Sobald eine Lagerstatte prospektiert und exploriert sowie ihre Wirtschaftlichkeit festgestellt ist, kann der bergmannische Aufschluß beginnen. Die Wahl des gunstigsten Abbauverfahrens hangt vor allem von den Lagerungsverhaltnissen des Minerals ab.

Der Bergmann unterscheidet zwischen flozartigen, massigen und gangartigen Lagerstätten (Bild1).

Flözartige Lagerstätten

Flöze bestimmter Mächtigkeit (Dicke) sind durch Sedimentation entstandene Mineralanreicherungen im geschichteten Gebirge, die durch eine klare Begrenzung nach unten (Liegendes) und nach oben (Hangendes) charakterisiert sind. Floze konnen durch gebirgsbildende (tektonische) Vorgange aus ihrer ursprunglichen horizontalen Lage steilgestellt (Einfallen) und zerrissen (Sprunge, Verwerfungen) werden. Kohlen-, Salz- und Erzlagerstatten konnen in Form von Flozen vorkommen.

Mässige Lagerstätten

Lagerst a tten mit großer Ausdehnung in horizontaler und vertikaler Ebene werden als massig bezeichnet. Sie konnen durch Sedimentation, magmatische Vorgänge oder Gebirgsmetamorphose (Umwandlung bestehender Sedimente oder magmatischer Gesteine) entstanden sein. Fast alle mineralischen Rohstoffe sind in solchen Lagerstätten zu finden.

Gangartige Lagerstätten

Haben sich Mineralansammlungen in tektonischen Spalten des Gebirges durch Zufluß von Lösungen oder durch magmatische Vorgänge gebildet, werden diese Lagerstätten als Gänge bezeichnet. Sie können in ihrer Mächtigkeit und in der streichenden

Bild 1 Formen terrestrischer Lagerstatten

Erstreckung (Langenausdehnung) erheblich variieren. Auch hier wird von einem Einfallen gesprochen, wenn der Neigungswinkel des Ganges zur Horizontalen gemeint ist.

Marine Lagerstäatten

Eine besondere Lagerstattenart bilden die marinen Vorkommen mineralischer Rohstoffe. Diese Ausfallungs- bzw. Anreicherungsprodukte aus der ursprunglichen Wasserlosung konnen als hydrothermale oder submarin-exhalative Metallvorkommen (Erzkrusten, Manganknollen), als Phosphorite und als Seifenvorkommen auftreten.

Es gibt eine Reihe von Abbauverfahren, die nach der jeweiligen Lagerstattenart entwickelt wurden und die sich bew ahrt haben. Bei der Entscheidung uber den gunstigsten Aufschluß einer Lagerstatte stellt sich zunachst die Frage, ob das Mineral im Tage- oder im Tiefbau gewonnen werden soll. Grundsatzlich lassen sich terrestrische Lagerstatten sowohl im Tief- als auch im Tagebau abbauen.

Fur die Gewinnung von mineralischen Rohstoffen im Tagebau ist entscheidend, wie gro? und in welcher Art die Deckgebirgsschichten zwischen Erdoberflache und nutzbarem Mineral sind. Je gro?er der Lagerstatteninhalt und je wertvoller das Mineral ist, desto gro? er kann das Verhaltnis zwischen Abraummenge und verwertbarer Mineralmenge sein. In ausgedehnten Tagebauen konnen zudem leistungsstarke Gro?gerate eingesetzt werden.

Auch fur die Gewinnung von Rohstoffen im Tiefbau sind der Aufbau und die Machtigkeit des Deckgebirges von großer Bedeutung. Der Aufschluß einer solchen Lagerstätte kann nur über ein System von untertägigen Grubenbauen erreicht werden.

Liegen abbauwurdige Minerale in sehr großen Teufen, so daß ein Abtragen des Deckgebirges wirtschaftlich nicht vertretbar ist, oder zwingen andere Grunde (zum Beispiel Bebauung der Tagesoberflache) zum Verzicht auf einen Tagebaubetrieb, dann konnen sie untertagig gewonnen werden. Die Formen der Lagerstatte (flozartig, massig, gangartig) sowie die Standfestigkeit von Nebengestein und Mineral sind fur die Wahl des Abbauverfahrens von entscheidender Bedeutung.

Unter Ausrichtung ist die Herstellung aller Grubenbaue zu verstehen, die das Anfahren einer Lagerstatte von der Erdoberflache aus bezwecken (Bild 2). Daneben sollen die Ausrichtungsbaue den Gesteinskörper für einen planmäßigen Abbau in möglichst zweckmäßiger Weise unterteilen (zuschneiden).

Bild 2: Elemente des Grubengebaudes im Gangerzbergbau (schematisch)

Die Ausrichtung im Tiefbau beginnt mit dem Abteufen von Tagesschachten (senkrecht oderschrag) oder mit dem Vortrieb von Stollen (horizontal von einem Hang in den Berg). Insbesondere im Erzbergbau bilden Wendel- und Rampenstrecken Verbindungen

zwischen der Erdoberflache und den mineralf uhren­den Gesteinen, um den Materialtransport wirtschaftlicher zu gestalten.

Zur weiteren Ausrichtung wird untert a gig ein Netz von horizontalen und geneigten Strecken sowie von weiteren Sch a chten (Blindschachte) oder Wendelstrecken hergestellt, um das Mineral sp a ter von meh­reren Stellen aus gewinnen und transportieren zu konnen. Bei den horizontalen Strecken unterschei­det man Richtstrecken (in streichender Richtung) und Querschlage (die Schichtenfolge schneidend).

Vorrichtungsbaue sind Grubenbaue, die fur die Einleitung des Abbaus erforderlich sind. Sie verlaufen innerhalb der Lagerstätte (Flözstrecke) und bereiten sie für den Abbau vor (Aufhauen und Abhauen).

Die untertagigen Grubenbaue dienen der Wetterfuhrung (Beluftung der Grube), der Abförderung von Mineral und Gestein, der Fahrung (Personentransport) und der Versorgung mit Material.

Die Grubenbaue der Aus- und Vorrichtung werden konventionell mit Hilfe der Bohr- und Sprengarbeit aufgefahren (Schachtabteufen, Sprengvortriebe). In großem Umfang werden auch Vortriebsmaschinen (Schachtbohren, Voll- und Teilschnittmaschinen) eingesetzt.

Die untertagige Gewinnung von mineralischen Rohstoffen kann von Hand, durch Bohr- und Sprengarbeit oder mit Hilfe von Maschinen erfolgen.

Die Gewinnung mit dem Abbauhammer (Drucklufthammer) ist nur noch in sehr begrenztem Umfang ublich. Die Bohr- und Sprengarbeit wird bei großen Streckenquerschnitten und harten Gebirgsschichten immer mehr durch hydraulische Lafettenbohrgerate auf Fahrwerken (Bohrwagen) ersetzt.

F u r den maschinellen Abbau von Kohlenflozen stehen Gerate zur schalenden und schneidenden Gewinnung zur Verfugung. Letztere werden auch zum Abbau von Salzflozen verwandt.

Seltener werden Kohlenfloze mit Hilfe von gebundelten Wasserstrahlen (Wasserkanone) aus dem Gebirgsverband gelost. Im Steinsalzbergbau ist das Auslaugen von Lagerstatten eine traditionelle Gewinnungsmethode.

Strebbau in flözartigen Lagerstätten

Unter einem Streb ist ein 100 bis 300 m langer und etwa bis 6 m breiter Abbauraum zu verstehen, der auf der einen Langsseite vom anstehenden Mineral und auf der anderen Seite vom "Alten Mann" (abgeworfener Strebraum) begrenzt wird. Sofern das Mineral im Streb vollstandig gewonnen wird, bilden das Liegende und das Hangende die untere und obere Begrenzung des Strebs. Die beiden Strebausgange fuhren in die Abbaustrecken, die parallel zur Abbaurichtung (meist streichende Richtung) gefuhrt werden. Sie sind entweder vor Beginn des Abbaus vorhanden (Ruckbau) oder werden mit dem Abbau vorgetrieben (Vorbau). Dem Abbaufortschritt entsprechend wandert der Streb durch die Lagerstatte und läßt den Alten Mann hinter sich, welcher entweder mit taubem Gestein verfullt wird (Versatzbau) oder aber zu Bruch (Bruchbau) geht (Bild 3).

Bild 3 : Streichender Strebbau (Vorbau)

Im modernen Strebbau bilden Gewinnungsgerat, Fordermittel, Ausbau und gegebenenfalls die Blasversatzeinrichtung eine organische Einheit.

Der Kohlenhobel ist typisch fur die schalende Gewinnung. Er besteht aus einem mit Mei?elnbestuckten Hobelkorper, der an einer umlaufenden Kette befestigt ist und zwischen Kohlensto? und Forderer bewegt werden kann. Mit Hilfe von Ruckzylindern wird der Forderer und damit der Hobel gegen den Kohlensto? gedruckt, so da? die Mei?el des Hobels in das Kohlenfloz eindringen und es aufrei?en konnen. Gleichzeitig wird die geloste Kohle vom Hobelkorper seitlich auf den Strebforderer geladen. Bei der schneidenden Kohlengewinnung werden Walzenschrammaschinen eingesetzt. Der Maschinenkorper bildet einen Schlitten, der sich au1 oder neben dem Strebforderer mit Hilfe eines Vortriebssystems selbsttatig fortbewegt. An einem oder an beiden Enden (Doppelwalzenschrammaschine) befindet sich ein heb- oder senkbarer Ausleger mit einer rotierenden Walze. Bei der Gewinnung bewegt sich die Maschine entlang des Kohlensto?es, wobei die mit Mei?elnbestuckte Walze einen gleichma?igen Schram (Schnitt) aus dem Floz herausschneidet. Das Laden der Kohle auf das Fordermittel kann mit einem Raumschild (Walzenschramlader) unterstutzt werden.

Als Strebforderer werden wegen der notwendigen Robustheit schwere Kettenkratzforderer eingesetzt, bei denen umlaufende Ketten mit Mitnehmern das Fordergut uber Forderrinnen zum Strebausgang transportieren. Die Antriebe befinden sich jeweils an den Enden des Forderers, wobei der Hauptantrieb an der Abwurfstelle (Bandstrecke) und der Hilfsantrieb an der Umkehre (Kopfstrecke) installiert ist. Es sind Forderer mit verschiedenen Kettenanordnungen im Einsatz (Mittel- oder Au?enketten).

Der Strebausbau hat die Aufgabe, den Strebraum fur die Sicherheit der Arbeitenden und des Betriebsablaufes offen zu halten. Unmittelbar nach der Freilegung des Hangenden durch das Herauslosen des Minerals mu? der Strebraum nach oben hin gesichert werden. Der Strebausbau besteht grunds atzlich aus Stempeln und Kappen. Bei der heutigen vollmechanischen Gewinnung werden selbstschreitende hydraulische Ausbaueinheiten (Schilde), bei denen Stempel und Kappen eine Einheit bilden, eingesetzt.

Orterbau und Kammerbau in flözartigen und massigen Lagerstätten

Der Orterbau stellt ein Abbauverfahren dar, bei dem die Gewinnung des Minerals in der Herstellung eines Systems von rechtwinklig angeordneten Strecken (Ortern) besteht, zwischen denen zur Unterstutzung des Hangenden quadratische Lagerst a ttenteile von bestimmter Starke (Festen) stehenbleiben, so dass ein schachbrettartiger "room-and-pillar" - Grundri? entsteht.

Bild 4: "Room-and-pillar-Abbau"

Die Gewinnung erfolgt mit Hilfe der Bohr- und Sprengarbeit, wobei fahrbare Bohr- und Sprengstoffwagen eingesetzt werden. DerAbf orderung des Haufwerks dienen in besonderem Ma?e die LHD-Gerate (von: Load, Haul, Dump — Laden, Befordern, Entladen). Schwere dieselbetriebene Radlader und Muldenkipper, die in ihrer Bauweise den Gegeben­heiten des Bergbaus angepa?t sind, nehmen das Haufwerk auf und transportieren es zu zentralen Brechanlagen bzw. Ladestellen.

Teilweise wird beim Orter- bzw. Kammerbau auch die schneidende Gewinnung mit Teilschnittmaschinen oder Continuous-Miner durchgef u hrt, wobei das Fordergut direkt auf Kettenkratzer- oder Gurtbandforderer aufgegeben wird. Zur Sicherung der Firste konnen zus atzlich Anker in das Hangende gesetzt werden. Ist die Machtigkeit des Flozes sehr gro? oder handelt es sich um eine massige Lagerstatte, mussen beim Kammerbau langgestreckte Kammern in mehreren Scheiben abgebaut werden (nach unten in Strossen-und nach oben in Firstenbauweise).

Bild 5 : Teilsohlenbruchbau

Teilsohlenbruchbau

Der Teilsohlenbruchbau (Bild 5) kann als universelles Abbauverfahren bezeichnet werden. Er stellt keine Anforderungen an Mineral und Nebengestein und ist vom Einfallen der Lagerstatte relativ unabhangig. Durch die Moglichkeit des Einsatzes von leistungsfahigen LHD-Geraten bietet er auch die notwendige Betriebskonzentration. Beim Teilsohlenbruchbau wird die Lagerstatte (steilstehendes Floz, massige Lagerstatte) durch die Strecken der ubereinanderliegenden Teilsohlen in uber und nebeneinanderliegende Pfeiler eingeteilt, die anschlie?end im Ruckbau hereingewonnen werden. Dabei wird mit der Hereingewinnung des Pfeilers auf der obersten Teilsohle zuerst begonnen. Der Abbau staffelt sich somit nach unten, so daß die unterste Teilsohle den gesamten Alten Mann uber sich halt. Die Gewinnung der Pfeiler geschieht mit Hilfe der Bohr- und Sprengarbeit. Das Haufwerk wird von LHD-Geraten aufgenommen und zum Rolloch (Fallrohr zur Forderohle im Liegenden) transportiert.

Um die Lagerstattenvorrate moglichst vollstandig zu gewinnen, wird der Teilsohlenabbau in Gangerzlagerst a tten auch von unten nach oben gefuhrt. Die Hohlraume, die beim Abbau der Pfeiler entstehen, werden von der jeweils oberen Teilsohle mit Magerbeton versetzt.

Weitungsbau in massigen Lagerstatten Auch bei Anwendung des Weitungsbaus (Bild 6) in den massigen oder m a chtigen steilstehenden Lagerstatten wird ein System von ubereinanderliegenden Teilsohlen aufgefahren. Die dazwischen befindlichen Pfeiler werden im Ruckbau in die offene Weitung hineingesprengt (Bohr- und Sprengarbeit).

Bild 6 : Weitungsbau

Das Haufwerk kann uber Trichterrollen in der Schrapperstrecke abgezogen werden und mittels Schrapper oder Radlader in die Rollen zur Hauptfordersohle ubergeben werden. Voraussetzung fur den Weitungsbau ist die Standfestigkeit von Lagerstatte und Nebengestein. Im Kalibergbau wird der Weitungsbau mit Versatz angewandt, der als Trichterbau bezeichnet wird.

Firstensto?bau in gangartigen Lagerstatten Der Firstenstoßbau, der auf steilstehenden, standfesten Lagerstatten mit standfestem Nebengestein anwendbar ist, kann nur als Versatzbau gefuhrt werden. Die Sohle des Abbaus wird entweder vom Versatz oder vom noch nicht abgeforderten Haufwerk gebildet. Durch den Einsatz von Bohrwagen (gebohrt wird nach oben in die Firste) und LHD-Geraten kann dieses aufwendige Abbauverfahren hohe Betriebspunktforderungen erreichen. Die obere Sohle des Abbaus dient der Heranforderung des Versatzes, der durch Überbruche (Versatzrolle) in den Abbauraum gekippt wird. Das gewonnene Mineral wird durch Roilocher im Versatz an die untere Sohle (Hauptfordersohle) ubergeben.

An die Forderung in den Abbauen schließt sich die untertagige Hauptforderung an. Meist gelangt das Fordergut mehrerer Betriebspunkte zu zentralen Ladestellen, wo es der sohligen oder aber direkt der seigeren (senkrechten) Hauptforderung ubergeben wird.

Der sohlige Transport kann in der schienengebundenen Pendelforderung mit Wagen bestehen. Zur Zugforderung stehen Diesel- und Elektrolokomotiven zur Verfugung.

Bandanlagen hingegen erlauben neben der sohligen auch die Forderung in geneigten Strecken, welche in manchen Fallen direkt bis zur Tagesoberflache gefuhrt werden.

Die seigere Forderung (Schachtforderung) kann als

• Gestellforderung (Forderwagen werden in Forderkorben nach uber Tage gehoben)
• Skipforderung (Fördergefaßewerden unter Tage gefullt und uber Tage geleert)
• Fließförderung (hydraulische Förderung von Feststoff-Wasser-Gemischen)angelegt sein.

Die Grubenbewetterung dient der planmäßigen Versorgung aller Grubenbaue mit frischer Luft. Sie hat die Aufgabe, ausreichend fur Atemluft zu sorgen, die in der Grube auftretenden schadlichen Gase zu verdunnen und fortzuspulen sowie die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit ertraglich zu halten. Jede Grube mu? zur Erzeugung eines ununterbrochen fließenden Wetterstromes mindestens eine einziehende und eine ausziehende Tagesoffnung besitzen. Der

notwendige Unterdruck (saugende Bewetterung) oder Uberdruck (blasende Bewetterung) wird von Grubenluftern (Schachtluftern) erzeugt. Wetterschleusen und Wetterturen leiten die Wetterstrome durch das untertagige Grubengebaude.

Die Wasserhaltung eines Bergwerkes dient der Abfuhrung von Grubenwassern. Vom tiefsten Punkt einer Grube wird das Wasser durch Rohrleitungen an die Erdoberflache gepumpt.

Moderner Bergbau fordert die volle Anwendung der Mikroelektronik unter rauhen Einsatzbedingungen. Dafur steht in allen Bergbauzweigen eine computergestutzte Prozeßleittechnik zur Verfugung, die Feuchtigkeit, Staub, Hitze, Kalte oder mechanische Beanspruchung betriebssicher vertragt. In klimatisierten Grubenwarten werden beim teilautomatisierten Bergbau nahezu alle Arbeitsvorgange uberwacht und gesteuert.

Bei der Suche nach neuen Rohstoffquellen als Ersatz fur schwindende terrestrische Lagerstattenvorrate ist seit den 70er Jahren der marine Bereich genauer untersucht worden. Fur den Abbau solcher Vorkommen besteht die Notwendigkeit, technische Verfahren zu entwickeln, die eine wirtschaftliche Gewinnung bei Meerestiefen bis zu 6000m ermoglichen. Diese Aufgabe bedingt zwingend das internationale Zusammenwirken von Geowissenschaften, Ozeanographie, Biologie, Umweltforschung und vieler ingenieurtechnischer Fachrichtungen.

Gerade deutsche wissenschaftliche Forschungsinstitute und die heimische Rohstoffindustrie haben mit staatlicher Foderung wertvolle Grundlagenarbeit geleistet.

Wann es zu einem kommerziellen Tiefseebergbau kommen wird, h a ngt nicht zuletzt von der Entwicklung der Metallpreise und der Kostenentwicklung der Meerestechnik ab. Der technische Aufwand ist erheblich. Hinzu kommen die noch weitgehend unsicheren Auswirkungen auf die Okosysteme der Meere.

Schrifttum

1. Atlas Copco MCT AB (Hrsg.): Guide to Underground Mining — Methods and Applications. Stockholm: 1986.
2. Bischoff, W. et al.: Das Kleine Bergbaulexikon. 7. Aufl.Essen: 1988.
3. Dorstewitz, G.; H. Fritzsche; H. Prause: Zur Einteilung und Bezeichnung der Abbauverfahren. In: Gluckauf 95 (1959), S. 1245- 1251
4. Dorstewitz, G.: Welche Einflusse bestimmen heute die Wahl von Abbauverfahren. In: Gluckauf 109 (1973), S. 467-474.
5. Goergen, H. (Hrsg.)' Festgesteinstagebau. Clausthal-Zellerfeld: 1987.
6. Halbach, P.; Sattler, C.-D.: Erzvorkommen auf dem Meeresboden: Rohstoffe der Zukunft. In: Vereinte Nationen 1 (1990), S. 1-6.
7. Hartmann, H. L: Introductory Mining Engineering. NewYork: 1987.
8. Hustrulid, W. A. (Hrsg.): Underground Mining Methods Handbook. Society of Mining Engineers of AIME. New York: 1982.
9. Reuther, E.-U.: Lehrbuch der Bergbaukunde mit besonderer Berucksichtigung des Steinkohlebergbaus. Band I. Aufl. Essen: 1989.
10. Roschlau, H.; Heintze, W.: Wissensspeicher Bergbau -Erzbergbau und Kalibergbau. 3. Aufl. Leipzig: 1986.
11. Schafer, H. U.: Gewinnen, Laden und Fordern in Steinbruchbetrieben der Steine und Erden Industrie. In:Zement-alk-Gips 11 (1979), S. 519-528.
12. Stefanko, R.: Coal Mining Technology. Society of Mining Engineers of AIME. New York: 1983.
13. Wild, H. W.: Sprengtechnik. Gluckauf-Betriebsbucher Bd. 10,3. Aufl. Essen: 1984.
14. Tuschhoff, H.: Betriebsmittel fur Locker- und Festgesteinstagebau, In: Braunkohle 33 (1981), S. 427-433.
15. Strzodka, K: Tagebautechnik. 1. Aufl. Bd. 1 (1979), Bd.2(1980). Leipzig: 1979, 1980.