül­ strecken, Versatzdämme, Laugensammelbecken über und unter Tage, Zubringerund Hauptlaugenpumpen.

Der Spülbunker (Bild 11/2) liegt in der Nähe der Schachtröhre. Sein Fassungsvermögen beträgt 800 bis 1200 m3. Er besteht aus Eisen oder Eisenbeton. Sein um etwa 15° geneigter Boden ist mit Eisenplatten, besser aber mit hartgebrannten Klinkersteinen ausgelegt. Der Boden muß widerstandsfähig sein, weil die Spüllauge mit Druck in den Rückstand gespritzt wird. Das Spülgemisch rutscht zu einem Fülltrichter und kann von dort in die Schachtleitung abfließen. Zwischen Fülltrichter und Schachtleitung muß eine dicht schließende Sperrklappe angebracht sein, die bei Spülruhe das im Bun­ ker lagernde und zum Nachlaufen neigende Gut sicher von der Schachtröhre ab­ schließt. In Bild 11/3 ist die Schachtklappe im Hintergrund zu sehen. Oben links ist auf einer Bühne ein Strahlapparat (Monitor) angebracht.

Alle Rohrleitungen bestehen aus nahtlos gezogenem Stahl mit Flanschen. Die lichte