Bergbau und Energie

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Liegen abbauwürdige Minerale in einer sehr großen Teufe, so dass ein Abtragen des Deckgebirges wirtschaftlich nicht vertretbar ist, oder zwingen andere Gründe (zum Beispiel Bebauung der Tagesoberfläche) zum Verzicht auf einen Tagebaubetrieb, dann können sie in einer Tiefbaugrube gewonnen werden. 

Die Formen der Lagerstätte (flözartig, massig, gangartig) sowie die Standfestigkeit von Nebengestein und Mineral sind für die Wahl des Abbauverfahrens von entscheidender Bedeutung. 

Unter Ausrichtung ist die Herstellung aller Grubenbaue zu verstehen, die das Anfahren einer Lagerstätte von der Erdoberfläche aus bezwecken. Daneben sollen die Ausrichtungsbaue den Gesteinskörper für einen planmäßigen Abbau in möglichst zweckmäßiger Weise unterteilen (zuschneiden). Die Ausrichtung im Tiefbau beginnt mit dem Abteufen von Tagesschächten (senkrecht oder schräg) oder mit dem Vortrieb von Stollen (horizontal von einem Hang in den Berg). 

Insbesondere im Erzbergbau bilden Wende/- und Rampenstrecken Verbindungen zwischen der Erdoberfläche und den mineralführenden Gesteinen, um den Materialtransport rationeller zu gestalten. Zur weiteren Ausrichtung wird untertägig ein Netz von horizontalen und geneigten Strecken sowie von weiteren Schächten (Blindschächte) oder Wendelstrecken hergestellt, um das Mineral später von mehreren Stellen aus gewinnen und transportieren zu können. 

Bei den horizontalen Strecken unterscheidet man Richtstrecken (in streichender Richtung) und Querschläge (die Schichtenfolge schneidend). Vorrichtungsbaue sind Grubenbaue, die für die Einleitung des Abbaus erforderlich sind. Sie verlaufen innerhalb der Lagerstätte (Flözstrecke) und bereiten sie für den Abbau vor (Aufhauen und Abhauen). Die untertägigen Grubenbaue dienen der Wetterführung (Belüftung 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), oder es werden Vortriebsmaschinen (Schachtbohren, Voll- und Teilschnittmaschinen) eingesetzt. 

Die untertägige Gewinnung von Mineralien kann rein von Hand, durch Bohr- und Sprengarbeit, mit Hilfe von Gewinnungsmaschinen oder durch Lösung mit Hilfe von Flüssigkeiten erfolgen. Die direkte Gewinnung mit dem Abbauhammer (Drucklufthammer) ist nur noch in sehr begrenztem Umfang üblich. Auch bei der Bohr- und Sprengarbeit wird die schwere Arbeit mit Schlagbohrhämmern und Bohrstütze immer mehr durch den Einsatz von Lafettenbohrgeräten auf Fahrwerken (Bohrwagen) abgelöst. 

Für den maschinellen Abbau von Kohleflözen stehen Geräte zur schälenden und schneidenden Gewinnung zur Verfügung. Letztere werden auch zum Abbau von Salz- und Eisenerzflözen verwandt. Seltener werden Kohlenflöze auch mit Hilfe von gebündelten Wasserstrahlen (Wasserkanone) aus dem Gebirgsverband gelöst. Im Steinsalzbergbau ist die Auslaugung von Lagerstätten eine traditionelle Gewinnungsmethode. 

Im deutschen Steinkohlenbergbau wird der Strebbau angewendet. Unter einem Streb ist ein langgestreckter (langfrontartiger), etwa 100 bis 300 m langer und etwa bis 6 m breiter Abbauraum zu verstehen, der auf der einen Längsseite vom anstehenden Mineral und auf der anderen Seite vom "Alten Mann" (abgeworfener Strebraum) begrenzt wird. Sofern das Mineral im Streb vollständig gewonnen wird, bilden das Liegende und das Hangende die untere und obere Begrenzung des Strebs. Die beiden Strebausgänge führen in die Abbaustrecken, die parallel zur Abbaurichtung (meist streichende Richtung) geführt werden. Sie sind entweder vor Beginn des Abbaus vorhanden (Rückbau) oder werden mit dem Abbau vorgetrieben (Vorbau). Dem Abbaufortschritt entsprechend wandert der Streb durch die Lagerstätte und lässt den Alten Mann hinter sich, welcher entweder mit Berge (taubes Gestein) verfüllt wird (Versatzbau) oder aber zu Bruch geht (Bruchbau).

Strebbau

Abbildung: Strebbau 

Im modernen Strebbau bilden Gewinnungsgerät, Fördermittel und Ausbau eine organische Einheit. Der Kohlenhobel ist typisch für die schälende Gewinnung. Er besteht aus einem mit Meißeln bestückten Hobelkörper, der an einer umlaufenden Kette befestigt ist und zwischen Kohlenstoß und Förderer bewegt werden kann. Mit Hilfe von Rückzylindern wird der Förderer und damit der Hobel gegen den Kohlenstoß gedrückt, so dass die Meißel des Hobels in das Kohlenflöz eindringen und es aufreißen können. Gleichzeitig wird die gelöste Kohle vom Hobelkörper seitlich auf den Strebförderer geladen.  

Kohlehobel in einem Streb

Abbildung: Kohlehobel 

Bei der schneidenden Kohlengewinnung werden Walzenschrämmaschinen eingesetzt. Der Maschinenkörper bildet einen Schlitten, der sich auf oder neben dem Strebförderer mit Hilfe eines Vortriebssystems selbsttätig fortbewegt. An einem oder an beiden Enden (Doppelwalzenschrämmaschine) befindet sich ein heb- und senkbarer Ausleger mit einer rotierenden Walze. Bei der Gewinnung bewegt sich die Maschine entlang des Kohlenstoßes, wobei die mit Meißeln bestückte Walze einen gleichmäßigen Schram (Schnitt) aus der Kohle herausschneidet. Zum Laden der Kohle dient ein Räumschild (Walzenschrämlader), während häufig, auch zur zusätzlichen Gewinnung von Restkohle auf dem Liegenden, ein Ladehobel eingesetzt wird.

Walzenschrämlader in einem Streb

Abbildung: Walzenschrämlader 

Als Strebförderer werden wegen der notwendigen Robustheit schwere Kettenkratzerförderer eingesetzt, bei denen umlaufende Ketten mit Mitnehmern das Fördergut über Förderrinnen zum Strebausgang transportieren. Die Antriebe befinden sich jeweils an den Enden des Förderers, wobei der Hauptantrieb an der Abwurfsteile (Bandstrecke) und der Hilfsantrieb an der Umkehre (Kopfstrecke) installiert ist. Es sind Förderer mit verschiedenen Kettenanordnungen im Einsatz (Ein-, Zwei-, Dreikettenförderer). 

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

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