книги / Technologie des Kali - und Steinsalzbergbaus

Durchmesser von mindestens 7 m erhalten. Aus den besonderen geologischen Verhältnissen der Kali- und Steinsalzlagerstätten ergeben sich bei der Unterscheidung zwischen Aus­ richtung und Vorrichtung gewisse Abweichungen von anderen Bergbauzweigen.

Zur Wiederholung und Vertiefung

1.Wieviel stillgelegte Schächte hat die Kaliindustrie der Deutschen Demokra­ tischen Republik zu betreuen, und warum sind die Unterhaltungsarbeiten an den noch offenen stillgelegten Schächten wichtig?

2.Welche Rückschlüsse ziehen Sie aus der Vielzahl der im Kalibergbau vorhandenen Schachtröhren auf den Konkurrenzkampf der kapitalistischen Konzerne bis 1945?

3.Begründen Sie die besondere Notwendigkeit eines hochwasserfreien Schachtan­ satzpunktes für Salzgruben!

4.Von welchen Faktoren ist die Bemessung des Schachtdurchmessers abhängig?

5.Prüfen Sie den Durchmesser der Schachtröhre Ihres Ausbildungsbetriebes und und versuchen Sie zu beurteilen, ob er den heutigen Anforderungen genügt!

6.Warum wird in neuerer Zeit das Zementierverfahren dem Gefrierverfahren vor­ gezogen ?

7.Wie unterscheiden sich die Begriffe Ausund Vorrichtung im Kalibergbau von

anderen Bergbauzweigen? Nennen Sie Grubenbaue, die zur Ausrichtung, zur Vor­ richtung und zu den Hilfsbauen gehören! \

8.Begründen Sie die Wichtigkeit einer dem Abbau weit vorauseilenden Ausund Vorrichtung! Prüfen Sie mit Ihrem Lehrmeister für Ihren Ausbildungsbetrieb das Verhältnis tägliche Fördermenge: Streckenauffahrung!

9. Der Streckenauffahrungsfaktor bezieht sich auf je 1000 t der Tagesförderung; . z. B. Auffahrfaktor 4,0 = 4 m tägliche Streckenauffahrung auf 10001 Tagesför­ derung. Wie hoch ist die gesamte Streckenauffahrung/Tag bei einem Faktor von 6,4 und einer Gesamttagesförderung von 6750 t?

10.Wie hoch ist die gesamte Streckenauffahrung des gleichen Werkes im Jahr bei 305 Arbeitstagen?

11.Ein Grubenbetrieb fährt monatlich 775 m Strecken auf. Davon entfallen 34% auf maschinelle und 66% auf manuelle Auffahrung. Wie hoch sind die absoluten Zahlen im Monat und wie hoch pro Tag bei 25 Arbeitstagen/Monat?

12.Eine Brigade (4 Mann) arbeitet täglich 6 h am Vortrieb einer Wetterstrecke. Nach 192 Gesamtstunden sind 20 m aufgefahren worden. Wieviel laufende Meter er­ reichte die Brigade in einer Schicht ?

13.Wie hoch ist die jährliche Streckenauffahrung mit Vortriebsmaschine beifolgenden Annahmen eines zweischichtigen Betriebes:

6 m Vortrieb/Schicht, 5 Schneidschichten/Woche, 50 Einsatzwochen/Jahr?

Grubenbetriebe stillgelegt, weil bergmännische Fehler in der Abbauführung Vorlagen. Da man auch jetzt noch an solchen Fehlern lernen kann, soll liier ein charakteristischer Fall aus einem der ältesten deutschen Kaliwerke angeführt werden. In den Kaliwer­ ken Leopoldshall I/II zeigten sich im Jahre 1878 nach 16jähriger Betriebsdauer die ersten Druckerscheinungen als Folge übergroßer Kammerweiten. Man trieb in den mit etwa 20° einfallenden Kainit in 300 m Teufe nahe am Ausgehenden einen versatzlosen Kammerbau mit Kammern von 9 m Breite und 35 m Länge bei 13 m Höhe. Im Ab­ baugebiet war kein jüngeres Steinsalz, sondern nur Hauptanhydrit über dem Kali­ lager vorhanden. Die gewählten Maße erwiesen sich als zu groß und erzeugten Firsten­ brüche, die Wasserzuflüsse durch den Hauptanhydrit hereinzogen und schließlich zu großen Erdfällen führten. Die Vorgänge waren von starken gebirgsschlagähnlichen Erschütterungen begleitet. Die Wasserzuflüsse stiegen bis 16 m3/min an, so daß das Werk 1899 dem Ersaufen überlassen werden mußte. Das zog die Stillegung der Nach­ barwerke Staßfurt und Neustaßfurt nach sich, da die Laugen dorthin durch Klüfte des Hauptanhydrites übertraten.

Aus diesem Beispiel lassen sich zwei Hauptforderungen ableiten, die der Salzberg­ mann bei seiner Abbauführung unbedingt berücksichtigen muß:

a)Der Hauptfeind des Kalibergmannes ist das Wasser. Es muß also eine Abbau­ methode gefunden werden, dieWasserzuflüssendenWeg indie Grubenbaue versperrt.

b)Die zu wählenden Ausmaße der Abbaukammern richten sich nach den physika­ lischen Eigenschaften der Gesteine, in denen die Kammern hergestellt werden, und nach den Eigenschaften ihrer liegenden und hangenden Schichten.

Die genannten Forderungen zwangen den Kalibergmann in der Vergangenheit, einen Abbau zu führen, der die Bildung von Rissen oder Spalten als Abbaufolge verhindern mußte. Bis in die jüngste Gegenwart hinein ging man dabei nicht vom Kammerbau ab. Er ist jedoch im Kalibergbau nicht wissenschaftlich begründet gewesen, sondern wurde einfach vom Kohlenbergbau übernommen.

Durch das Stehenlassen von tragenden Pfeilern zwischen den einzelnen Kammern versuchte man, das Hangende in seiner ursprünglichen Lage unverletzt zu erhalten. Diese Methode verursachte große Abbauverluste, die in den Pfeilern zwischen den Ab­ baukammern stehenblieben.

Obwohl diese Probleme in allen Kalibezirken der Welt gelöst werden mußten, haben gerade die deutschen Kalibergleute besondere Schwierigkeiten überwinden müssen. Die Gründe hierfür waren :

a)Im kapitalistischen System vor 1945 wurde der Betrieb auf einzelne, besonders rentabel arbeitende Werke konzentriert. Kleine Werke wurden stillgelegt. Damit begann in wenigen Grubenfeldern eine sehr schnelle Ausdehnung des Grubenge­ bäudes, eine schnell stärker werdende Belastung der stehenbleibenden Salzpfeiler, und damit kam es zu nachteiligen Auswirkungen der durch den Abbau erzeugten Gleichgewichtsstörungen im Gebirge.

b)Die qualitativ guten Hartsalzvorkommen im Bereich der Deutschen Demokra­ tischen Republik wurden in den vergangenen Jahrzehnten so übermäßig stark ab­ gebaut, daß die noch bestehenden Hartsalzwerke heute ihre hohen Fördermengen in räumlich begrenzten Abbaufeldern gewinnen müssen. Dadurch drängt sich zwangsläufig die Frage auf, welche Möglichkeiten zur Verminderung der in den Salzpfeilern steckenden Abbauverluste gegeben sind-

c)Die Mehrzahl aller Kalischächte hat in den Jahren zwischen 1890 und 1910 die Förderung aufgenommen. Unsere derzeitigen Hauptförderanlagen haben also ein

Alter von über 50 Jahren, zum Teil über 60 Jahren erreicht. Dieses Alter offen­ bart in den Abbaukammern und Schachtröhren schonungslos alle alten Sünden in der Abbauführung.

Diese Tatsachen lassen erkennen, welche entscheidende Bedeutung der Wahl der richtigen Abbaumethode und der richtigen Abbauführung im Kalibergbau zukommt. Die Berücksichtigung einer Vielzahl von Faktoren ist für diese Wahl erforderlich. Von ihrer sorgfältigen Beachtung kann die Existenz ganzer Grubenfelder abhängen.

5.2.Physikalische Eigenschaften der Salzgcsteine

Am auffallendsten im Verhalten des Salzgebirges ist zweifellos die Erscheinung, daß der Salzbergmann weite Räume jahrzehntelang ohne jeden Ausbau offenhalten kann. Das ist um so erstaunlicher, als die reine Festigkeit der Salze niedriger liegt als die vie­ ler anderer Gesteine, in denen große Hohlräume keinesfalls ausbaulos erhalten werden können. In dem Erkennen und Begreifen dieser auffallenden Erscheinung liegt der Schlüssel für die Beurteilung der gesamten Gebirgsdruckfragen im Salzbergbau.

Der Bergmann muß die Auswirkungen der von ihm erzeugten Gleichgewichtsstörun­ gen im Gebirge richtig beurteilen können. Voraussetzung hierfür ist eine genaue Kenntnis der Eigenschaften der Gesteine, die die Gebirgsdruckauswirkungen wesent­ lich beeinflussen können, wie Druckfestigkeit, Zugfestigkeit, Zähigkeit, Elastizitäts­ modul und plastisches oder elastisches Verhalten unter Belastung.

Bei allen Gesteinen, die in der Bauindustrie Verwendung finden, sind durch vielge­ staltige Untersuchungsmethoden diese wichtigen Kennziffern erforscht worden. Der Gebirgsmechaniker kann diese Untersuchungen bisher fast nur im Laboratorium durchführen. Dazu benötigt er ProbeWürfel der einzelnen Salzgesteine, die er vorher aus dem Gebirgsverband lösen muß. Die große Schwierigkeit von Laboratoriums­ untersuchungen besteht darin, daß die Gesteine im geschlossenen Gebirgsverband wesentlich anderen und komplizierteren Spannungsverhältnissen ausgesetzt sind als später bei der Untersuchung im Laboratorium. Diese komplizierten Verhältnisse können an Probewürfeln kaum genau rekonstruiert werden.

In der Werkstoffkunde gilt das Hookesche Gesetz. Es besagt, daß eine Längenänderung der ausgeübten Belastung ungefähr proportional verläuft.

Bei den Salzgesteinen ist dieses Gesetz nicht anwendbar.

Im Bild 5/2 ist in einer Gegenüberstellung zwischen Salzgesteinen und normalen Bau­ steinen (Granit oder Kalk) diese Sonderstellung der Salzgesteine dargestellt. Aus der linken Bildhälfte ist zu ersehen, daß in der Kurve 1 bis z.um Punkt P die Belastung einer stetigen Dehnung entspricht. Hinter dem Punkt P beginnt die plastische Ver­ formung nach Kurve 2. Diese plastische Verformung wirkt zusätzlich, da die elastische Veränderung nach Kurve 3 weiterläuft, d. h., bei belasteten Salzgesteinen ist in einem bestimmten Bereich ein Nebeneinanderherlaufen von plastischer und elastischer Ver­ formung zu verzeichnen.

Die Kurve 1 über die Punkte P, S und C entspricht der Summe der Kurven 2 und 3. Bei S liegt die Streckengrenze, bei C die Fließgrenze, hinter der schließlich das Zer­ reißen eintritt.

Wesentlich anders verhält sich die Verformung in der rechten Bildhälfte, in der die Belastungs-Dehnungskurven bei Baustoffen gezeigt sind. Je nach Materialart ist hier nach Überschreiten des Punktes P (Proportionalitätsgrenze) die Formänderung ver-

Bild 5/2. Belastungs-Delmungskurvo für Salzgcstolnc (links) und Bausteine (reclits - Granit oder Kalk)

04) Beginn der Belastung, (P) Proportionalitätsgrenze, (S) Streckgrenze, (C)Fließgrenze, (B) Bruchgrenze

schieden. Bei sprödem Material (Granit, Basalt) tritt bei entsprechender Belastung sofort Bruch (Kurve ADJ ein. Die Kurve AC2 zeigt den Fall, bei dem Belastung und Formänderung linear verlaufen. In beiden Kurven decken sich sinngemäß die Be­ reiche A F P und A F C r Von Cx bis C2 zeigt die rechte Kurve dann die FormVer­ änderung bei rein plastischem Material, d.h., die FormVeränderung nimmt bei gleichbleibender oder sogar abnehmender Belastung zu.

Der Vergleich zwischen Salzgesteinen und Baustoffen kann zwar nur bei völlig glei­ chen Versuchsbedingungen angestellt werden. Grundsätzlich gilt aber für den Salz­ bergbau die Feststellung:

Im Gegensatz zu anderen Gesteinen besteht bei Salzgestemen bei Belastungen (durch Druck oder Schub) in einem bestimmten Bereich ein Nebeneinanderher­ laufen von 'plastischer und elastischer Formveränderung.

Die erwähnten Versuche zur Untersuchung der Materialeigenschaften der Salzge­ steine sind erstmals im Laboratorium nach dem Gebirgsschlag auf dem Kaliwerk Ludwig II bei Staßfurt im Jahre 1902 begonnen worden. Viele Forscher haben in den nachfolgenden Jahrzehnten diese Versuche in umfangreicherer und besserer Form wiederholt. Dabei hat sich herausgestellt, daß Steinsalz für derartige Versuche am besten geeignet ist. Untersuchungen an Hartsalz machen Schwierigkeiten wegen der Inhomogenität des Materials. Druckversuche an Carnallit sind schwierig, weil dieses weiche Gestein sehr hygroskopisch ist, d. h. viel Feuchtigkeit abgibt.

So zeigen die Untersuchungen bei Salzgesteinen bisher nur brauchbare Werte für die Druckfestigkeit. Untersuchungen der Zug-, Scheroder Biegungsfestigkeiten sind nur unzureichend unternommen worden, werden aber z. Z. in Forschungsaufträgen durch­ geführt. Tabelle 3 zeigt Mittelwerte für Druckfestigkeiten verschiedener Salzgesteine. Die Kenntnis dieser wichtigen Kenngröße ist für den Bergmann deshalb von Bedeu­ tung, weil er beim Bau größerer Anlagen unter Tage, z. B. Vorzerkleinerungsanlagen, Bunkerräumen, Hauptpumpenstationen, Grubenwerkstätten usw., wissen muß, mit welchen Druckfestigkeiten er im Gebirge beim Auflegen von Trägerlagen oder Winkel­ eisen zu rechnen hat.

Eine weitere Besonderheit des Salzbergbaues liegt in der verschiedenartigen Größe des Elastizitätsmoduls einiger Salzgesteine. Das Elastizitätsmodul (E-Modul) ist die

der Anhydrit bis zu einer Belastung von 400 kp/cm2 völlig elastisch verhält und die Kurve auch bei Drücken bis über 800 kp/cm2 fast zum Nullpunkt zurückkehrt. Stein­ salz zeigt ein völlig anderes Verhalten. Schon bei geringer Belastung ist zu sehen, daß ein Zurückkehren zum Nullpunkt nicht mehr auftritt. Besonders jüngeres Steinsalz nimmt bei Drücken oberhalb 150 kp/cm2 in seiner plastischen Verformung stark zu.

Aus dieser Darstellung ergibt sich ein für den Kalibergmann entscheidendes Krite­ rium für die Behandlung des Problems der Gebirgsschläge, nämlich: Hauptanhydrit zeigt auch bei großen Druckbeanspruchungen nur geringe Längenänderungen. Er ist also in der Lage, wesentlich höhere Spannungsenergien in sich aufzuspeichern als an­ dere Kaliund Salzgesteine. Hauptanhydrit ist allerdings nicht das einzige Gestein, das diese Fähigkeiten besitzt (vgl. 5.3.4.).

5.3.Gebirgsdruck in Kaliund Stcinsalzgruben

Neben den jeweiligen geologischen Verhältnissen der einzelnen Grubenbetriebe und den physikalischen Eigenschaften der Salzgesteine ist dasVerhalten der unmittelbaren liegenden und hangenden Schichten des Kalilagers entscheidend für die Wahl der günstigsten Abbaumethode.

5.3.1.Gobirgsdruckauswirkungcn im Hangenden

Im Werra-Gebiet sind die Kaliflöze Hessen und Thüringen in mächtige Steinsalzpa­ kete eingelagert. Deshalb zeigen sich gebirgsmechanisch kaum negative Auswirkun­ gen, wenn die Kammerbreiten nicht zu groß gewählt werden. Lediglich die Begleit­ flöze zum oberen Lager in der Kaligrube Marx-Engels können Steinfall verursachen. Auf die C 02-Ausbrüche, die ja bedingt mit Steinfall Zusammenhängen, wird in Kap. 13. eingegangen.

Alle Werke, die das Flöz Staßfurt abbauen, haben als unmittelbare Hangendschichten das Decksteinsalz, den grauen Salzton und den Hauptanhydrit. Diese drei Schichtenglieder beeinflussen die Auswirkungen der Spannungsverhältnisse um bergmännische Hohlräume.

Der Kalibergmann ist gezwungen, unter dem zum Nachbrechen neigenden Salzton eine Salzbank stehenzulassen, wenn er Tonbrüche vermeiden will. Das Decksteinsalz ist selten bis 2 m mächtig, so daß für die anzubauende Bank oft Teile der wertvollen Lagerstätte selbst herangezogen werden müssen.

Für die Druckauswirkungen ist der graue Salzton ein sehr wichtiges Schichtenglied innerhalb des Hangenden. Seine Eigenschaften sind mitbestimmend für die Ausmaße der zu schaffenden Hohlräume. Der Salzton ist ein von einer Vielzahl von Klüften durchsetztes Gestein.

Der graue Salzton ist keine Schutzschicht des Kalilagers gegen WasserZuflüsse.

Besonders gefährlich ist der mittlere, weiche, manchmal plastische Teil des grauen Salztones. Zahlreiche Beobachtungen haben bestätigt, daß dieser weiche Salztonteil Massenwanderungen aus den Gebieten hohen Druckes über den Salzpfeilern in den druckentlasteten Raum über den Abbaufirsten unterworfen ist. Dabei kommt es in ungünstigen Fällen zu Tonbrüchen in den Abbaukammern, die sich für den Gewinnungsund Förderbetrieb sehr nachteilig auswirken können. So sind allein in der Grube des VEB Kaliwerk „Thomas Müntzer“ im Kreis Worbis in wenigen Jahren